6147_数据通信技术教程第一章_绪论

第一章绪论B-ISDN结束放映学习目录学习要求内容简介作者：蒋占军内容简介数据通信是将计算机技术和通信技术相结合，实现数据传输、交换、处理等功能的通信技术，所以它包括利用计算机进行数据处理和利用通信设备和传输线路进行数据传输两方面的内容。本章主要介绍了数据通信系统定义、组成、特点、传输方式、质量指标以及数据通信网计算机网络的构成与区别、标准化进程等内容。返回结束学习要求1.掌握数据通信的定义、组成及特点。2.了解数据传输的基本知识。3.了解数据通信网与计算机网络的区别。4.掌握有效性和可靠性的定义及其描述方法。5.掌握计算机网络的体系结构。6.了解数据通信标准化进程。返回结束学习目录返回1.1数据通信及系统组成1.2数据通信传输方式1.3数据通信系统质量指标1.4数据通信网与计算机网络1.5网络体系结构结束1.1数据通信及系统组成1.1.1消息、信息与数据的关系介绍消息、信号、信息、比特、码元、数据等基本术语的定义、及联系；信息量的计算公式。本节内容提要：下一页上一页返回1.1.2数据通信系统组成介绍数据通信系统的组成以及各组成部分的功能。1.1.3数据通信及其特点给出数据通信的定义及其特点以及通信协议的概念。1.1.1消息、信息与数据的关系1.消息消息是指能够向人们表达客观物质运动和主观思维活动的文字、符号、数据、语音、图像等。具有以下特：能够被通信双方理解可以传递2.信号把消息转换成适合于信道传输的物理量，就是信号。通信中的信号有电信号和光信号两种。下一页上一页返回信号的特性可以通过幅度、频率、相位等参量来描述，从信号的特性出发可将其分为模拟信号和数字信号两大类：模拟信号是指信号的某一参量可以取无穷多个值，并且与原始消息直接对应的信号，如话音信号及其按照抽样定理所得的PAM样值信号等；下一页上一页返回1.1.1消息、信息与数据的关系tx(t)(a)时间连续的模拟信号tx(t)(b)时间离散的模拟信号数字信号是指信号的某一参量只能取有限多个值，且与原始消息不直接对应的信号，如计算机终端输出的二进制信号及其经过PSK、FSK等调制方式调制后所得的信号等按照通信系统中的传输信号的不同，可分为模拟通信和数字通信两大类，和模拟通信相比数字通信更具优越性。下一页上一页返回1.1.1消息、信息与数据的关系1011001t(a)二进制数字信号x(t)t0123(b)多进制数字信号x(t)3．信息相对于消息信息具有更抽象的含义，若从主观方面来讲，可以认为信息就是包含在消息中对通信方有意义的那部分内容。消息是信息的载体，通信的任务是在异地间传输消息，但其根本目的是传递信息，否则通信将无意义。根据香农(Shannon)的信息理论，所谓信息是对客观事物运动状态和人类主观思维活动存在的不确定性描述，一则消息包含信息的多少称之为信息量，其大小与消息的不确定性因素有关。下一页上一页返回1.1.1消息、信息与数据的关系一则离散消息包含的信息量可表示为：PIalog其中P表示该消息发生的概率；底数a决定了信息量的单位，它可以任意取值，常取2、10、e：a=2I=-log2P单位为比特（bit）a=eI=-lnP单位为奈特（nat）a=10I=-lgP单位为哈特莱（hartley）a=MI=-logMP单位为M进制信息单位下一页上一页返回1.1.1消息、信息与数据的关系下一页上一页返回数据通信中若数据采用二进制传输，此时将二进制的每个符号“0”或“1”称为码元。因此通常常将二进制序列称为比特流，但若两个码元出现的概率不等，此时每个码元包含的信息量已不是1bit。当两个码元等概出现时，每个码元包含的信息量为：I=log22=1bit1.1.1消息、信息与数据的关系下一页上一页返回1.1.1消息、信息与数据的关系因为上式与热力学和统计力学中系统熵的计算公式相似，故常将平均信息量称为信息熵。可以证明上式中，当P0=P1=…=PM-1时取最大值更一般的情况，当采用M进制传输时，此时共有“0，1，…，M-1”个码元，且各码元出现的概率不相等，分别为P0，P1，…，PM-1，此时每个码元包含的信息量并不相等，分别为：对上式求其期望，将其称作平均信息量H，表示平均每个码元包含信息的多少，单位为bit/符号如下式所示：jPjI2log102logMjPjjPHMMMHMj2102log1log1下一页上一页返回1.1.1消息、信息与数据的关系3．数据所谓数据就是赋予一定含义的数字、字母、文字等符号及其组合，它是消息的一种表现形式日常生活中，人们经常会提及“数据”，例如计算机终端产生的数据，各种实验所获得的数据以及将语音、图像等模拟信号经数字化后所得的编码数据等，实际上是上述定义的具体表现形式。下一页上一页返回1.1.2数据通信系统组成一般认为数据通信系统由数据终端设备DTE、数据电路终结设备DCE以及传输信道三部分组成，如下图所示：传输控制器通信控制器中央处理机传输信道DTEDTEDCEDCE数据电路数据链路接口接口数据输入输出设备数据电路终结设备数据电路终结设备下一页上一页返回1.1.2数据通信系统组成DTE：数据终端设备,指计算机、用户电报终端、可视图文终端、局域网设备等输入输出设备,其主要功能是完成数据的采集、存储及处理等功能，并提供人机接口,供操作人员访问通信系统或网络资源。DCE:数据电路终接设备，是DTE和信道的接口，使信道更有利于信道的传输。如调制解调器Modem。传输信道：根据不同的规则有不同的分类方法，例如可以分为模拟信道和数字信道、有线信道和无线信道、交换信道和专用信道等。数据链路：具有通信协议功能的数据，传输更可靠，其误码率一般比数据电路下降10-4左右。数据电路：由DCE和传输线路构成.可视为广义信道。下一页上一页返回1.1.3数据通信及其特点数据通信是将计算机技术和通信技术相结合，实现数据传输、交换、处理等功能的通信技术，所以其含义包括利用计算机进行数据处理和利用通信设备和传输线路进行数据传输两方面的内容。计算机终端等机器作为主体直接参与通信传输速率高，要求通信终端的响应速度快传输系统质量要求高，误码率最大不能超过10-6从数据传输的角度来讲,数据通信中数据都是经过编码后以二进制或者多进制的形式传输的,所以数据通信可以认为是数字通信的一种形式。但和传统的数字通信(如PCM数字电话通信)相比它又有自己的特点1.1.3数据通信及其特点下一页上一页返回基于以上特点，数据通信中机器要自主完成诸如通信链路的建立、维护和释放，传输错误的发现与纠正（差错控制），数据流量的控制等任务，所有这些功能的实现都必须按照通信协议来执行，因此数据通信中，通信协议的作用至关重要。所谓通信协议就是通信双方事先约定好的双方都必须遵守的通信规则，它实际上是一些通信规则集。通信协议一般由语法、语义和时序三个要素组成，语法即各种数据报文的封装格式，语义即各种命令及应答的含义，时序即进程操作顺序的详细说明1.2数据传输方式数据传输是数据通信的一个重要组成，前面已经提及数据通信中是将数据编码成二进制或者多进制数字信号的形式在信道中传输，但根据数据信号的传输模式和工作方式的不同可以细分为以下几种传输方式:本节内容提要：下一页上一页返回基带传输与频带传输并行传输与串行传输异步传输与同步传输单工、半双工与双工传输1.基带传输基带传输就是将DTE经过码型变换、电平转换等必要处理后直接在信道上传输，常用于短距离的数据传输系统中。2.频带传输频带传输是在数据传输之前首先经过调制器，将基带信号变换成频带信号，然后在信道中传输。下一页上一页返回1.2.1基带传输与频带传输DTEModemDTE带通信道低通信道低通信道Modem基带信号基带信号频带信号所谓并行传输是指将数据符号编码后，在两条以上的并行信道上同时传输，一般一次传输一个字符；而串行传输是指将数据编码按位或按码元依次在一条信道上传输，如下图所示：下一页上一页返回发端设备收端设备字符1字符2字符3控制线发端设备收端设备字符1字符2并行传输串行传输1.2.2并行传输与串行传输1.异步传输所谓异步传输是指只要DTE有数据需要发送，就可以在任何时刻向信道发送信号，而接收方通过检测信道上的电平变化与否就能自主判断何时接收数据。2.同步传输所谓同步传输是指必须建立准确的同步系统，并在其控制下发送和接收数据。下一页上一页返回1.2.3异步传输与同步传输10011001信息位停止位起始位信息位信息位同步标志同步标志下一页上一页返回1.2.4单工、半双工与双工传输2.频带传输半双工通信时数据可以双向传输，但不能同时进行。数据流向1.单工传输单工通信只允许数据按指定的一个方向传输。数据流向3.双工传输双工通信方式允许在两个方向上同时传输数据。数据流向1.3数据通信系统的质量指标下一页上一页返回所谓质量指标是指用来衡量一个通信系统性能优劣的技术指标，对于数据通信系统，其质量指标有很多种，例如：本节内容提要：本节主要从数据传输的角度出发来讨论系统有效性和可靠性，标准性用来衡量描述系统结构、接口、协议等的标准化程度经济性用来描述系统的性能价格比可维护性用来描述系统故障处理与系统维护的复杂程度可用度用来描述系统正常工作能力的高低有效性是指给定信道内传输信息的多少，常通过传输速率、频带利用率来描述；可靠性是指给定信道内传输信息的准确程度，常通过误码率、误比特率等来描述。1.码元速率（RB）码元速率是指给定信道内单位时间传输码元的多少。其单位是波特(Baud)。下一页上一页返回1.3.1数据通信系统有效性等概条件下每个码元包含的信息量相等，例如此时M进制的每个码元包含的信息量为Log2M若码元的宽度为Tb，则RB=1/Tb。在数字调制系统中，Tb正好是载波状态的变化周期，所以又称RB为调制速率码元是指进制数的取值状态。如二进制有“0,1”两个码元；四进制有“0,1,2,3”四个码元；任意的M进制有“0,1…,M-1”共M个码元。2.信息速率（Rb）信息速率是指给定信道内单位时间传输信息的多少,单位是比特/秒（bit/s）,信息速率又称为传信率。下一页上一页返回1.3.1数据通信系统有效性对于M进制，各码元等概出现时有Rb=RBlog2M若各码元不等概出现则Rb=RBH其中H为平均信息量。信息速率与码元速率有如下关系：3.频带利用率频带利用率是指单位频带内实现的传输速率，单位为Baud/Hz，或者bit/s.Hz，这主要取决于用哪种速率来计算。下一页上一页返回1.3.1数据通信系统有效性其中B为系统带宽，单位为Hz。HzBaudBRrB/HzsbitBRrb./或下一页上一页返回1.3.2数据通信系统可靠性其中nb表示系统传输的总比特数，nbe表示传输出错的比特数目，也即误比特率是指错误比特在传输的总比特数目中所占的比率。其中n表示系统传输的总码元数，ne表示传输出错的码元数目，也即误码率是指错误码元在总码元数目中所占的比率。1.误码率Pe)(nnnPee2.误比特率Pb)(bbebbnnnP1.4计算机网络与数据通信网数据通信的发展与计算机网络的发展密不可分，计算机网络中必须用数据传输网络，而数据通信网也离不开计算机系统的支撑本节内容提要：下一页上一页返回1.4.1计算机网络介绍计算机网络的组成与分类。1.4.2数据通信网介绍数据通信网及其与计算机网络的联系。1.4.3计算机网的发展过程介绍了计算机网络在各个时期的结构及特点以及未来网络结构等。下一页上一页返回1.4.1计算机网络1.计算机网络组成计算机网通常分为资源子网和通信子网两部分如下图所示printerHostHostHostTerminalTerminalTerminalTerminalTerminalScannerFaxTCTerminal通信子网资源子网CCPCCPCCPCCPCCP下一页上一页返回1.4.1计算机网络资源子网由计算机系统、终端、各种外围设备以及各种信息资源库等组成，其作用是处理网内各种数据并向用户提供网络服务。通信子网由通信控制处理机