第2章 数据通信

第2章数据通信电子教案本章教学目标1.掌握数据通信的基本知识，理解数字数据和模拟数据的区别；2.掌握模拟数据通信系统和数字通信系统的模型及其主要区别；3.理解、掌握数字通信系统的主要技术参数。4.掌握基带传输和宽带传输、串行传输和并行传输的相关知识；5.掌握单工、半双工和全双工通信的基本原理、特点及主要区别；6.掌握异步传输和同步传输的基本工作原理；7.理解多路复用技术；8.理解电路交换、报文交换、分组交换的工作原理；9.理解差错控制常用技术。本章教学重点：1.数字信号与模拟信号的区别；2.数字通信系统的主要技术参数；3.数据传输过程；4.数据交换技术。本章教学难点差错控制本章学时本章的总学时约10～12个学时基本概念教学目标1.掌握数据通信的基本概念，理解数字数据和模拟数据的区别；2.掌握模拟数据通信系统和数字通信系统的模型及其主要区别；3.理解、掌握数字通信系统的主要技术参数。教学重点数据通信的基本概念教学难点模拟数据与数字数据通信系统的区别教学课时讲授2课时教学设想计算机网络技术是现代通信技术与计算机技术结合的产物，要掌握计算机网络知识，必须要对数据通信知识有所了解。本节介绍了数据通信的基本概念，这些概念比较抽象，学生在理解上会存在一些困难，数据与信息、信号与信道以及数字数据与模拟数据可以利用日常生活中的一些例子做类比，以方便学生的理解；模拟通信系统模型可以结合拨号上网的情况加以说明，数字通信系统模型可以结合数字电视系统加上说明，并强调其优越性，结合本地的数字通信技术发展情况，展望本地数字通信的未来，加强对学生的爱国主义教育。教学过程一、引入数据通信作为一门独立的学科，涉及多方面内容，计算机网络技术与之有着一定的联系。通过第一章的学习，我们对计算机网络有了一定的认识，在日常的生活中，我们已经体会到了因特网的的普及给我们带来的方便，但网络的数据是怎样传输的呢？网络中的数据是以怎样的形式进行传输的呢？与我们平常使用的电话、手机中数据的传输是一回事吗？要了解这些知识，我们需要对数据通信的相关知识有一定的了解。二、新授课数据通信的基本概念（板书）1.数据与信息（板书）数据是包含有一定内容的物理符号，是传送信息的载体。信息是指数据在传输过程中的表示形式或向人们提供关于现实世界事实的知识，它不随载荷符号的形式不同而改变。（板书）数据是信息传送的形式，信息是数据表达的内涵。2.信号与信道（板书）信号是数据的电编码、电磁编码或其它编码。信号可以分为模拟信号和数字信号。信道是信号传输的通道，包括通信设备和传输媒体。信道按传输信号的形式可以分为模拟信道和数字信道。模拟信道用于传输模拟信号，数字信道用于传输数字信号。3.数字数据与模拟数据（板书）模拟数据是指在某个区间产生的连续值，如：声音、视频、温度、压力。数字数据是有限个离散值，如字符串、整数数列。模拟信号是在一定范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号，它可以不同频率在介质上传输。数字信号是一种离散的脉冲序列，它的取值是有限个数，它以恒定的正电压/负电压或正电压/0电压，表示“1”、“0”，可以用不同的位速率在介质上传输。4.数据通信模型（板书）通信系统的基本作用是在发送方(信源)和接收方(信宿)之间传递和交换信息。根据通信系统是利用模拟信号还是数字信号来传递消息，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统利用模拟信号来传递信息，如现在广泛使用的电话、广播和电视。系统一般由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。（板书）如下图所示人们日常使用的拨号上网就是一个模拟通信系统的实例，发送端工作站发送的数据经调制解调器转换为模拟信号后，送到公共电话网上传输，到接收端经调制解调器变换为数字信号后，与服务器通信。数字通信系统利用数字信号来传递信息，如计算机通信，数字电话、数字电视等。数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器以及发送端和接收端时钟同步组成。（板书）如下图所示主要特点：数字通信抗干扰能力强，可以实现信号的差错控制，传输质量高，通过对信号加密和防火墙技术可以实现保密通信，但数字通信所占的信道带宽远远大于模拟信道。5.数据通信系统的主要技术指标（板书）带宽信号在通信线路上传输时最高频率与最低频率之差叫信号的频带宽度，简称带宽或称为通频带。数字信号带宽与脉冲宽度成反比。信道容量即单位时间内最大可传输信息的位数，是信道传输信息的最大能力的指标。无噪声理想信道容量与信道的带宽的关系如下：C=2Hlog2N其中：C为信道容量，H为信道带宽(信道能够传输信号的最大频率范围)，N为传输时为一个码元所取的离散值个数。本公式也称为奈奎斯特公式或无噪信道传输能力公式。对有噪声的实际信道，其关系如下：C=Hlog2(1+S/N)其中：S/N为接收端的信噪比。本公式也称为香农公式。位速率位速率也称信号速率，常用S表示，位速率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位数来表示，其单位为位每秒(bps)。波特率波特率也称调制速率，也称码元速率。位速率和波特率之间有如下关系：S=Blog2N其中N是一个脉冲信号所表示的有效状态，在二进制方式中，N=2，故S=B。即数据传输速率和调制速率相等。误码率误码率指信息传输的错误率，是衡量传输系统可靠性的指标。误码率以在接收的码元中的错误码元占总传输码元的比例来衡量，通常应低于10-6。三、课堂练习1.请举例说明数据与信息的区别2.举例说明模拟数据与数字数据3.请用拨号上网说明模拟通信系统模型4.数据通信系统主要技术指标有哪些？四、课堂总结（学生与老师共同完成）1.数据与信息、信号与信道（请学生用自己的理解进行描述）2.数字数据与模拟数据3.数据通信模型4.数据通信系统的主要技术指标五、作业本章练习1（1）（2）六、教后记数据传输一教学目标1.了解数据传输及数据传输的相关概念；2.掌握基带传输和宽带传输的相关知识；3.掌握串行传输和并行传输的相关知识。教学重点串行传输和并行传输的相关知识教学难点基带传输和宽带传输教学课时讲授2课时教学设想数据传输是数据通信的基础，本次课主要介绍数据传输的过程、基带传输与宽带传输技术和串行传输与并行传输技术。在数据传输过程的教学中，重点介绍清楚数据传输几个概念，数据传输过程可以以人们捎口信做类比进行教学；基带传输与宽带传输要讲清楚两者的区别，以及宽带与平时所说宽带的区别，以免引起学生的误解；串行通信与并行通信可以用列队做类比进行教学以帮助学生理解。教学过程一、引入在数据通信系统中，通信信道为数据的传输提供了各种不同的通路，对应于不同类型的信道，数据传输可以采用不同的方式。今天我们来学习数据传输的相关内容。二、新授课数据传输（板书）1.数据传输的过程（板书）两台计算机之间的数据传输首先需要将信息用二进制代码来表示，其次还要将二进制代码以一定的信号形式(如电压、电流、脉冲等)来表示，然后将信号经由信道进行传输，到达接收方后，再根据这些信号恢复为代码，从而得到发送端的信息。数据传输的相关概念：（本行以下板书）模拟通信：模拟信号通过模拟信道进行传输。数字通信：模拟信号通过数字信道进行传输。数据通信：是专指信源和信宿中数据的形式是数字的，而不论是通过数字信道传输还是模拟信道传输。。数字传输的优点：⑴抗干扰能力强⑵适合远距离传输⑶安全保密性好⑷适合多媒体信息传输2.基带传输和宽带传输（板书）数据传输方式依其数据在传输线上原样不变地传输还是调制变样后再传输，可以分为基带传输和宽带传输两大类。⑴基带信号与基带传输二进制数字脉冲信号称为基带信号基带传输是将数据直接转换为脉冲信号加到电缆上进行传送的数据传输方式。⑵宽带信号与宽带传输宽带信号是将多组基带信号分别调制不同频率的载波，并由这些载波分别占用不同频段的调制载波组成。宽带传输是将数据加载到载波信号上进行传送的数据传输方式。基带传输和宽带传输最重要的区别在于：基带传输采用的是“直接控制信号状态”的传输方式，而宽带传输采用的是“控制载波信号状态”的传输技术。3.并行传输和串行传输（板书）依据传输线数目的多少，可以将数据传输方式分为：并行传输和串行传输。并行传输用于短距离、高速率的通信，串行传输用于长距离、低速率的通信。⑴并行传输并行传输是指数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输，数据由多条数据线同时传送与接收，每个比特使用单独的一条线路。并行传输的优点在于传送速率高，发收双方间不存在字符同步的问题，缺点是需要多个并行信道，增加了设备的成本，而且并行线路的电平相互干扰也会影响传输质量，不适合做较长距离的通信，主要用于计算机内部或同一系统设备间的通信。常见的并行传输如计算机与打印机之间的数据传输。如下图所示⑵串行传输串行传输就是将比特流逐位在一条信道上传送。需要解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题。相对于并行传输，串行传输的效率低，传输速率慢，但由于只有一条信道，减少了设备的成本，且易于实现与维护。计算机与Modem之间的通信就是串行传输。如下图所示三、课堂总结（学生与老师共同完成）1.数据传输过程（请学生用自己的理解进行描述）2.基带信号与基带传输3.并行传输与串行传输（请学生用自己的理解进行描述）四、课堂练习1.用自己的语言描述数据传输的过程2.数字传输具有的优点是什么？3.基带传输与宽带传输的区别是什么？4.并行传输和串行传输主要用于什么地方？五、作业本章练习：1⑶⑷⑸六、教后记数据通信二教学目标1.掌握单工、半双工和全双工通信的基本原理、特点及主要区别；2.掌握异步传输和同步传输的基本工作原理；3.理解多路复用技术的基本工作原理。教学重点单工、半双工和全双工通信的基本原理教学难点多路复用技术教学课时讲授2课时教学设想单工通信、半双工通信和全双工通信的教学内容比较容易理解，教师在教学中还可以使用实际生活中的一些实例加以讲解，单工通信可以用日常生活中的寻呼系统用为实例进行讲解，半双工通信可以使用对讲机的使用情况进行讲解，全双工通信可以用移动电话系统进行类比讲解；异步传输和同步传输是解决数据传输的同步问题，这种方式主要在传输数据格式上有所差异，在教学中重点讲清楚数据格式的差异；多路复用技术是将同一传输信道采用相应的技术进行分隔传输数据的技术，在教学中可以使用类比的方法进行教学。教学过程一、引入随着科学技术的发展，现在通讯技术越来越发达，十年前的寻呼机现在已经难觅踪迹了，手机的使用越来越普及，大家来想一想，手机、寻呼机以及现在一些小区保安使用的对讲机等在使用中的区别是什么？二、新授课数据通信（板书）1.单工、半双工和全双工通信（板书）在串行通信中，根据数据流的方向可以将通信分为单工、半双工和全双工通信3种方式。⑴单工通信单工通信是指在两个通信设备间，信息只能沿着一个方向被传输。采用单工通信时，在通信设备双方中，一方为发送设备，另一方为接收设备。广播和电视节目的传送以及寻呼系统都属于单工通信的例子。⑵半双工通信半双工通信是指两个通信设备间的信息交换可以双向进行，但不能同时进行。也就是说，在同一时间内仅能使信息在一个方向上传输。半双工通信设备的两端要求既要有发送设备，又要有接收设备，因此该方式需要具有信道转换能力，通常用软件控制换向，换向过程中存在换向的延时时间，也可以采用人工操作机械开关的方法进行控制。其典型的例子是对讲机或计算机与终端的通信。⑶全双工通信全双工通信是指两个通信设备间可以同时进行两个方向上的信息传输。两个通信应同时具有发射和接收的功能，与通信站相接的传输设备和传输控制协议必须提供全双工的工作方式，同是还应对缓存器作特殊的考虑，如想进行同时读写就要求缓存中也能同时释放和分配存储器等。我们平时使用的手机类似于全双工通信2.异步传输和同步传输（板书）⑴异步传输异步传输方式又称为起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以为任意。数据格式如下图所示：一般“起”信号的长度规定为1个码元宽度，极性为“0”，即用空号(space)代表，“止”信号可以为1、1.5或2个码元的宽度