数据通信概论

第一章数据通信概论数据通信概论本章内容第一节数据通信发展第二节数据通信系统第三节数据通信特点第四节数据的传输方式第五节数据通信的主要质量指标第六节数据通信网络第七节数据通信实例数据通信概论本章重点难点掌握数据通信的定义、特点和系统组成了解数据通信信道及网络类型了解数据的传输方式能计算数据通信系统性能指标掌握数据通信网和计算机网的关系数据通信概论第一节数据通信发展一、数据通信的发展历史1838年，莫尔斯试验有线电报成功标志着真正意义上的电通信；19世纪30年代以后的一个世纪内，构成了通信初级实用阶段；1948年，香农提出信息论代表近代通信开始；20世纪80年代以后，人类进入了现代通信时代；数据通信萌芽于20世纪50年代；“数据通信”一词石计算机出现后，在远程联机系统形成的时候开始的。数据通信概论二、数据通信的发展趋势移动数据业务蓬勃发展：我国开放的移动数据业务主要有短消息业务、多媒体短消息、移动位置服务、移动上网、信息查询、电子商务应用等，随着第三代移动通信的推广和普及，移动数据业务的发展将迈向新的台阶；向超大容量系统发展：为满足数据、语音和多媒体综合承载业务需求，数据网络应具有高速的包转发和处理能力，强大的VPN组网能力以及完善的QoS机制，这些都使得网络设备向超大容量方向发展；MPLS的发展：在一个无连接的网络环境中引入连接的概念，能够规划和预测数据的流量和流向；第一节数据通信发展数据通信概论二、数据通信的发展趋势与光传输技术融合：传统的光传输系统在承载数据业务上带宽采用固定连接方式，但对具有突发性强的数据业务会存在网络资源利用率低等缺陷，为适应下一代网络发展需要，与数据通信的融合已成必然；IPv4向IPv6发展：IPv6与IPv4相比，除地址空间增大外，还增强了对IP安全性和IP移动性的支持，可以适应未来网络发展和业务发展的需要；数据通信技术在网络的硬件和软件之间能够提供“无缝”连接。第一节数据通信发展数据通信概论第二节数据通信系统一、数据通信的几个基本概念1、消息和信息消息（Message）：是通信过程中传输的具体原始对象。消息有文本、数字、图片、图象、音频和视频等多种形式；消息分为离散消息和连续消息。信息（Information）：是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。有用的消息认为是信息；消息出现的概率越小，则消息中包含的信息就越大；信息是可以度量的。数据通信概论第二节数据通信系统一、数据通信的几个基本概念1、消息和信息对离散消息，信息量I表述为：I=-logaP其中：P为离散消息发生的概率；对数的底数a决定信息I的单位(nat)e,hartley)(10)bit(,2信息量的单位为奈特莱，信息量的单位为哈特信息量的单位为比特a数据通信概论第二节数据通信系统一、数据通信的几个基本概念2、数据和信号数据（Data）：是用来描述任何物体、概念、情况，且预先具有特定含义的数字、字母和符号。一般可以理解为“信息的数字化形式”或“数字化的信息形式”；狭义的“数据”通常是指具有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据及计算机中区别于程序的计算数据等；在数据通信系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。信号（Signal）：是携带信息的传输介质。信号是数据的表现形式，是消息的直接反映；在电信系统里，可以由电压、电流或电磁波等物理量来体现。数据通信概论第二节数据通信系统一、数据通信的几个基本概念3、模拟通信、数字通信和数据通信三者之间的区分如下表所示：信源信号形式广义信道上信号形式通信类型模拟信号模拟信号模拟通信模拟信号数字信号数字通信数字信号/数据信号数字信号数据通信数字信号/数据信号模拟信号数据通信数据通信定义：依照数据通信协议，利用数据传输与交换技术，在计算机之间或计算机与数据终端之间进行的通信。数据通信概论第二节数据通信系统二、数据通信系统组成数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成，如图1-1所示：图1-1数据通信系统组成数据通信概论第二节数据通信系统二、数据通信系统组成1、数据终端设备(DTE)在数据通信系统中，用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备（简称DTE）。DTE可能是大、中、小型计算机、PC机，也可能是一台只接收数据的打印机，所以说DTE属于用户范畴，其种类繁多，功能差别较大。I/O设备提供操作员和终端间界面，将人可以识别的数据变换成计算机可以处理的二进制信息，或反变换；为了有效而可靠地进行通信，通信双方必须按一定的规程进行，如收发双方的同步、差错控制、传输链路的建立、维待和拆除及数据流量控制等，所以必须设置通信控制器(TC)来完成这些功能，对应于软件部分就是通信协议，这也是数据通信与传统电话通信的主要区别。数据通信概论第二节数据通信系统二、数据通信系统组成2、数据电路终接设备(DCE)用来连接DTE与数据通信网络的设备称为数据电路终接设备(DCE)，可见该设备为用户设备提供入网的连接点。DCE的功能就是完成数据信号的变换。因为传输信道可能是模拟的，也可能是数字的，DTE发出的数据信号不适合信道传输，所以要把数据信号变成适合信道传输的信号；若信道为模拟的，DCE是将数据信号变为模拟信号再传；若信道为数字的，DCE则实现码型与电平的转换，信道特性均衡，收发同步时钟形成，控制接续的建立、保持和拆断，维护测试等。数据通信概论第二节数据通信系统二、数据通信系统组成3、数据电路和数据链路数据电路：是在线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。数据链路：包括数据电路及其两端终端中的传输控制器的信号通路。数据链路是在数据电路已建立的基础上，通过发送方和接收方之间交换“握手”信号，使双方确认后方可开始传输数据的两个或两个以上的终端装置与互连线路的组合体；数据链路包括物理链路和实现链路协议的硬件和软件；只有建立了数据链路之后，双方DTE才可真正有效的进行数据传输；数据链路仅仅操作于相邻的两个节点之间，因此从一个DTE到另一个DTE之间的连接可以操作多段数据链路。数据通信概论第二节数据通信系统二、数据通信系统组成4、中央计算机系统(CCS)中央计算机系统由通信控制器CCP(或称前置处理机)、主机及其外围设备组成,具有处理从数据终端设备输入的数据信息,并将处理结果向相应的数据终端设备输出的功能。CCP通信控制器(或前置处理机)是数据电路和计算机系统的接口,控制与远程数据终端设备连接的全部通信信道,接收远程DTE发来的数据信号,并向远程DTE发送数据信号；中央处理机是由中央处理单元(CPU)、主存储器、输入输出设备以及其他外围设备组成，其主要功能是进行数据处理。数据通信概论第二节数据通信系统二、数据通信系统分类根据传输线路是否直接与中央计算机系统相连接,数据通信系统可分为脱机系统和联机系统。由于脱机系统的自动化程度低、等待时间长、工作效率低等原因,故它只是数据通信发展初期用于非实时处理的一种系统,以后的数据通信系统几乎都是联机系统。数据通信系统根据处理形式的不同,可以分为联机实时系统、远程批量处理系统和分时处理系统三类。联机实时系统：指从终端输入的数据,在中央计算机上立即进行处理,并将处理结果直接送回终端设备的处理形式。它适用于要求能够迅速地处理随机发生的大量数据的场合。如订票系统。远程批量处理系统：远程批量处理系统是从远程终端向中央计算机投入作业,获得处理结果。为了提高效率,批量处理的作业可通过批量作业站送到中央计算机。分时处理系统：将中央计算机的时间划分成很短的时间片,远程终端按时间片轮流使用中央计算机的处理形式。数据通信概论第三节数据通信的特点通信终端是计算机与各种数据终端，是机-机之间、人-机之间的通信；数据传输可靠性要求搞，具有差错控制能力；通信量突发性强，要求接续和传输响应时间快；数据通信具有灵活的接口能力，以适应各种计算机和数据终端设备；数据通信易于加密，提高安全性；接收到的数据和发送的数据通常是完全一致的。数据通信概论第四节数据的传输方式1、按数据代码传输的顺序串行传输方式特点：单线路、速度慢、成本低、可用于公用电话网并行传输方式特点：即收即用；多位数据通过多条数据线路传送；至少需要8条数据线互联两个外设。应用：适用于距离较短的通信模式，如：计算机内部、计算机与外设之间。数据通信概论第四节数据的传输方式1、按数据代码传输的顺序下图分别显示了串行传输方式与并行传输方式：数据通信概论第四节数据的传输方式2、按串行数据传输的同步方式异步传输方式▪起始位：’0’▪停止位：’1’▪空闲时：不断发送停止位▪特点：字符间有不确定延迟；每次传输的数据大小相对固定5～8个字符；通信线路少；发端和收端需要并串/串并转换。解决同步的方法：发送方与接收方提供一条单独的时钟线；将时钟信息放入数据信号之中。同步传输方式起始位：前文位模式停止位：后文位模式收发双方采用统一的时钟节拍来完成数据的传送，数据的发送一般以帧（群）为单位。数据通信概论第四节数据的传输方式2、按串行数据传输的同步方式同步传输较异步传输的优点：同步通信取消了每个字符前面的同步位，从而使数据在传送所所占的比率增大，提高了传送效率；同步通信也允许用户传送没有意义的二进制数据；允许PC机通过同步通信网络与主计算机实现通信。注：由于同步的硬件和软件成本较高，故常用于内部通信和短距离通信，远距离通信常用异步通信模式。数据通信概论第四节数据的传输方式2、按串行数据传输的同步方式下图分别显示了异步传输和同步传输：(a)异步传输0111111001111110BAX……01111110SYNSYNBAXSYN同步字符（一个或多个）同步位模式（一个或多个）可变长度的位数据块可变长度的字符数据块……(b)同步传输数据通信概论第四节数据的传输方式3、按数据传输的流向和时间的关系单工传输方式特点：两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。此种方式适用于数据收集系统，如气象数据的收集、电话费的集中计算等。半双工传输方式特点：两个数据之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行。问讯、检索、科学计算等数据通信系统运用半双工数据传输。全双工传输方式特点：在两个数据站之间，可以两个方向同时进行数据传输。全双工通信效率高，但组成系统的造价高，适用于计算机之间高速数据通信系统。注：通常四线线路实现全双工数据传输，二线线路实现单工或半双工数据传输。在采用频分法、时间压缩法、回波抵消技术时，二线线路也可实现全双工数据传输。数据通信概论第五节数据通信的主要质量指标1、有效性：衡量系统传输能力的主要指标码元传输速率(RB)又称为波形速率、调制速率、符号速率等。定义：线路中每秒传送波形（码元）的数目；单位：波特(Baud)，与数据信号的进制数没有关系，只于码元的宽度(或波形时间长度)T有关系：B=1/T。数据信息速率(Rb)又称为比特率、传信率等。定义：单位时间内传输二进制代码有效位数；单位：bit/s或bps与M进制的码元传输速率的关系：MRRBb2log数据通信概论第五节数据通信的主要质量指标1、有效性：衡量系统传输能力的主要指标例：采用四相调制方式,即M=4,且T=833×10-6秒,则可求出数据传输速率为:Rb=1/T·log2M=1/(833×10-6)·log24=2400(bps)而调制速率为：RB=1/T=1/(833×10-6)=1200(Baud)通过上例可见,虽然数据传输速率和调制速率都是描述通信速度的指标,但它们是完全不同的两个概念。数据通信概论第五节数据通信的主要质量指标2、可靠性：衡量系统传输质量的主要指标误