1、計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章，第2章，數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)，2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2數(shù)據(jù)傳輸模式2.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.4復(fù)用技術(shù)2.5交換模式2.6差錯控制技術(shù)總結(jié)練習(xí)，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章，2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念，數(shù)據(jù)通信技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展是密切相關(guān)和相互影響的。數(shù)據(jù)通信是基于信息處理技術(shù)和計算機技術(shù)的一種通信方式。具體來說，主要研究在計算機上傳輸、交換和處理二進制數(shù)據(jù)的理論、方法和實現(xiàn)技術(shù)。數(shù)據(jù)通信技術(shù)為計算機網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展提供了技術(shù)支持和可靠的通信環(huán)境。第2章，2.1.1信息、數(shù)據(jù)和信號，通信的目的是交換信息。信息是人腦對客觀事物的反映，它不僅能描述物質(zhì)的形狀、大小、結(jié)構(gòu)和性能，而且是物質(zhì)

2、與外界的聯(lián)系。信息的載體可以是數(shù)字、字符、聲音、圖形和圖像。2.1.1信息、數(shù)據(jù)和信號、數(shù)據(jù)是事件某些屬性標準化后的表達形式，可以識別和描述。數(shù)據(jù)可以分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)是指在一定時間間隔內(nèi)連續(xù)變化的數(shù)值。例如，聲音和視頻是振幅不斷變化的波形，溫度和壓力(傳感器收集的數(shù)據(jù))也是不斷變化的值。數(shù)字數(shù)據(jù)是在一定間隔內(nèi)的離散值。例如，文本信息和整數(shù)。2.1.1信息、數(shù)據(jù)和信號、數(shù)據(jù)和信息是兩個不同的概念。數(shù)據(jù)是獨立的，是未經(jīng)組織的事實的集合，而信息是經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)。2.1.1信息、數(shù)據(jù)和信號，是數(shù)據(jù)的具體物理表示，具有明確的物理描述，如電壓和磁場強度。在計算機中，信息由數(shù)據(jù)表示，并轉(zhuǎn)換成

3、信號進行傳輸。信號有兩種形式：模擬信號和數(shù)字信號。第2章，2.1.1信息、數(shù)據(jù)和信號，模擬信號是指在時間和空間上連續(xù)變化的信號；數(shù)字信號是指一系列時間上離散的信號。圖2.1顯示了模擬信號和數(shù)字信號的表達式。模擬信號數(shù)字信號圖2.1模擬信號和數(shù)字信號，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章2.1.2通道和通道類型，通道是傳輸信號的通道，由傳輸線和相應(yīng)的輔助設(shè)備組成。同一條傳輸線上可以有多個通道。例如，一根光纜可以讓成千上萬的人同時通話，并且有成千上萬的電話頻道。頻道可以按以下方式分類。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.2通道和通道類型，1。物理通道和邏輯通道在計算機網(wǎng)絡(luò)中，有物理通道和邏輯通道。物理信道是指用于傳輸

4、信號或數(shù)據(jù)的實際物理路徑，由傳輸介質(zhì)和相關(guān)通信設(shè)備組成。邏輯信道也是網(wǎng)絡(luò)上的一種路徑。當信號的接收方和發(fā)送方之間不僅有一個物理信道，而且還有基于該物理信道的其他多個連接時，這些連接稱為邏輯信道。邏輯信道在物理信道的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要增加一些必要的控制規(guī)則來控制數(shù)據(jù)傳輸，即邏輯信道在物理信道上增加軟件或硬件規(guī)則來實現(xiàn)物理信道上可靠的數(shù)據(jù)傳輸。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.2通道和通道類型，2。有線信道和無線信道根據(jù)傳輸介質(zhì)是否是有形的，物理信道可以分為有線信道和無線信道。有線信道由雙絞線、同軸電纜、光纜等有形傳輸介質(zhì)和設(shè)備組成。無線信道由無線電、微波、紅外等無形傳輸介質(zhì)及相關(guān)設(shè)備組成，無線信號以

5、電磁波的形式在空間傳播。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.2通道和通道類型，3。模擬通道和數(shù)字通道模擬信號在模擬通道中傳輸。在模擬信道上傳輸計算機直接輸出的二進制數(shù)字脈沖信號時，需要在信道兩側(cè)安裝調(diào)制解調(diào)器來完成模擬信號和數(shù)字信號之間的轉(zhuǎn)換(A/D)。在數(shù)字通道中傳輸?shù)氖请x散的二進制數(shù)字脈沖信號。計算機中產(chǎn)生的數(shù)字信號是由和 二進制碼組成的離散信號序列。當使用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號時，不需要轉(zhuǎn)換。然而，通常需要在信道的兩端安裝一個用于數(shù)字編碼的編碼器和一個用于解碼的解碼器，即調(diào)制解調(diào)器。數(shù)據(jù)編碼將在第2.3節(jié)中討論。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.2通道和通道類型，4。專用信道和公共信道專用信道也

6、稱為專用線路，是連接用戶之間設(shè)備的專有固定線路。它們可以是自己建立的專用線路，也可以是從電信部門租用的線路。公共信道是公共交換信道的一種，它是由交換機交換并為大量用戶提供服務(wù)的一種公共信道，因此也被稱為公共交換信道。公共交換電話網(wǎng)屬于公共交換信道。第二章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.3通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，為了描述數(shù)據(jù)傳輸速率和傳輸質(zhì)量的大小，需要使用以下技術(shù)指標。1.數(shù)據(jù)傳輸速率(2)。調(diào)制速率()3。錯誤率4。帶寬，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第二章，2.1.3通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標，1。數(shù)據(jù)傳輸速率()數(shù)據(jù)傳輸速率是指數(shù)據(jù)在信道中傳輸?shù)乃俣?。它是指單位時間內(nèi)在有效帶寬上傳輸?shù)亩M制碼的有效

7、位數(shù)。使用位/秒(bps)，K位/秒(千位/秒，1024位/秒，103位/秒)，M位/秒(兆位/秒，1024106位/秒)，G位/秒(千兆位/秒，(1024)3位/秒)第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.3通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標，2。調(diào)制速率()調(diào)制速率是波特率，也稱為波形速率或符號速率。符號是數(shù)字脈沖。指調(diào)制信號。因此，調(diào)制速度是指在計算機網(wǎng)絡(luò)的通信過程中，調(diào)制解調(diào)器輸出的調(diào)制信號中載波的調(diào)制狀態(tài)每秒改變的次數(shù)。第二章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.3通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標，2。調(diào)制速率(b)以波特為單位。1波特意味著每秒傳輸一個符號或一個波形。波特率是脈沖數(shù)字信號調(diào)制后的傳輸速率。如果T(s)用于表示每

8、個波形的持續(xù)時間，那么調(diào)制速率可以表示為B1/T(波特)。比特率和波特率之間有以下關(guān)系：公式SBlog2N，其中n是脈沖信號表示的有效狀態(tài)數(shù)。在二進制系統(tǒng)中，脈沖有兩種狀態(tài)：“和”。對于多相調(diào)制，它表示相位數(shù)。在兩相調(diào)制中，信噪比，即比特率和波特率是相等的。然而，當相數(shù)較高時，S和B是不同的，如表所示。2.1.3通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標，表2.1比特率和波特率的關(guān)系，2.1.3通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標，波特率(調(diào)制率)和比特率(數(shù)據(jù)傳輸率)是兩個最容易混淆的概念，但它們在數(shù)據(jù)通信中確實很重要。它們之間的區(qū)別和聯(lián)系如圖2.2所示。圖2.2比特率和波特率的區(qū)別計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第二章2.1.3通信系統(tǒng)的主

9、要技術(shù)指標誤碼率是指數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作條件下信息傳輸?shù)恼`碼率，也稱誤碼率。傳輸可靠性指數(shù)隨著傳輸中信息的最小單位而變化。信息的單位可以是比特、符號和碼字，因此差錯率可以用以下方式表示：比特差錯率Pb:接收到的錯誤比特與發(fā)送的比特總數(shù)的比率。差錯率Pe:接收到的誤碼符號數(shù)與發(fā)送符號總數(shù)的比率。一般來說，在計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，錯誤率應(yīng)低于10-9。第二章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.3通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標，4。帶寬是指通信信道的寬度，它代表信道傳輸信息的能力。在模擬信道中，即傳輸信道的最高頻率和最低頻率之差，其單位是赫茲。信道帶寬由信道的物理特性決定。例如，電話線的帶寬范圍從3003到400赫茲

10、。在數(shù)字信道中，數(shù)據(jù)傳輸速率(比特率)通常用來表示信道的傳輸容量(帶寬)，即每秒傳輸?shù)奈粩?shù)，單位是比特。例如，雙絞線以太網(wǎng)的傳輸速率為10兆位/秒或100兆位/秒。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.1.3通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標，4。帶寬一般來說，信道帶寬和信道容量成正比，帶寬越寬，容量越大。然而，在現(xiàn)實中，由于信道中的噪聲或干擾，信道帶寬的無限增加不能使信道容量無限增加。第二章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)2.2數(shù)據(jù)傳輸方法數(shù)據(jù)通信過程中需要解決的問題是：數(shù)據(jù)通信是采用串行傳輸還是并行傳輸？它是單向傳輸還是雙向傳輸？如何使接收者和發(fā)送者同步？2.2.1并行通信和串行通信，1。并行通信并行數(shù)據(jù)傳輸是指在多個并行信道上

11、分組同時傳輸數(shù)據(jù)。如圖2.3所示，字符碼的幾個二進制位通過幾個并行通道同時傳輸，一次傳輸8位。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.2.1并行通信和串行通信，圖2.3并行數(shù)據(jù)傳輸，第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.2.1并行通信和串行通信。并行數(shù)據(jù)傳輸具有速度快的優(yōu)點，但在發(fā)送端和接收端之間需要多條線路，因此更適合短距離高速通信。通常，計算機之間、計算機與各種外部設(shè)備之間的通信方式可以選擇并行傳輸，而計算機內(nèi)部的通信通常是并行傳輸。第二章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.2.1并行通信和串行通信，2 .串行通信串行數(shù)據(jù)傳輸是指以串行方式在通道上傳輸數(shù)據(jù)。對于由幾個二進制數(shù)字位表示的字符，串行傳輸使用一個傳輸通道按位順序傳

12、輸字符。由于計算機采用并行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)在發(fā)送前必須從并行轉(zhuǎn)換為串行，然后在接收端進行反向轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)串行通信，如圖2.4所示。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.2.1并行通信和串行通信，圖2.4串行數(shù)據(jù)傳輸，第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.2.1并行通信和串行通信。串行數(shù)據(jù)傳輸只需要一個傳輸通道，成本低，速度慢。串行數(shù)據(jù)傳輸常用于計算機的串口，也常用于遠程通信。第二章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.2.2同步傳輸和異步傳輸，數(shù)字通信中必須解決的一個重要問題是如何使數(shù)據(jù)發(fā)送者和接收者在時間基礎(chǔ)上保持同步。一般有兩種方法，即同步傳輸和異步傳輸。2.2.2同步傳輸和異步傳輸，1。同步傳輸同步傳輸采用逐位傳輸?shù)耐郊?/p>

13、術(shù)，即當數(shù)據(jù)同步傳輸時，字符之間會有固定的時間間隔，這是由數(shù)字時鐘決定的。在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送方首先向接收方發(fā)送一系列同步時鐘脈沖，接收方根據(jù)時鐘脈沖信號鎖定頻率，然后接收數(shù)據(jù)信息，如圖2.5所示。計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章，2.2.2同步傳輸和異步傳輸，圖2.5同步傳輸，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章，2.2.2同步傳輸和異步傳輸，例如，在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前，發(fā)送一個同步字符SYN(01111110)供接收機檢測同步同步字符或字節(jié)后，您可以連續(xù)發(fā)送任意數(shù)量的字符或數(shù)據(jù)塊。發(fā)送數(shù)據(jù)后，發(fā)送方使用同步字符或字節(jié)來標記整個發(fā)送過程的結(jié)束。第二章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.2.2同步傳輸和異步傳輸，2 .異步傳輸異

14、步傳輸采用組同步技術(shù)，傳輸?shù)男畔⒖梢苑殖蓭讉€“組”。組中的位數(shù)不是固定的，所以只需要在發(fā)送方和接收方之間的一個“組”內(nèi)保持同步。具體來說，當以異步傳輸模式傳輸字符時，每個字符前面有一個開始位，后面有一個停止位。當沒有要發(fā)送的數(shù)據(jù)時，發(fā)送器發(fā)出連續(xù)的停止位，這樣接收器就可以根據(jù)從1到0的轉(zhuǎn)換來識別新字符的開始。此外，異步傳輸要求每個字符都有一個額外的23位校驗碼，如圖2.6所示。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.2.2同步傳輸和異步傳輸。異步傳輸?shù)闹饕攸c是可以以不同的速率發(fā)送，并且易于實現(xiàn)，更適合低速通信。圖2.6異步傳輸，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章2.2.3單工、半雙工和全雙工根據(jù)通信線路上數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?/p>

15、向，數(shù)據(jù)傳輸模式可分為三種類型：單工通信、半雙工通信和全雙工通信。2.2.3單工、半雙工和全雙工，1。單工通信中的數(shù)據(jù)傳輸只能在一個方向上進行。信號的傳輸方向在任何時候都不能改變，例如，無線電廣播和電視都是單向通信。為了保證傳輸信息的準確性，在單工通信中需要差錯控制。單工通信線路一般為雙線，有兩個通道，分別是傳輸信息的主通道和監(jiān)控信息的監(jiān)控通道。2.2.3單工、半雙工和全雙工，2。半雙工通信半雙工通信中的數(shù)據(jù)傳輸可以在兩個方向上進行，但一個信道同時只允許一個方向。發(fā)送和接收設(shè)備依次用于信息流，監(jiān)控信號以兩種方式傳輸。一是接聽時切換傳輸通道；二是分別設(shè)置主通道和監(jiān)控通道，用于監(jiān)控信號。2.2.3

16、單工、半雙工和全雙工，3。全雙工通信全雙工通信中的數(shù)據(jù)傳輸可以同時在兩個相反的方向上進行。線路結(jié)構(gòu)包括兩條信息傳輸通道和兩條監(jiān)控通道，確保通信通道兩端的發(fā)送和接收設(shè)備能夠同時發(fā)送和接收信息。2.3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成和類型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由三部分組成：源系統(tǒng)(發(fā)送方)、傳輸系統(tǒng)(傳輸網(wǎng)絡(luò))和目的系統(tǒng)(接收方)。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端稱為信源，接收信息的一端稱為信宿。源和目的地之間的通信是通過通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)進行的。計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章，2.3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成和類型，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第2章，2.3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成和類型，數(shù)據(jù)源可以發(fā)送模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字數(shù)據(jù)；傳輸系統(tǒng)中的一些信道是只能傳輸模擬信號的模擬信道，而其他信道是只能傳輸數(shù)字信號的數(shù)字信道。因此，有必要根據(jù)通道類型對來自源的數(shù)據(jù)進行編碼和轉(zhuǎn)換。當源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為信號傳輸時，有以下可能的關(guān)系，如圖2.7所示。數(shù)字數(shù)據(jù)、數(shù)字信號傳輸。例如10BaseT以太網(wǎng)。數(shù)字數(shù)據(jù)、模擬信號傳輸。例如，使用調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)。模擬數(shù)據(jù)、數(shù)字信號傳輸。例如，數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)。模擬數(shù)據(jù)，模擬信號傳輸。例如，早期的電話傳輸系統(tǒng)。第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成和類型，圖2.7源數(shù)據(jù)和傳輸信號之間的關(guān)系類型，第2章，計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，2.