2.1 数据通信的基本原理(课件）-高二《计算机网络技术基础》同步教学（人民邮电版）

第2章 数据通信基础 2.1 数据通信的基本原理 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，主要用于数据通信。本章将介绍数据通信的基本原理，包括基本概念和特点；然后介绍数据传输技术、数据交换技术以及其他关键技术，让读者对数据通信的各方面都有基本的了解。 数据通信是一项复杂的系统工程，其中涉及较多的专业知识。本节将向读者简要介绍数据通信的基本原理，使读者对数据通信有一个初步的认识。 2.1.1 数据通信的基本概念 本部分首先介绍数据通信领域的一些基本概念，为后续章节的学习打下基础。 首先来看数据、信息、比特和字节的概念，它们之间既有联系又有区别，如图所示。这些在计算机网络领域频繁使用的名词是学习计算机网络的基础。 在数据通信中，信号是数据的表现形式，包括模拟信号和数字信号，如图所示。 信道是传送信息的通路，同样可以分为模拟信道和数字信道，分别用带宽和容量来表示信道的容量，如图所示。 2.1.2 数据通信的一般过程 如果一个通信系统传输的信息是数据，则称这种通信为数据通信，依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息。实现这种通信的系统是数据通信系统。以计算机系统为主体构成的网络通信系统就是数据通信系统。 1. 数据通信系统模型 在计算机网络通信系统中，信源和信宿共同遵守一种规则，系统只按规则进行传输，系统传输的目的不是要了解所传送信息的内容，而是要正确无误地把表达信息的符号也就是数据传送到信宿中，让信宿接收。所以说计算机网络通信系统是数据通信系统。 实际的数据通信系统有许多的连接方法，但当把多种连接方法构成的数据通信系统抽象化后，数据通信系统可以被表示成如图所示的模型。 2. 数据通信的性能指标 在数据通信系统中，信源和信宿是各种类型的计算机和终端，它们被称为数据终端设备，简称DTE（Data Terminal Equipment）。一个DTE通常既是信源又是信宿。 数据通信系统中DTE发出和接收的都是数据，我们把DTE之间的通路称为数据电路。信号转换设备位于数据电路的端点，称为数据电路端接设备，简称DCE（Data Circuit-terminating Equipment），或称为数据通信设备，简称也是DCE（Data Communications Equipment）。 衡量数据通信的性能指标通常有数据传输速率和码元传输速率，它们的定义和转换关系如图所示。 3. 数据通信的一般过程 1924年，H·Nyquist就给出了一个准则：在一个带宽为ｗHz的无噪声低道通信道上，最高的码元传输速率是2wbaud。在1948年，C·Shannon推导出了有高斯白噪声干扰的信道的最大数据传输速率，公式是C=W log2（1+S/N），解决了用模拟信道传送数字信号的最大传输速率问题。 其中，S/N称为信噪比（Signal-to-Noise Ratio）；w为带宽。通常人们不直接使用S/N，而是使用10*（以10为底数），S/N为指数的对数，其单位为分贝（DB），如S/N=1000时为30DB。 例如，某电话通信的带宽为3.1kHz，信噪比S/N＝2000DB。根据香农定理，C=3100log2（1+2000）≈34kbit/s，即通过调制解调技术在其上传送数字信号的最大传输率为34kbit/s。 网络中两台计算机之间的通信过程如图所示。 2.1.3 数据通信系统 一个数据通信系统可分为3个组成部分。 1.源系统 源系统提供数据的来源，主要包括以下两个要素。 (1)源点：源点产生所需要传输的数据，如文本或图像等。 (2)发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。 2.目的系统 目的系统是信号最终的目的地和归宿，主要包括以下两个要素。 (1)接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。 (2)终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。终点也称为目的站。 3.传输系统 传输系统实现信号从源系统到目的系统的传输过程，主要包括以下两个要素。 (1)传输信道：一般表示向某一方向传输的介质，一条信道可以看成一条电路的逻辑部件。一条物理信道（传输介质）上可以有多条逻辑信道（采用多路复用技术）。 (2)噪声源：包括影响通信系统的所有噪声。如脉冲噪声和随机噪声（信道噪声、发送设备噪声、接收设备噪声）。 2.1.4 数据通信系统的主要技术指标 对数据通信系统中的信号传输，主要从数据传输的数量和质量两方面进行综