第二章 数据通信基础（课件）《计算机网络技术》（清华大学出版社）同步教学

第二章 数据通信基础 1 本章学习要求：  理解信息和数据在计算机网络中的定义  掌握信道和信道容量的概念  掌握什么是码元和码字  掌握数据通信系统主要技术指标（5种）  熟悉带宽与数据传输率  掌握数据通信系统模型  掌握数据线路的通信方式（3种）  掌握数据传输方式（3种）  掌握电路交换，报文交换，分组交换的概念  掌握奇偶校验和循环冗余码校验方法 数据通信 数 据 通 信 11011110000010110 M N 00111 0 G 101011100 11011110000010110 M N 00111 0 G 101011100 第四章 存储管理 11011110000010110 M N 00111 0 G 101011100 11011110000010110 M N 00111 0 G 101011100 2.1 数据通信的基本概念 2.1.1 信息和数据 1．信息 信息是对客观事物的反映,可以是对物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可表示物质与外部的联系。信息有各种存在形式。 2. 数据 信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。数据可以分成两类：模拟数据和数字数据。 4 模拟数据 数字数据 信息 数据 产生离散的值 在某个区间产生连续的值 2.1.2 信道和信道容量 1．信道 信道是传送信号的一条通道，可以分为物理信道和逻辑信道。 物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，由传输及其附属设备组成。 逻辑信道也是指传输信息的一条通路，但在信号的收、发节点之间并不一定存在与之对应的物理传输介质，而是在物理信道基础上，由节点设备内部的连接来实现。 6 信道的分类 信道按使用权限可分为专业信道和共用信道。 信道按传输介质可分为有线信道、无线信道和卫星信道。 信道按传输信号的种类可分为模拟信道和数字信道。 7 2．信道容量 信道容量是指信道传输信息的最大能力，通常用数据传输率来表示。即单位时间内传送的比特数越大，则信息的传输能力也就越大，表示信道容量大。信道容量由信道的频带（带宽），可使用的时间及能通过的信号功率和噪声功率决定。信道容量的表达式如下： C=Blog（1+S/N） B为信道带宽（Hz）;S为接收端信号的平均功率 （W）;N为信道内噪声平均功率（W）；C为信道容量，即极限传输速率（bps）。 8 2.1.3 码元和码字 在数字传输中，有时把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。 计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”，例如二进制数字1000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。 9 2.1.4 数据通信系统主要技术指标 1．比特率：比特率是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位（bit）数，单位用比特每秒（bps）或千比特每秒（Kbps）表示。 2．波特率：波特率是一种调制速率，也称波形速率。在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率，其单位为波特（baud）。 3．误码率：误码率指信息传输的误码率，也称错误率，是数据通信系统在正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标。 4．吞吐量：吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。在单信道总线型网络中，吞吐量=信道容量×传输效率。 5．通道的传播延迟：信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间叫做传播延迟（或时延）。 10 2.1.5 带宽与数据传输率 1.信道带宽 信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率减去最低频率之差。 带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以通道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。 11 随堂练习： 1.计算机网络通信传输的是（ ） a.数字信号 b.模拟信号 c.数字或模拟信号 d.数字脉冲信号 2.计算机网络通信系统是（ ） a.数据通信系统 b.模拟信号系统 c.信号传输系统 d.电信号传输系统 3.（ ）是信息传输的物理通道 a.信道 b.编码 c.数据 d.介质 4.下列关于信息和数据的说法不正确的是（ ） a.信息是对客观事物的反应 b.数据是信息的载体 c.数据是信息的一种 d.信息是数字的内在含义 5.信道容量指的是（ ） a.信道传输信息的最大能力 b.信道所能传送的信号的频率宽度 c.单位时间内整个网络能够处理的信息总量 d.单位时间内信道传输的信息量 a a a c a 6.在数字传输中，信息编码的最小单位是（ ） a.码字 b.码元 c.字节 d.字 7.信道带宽指的是（ ） a.信道传输信息的最大能力 b.信道所能传送的信号的频率宽度 c.单位时间内整个网络能够处理的信息总量 d.单位时间内信道传输的信息量 8.数据传输率是指（ ） a.信道传输信息的最大能力 b.信道所能传送的信号的频率宽度 c.单位时间内整个网络能够处理的信息总量 d.单位时间内信道传输的信息量 9.在数据传输中，用来衡量数据传输可靠性的性能指标是（ ） a.比特率 b.波特率 c.误码率 d.有效率 10.码元是指（ ） a.一个数字脉冲 b.8个0或1构成的序列 c.多个0或1构成的序列 d.一组数字脉冲 b b d c a 2.2 数据传输方式 2.2.1 数据通信系统模型 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（Data Communication），实现这种通信的系统是数据通信系统。 数据终端设备DTE（Data Terminal Equipment） 数据电路端接设备DCE（Data Circuit-Terminating Equipment） 14 2.2.2 数据线路的通信方式 根据数据信息在传输线上的传送方向，数据通信方式有： 单工通信 半双工通信 双工通信 15 单工数据传输：两站之间只能沿指定方向传输数据，反向传联络信号 半双工数据传输：两站之间可以沿两个方向传输数据，但两个方向不能同时传输 双工数据传输:两站之间可以同时两个方向传输数据 随堂练习： 1.在同一信道上的同一时刻，能够进行双向数据传送的通信方式是（ ） A.单工 B.半双工 C.全双工 D.自动 2.航空和航海中的无线电台和对讲机采用的是（ ）通信方式 A.单工 B.半双工 C.全双工 D.自动 3.使用全双工通信方式的典型例子是（ ） A.无线电广播 B.对讲机 C.电话 D.电视 4.根据数据信息在数据线路上的传送方向，数据通信方式有_________，_________和____________三种。 5.什么是单工，半双工，全双工通信？举例说明它们的应用场合。 自己总结，课后作业。 C B C 单工通信 半双工通信 全双工通信 2.2.3 数据传输方式 数据传输方式依其数据在传输线原样不变地传输还是调制变样后再传输，可分为基带传输、频带传输和宽带传输等方式。 1.基带传输 ：所谓基带是指调制前原始信号所占用的频带，是原始信号所固有的基本频带。在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输。 基带传输是一种最基本的数据传输方式，一般用在较近的数据通信中。在计算机局域网中主要就是采用这种传输方式。 18 2.频带传输：就是将代表数据的二进制信号，通过modem，变换成具有一定频带范围的模拟数据信号进行传输，传输到接收端后再将模拟数据信号解调还原为数字信号。 常用的频带调制方式有频率调制，相位调制，幅度调制和调幅加调相的混合调制方式。适用于远距离的数字通信。 3.宽带传输：在同一信道上，宽带传输系统既可以进行数字信息服务也可以模拟信息服务。计算机局域网采用的数据人民团体系统有基带传输和宽带传输两种方式，基带传输和宽带传输的主要区别在于数据传输速率不同。 随堂练习： 1.在传输数据时，以原封不动的形式把来自终端的信息送入线路称为（ ） A调制 B基带传输 C频带传输 D解调 2.计算机局域网采用的数据传输系统有（ ）两种方式。 A基带和频带 B基带和宽带 C宽带和窄带 D频带和宽带 3.下列有关数据传输方式的叙述中，错误的是（ ） A基带传输一般用在较远距离的数据通信中 B频带传输中要通过MODEM进行数字信号和模拟信号的转换 Ｃ宽带传输既可以传输数字信号，也可以传输模拟信号 D基带传输和宽带传输的区别是数据传输速率不同 Ｂ Ｂ Ａ 4.在信道上传输的信号有（ ）之分。 A基带信号和窄带信号 B宽带信号和窄带信号 C基带信号和宽带信号 D频带信号和窄带信号 ５.基带传输和宽带传输的主要区别在于____________不同。 ６.将代表数据的二进制信号，通过Modem，变换成具有一定频带范围的模拟数据信号进行传输的传输方式称为__________． ７．常用的数据传输方式有哪几种？试举例说明它们的应用场合。 　　　自己总结，课后作业。 　数据传输速率 频带传输 C 随堂练习： 1.下列（ ）不是数据通信系统的组成部分 a.DTE b.DCE c.半双工通信 d.通信线路 2.下列（ ）不属于数据链路的通信方式 a.单工通信 b.全双工通信 c.半双工通信 d.通信线路 3.属于单工传送的是（ ） a.电视广播 b.对讲机 c.计算机网络 d.无线电台 4.数据传输方式不包括（ ） a.基带传输 b.频带传输 c.宽带传输 d.调制传输 5.在传输过程中，接收和发送共享同一信道的方式为（ ） a.单工 b.半双工 c.双工 d.自动 c d a d b 6.下列通信属于全双工通信的是（ ） a.无线电广播 b.国际互联网 c.对讲机 d.无线电视广播 7.在同一信道上既可以传输数字信号又可以传输模拟信号的传输方式是（ ） a.基带传输 b.频带传输 c.宽带传输 d.调制传输 8.常用的频带传输方式不包括（ ） a.频率调制 b.相位调制 c.幅度调制 d.双向调制 9.最基本的数据传输方式是（ ） a.基带传输 b.频带传输 c.宽带传输 d.调制传输 10.数据端接设备的功能是（ ） a.处理用户数据 b.负责数据在网络上的传输 c.负责数字信号与适合网络传输介质传输信号的转换 d.对传输的信号进行整流和放大 b c d a c 2.3 数据交换技术 通常使用四种交换技术： 电路交换 报文交换 分组交换 信元交换 26 2.3.1 电路交换 电路交换（也称线路交换） 在电路交换方式中，通过网络节点（交换设备）在工作站之间建立专用的通信通道，即在两个工作站之间建立实际的物理连接。一旦通信线路建立，这对端点就独占该条物理通道，直至通信线路被取消。 27 电路交换的主要优点是实时性好，由于信道专用，通信速率较高；缺点是线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路，通信的双方必须同时工作。 电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。 电路交换的三个阶段： 电路建立阶段 数据传输阶段 拆除电路阶段 2.3.2 报文交换 报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。报文交换采取的是“存储—转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。 报文交换的主要缺点是网络的延时较长且变化比较大，因而不宜用于实时通信或交互式的应用场合。 29 在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。 报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在，报文交换已经很少有人使用了。 2.3.3 分组交换 分组交换也称包交换，它是报文交换的一种改进，也属于存储-转发交换方式，但它不是以报文为单位，而是以长度受到限制的报文分组（Packet）为单位进行传输交换的。分组也叫做信息包，分组交换有时也称为包交换。 分组在网络中传输，还可以分为两种不同的方式：数据报和虚电路。 31 分组交换的优点 高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽。 可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性。 2.3.4 信元交换技术 信元交换技术 （ATM，Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式） ATM是一种面向连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元（一个53Byte的信元），话音、视频和数据都可由信元的信息域传输。 34 它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点，针对分组交换速率低的弱点，利用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，以实现高速化。 ATM是一种广域网主干线的较好选择。 随堂练习: 1.在数据传输中，（ ）的传输延迟最小 a.电路交换 b.分组交换 c.报文交换 d.信元交换 2.分组交换还可以进一步分成（ ）和虚电报两种交换类型 a.永久虚电路 b.数据报 c.呼叫虚电报 d.包交换 3.在数据传输中，需要建立连接的是（ ） a.电路交换 b.报文交换 c.信元交换 d.数据报交换 4.数据在传输过程中所出现差错的类型主要有随机错和（ ） a.计算错 b.突发错 c.热噪声 d.CRC校验错 5.电路交换适用的场合为（ ） a.实时通信 b.传输信息量较小 c.传输信息量较大 d.A和C a b a b d 36 6.采用统计时分复用的交换方式有（ ） a.电路交换 b.报文交换 c.分组交换 d.B和C 7.属于“存储--转发”变换方式，但它不是以报文为单位，而是以长度受到限制的报文分组为单位进行传输交换的数据交换技术是（ ） a.电路交换 b.报文交换 c.分组交换 d.数据报交换 8.它是一种面向连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元，话音，视频和数据都可由信元的信息域传输的数据交换技术是（ ） a.电路交换 b.信元交换 c.分组交换 d.数据报交换 9.报文交换的主要缺点是（ ） a.线路利用率低 b.对网络的依赖性大 c.误码率高 d.网络的延时较长且变化比较大 10.虚电路传输分组交换方式的主要缺点是（ ） a.线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路 b.对网络的依赖性大 c.传输延时较大，时延离散度大 d.网络的延时较长且变化比较大 d c d b b 2.4 差错检验与校正 数据传输中出现差错有多种原因，一般分成内部因素和外部因素。 内部因素有噪音脉冲、脉动噪音、衰减、延迟失真等。 外部因素有电磁干扰、太阳噪音、工业噪音等。 38 为了确保无差错地传输，必须具有检错和纠错的功能。常用的校验方式有奇偶校验和循环冗余码校验。 2.4.1 奇偶校验 采用奇偶校验时，若其中两位同时发生错误，则会发生没有检测出错误的情况。 2.4.2 循环冗余码校验 这种编码对随机差错和突发差错均能以较低的冗余充进行严格的检查。 39 谢 谢 观 赏！ A��� B��� ������������� ��������� A��� B��� ������������� ��������� A��� B��� $$