3.1数据数据通信的基本概念（教学设计）-《计算机网络基础(第2版)》同步教学(机械工业出版社）

课题 第 3章 3.1数据数据通信的基本概念 授课人 课型 新课 课 时 2课时 教学目标    通过本节的学习，能理解数据通信的基本概念，从而为理解计算机网络中的数据传输打好基础。 教学重点 1信息、数据和信号 2信道和信道容量 3带宽与数据传输率 4 数据通信系统模型 5 数据通信系统的主要技术指标 教学难点 1信道和信道容量 2带宽与数据传输率 3数据通信系统的主要技术指标 教学方法 以课堂讲授为主，对本节难点进行讨论 教学手段和教具 微机 板 书 设 计 课 后 记 教学过程 教师活动 学生活动 组织教学 复习提问、导入新课 讲授新课 3.1.1信息、数据和信号 1．信息 所谓信息是指以声音、语言、文字、图像、动画、气味等方式所表示的实际内容，它不随载荷符号的形式不同而改变。 2．数据 数据为载荷信息的物理符号。如，某同学各科平均考试成绩99分，这是一个数据，它所表示的信息是“该同学成绩优秀”。可见信息是数据的内在含义或解释，而数据是信息的表现形式。一般来说，有两种类型的数据：模拟数据和数字数据。模拟数据是指在某个区间产生的连续值。例如，声音、温度等。数字数据只是有限个离散值，例如字符串、1到100间的所有整数等。计算机中的信息都是用数据形式来表示的。通常我们所说的数据都是指数字数据。 3．信号 信号是数据的电编码、电磁编码或其它编码。例如，用+5V的电平表示“1”，用-5V的电平表示“0”，这就是电编码的例子。在磁盘上是以磁筹的不同排列来存储数据的，这就是电磁编码的例子，在光纤中数据是以光信号的形式进行传输的。 由于有两种不同的数据类型，所以信号也有两种类型：模拟信号和数字信号。所谓模拟信号是指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，它可以以不同的频率在介质上传输。而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/零电压，表示“1”和“0”，可以用不同的位速率在介质上传输。如图3-1所示，图（a）表示模拟信号，图（b）表示数字信号。 图3-1模拟信号和数字信号 4．信息、数据和信号之间的关系 通信的目的是为了交换信息，交换信息是通过交换数据而实现的。那么数据是如何在计算机网络中进行交换的呢？是通过将数据转换为信号而在网络的进行交换的。简单地说：“信息是数据的内在含义或解释，数据是信息的载体，而信号是数据的编码”。 3.1.2信道和信道容量 1．信道 信道是信号传输的通道，包括通信设备和传输媒体。这些媒体可以是有形媒体（如电缆、光缆）或无形媒体（如传输电磁波的空间）。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。另外信道按使用权限可分为专用信道和共用信道；按传输介质可分为有线信道和无线信道。 2．信道容量 信道容量是指信道传输信息的最大能力，通常用信息速率来表示。单位时间内传送的比特数越多，则信息的传输能力也就越大，表示信道容量越大。信道容量由信道的带宽、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=Hlog(1+S/N)。公式中：H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（bit/s）。 上式说明，当信号和噪声的平均功率给定后，即S和N已知后，且在信道带宽一定的条件下，在单位时间内所能传输的最大信息量就是信道的极限传输能力。 3.1.3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与最低频率之差。带宽越大，所能达到的传输速率就越大。例如，若一条传输线路可以接收600Hz到2200Hz的频率，则该传输线的带宽是1600Hz。普通电话线路的带宽一般为3100Hz。 2．数据传输率 数据传输率是指单位时间内信道上传输的信息量，即比特率。一般来说，数据传输率的高低由每传输一位数据所占时间决定，传输每一位所占的时间越小，则速率越高。 一般情况下，数据传输率S可以用下式表示： =Blog2N 式中N是调制电平数，B是数字信号的脉冲频率，即波特率。 只有码元取0和1两种离散状态值的时候（即N=2时），脉冲频率才等于数据传输率，在计算机网络中，通常取N=2，所以这时数据传输率和波特率是相等的。 3.1.4 数据通信系统模型 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信息，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。 1．模拟通信系统 模拟通信系统利用模拟信号来传递信息，如普通的电话和电视系统。模拟通信系统的模型如图3-2所示。 图3-2模拟通信系统模型 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过调制解调器转换为模拟信号后，送到公共电话网上传输，到接收端再经调制解调器转换为数字信号后，与服务器通信。拨号入网是一种利用电话线和公用电话网PSTN接入Internet的技术。拨号接入网络系统的组成如图3-3所示。 图3-3拨号上网连接示意图 2．数字通信系统 数字通信系统利用数字信号来传递信息，如计算机通信和数字电话等。数字通信系统的模型如图3-4所示。 -4数字通信系统模型 通过图3-4可以看出，与模拟通信系统相比，在信源和调制器之间增加了信源编码器和信道编码器。它们的作用是：如果信源发出的信号是模拟信号，则要经过信源编码器转换为数字信号；信道编码器对信号进行检错纠错编码以实现差错控制。在解调器和住宿之间增加了信道译码器和信源译码器。它们的作用实现编码器的逆变换。调制器将编码器输出的基带信号调制成频带信号在信道上传输；解调器的功能与调制器相反。 3．模拟通信系统与数字通信系统的比较 和模拟通信系统相比，数字通信系统抗干扰能力强，可以实现信号的差错控制，传输质量高，但数字通信所占的信道带宽远远大于模拟信道。 3.1.5 数据通信系统的主要技术指标 1．比特率 比特率是一种数字信号的传输速率，它标示单位时间内所传送的二进制代码的有效位数，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。是指在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数，其单位是波特（baud）。由于在计算机网络中大都采用二进制表示数据，所以波特率和比特率一般是相等的。 3．误码率 误码率指信息传输的错误率，即传输中出错码与传输总码数之比。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。如果N是传送的总位数，n是出错的位数，则误码率P=n/N。 在数据通信系统中，可以采用各种差错控制技术对出现的差错进行检查和纠正，如果误码率过高，就会极大地降低数据通信的效率。 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。显然比特率越高则吞吐量越大。 5．信道的传播延迟 信号在信道中传播，从信源到达住宿所需的时间叫做传播延迟（或时延）。这个时间与信源端和住宿端之间的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。时延的大小与采用什么样的网络技术也有很大的关系。 小结： 作业： 3-1-1选择题 3-1-2填空题 3-1-3简答题 1) 数字通信的四个优点是什么？ 2) 数据通信系统的主要技术指标是什么。 学科网（北京）股份有限公司 $$