第二章 数据通信概述（课件）《计算机网络技术与应用》（电工版第四版）《上好课》

电子工业出版社 第二章 数据通信基础 数据通信概述 计算机网络技术与应用（第4版） 学习目标 掌握数据通信的基本概念 理解数据通信系统的模型 掌握数据通信系统模型的基本组成 掌握数据通信系统的主要技术指标 目录 数据通信基本概念 > 数据通信模型 > 数据的编码与调制、常用技术指标 > 教学导入 今天上课前，咱们先来做一个 “头脑风暴”，大家跟着老师的问题想：如果现在咱们的校园里，突然没有了数据通信，咱们的学习和校园生活会变成什么样？ 知识讲授 数据通信的基本概念 数据 信息 信道 信号 数据 数据是传递信息的实体，是信息的一种表现形式。在计算机网络中，数据分为模拟数据和数字数据两种。 电视图像信号 温度变化 声音 二进制字符、图形 一定时间间隔内连续变化 离散量的数据 知识讲授 数据通信的基本概念 数字数据 模拟数据 信息 信息（Information）是对客观事物特征和运动状态的描述，其形式有数字、文字、声音、图形、图像等。 知识讲授 数据通信的基本概念 数据和信息 的区别 数据是传输信息的载体，是信息的数字化形式； 信息是对数据的解释，即对数据蕴含内容的说明； 信号 信号（Signal）是数据信息的载体，它是通过电压、电流、电荷及电磁波等物理在强度上的变化来携载各种形式的数据信息（如语音、文本、图像和视频）。 ✦信号分类 根据电信号的不同形式可分为模拟信号 和数字信号。 知识讲授 数据通信的基本概念 信号 ✦模拟信号 知识讲授 数据通信的基本概念 指针式仪表盘可以显示任意一个速度数值。 模拟信号的优点是信息变化的细节丰富，能直观反映事件的趋势。 速度 时间 信号 ✦数字信号 知识讲授 数据通信的基本概念 数字式仪表盘上只能显示一个整数的速度数值。 数字信号的优点是便于记录和保存。 速度 时间 0 3 5 信号 ✦模拟信号和数字信号的不同及转换 知识讲授 数据通信的基本概念 信道 信道是指两地间传输数据信号的通道，即信号的传输通道。 ✦信道的分类 1.按传输介质分为： （1）有线信道； （2）无线信道； 知识讲授 数据通信的基本概念 2.按使用权限分为： （1）专用信道：一般用于短距离和数据传输量比较大的网络中； （2）公用信道：通过交换技术为大量用户提供服务的信道； 3.按传输信号的形式分为： （1）模拟信道：传输模拟信号。 （2）数字信道：传输数字信号。 知识讲授 数据通信的基本概念 信道 师生互动 ➸知识点背诵 信息、数据、信号三者之间的关系。 【答案】信息、数据和信号三者的关系是：信息一般用数据来表示，而数据通常需要转变为信号进行传输。 师生互动 ➸例题分析 信号可以分为模拟信号和_________。 【答案】数字信号 【解析】信号可以分为模拟信号和数字信号。 师生互动 ➸例题分析 从时间角度来看，____ 信号是连续变化的，_____信号是离散的不连续的。 【答案】模拟 数字 【解析】模拟信号是一种信号幅度随之时间连续变化的电信号，其波形为连续的曲线，数字信号是一咱非连续变化的信号，波形为不连续的曲线。 课堂练习 1.声音是属于（ ）数据。 A. 模拟 B. 数字 C. 动态 D. 静态 【答案】A 【解析】模拟信号是连续变化的信号，声音属于模拟信号。 课堂练习 2.计算机中的信息都是用( )形式来表示的。 A. 图片 B. 文字 C. 数据 D. 静态 【答案】C 【解析】计算机中的信息都是以数字形式0和1来表示的。 课堂练习 3.对于信息特征的下列理解中，错误的是 ( ) A. 刻在甲骨上的文字说明信息具有载体依附性 B. 天气预报、军事情报等信息会因时间的推移失去原有的价值，说明信息具有时效性 C. 信息不会随着时间的推移而变化 D. 不同载体上的信息有可能是相同的 课堂练习 【答案】C 【解析】信息会随着时间、环境、事件的发展发生变化，比如实时路况、股票行情、新闻资讯等，都会随时间不断更新 课堂练习 4.下列关于信息和数据的关系，说法正确的是（ ） A. 信息就是数据，二者没有区别 B. 数据是信息的载体，信息是数据所表达的含义 C. 信息可以独立存在，不需要依赖数据 D. 数据经过处理后，一定能成为有价值的信息 【答案】B 【解析】数据是客观记录的符号，信息是数据经过加工处理后具有意义的内容。数据是载体，信息是内涵。 知识讲授 ✦数据通信系统模型 数据通信系统 信道 输入信息 输入数据 发送 的信号 接收 的信号 输出数据 信源 信宿 发送器 接收器 输出信息 发送端 接收端 噪声源 知识讲授 ➸信源和信宿 信源：信息的产生和发送端，是发出待传送信息的人或设备。 信宿：信息的接收端，是接收所传送信息的人或设备。 ➸发送器和接收器 发送器：把信源发出的信息转换成便于传输的形式，将其送入信道的各种设备。 接收器：接收从信道传输过来的信息，并转换成信宿便于接收的形式。 ➸信道 传输数据信号的通道，包括通信设备和传输介质。 数据通信系统 知识讲授 ✦模拟通信和数字通信 数据通信系统 调制器 信源 信道 解调器 信宿 噪声源 模拟通信系统模型 数字比特流 数字比特流 模拟信号 模拟信号 知识讲授 ✦模拟通信和数字通信 数据通信系统 调制器 信源 信道 解调器 信宿 噪声源 数字通信系统模型 信源编码器 信道编码器 信源译码器 信道译码器 师生互动 ➸知识点背诵 数据通信系统的三大基本组成是什么？ 【答案】信源、信道、信宿。 【解析】口诀：发—传—收（源系统发、传输系统传、目的系统收）。 师生互动 ➸例题分析 模拟通信与数字通信的本质区别是（ ） A. 传输距离不同 B. 信道带宽不同 C. 传输信号是连续还是离散 D. 速率不同 【答案】C 【解析】模拟通信与数字通信的本质区别是传输的信号形式。 课堂练习 1.数据通信系统模型里，噪声源的位置是（ ） A. 仅存在于信源 B. 仅存在于信宿 C. 分布在整个传输链路各处 D. 仅在发送设备中 【答案】C 【解析】噪声并非只出现在某一个模块，而是分布在整个传输链路的各个环节，包括发送设备、信道、接收设备等全程都会引入噪声。 课堂练习 2.按传输信号形式，通信系统模型可分为________通信系统和________通信系统。 【答案】模拟； 数字 【解析】按传输信号形式，通信系统模型可分为模拟通信系统和数字通信系统。 数据的编码与调制 教学导入 电脑里的 0 和 1，怎么变成电信号、光信号，在网线上“跑”起来？这就是我们今天这节课要解决的核心 ——数据怎么变成适合传输的信号。 知识讲授 ➸编码 用数字信号承载数字数据或模拟数据，称为编码。 ➸调制 用模拟信号承载数字数据或模拟数据，称为调制。 数据的编码与调制 数字信号 模拟信号 模拟信号 数字信号 调制 编码 编码 调制 知识讲授 ➸数字数据的数字信号编码方法 数据的编码与调制 曼彻斯特编码 不归零编码 知识讲授 ➸模拟数据的数字信号编码--脉冲编码调制方法 数据的编码与调制 量化 编码 采样 知识讲授 ➸数字数据的模拟信号调制方法 数据的编码与调制 1、幅移键控法 2、频移键控法 3、相移键控法 1、幅值调制 2、频率调制 ➸模拟数据的模拟信号调制方法 知识讲授 ➸码元 码元是对网络中传输的二进制数字每一位的通称，也常称为“位”或 bit。 ➸噪声源 计算机网络中的噪声源是指通信过程中产生干扰的来源，包括信道自身的噪声以及周围环境对信道的干扰。 数据通信的常用术语及主要技术指标 知识讲授 ➸信道容量 信道容量是指信道能传输信息的最大能力，一般以单位时间内最大可传输信息的位数表示。 ➸响应时间 响应时间是指从发送一条信息到收到回答的时间。 数据通信的常用术语及主要技术指标 知识讲授 ➸数据传输速率 数据传输速率是指通信线上传输信息的速度。 ➸差错控制 在传输的过程中，自动检测差错并进一步自动校正。解决方法是采用检错码和纠错码。 数据通信的常用术语及主要技术指标 知识讲授 ➸带宽 带宽指某个信号具有的频带宽度，即传输信号的最高频率与最低频率之差。 ➸误码率 误码率是指在数据传输中的错误率，以在接收的码元中的错误码元占总传输码元的比例来衡量。在计算机网络中一般要求数字信号误码率低于10~6。 数据通信的常用术语及主要技术指标 知识讲授 ➸波特率 波特率是指数据信号对载波的调制速率，用单位时间内载波调制状态改变次数来表示，单位为波特。 ➸比特率 比特率是数字信号的传输速率，用单位时间内传输二进制代码的有效位（bit）数来表示，单位为bit/s、Kbit/s和Mbit/s等。 数据通信的常用术语及主要技术指标 师生互动 ➸知识点背诵 用__________承载数字数据或模拟数据，称为编码。 【答案】数字信号 【解析】编码是将数据转换为数字信号的过程，即用数字信号承载数据，属于基带传输的信号处理方式。 师生互动 ➸例题分析 曼彻斯特编码属于（ ） A. 数字数据→数字信号 B. 数字数据→模拟信号 C. 模拟数据→数字信号 D. 模拟数据→模拟信号 【答案】A 【解析】曼彻斯特编码（Manchester Encoding）是一种基带传输编码方式，它将数字数据（0和1）转换为数字信号。 课堂练习 1.数据通信中，误码率越低，说明系统（ ） A. 速率越高 B. 可靠性越高 C. 带宽越大 D. 时延越小 【答案】B 【解析】误码率= 传输中出错的比特数 / 传输的总比特数。误码率是衡量数据传输准确性的核心指标。 课堂练习 2.波特率表示的是（ ） A. 每秒传输比特数 B. 每秒传输码元数 C. 错误码元占比 D. 最大传输速率 【答案】B 【解析】波特率描述的是信号波形变化的快慢，即每秒传输的码元数；而实际传输的数据量（比特数）还取决于每个码元携带多少比特信息。 课堂练习 3.PCM 的三个步骤：采样、_________、_________。 【答案】量化；编码 【解析】"采量编" —— 采样、量化、编码，从模拟到数字的三级跳。 课堂小结 课后作业 1、总结数据通信模型的组成部分； 2、课后练习题； $