单元1 任务2 认识数据通信（课件）-《计算机网络应用基础》（高教版）【上好课】

计算机网络应用基础 高等教育出版社2021版 任务2 | 2课时 单元1 初识计算机网络 任务2 认识数据通信 理解信号、数据通信系统模型与主要技术指标 能识别通信方式，会计算误码率与吞吐量 养成严谨、规范、协作的工程意识 知识目标 能力目标 素养目标 01 01 01 学习目标 教学导入：宽带升级为什么更快？ 现象：小明家宽带从 10Mbps 免费升级到 100Mbps，上网速度更快。 问题：带宽升级为什么能带来更快的速度？数据在信道中如何传输、如何度量？ 第一部分 数据通信基础 知识讲授 知识讲授：信号——模拟信号与数字信号 信号：是消息的具体物理表现，是表达信息的一种载体。根据取值特征的不同，可以把信号分为模拟信号和数字信号。 模拟信号：是指在时域上幅值连续变化的信号。如声音、压力、温度等信号都是连续变化的， 都表现为模拟信号。 数字信号：指幅度的取值是离散（即不连续）的信号，而且该幅度取值被限制在有限的范围内，数字信号的大小常用有限位的二进制数（0和1）表示。 知识讲授：模拟信号与数字信号的区别 • 模拟信号：取值连续，抗干扰能力较弱。 • 数字信号：取值离散（0/1），抗干扰能力强，但衰减大、传输距离短。 • 通过模/数转换装置可实现二者的相互转换。 知识讲授：数据通信系统模型 数据通信三要素： • 信源（发端设备）：产生和发送信息的一端。 • 信宿（收端设备）：接收信息的一端。 • 信道（传输媒介）：信源和信宿之间的通信线路。 知识讲授：技术指标①——速率与容量 1．数据传输速率：数据传输速率也称为比特率，是指通信线路在单位时间内传输的二进制比特数，基本单位为位/秒（bit/s），即bps。 在实际应用中传输单位有kbps、Mbps、Gbps等，其中 1kbps=1000bps，1Mbps=1000kbps，1Gbps=1000Mbps。 2．信道容量：信道容量指单位时间内传输的最大二进制比特数，它是比特率的上限值，单位是bps。在实际应用中，传输速率小于等于信道容量。 通常说的网络带宽，是指信道容量。 知识讲授：技术指标②——吞吐量与信道带宽 3．吞吐量：吞吐量是指单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的实际数据量，单位是bps，它受网络带宽或网络额定速率的限制。 4．信道带宽：信道带宽是描述信道传输能力的技术指标，它的大小是由信道的物理特性决定的。数字信道一般用单位时间可以传输的最大二进制比特数来表示；模拟信道则由信道的允许传输的频率范围（赫兹，Hz）来表示，在实际应用中还有kHz、MHz、GHz等，1kHz=1000Hz，1MHz=1000kHz，1GHz=1000MHz。 知识讲授：技术指标③——误码率 5．误码率：误码率指传输二进制数据位时出现错误的概率。它是衡量数据在规定时间内传输正确性的指标。计算机网络中，要求误码率低于10⁻⁶，如果在一万位数据中出现一位差错，即误码率为万分之一。 误码率计算公式为： 误码率=错误位数/传输总位数。 课堂问答 1. 数字信号与模拟信号在取值上有什么区别？ 2. 数据通信系统的三要素是什么？ 3. 通常说的“网络带宽”指的是什么？ 4. 数据传输速率的基本单位是什么？ 答案1：模拟信号幅值连续；数字信号取值离散，常用 0/1 表示。 答案2：信源、信宿、信道。 答案3：网络带宽通常指信道容量。 答案4：数据传输速率的基本单位是 bit/s，也称 bps。 例题分析：误码率计算 例题：某数据通信系统共传输 100 000 位数据，其中出错 10 位，求误码率。 第一步：误码率 = 错误位数 ÷ 传输总位数。 第二步：误码率 = 10 ÷ 100 000。 答案：误码率 = 10^-4。 课堂练习 1.（判断）模拟信号比数字信号抗干扰能力强。（ ） 2. 数据通信系统模型中，信号传输的通道称为 ______。 3. 下列单位能表示数据传输速率的是（ ） A. bps　B. Hz　C. Mbps　D. kbps 4. 误码率 = ______ ÷ ______。 答案1：×。数字信号抗干扰能力通常更强。 答案2：信道。 答案3：ACD。bps、Mbps、kbps 都可表示数据传输速率。 答案4：错误位数 ÷ 传输总位数。 第二部分 通信方式与传输技术 知识讲授 知识讲授：并行传输 并行传输指数据以组的方式在多条并行信道上同时传输。例如，计算机与打印机之间通过并行端口（LPT）进行并行传输通信，以字节为单位进行，一次传输一个字节信号。 并行传输的优点是速率快，但易受干扰，线路成本高，所以常用于短距离传输。 知识讲授：串行传输 串行传输指从发送端到接收端只需要一条信道，数据在信道上一位一位地逐个传输。 串行传输的优点是线路成本低、架设方便、容易维护、易于实现，缺点就是速率慢，需要考虑传输方向和传输同步问题，远距离传输时采用较多。 计算机网络通信主要采用串行传输，它在传输方向上有单工通信、半双工通信、全双工通信三种方式。 知识讲授：单工、半双工与全双工 （1）单工通信方式：这种通信方式的信息只能单方向传输，即发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息，不能发送信息。例如，收听数字广播。 （2）半双工通信方式：可以实现双向通信，但不能在两个方向上同时进行通信，必须轮流交替进行。发送端和接收端可以相互转化，但是在同一时刻，信息只能在一个方向上传输。例如，无线电收发两用机。 （3）全双工通信方式：全双工通信，又称双向同时通信，是指在通信的任意时刻，允许数据同时在两个方向上传送，即通信的双方可以同时发送和接收数据。例如，电话通信、宽带上网。 知识讲授：三种通信方式对比 维度 单工 半双工 全双工 传输方向 只允许一个方向 两个方向都可传 两个方向同时传 是否同时 不能反向 不能同时，需轮流 可同时收发 典型场景 广播、电视播出 对讲机、步话机 电话、计算机网络 判断要点 只看见单向发送 双方可说但要交替 双方可边发边收 知识讲授：基带传输 数据通信中电信号所固有的基本频率称为基本频带，简称基带，这种电信号就称为基带信号，信道中直接传送基带信号的方法被称为基带传输。 基带传输简单、经济，适用于传输距离不长（一般不大于2.5km）的场合。以太网、令牌环网等局域网系统大多采用基带传输。 知识讲授：频带传输 频带传输是信号经调制后传输到终端再解调的传输方式，如将数字信号（二进制电信号）进行调制变换，变成能在公共电话线上传输的模拟信号。 频带传输适合远距离传输。 知识讲授：基带与频带传输对比 维度 基带传输 频带传输 判断提示 信号处理 原始数字信号直接进入信道 先调制成适合信道的频带信号 看是否经过调制/解调 适用距离 近距离传输更常见 较远距离传输更常见 距离越远越需要适配信道 典型场景 局域网网线、以太网 电话线、无线/有线电视信号 结合设备和介质判断 优缺点 简单、经济，但距离受限 覆盖范围广，但设备复杂 不是谁更好，而是场景不同 知识讲授：工作模式与带宽、吞吐量 同样带宽的链路，无论是以全双工模式还是半双工模式传输，带宽均相同，而吞吐量全双工模式是半双工模式的2倍。即： 全双工模式的带宽 = 半双工模式的带宽 全双工模式的吞吐量 = 2 × 半双工模式的吞吐量 例如，100Mbps的链路，全双工模式和半双工模式的带宽均为100Mbps，而吞吐量半双工模式为100Mbps，全双工模式为2×100Mbps=200Mbps。 课堂问答 1. 下列属于全双工通信的是（ ） A. 收听数字广播　B. 手持步话机　C. 计算机网络通信　D. 以上都是 2.（判断）基带传输适合远距离传输。（ ） 3. 100Mbps 链路全双工模式的吞吐量是多少？ 4. 并行传输与串行传输各有什么优缺点？ 答案1：C。计算机网络通信属于全双工通信。 答案2：×。基带传输更适合近距离，频带传输更适合远距离。 答案3：100Mbps 全双工链路吞吐量为 200Mbps。 答案4：并行传输速率快但成本高；串行传输成本低、距离适应性更好。 例题分析：吞吐量计算 例题：某 100Mbps 全双工链路的带宽与吞吐量各是多少？ 第一步：链路标称带宽 = 100Mbps。 第二步：全双工可同时双向传输，吞吐量按两个方向合计。 答案：吞吐量 = 2 × 100Mbps = 200Mbps。 课堂练习 1.（判断）全双工通信的效率高于单工通信。（ ） 2. 不能在两个方向上同时传输、必须轮流交替的通信方式是 ______。 3. 以下单位能表示数据传输速率的有（ ） A. bps　B. Hz　C. Mbps　D. kbps 4. 数据通信系统的三要素是 ______、______、______。 答案1：√。全双工通信效率高于单工通信。 答案2：半双工通信。 答案3：ACD。 答案4：信源、信宿、信道。 师生互动：模拟还是数字通信？ 讨论：通过电话线拨号上网是模拟通信、数字通信，还是二者兼而有之？ 提示：计算机内是数字信号，经调制解调器调制后变成模拟信号在电话线上传输，到接收端再解调还原为数字信号，因此是二者兼而有之。 任务2认识数据通信 任务2 认识数据通信 数据通信基础 信号：模拟/数字 模型：信源 → 信道 → 信宿 通信技术指标 速率/带宽/吞吐量 误码率 = 错误位数 ÷ 总位数 数据传输方式 并行传输 / 串行传输 单工 / 半双工 / 全双工 会判断传输方向与效率 基带与频带 基带：直接传送基带信号 频带：调制后传输再解调 会结合距离和介质判断 课堂小结：知识地图 课后任务：观察数据如何传输 1. 找一找：记录 2 个身边的基带传输场景，如局域网网线连接、校园网设备互联。 2. 比一比：记录 2 个频带传输场景，如电话线宽带、无线通信或有线电视信号传输。 3. 说一说：从传输距离、是否调制、常见设备三个角度完成对比表。 4. 展一展：小组用 3 分钟汇报，说明判断依据，避免只背概念。 谢谢观看 THANKS $