计算机网络教程-第2章 数据通信概述

计算机网络教程清华大学出版社2012年1月第2章数据通信概述第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.1数据和信号

计算机网络传输的二进制代码称为数据，它包括预先约定的具有某种含义的数字、字母图形、图像、语言等。信号是数据的电编码或电磁编码，有线信号采用电编码，无线信号采用电磁编码。信号有模拟信号和数字信号两种形式，模拟信号是连续变化的信号，如电话线上的电波，数字信号是离散变化的二进制数字脉冲信号，如计算机中的电信号。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.2数据通信的技术指标

1.数据传输速率指传输线路上传输信息的速度，有数据传输速率和信号传输速率两种表示方法：（1）数据传输速率又称比特率，指单位时间内所传送的二进制位的个数，单位为比特每秒，表示为bps或b/s。数据传输速率可用公式表示为：S=(1/T)log2N

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2.1.2数据通信的技术指标

（2）信号传输速率又称波特率或调制速率，指单位时间内所传送的信号的个数，单位为波特（baud），可用如下公式表示：B=1/T（3）比特率与波特率的关系两者之间在数值上存在如下关系：S=Blog2N第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.2数据通信的技术指标

2.误码率表示二进制数据位在传输中出错的概率，可用如下公式表示：Pe=Ne/N其中，Pe为误码率，Ne为出错的位数，N为传输的总位数。3.信道容量指信道所能承受的最大数据传输速率，单位为bps。

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2.1.2数据通信的技术指标

信道容量有两种衡量的方法：（1）奈奎斯特公式（Nyquist）（对有限带宽无噪声信道）C=2Hlog2N，其中，C为最大数据速率（信道容量），H为信道的带宽（Hz），N为一个脉冲所表示的有效状态数，即调制电平数。例：若某信道带宽为4KHz，任何时刻信号可取0、1、2、3这四种电平之一，则信道容量为：C=2Hlog2N=2×4K×log24=16Kbps第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.2数据通信的技术指标

（2）香农公式（Shannon）（对有限带宽随机噪声信道）C=Hlog2（1+S/N），其中，H为信道的带宽（Hz），S为信道内信号的功率，N为信道内服从高斯分布的噪声的功率，S/N是信噪比，通常用10log10S/N表示，单位dB（分贝）。例：计算信噪比为30dB，带宽为4KHz的信道最大容量：由30db=10log10S/N，得出S/N=1000，则C=4K×log2（1+1000）≈40Kbps。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.2数据通信的技术指标

4.三个指标之间的关系数据速率用于衡量信道传输数据的快慢，是信道的实际数据传输速率；信道容量用于衡量信道传输数据的能力，是信道的最大数据传输速率；误码率用于衡量信道传输数据的可靠性。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.3半双工与全双工

数据传输按信息传送的方向与时间可以分为：单工、半双工、全双工三种传输方式。单工数据传输方式指的是两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.3半双工与全双工

半双工数据传输方式是两个数据站之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行。全双工数据传输方式是在两个数据站之间，可以两个方向同时进行数据传输。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.4信道多路复用技术

信号传输的通路称为信道，是信号从发射端传输到接收端所经过的传输介质。为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互不干扰的技术，称为多路复用技术。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.4信道多路复用技术

采用多路复用技术的主要原因：（1）通信线路的架设费用较高，需要尽可能地充分使用每个信道的容量，尽可能不重复建设通信线路；（2）一个物理信道（传输介质）所具有的通信容量往往大于单个通信过程所需要的容量要求，如果一个物理信道仅仅为一个通信过程服务，必然会造成信道容量资源的浪费。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.4信道多路复用技术

常用的多路复用技术有：1.频分复用（FDM，FrequencyDivisionMultiplexing)技术就是将传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.4信道多路复用技术

2.时分复用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）技术就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.4信道多路复用技术

3.波分复用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）技术本质上是频分复用。WDM是在1根光纤上承载多个波长(信道)系统，将1根光纤转换为多条“虚拟”纤，每条虚拟纤独立工作在不同波长上。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.4信道多路复用技术

4.码分多址（CDMA）技术CDMA的原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码(PN)进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去；接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.4信道多路复用技术

5.空分复用（SDM，SpaceDivisionMultiplexing）技术即多对电线或光纤共用1条缆的复用方式。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

数据交换可以分为电路交换、报文交换和分组交换三种。1.电路交换当用户之间要传输数据时，交换中心在用户之间建立一条暂时的数据电路。其通信过程分为以下三个阶段：（1）线路建立阶段（2）数据传输阶段（3）线路拆除阶段第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

电路交换的缺点是：（1）线路接通后即为专用信道，因此线路利用率低。（2）线路建立时间较长，造成有效时间的浪费。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

电路交换的缺点是：（3）只要通信双方建立的线路中任何一点出现故障，就必须重新拨号建立新的连接。（4）计算机网络中各种设备相差很大，使用电路交换，不同类型、不同规格、不同速率的计算机很难互相进行通信。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

电路交换适用于高负荷的持续通信和实时性要求较强的场合（如会话式通信），不适合突发性通信。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

2.报文交换在报文交换方式中，发信端用户首先把要发送的数据编成报文，连同收信地址等辅助数据一起发往本地交换中心，在那里把它们完整地存储起来并作适当处理。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

报文交换的优点是：（1）传输可靠性高，它可以有效地采用差错校验和重发技术；（2）线路利用率高，它可以把多条低速电路集中成高速电路传输，并且可以使多个用户共享一个信道；第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

（3）使用灵活，它可以进行代码变换、速率变换等预处理工作，因而它能在类型、速率、规程不同的终端之间传输数据。但是，报文交换不适合会话型和实时性要求较高的业务。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

报文交换的缺点是：（1）报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。（2）报文交换只适用于数字信号。（3）要求网络中每个结点有较大的缓冲区。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

3.分组交换把数据分割成若干个长度较短（一般不超过128个字符）的分组，每个分组内除数据信息外还包括控制信息，它们在交换机内作为一个整体进行交换。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

与报文交换相比，分组交换的优点是：（1）总的时延小；（2）每个结点所需要的缓存器容量减小，这有利于提高结点存储资源的利用率；（3）传输有差错时，只要重发一个或若干个分组，不必重发整个报文，这样可以提高传输效率。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.5数据交换方式

分组交换的缺点是每个分组要附加一些控制信息，这会使传输效率降低，且报文越长传输效率就越低。分组交换一般提供两种基本业务：（1）虚电路（2）数据报第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.6数据传输中的差错控制

数据在传输过程中难免发生差错。差错控制编码可分为检错码和纠错码。检错码只能检查出传输中出现的差错，发送方只有重传数据才能纠正差错；纠错码不仅能检查出差错而且能自动纠正差错，避免了重传。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.6数据传输中的差错控制

检错码有：奇偶校验码、循环冗余校验码、正反码等。纠错码有：方阵校验码、海明码等。1.奇偶校验码是在7单位的ASCII代码后增加一位，使整个编码中“1”的个数成奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.6数据传输中的差错控制

2.循环冗余校验码

由两部分组成，前部分是信息码，后部分是校验码，如果CRC码共长n位，信息码长k位，就称为（n，k）码。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.6数据传输中的差错控制

3.正反码是一种简单的能够纠正差错的编码，其中冗余位的个数与信息位个数相同，冗余位与信息位或者完全相同或者完全相反，由信息位“1”的个数决定。当信息位中有奇数个“1”时，冗余位是信息位的简单重复，否则，冗余位是信息位的反码。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.6数据传输中的差错控制

4.方阵校验码将若干个需要传送的信息序列编成方阵，其中每一行相当于信息码字，每行的最后加上一个校验码元，进行行的奇偶校验。方阵的每一列由不同信息码字中相同码位的码元排成，在每一列的最后也加上一个校验码元，进行列的奇偶校验。第2章数据通信概述2.1数据通信基础

2.1.6数据传输中的差错控制

5.海明码是一种可以纠正一位差错的编码，即如果数据在传输过程中有一位出错，则可以知道出错的位数并通过取反将其改正过来。第2章数据通信概述2.2传输介质传输介质是指在网络中传输信息的载体，是网络中发送方与接收方之间的物理通路。传输介质分为有线传输介质和无线传输介质两大类。第2章数据通信概述2.2传输介质1.有线传输介质主要有双绞线、同轴电缆和光纤。双绞线和同轴电缆传输电信号，光纤传输光信号。2.无线传输介质可将其分为无线电波、微波、红外线、激光等。第2章数据通信概述2.2传输介质

2.2.1双绞线

双绞线（简称TP，Twisted-Pair），由两根绝缘导线相互缠绕而成，将一对或多对双绞线放置在一个保护套便成了双绞线电缆。第2章数据通信概述2.2传输介质

2.2.2同轴电缆

同轴电缆由绕在同一轴线上的两个导体组成，具有抗干扰能力强，连接简单等特点，是局域网的传输介质。同轴电缆分为50Ω和75Ω两种。第2章数据通信概述2.2传输介质

2.2.3光纤

光纤又称为光缆或光导纤维，由光导纤维纤芯、玻璃网层和能吸收光线的外壳组成，数据在玻璃纤维中通过光信号进行传输。光