第2章数据通信基础知识

第2章数据通信基础知识2.1数据通信的理论基础2.2数据信息的调制与编码2.3数据的同步技术2.4多路复用技术2.5数据交换技术2.6差错控制技术2.1数据通信的理论基础

通信的目的是单双向传递信息，广义上来说，采用任何方法通过任何介质将信息从一地传送到另一地都可称为通信。数据通信是指在两点或多点之间以二进制形式进行信息传输与交换的过程。2.1.1数据通信的基本概念2.1.2数据通信系统的模型2.1.3数据通信的基本方式2.1.1数据通信的基本概念1、信息、数据和信号信息是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态数据一般可以理解为“信息的数字化形式”和“数字化信息的形式”。狭义的“数据”通常是指具有一定数据特性的信息.信号简单地讲就是携带信息的传输介质，如电信号、光信号。信号的频谱宽度就称为该信号带宽。

根据信号参量取值的不同，信号可分为数字信号和模拟信号，或称为离散信号和连续信号。连续信号（模拟信号）和离散信号（数字信号）2、基本概念（1）信道：传输信息的必经之路称为“信道”。在计算机中有所谓物理信道和逻辑信道之分。（2）码元：编码单元，如果编码单元是1byte，即8位时，则码元是1bit。（3）数据：数据可分为模拟数据与数字数据两种。（4）调制解调器Modem：传统的电话通信信道是传输语音一级的模拟信道，无法直接传输计算机的数字信号。将数字信号变为模拟信号称为调制，将模拟信号变成数字信号称为解调。MODEM具有调制和解调的功能。（5）数据传输速率：指通信线上传输信息的速度。有两种表示方法，即信号速率s和调制速率B。S指单位时间内所传送的二制位代码的有效位数，以每秒多少比特数计，即bps。调制速率B是脉冲信号经过调制后的传输速率，以波特（Baud）为单位，通常用于表示调制器之间传输信号的速率。（6）误码率：指信息传输的错误率，是衡量系统可靠性的指标，小于10-6（7）信息容量：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送信息的bit数表示（8）基带传输：指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的0或1数字脉冲信号。（9）频带传输：在远距离通信时，需要将数字信号调制成音频信号再发送和传输，接收端再将音频信号解调成数字信号。（10）宽带传输：指传输介质的频带宽度较宽的信息传输，一般在300-400MHz左右。系统设计时将此频带分割成几个子频带，采用多路复用技术”。（11）串行传输：指一位一位地传送数据，从发送端到接收端只要一根传输线即可。（12）并行传输：一次可以传送一个字节(8位)，发端到收端用8根线。（13）数据交换方式：在网络中的计算机通常是经过公用通信传输线路进行数据交换以提高传输设备的利用率（14）字符编码：在信道上传送的数据是以二进制位的形式出现的（15）差错校正：字符代码在传输、接收过程中，难免发生错误，如何及时自动检测差错并进一步自动校正（16）协议：即网络通信规则，它规定了两台计算机通过一个网络进行通信的方式。最常见的是网络协议，如TCP/IP协议组。（17）同步传输：一种以报文和分组为单位进行传输的方式（18）异步传输：传输的数据以字符为单位，而且字符间的发送时间是异步的2.1.2数据通信系统的模型图2-2数据通信系统的模型1、数据通信系统的组成（1）数据终端设备即数据的生成者和使用者，它根据协议控制通信的功能（2）通信控制器它的功能除进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还可接收来自多个数据终端设备的信息，并转换信息格式，如网卡。（3）通信信道通信信道是信息在信号变换器之间传输的通道（4）信号变换器它的功能是把通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求的信号形式2、数据通信的方向

1）单工通信通常包括主信道和监控信道（2）半双工通信可以双向通信，但某一时刻只能单向通信。（3）全双工通信可同时双向通信，适合于计算机之间的通信1、模拟数据通信与数字数据通信(1)、模拟数据通信

用来传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号。通常使用某一频率的电磁波作为载波传输。(2)、数字数据通信数字数据通信指直接利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据，或模拟数据对应的数字信号。2.1.3数据通信的基本方式数字数据通信的优点：来自声音、视频和其他数据源的各类数据均可统一为数字信号的形式，并通过数字通信系统传输。以数据帧为单位传输数据，并通过检错编码和重发数据帧来发现与纠正通信错误，从而有效保证通信的可靠性。在长距离数字通信中可通过中继器放大和整形来保证数字信号的完整及不累积噪音。使用加密技术可有效增强通信的安全性。数字技术比模拟技术发展更快，数字设备很容易通过集成电路来实现，并与计算机相结合，而由于超大规模集成电路技术的迅速发展，数字设备的体积与成本的下降速度大大超过模拟设备，性能/价格比高。多路光纤技术的发展大大提高了数字通信的效率。

2、数据通信的主要技术指标（1）带宽在模拟信道中，常用带宽表示信道传输信息的能力，带宽即传输信号的最高频率与最低频率之差（2）比特率在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示，常用单位：bps,kbps,mbps,gbps（3）波特率波特率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，其单位为波特（Baud）。波特率与比特率的关系为：比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数。两相调制（单个调制状态对应1个二进制位）的比特率等于波特率；四相调制（单个调制状态对应2个二进制位）的比特率为波特率的两倍；八相调制（单个调制状态对应3个二进制位）的比特率为波特率的三倍，依次类推。（4）误码率误码率指在数据传输中的错误率。在计算机网络中一般要求数字信号误码率低于10-6

2.2数据信息的调制与编码通常，有四种数据的调制和编码方法：

1）模拟数据的模拟调制。2）数字数据的模拟调制。3）数字数据的数字编码。4）模拟数据的数字编码。2.3数据的同步技术2.3.1异步方式异步方式又称起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息

2．3．2同步方式同步式要求不管是否传输信息代码，每个比特位必须在收发两端始终保持同步，中间没有间断时间，即为比特位同步。

当不传送信息代码时，在线路上传送的是全1或其他特定代码，在传输开始时用同步字符SYN（编码为0010110）使收发双方进入同步。当搜索到两个以上SYN同步字符时，接收端开始接收信息，此后就从传输信息中检测同步信息。在两个连续的报文之间，应插入两个以上的SYN同步字符，一般在高速传输数据的系统中采用同步方式传输。

2.4多路复用技术多路复用就是在数据通信系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。其基本方法是在发送端将若干个彼此无关的信号合并为一个能在一个共用信道上传输的复合信号，在信号的接收端还能将复合信号分离出原来的若干个彼此无关的信号来。2．4．1频分多路复用频分多路复用频分多路复用技术适用于模拟信号。例如，将FDM用在电话系统中，传输的每一路语音信号的频谱一般在300Hz～3000Hz，仅占用一根传输线的可用总带宽的一部分，通常双绞电缆的可用带宽是100kHz，因此，在同一对双绞电线上可采用频分复用技术传输多达24路电话信号。2．4．2时分多路复用2．4．3统计时分多路复用每个输入端不管其状态如何（空闲或发送），都固定分配一个时隙。2．4．4波分多路复用波分多路复用的原理同频分多路复用相似，主要用于光纤通信。它是利用不同波长的光在一条光纤上同时传输多路信号。2．5数据交换技术网络交换是指通过一定的设备，如交换机等，将不同的信号或者信号形式转换为对方可识别的信号类型从而达到通信目的的一种交换形式在计算机网络中，按照交换层次的不同，网络交换可以分为物理层交换（如电话网）、链路层交换（二层交换，对MAC地址进行变更）、网络层交换（三层交换，对IP地址进行变更）、传输层交换（四层交换，对端口进行变更，比较少见）和应用层交换（似乎可以理解为Web网关等）。交换网络又可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网2．5．1电路交换的工作原理

以电路联接为目的的交换方式是电路交换方式。电话网中就是采用电路交换方式。1、电路交换的三个过程（1）电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。（2）数据传输（3）电路拆除交换网络的拓扑结构

2．5．2报文交换的工作原理

1、报文交换原理报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。图2-23电路交换与报文交换比较2．5．3分组交换的工作原理

它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种

2．5．4各种数据交换技术的性能比较

1、电路交换：在数据传输之前必须先设置一条完全的通路。在线路拆除(释放)之前，该通路由一对用户完全占用。2、报文交换：报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队。3、分组交换：分组交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。2．6