第七讲数据通信基础

第七讲数据通信基础第一页，共51页。教材内容7.1数据通信的演变7.2数据通信的基本概念与特点7.3数据通信系统模型与功能7.4数据通信方式7.5数据通信关键技术7.6数据通信主要技术指标2023/4/192第二页，共51页。7.1数据通信的演变（1）通信领域信息的表现形式信息的表现形式语音数据图像视频2023/4/193第三页，共51页。7.1数据通信的演变（2）数据通信系统的演变时间体系结构20世纪70年代20世纪70年代末80年代初期20世纪80年代初期20世纪80年代初期到末期20世纪80年代中期到90年代中期20世纪90年代中期20世纪90年代末期21世纪初期独立的大型机网络大型机(ARPANET)独立的工作站局域网络局域网互联因特网商业化远程办公、宽带接入家庭区域网络、传感器网络等2023/4/194第四页，共51页。2023/4/1957.2数据通信概述（1）数据通信（定义）如果一个通信系统传输的信息用数据的形式来表示，则称这种通信为数据通信。数据通信系统（定义）实现数据通信的系统称为数据通信系统。

第五页，共51页。7.2数据通信概述（1）数据通信（定义）按照现代通信的定义，凡是在终端以编码方式表示信息，用脉冲形式在信道上传送的通信都叫做数据通信。数据通信网（定义）是数据通信系统的扩充，或者说是若干个数据通信系统归并和互联。

2023/4/196第六页，共51页。2023/4/1977.2数据通信概述（1）数据通信网划分为：第一部分通信子网：具备传输和交换功能，它是在原有网传输链路上加装了专用于数据交换或连接的节点交换机，从而构成了专门处理数据信息的数据通信网，并将进一步发展成为能够处理各种通信业务的综合通信网。第二部分本地网：由一些数据通信专用设备，例如集线器、复用器、通信控制器、前置处理机等，以及这些专用设备与各类通信网的专用接口所组成。第七页，共51页。典型的数据通信网数字数据网（DDN）分组交换网（X.25网）帧中继网ATM网第八页，共51页。数字数据网（DDN）①DDN是利用数字信道向用户提供半永久性电路。②传输速率高。③传输质量好。④DDN是透明传输网。⑤传输距离远。第九页，共51页。7.2数据通信概述（2）数据通信的特点(与话音通信相比)话音通信通信模式准确性要求可靠性要求时延和时延抖动信息流特点持续、稳定的信息流人－人通信人自己控制差错敏感不敏感阵发式信息流，通信持续时间差异大数据通信人－机或机－机通信准确性要求高，需要协议差错不敏感敏感传输速率低高2023/4/1910第十页，共51页。11（1）数据通信是人—计算机或计算机—计算机之间的通信，通信过程可能没有人的直接参与，为了保证通信的顺利进行，必须采用严格统一的传输控制规程（通信协议）。所谓“规程”就是在通信过程中计算机必须遵守的一系列“约定”。（2）数据通信的传输速率极高。（3）数据通信要求误码率≤10-7～10-9，而语音及电视业务仅要求误码率≤10-4，即数据通信可靠性要求高，因此必须采用严格的差错控制技术。（4）数据通信的突发度高。第十一页，共51页。数据通信系统任何一个数据通信系统都是由终端、数据电路和计算机系统三种类型的设备所组成的，远端的数据终端设备DTE通过由数据电路终接设备DCE和传输信道组成的数据电路与计算机系统实现连接。第十二页，共51页。7.3系统模型和功能（1）**数据通信系统模型(a)典型配置举例(b)数据通信系统一般模型2023/4/1913第十三页，共51页。7.3系统模型和功能（2）数据终端设备DTE

(DataTerminalEquipment)DTE负责在两点之间无差错地传输数据数据通信控制：对数据通信过程按一定的协议进行控制，确保通信双方协调可靠地工作数据I/O和处理：数据终端设备或计算机DTE的功能结构2023/4/1914第十四页，共51页。7.3系统模型和功能（3）数据通信设备DCE

(DataCommunicationsEquipment)DCE负责提供DTE和传输信道/网络的接口,确保从DTE出来的信号与传输信道兼容传输信道2023/4/1915第十五页，共51页。调制解调器如果数据通信网由电话交换网构成，此时传输信道（电话用户线）是模拟信道，数据传输采用语音频带数据传输方式，DCE主要起（频带）调制解调器的作用，即把DTE送来的数字信号变换为模拟信号再送往信道，或把信道送来的模拟信号变换为数字信号再送往DTE。除以上功能外，调制解调器还有以下功能：①同步：调制解调器有同步和异步两种。②双工方式：调制解调器可以按全双工或半双工方式工作。③自动拨号/自动应答：用户在键盘上敲入相应命令后可自动拨号/自动应答。第十六页，共51页。7.3系统模型和功能（4）数据通信系统的基本组成数据通信系统基本组成2023/4/1917第十七页，共51页。7.3系统模型和功能（5）数据通信系统主要功能接口和信号的产生2023/4/1918第十八页，共51页。7.3系统模型和功能（6）传输系统的充分使用2023/4/1919第十九页，共51页。7.3系统模型和功能（7）同步流量控制恢复2023/4/1920第二十页，共51页。局间中继传输和网同步系统局间中继传输指DDN节点间的数字信道，DDN的中继速率从4.8kbit/s到2Mbit/s,其中包括ISDN的基本速率和基群速率。网络管理系统网络管理系统的功能为网络监管和业务配置、监视网络运行、网络维护、故障测量和网络信息收集。第二十一页，共51页。7.3系统模型和功能（8）报文格式差错检测和纠正2023/4/1922第二十二页，共51页。7.3系统模型和功能（9）寻址和路由安全和网络管理2023/4/1923第二十三页，共51页。7.4数据通信方式（1）通信方式：两设备间信息流的方向通信方式2023/4/1924第二十四页，共51页。7.4数据通信方式（2）单工(Simplex)信息只能单方向传送(即通信是单向的)

(b)单工通信举例2023/4/1925第二十五页，共51页。7.4数据通信方式（3）半双工(Half-Duplex)信息可以双向传送，但同一时刻只能单向传输

(b)半双工通信举例2023/4/1926第二十六页，共51页。7.4数据通信方式（4）全双工(Full-Duplex)信息同一时刻可以双向传输

(b)全双工通信举例2023/4/1927第二十七页，共51页。7.4数据通信方式（5）总结

优点单工半双工全双工通信效率高简单、效率高通信效率低需要双向信道不足只支持信息单向传送节省信道资源2023/4/1928第二十八页，共51页。7.5数据通信关键技术(1)

数据传输技术-串行传输与并行传输2023/4/1929第二十九页，共51页。7.5数据通信关键技术(2)

数据传输技术-同步传输与异步传输2023/4/1930第三十页，共51页。异步传输---是一种很常用的通信方式。异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。当然，接收端必须时刻做好接收的准备（如果接收端主机的电源都没有加上，那么发送端发送字符就没有意义，因为接收端根本无法接收）。发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。异步通信的好处是通信设备简单、便宜，但传输效率较低（因为开始位和停止位的开销所占比例较大）。第三十一页，共51页。同步传输---通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。但这时还有两种不同的同步方式。一种是使用全网同步，用一个非常精确的主时钟对全网所有结点上的时钟进行同步。另一种是使用准同步，各结点的时钟之间允许有微小的误差，然后采用其他措施实现同步传输。第三十二页，共51页。7.5数据通信关键技术(3)数据信号的基带传输(略)调制解调技术（略）编码技术编码就是将一种比特组合和某个字符集中的字符对应起来最常用的编码方案有ASCII、EBCDIC和Unicode信道复用技术(略)2023/4/1933第三十三页，共51页。7.5数据通信关键技术(4)交换技术：电路交换、分组交换2023/4/1934第三十四页，共51页。7.5数据通信关键技术(5)帧交换实质上是分组通信的一种形式，简化了分组交换中分组交换机之间的恢复差错和拥塞处理过程，帧交换的典型技术就是帧中继。信元交换将信息以信元为单位进行传送的一种技术，信元的长度是固定的。信元方式也是一种快速分组技术，将信息划分为固定长度的信元，典型信元方式是ATM技术。2023/4/1935第三十五页，共51页。7.5数据通信关键技术(6)差错检测技术奇偶校验循环冗余校验差错校正技术重发纠错前向纠错混合纠错2023/4/1936第三十六页，共51页。1.差错的检测在计算机与计算机之间传输数据时，误码率要求低于≤10-7～10-9。2.常用的冗余校验方法（1）奇偶校验加入奇偶校验位实现奇偶校验（2）循环冗余（CRC）校验循环冗余校验码简称循环码或CRC码，是一种高效能的检错和纠错码。由于检错能力强，编、译码电路简单，因而在数据通信中应用甚广。第三十七页，共51页。7.6技术指标（1）数据传输速率

一码元携带的信息量为：D＝log2N，调制速率：指每秒传输的码元个数N。＝1/T数据传输速率：指每秒传输的比特数

S＝(log2N)/T2023/4/1938第三十八页，共51页。7.6技术指标（2）频带利用率用单位频带内的符号速率描述系统的传输效率，即每赫兹的波特数：η=系统的调制速率/系统的调制带宽

差错率衡量数据传输质量的最终指标是差错率，常用的差错率指标有平均误码率、平均误字率、平均误码组率等2023/4/1939第三十九页，共51页。7.7数据通信网OSI参考模型ApplicationPresentationSessionTransportNetworkDatalinkPhysical通信导论40第四十页，共51页。物理层物理层是OSI体系结构中最低的一层，其任务是为上一层（即数据链路层）提供一个物理连接，以便透明地传输比特流。物理层定义了网络的拓扑结构、DTE与DCE之间接口特性、位传输编码和计时规则。第四十一页，共51页。数据链路层（1）帧控制：将信息流进行分割，按照一定的格式组成帧，以帧为单位发送、接收、校验和应答。（2）差错控制：当收端能正确接收信息时，则向发端送出确认信息；当检测到接收信息有差错时，收端要求发端重发该信息；发端还要进行帧编号，以免出现信息的重收、漏收。通常采用CRC方法的居多。（3）流量控制：计算机网络是由具有不同速率、存储空间和处理能力的设备组成的。（4）链路管理：协议应能控制信息流的传输方向；建立、维护、结束链路联接；显示站的工作状态。（5）区分数据和控制信息。（6）寻址：保证每一帧信息送达正确的目的站，且收方知道信息的发送站。第四十二页，共51页。网络层数据链路层协议只能解决相邻节点间的数据传输问题，不能解决两个主机之间的数据传输问题，因为两个主机之间的通信通常包括多段链路，涉及到路由选择、流量控制等问题。①为传输层提供建立、维持和拆除网络连接的手段；②完成选定交换方式、路由选择、流量控制、顺序控制、差错控制、阻塞与非正常情况处理等；③当信息在不同网络之间传输时，完成不同网络层之间的协议转换；④根据传输层要求选择网络服务质量；⑤向传输层提供虚电路服务或数据报服务。第四十三页，共51页。44

运输层 物理层通过物理传输媒质完成比特流的发送和接收；数据链路层可以将有差错的原始传输线路变成无差错的数据链路；网络层可以使报文分组以合适的路径通过通信子网。①屏蔽差异：通信子网使用了多种传输媒质及交换方式，提供的吞吐量、传输速率、延时等方面各不相同，但会