计算机网络原理与应用（第二版）课件第2章 数据通信基础

第2章

数据通信基础

2.1通信的相关概念

2.1.1通信系统模型

1.通信的基本术语

通信是通过某种媒体进行的信息传递。信息是指数据中包含的有意义的内容。它是通过数据来表示的，数据是信息的载体。数据分为离散型数据和连续型数据。信号是指随时间变化的物理量。2.通信系统模型

3.通信系统的组成

（1)信源信源是发出信息的源，信源分为模拟信源和数字信源。（2)变换器（3）信道可以是有线的或是无线的，有线和无线均有多种传输媒质。（4）反变换器进行解调、译码、解码等。（5）信宿信宿是传输信息的归宿（接收端）。（6）噪声源2.1.2数据通信过程

整个通信过程包括以下五个阶段:（1）通信线路的占用（建立）（2）数据传输链路建立（3）数据及控制信息的传输（4）数据传输链路的拆除（5）通信线路的释放2.1.3通信系统技术指标

用传输速率、信道容量、带宽以及误码率等指标对数据传输系统进行评价。

1.传输速率传输速率是指单位时间内传输信息的数量。它是衡量数据通信系统传输能力的重要指标，分别用数据信号速率和调制速率来表示。（1）数据信号速率指单位时间内所传送的二进制代码的有效位数，单位为：位/秒，记作b/s。

计算公式为：S=(1/T)log2N(b/s)

（2）调制速率信号调制过程中，单位时间内通过信道传输的码元数，单位为：Baud。用于表示调制器之间信号传输的速率。

计算公式为：B=(1/T)(Baud)2.带宽带宽是描述传输系统的一个重要的参数。信号的带宽是指信号的频带宽度。

模拟信道带宽的单位是：赫兹（Hz），数字信道带宽的单位是：比特/秒（bps）按信道频率范围的不同，通信信道分为三类：窄带信道（带宽为0～300Hz）、音频信道（带宽为300Hz～3.4KHz）和宽带信道（带宽为3.4KHz以上）。3.离散的信道容量信道容量是一个极限参数，指单位时间内信道所能传输的最大信息量，表征信道的最大传输能力。单位：位/秒（b/s）。信道容量与数据传输速率是有区别的，前者表示信道的最大数据传输速率，而后者是实际的数据传输速率，所以一般信道容量应大于传输速率。（1）离散的信道容量对离散的信道有一个Nyquist公式，来计算其信道容量：

C=2×H×log2N(bps)式中，H：信道的带宽（Hz），N：码元的离散值个数。C：最大数据传输速率（信道容量）。（2）连续的信道容量对连续的信道有一个Shannon公式，来计算其信道容量：C=H×log2(1+S/N)(bps)式中，H：信道的带宽；S：信号功率；N：噪声功率；S/N：信噪比，分贝(dB)。【例2.1】已知电话信道带宽约3KHz，若其码元的离散值个数N=16，求信道最大数据传输速率。解：C=2×3K×log216=24K(b/s)【例2.2】已知某信道信噪比为30dB，带宽为3KHz，求信道的最大数据传输速率。解：∵10lg(S/N)=30∴S/N=1030/10=1000∴C=3000×log2(1+1000)≈30K(b/s)4.带宽、数据传输速率和信道容量的关系

Shannon定理给出信道带宽与信道容量之间关系：C=H×log2(1+S/N)可见，信道带宽和信噪比越高，则信道容量就越大，传输效率也就越高。而无噪声信道中的最大速率由Nyquist准则决定：Rmax=2×H×log2N(b/s)式中，Rmax为最大速率，H为信道带宽，N为信道上传输信号可取的码元数。

在模拟信道中，常用带宽（频率宽度）表示其传输信息的能力，如：电话信道的带宽为300～3400Hz。而在数字信道中，常用“最大数据传输速率”来表示信道的传输能力，即为b/s、Kb/s或Mb/s。如：某以太网的最大数据传输速率是1000Mb/s。带宽和最大数据传输速率都是衡量信道传输能力的技术指标，加上Shannon计算公式指出，数据的最大传输速率（信道容量）与信道带宽之间存在正比关系，故在实际应用中，带宽与最大数据传输速率（信道容量）并不严格加以区分，信道容量有时也称为带宽。5.误码率与噪声误码率是衡量通信系统传输数据的可靠性指标，指二进制数据位传输时出错的概率。计算机网络要求误码率低于10-6，即平均每传送1Mb，才能错1位。若达不到这个指标，则应通过差错控制方法进行检错和纠错。误码率的定义：Pe≈Ne/N式中，Pe为误码率，Ne表示被传错的位数；N表示传输的二进制数总位数.

任何非理想信道都会有噪声,噪声分为两类：热噪声和冲击噪声。

(1)热噪声是内部噪声，幅值较大小。

(2)冲击噪声由外界干扰引起，其幅值较大，会产生突发性差错。在数字传输系统中，噪声叠加在信号上，会引起某些位的信号在接收端错误地被接收，就是误码。另外，因传输系统带宽较窄所引起的信号失真，也会引起误码。6.传输延迟

1）发送和接收设备存在响应时间2）通信子网存在中间转发等待时间3）数据发送和接收处理需要时间

4）数据的通信传输过程需要时间

时间延迟（Delay）又称传输延迟：

传输延迟=电信号响应时间+发送和接收处理时间+中间转发时间+通信传输时间2.2通信的基本方式

2.2.1并行通信与串行通信并行通信用于计算机内部各部件之间或近距离设备之间的数据传输，而串行通信常有用于计算机与计算机或计算机与终端设备之间远距离的数据传输。

计算机与外部设备之间的并行通信通过计算机的并行接口（LPT）进行；串行通信则是通过串行接口（COM）进行。

1.并行通信所谓并行传输，是指至少有8个数据位同时在两台设备之间传输,发送端与接收端有8条数据线相连，发送端同时发送8个数据位（其中1位用作校检位），接收端同时接收8个数据位。

计算机内部通过总线进行的通信就属于并行通信。微机支持4个以上的COM接口和3个以上的LPT接口。并行接口又称LPT接口。在USB接口出现之前，LPT并口常用来接打印机或扫描仪，LPT接口最大速率可达到1.5Mb/s。2.串行通信所谓串行通信方式，是指发送端一次只发送或接收一位数据位。因此，所需数据线的数目大大减少，各数据位依次通过通信线路传输。

因在计算机内部总线上传输的是并行数据，如要与外部设备进行串行通信，需在发送端需把并行数据转换成串行数据，在接收端则需将串行数据再转换为并行数据。

在数据通信系统中，较远距离的通信常采用串行通信方式。在现行计算机网络中，串行通信应用较为广泛。

在计算机局域网中，计算机之间也是串行传输，由网卡负责串行数据和并行数据的转换。如：16位网卡一次可转换16位数据，32位网卡一次可转换32位数据。现在常用USB（即通用串行总线）接口，传输速率快，达到480Mb/s。已有USB2.0、USB3.1版，传输速率达到1Gb/s。2.2.2单工、半双工和全双工通信通信线路由一个或多个信道组成，根据信道在某一时间信息传输的方向，通信可以分为：

1.单工通信

2.半双工通信

3.全双工通信

1.单工通信

单工通信是指传送的信息始终是一个方向的通信。单工通信存在两个信道：即传输数据用的主信道和监测信号用的监测信道。如：收听和收看广播电视。图2-5半双工通信2.半双工通信是指信息流可以在两个方向传输，但同一时刻只限于一个方向传输。对于半双工通信，通信的双方都具备发送和接收装置，即每一端既可以是发送端也可以是接收端，信息流轮流使用发送和接收装置。如：对讲机。图2-6全双工通信3.全双工通信

指同时可以双向的通信，即通信的一方在发送信息的同时也能接收信息。全双工通信采用四线制，有两个数据信道进行数据传输，适合计算机与计算机之间的通信。

2.2.3广播式通信与点到点式通信1.广播式通信在一个计算机网络中，当一台计算机通过信道发送数据包时，所有其它的计算机都能“收听（接收）”到该数据包，这种通信就称为“广播式通信”，该网络就称为广播式网络。在广播式网络中，所有计算机都共享有一个公共信道（BUS）。如：总线型拓扑网络、环型拓扑网络和集线器（HUB）组建的网络等。

2.点到点式通信两台计算机可直接通信，若没有直接连接的线路，它们的通信可通过中间节点的接收、存储、转发直至目的节点，这种通信方式就称为“点到点式通信”，而相应的网络就称为点到点式网络。从源节点到目的节点可能有多条路径，决定数据包的路径需通过路由选择算法。数据包存储转发与路由选择是点到点式网络与广播式网络的主要区别。如：交换式网络和VPN网络等。

2.2.4基带通信与宽带通信

1.基带通信

由计算机或终端等数字设备产生、未经调制的数字电信号通常是矩形波形式，频率以直流和低频为主，这种电信号称为“基带（Baseband）信号”。

在信道中，直接传输这种基带信号的通信方式就叫做“基带通信（传输）”。

基带信号在近距离范围内衰减不大，因此，在计算机局域网中，广泛采用基带通信方式，如：以太局域网。

在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号就是矩形脉冲（波）信号；矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带（基带），矩形脉冲信号就叫做基带信号。在传输距离不大远的情况下，数字基带信号可以直接传送，这就称为数字信号的基带传输。基带传输是一种最基本的数据传输方式，又叫数字传输。如：前面讲的计算机局域网中的信号就是基带传输的。

基带波形

2.宽带通信（传输）

宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱，借助频带传输，将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号，这就称为宽带传输。利用宽带进行的通信方式称为宽带通信。如：CATV、ISDN。宽带数据传输速率范围为0～400Mb/s，而通常使用的基带传输速率是5Mb/s～10Mb/s。宽带传输可容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。宽带传输系统多是模拟信号传输系统。

宽带传输中，一个宽带信道划分为多个逻辑子信道（即多个传输频道），同时传送数据、语音以及视频信号，频道之间用频率区分。

宽带传输与基带传输的比较：

1）能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途；2）一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加；

3）宽带传输的距离比基带远，因为基带传输直接传送数字信号，传输的速率越高，能够传输的距离越短。

一个宽带信道被划分为许多个逻辑信道（只是在宽带信道中划分，可控制的划分，划分之后也不是变成多条线路，实际还是一条数据线），从而可以将各种声音、图像和数据信息综合在同一物理信道中传输。在多个逻辑通道中用不同的信号（模拟信号和数字信号）传输数据。2.3通信中的编码技术

2.3.1编码概念与类型模拟信号或数字信号在通过某一介质传输时，需要进行调制和编码，以提高信号传输性能。

1、调制——指用原始数据信号（如基带信号）对载波信号波形的某些参量（振幅（A）、频率（f）和相位（θ））进行控制，使这些参量随基带信号变化。

调制涉及上述一个或几个参数的变化，即有振幅调制、频率调制和相位调制。

载波是指被调制以传输信号的波形，一般是正弦波。载波（正弦载波）的频率，一般远高于调制信号（原始数据信号）的带宽频率（故用高频信号），否则可能发生混叠，使传输信号失真。

S(t)=Asin(ωt+θ)A：振幅，ω：角频率，(rad/s)θ：相位。

载波信号是把普通数据信号（语音、图象）加载到一定频率的高频信号上。没加载普通信号时，高频信号的波幅是固定的，加载之后，波幅随着普通信号变化（调幅），还有调相及调频。

将源数据信号调制到载波信号（模拟信号）上，主要作用是：1）减小传输中的噪声；2）频分复用，在同一信道中，传输多路信号而不混叠；3）可传播更远的距离，并有利于接收。

2、编码——指用预先规定的方法将原始数据信号编成数码（一般是二进制码），或将数据转换成规定的电脉冲信号的过程。编码是数据信息从一种形式转换为另一种形式的过程。解码则是编码的逆过程。

编码可分为几种类型：1）信源编码

模拟数据信号通过A／D转换转化为数字信号或为提高数字信号有效性的编码；

数字数据信号通过D／A转换转化为模拟信号或为提高模拟信号有效性的编码。

2）信道编码——为提高可靠性，而采取的差错控制编码或抗干扰编码。

3）保密编码——为通信保密，在信源编码后再对信号进行加密，然后在接收端解密的编码。在计算机网络中，根据信源和信道的不同，数据信号的调制和编码有以下四种情况：（l）数字数据的模拟信号编码（2）数字数据的数字信号编码（3）模拟数据的数字信号编码（4）模拟数据的模拟信号编码2.3.2模拟数据的编码

PCM调制方法对连续变化的模拟信号进行周期性采样，将模拟数据数字化，以一定的采样频率从这些采样中重构出原始信号。如：对音频模拟信号进行数字化编码，包括三个阶段：采样（取样）、量化和编码。采样定理公式：Fs(=1/Ts)≥2Fmax或Fs≥2Bs式中：Fs为采样频率，Ts为采样周期，Fmax为原始信号的最高频率,Bs(=Fmax-Fmin)为原始信号的带宽。1.取样指在每隔固定长度的时间点上，抽取模拟数据的瞬时值，作为从这一次取样到下一次取样之间该模拟数据的代表值。2.量化把取样得到的不同的离散幅值，按照一定的量化级，转换为对应的数据值，并取整数，得到离散信号的具体数值。3.编码将量化后的离散值，转换为一定数位的二进制数码。图2-7

脉冲编码调制(PCM)原理

模拟信号数字化的三个步骤：

(1)采样：按采样频率Fs把模拟信号的值采出；

(2)量化：使连续模拟信号变为时间轴上的离散值；

(3)编码：将离散值转换成一定位数的二进制数码。2.3.3数字数据的编码1.数字数据的数字编码数字数据的数字编码指用物理信号（如：电信号）的波形来表示数字数据。通常用不同形式的电信号波形来表示数字数据。数字信号是离散的、不连续的电压或电流的脉冲序列波型。图2-8不归零码图2-9曼彻斯特码及差分曼彻斯特码(3）差分曼彻斯特码

以上三种编码各有优缺点，选择时应注意：第一，脉冲宽度越大，发送信号的能量就越大，这对于提高接收端的信噪比有利；第二，脉冲时间宽度与传输频带宽度成反比关系。在上述编码中，曼彻斯特码和差分曼彻斯特码应用较为广泛，是计算机局域网的标准编码。2.数字数据的模拟编码

使用模拟通信系统传输数字数据时，需要借助于调制解调装置，把数字信号（基带脉冲）调制成模拟信号，使其变为适合于模拟通信线路传输的信号。经过调制的信号称为已调信号，已调信号通过线路传输到接收端，在接收端经过解调，恢复为原始基带脉冲信号。

相应于载波信号的振幅、频率和相位这三个特征，数字信号的模拟调制有三种基本调制方法，即幅度键控法ASK、频移键控法FSK和相移键控法PSK，（1）幅度键控法幅度键控（ASK）又叫振幅键控，即用数字的基带信号控制正弦载波信号的振幅。在此方式下，用载波频率的两个不同的幅度，来表示两个二进制值。图2-10幅度键控（2）频移键控法频移键控（FSK）也叫频率键控，它是用数字基带信号控制正弦载波信号的频率f。在此方式下，用载波频率附近的两个不同频率，来表示两个二进制值。（3）相移键控法

相移键控（PSK）也叫相位键控。它是用数字基带信号控制正弦载波信号的相位。又分为绝对相移键控（PSK）和相对相移键控（DPSK）。图2-11频移键控图2-12绝对相移键控图2-13相对相移键控2.4同步技术与多路复用技术

2.4.1同步技术

1.同步传输方式

2.异步传输方式图2-14同步方式的同步结构

异步方式由于每个字符都附加了起始位和停止位，增加了传输开销，所以，传输效率有所下降。但如果出现错误，只需重发一个字符即可。这种方式控制简单，实现容易，适合于低速率场合。2.4.2多路复用技术

1.频分多路复用

2.时分多路复用3.波分多路复用

4.码分多路复用

5.空分多路复用

多路复用是指两个或多个数据源共享一个传输信道，就像每个数据源都有自己的信道一样，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，将复合信号分离出原来的若干个彼此无关的信号。

在一个多路复用系统中，不论输入或输出端的数量多少，都只需要一条传输线路。图2-16多路复用原理

实现多路复用有多种方法，多路复用器的类型也各异。常用的多路复用技术有：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、统计时分多路复用（STDM）和波分多路复用（WDM）等。图2-17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，仅占用一根传输线可用总带宽的一部分，通常双绞电缆的可用带宽是100kHz。一对双绞线上采用频分复用技术，可传输多达24路电话信号。TDM是将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源来使用公共信道。只要各路数据传输在时间上能区分开（不重叠），那么一个信道就有可能传输多路数据。WDM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。图2-18时分多路复用图2-19波分多路复用波分多路复用两束光波的频率是不相同的，它们通过或光栅之后，使用了一条共享的光纤传输，到达目的结点后，再经过或光栅重新分成两束光波。4.码分多路复用码分多路复用是指利用各路信号码型结构正交性，而实现多路复用的一种新型共享信道方法，简称CDM。CDM又称码分多址（简称CDMA）,CDM与FDM（频分多路复用）和TDM（时分多路复用）不同,它既共享信道的频率,也共享时间,是一种真正的动态复用技术。

CDM的原理是：把每比特时间被分成m个更短的时间槽，称为码片（Chip），每个站点(通道)指定一个唯一的m位码片。在码分多路复用中，每个用户在同一时间，使用同样的频带进行通信，但使用基于码型的、分割信道的不同的地址码，这种地址码每个用户分配一个，各码不重叠，通信各方之间互不干扰，抗干拢能力增强。码分多路复用常用于移动通信系统（如：手机），可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，且能增大通信系统的容量。如：智能手机、笔记本电脑、个人

PDA，以及掌上电脑(HPC)等移动性计算机的联网通信。在码分多址（CDMA）通信系统中，用户之间的信息传输是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。

无论正向传输或反向传输，除了传输业务信息外，还须传送相应的控制信息。CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道，都能通过采用不同的码型来区分。5.空分多路复用

空分多路复用(SDM)指多对电线或光纤共用1条缆的复用方式。如：5类线就是4对双绞线共用1条缆，多芯光缆在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，其原理与频分多路复用相似。实现空分复用的前提条件：光纤或电线的直径小，可将多条光纤或多对电线做在一条缆内，既节省材料，又便于使用。如：武汉研发的使用单模七芯光缆的，超大容量（560Tb/s）空分多路复用光纤传输系统。2.5数据交换技术

任意两个站点间都直接用专线连接，即不方便,又费用高。如有n个站点，若全连通，即其中任一站点同其他所有站点（n-l个）都专线相连，则共需要n(n-l)／2条专线。当n=6时，就需要有15条专线。解决方法：设置一些交换节点，把各通信站点和交换节点相连，再把各交换节点用通信线路相连，构成一个通信网络。站点间的通信，通过通信网络的若干节点转接而成，每个站点只用一条线路和交换节点相连。

常用的三种数据交换技术：（1）电路交换（CircuitSwitching）；

（2）存储-转发交换（Store-and-ForwardSwitching）；

（3）快速分组交换（FastPacketSwitching）。

交换网络2.5.1电路交换电路交换是一种直接交换方式，最早用于电话交换网，由交换机负责在两个通信站点之间建立一条物理专用线路。

2.5.2存储-转发交换存储-转发交换不像电路交换那样，需要通过呼叫建立起物理的传输通路，而是以接力方式，数据在网络的节点之间逐段传送，直到目的端。工作原理：使数据在中间节点先存储，再转发。

图2-21存储-转发交换原理

与电路交换相比，存储交换具有均衡负荷、建立电路延迟小、可进行差错控制等优点。但实时性不够好，网络传输延迟较大。在一些实时性要求不是很高的场合（如：计算机网络），可采用这种交换方式。1.报文交换报文交换以报文为单位交换信息。其过程是：发送方先把待传送的数据分为多个报文正文，在报文正文上附加发、收站地址及其他控制信息，形成一份完整的报文（Message）。然后，报文在交换网络的各节点间传送。报文交换主要用于公用电报网中。报文交换没有拨号呼叫，由报文的报头控制到达目的地。（类似邮政信件系统）每个报文包括：报头（Header）、报文正文（Text）和报尾（Trailer）三部分。报头由发送端地址、接收端地址及其他辅助信息组成。2.分组交换（PacketSwitching）报文分组交换简称“分组交换”或“包交换”。最早在APRA网上运用。这种方式是把报文分成若干个长度较短的分组（Packet包），以分组为单位进行暂存、处理和转发。

每个分组按格式附加上收发地址、分组编号、分组的起始、结束标志和差错校验信息等，以供存储转发之用。

分组交换技术规定了每个分组的长度。需注意：虽然只是缩短了网络中传输的信息长度，但实质上，这个表面上微小的变化。却极大改善了交换网络系统的性能：

1）降低了对网络节点存储容量的要求；

2）可用节点设备的主存储器进行存储转发处理，不需访问外存了，加快了处理速度，降低了传输延迟；

3）信息分组较短，使得下一节点和线路的响应时间也较短，从而提高了传输速率；

4）分组较短，在传输中出错的概率减小，即使有差错，只需重发的信息只是一个分组而非整个报文，提高了传输效率。

5）在分组交换过程中，多个分组可在网络中的不同链路上并发传送，因此，这又可提高传输效率和线路的利用率。

不足：分组交换在发送端，要把报文划分成若干个分组（组包），在接收端，要对分组进行重装（拆包并组成报文），这将增加信息的处理时间。在以太网中，分组长度定义为：1500Byte，一般分组长度可选择：1000～3000Byte。分组交换的主要特点：（1）线路利用率高分组交换以虚电路的形式使用信道，经过多个节点建立一条物理线路，但该线路并不独占，其中的某一段或几段可被其他分组所用。（见前图）（2）传输可靠性高网络中每个分组传输时，节点交换机之间实施差错校验与重发，使误码率降低。同时网中的路由机制使分组自动地选择路由，避开故障点，保障通信不中断。（3）分组多路通信由于每个分组都含有控制信息，所以各分组可以单独传送，同时与多个终端进行通信，把同一信息发送到不同用户（群发）。

存在的问题：大报文分组、重构、包丢失等。

2.5.3快速分组交换快速分组交换（（FastPacketSwitching，简称FPS）是一种协议简化、只有核心网络功能的交换技术，它提供高速、高吞吐量、低时延的服务。快速分组交换包括：帧中继交换（FR）与信元中继交换（CR）两种。

1.帧中继交换帧中继(FrameRelay，简称FR)技术是用简化的方法传送和交换数据的一种技术。帧交换属于快速分组交换，其特点是简化协议，只保留核心功能，从而有效提高数据传送速率。

帧中继将流量控制、纠错等功能留给智能终端去完成，简化了节点机之间协议。其典型应用是LAN互联和X.25网络互联。

2.ATM信元交换

ATM交换是异步传输模式的简称，这种交换方式综合了分组交换和线路交换的优点。

ATM的信息传输、复用和交换以固定长度的信元（53B）为单位。信元的格式统一，种类各不相同，信息流由不同的信元组成。

ATM交换网可达到155Mb/s以上的传输速率。

图2-22ATM远程网络2.6差错控制技术

2.6.1差错产生的原因与类型在数据通信过程中，由于干扰和设备故障的影响，难免存在传送的符号发生失真的情况。电信号在传输信道上由发送端传送到接收端的过程中,其所经过的信道为数据信号提供通路的同时，也会引入噪声和干扰，使数据传输出现差错。差错：是指在通信接收端收到的数据与发送端实际发出的数据出现不一致的现象。任何一条通信线路尤其是远距离通信，都不可避免地存在一定的噪声干扰，这些噪声干扰的后果就是导致差错的产生。为了保证通信系统的传输质量，降低误码率，对网络通信系统进行差错控制是必要的。差错控制：是指采用可靠、有效的编码，以减少或消除计算机通信系统中传输差错的方法。

数据传输中的差错主要是由热噪声引起，热噪声有两大类：

1）随机热噪声是通信信道是固有的、持续存在的，由线路本身的电子或电气特性所引起(如：自由电子的布朗热运动)。特点：在时间上分布较平稳，强度小。

2）冲击热噪声是由外界某种原因突发产生的热噪声，如：云层中闪电、电器开关打火、汽车点火、电源波动等，特点：随机性强，强度大。

提高通信可靠性的方法：1）选用优质的传输介质和提高信号功率强度，改善信道传输特性。采用最佳的信号编码和变换方式，使传输信号特性与信道特性达到较好的匹配，从而降低原始误码率，但这会增加通信成本。2）在传输过程中进行差错控制，将传输中出现的差错消除在传输过程中，以提高可靠性。

2.6.2差错控制的方法在数字通信系统中，信源设备输出的数据信号，是一串由二进制数字序列构成的比特流，当它们通过信道传输时，干扰信号有可能使某个或某些比特的值发生变化，使接收时发生两种错误：将原来的“1”变成了“0”或使“0”变成了“1”，即出现传输差错。

任何一种可靠的通信系统，都要能检出和纠正这些差错。为此，要对传输的数据进行差错控制的编码。差错控制包括：检错和纠错。

检测方法：在数据传输中将发送端要传送的数字（二进制位）序列中，截取出一组一组的k位数字组成k位码元信息序列，并根据编码算法按一定的规则产生r个冗余码元；然后由冗余码元和信息码元构成“n位编码序列”，称为“码字”，n位的码字比信息码长（因n＝k+r），将码字送往信道传输。接收端收到的n位码字中，信息元与冗余码之间也应符合上述编码规则，并根据这一规则进行检验，从而确定是否有错。其中，r个冗余码元称为校验码。这种加入r个冗余码元的方法还可自动纠错。图2-23差错控制的工作方式2.6.3差错控制编码--检错码与纠错码

差错控制编码的目的：使数据在传输之后，能检测和纠正已出现的差错。只具有检错能力的编码称为检错码；既能检错又能自动纠错的编码则称为纠错码。在计算机通信标准中，采用的差错控制编码有：奇偶校验码、海明码和循环冗余校验码等。其中，奇偶校验码和循环冗余校验码较为常用。1.奇偶校验码

是一种最基本的校验方法。它是通过附加一个检验位，来使得码字中“1”的个数，保持为奇数或偶数的编码方法，是一种能力有限的检验码。图2-24奇偶校验码

采用奇数的称为奇校验，反之，称为偶校验，采用何种校验是事先规定好的。通常专门设置一个奇偶校验位，用它使这组代码中”1”的个数为奇数或偶数。若用奇校验，则当接收端收到这组代码时，校验“1”的个数是否为奇数，从而确定传输代码的正确性。

奇偶校验位是一种检错码，由于不能确定哪一位出错，所以它不能纠错。当检测到有错误时，只能扔掉先前传送的全部数据，然后从头重新开始传输。具体校验方法：

奇校验：让原有数据序列中（包括要加上的一位）1的个数为奇数。如：1000110（0），必须添0，这样原来有3个1已经是奇数，添上0之后1的个数还是奇数个。

偶校验：让原有数据序列中（包括要加上的一位）1的个数为偶数。如：1000110（1），就必须加1，这样原来有3个1，要1的个数为偶数只能添1。奇偶校验只能简单判断数据的正确性，当一位出错，可以准确判断，但如果同时两位出错（如：两个1变成两个0），怎么办？？

通常两位或更多位校验码在传输过程中出错的概率比较低，所以，奇偶校验常用在信道干扰不太严重及码长n不很长时，特别是在计算机通信网的数据传输（如：计算机串行通信中）等场合。

典型实例：基于ASCII码的数据信号帧传输。

ASCII码是7位码，采用第8位作为奇偶校验位。

校验方法：奇校验保证所传输每个字符的8个位中，1的总数为奇数；偶校验则保证每个字符的8个位中，1的总数为偶数。如果被传输字符位中，同时有奇数个(例如1、3、5、