数据通信原理

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《数据通信原理》

论文题目设计一个完整的数据通信系统

姓名__________

学号_____________

学院电气工程学院

专业班级2009级通信工程1班

设计一个完整的数据通信系统

专业：通信工程姓名：

摘要通信网是一种使用交换设备，传输设备，将地理上分散用

户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。通信最基本的形式

是在点与点之间建立通信系统，但这不能称为通信网，只有将许多的

通信系统（传输系统）通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称

之为通信。也就是说，有了交换系统才能使某一地区内任意两个终端

用户相互接续，才能组成通信网。通信网由用户终端设备，交换设备

和传输设备组成。交换设备间的传输设备称为中继线路（简称中继线）,

用户终端设备至交换设备的传输设备称为用户路线（简称用户线）。

关键词X.25协议帧中继数据通信系统

精品

目录

1绪论...........................................................................4

1.1通信系统简介............................................................4

1.2数据通信的介绍..........................................................4

1.2.1数据通信的概念.....................................................4

1.2.2数据信号的基本传输方式............................................4

2数据通信系统...................................................................5

2.1数字通信系统的模型......................................................5

2.2网络连接图..............................................................6

3数据通信网....................................................................8

3.1帧中继的基本概念........................................................8

3.1.1帧中继的概念.......................................................8

3.1.2帧中继发展的两个必要条件..........................................8

3.1.3帧中继技术的功能..................................................8

3.1.4帧中继的特点......................................................8

3.2帧中继网的组成..........................................................8

3.2.1帧中继网络拓扑结构................................................8

3.2.2网络组成...........................................................9

3.3帧中继网的应用..........................................................9

3.3.1局域网互连........................................................10

3.3.2虚拟专用网........................................................10

精品

3.3.3作为分组交换网节点机之间的中继传输..............................10

3.3.4其他应用..........................................................10

4系统中采用的设备..............................................................10

4.1数据终端设备（DTE）...................................................10

4.1.1数据终端设备概述.................................................11

4.1.2数据终端设备组成.................................................11

4.1.3数据终端设备功能.................................................11

4.2数据电路设备（DCE）...................................................11

4.2.1数据电路设备概述.................................................11

4.2.2数据电路设备构成.................................................12

4.3通信控制器..............................................................12

4.3.1通信控制器概述...................................................12

4.3.2通信控制器功能...................................................12

4.3.3通信控制器的组成.................................................13

4.4终端接口................................................................13

4.4.1终端接口概念.....................................................13

4.4.2串行接口..........................................................14

4.5通信适配器.............................................................15

4.5.1通信适配器概述...................................................15

4.5.2通信适配器类型...................................................15

4.6传输设备................................................................15

4.6.1传输设备的概念...................................................16

精品

462传输设备应用范围...................................................16

4.6.3SDH/PDH...................................................................................................................16

4.6.4DDN...........................................................................................................................16

4.6.5ODFZDDF..................................................................................................................16

5X.25协议......................................................................16

5.1X.25协议...............................................................16

5.1.1物理层............................................................17

5.1.2X.25协议第二层数据链路层（帧层）.................................18

5.1.3X.25协议第三层（分组层）........................................19

5.2X.25的分组与LAPB帧..................................................19

6设计心得......................................................................21

7参考文献......................................................................22

1绪论

1.1通信系统简介

现代的日常生活中，当人们提到通信时，自然会想到传递消息最常用、最方

便和最快捷的电话、E-mail等通信方式。在这些通信方式中，是用电信号来传递

信息，因而称之为电信。这些产生、传输电信号和在接收端把它恢复为原来的消

息的设备的总体，就构成了一个通信系统。

L2数据通信的介绍

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1.2.1数据通信的概念

传输数据信号的通信是数据通信,为了使整个数据通信过程能按一定的规则

有顺序的进行,通信双方必须建立一定的协议或约定,并且具有执行协议的功能,

这样才实现了有意义的数据通信。

严格来讲，数据通信的定义是：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功

能单元之间传递数据信息，它可实现计算机与计算机、计算机与终端以及终端与

终端之间的数据信息传递。数据通信的终端设备（产生的是数据信号）可以是计

算机，也可以是除计算机以外的一般数据终端，一般数据终端简称数据终端或终

端。

通常而言，数据通信是计算机与通信相结合而产生的一种通信方式和通信业

务。可见，数据通信是一种把计算机技术和通信技术结合起来的新型通信方式。

从以上数据通信的定义可以理解，数据通信包含两方面内容：数据的传输和

数据传输前后的处理，例如：数据的集中、交换、控制，等等。

122数据信号的基本传输方式

数据信号的基本传输方式有3种：基带传输、频带传输和数字数据传输。

基带传输是基带数据信号（数据终端输出的未经调制变换的数据信号）直接

在电缆信道上传输。换句话说，基带传输是不搬移基带数据信号频谱的传输方式。

频带传输是基带数据信号经过调制，将其频谱搬移到相应的在频频带（如话

音频带）上再传输（频带传输时信道上传输的是模拟信号）。

数字数据传输是利用PCM信道传输数据信号，即利用PCM30/32系统的某

些时隙传输数据信号。

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2数据通信系统

2.1数字通信系统的模型

数字通信系统的模型如下图1所示:

本

发复地

调

滤用交

制

波器换

机

本

收解

地

解解滤复

交

密波用

换

机

信道译码n

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图1数字通信系统模型

各模块的作用及采用的设备：

信源:把原始信息变换成原始电信号。采用模数转换器。

信源编码：①实现模拟信号的数字化传输即完成A/D变化。②提高信号传

输的有效性。即在保证一定传输质量的情况下，用竟可能少的数字脉冲来表示信

源产生的信息O信源编码也称作频带压缩编码或数据压缩编码o采用信源编码器O

信道编码：解决数字通信的可靠性问题。采用信道编码器。

调制：提高信号在信道上传输的效率，达到信号远距离传输的目的。采用调

制器。

发滤波：限制发送信号带宽。采用发滤波器。

信道：信号传输媒介的总称，传输信道的类型有无线信道（如电缆、光纤）

和有线信道（如自由空间）两种。

噪声源：通信系统中各种设备以及信道中所固有的，为了分析方便，把噪声

源视为各处噪声的集中表现而抽象加入到信道。

其他模块与以上相对应的模块相反。

2.2网络连接图

图1网络中各个部分的连接如图2所示。

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3数据通信网

数据通信网有分组交换网、帧中继网(FRN)、ATM网、数字数据网等几类,

本次设计采用帧中继网。

3.1帧中继的基本概念

3.1.1帧中继的概念

帧中继技术是分组交换的升级技术，它是在OSI参考模型第二层上用简化

的方法传送和交换数据单元的一种技术，以帧为单位存储一转发。

3.1.2帧中继发展的两个必要条件

(1)光纤传输线路的使用

(2)用户终端的智能化

3.1.3帧中继技术的功能

(1)主要用于传递数据业务

(2)帧中继交换机的功能简化

(3)建立逻辑连接

(4)提供带宽管理和防止阻塞的机制

(5)可以提供交换虚电路业务和永久虚电路业务

3.1.4帧中继的特点

(1)高效性

(2)经济型

(3)可靠性

(4)灵活性

(5)长远性

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3.2帧中继网的组成

3.2.1帧中继网络拓扑结构

典型的帧中继网络拓扑结构图如图3所示:

△帧中继交换机；NNI网络到网络接口;

□计算机、工作站等；UNI用户到网络接口。

图3典型的帧中继网络拓扑结构图

3.2.2网络组成

帧中继网根据网络的运营、管理和地理区域等因素分为三层：国家骨干网、

省内网、本地网。

（1）国家骨干网

国家骨干网由各省省会城市、直辖市的节点组成，覆盖全国共31个节点。

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目前采用不完全网状结构，随着业务的不断发展及线路情况的改善，国家骨干网

的结构可逐渐过渡为完全网状结构。

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（2）省内网

省内网由设置在省内地、市的节点组成，节点之间采用不完全网状连接。

（3）本地网

在省内城市、地区、县等可根据需求组建本地网，由本地的节点采用不完

全网状连接。

3.3帧中继网的应用

典型应用：

1.局域网互连

2.虚拟专用网

3.作为分组交换网节点机之间的中继传输

4.其他应用

3.3.1局域网互连

局域网又称局部区域网，一般我们把通过通信线路将较小地理区域范围内的

各种数据通信设备连接在一起的、有网络操作系统（即软件）支持的通信网络成

为局域网。局域网属于一个部门所有。

3.3.2虚拟专用网

帧中继可以为大用户提供虚拟专用网业务。虚拟专用网就是利用帧中继网上

的部分网络资源（如节点、用户端口等）构成一个相对独立的逻辑分区，并在分

区内设置相对独立的网络管理机构，接入这个分区的用户共享分区内的网络资

源，它们之间的交互作用（如数据信息传送，控制信息传送等）相对独立于整个

帧中继网外。

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3.3.3作为分组交换网节点机之间的中继传输

帧中继网可以作为分组交换网节点机之间的中继传输，从而大大提高了分组

交换网的传输效率。

3.3.4其他应用

除了以上几种典型的应用以外，帧中继的应用还有：

（1）可为高分辨可视图文、CAD/CAM等需要传送高分辨率图形数据的用

户，提供高吞吐量（500s2048Kbit/s）、低时延（小于几十ms）的数据传送业

务。

（2）可为时延要求不高、数据量大的大型文件的用户提供高吞吐量（16s

2048Kbit/s）的数据传送业务。

（3）可为帧短、时延要求高、数据量少的文本编辑用户提供低时延的数据

传送业务。

4系统中采用的设备

4.1数据终端设备（DTE）

4.1.1数据终端设备概述

数据终端设备（DTE）指的是位于用户网络接口的用户端设备，它能够作为

信源、信宿或同时为二者。数据终端设备通过数据通信设备（例如调制解调器

Modem）连接到一个数据网络上，并且通常使用数据通信设备产生的时钟信号。

4.1.2数据终端设备组成

数据终端设备（DTE）由数据输入设备（产生数据的数据源）、数据输出设

备（接收数据的数据宿）和传输控制器组成。

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数据输入输出设备的作用有点类似于电话与电报通信中的电话机和电传机，

它在发送端把人们的数据信息变成以数字代码表示的数据信号，即将数据转换为

数据信号；接收端完成相反的变换，即把数据信号还原为数据。

传输控制器的作用是完成各种传输控制，如差错控制、终端的接续控制、确

认控制、传输顺序控制和切断控制等。

DTE是一个总称，根据实际需要采用不同的设备。例如，在发送数据中，

DTE可以用键盘输入器；在接收数据中，它可以是屏幕显示设备（CRT）,也可

以是激光打印机，等等。当然，具有一定处理功能的个人计算机也可称为DTE。

4.1.3数据终端设备功能

・输入输出信息；

•线路连接（和接口线的协作，收发同步和电平转换等）；

•传输控制（串一并转换和并一串转换、字符的组合和分解）；

•差错校验；

・缓冲存储；

・数据变换（包括编码或译码、代码变换）；

•部分数据处理。

4.2数据电路设备（DCE）

4.2.1数据电路设备概述

数据电路设备也称为数据通信设备（DCE）,是DTE与传输信道的接口，

该设备和其与通信网络的连接构成了网络终端的用户一网络接口。DCE除提供

到网络的一条物理连接、转发业务量外，还提供了一个用于同步DCE设备和DTE

设备之间数据传输的时钟信号。

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4.2.2数据电路设备构成

数据电路由传输通道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。

（1）传输通道

传输通道包括通信线路和通信设备。通信线路一般采用电缆、光缆、微波线

路等；而通信设备可分为模拟通信设备和数字通信设备，从而使传输信道分为模

拟传输信道和数字传输信道。另外，传输信道中还包括通过交换网的连接或是专

用线路的固定连接。

（2）数据电路终接设备（DCE）

DCE是DTE与传输信道的接口设备。当数据信号采用不同的传输方式时，

DCE的功能有所不同。

基带传输时，DCE是对将来自DTE的数据信号进行某些变换，使信号功率

谱与信道相适应，即使数据信号适合在电缆信道中传输。

频带传输时，DCE具体是调制解调器（modem）,它是调制器和解调器的结

合。发送时，调制器对数据信号进行调制，将其频带搬移到相应的载频频带（如

话音频带）上进行传输（即将数据信号转换成适合于模拟信道上的模拟信号）；

接受时，解调器进行解调，将模拟信号还原成数据信号。

当数据信号在数字信道上传输（数字数据传输）时，DCE是数据服务单元

（DataServiceUnit,DSU）,其功能是信号格式变换，即消除信号中得直流成分和

防止长串零的编码、信号再生和定时，等等。

4.3通信控制器

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4.3.1通信控制器概述

通信控制器是指那些把计算机和终端信息处理系统与数据传输系统连接起

来，并实现通信功能的设备。通信处理器也是一台计算机，它通常是大型通信系

统中必要的组成部分。

4.3.2通信控制器功能

•完成计算机/终端与数据传输线路的连接与控制，实现数据交换；

・实现信号电平的转换，串/并转换及速率转换；

・错误检测与恢复；

•根据传输控制规程完成传输控制任务；

•实现编码转换和信息编辑等功能。

4.3.3通信控制器的组成

通信控制器一般由线路接口、中央控制、计算机接口和控制存储器等四部分

组成，如图4所示。

图4通信控制器组成

4.4终端接口

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4.4.1终端接口概念

1.终端接口

在数据通信中，接口部件可以看成是终端与计算机设备联系的桥梁，它是

DTE与DCE之间的界面或连接条件,称为终端接口或DTE-DCE接口。

2.接口标准

为了使不同厂家的产品能够互换或互连，DTE与DCE在插接方式、引线分

配、电气特性及应答关系上均应符合统一的标准和规范，这一套标准规范就是

DTE/DCE的接口标准(或称接口协议)。

3.终端接口的种类

一般通信接口种类按其国际或工业标准分类，实际上就是按规程分类。常用

接口有RS-232/V.24,V.35,X.21和G.703等。

4.4.2串行接口

RS-232技术规范明确了DTE和DCE之间接口的机械、电气、功能及规程描

述。RS-232接口类似于CCITT的V.24的组合，主要用于速率20kbit/s、距离大

约15m的串行数据传输。

1.RS-232/V.24接口

RS-232的确切名称应为:在数据终端设备和数据电路设备之间进行串行二进

制数据交换的接口。

(1)机械特性

EIA的RS-232标准的机械特性规定：其接口是一端有DB-25针孔连接头，

另一端也是DB-25针孔连接头的25线电缆，电缆长度不能超过15m。

(2)电气特性

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DTE与DCE接口标准的电气特性，主要规定了发送端驱动器和接收器的电

平关系、负载要求、信号速率及连接距离等。

(3)功能特性

RS-232接口电路的引脚功能上分为三种：数据、控制(握手)或定时引脚。

(4)RS-232连接过程实例

RS-232接口的典型应用有：

・计算机与Modem的接口；

・计算机与显示器终端的接口；

•计算机与串行打印机的接口。

(5)零调制解调器(NullModem)

许多时候，会遇到DTE接口与DTE接口互连的情况。大多是两个设备间距

离较近，无需通过Modem等通信设备互连。

2.RS-449/V.35接口

由于RS-232接口标准受到带宽和速率的限制，为满足需要更高数据速率和

更远传输距离的要求，EIA和ITU-T还制订了附加的接口标准：RS-449以及X.21

等。

(1)RS-449接口标准

(2)RS-449的两类引脚

(3)RS-449的电气特性

RS-449采用另外两种标准来定义自己的电气规范，分别是RS-423和RS-422。

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(4)V.35接口

V.35是由ITU-T制订的接口标准，它描述了网络访问设备和数据分组网络

之间通信时使用的同步物理层协议。

3.X.21接口

X.21标准是由ITU-T制订的，它的目的是为了解决EIA接口中存在的问题,

并为实现完全的数字传输提供一个数字信号接口标准。

4.G.703接口

G.703/G.704是一种数字数据电路接口，由ITU-T规定了电话公司的设备与

DTE（数据终端设备）相连接的电气与机械规范，其连接是通过同轴电缆接插件

（BNC）连接器实现的,并且工作在E1的数据速率上，包括64kbit/s和2.048Mbit/s

的接口。

4.5通信适配器

4.5.1通信适配器概述

在数据终端设备的组成中，传输控制部分（或线路控制部分）要完成数据的

并一串转换和串一并转换。

4.5.2通信适配器类型

为了与Modem或其他串行设备通信，必须用硬件将计算机内的并行位流转

换与这些设备兼容的串行位流，这些用于并串转换的硬件称为适配器。PC机用

于通信的适配器种类很多，但按通信规程来划分分成两种：异步通信适配器和同

步通信适配器。

1.异步通信适配器

异步通信适配器也叫做串口，通用异步收发器或UART（Universal

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AsynchronousReceiverTransmitter)

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2.同步通信适配器

同步通信适配器与异步通信适配器一样完成二进制数据的串并转换。

4.6传输设备

4.6.1传输设备的概念

传输设备是一些数据业务通过此设备以光信号的方式传输到下一节点。通俗

地，就是传送数据信号的设备。举个生活的例子：就好比火车一样，人就是数据,

铁路就是光缆，车站就是设备，车站的目的就是要把人从起点传送到终点。

462传输设备应用范围

传输设备包括电视传输设备、SDH、PDH、DDN、ODF、DDF、SDDF、

数字终端、光端机、矩阵等。

4.6.3SDH/PDH

在数字传输系统中，有两种数字传输系列：

★SDH:同步数字体系

★PDH:准同步数字体系

简单地说，就是一种新的信息传输方式，不同速度的数位信号的传输提供相

应等级的信息结构，能高速传输语音、图像、视频、数据等。

4.6.4DDN

即数字数据网(DDN),作用是向用户提供永久性和半永久性连接的数字数据

传输信道。

4.6.5ODF/DDF

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ODF即光纤配线架(ODF)是专为光纤通信机房设计的光纤配线设备，可

方便地实现光纤线路的连接、分配和调度，根据结构的不同可分为壁挂式和机架

式。

DDF(DigitalDistributionFrame)数字配线架又称高频配线架，为数字线路

的配线、调线、转接、扩容都带来很大的灵活性和方便性。

5X.25协议

5.1X.25协议

CCITT提出的X.25协议描述了主机(DTE)与分机交换网(PSN)之间的接口标

准，使主机不必关心网络内部的操作就能方便地实现对各种不同网络的访问。

X.25实际上是DTE与PSN之间接口的一组协议，它包括物理层、数据链路

层和分组层三个层次。

X.25协议分组结构如图5所示。

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X.25分组层

端至U端协议

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图5X.25协议分组结构

5.1.1物理层

物理层接口协议实际上是DTE和DCE或其它通信设备之间的一组约定，物

理层，负责在一个DTE和一个DCE之间建立、维护和拆除一条物理电路。它称

为X.21接口，定义从计算机/终端（数据终端设备，DTE）到X.25分组交

换网络中的附件结点的物理/电气接口。RS—232-C通常用于X.21接口。主

要解决网络节点与物理信道如何连接的问题。物理层协议规定了标准接口的机械

连接特性、电气信号特性、信号功能特性以及交换电路的规程特性。

X.21主要接口线如图6所示。

元定时

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图6X.21主要接口线

5.1.2X.25协议第二层数据链路层（帧层）

•它与点对点数据链路控制规程相对应。

・X.25链路层采用ISO的HDSL中规定的术语和可选部分的一个子集。

⑴主要功能

数据链路层最主要的功能之一是提供差错检验，并且恢复丢失、重复或错误

的数据，保证数据在物理信道上传输的正确性。

（2）协议要点

帧结构:与HDLC帧结构兼容；

操作方式:对称型（LAP）、平衡型（LAPB）和多链路型（MLP）。

LAPB组构如下图7O

DTEDCE

信源命令（B）及响应（A）信源

复合主/复合主/

次站次站

信宿命令（A）及响应（B）