1、数据通信原理概述华中科技大学计算机学院李榕数据通信的重要性2010/10/19 数据通信原理 2计算机 之间的通信：数据通信通信网 的发展趋势：电话网三网融合就是数据通信（可见它的重要性）计算机网有线电视 网宽带 IP网教学目的数据通信原理是一门非常重要的专业课，通过对本课程的学习，能使同学们对数据通信的基本概念、数据通信网等有一个较全面的了解，并能掌握一定的数据通信基本理论和有关数据通信技术的一些应用技能。学好这门课对学习后继课程打下一个良好的基础，同时也会对从事通信和计算机等方面的工作有所帮助。2010/10/19 数据通信原理 3课程内容 数据通信系统构成及有关基本概念 数据信号传输的三
2、种基本形式：数据信号的基带传输、数据信号频带传输、数字数据传输 差错控制的基本理论及应用 数据通信的交换方式：电路交换、报文交换、分组交换和帧方式 通信协议的概念、模型 数据通信网的基本构成及应用：分组交换网、帧中继网、数字数据网（ DDN） Internet与宽带 IP城域网2010/10/19 数据通信原理 4教材、老师和考核 教材：数据通信原理（第 2版），毛京丽教授著，北京邮电大学 授课老师：李榕 Email： 考核： 30%平时成绩 上课 70%考试成绩2010/10/19 数据通信原理 5内容提要 本章介绍数据通信有关的重要概念和定义，要求理解数据通信系统的构成、数据传输速率、方
3、式、质量和信道容量的基本内容。2010/10/19 数据通信原理 6消息、信息、数据与信号 消息 ： 指 通信过程中传输的具体原始对象，如电话中语音，电视中图像，电报中电文，雷达中目标的距离、高度、方位，遥测系统中测量的数据等。这些消息在物理特征上各不相同，所以各种消息的组成亦不相同。 消息的特点： 能够被通信双方理解 可以传递2010/10/19 数据通信原理 7消息、信息、数据与信号 信息 ：是有秩序的量度（香农，信息论），是人们对事物了解的不确定性的消除或减少。信息是对组织程度的一种测度，信息能使物质系统有序性增强，减少破坏、混乱和噪音。 信息量 ：信息量与不确定性消除程度有关，量度信息
4、多少的测度就是信息量。 信息量的度量单位是：比特（ bit）2010/10/19 数据通信原理 8消息、信息、数据与信号 数据 ：就是赋予一定含义的数字、字母、文字等符号及其组合，它是消息的一种表现形式。 数据涉及到事物的形式，而信息涉及的是这些数据的内容。2010/10/19 数据通信原理 9消息、信息、数据与信号 信号 ： 把消息转换成适合于信道传输的物理量，就是信号。信号携带着消息，它是消息的运载工具。通信中的信号有电信号和光信号两种。 信号可以分为模拟信号和数字信号。2010/10/19 数据通信原理 10消息、信息、数据与信号 模拟信号 ： 指信号的某一参量可以取无穷多个值，并且与原
5、始消息直接对应的信号，如话音信号及其按照抽样定理所得的 PAM样值信号等2010/10/19 数据通信原理 11tx ( t )( a ) 时 间 连 续 的 模 拟 信 号tx ( t )( b ) 时 间 离 散 的 模 拟 信 号消息、信息、数据与信号 数字信号 ： 指信号的某一参量只能取有限多个值，且与原始消息不直接对应的信号，如计算机终端输出的二进制信号及其经过PSK、 FSK等调制方式调制后所得的信号等2010/10/19 数据通信原理 121 0 1 1 0 0 1t( a ) 二 进 制 数 字 信 号x ( t )t0123( b ) 多 进 制 数 字 信 号x ( t )
6、消息、信息、数据与信号 模拟信号与数字信号之间的相互转换 ：模拟信号一般通过 PCM脉码调制 (Pulse Code Modulation)方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用 8位编码可将模拟信号量化为28=256个量级，实用中常采取 24位或 30位编码；数字信号一般通过对载波进行移相 (Phase Shift)的方法转换为模拟信号。 计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号。2010/10/19 数据通信原理 13消息、信息、数据与信号 根据信道上传输的信号形式的不同，可以分为两类通信方式。 模拟通信 ：以模拟信号的形式传递消息。采用频分复
7、用实线多路通信（频分复用是利用各路信号在信道上占用不同的频率范围，同在一条信道上传输，并且互不干扰）。 数字通信 ：以数字信号的形式传递消息。采用时分复用实线多路通信（时分复用是利用各路信号咋信道上占有不同的时间间隙，同在一条信道上传输，并且互不干扰）。2010/10/19 数据通信原理 14消息、信息、数据与信号 数字数据既可以用模拟信号，也可以用数字信号表示和传播。而模拟信号和数字信号都可以在合适的传输介质上传输。通常 ,将传输过程中使用模拟信号的传输方式称为 模拟数据传输 (可能需要调制解调器 )；将传输过程中使用数字信号的传输方式称为 数字数据传输 (可能需要编解码 )。2010/10
8、/19 数据通信原理 15数据通信 数据通信 ：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间来传递数据通信信息（功能单元就是指数据终端）。它可以实现计算机与计算机、计算机与终端或者终端与终端之间的数据信息传递。 数据通信包含两方面的内容：数据的传输和数据传输前后的处理，如数据的集中、交换、控制等。2010/10/19 数据通信原理 16通信协议 通信协议 ：通信双方事先约定好的双方都必须遵守的通信规则，它实际上是一些通信规则集。 通信协议一般由语法、语义和时序组成：（ 1）语法（ Syntax）：数据与控制信息的格式、数据编码等。（ 2）语义（ Semantics）：控制信息的内容，需要做
9、出的动作及响应。（ 3）时序（ Timing）：事件先后顺序和速度匹配。2010/10/19 数据通信原理 17数据通信的特点（ 1）计算机终端等机器作为主体直接参与通信（ 2）传输速率高，要求通信终端的响应速度快（ 3） DTE发出的数据是离散信号（数字信号），既可利用现有的 PSTN，又可利用数据网络来完成。（ 4）具有差错控制能力（ 5）具有灵活的接口能力（ 6）每次呼叫平均时间短，要求接续和传输响应时间快（ 7）抗干扰能力强（ 8）容易加密，且加密技术、加密手段优于传统通信方式2010/10/19 数据通信原理 18数据通信系统 数据通信系统 ：通过数据电路将分布在远端的数据终端设备与
10、计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。2010/10/19 数据通信原理 19数据通信系统的组成2010/10/19 数据通信原理 20传 输控 制器通 信控 制器中 央处 理机传 输 信 道D T E D T ED C E D C E数 据 电 路数 据 链 路接 口接 口数 据输 入输 出设 备数 据电 路终 结设 备数 据电 路终 结设 备数据通信系统的组成 DTE： 数据终端设备，指计算机、用户电报终端、可视图文终端、局域网设备等输入输出设备 ,其主要功能是完成数据的采集、存储及处理等功能，并提供人机接口，供操作人员访问通信系统或网络资源。 DCE： 数据电路终接设
11、备，是 DTE和信道的接口，使信道更有利于信道的传输。如调制解调器 Modem。 传输信道： 根据不同的规则有不同的分类方法，例如可以分为模拟信道和数字信道、有线信道和无线信道、交换信道和专用信道等。 数据电路： 由 DCE和传输线路构成 .可视为广义信道。 数据链路： 具有通信协议功能的数据，传输更可靠，其误码率一般比数据电路下降 10-4左右。2010/10/19 数据通信原理 21数据通信的过程 在模拟信道中， DCE是 MODEM，数据终端先产生了数据，经过数据输入输出设备以后，用传输代码来表示变成数据信号，经过传输控制器完成各种传输控制功能，此时数据终端设备输出的是基带信号，发送方将
12、DTE送来的数据信号进行调制，将其频带搬移到话音频带上，同时也将信号变成模拟信号，接收端则进行相反的变换。 在数字信道中， DCE是数字适配器，数据终端先产生了数据，经过数据输入输出设备以后，用传输代码来表示变成数据信号，经过传输控制器完成各种传输控制功能，此时数据终端设备输出的还是基带信号，数字适配器执行码型和电平转换、定时、信号再生和同步功能，信道服务单元主要是执行信道均衡、信号整形等功能。接收端则进行相反的变换。2010/10/19 数据通信原理 22传输代码 数据是由数字、字母 (符号 )等组成的 ,要用许多不同形状的电压来表示它们是不现实的。解决办法是采用代码。这里所说的代码就是二进
13、制的组合 ,即二进制代码。目前 ,常用的二进制代码有国际 5号码 (IA5)、EBCDIC码和国际电报 2号码 (ITA2)等。 数字 “0“和 “1“可以是数据 ,要以电信号来传输它们 ,必须以电信号的一定波形来表示。例如用一定时间长度的正电压代表数字 “1“,用负电压代表数字 “0“2010/10/19 数据通信原理 23讨论（ 1）数据电路与数据链路的关系 数据链路由数据电路及两端的传输控制器组成，对于只单独建立数据电路，是无法进行可靠有效地通信。（ 2）只有建立了数据链路通信双方才能有效，可靠地进行数据通信。（ 3）一个中央计算机系统，实际上也就是数据终端设备 DTE，是可以通过通信线
14、路连接多个数据终端，实现主机之间资源共享。2010/10/19 数据通信原理 24信道类型 物理视线传输信道 双绞线 同轴电缆 光纤 无线信道 电话网传输信道 数字数据网传输信道2010/10/19 数据通信原理 25噪声与信噪比 噪声的分类 工业噪声 天电噪声 内部噪声 信噪比：指某一点上的信号功率与噪声功率之比，通常以 dB来表示：2010/10/19 数据通信原理 26NSdB PPNS lo g10数据通信传输方式 基带传输与频带传输 并行传输与串行传输 异步传输与同步传输 单工、半双工与双工传输2010/10/19 数据通信原理 27基带传输与频带传输 基带传输 ： 将 DTE经过码
15、型变换、电平转换等必要处理后直接在信道上传输，常用于短距离的数据传输系统中。例如： USB传输 频带传输 ： 在数据传输之前首先经过调制器，将基带信号变换成频带信号，然后在信道中传输。例如：数字电视传输2010/10/19 数据通信原理 28并行传输与串行传输 并行传输 ： 将数据符号编码后，在两条以上的并行信道上同时传输，一般一次传输一个字符。例如： SD卡的读写 串行传输 ： 将数据编码按位或按码元依次在一条信道上传输。例如： USB传输2010/10/19 数据通信原理 29并行传输与串行传输并行传输的特点 优点：对于每次只传输一个字符，因此它不需要额外的措施来实现收发双方的字符同步 缺点：必须有多条并行信道，成本比较高，不适宜远距离传输 适应场合：计算机等设备内部或两个设备之间距离比较近时的外线上采用串行传输的特点 优点： 只需要一条传输信道，花费的成本低，易于实现 缺点：要采取措施实现字符同步 适用场合：目前外线上主要采用的一种传输方式，通常用于远距离通信2010/10/19 数据通信原理 30
