第3章数据通信系统.ppt

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1、第三章第三章 数据通信系统数据通信系统 教学目标教学目标了解模拟传输与数字传输的基本原理。了解模拟传输与数字传输的基本原理。掌握常用数据编码与多路复用技术掌握常用数据编码与多路复用技术。掌握信息交换技术。掌握信息交换技术。3.1 3.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 3.1.1 3.1.1 信息、数据和信号信息、数据和信号 通信是为了交换信息（通信是为了交换信息（InformationInformation）。信息（）。信息（InformationInformation）是客观事物属性和相互联系特性的表）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。征，它反

2、映了客观事物的存在形式和运动状态。数据（数据（DataData）是信息的载体，可以理解为）是信息的载体，可以理解为“信息的数信息的数字化形式字化形式”，可以是数字、文字、语音、图形和图像，可以是数字、文字、语音、图形和图像。“数据数据”通常是指具有一定数字特性的信息，如统通常是指具有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据及计算机存储、处理和计数据、气象数据、测量数据及计算机存储、处理和传输的二进制数字编码。传输的二进制数字编码。信号（信号（SignalSignal）是数据的电磁波表示形式。模拟数据）是数据的电磁波表示形式。模拟数据和数字数据都可用这两种信号来表示。和数字数据都可用这

3、两种信号来表示。3.1.1 3.1.1 信息、数据和信号信息、数据和信号模拟信号与数字信号放大器调制器PCM编码器调制器数字发送器模拟数据模拟数据数字数据模拟数据模拟信号数字信号模拟信号数字信号模拟数据、数字数据和模拟信号、数字信号3.1.2 3.1.2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型源系统：也可以称为信源或发送端；源系统：也可以称为信源或发送端；中间系统：即传输网络；中间系统：即传输网络；目的系统：也可以称为信宿或接收端。目的系统：也可以称为信宿或接收端。数据通信系统公用电话网传输系统接收器终点发送器源点传输系统源系统目的系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据输出信息通信系统

4、的模型通信系统的模型 3.1.3 3.1.3 数据通信中的主要性能指标数据通信中的主要性能指标在数据通信系统中，为了描述数据传输速率的大小和传输质量在数据通信系统中，为了描述数据传输速率的大小和传输质量的好坏，需要运用波特率和比特率等技术指标。波特率和比特的好坏，需要运用波特率和比特率等技术指标。波特率和比特率是用不同的方式描述系统传输质量的参量。率是用不同的方式描述系统传输质量的参量。比特率比特率S S 比特率又称为信息速率，它反映一个数据通信比特率又称为信息速率，它反映一个数据通信系统每秒所传输的系统每秒所传输的2 2进制数据位数（进制数据位数（bitbit），单位是：比特），单位是：比特

5、/秒（秒（bits/sbits/s）或）或bpsbps。波特率波特率B B 波特率是一种调制速率，又称波形速率。它是波特率是一种调制速率，又称波形速率。它是指数字信号经过调制后的速率，即经过调制后的模拟信号每秒指数字信号经过调制后的速率，即经过调制后的模拟信号每秒钟变化的次数，也就是数据通信系统中线路上每秒传送的波形钟变化的次数，也就是数据通信系统中线路上每秒传送的波形个数，其单位为波特。个数，其单位为波特。3.1.3 3.1.3 数据通信中的主要性能指标数据通信中的主要性能指标比特率和波特率之间的关系比特率和波特率之间的关系 3.1.3 3.1.3 数据通信中的主要性能指标数据通信中的主要性

6、能指标 误码率误码率 误码率是衡量通信系统线路质量的一个重要参数误码率是衡量通信系统线路质量的一个重要参数，它的定义为，二进制符号在传输系统中被传错的概率。近似，它的定义为，二进制符号在传输系统中被传错的概率。近似的等于被传错的二进制符号数与所传二进制符号总数的比值，的等于被传错的二进制符号数与所传二进制符号总数的比值，即：即：PeNePeNeN N 其中其中Ne Ne 表示接收的错误比特数，表示接收的错误比特数，N N表示传输的总比特数。表示传输的总比特数。带宽带宽 带宽（带宽（bandwidthbandwidth）本来是指某个信号具有的频带）本来是指某个信号具有的频带宽度。我们知道，一个特

7、定的信号往往是由许多不同的频率组宽度。我们知道，一个特定的信号往往是由许多不同的频率组成的。因此，带宽即信道允许传送信号的最高频率和最低频率成的。因此，带宽即信道允许传送信号的最高频率和最低频率之差，单位为赫（之差，单位为赫（HzHz）、千赫（）、千赫（kHzkHz）、兆赫（）、兆赫（MHzMHz）等。）等。3.1.4 3.1.4 数据通信过程中涉及的主要技术问题数据通信过程中涉及的主要技术问题CCPCCPCCPCCPCCPCCP终端终端主机主机主机主机主机资源子网通信子网计算机之间的通信结构图计算机之间的通信结构图3.2 3.2 数据通信方式数据通信方式 3.2.13.2.1并行传输并行传输

8、并行通信通常用于计算机系统内部及与外设之间大量频繁的数并行通信通常用于计算机系统内部及与外设之间大量频繁的数据传输。在这种方式中，每个数据编码的各个比特都是同时发据传输。在这种方式中，每个数据编码的各个比特都是同时发送的。从发送端到接收端的信道需要用相应的若干根传输线。送的。从发送端到接收端的信道需要用相应的若干根传输线。信道8信道7信道6信道5信道4信道3信道2信道1发送端接收端3.2.2 3.2.2 串行传输串行传输串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的。因为计串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的。因为计算机内部操作多采用并行传输方式，因此，在实际采用串行传输算机内部

9、操作多采用并行传输方式，因此，在实际采用串行传输时，要使用转换设备进行并时，要使用转换设备进行并/串和串串和串/并转换。并转换。发送端接收端并串转换并串转换87654321876543218 7 6 5 4 3 2 1串行数据传输串行数据传输3.2.2 3.2.2 串行传输串行传输（1 1）单工通信）单工通信凡是利用一条物理信道只能进行单向信息传输的通信，称之为凡是利用一条物理信道只能进行单向信息传输的通信，称之为单工通信。单工通信。单工通信单工通信3.2.2 3.2.2 串行传输串行传输（2 2）半双工通信）半双工通信 半双工通信是指可以进行双向传输，但由于只有一条物理信道半双工通信是指可以

10、进行双向传输，但由于只有一条物理信道（2 2线制），因此，同一时刻只限于一个方向传输。线制），因此，同一时刻只限于一个方向传输。发收收发数据信道监控信号AK1K2B半双工通信半双工通信3.2.2 3.2.2 串行传输串行传输（3 3）全双工通信）全双工通信 全双工通信是指通信双方在任何时刻，均可进行双向通信，全双工通信是指通信双方在任何时刻，均可进行双向通信，无任何限制，这种制式往往用于实时数据交换，它需要具有两无任何限制，这种制式往往用于实时数据交换，它需要具有两条以上的物理信道（条以上的物理信道（3 3线制或线制或4 4线制线制)。发收收发数据信道监控信号数据信道监控信号全双工通信全双工通

11、信3.3 3.3 数据交换技术数据交换技术 3.3.1 3.3.1 电路交换电路交换 电路交换最典型的例子就是电话通信系统。一百多年来，经电路交换最典型的例子就是电话通信系统。一百多年来，经过了多次改革和更新，已经从电话交换机的人工转接，发展到过了多次改革和更新，已经从电话交换机的人工转接，发展到了现代程控交换机的自动转接。了现代程控交换机的自动转接。交换机交换机交换机交换机ABCD用户线中继线中继线用户线电路交换示意图电路交换示意图3.3.1 3.3.1 电路交换电路交换 特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由

12、一对用户完全占用。路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。来的序列。缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费。在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得。在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况据传输的情况 3.3.2 3.3.2 报文交换报文交换 报文交换

13、方式的数据传输单位是报文，报文就是站点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。一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。每个结点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个每个结点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个结点的地址，再报文，然后利用路由信息找出下一个结点的地址，再把整个报文传送给下一个结点。把整个报文传送给下一个结点。一个报文在每个结点的延迟时间，一个报文在每个结点的延迟时间，“等于接收报文所等于接收报文所需的时间加上向下一个结点转发所需的排队延迟时间需的时间加上向下一个结点转发所需的排队延迟时间之和。之和。3

14、.3.2 3.3.2 报文交换报文交换优点：优点：电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个结点之间的电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个结点之间的通道，所以对于同样的通信量来说，对电路的传输能力要求较通道，所以对于同样的通信量来说，对电路的传输能力要求较低。低。在电路交换网络上，当通信量变得很大时，就不能接受新的在电路交换网络上，当通信量变得很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。不过传送延迟会增加。报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交报文交换系统可以把一个报文

15、发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。换网络很难做到这一点。报文交换网络可以进行速度和代码的转换。报文交换网络可以进行速度和代码的转换。缺点：缺点：不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。间长且不定。有时结点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，有时结点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。3.3.3 3.3.3 分组交换分组交换 分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，分组交换是

16、报文交换的一种改进，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结点所每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个结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。度。分组交换网示意图分组交换网示意图3.3.3 3.3.3 分组交换分组交换优点：优点：高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路高效：在分组传输的过程中动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。是逐段占用。灵活：每个结点均有智能，为每一个分组独立地选择转发的灵活：每个结点均有智能，为每一个分组独立地选择转发的路由。路由。迅速：以分组作为传送单位，通信之前可以不必先建立连接迅速：以分组作为传送单位，通信之前可以不必先建立连接就能发送分组。就能发送分组。完善的网络协议：分布式多路由的通信子网。完善的网络协议：分布式多路由的通信子网。缺点：缺点：时延大：分组在结点交换机存储转发时因要排队造成时延。时延大：分组在结点交换机存储转发时因要排队造成时延。当网络通信量大时，这种时延可能会很大。当网络通信量大时，这种时延可能会很大。