數據通信概論數據的傳輸方式

數據通信概論數據的傳輸方式第1頁/共32頁本章內容第一節(jié)數據通信發(fā)展第二節(jié)數據通信系統(tǒng)第三節(jié)數據通信特點第四節(jié)數據的傳輸方式第五節(jié)數據通信的主要質量指標第六節(jié)數據通信網絡第七節(jié)數據通信實例第2頁/共32頁本章重點難點

掌握數據通信的定義、特點和系統(tǒng)組成了解數據通信信道及網絡類型了解數據的傳輸方式能計算數據通信系統(tǒng)性能指標掌握數據通信網和計算機網的關系第3頁/共32頁第一節(jié)數據通信發(fā)展一、數據通信的發(fā)展歷史1838年，莫爾斯試驗有線電報成功標志著真正意義上的電通信；19世紀30年代以后的一個世紀內，構成了通信初級實用階段；1948年，香農提出信息論代表近代通信開始；20世紀80年代以后，人類進入了現代通信時代；數據通信萌芽于20世紀50年代；“數據通信”一詞石計算機出現后，在遠程聯(lián)機系統(tǒng)形成的時候開始的。第4頁/共32頁二、數據通信的發(fā)展趨勢移動數據業(yè)務蓬勃發(fā)展：我國開放的移動數據業(yè)務主要有短消息業(yè)務、多媒體短消息、移動位置服務、移動上網、信息查詢、電子商務應用等，隨著第三代移動通信的推廣和普及，移動數據業(yè)務的發(fā)展將邁向新的臺階；向超大容量系統(tǒng)發(fā)展：為滿足數據、語音和多媒體綜合承載業(yè)務需求，數據網絡應具有高速的包轉發(fā)和處理能力，強大的VPN組網能力以及完善的QoS機制，這些都使得網絡設備向超大容量方向發(fā)展；MPLS的發(fā)展：在一個無連接的網絡環(huán)境中引入連接的概念，能夠規(guī)劃和預測數據的流量和流向；第一節(jié)數據通信發(fā)展第5頁/共32頁二、數據通信的發(fā)展趨勢與光傳輸技術融合：傳統(tǒng)的光傳輸系統(tǒng)在承載數據業(yè)務上帶寬采用固定連接方式，但對具有突發(fā)性強的數據業(yè)務會存在網絡資源利用率低等缺陷，為適應下一代網絡發(fā)展需要，與數據通信的融合已成必然；IPv4向IPv6發(fā)展：IPv6與IPv4相比，除地址空間增大外，還增強了對IP安全性和IP移動性的支持，可以適應未來網絡發(fā)展和業(yè)務發(fā)展的需要；數據通信技術在網絡的硬件和軟件之間能夠提供“無縫”連接。第一節(jié)數據通信發(fā)展第6頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)一、數據通信的幾個基本概念1、消息和信息消息（Message）：是通信過程中傳輸的具體原始對象。消息有文本、數字、圖片、圖象、音頻和視頻等多種形式；消息分為離散消息和連續(xù)消息。信息（Information）：是客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運動狀態(tài)。

有用的消息認為是信息；消息出現的概率越小，則消息中包含的信息就越大；信息是可以度量的。第7頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)一、數據通信的幾個基本概念1、消息和信息對離散消息，信息量I表述為：

I=-logaP其中：P為離散消息發(fā)生的概率；對數的底數a決定信息I的單位 第8頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)一、數據通信的幾個基本概念2、數據和信號數據（Data）：是用來描述任何物體、概念、情況，且預先具有特定含義的數字、字母和符號。一般可以理解為“信息的數字化形式”或“數字化的信息形式”；狹義的“數據”通常是指具有一定數字特性的信息，如統(tǒng)計數據、氣象數據、測量數據及計算機中區(qū)別于程序的計算數據等；在數據通信系統(tǒng)中，數據通常被廣義地理解為在網絡中存儲、處理和傳輸的二進制數字編碼。信號（Signal）：是攜帶信息的傳輸介質。

信號是數據的表現形式，是消息的直接反映；在電信系統(tǒng)里，可以由電壓、電流或電磁波等物理量來體現。第9頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)一、數據通信的幾個基本概念3、模擬通信、數字通信和數據通信三者之間的區(qū)分如下表所示：信源信號形式廣義信道上信號形式通信類型模擬信號模擬信號模擬通信模擬信號數字信號數字通信數字信號/數據信號數字信號數據通信數字信號/數據信號模擬信號數據通信數據通信定義：依照數據通信協(xié)議，利用數據傳輸與交換技術，在計算機之間或計算機與數據終端之間進行的通信。第10頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)二、數據通信系統(tǒng)組成 數據通信系統(tǒng)是通過數據電路將分布在遠地的數據終端設備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現數據傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。比較典型的數據通信系統(tǒng)主要由數據終端設備、數據電路、計算機系統(tǒng)三部分組成，如圖1-1所示：圖1-1數據通信系統(tǒng)組成第11頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)二、數據通信系統(tǒng)組成1、數據終端設備(DTE)

在數據通信系統(tǒng)中，用于發(fā)送和接收數據的設備稱為數據終端設備（簡稱DTE）。DTE可能是大、中、小型計算機、PC機，也可能是一臺只接收數據的打印機，所以說DTE屬于用戶范疇，其種類繁多，功能差別較大。

I/O設備提供操作員和終端間界面，將人可以識別的數據變換成計算機可以處理的二進制信息，或反變換；為了有效而可靠地進行通信，通信雙方必須按一定的規(guī)程進行，如收發(fā)雙方的同步、差錯控制、傳輸鏈路的建立、維待和拆除及數據流量控制等，所以必須設置通信控制器(TC)來完成這些功能，對應于軟件部分就是通信協(xié)議，這也是數據通信與傳統(tǒng)電話通信的主要區(qū)別。第12頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)二、數據通信系統(tǒng)組成2、數據電路終接設備(DCE)

用來連接DTE與數據通信網絡的設備稱為數據電路終接設備(DCE)，可見該設備為用戶設備提供入網的連接點。

DCE的功能就是完成數據信號的變換。因為傳輸信道可能是模擬的，也可能是數字的，DTE發(fā)出的數據信號不適合信道傳輸，所以要把數據信號變成適合信道傳輸的信號；若信道為模擬的，DCE是將數據信號變?yōu)槟M信號再傳；若信道為數字的，DCE則實現碼型與電平的轉換，信道特性均衡，收發(fā)同步時鐘形成，控制接續(xù)的建立、保持和拆斷，維護測試等。第13頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)二、數據通信系統(tǒng)組成3、數據電路和數據鏈路數據電路：是在線路或信道上加信號變換設備之后形成的二進制比特流通路，它由傳輸信道及其兩端的數據電路終接設備（DCE）組成。數據鏈路：包括數據電路及其兩端終端中的傳輸控制器的信號通路。

數據鏈路是在數據電路已建立的基礎上，通過發(fā)送方和接收方之間交換“握手”信號，使雙方確認后方可開始傳輸數據的兩個或兩個以上的終端裝置與互連線路的組合體；數據鏈路包括物理鏈路和實現鏈路協(xié)議的硬件和軟件；只有建立了數據鏈路之后，雙方DTE才可真正有效的進行數據傳輸；數據鏈路僅僅操作于相鄰的兩個節(jié)點之間，因此從一個DTE到另一個DTE之間的連接可以操作多段數據鏈路。第14頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)二、數據通信系統(tǒng)組成4、中央計算機系統(tǒng)(CCS)

中央計算機系統(tǒng)由通信控制器CCP(或稱前置處理機)、主機及其外圍設備組成,具有處理從數據終端設備輸入的數據信息,并將處理結果向相應的數據終端設備輸出的功能。CCP通信控制器(或前置處理機)是數據電路和計算機系統(tǒng)的接口,控制與遠程數據終端設備連接的全部通信信道,接收遠程DTE發(fā)來的數據信號,并向遠程DTE發(fā)送數據信號；中央處理機是由中央處理單元(CPU)、主存儲器、輸入輸出設備以及其他外圍設備組成，其主要功能是進行數據處理。第15頁/共32頁第二節(jié)數據通信系統(tǒng)二、數據通信系統(tǒng)分類

根據傳輸線路是否直接與中央計算機系統(tǒng)相連接,數據通信系統(tǒng)可分為脫機系統(tǒng)和聯(lián)機系統(tǒng)。由于脫機系統(tǒng)的自動化程度低、等待時間長、工作效率低等原因,故它只是數據通信發(fā)展初期用于非實時處理的一種系統(tǒng),以后的數據通信系統(tǒng)幾乎都是聯(lián)機系統(tǒng)。 數據通信系統(tǒng)根據處理形式的不同,可以分為聯(lián)機實時系統(tǒng)、遠程批量處理系統(tǒng)和分時處理系統(tǒng)三類。

聯(lián)機實時系統(tǒng)：指從終端輸入的數據,在中央計算機上立即進行處理,并將處理結果直接送回終端設備的處理形式。它適用于要求能夠迅速地處理隨機發(fā)生的大量數據的場合。如訂票系統(tǒng)。遠程批量處理系統(tǒng)：遠程批量處理系統(tǒng)是從遠程終端向中央計算機投入作業(yè),獲得處理結果。為了提高效率,批量處理的作業(yè)可通過批量作業(yè)站送到中央計算機。

分時處理系統(tǒng)：將中央計算機的時間劃分成很短的時間片,遠程終端按時間片輪流使用中央計算機的處理形式。

第16頁/共32頁第三節(jié)數據通信的特點通信終端是計算機與各種數據終端，是機-機之間、人-機之間的通信；數據傳輸可靠性要求搞，具有差錯控制能力；通信量突發(fā)性強，要求接續(xù)和傳輸響應時間快；數據通信具有靈活的接口能力，以適應各種計算機和數據終端設備；數據通信易于加密，提高安全性；接收到的數據和發(fā)送的數據通常是完全一致的。第17頁/共32頁第四節(jié)數據的傳輸方式1、按數據代碼傳輸的順序串行傳輸方式特點：單線路、速度慢、成本低、可用于公用電話網并行傳輸方式特點：即收即用；多位數據通過多條數據線路傳送；至少需要8條數據線互聯(lián)兩個外設。應用：適用于距離較短的通信模式，如：計算機內部、計算機與外設之間。第18頁/共32頁第四節(jié)數據的傳輸方式1、按數據代碼傳輸的順序下圖分別顯示了串行傳輸方式與并行傳輸方式：第19頁/共32頁第四節(jié)數據的傳輸方式2、按串行數據傳輸的同步方式異步傳輸方式起始位：’0’停止位：’1’空閑時：不斷發(fā)送停止位特點：字符間有不確定延遲；每次傳輸的數據大小相對固定5～8個字符；通信線路少；發(fā)端和收端需要并串/串并轉換。解決同步的方法：發(fā)送方與接收方提供一條單獨的時鐘線；將時鐘信息放入數據信號之中。同步傳輸方式起始位：前文位模式停止位：后文位模式收發(fā)雙方采用統(tǒng)一的時鐘節(jié)拍來完成數據的傳送，數據的發(fā)送一般以幀（群）為單位。第20頁/共32頁第四節(jié)數據的傳輸方式2、按串行數據傳輸的同步方式同步傳輸較異步傳輸的優(yōu)點：同步通信取消了每個字符前面的同步位，從而使數據在傳送所所占的比率增大，提高了傳送效率；同步通信也允許用戶傳送沒有意義的二進制數據；允許PC機通過同步通信網絡與主計算機實現通信。注：由于同步的硬件和軟件成本較高，故常用于內部通信和短距離通信，遠距離通信常用異步通信模式。第21頁/共32頁第四節(jié)數據的傳輸方式2、按串行數據傳輸的同步方式下圖分別顯示了異步傳輸和同步傳輸：(a)異步傳輸(b)同步傳輸第22頁/共32頁第四節(jié)數據的傳輸方式3、按數據傳輸的流向和時間的關系單工傳輸方式特點：兩個數據站之間只能沿一個指定的方向進行數據傳輸。此種方式適用于數據收集系統(tǒng)，如氣象數據的收集、電話費的集中計算等。半雙工傳輸方式特點：兩個數據之間可以在兩個方向上進行數據傳輸，但不能同時進行。問訊、檢索、科學計算等數據通信系統(tǒng)運用半雙工數據傳輸。全雙工傳輸方式特點：在兩個數據站之間，可以兩個方向同時進行數據傳輸。全雙工通信效率高，但組成系統(tǒng)的造價高，適用于計算機之間高速數據通信系統(tǒng)。

注：通常四線線路實現全雙工數據傳輸，二線線路實現單工或半雙工數據傳輸。在采用頻分法、時間壓縮法、回波抵消技術時，二線線路也可實現全雙工數據傳輸。第23頁/共32頁第五節(jié)數據通信的主要質量指標1、有效性：衡量系統(tǒng)傳輸能力的主要指標 碼元傳輸速率(RB)

又稱為波形速率、調制速率、符號速率等。定義：線路中每秒傳送波形（碼元）的數目；單位：波特(Baud)，與數據信號的進制數沒有關系，只于碼元的寬度(或波形時間長度)T有關系：B=1/T。 數據信息速率(Rb)

又稱為比特率、傳信率等。定義：單位時間內傳輸二進制代碼有效位數；單位：bit/s或bps與M進制的碼元傳輸速率的關系：第24頁/共32頁第五節(jié)數據通信的主要質量指標1、有效性：衡量系統(tǒng)傳輸能力的主要指標例：采用四相調制方式,即M=4,且T=833×10-6秒,則可求出數據傳輸速率為:

Rb=1/T·log2M=1/(833×10-6)·log24=2400

(bps)

而調制速率為：

RB=1/T=1/(833×10-6)=1200

(Baud)

通過上例可見,雖然數據傳輸速率和調制速率都是描述通信速度的指標,但它們是完全不同的兩個概念。第25頁/共32頁第五節(jié)數據通信的主要質量指標2、可靠性：衡量系統(tǒng)傳輸質量的主要指標 誤碼率(Pe) 定義：差錯碼元所占總數的比例(平均值)；指標：對于同一條數據電路由于測量的時間長短不同，誤碼率就不一樣。在日常維護中，ITU-T規(guī)定測試時間。數據傳輸誤碼率一般都低于10-6

。 誤信率(Pb)定義：差錯的比特數占總數的比例(平均值)；第26頁/共32頁第六節(jié)數據通信網絡從網絡角度看，數據通信網的主要作用是為各種信