計算機網(wǎng)絡與信息安全-通信基礎課件

第1章計算機網(wǎng)絡基礎1.3通信基礎第1章計算機網(wǎng)絡基礎1.3通信基礎1一、數(shù)據(jù)通信的基本概念1.數(shù)據(jù)和信息（1）數(shù)據(jù)和信息①數(shù)據(jù):由數(shù)字、字符、符號等組成，是信息的載體。它沒有實際含義，總是和一定的形式相聯(lián)系。②信息:是數(shù)據(jù)的具體物理表示，具有確定的物理描述，如電壓、磁場強度等。在電路中，信號就具體表示數(shù)據(jù)的電磁編碼。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，要進行數(shù)據(jù)傳輸，總是要借助于一定的物理信號來完成，如電信號或光信號。嚴格地講，數(shù)據(jù)和信息是有區(qū)別的。數(shù)據(jù)是獨立的，是尚未組織起來的事實的集合；而信息是按一定要求以一定格式組織起來的、具有一定意義的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是信息的表示形式，信息是數(shù)據(jù)形式的內(nèi)涵。一、數(shù)據(jù)通信的基本概念1.數(shù)據(jù)和信息2一、數(shù)據(jù)通信的基本概念（2）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的三要素數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的三要素包括信源、信宿和信道，其結(jié)構(gòu)如圖1-3-1所示。圖1-3-1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)①信源:信息的發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的人或設備。②信宿:信息的接收端，是接收所傳送信息的人或設備。大部分信源和信宿設備都是計算機或其他數(shù)據(jù)終端設備。③信道:傳輸信息的通道。它是以通信線路為基礎的、能夠傳輸數(shù)據(jù)的通道。分為物理信道和邏輯信道，其中，物理信道是由各種類型的傳輸介質(zhì)和中間設備組成的。一、數(shù)據(jù)通信的基本概念（2）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的三要素3一、數(shù)據(jù)通信的基本概念2.數(shù)字通信和模擬通信（1）模擬信號模擬信號是指用連續(xù)變化的物理量所表達的信息，如溫度、濕度、壓力、長度、電流、電壓等。我們通常把模擬信號稱為連續(xù)信號，它在一定的時間范圍內(nèi)可以有無限多個不同的取值。在表現(xiàn)形式上一般用正弦波型來描述，如圖1-3-2（a）所示。圖1-3-2模擬信號與數(shù)字信號一、數(shù)據(jù)通信的基本概念2.數(shù)字通信和模擬通信4一、數(shù)據(jù)通信的基本概念（2）數(shù)字信號數(shù)字信號是離散的信號，是人為抽象出來的在時間上不連續(xù)的信號，一般情況下，數(shù)字信號是以二進制數(shù)來表示的，因此信號的量化精度一般以比特（bits）來衡量。在表現(xiàn)形式上一般用脈沖方波來描述，如圖1-3-2（b）所示。（3）數(shù)字通信數(shù)字通信是信道中傳送數(shù)字信號的通信形式。（4）模擬通信模擬通信是信道中傳輸模擬信號的通信形式。一、數(shù)據(jù)通信的基本概念（2）數(shù)字信號5一、數(shù)據(jù)通信的基本概念（5）數(shù)字通信和模擬通信的特點兩種通信強調(diào)的是信道中傳輸?shù)男盘栃问?，即信道的形式。?shù)字通信是數(shù)字信道，模擬通信是模擬信道。信源發(fā)出的和信宿接收的信號可以是數(shù)字信號、模擬信號或其他形式的信號。一、數(shù)據(jù)通信的基本概念（5）數(shù)字通信和模擬通信的特點6一、數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)相比，有如下突出的特點:①便于差錯控制:由編碼/譯碼器進行信道編碼。②便于保密通信:對基帶信號進行加密，接收解密，用于保密通信。③便于同步:數(shù)字信號按節(jié)拍傳輸，容易做到時鐘同步。④便于信號再生重傳:遠距離傳輸時，中繼器可將數(shù)字信號再生恢復成“0”和“1”標準電平后，繼續(xù)重傳。⑤增強抗干擾能力:離散的數(shù)字信號容易使小的噪聲和干擾信號不起作用，可有效地抑制干擾信號，增強抗干擾能力。數(shù)字通信的這些優(yōu)點都是以犧牲帶寬為代價換取的。一、數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)字通信系統(tǒng)與模擬通信系統(tǒng)相比，有如下7二、數(shù)據(jù)通信的方式1.單工通信、半雙工通信和全雙工通信數(shù)據(jù)在通信線路上的傳輸是有方向的。根據(jù)數(shù)據(jù)在線路上的傳輸方向和特點，數(shù)據(jù)通信可分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信三種方式，如圖1-3-3所示。圖1-3-3串行通信的三種工作模式二、數(shù)據(jù)通信的方式1.單工通信、半雙工通信和全雙工通信8二、數(shù)據(jù)通信的方式（1）單工通信單工是指數(shù)據(jù)通過一條信道，只能向一個方向傳送。比如打印機打印文檔時，打印機無法給用戶傳輸數(shù)據(jù)，只能由用戶單方向給打印機傳輸數(shù)據(jù)。（2）半雙工通信半雙工是指數(shù)據(jù)在一條通信信道中可從兩個方向傳送，但在某個時刻只能單向傳送。通信雙方都可以發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但不能同時發(fā)送或接收。比如使用步話機進行通話時，甲方講話時乙方無法講，甲方講完后乙方才能講。（3）全雙工通信全雙工是指通信雙方能夠同時發(fā)送或接收信息。要實現(xiàn)全雙工通信，需要通信雙方都具備發(fā)送裝置和接收裝置，并且需要兩條信道。比如現(xiàn)在的電話、網(wǎng)絡設備都是全雙工的工作方式。二、數(shù)據(jù)通信的方式（1）單工通信9二、數(shù)據(jù)通信的方式2.并行通信和串行通信在計算機內(nèi)部各部件之間、計算機與各種外部設備之間、計算機與計算機之間，按信息傳輸?shù)臅r空順序不同，存在兩種通信方式:并行通信和串行通信，如圖1-3-4所示。圖1-3-4并行通信與串行通信二、數(shù)據(jù)通信的方式2.并行通信和串行通信10二、數(shù)據(jù)通信的方式（1）并行通信并行通信通常用于計算機內(nèi)部各部件之間或近距離設備之間的數(shù)據(jù)傳輸。（2）串行通信串行通信適用于計算機與計算機、計算機與外設之間的遠距離通信。二、數(shù)據(jù)通信的方式（1）并行通信11二、數(shù)據(jù)通信的方式3.點到點通信和廣播式通信在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，根據(jù)發(fā)送端和接收端的連接方式及信息傳輸信道的不同，通信方式可分為點到點通信和廣播式通信兩種。（1）點到點通信點到點通信是由一條通信線路把兩個節(jié)點連接起來構(gòu)成的通信方式，也叫端到端式通信。（2）廣播式通信廣播式通信是指系統(tǒng)中多個端點共享一個通信信道，由一個端點發(fā)出信息，其他端點接收信息的通信方式。該通信方式中的信息是單向傳輸?shù)?。二、?shù)據(jù)通信的方式3.點到點通信和廣播式通信12三、數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標1.比特率比特率是指數(shù)字信號的傳輸速率，它表示單位時間內(nèi)所傳送的二進制代碼的有效位數(shù)（bit），單位用位每秒（bps)表示。2.波特率波特率是一種調(diào)制速率，也叫波形速率。在數(shù)據(jù)傳輸過程中，線路上每秒傳送的波形個數(shù)就是波特率，單位是波特（baud）。3.誤碼率信碼在傳輸過程中，由于信道不理想以及噪聲的干擾，以致在接收端判決再生后的碼元可能出現(xiàn)錯誤，這叫誤碼。誤碼的多少用誤碼率來衡量，誤碼率是數(shù)字通信系統(tǒng)中單位時間內(nèi)錯誤碼元數(shù)與發(fā)送總碼元數(shù)之比。誤碼越多，誤碼率越大。它是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下衡量傳輸可靠性的指標。三、數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標1.比特率13三、數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標4.信道帶寬信道就是信號傳輸?shù)耐贰捠侵感诺浪軅魉偷男盘柕念l率寬度，也就是可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差。例如，一條傳輸信道可以接受從300Hz到3000Hz的頻率,則在這條傳輸信道上傳送頻率的帶寬就是27