第2章數據通信基礎知識12.1數據通信技術1.幾個術語的解釋1)數據－定義為有意義的實體。數據可分為模擬數據和數字數據。模擬數據是在某區間內連續變化的值；數字數據是離散的值。2)信號－是數據的電子或電磁編碼。信號可分為模擬信號和數字信號。模擬信號是隨時間連續變化的電流、電壓或電磁波；數字信號則是一系列離散的電脈沖。可選擇適當的參量來表示要傳輸的數據。3)信息－是數據的內容和解釋。4)信源－通信過程中產生和發送信息的設備或計算機。5)信宿－通信過程中接收和處理信息的設備或計算機。6)信道－信源和信宿之間的通信線路。

2.1.1模擬數據通信和數字數據通信

22.模擬信號和數字信號的表示2.1.1模擬數據通信和數字數據通信

模擬信號和數字信號可通過參量(幅度)來表示

33.模擬數據和數字數據的表示模擬數據和數字數據都可以用模擬信號或數字信號來表示，因而無論信源產生的是模擬數據還是數字數據，在傳輸過程中都可以用適合于信道傳輸的某種信號形式來傳輸。2.1.1模擬數據通信和數字數據通信

42.1.1模擬數據通信和數字數據通信4.數據通信的長距離傳輸及信號衰減的克服

52.1.2數據通信中的主要技術指標

數據傳輸速率

1)數據傳輸速率--每秒傳輸二進制信息的位數，單位為位/秒，記作bps或b/s。

計算公式:S=1/T*log2N(bps)......⑴式中T為一個數字脈沖信號的寬度(全寬碼)或重復周期(歸零碼)單位為秒；N為一個碼元所取的離散值個數。

2)信號傳輸速率--單位時間內通過信道傳輸的碼元數，單位為波特，記作Baud。

計算公式:B=1/T(Baud)

......⑵

式中T為信號碼元的寬度，單位為秒．號傳輸速率,也稱碼元速率、調制速率或波特率。由⑴、⑵式得：S=B*log2N(bps)......⑶

B=S/log2N(Baud)......⑷6信道容量

信道容量表示一個信道的最大數據傳輸速率，單位：位/秒(bps)。誤碼率它是衡量數據通信系統在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標。在計算機網絡中，一般要求誤碼率低于10-6，若誤碼率達不到這個指標，可通過差錯控制方法檢錯和糾錯。

誤碼率公式：

Pe=Ne/N

式中Ne為其中出錯的位數

N為傳輸的數據總數

72.1.3通信方式

1.并行通信方式并行傳輸時，可以一次同時傳輸若干比特的數據，從發送端到接收端的信道需要用相應的若干根傳輸線。并行數據傳輸2.串行通信方式串行傳輸是一位一位地傳送，從發送端到接收端只要一根傳輸線即可，因此，可以節省設備，在實際采用的串行傳輸時，發送端需要使用并/串轉換裝置，將計算機輸出的并行數據位流變為串行數據位流。在接收端，則需要通過串/并轉換裝置，還原成并行數據位流。串行數據傳輸

83.串行通信的方向性結構

串行數據通信的方向性結構有三種，即單工、半雙工和全雙工。單工數據傳輸只支持數據在一個方向上傳輸；

半雙工數據傳輸允許數據在兩個方向上傳輸，但是，在某一時刻，只允許數據在一個方向上傳輸，它實際上是一種切換方向的單工通信；

全雙工數據通信允許數據同時在兩個方向上傳輸，因此，全雙工通信是兩個單工通信方式的結合，它要求發送設備和接收設備都有獨立的接收和發送能力。92.2多路復用技術

多路復用技術就是把許多個單個信號在一個信道上同時傳輸的技術。頻分多路復用FDM和時分多路復用TDM是兩種最常用的多路復用技術。

101.頻分多路復用FDM技術

在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道，每個子信道傳輸一路信號，這就是步分多路復用。11多路原始信號在步分復用前，先要通過頻譜搬移技術將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，使各信號的帶寬不相互重疊，然后用不同的頻率調制每一個信號，每個信號要一個樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護帶來隔離每一個通道。

1.頻分多路復用FDM技術122.時分多路復用TDM技術

若媒體能達到的位傳輸速率超過傳輸數據所需的數據傳輸速率，可采用時分多路復用TDM技術，即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時間片由復用的一個信號占用，這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個數字信號。13FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4用戶例如:電路交換:FDMA和TDMA的比較142.3數據交換技術

數據經編碼后在通信線路上進行傳輸，按數據傳送技術劃分，交換網絡又可分為電路交換網、報文交換網和分組交換網。

152.3.1電路交換的工作原理1.電路交換的三個過程電路交換具有嚴格的三個階段：呼叫建立、傳送信息、呼叫拆除。電路交換是固定分配帶寬，連接建立后，即使無信息傳送也虛占電路，電路利用率低；要預先建立連接，有一定的連接建立時延，通路建立后可實時傳送信息，傳輸時延一般可以不計；無差錯控制措施，對于數據交換的可靠性沒有分組交換高；電路交換適合于電話交換、文件傳送、高速傳真，不適合突發(burst)業務和對差錯敏感的數據業務。

162.3.1電路交換的工作原理優點：數據傳輸可靠、迅速，數據不會丟失且保持原來的序列。缺點：在某些情況下，電路空閑時的信道容易被浪費：在短時間數據傳輸時電路建立和拆除所用的時間得不償失。因此，它適用于系統間要求高質量的大量數據傳輸的情況特點：在數據傳送開始之前必須先設置一條專用的通路。在線路釋放之前，該通路由一對用戶完全占用。對于猝發式的通信，電路交換效率不高網絡設備管理協議協議17

2.3.2報文交換的工作原理

1.報文交換原理

報文交換方式的數據傳輸單位是報文，報文就是站點一次性要發送的數據塊，其長度不限且可變。當一個站要發送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，網絡節點根據報文上的目的地址信息，把報文發送到下一個節點，一直逐個節點地轉送到目的節點。

每個節點在收到整個報文并檢查無誤后，就暫存這個報文，然后利用路由信息找出下一個節點的地址，再把整個報文傳送給下一個節點。因此，端與端之間無需先通過呼叫建立連接。

182.3.2報文交換的工作原理

2.報文交換的特點

1)報文從源點傳送到目的地采用“存儲--轉發”方式，在傳送報文時，一個時刻僅占用一段通道。

2)在交換節點中需要緩沖存儲，報文需要排隊，故報文交換不能滿足實時通信的要求。3.報文交換的優點

1)電路利用率高。由于許多報文可以分時共享兩個節點之間的通道，所以對于同樣的通信量來說，對電路的傳輸能力要求較低。

2)在電路交換網絡上，當通信量變得很大很大時，就不能接受新的呼叫。而在報文交換網絡上，通信量大時仍然可以接收報文，不過傳送延遲會增加。

3)報文交換系統可以把一個報文發送到多個目的地，而電路交換網絡很難做到這一點。

4)報文交換網絡可以進行速度和代碼的轉換。4.報文交換的缺點1)不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經過網絡的延遲時間長且不定。

2)有時節點收到過多的數據而無空間存儲或不能及時轉發時，就不得不丟棄報文，而且發出的報文不按順序到達目的地。192.3.3分組交換的工作原理

分組交換是報文交換的一種改進，它將報文分成若干個分組，每個分組的長度有一個上限，有限長度的分組使得每個節點所需的存儲能力降低了，分組可以存儲到內存中，提高了交換速度。它適用于交互式通信，如終端與主機通信。分組交換有虛電路分組交換和數據報分組交換兩種。它是計算機網絡中使用最廣泛的一種交換技術。

ABC10Mb/s以太網1.5Mb/s45Mb/sDE統計多路等待輸出鏈路的分組隊列20其他交換技術

1.虛電路分組交換原理與特點

在虛電路分組交換中，為了進行數據傳輸，網絡的源節點和目的節點之間要先建一條邏輯通路。每個分組除了包含數據之外還包含一個虛電路標識符。在預先建好的路徑上的每個節點都知道把這些分組引導到哪里去，不再需要路由選擇判定。最后，由某一個站用清除請求分組來結束這次連接。它之所以是“虛”的，是因為這條電路不是專用的。

虛電路分組交換的主要特點是：在數據傳送之前必須通過虛呼叫設置一條虛電路。但并不像電路交換那樣有一條專用通路，分組在每個節點上仍然需要緩沖，并在線路上進行排隊等待輸出。

2.數據報分組交換原理與特點

在數據報分組交換中，每個分組的傳送是被單獨處理的。每個分組稱為一個數據報，每個數據報自身攜帶足夠的地址信息。一個節點收到一個數據報后，根據數據報中的地址信息和節點所儲存的路由信息，找出一個合適的出路，把數據報原樣地發送到下一節點。由于各數據報所走的路徑不一定相同，因此不能保證各個數據報按順序到達目的地，有的數據報甚至會中途丟失。整個過程中，沒有虛電路建立，但要為每個數據報做路由選擇。212.4傳輸媒體

傳輸媒體是通信網絡中發送方和接收方之間的物理通路，計算機網絡中采用的傳輸媒體分有線和無線兩大類。

傳輸媒體的特性對網絡數據通信的質量有很大影響，這些特征是：

⑴物理特性：說明傳輸媒體的特性。

⑵傳輸特性：包括是使用模擬信號發送還是使用數字信號發送、調制技術、傳輸容量及傳輸頻率范圍。

⑶連通性：采用點到點連接還是多點連接。

⑷地理范圍：在不用中間設備并將失真限制在允許范圍內的情況下，整個網絡所允許的最大距離。

⑸抗干擾性：防止噪音、電磁干擾對傳輸數據影響的能力。

⑹相對價格：包括元件、安裝和維護等價格。

221.有線傳輸媒體

1)雙絞線(TP)--由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導線組成。雙絞線一般分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。計算機網絡中最常用的是第三類和第五類非屏蔽雙絞線。

⑴物理特性：銅質線芯，傳導性能良好。

⑵傳輸特性：可用于傳輸模擬信號和數字信號，對于模擬信號，約5--6公里需要一個放大器；對于數字信號，約2--3公里需要一個中繼器。雙絞線的帶寬達268kHz。⑶連通性：可用于點到點連接或多點連接。

⑷地理范圍：對于局域網，速率100Kbps,可傳輸1公里；速率10Mbps--100Mbps,可傳輸100米。

⑸抗干擾性：低頻(10kHz以下)抗干擾性能強于同軸電纜，高頻(10-100kHz)抗干擾性能弱于同軸電纜。

⑹相對價格：比同軸電纜和光纖便宜得多。23

2)同軸電纜--由繞同一軸線的兩個導體所組成，被廣泛用于局域網中。為保持同軸電纜的正確電氣特性，電纜必須接地，同時兩頭要有端接器來削弱信號反射作用。

24⑴物理特性：單根同軸電纜直徑約為1.02-2.54cm，可在較寬頻范圍工作。

⑵傳輸特性：基帶同軸電纜僅用于數字傳輸，阻抗為50Ω，并使用曼徹斯特編碼，數據傳輸速率最高可達10Mbps。寬帶同軸電纜可用于模擬信號和數字信號傳輸，阻抗為75Ω，對于模擬信號，帶寬可達300-450MHz。在CATV電纜上，每個電視通道分配6MHz帶寬，而廣播通道的帶寬要窄得多，因此，在同軸電纜上使用頻分多路復用技術可以支持大量的視、音頻通道。基帶50

⑶連通性：可用于點到點連接或多點連接。

⑷地理范圍：基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公里；寬帶電纜的最大距離可以達幾十公里。。

⑸抗干擾性：能力比雙絞線強。

⑹相對價格：比同軸電纜貴，比光纖便宜。

253)光纖--光纖具有寬帶、數據傳輸率高、抗干擾能力強、傳輸距離遠等優點。按使用的波長區的不同分為單模和多模光纖通信方式。26⑴物理特性：在計算機網絡中均采用兩根光纖(一來一去)組成傳輸系統。按波長范圍可分為三種：0.85um波長(0.8-0.9um)、1.3um波長(1.25-1.35um)和1.55um波長區(1.53-1.58um)。不同的波長范圍光纖損耗特性也不同，其中0.85um波長區為多模光纖通信方式，1.55um波長區為單模光纖通信方式，1.3um波長區有多模和單模兩種方式。

⑵傳輸特性：光纖通過內部的全反射來傳輸一束經過編碼的光信號，內部的全反射可以在任何折射指數高于包層媒體折射指數的透明媒體中進行。實際上光纖作為頻率范圍從1014-1015Hz的波導管，這一范圍覆蓋了可見光譜和部分紅外光譜。光纖的數據傳輸率可達Gbps級，傳輸距離達數十公里。目前，一條光纖線路上只能傳輸一個載波，隨著技術進一步發展，會出現實用的多路復用光纖。

⑶連通性：采用點到點連接還是多點連接。

⑷地理范圍：可以在6-8公里的距離內不用中繼器傳輸，因此光纖適合于在幾個建筑物之間通過點到點的鏈路連接局域網。

⑸抗干擾性：不受噪聲或電磁影響，適宜在長距離內保持高數據傳輸率，而且能夠提供良好的安全性。

⑹)相對價格：目前價格比同軸電纜和雙絞線都貴。272.無線傳輸媒體

1)微波通信2)衛星通信3)紅外通信和激光通信289、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。4月-254月-25Thursday,April10,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。00:15:5300:15:5300:154/10/202512:15:53AM11、夫學須志也，才須學也，非學無以廣才，非志無以成學。4月-2500:15:5300:1