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第3讲 数据通信的基础知识 本章内容 数据通信的基本概念 数据的传输技术 数据传输的方式 数据的编码和调制技术 数据的交换技术 传输介质 通信的三个要素：信源、信宿和信道 信息通过数据通信系统的传输过程 把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输 编码：数据→适合传输的数字信号（便于同步、识别、纠错） 调制：数字信号→适合传输的形式（按频率、幅度、相位） 解调：接收波形→数字信号 解码：数字信号→原始数据 数据通信基本过程 5个阶段 包含两项内容：数据传输和通信控制 过程 与打电话比较 建立物理连接 拨号，拨通对方 建立逻辑链路 互相确认身份 数据传输 互相通话 断开逻辑连接 互相确认要结束通话 断开物理连接 双方挂机 2. 数字信道和模拟信道 按传输信道的类型分类，信道可以分为模拟信道和数字信道两类。 模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。如果利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。 如，CATV、无线电广播、电话拨号线路 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。离散的数字信号在计算机中是指由“0”和“1”的二进制代码组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，而通常需要进行数字编码。 计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输, 如，ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网 目的：使接收端与发送端在时间基准上取得一致。同步不好会导致通信质量的下降直至不能正常工作。 同步脉冲频率 数据从什么时候开始，什么时候结束 位边界 数据块边界 数据通信中需要在三个层次上实现同步： 位——位同步 字符——字符同步 帧(Frame)——帧同步 1、位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，2种同步方法： （1）外同步——发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 （同步接收过程分两步：1、校准同步；2、用校准后产生的同步信号作为定时信号接收数据信息。） （2）自同步——通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 异步式的优缺点： （1）频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步； （2）每两个字符之间的间隔时间不固定； （3）异步方式的实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用2-3位，所以适合于低速通信。增加了辅助位，所以传输效率低； 例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其传输效率为8/11≈73％ 3、帧同步：识别一个帧的起始和结束。 帧（Frame）：数据链路中的传输单位——包含数据和控制信息的数据块。 面向字符的——以同步字符（SYN，16H）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。 面向比特的——以特殊位序列（7EH，来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。 不同类型的信号在不同类型的信道上传输 有4种情况： 模拟传输和数字传输所使用的技术 编码与调制的区别 编码：用数字信号承载数字或模拟数据 调制：用模拟信号承载数字或模拟数据 ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1 FSK：用载波的两个不同频率表示0和1 PSK：用载波的起始相位的变化表示0和1 三种数字编码的波形图 采样定理： 如果模拟信号的最高频率为F，若以≥2F的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。 模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。三个步骤： 采样：按一定间隔对语音信号进行采样 量化：把每个样本舍入到最接近的量化级别上 编码：对每个舍入后的样本进行编码 编码后的信号称为PCM信号（脉码调制, Pulse Coded Modulation）。 PCM编码过程举例 什么是交换？ 按某种方式动态地分配传输线路资源。 例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。 最初的交换：人工转接交换 为什么要采用交换技术？ 节省线路投资，提高线路利用率。 实现交换的方法主要有： 电路交换和存储转发交换（报文交换和分组交换）。 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。——称为“面向连接的”（典