第3章 数据通信技术基础

• 熟悉

– 数据通信的基本概念

• 掌握

– 信道复用技术、编码技术、交换技术和差错控制技术的原理和实现方法

• 掌握

– 网络传输时延计算方法

– 以及网络传输介质的选用方法

• 通信的双方完成一次通信需要满足三个基本要求：

– 一是双方有通信的愿望

– 二是通信的双方之间有信息传递的信道，也即是说通信要经过传输介质以及

有关的传输设备

– 三是通信双方要遵循通信的规则和约定，即通信双方按照通信协议传输信

息，并能理解这些通信协议

• 信道与电路并不等同，信道表示信号的通路，一般是用来表示向某一个方向传输信

息的媒体

– 一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道

• 信道与传输介质也是有区别的

– 传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传输线路

• 通信信道建立在传输介质之上

– 包括传输介质和通信设备

• 一个数据通信系统由三部分组成

– 源系统、传输系统、目的系统

输入 汉字 主机A 数字比特流 模拟信号 模拟信号 数字比特流 输出 汉字

调制解调器 电话 公用 调制解调器 主机B • 信道传输数据的能力是受到限制的

– 信道的最大容量与信道的带宽有关。

• 计算机网络中信号的速率涉及三种：

– 传播速率；调制速率；数据传输率 – 信号的传播速率是常量

• 传播速率，是一个常量，与光速联系

– 调制速率也称为码元速率、波形速率或信号速率

• 指的是每秒种发送信号的数目，单位为波特(baud)

– 数据传输率为每秒种发送的二进制位数

• 单位为bps，读作每秒位。

带宽(broad width)与信道可以允许通过的信号的最高频率与最低频率有关

• 依据通信的方向讨论，通信双方信息交互的方式有三种基本方式

– 单向通信，只能有一个方向上的通信，即A只能传给B

– 双向交替通信，通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送，在某一个时

刻仅存在一个方向上的通信

– 双向同时通信，通信的双方可以同时发送和接收信息

• 这里需要指明的是

– 上述三个基本方式是规范的术语，分别对应以前的单工、半双工、全双工

3.3 信道复用技术

• 3.3.1 频分复用和时分复用 • 3.3.2 波分复用 • 3.3.3 统计复用

复用技术用于在一个信道上同时传输多路信号，这样可以充分利用信道的传输能力

• 复用可以实现的前提是信道的传输能力大于传输一路信号的需求，体现在两个方

面：

• 一是信道的带宽很宽，而传输一路信号所需的带宽很窄 • 另一方面是信道的数据传输率很高，而一路信号所需的数据传输率很低，这

样在能力很强的信道上仅传输一路信号就很浪费

频分复用(FDM) 是最常用的技术

• 信道的带宽很宽，信道的可用带宽大于一路信号所需的带宽，把信道划分为多个子

信道，每个子信道传输一路信号

• 在子信道之间要留有隔离频带，对每路信号以不同频率的载波进行调制，使

其适应不同子信道频段的要求

时分复用TDM（Time Division Multiplexing）技术的依据是信道的数据传输率大于一路信号传输所需要的数据传输率

• 可以把传输时间分成时间片帧，每一时间片帧包含若干时间隙，每个时间隙

对应一路信号的若干位

• 比较 • TDM中

– 每一路信号传输占用信道的全部带宽

– 在某一微小的时间间隔只有一路信号在传输

• FDM中

– 每一路信号占用部分带宽

– 在某一微小的时间间隔有多路信号在传输

• 在应用中

– TDM适合数字信号的传输 – FDM适合模拟信号传输

• 许多应用是先进行FDM，然后再进行TDM，即两种复用技术综合使用 • 在光纤信道上采用波分复用WDM

波分复用是光的频分复用

– WDM是FDM的一个变种 – 频率和波长之间满足关系式：

• F＝ c／λ，这里f 为频率，c为光速，λ为波长

• 每根光纤上光信号的波长不同，两根光纤连接到一个棱柱或衍射光栅上，两束光通

过棱柱或衍射光栅合成到一根共享的光纤上

• 传输到远方的目的地后，再用棱柱或衍射光栅将它们分解开，交给接收方 • 统计复用是对时分复用的改进

– 也称为统计时分复用STDM（Statistic Time Division Multiplexing）

• 在时分复用（TDM）中

– 各路信号的时隙是固定分配好了的

– 每一路信号与复用的其它各路信号之间的时间间隔是固定的 – 从这个意义上讲，各路信号是同步传输的

数据编码技术

• 模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数字信号

•

交换技术在计算机网络通信过程中是必须要用到的

• 对于长距离通信传输，要用到交换技术 • 传统的交换技术有

• 电路交换 • 报文交换 • 分组交换。

• 现在较多使用的交换技术有信元交换。用在ATM网络中

电路交换

• 是面向连接的

• 通信双方在通信之前先建立一条连接，然后在建立的连接上传输数据，数据

传输完后释放连接

• 在通信的过程中通信的双方独占这一连接。连接建立过程需要一定的时间

• 若连接经过的节点和线路有空闲的资源则允许连接建立，否则不允许建立连

接

• 电路交换适宜实时通信的应用

• 生活中的电话通信就是采用电路交换的通信

• 报文交换与节点的存储转发联系

• 双方通信的数据组成报文的格式 • 报文是节点之间传输的数据

• 节点先接收报文，进行存储

• 然后根据线路的情况决定通过线路向其它节点转发

• 节点的存储转发需要一定的时延 • 报文交换是无连接的 • 报文的大小是不固定的

• 分组交换也与存储转发相联系

– 把需要传输的数据（报文）分成长度固定的分组 – 节点对分组进行存储转发

• 分组的大小比报文小的多

– 在节点的时延比较小，即使传输出现差错，重传的数据量也比较小

• 计算机数据的传输具有突发性的特点，若采用电路交换来传输计算机数据，线路的

利用率会非常低

– 只有分组交换适合计算机数据的传输

• 分组交换可以分为

– 面向连接的虚电路分组交换 – 无连接的数据报分组交换

• 数据经历的总时延就是传输（发送）时延、传播时延、处理时延和排队时延之和 总时延 = 传输（发送）时延+传播时延+处理时延+排队时延

• 信元交换用在ATM网络中。信元长度是固定的。

– 信元可以看作一个很小的快速分组，长度为53个字节，其中信头占5个字

节，数据部分占48字节

• 由于信元比较小，在交换节点的时延很小

– 多种媒体信息都划分或装配为信元，使在一个网络中传输多媒体信息成为可

能

• 3.6.1 差错产生的原因 • 3.6.2 差错控制方法 • 3.6.3 海明校验

• 3.6.4 循环冗余校验编码 • 3.7.1 无线通信基础知识 • 3.7.2 蜂窝移动通信 • 3.7.3 全球移动通信系统 • 3.7.4 码分多址访问

•

3.8 小结

• 传输介质分为

– 有线传输介质和无线传输介质

• 数据通信是指计算机之间或其它数字终端装置之间的通信。 • 信道传输数据的能力是受到限制的

– 信道的最大容量与信道的带宽有关

• 复用技术用于在一个信道上同时传输多路信号

• 模拟数据和数字数据都可以转换为模拟信号或数字信号 • 传统的交换技术有：

– 电路交换；报文交换；分组交换

• 数据通信和计算机网络中的差错控制方法采用编码的方法，分为

– 检错编码和纠错编码

• 1895年马可尼(Marconi)首次从英国怀特岛(Isle of Wight)与30Km之外的一艘船进

行了无线传输

– 揭开了人类社会无线通信的序幕，无线通信由此诞生