第二章 数据通信基础——教案

第二章 数据通信基础

一、教学目标：

1. 了解数据通信的基本概念

2. 了解数据传输方式

3. 理解数据交换技术

4. 理解差错检验与校正技术

二、教学重点、难点

数据通信的数据传输方式、数据交换技术、差错检验与校正技术

三、教学方法

教师讲解、演示、提问；

四、教具使用

计算机一台、多媒体幻灯片演示

五、教学内容与过程

导入：由现在的网络通讯中的一些普通关键词引入新课

讲授新课：（多媒体幻灯片演示或板书）

第二章 数据通信基础

2．1 数据通信的基本概念

2.1.1 信息和数据

1．信息

信息是对客观事物的反映,可以是对物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可表示物质与外部的联系。信息有各种存在形式。

2．数据

信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。数据可以分成两类：模拟数据和数字数据。

2.1.2 信道和信道容量

1．信道

信道是传送信号的一条通道，可以分为物理信道和逻辑信道。

物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，由传输及其附属设备组成。

逻辑信道也是指传输信息的一条通路，但在信号的收、发节点之间并不一定存在与之对应的物理传输介质，而是在物理信道基础上，由节点设备内部的连接来实现。

2．信道的分类

信道按使用权限可分为专业信道和共用信道。

信道按传输介质可分为有线信道、无线信道和卫星信道。

信道按传输信号的种类可分为模拟信道和数字信道。

3．信道容量

信道容量是指信道传输信息的最大能力，通常用数据传输率来表示。即单位时间内传送的比特数越大，则信息的传输能力也就越大，表示信道容量大。

2.1.3 码元和码字

在数字传输中，有时把一个数字脉冲称为一个码元，是构成信息编码的最小单位。

计算机网络传送中的每一位二进制数字称为“码元”或“码位”，例如二进制数字10000001是由7个码元组成的序列，通常称为“码字”。

2.1.4 数据通信系统主要技术指标

1．比特率：比特率是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间内所传送的二进制代码的有效位（bit）数，单位用比特每秒（bps）或千比特每秒（Kbps）表示。

2．波特率：波特率是一种调制速率，也称波形速率。在数据传输过程中，线路上每秒钟传送的波形个数就是波特率，其单位为波特（baud）。

3．误码率：误码率指信息传输的错误率，也称误码率，是数据通信系统在正常工作情况下，衡量传输可靠性的指标。

4．吞吐量：吞吐量是单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是字节/秒或位/秒。在单信道总线型网络中，吞吐量=信道容量×传输效率。

5．通道的传播延迟：信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间，这个时间叫做传播延迟（或时延）。

2.1.5 带宽与数据传输率

1.信道带宽

信道带宽是指信道所能传送的信号频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率减去最低频率之差。

带宽越大，所能达到的传输速率就越大，所以通道的带宽是衡量传输系统的一个重要指标。

2.数据传输率

数据传输率是指单位时间信道内传输的信息量，即比特率，单位为比特/秒。

一般来说，数据传输率的高低由传输每一位数据所占时间决定，如果每一位所占时间越小，则速率越高。

2.2 数据传输方式

2.2.1 数据通信系统模型

2.2.2 数据线路的通信方式

根据数据信息在传输线上的传送方向，数据通信方式有：

单工通信

半双工通信

双工通信

2.2.3 数据传输方式

数据传输方式依其数据在传输线原样不变地传输还是调制变样后再传输，可分为基带传输、频带传输和宽带传输等方式。

1.基带传输

2.频带传输

3.宽带传输

2.3 数据交换技术

通常使用四种交换技术：

电路交换

报文交换

分组交换

信元交换。

2.3.1 电路交换

电路交换（也称线路交换）

在电路交换方式中，通过网络节点（交换设备）在工作站之间建立专用的通信通道，即在两个工作站之间建立实际的物理连接。一旦通信线路建立，这对端点就独占该条物理通道，直至通信线路被取消。

电路交换的主要优点是实时性好，由于信道专用，通信速率较高；缺点是线路利用率低，不能连接不同类型的线路组成链路，通信的双方必须同时工作。

电路交换必定是面向连接的，电话系统就是这种方式。

电路交换的三个阶段：

电路建立阶段

数据传输阶段

拆除电路阶段

2.3.2 报文交换

报文是一个带有目的端信息和控制信息的数据包。报文交换采取的是“存储—转发”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的两个节点之间建立专用的物理线路。

报文交换的主要缺点是网络的延时较长且变化比较大，因而不宜用于实时通信或交互式的应用场合。

在 20 世纪 40 年代，电报通信也采用了基于存储转发原理的报文交换(message switching)。

报文交换的时延较长，从几分钟到几小时不等。现在，报文交换已经很少有人使用了。

2.3.3 分组交换

分组交换也称包交换，它是报文交换的一种改进，也属于存储-转发交换方式，但它不是以报文为单位，而是以长度受到限制的报文分组（Packet）为单位进行传输交换的。分组也叫做信息包，分组交换有时也称为包交换。

分组在网络中传输，还可以分为两种不同的方式：数据报和虚电路。

分组交换的优点

高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。

灵活 以分组为传送单位和查找路由。

迅速 必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽

可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性

2.3.4 信元交换技术

（ATM，Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式）

ATM是一种面向连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元（一个53Byte的信元），话音、视频和数据都可由信元的信息域传输。

它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点，针对分组交换速率低的弱点，利用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，以实现高速化。

ATM是一种广域网主干线的较好选择。

2.4 差错检验与校正

数据传输中出现差错有多种原因，一般分成内部因素和外部因素。

内部因素有噪音脉冲、脉动噪音、衰减、延迟失真等。

外部因素有电磁干扰、太阳噪音、工业噪音等。

为了确保无差错地传输，必须具有检错和纠错的功能。常用的校验方式有奇偶校验和循环冗余码校验。

2.4.1 奇偶校验

采用奇偶校验时，若其中两位同时发生错误，则会发生没有检测出错误的情况。

2.4.2 循环冗余码校验。

这种编码对随机差错和突发差错均能以较低的冗余充进行严格的检查。

小结：

1. 数据通信的的一些基本知识

2. 三种交换方式的基本工作原理

3. 两种差错校验方法：奇偶校验和循环冗余校验

作业：

本章课后选择题

1. 什么是信息、数据？试举例说明它们之间的关系。

2. 什么是信道？常用的信道分类有几种？

3. 什么是比特率？什么是波特率？请举例说明两者之间的联系和区别。

4. 什么是带宽、数据传输率与信道容量？有何异同？

5. 何谓单工、半双工和全双工通信？请举例说明它们的应用场合。

6. 在数据通信系统中，常用数据传输方式有哪几种？简述它们的基本原理。

7. 在计算机网络中，数据交换的方式有哪几种？各有什么优缺点？

8. 何谓虚电路？何谓数据报？

9. 在数据通信系统中，如何进行差错控制？

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