计算机数据通信基础知识

第2章 数据通信基础知识 2.1 数据通信的基本概念 2.2 数据的传输方式 2.3 数据交换 2.4 多路复用技术 2.5 差错控制技术 2.6 数据传输设备 2.7 实训 2.1 数据通信的基本概念 数据通信是依据通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息的技术。用于实现计算机与计算机、计算机与终端、终端与终端之间的数据信息传递。基本的数据通信系统，如下图所示。 2.1.1 数据和数据通信 通常数据定义为能够由计算机处理的数字、字母和符号等具有一定意义的实体。数据可分为模拟数据与数字数据两类。 模拟数据在时间上和幅度取值上都是连续的，其电平随时间连续变化。 数字数据在时间上是离散的，在幅值上是经过量化的，它一般是由0，1的二进制代码组成的数字序列，如下图所示。 2.1.2 码元 码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称，也常称作“位”或bit。例如1010101，共有7个位。 2.1.3 信息传输速率 信息传输速率是指通信线路上传输信息的速度。有两种表示方法，即信号速率和调制速率。 信号速率S：指单位时间内所传送的二进制代码的有效位数，以每秒多少比特数来计算，即bps。 调制速率B：是脉冲信号经过调制后的传输速率，以波特(BAUD)为单位，通常用于表示调制器之间传输信号的速率。 信号速率S与调制速率B有如下关系：S=B×log2N。 其中N为一个脉冲信号所表示的有效状态。在二进制中脉冲只有0或1两种状态，即N=2，也就是说，信号速率S与调制速率B是一致的。 2.1.4 信道容量、带宽与误码率 信道：传输信息的必经之路称为“信道”。在计算机中有所谓物理信道和逻辑信道之分。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，网络中两个节点之间的物理通路称为通信链路，物理信道由传输介质及有关设备组成。逻辑信道也是一种通道，但在信号收、发点之间并不存在一条物理上的传输介质，而是在物理信道基础上，由节点内部的边来实现。通常把逻辑信道称为“连接”。 信道容量：指信道能传输信息的最大能力，一般以单位时间内最大可传送信息的位数表示。实际上，信道容量应大于传输速率，否则高的传输速率得不到充分利用。 带宽：即是信息传输率，以“字节/秒”为单位。 误码率：指信息传输的错误率，是衡量系统可靠性的指标。它以接收信息中比特数占总传输比特数的比例来度量，通常应低于10-6。 2.2 数据的传输方式 2.2.1 串行传输和并行传输 1. 串行通信 计算机中的一个字节由一个8位二进制代码来表示。将准备传输的每个字节的二进制代码按照由低到高位的顺序，依次发送。这种数据传输方式称为串行传输。如下图所示。 串行传输具有成本低，利用率高等优点，但是其速度慢。这种通信方式适合长距离的信号传输。常用的电话线传输就是串行传输方式。 2. 并行传输 并行传输是指同时传输一组比特，每个比特用一个线路通道。如下图所示。 并行传输的优点是速度快，但是成功率不高，信道利用率也不够。这种传输方式适合距离比较短的传输。计算机内的总线结构就是利用并行传输的。 2.2.2 单向传输和双向传输 根据传输方向与时间的不同，其可以分为三种传输方式： 1. 单工传输 单工传输是信号只按照一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传输方向，如学图所示。为保证正确传送数据信号，接收方对数据进行校验，如果校验出错，则通过监控信道发送重发信号。电视广播和无线电广播都是典型的单工传输方式。 2. 半双工传输 半双工通信允许信号双向传输，但某一时刻只能允许一个信号存在于信道上，所以半双工实际上是一种可以切换方向的单工传输。传统的对讲机使用的就是半双工的传输方式。如下图所示。 3. 全双工传输 相对单工和半双工，全双工可以同时进行两个方向的信号传输，即有两条信道，全双工通信是单工传输方式的综合，接收双方都能独立支配接收和发送。全双工传输具有通信效率高，控制简单等特点，但其造价高。计算机之间的传输是全双工方式。如下图所示。 2.2.3 同步与异步传输 1. 同步问题的重要性 当以数据帧传输数据时，要求发送器应对所发送的信号采取以下两个措施： (1)在每个字符(或每帧数据)对应信号的前面和后面分别添加有别于数据信号的开始信号和停止信号。 (2)在每个字符(或每帧数据)信号的前面添加时钟同步信号，以控制接收器的时钟同步。 2. 异步传输与同步传输 异步传输与同步传输均存在上述基本同步问题：一般采用字符同步或帧同步信号来识别传输字符信号或数据帧信号的开始和结束。两者之间的主要区别在于发送器或接收器之一是否向对方发送时钟同步信号。 异步传输(Asynchronous Transmission)以字符为单位传输数据，采用位形式的字符同步信号，发送器和接收器具有