数据通信系统

数据通信技术是构成现代计算机网络的重要基石之一。

随着计算机网络的发展，计算机技术与数据通信技术融为一体，密不可分。

数据通信系统一般由数据传输设备、传输控制设备和传输控制规程及通信软件组成。

这里简单介绍一些有关数据通信的基本知识，以便于大家能更好的理解计算机网络。

基本概念数据通信数据通信系统是通过传输媒体将信息从一个地方传送到另一个地方的电子系统。

在通信过程中，数据以信号形式出现。

信号有模拟信号（信号连续取值，如话音信号）和数字信号（信号取值是离散的，如计算机中所用二进制代码）两种形式。

对一个通信系统来说，它必须具备信源、传输媒体、信宿三个基本要素。

其中，信源是信息的发源地；传输媒体是信息传输过程中承载信息的媒体；信宿是接收信息的目的地，如图8.2.1所示。

数据编码·数字信号编码数字信号编码就是将二进制数字数据用两个不同的电平值或电压极性来表示，形成矩形脉冲电信号。

常用的方法有：①非归零编码用高电平（电压）代表1，低电平（电压）代表0。

②曼彻斯特（Manchester）编码将每个码元分为前后两个相等的部分，当前半部分为高电平，后半部分为低电平时代表1，反之代表0。

其波形如图6.2.2所示，两条虚线之间为一个码元的信号。

③差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。

其特点是码元中间的电平跳变仅作为时钟，用于信号传输的同步。

用每个码元开始边界是否发生跳变来决定值（与前一码元后半部分电平相比较），有跳变为0，无跳变为1，其波形如图8.2.3所示，。

图8.2.2 曼彻斯特编码波形图8.2.3 差分曼彻斯特编码波形图8.2.4所示为数据10011010对应的三种编码波形示意（假定差分曼彻斯特编码的第一个波形为1）。

·模拟信号编码模拟信号是连续变化的。

一次波形循环是从波峰到波谷，再从波谷回到波峰的过程。

描述模拟信号的波形需要用到3个参数：振幅、频率和相位。

将数字信号进行模拟传输时，需要将数字信号转换成模拟信号，数字信号转换成模拟信号实质就是频谱变换。

数据通信系统的组成数据通信系统是由多个组成部分构成的。

它们共同协作，实现信息的传输和处理。

下面将详细介绍数据通信系统的各个组成部分。

1. 发送器发送器是数据通信系统中的第一个组成部分。

它的作用是将要传输的信息转换成电信号，并将信号发送到传输介质中。

发送器的具体实现方式可以是计算机的网络接口卡、调制解调器、无线电发射机等。

2. 传输介质传输介质是信息传输的通道。

它可以是导线、光纤、无线电波等。

传输介质的选择取决于具体的应用场景和需要传输的信息类型。

例如，在需要高速传输大量数据的场合，通常会选择光纤作为传输介质。

3. 接收器接收器是数据通信系统中的第三个组成部分。

它的作用是接收传输介质中的电信号，并将其转换成能够被计算机等设备识别的信息。

接收器的具体实现方式可以是计算机的网络接口卡、调制解调器、无线电接收机等。

4. 路由器路由器是数据通信系统中的核心组成部分之一。

它的作用是根据目的地址将数据包从源地址转发到目的地址。

路由器可以实现不同网络之间的通信，也可以实现同一网络内不同设备之间的通信。

5. 防火墙防火墙是数据通信系统中的另一个核心组成部分。

它的作用是保护网络不受外部攻击。

防火墙可以实现对网络流量的过滤和监控，以确保网络的安全性。

6. 协议协议是数据通信系统中的重要组成部分。

它定义了信息的格式、传输方式、错误处理等规则。

不同的协议可以实现不同的功能，例如TCP/IP协议可以实现可靠的数据传输，而UDP协议则可以实现快速的数据传输。

7. 应用程序应用程序是数据通信系统中的最终组成部分。

它的作用是实现具体的功能，例如电子邮件、网页浏览等。

应用程序通常通过协议与其他组成部分进行通信，从而实现信息的传输和处理。

数据通信系统由多个组成部分构成，它们共同协作，实现信息的传输和处理。

了解数据通信系统的组成部分，有助于我们更好地理解网络通信的工作原理，从而更好地应用和维护网络。

1.1数据通信及数据通信系统一、数据及数据通信1、数据☐定义：能被计算机处理的一种信息编码（或消息）形式。

◆二进制编码的字母/数字/符号◆软件处理中的操作数◆控制代码(程序数据)◆地址信息（地址数据）◆数据库信息2、数据通信☐主要内容：传送数据信息☐主要目的：数据交换，数据处理☐定义：依照一定的通信协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息，它可实现计算机与计算机、计算机与终端以及终端与终端之间的数据信息传递。

3、相关概念☐数据传输与数据通信◆联系：数据传输是实现数据通信的基础，但是单纯的数据传输达不到有效地进行数据通信的目的3、相关概念☐数据通信与计算机通信◆广义上，数据通信是指两个数据终端（DTE）之间的通信，数据通信包含计算机通信☐数据通信与数字通信◆数字通信主要目的之一是解决模拟信号的数字化（数字化后就成为了数据）及传输问题，是数据通信的基础◆数据通信主要考虑数据如何进行传输、处理、交换等，可以不考虑模拟信号的数字化1.1数据通信及数据通信系统二、数据通信系统☐系统任务：实现数据传输、交换、存储和处理☐主要组成：数据终端设备（DTE ）、数据电路、中央处理机数据通信系统1、系统模型二2、基本类型数据处理/查询系统（例如：订票系统、银行系统和信息检索系统）2、基本类型信息交换系统（例如：票证交换系统等）☐信息收集与分配系统（例如气象观测系统、环境检测系统等）2、基本类型二◆在实际的数据通信系统中，这些形式是组合在一起使用的，可以提供更广泛的业务数据通信系统1.1数据通信及数据通信系统三、数据通信的特点与主要内容1、特点☐需要建立通信控制规程——（通信协议）☐需采取差错控制措施——（可靠性）☐数据通信的业务量有突发性——（通信速率）☐要有灵活的接口能力——（通信接口）☐对通信时延的要求有差异性——（通信时延）☐对接续和传输响应时间要求快——（响应时间）☐面向网络，总是与远程信息处理相联系——（信息处理）数据通信= 数据传输+数据处理2、主要内容编辑转换控制信号传输通信接口数据交换通信处理通信协议数据通信电路交换分组交换通信网有关端与端之间。

第一章绪论1.什么是通信系统？画出数据通信系统的一般模型图，并简要介绍。

（1）通信系统是实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒介的总和（2）信源→发送设备→传输系统→接收设备→信宿↑噪声源源系统→→→传输系统→→→目的系统（3）信源：把各种消息转换为原始电信号信宿：把电信号还原成消息发送设备：匹配信源与传输媒介：调制接收设备：完成发送设备的反变换：解调信道：信号传输媒介噪声源：集中表示分布于通信系统中各处的噪声2.试分析数字通信和模拟通信的优缺点。

（1）模拟通信系统：以模拟信号为传输对象的传输方式称为模拟传输，以模拟信号来传达消息的通信方式称为模拟通信，传输模拟信号的通信系统称为模拟传输系统。

缺点：抗干扰能力差保密性差不能适应计算机通信的需求（2）数字通信系统：以数字信号为传输对象的传输方式称为数字传输，以数字信号来传达消息的通信方式称为数字通信，传输数字信号的通信系统称为模拟数字系统。

优越性：抗干扰能力强{数字信号可多次再生，自动检错、纠错}具有良好的灵活性和通用性便于加密数字通信设备易于大规模集成什么是消息？什么是信息？什么是信息技术（Information technology，IT）？基本概念：1.1948年，晶体管的发明与香农定理的提出激起了数字通信系统的发展2.按照信号特征分类，通信系统可分为模拟通信系统和数字通信系统。

第二章 练习题1. 信息的概念a) 信息和消息的区别是什么？解：消息具有两个特点：一是能被通信双方所理解，二是可以相互传递信息是指包含在消息中对通信者有意义的那部分内容消息是信息的载体b) 信息量的定义和单位是什么？解：一条消息包含信息的多少称为信息量定义：当底数分别为2，e 和10时，单位为比特，奈特和哈特莱c)设某信源产生a 、b 、c 、d 四个符号，若各符号的出现相互独立，且其出现概率分别为1/2、1/4、1/8、1/8，试求该信源的平均信息量。

解：H =−12log 212−14log 214−18log 218−18log 218=2.5(b)d) 一个离散信号源每毫秒发出4种符号中的一个，各相互独立符号出现的概率分别为0.4、0.3、0.2、0.1，求该信号源的平均信息量与信息速率。

数据通信系统主要技术指标()。

数据通信系统主要技术指标包括以下几个方面：
1. 数据速率：数据通信系统的传输速率通常是以比特率（bit/s）或字节率（B/s）来表示,它表示单位时间内传输的比特数或字节数。

2. 数据容量：数据通信系统的容量通常指最大传输数据量,也可以指存储器容量或缓存器容量等。

3. 误码率：数据通信系统传输过程中发生误码的数量与总传输数据量的比值。

4. 可靠性：数据通信系统收发数据的可靠性指标,通常用差错检测、差错纠正和重传机制等进行保障。

5. 延迟：数据通信系统收发数据的时延,包括传输延迟、处理延迟、排队延迟等。

6. 带宽：数据通信系统的带宽指它能够传输数据的频率范围或最大带宽。

7. 传输距离：数据通信系统传输信号能够达到的最大距离或有效传输距离。

8. 传输介质：数据通信系统所采用的传输介质,包括有线介质和无线介质等。

简述数据通信系统的组成数据通信系统是指将信息从一个地点传输到另一个地点的系统。

它包括一组组件和设备，用于收集、编码、传输和解码数据，以实现有效、可靠和安全的通信。

一个完整的数据通信系统通常包括以下组成部分：1. 发送方：发送方是数据通信系统的起点。

它可以是一台计算机、一个传感器或任何能够产生数据的设备。

发送方将数据转换为能够在通信媒介上传输的格式，例如电信号或光信号。

2. 数据传输媒介：数据传输媒介是信息传输的物理载体，它可以是导线、电缆、光纤、无线电波或卫星信号等。

不同的传输媒介和传输技术有不同的特点和应用场景。

例如，导线传输适用于短距离高带宽传输，而无线电波传输通常用于远距离通信。

3. 传输设备：传输设备负责将数据从发送方传输到接收方。

它可以是一个调制器解调器（MODEM）、交换机、路由器或无线基站。

传输设备负责数据的编码、调制和解调，以及数据分组、转发和路由。

4. 接收方：接收方是数据通信系统的终点。

它可以是一个计算机、显示器或任何能够接收和处理数据的设备。

接收方将接收到的数据解码和恢复，并将其转换为可读的形式。

5. 控制系统：控制系统用于管理和控制整个数据通信系统的操作。

它包括协议、算法和控制器。

协议定义了数据的格式、传输规则和错误处理机制。

算法用于数据压缩、加密和纠错等处理。

控制器则负责监视和控制各个组件的工作状态，以确保数据通信的顺畅进行。

在一个数据通信系统中，以上组成部分相互配合，共同完成数据的传输和处理。

例如，在一个局域网中，计算机作为发送方将数据发送到交换机，交换机根据目的地址将数据转发给接收方的计算机。

在这个过程中，数据通过电缆作为传输媒介进行传输，交换机负责控制数据的传输和路由，接收方的计算机将数据解码和恢复成可读的形式。

参考内容：- Behrouz Forouzan, Data Communications and Networking, McGraw-Hill Education- Andrew S. Tanenbaum, Computer Networks, Pearson Education - Richard Stevens, TCP/IP Illustrated, Addison-Wesley Professional- William Stallings, Data and Computer Communications, Pearson Education- Bruce Elbert, Introduction to Satellite Communication, Artech House。