2数据通信技术基础-第1章计算机基础知识hfz.docx

《2数据通信技术基础-第1章计算机基础知识hfz.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2数据通信技术基础-第1章计算机基础知识hfz.docx（64页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、83第2章 数据通信技术基础数据通信技术基础第2章数据通信信技术的的发展与与计算机机网络技技术密切切相关，是是促进计计算机网网络技术术发展的的重要因因素之一一。因此此，学习习计算机机网络，必必然涉及及许多关关于数据据通信的的问题，数数据通信信的任务务是利用用通信媒媒体传输输信息。数数据通信信是两实实体间的的数据传传输和交交换，在在计算机机网络中中占有十十分重要要的地位位，它是是通过各各种不同同的方式式和传输输介质，把把处在不不同地理理位置的的终端与与主计算算机或计计算机与与计算机机连接起起来，从从而完成成数据传传输、信信息交换换和通信信处理等等任务。本本章重点点介绍与与计算机机网络有有关的数数

2、据通信信的基本本概念、数数据传输输方式、多多路复用用技术、数数据交换换技术和和差错控控制技术术等内容容，主要要是为计计算机网网络的学学习和实实践打好好基础。2.1 数据通通信的基基本概念念数据通信信就是指指计算机机与计算算机之间间交换数数据的过过程。数数据通信信系统就就是指以以计算机机为中心心，用通通信线路路连接分分布在各各地的数数据终端端设备而而执行数数据传输输功能的的系统。2.1.1简单单的通信信模型通信系统统的基本本作用是是在发送送方（信信源）和和接收方方（信宿宿）之间间传递和和交换信信息。数数据通信信系统的的基本组组成有33个要素素：信源源、信宿宿和信道道，如图图2-11所示，它它就是

3、一一个简单单的数据据通信系系统模型型。图2-11 简简单的数数据通信信系统模模型1信源源和信宿宿信源就是是信息的的发送端端，是发发出待传传送信息息的设备备；信宿宿就是信信息的接接收端，是是接收所所传送信信息的设设备。大大部分信信源和信信宿设备备都是计计算机或或其他数数据终端端设备。2信号号变换器器信号变换换器的作作用是将将信源发发出的信信息变换换成适合合在信道道上传输输的信号号，如图图2-22所示。图2-22 信信号变换换器的作作用对应不同同的信源源和信宿宿，信号号变换器器有不同同的组成成和变换换功能。发发送端的的信号变变换器可可以是编编码器或或调制器器，接收收端的信信号变换换器相对对应的就就

4、是译码码器或解解调器。编码器的的功能是是把信源源或其他他设备输输入的信信息作相相应的变变换，使使之成为为适合在在通信信信道上传传输的信信号；译译码器的的功能是是在接收收端完成成编码的的反过程程。信源源输入的的信息可可以是离离散变化化的数字字信号也也可以是是连续变变化的模模拟信号号。调制器的的作用是是把信源源输入的的二进制制脉冲信信号变换换（调制制）成模模拟信号号，以便便在模拟拟信道上上进行远远距离传传输；解解调器的的作用是是反调制制，即把把接收端端接收的的模拟信信号还原原成二进进制脉冲冲数字信信号。由由于网络络中绝大大多数信信息都是是双向传传输的，所所以在大大多数情情况下，信信源也作作为信宿宿

5、，信宿宿也作为为信源；编码器器也具有有译码功功能，译译码器也也能编码码，因此此统称为为编码译译码器；同样调调制器也也能解调调，解调调器也能能调制，因因此统称称为调制制解调器器。2.1.2 数据、信信息和信信号1数据据与信息息数据是由由数字、字字符和符符号等组组成的，可可以用来来描述任任何概念念和事物物，是传传送信息息的载体体。数据据中的各各种数字字、字符符和符号号等在没没有被定定义前，是是没有实实际意义义的，因因此，数数据是尚尚未组织织起来的的事实的的集合，是是抽象的的。信息则是是数据的的具体内内容和解解释，有有具体的的意义。信信息是数数据经过过加工处处理后所所得到的的，即信信息是按按一定要要

6、求以一一定格式式组织起起来的、具具有一定定意义的的数据。信信息必须须依赖于于各种载载体才有有意义，才才能被传传递。数数据是信信息的表表示形式式，是信信息的载载体，信信息是数数据形式式的内涵涵，即数数据是信信息传送送的形式式，信息息是数据据表达的的内涵。2信号号为了使数数据可以以在传输输介质中中传输，必必须把数数据变换换成某种种信号（电电信号或或光信号号）的形形式。信号是数数据的具具体物理理表示，具具有确定定的物理理描述，是是数据的的电编码码、电磁磁编码或或其他编编码等。信信号可以以分为模模拟信号号和数字字信号。3数字字数据与与模拟数数据表达数据据的方式式与承载载数据的的媒体是是紧密相相关的，不

7、不同的媒媒体能够够表达数数据的方方式是有有限的。有有两种基基本的表表达数据据的方式式，这就就是模拟拟数据和和数字数数据。当数据采采用离散散的电信信号表示示时，这这样的数数据就是是数字数数据。数数字数据据是指有有限个离离散值，如如字符串串、整数数数列。当当数据采采用电波波表示时时，这样样的数据据就是模模拟数据据。模拟拟数据是是指在某某个区间间产生的的连续值值，如声声音、视视频、温温度、压压力。4模拟拟信号和和数字信信号模拟信号号是在一一定范围围内可以以连续取取值的信信号，是是一种连连续变化化的电信信号，它它可以以以不同的的频率在在介质上上传输，如如正弦波波信号，如如图2-3所示示。图2-33 正

8、正弦波信信号数字信号号是一种种离散的的脉冲序序列信号号，它的的取值是是有限个个数，它它用恒定定的正电电压负电压压或正电电压00电压来表表示“1”/“0”，它可可以以不不同的位位速率在在介质上上传输，如如脉冲信信号，如如图2-4所示示。图2-44 脉脉冲信号号2.1.3 数据通通信的主主要技术术指标衡量和评评价一个个系统的的好坏，必必须要涉涉及到系系统的主主要性能能指标问问题。数数据通信信的主要要技术指指标是衡衡量数据据传输的的有效性性和可靠靠性的参参数。有有效性主主要由数数据传输输的数据据速率、调调制速度度、传输输延迟、信信道带宽宽和信道道容量等等指标来来衡量；可靠性性一般由由数据传传输的误误

9、码率指指标来衡衡量。常常用的数数据通信信的技术术指标有有以下几几种。1信道道带宽和和信道容容量信道是通通信双方方以传输输介质为为基础的的传输信信息的通通道，它它是建立立在通信信线路及及其附属属设备（如如收发设设备）上上的。表表面上看看，信道道与传输输介质好好像差不不多，但但信道又又不能等等同于传传输介质质，同一一条传输输介质可可以同时时存在多多条信号号通道，即即一条通通信介质质构成的的线路上上往往包包含了多多个信道道。与信号的的分类相相似，信信道也可可分为传传送模拟拟信号的的模拟信信道和传传送数字字信号的的数字信信道两大大类。但但数字信信号经过过数模模变换后后就可以以在模拟拟信道上上进行传传送

10、，而而模拟信信号经过过模数数变换后后也可以以在数字字信道上上进行传传送。由由有线传传输介质质（如双双绞线、同同轴电缆缆、光缆缆等）构构成的通通信信道道叫有线线信道；由无线线传输介介质（如如微波、卫卫星）构构成的通通信信道道叫无线线信道。信信道带宽宽或信道道容量是是描述信信道的主主要指标标之一，由由信道的的物理特特性所决决定。信道带宽宽是指信信道中能能够传送送的信号号的频率率范围。当当信号的的带宽超超过信道道带宽时时，信号号就不能能在该信信道上传传送，或或者传送送的信号号将会失失真。为为计算带带宽，需需要在频频率范围围内用最最高频率率减去最最低频率率。例如如：最高高频率为为50000Hzz，最低

11、低频率为为10000Hzz，则带带宽即为为40000Hzz。信道容量量是指单单位时间间内信道道所能传传输的最最大信息息量，即即一个信信道能够够达到的的最大的的传输速速率，它它表示信信道的传传输能力力。在通通信领域域中，信信道容量量常指信信道在单单位时间间内可传传输的最最大码元元数（码码元是承承载信息息的基本本信号单单位，一一个表示示数据有有效值状状态的脉脉冲信号号就是一一个码元元，其单单位为波波特），信信道容量量以码元元速率（或或波特）来来表示。由由于数据据通信主主要是计计算机与与计算机机之间内内的数据据传输，而而这些数数据最终终又以二二进制位位的形式式表示，因因此，信信道容量量有时也也表示为

12、为单位时时间最多多可传输输的二进进制的位位数（也也叫信道道的数据据传输速速率），以以位/秒秒（b/s）形形式表示示，简称称为b/s。按信道频频率范围围的不同同，通常常可将信信道分为为3类：窄带信信道（带带宽为003000Hzz）、音频信信道（带带宽为330034000Hzz）和宽宽带信道道（带宽宽为34400 Hz以以上）。2传输输速率（1）数数据传输输速率（RRatee）。数数据传输输速率是是指通信信系统单单位时间间内传送送的二进进制代码码的位（比比特）数数，因此此又称比比特率，单单位用比比特/秒秒表示，记记为b/s或bb/s。数据传输输速率的的高低，由由每位数数据所占占的时间间来决定定，一

13、位位数据所所占的时时间宽度度越小，其其数据传传输速率率就越高高。设TT为传输输的电脉脉冲的宽宽度或周周期，NN为一个个脉冲信信号所有有可能的的状态数数，则数数据传输输速率为为：RS=llog22N (bb/s)式中loog2N是每个个电脉冲冲信号所所表示的的二进制制数据的的位数（比比特数）。如如电信号号的状态态数N=2，即即只有“0”和“1”两个状状态，则则每个电电信号只只传送11位二进进制数据据，此时时，RS =11/T（2）调调制速率率 调制制速率又又称波特特速率或或码元速速率，它它是数字字信号经经过调制制后的传传输速率率，表示示每秒传传输的电电信号单单元（码码元）数数，即调调制后模模拟电

14、信信号每秒秒钟的变变化次数数，它等等于调制制周期（即即时间间间隔）的的倒数，单单位为波波特（BBaudd）。若若用T（秒）表表示调制制周期，则则调制速速率为RRb=1/T (BBaudd)，即即1波特特表示每每秒钟传传送一个个码元。显然，上上述两个个指标有有如下的的数量关关系：RRS =Rb loog2N (bb/s)，即在在数值上上“波特”单位等等于“比特”的loog2N倍，只只有当NN=2（即即双值调调制）时时，两个个指标才才在数值值上相等等。但是是，在概概念上两两者并不不相同，BBaudd是码元元的传输输速率单单位，表表示单位位时间传传送的信信号值（码码元）个个数，波波特速率率是调制制速

15、度，而而b/ss是单位位时间内内传输信信息量的的单位，表表示单位位时间传传送的二二进制数数的个数数。3误码码率误码率是是衡量通通信系统统在正常常情况下下传输可可靠性的的指标。误误码率是是指二进进制码元元在传输输过程中中被传错错的概率率。显然然，它就就是错误误接收的的码元数数在所传传输的总总码元数数中所占占的比例例。误码码率的计计算公式式为：PPe=Ne/N。式中中Pe表表示误码码率，NNe表示示被传错错的码元元数，NN表示传传输的二二进制码码元总数数。上式式只有在在N取值很很大时才才有效。在计算机机网络通通信系统统中，要要求误码码率低于于10-6。如如果实际际传输的的不是二二进制码码元，需需要

16、折合合成二进进制码元元来计算算。在通通信系统统中，系系统对误误码率的的要求应应权衡通通信的可可靠性和和有效性性两方面面的因素素，误码码率越低低，设备备要求就就越高。需要指出出的是：对于可可靠性的的要求，不不同的通通信系统统要求是是不同的的。在实实际应用用中，常常常由若若干码元元构成一一个码字字，所以以可靠性性也常用用误字率率来表示示，误字字率就是是码字错错误的概概率。有有时一个个码字中中错两个个或更多多的码元元，这和和错一个个码元是是一样的的，都会会使这个个码字发发生错误误，所以以，误字字率与误误码率不不是一定定相等的的。有时时信息还还用若干干个码字字组成一一组，所所以还要要有误组组率，它它是

17、传输输中出现现错误码码组的概概率，但但常使用用的还是是误码率率。4传输输延迟信道的带带宽是由由硬件设设备改变变电信号号的跳变变响应时时间决定定的。尽尽管信号号的传输输速度为为每秒3300 0000 kmm，但由由于发送送和接收收设备存存在响应应时间，特特别是计计算机网网络系统统中的通通信子网网还存在在中间转转发等待待时间，以以及计算算机系统统的发送送和接收收处理时时间，所所以，在在系统的的信息传传输过程程中存在在着延迟迟（传输输延迟）。在计算机机网络中中由于不不同的通通信子网网和不同同的网络络体系结结构采用用不同的的中转控控制方式式，因此此，在通通信子网网中存在在的中转转延迟只只能依据据网络状

18、状态而定定。由电电信号响响应带来来的延迟迟时间则则是固定定的。显显然，响响应时间间越小，延延迟就越越小。也也就是说说，信道道的带宽宽越大，延延迟就越越小。传输延迟迟是指由由于各种种原因的的影响，使使得系统统信息在在传输过过程中存存在着不不同程度度的延迟迟或滞后后的现象象。信息息的传输输延迟时时间包括括发送和和接受处处理时间间、电信信号响应应时间、中中间转发发时间和和信道传传输时间间等。传传输延迟迟通常又又分为传传输时延延和传播播时延。传输时延延：是指指发送一一组信息息所用的的时间，该该时间与与信息传传输速率率和信息息格式有有关。传播时延延：是指指信号在在物理媒媒体中传传输一定定距离所所用的时时

19、间，它它与信号号传播速速度和距距离有关关。人们们都知道道，在理理想的情情况下，电电磁波的的传输速速率为每每秒3000 0000 km（即即光速）。通通常认为为电磁波波在光纤纤、卫星星信道中中的传播播速度可可达到光光速，而而在一般般电缆中中的传输输速度约约为光速速的2/3。用用下面的的例题来来更好地地理解传传输时延延和传播播时延。例：在相相隔10000kkm的两两地传输输3kbb 的数数据，可可以通过过电缆以以20kkb/ss的速率率传输或或通过卫卫星信道道以600kb/s的速速率传输输，问从从发送方方开始到到接收方方接收到到全部数数据用哪哪种方式式时间较较短？（假假定信息息在电缆缆中传输输速度

20、为为2000 0000kmm/s，而而在卫星星信道中中的传输输速度是是3000 0000kmm/s，卫卫星距离离地面336 0000kkm）。数据在电电缆中的的传输时时延为33kb/20kkb/ss=1550mss，而其其传播时时延为110000km/(2105 km/ss)=55ms，因因此使用用电缆传传输数据据的总时时延为1150+5=1155(ms)；数据据在卫星星中的传传输时延延为3kkb/660kbb/s=50mms，而而其传播播时延为为36 0000km2/(3105 km/ss)=2240mms（注注意：卫卫星传输输数据不不是地面面直接传传输，而而是要通通过空中中的卫星星转发器器

21、转发，因因此，卫卫星传输输的距离离近似为为卫星距距离地面面高度的的2倍）；因此使使用卫星星传输数数据的总总时延550+2240=2900（mss）。因因此本例例使用电电缆传输输数据时时间较短短。2.1.4 网络通通信过程程数据从信信源发出出到被信信宿正确确接收，这这是一个个完整的的通信过过程。通通信过程程中的每每次通信信都包括括传输数数据和通通信控制制两方面面的内容容，其中中，通信信控制主主要执行行各种辅辅助操作作，并不不传输数数据，但但这种辅辅助操作作对传输输数据是是必不可可少的。一一般，通通信过程程包括以以下5个个阶段。1通信信线路的的建立在此阶段段，通信信系统中中的交换换设备根根据发送送

22、端提供供的接收收端的地地址等信信息建立立通信双双方的物物理通道道，也称称此阶段段为建立立物理连连接阶段段（它类类似于打打电话时时的“拨号”阶段）。2数据据传输及及控制链链路的建建立此阶段是是通过双双方确认认同步关关系的阶阶段，它它使双方方处于正正确的发发收状态态，也称称此阶段段为建立立逻辑连连接阶段段（它类类似于打打电话时时的“确认通通话对象象”阶段）。3数据据及控制制信息的的传输 在此阶段段，通信信双方交交换要传传输的数数据及控控制信息息，这才才是通信信的实质质性阶段段（它类类似于打打电话时时的双方方“通话”阶段）。4数据据传输链链路的拆拆除 在此阶段段，通信信双方通通知和确确认数据据传输的

23、的结束，即即拆除逻逻辑连接接（它类类似于打打电话时时的“证实通通话结束束”阶段）。5通信信线路的的拆除 在此阶段段，由通通信双方方之一通通知系统统中的交交换设备备拆除物物理连接接（它类类似于打打电话时时的“挂机”阶段）。在上述55个阶段段中，第第五阶段段与第一一阶段“互逆”，第四四阶段与与第二阶阶段“互逆”，第三三阶段是是通信的的实质性性阶段，是是不可缺缺少的。其其余各阶阶段根据据通信环环境和通通信方式式的不同同，有时时可以“省掉”，如当当采用专专用通信信线路时时，则通通信过程程只包括括通信线线路的建建立、数数据传输输、通信信线路的的释放这这3个阶阶段。2.2 数据据传输方方式在数据通通信系统

24、统中，通通信信道道为数据据的传输输提供了了各种不不同的通通路。对对应于不不同类型型的信道道，数据据传输采采用不同同的方式式，如并并行传输输和串行行传输方方式；单单工、半半双工和和全双工工通信方方式，基基带传输输和频带带传输方方式；异异步传输输和同步步传输方方式等。2.2.1 并行、串串行传输输在计算机机内部各各部件之之间，计计算机与与各种外外部设备备之间以以及计算算机与计计算机（或或终端）之之间都是是以数据据传输的的方式实实现通信信的。依依据传输输线数目目的多少少，可以以将数据据传输方方式分为为并行传传输和串串行传输输，并行行传输用用于短距距离、高高速率的的通信，串串行传输输用于长长距离、低低

25、速率的的通信。1并行行传输在并行传传输中，一一般至少少有8个个数据位位同时在在两台设设备之间间进行传传输，如如图2-5所示示。并行传输输是指数数字信号号以成组组的方式式在多个个并行信信道上进进行的传传输，数数据由多多条数据据线同时时传送与与接收，每每个比特特使用单单独的一一条线路路。并行传输输的优点点在于传传送速率率快，发发收双方方间不存存在字符符同步的的问题；缺点是是需要多多个并行行信道，增增加了设设备的成成本，而而且并行行线路的的电平相相互干扰扰也会影影响传输输质量，不不适合做做较长距距离的通通信。并并行传输输主要用用于计算算机内部部或同一一系统设设备间的的通信。常常见的并并行传输输如计算

26、算机与打打印机之之间的数数据传输输。2串行行传输并行传输输需要88条以上上的数据据线，这这对于近近距离的的数据传传输来说说，其费费用还可可以负担担，但当当进行远远距离数数据传输输时，采采用这种种方式费费用就太太高了。所所以，在在数据通通信系统统中，较较远距离离的通信信采用的的是另一一种传输输方式：串行传传输方式式。图2-55 并并行传输输串行传输输就是将将比特流流逐位在在一条信信道上进进行传送送，如图图2-66所示，源源数据站站向目的的数据站站发出“001101000100100010111”的串行行比特流流。发收收两端一一次只能能发送或或接收一一个数据据位，因因此所需需数据线线的数目目大大减

27、减少，各各数据位位依次串串行地通通过通信信线路。由由于在计计算机内内部总线线上传输输的是并并行数据据，要与与外部设设备进行行串行通通信，在在发送端端就需要要把并行行数据转转换成串串行数据据，在接接收端还还需将串串行数据据转换成成并行数数据，计计算机内内部的串串行通信信适配器器负责进进行串行行数据和和并行数数据的转转换。在在计算机机局域网网中，计计算机之之间也是是串行传传输，网网卡就负负责串行行数据和和并行数数据的转转换工作作。图2-66 串串行传输输相对于并并行传输输，串行行传输的的效率低低，传输输速率慢慢，但由由于只有有一条信信道，减减少了设设备的成成本，且且易于实实现和维维护。串串行传输输

28、适用于于覆盖面面很广的的公共电电话网络络系统，所所以在现现行的计计算机网网络通信信中，串串行通信信应用非非常广泛泛。2.2.2 单工、半半双工和和全双工工通信1单工工通信单工通信信是指在在两个通通信设备备间，信信息只能能沿着一一个方向向被传输输。采用单工工通信时时，在通通信设备备双方中中，一方方为发送送设备，另另一方为为接收设设备，如如图2-7（aa）所示示。广播播和电视视节目的的传送以以及寻呼呼系统都都属于单单工通信信的例子子。2半双双工通信信半双工通通信是指指两个通通信设备备间的信信息交换换可以双双向进行行，但不不能同时时进行。也也就是说说，在同同一时刻刻仅能使使信息在在一个方方向上传传输

29、，如如图2-7（bb）所示示。半双工通通信设备备的两端端要求既既要有发发送设备备，又要要有接收收设备，因因此该方方式需要要具有信信道转换换能力，通通常用软软件控制制换向，换换向过程程中存在在换向的的延迟时时间问题题，也可可以采用用人工操操作机械械开关的的方法进进行控制制。典型型的例子子是对讲讲机或计计算机与与终端的的通信。3全双双工通信信全双工通通信是指指两个通通信设备备间可以以同时进进行两个个方向上上的信息息传输，如如图2-7（cc）所示示。通信双方方应同时时具有发发送和接收收的功能能，与通通信站相相接的传传输设备备和传输输控制协协议必须须提供全全双工的的工作方方式，同同时还应应对缓存存器作

30、特特殊的考考虑，如如想进行行同时读读写就要要求在缓缓存器中中也能同同时释放放和分配配存储器器。平时时使用的的手机类类似于全全双工通通信。图2-77 33种通信信方式2.2.3 异步传传输与同同步传输输在数据通通信中，有有一个问问题是必必须要解解决的，那那就是同同步问题题。同步步问题就就是发送送方发出出数据后后，接收收方如何何从接收收到的连连续不断断的信号号中识别别出数据据从哪开开始到哪哪结束。目目前在串串行传输输中所采采用的同同步方式式有两种种：一是是异步传传输方式式，二是是同步传传输方式式。1异步步传输方方式异步传输输方式又又称为起起止式同同步方式式，它是是以字符符为单位位进行传传输的，即即

31、每个字字符都独独立传输输，且每每一字符符的起始始时刻可可以为任任意。每每个字符符在传输输时都在在字符前前加上起起始位和和在字符符后加上上结束位位，以表表示一个个字符的的开始和和结束。一般起始始位信号号的长度度规定为为1位的的宽度，极极性为“0”，结束束位信号号可以为为1位、11.5位位或2位位的宽度度，极性性为“1”，其长长度的选选取与所所采用的的传输代代码类型型有关。起起始位和和结束位位的作用用是实现现字符的的同步，字字符之间间的间距距是任意意的，但但发送一一个字符符时，每每个字符符包含的的位数都都是相同同的，且且每一位位占用的的时间长长度是双双方约定定好的，并并且保持持各位都都恒定不不变，

32、如如图2-8所示示。在异步传传输方式式中字符符可以被被单独发发送或连连续发送送，字符符与字符符的间隔隔期间可可以连续续发送“1”状态，当当不传字字符时，不不要求收收发时钟钟同步，仅仅在传输输字符时时，收发发时钟才才需要在在字符的的每一位位上同步步。同步步的具体体过程是是：若发发送端有有信息要要发送时时，即将将信号从从不发送送信息的的“1”状态转转到起始始态“0”，接收收端检测测出这种种信号状状态的改改变时，就就利用该该信号的的反转启启动接收收时钟，以以实现收收、发时时钟的同同步。同同理，接接收端一一旦收到到结束位位，就将将定时器器复位以以准备接接收下一一个字符符。异步传输输方式的的优点是是每一

33、个个字符本本身就包包括了本本字符的的同步信信息，不不需要在在线路两两端设置置专门的的同步设设备；缺缺点是每每发送一一个字符符就要添添加一对对起止信信号，从从而线路路的开销销增加，传输效率低。异步传输方式常用于1200b/s的低速率数据传输中，目前仍在广泛使用。图2-88 异异步传输输方式2同步步传输方方式同步传输输方式是是以固定定的时钟钟节拍来来连续串行行发送数数字信号号的一种种方法。在在数字信信息流中中，各位位的宽度度相同，且且字符顺顺序相连连，字符符之间没没有间隙隙。为使使接收方方能够从从连续不不断的数数据流中中正确区区分出每每一位（比比特），则则需要先先建立收收发双方方的同步步时钟。实实

34、际上，在在同步传传输方式式中，不不管是否否传送信信息，要要求收发发两端的的时钟都都必须在在每一位位上保持持一致。因因此，同同步传输输方式又又常被称称为比特特或位同同步。在同步传传输中，数数据的发发送一般般是以一一组字符符或比特特流为单单位进行行发送的的。为了了使接收收方容易易确定数数据组的的开始和和结束，需需要在每每组数据据的前后后加上特特定字符符作为起起始和结结束标志志，同时时还可以以用这些些标志来来区分和和隔离连连续传输输的数据据。特定定标志字字符一般般随不同同的规程程而有所所不同。例例如，在在面向比比特的高高级数据据链路控控制规程程HDLLC中，采采用比特特串“0111111110”作为

35、起起始和结结束标志志，如图图2-99所示。在在暂时没没有信息息传输时时，连续续发送“0111111110”使接收收端可以以一直保保持和发发送端同同步。图2-99 HHDLC中中的同步步传输方方式实现同步步传输方方式中的的收发时时钟同步步的方法法有两种种：外同同步法和和自同步步法。外外同步法法就是在在传输线线中增加加一根时时钟信号号线以连连接到接接收设备备的时钟钟上，在在发送数数据信号号前，先先向接收收端发一一串同步步时钟脉脉冲，接接收端则则按照这这个频率率来调整整自己的的内部时时钟，并并把接收收时钟重重复频率率锁定在在同步频频率上，该该方法适适用于近近距离传传输。自自同步法法是让接接收方从从接

36、收的的数据流流中直接接提取同同步信号号，以获获得与发发送时钟钟完全相相同的接接收时钟钟，该方方法常用用于远距距离传输输。同步传输输克服了了异步传传输方式式中的每每一个字字符都要要附加起起始和结结束信号号的缺点点，具有有较高的的效率，但但实现较较为复杂杂，常用用于大于于24000b/s速率率的传输输。2.2.4 基带传传输与数数字信号号编码1基带带传输在数据通通信中，由由计算机机或终端端等数字字设备产产生的、未未经调制制的数字字数据相相对应的的电脉冲冲信号通通常呈矩矩形波形形式，即即表示计计算机中中二进制制数据比比特序列列的数据据信号是是典型的的矩形脉脉冲信号号，这个个矩形脉脉冲信号号就是基基带

37、信号号。基带带信号所所占有（固固有）的的频率范范围称为为基本频频带，简简称基带带。在通通信信道道中直接接传输这这种基带带信号的的传输方方式就是是基带传传输，它它将占用用线路的的全部带带宽，也也称为数数字基带带传输。2数字字数据的的数字信信号编码码数字数据据的数字字信号编编码问题题就是要要解决数数字数据据的数字字信号表表示问题题，数字字数据可可以由多多种不同同形式的的电脉冲冲信号的的波形来来表示，数数字信号号是离散散的电压压或电流流的脉冲冲序列，每每个脉冲冲代表一一个信号号单元（或或称码元元）。最最普遍且且最容易易的方法法是用两两种码元元分别表表示二进进制数字字符号“0”和“1”，每位位二进制制

38、符号和和一个码码元相对对应。表表示二进进制数字字的码元元的形式式不同，产产生的编编码方法法也不同同，这里里主要介介绍单极极性全宽宽码和归归零码、双双极性全全宽码和和归零码码、曼彻彻斯特编编码和差差分曼彻彻斯特编编码。（1）单单极性全全宽码和和归零码码单极性全全宽码是是指在每每一个码码元时间间间隔内内，有电电流发出出表示二二进制“1”，无电电流发出出表示二二进制“0”。如图图2-110（aa）所示示。每个个码元的的1/22间隔为为取样时时间，每每个码元元的1/2幅度度（即00.5）为为判决门门限，接接收端对对收到的的每个脉脉冲信号号进行判判决，在在取样时时刻，若若该信号号值在00至0.5之间间就

39、判为为“0”码，在在0.55至1之之间就判判为“1”码。全宽码的的信号波波形占一一个码元元的全部部时间间间隔，而而归零码码是指一一个码元元的信号号波形占占一个码码元的部部分时间间间隔，其其余时间间信号波波形幅度度为“0”，如图图2-110（bb）所示示的就是是单极性性归零码码。在每每个码元元时间间间隔内，当当为“1”时，发发出正电电流，但但发出电电流的时时间短于于一个码码元时间间，只发发一个窄窄脉冲；当为“0”时，仍仍然不发发出电流流。由于于为“1”时就有有一部分分时间不不发出电电流，幅幅度“归零”，所以以称这种种码为归归零码。图2-110表示示的就是是二进制制序列“1011101101”的单

40、极极性全宽宽码和归归零码。采采样时间间是对准准脉冲中中心的，判判决门限限为0.5。图2-110 二进制制序列“1011101101”的单极极性全宽宽码和归归零码（2）双双极性全全宽码和和归零码码双极性全全宽码是是指在一一个码元元时间间间隔内，发发正电流流表示二二进制的的“1”，发负负电流表表示二进进制的“0”，正向向幅度与与负向幅幅度相等等。这种种情况下下的判决决门限定定为0电电平，在在接收端端对收到到的每个个脉冲信信号进行行判决，在在取样时时刻，若若该信号号值在00电平以以下就判判为“0”码，在在0电平平以上就就判为“1”码。双极性归归零码是是在一个个码元时时间间隔隔内，当当为“1”时，发发

41、出正的的窄脉冲冲；当为为“0”时，发发出负的的窄脉冲冲。图22-111表示的的就是二二进制序序列10011001011的双极极性全宽宽码和归归零码。采采样时间间是对准准脉冲中中心的，判判决门限限为0。图2-111 二进制制序列“1011101101”的双极极性全宽宽码和归归零码（3）曼曼切斯特特编码和和差分曼曼切斯特特编码曼切斯特特编码的的编码方方法是将将每一个个码元再再分成两两个相等等的间隔隔。当为为“0”时，在在间隔的的中间时时刻，从从低电平平变为高高电平；当为“1”时，在在间隔的的中间时时刻，从从高电平平变为低低电平。这这种编码码的特点点就是在在每一个个码元时时间间隔隔内，都都有一次次电

42、平的的跳转，对对提取位位同步信信号非常常有利。以以太网中中采用的的就是这这种编码码技术。差分曼切切斯特编编码的编编码方法法是在每每一个码码元时间间间隔内内，无论论为“0”或为“1”，在间间隔的中中间都有有电平的的跳转。但但为“0”时，间间隔开始始时刻有有跳转；当为“1”时，间间隔开始始时刻无无跳转。与与曼切斯斯特编码码的不同同之处在在于每位位中间的的跳转作作为同步步时钟信信号，而而取值是是“0”还是“1”则根据据每一位位的起始始处有没没有变化化来判断断。令牌牌环网中中采用的的就是这这种编码码。曼切切斯特编编码和差差分曼切切斯特编编码分别别如图22-122（a）和图图2-112（bb）所示示。图

43、2-112 曼切斯斯特编码码和差分分曼切斯斯特编码码2.2.5 频带传传输与模模拟信号号编码1频带带传输由于基带带信号频频率很低低，含有有直流成成分，在在远距离离传输过过程中信信号功率率的衰减减或干扰扰将造成成信号减减弱，使使得接收收方无法法接收，因因此基带带传输不不适合于于远距离离传输；又因远远距离通通信信道道多为模模拟信道道，所以以，在远远距离传传输中不不采用基基带传输输而是采采用频带带传输。频频带传输输就是先先将基带带信号（数数字信号号）进行行调制后后变换成成便于在在模拟信信道中传传输的、具具有较高高频率范范围的信信号，这这种信号号称为频频带信号号（也叫叫模拟信信号），再再将这种种频带信

44、信号在信信道中传传输。在在接收端端再将该该频带信信号通过过解调还还原成基基带信号号。基带带信号和和频带信信号的变变换是由由调制解解调技术术完成的的，完成成调制、解解调的设设备叫做做调制解解调器。计计算机网网络系统统的远距距离通信信通常都都是采用用频带传传输。2数字字数据的的模拟信信号编码码我们已经经知道，在在计算机机网络的的远程通通信中通通常采用用频带传传输。若若要将基基带信号号进行远远程传输输，要先先将其变变换为频频带信号号，再在在模拟信信道上进进行传输输，这个个变换就就是数字字数据的的模拟信信号的编编码过程程（即调调制过程程）。所谓调制制就是进进行波形形变换，利利用基带带信号对对高频震震荡

45、载波波的参量量进行修修改。最最常用的的载波是是正弦波波，假设设振幅为为1、频频率为ff、初相相位为，则对对应的数数学表达达式为：u(tt)ssin(ft+)。通通过对载载波的振振幅、频频率和初初相位进进行修改改，分别别对应了了3种最最基本的的调制方方法：调调幅、调调频和调调相，如如图2-13所所示。（1）调调幅（AAM）。载载波的振振幅随基基带数字字信号的的变化而而变化，如如“0”对应于于无载波波输出，即即振幅为为0；而而“1”对应于于有载波波输出，即即振幅为为1，对对应的数数学表达达式为：数1数0数0数1数1数0u(t)（2）调调频（FFM）。载载波的频频率随基基带数字字信号的的变化而而变化

46、，如如“0”对应于于频率ff1，而“1”对应于于频率ff2，对应应的数学学表达式式为：u(t)（3）调调相（PPM）。载载波的初初相位随随基带数数字信号号的变化化而变化化，如“0”对应于于相位1180，而“1”对应于于相位00，对应应的数学学表达式式为：u(t)图2-113 基带数数字信号号的3种种调制波波形2.2.6 模拟数数据的数数字信号号编码模拟数据据的数字字信号编编码常用用的方法法有脉冲冲编码调调制（PPCM）和和增量调调制（M），现现以PCCM方法法为例介介绍。PPCM方方法以取取样定理理为基础础，将模模拟数据据数字化化。例如如对音频频信号进进行数字字化编码码，一般般包括取取样、量量

47、化、和和编码33个过程程。（1）取取样。取取样是指指在每隔隔固定长长度的时时间点上上抽取模模拟数据据的瞬时时值，作作为从这这一次取取样到下下一次取取样之间间该模拟拟数据的的代表值值。根据据取样定定理，当当取样的的频率FF大于或或等于模模拟数据据的频带带宽度（模模拟信号号的最高高变化频频率Fmaxx）的22倍（即即F2Fmaxx）时，所所得的离离散信号号可以无无失真地地代表被被取样的的模拟数数据。取取样的结结果是变变连续的的模拟信信息为离离散信息息。取样样也可以以称为抽抽样或采采样。（2）量量化。量量化就是是把取样样得到的的不同的的离散幅幅值，按按照一定定的量化化级转换换为对应应的数据据值，并并

48、取整数数，得到到离散信信号的具具体数值值。所取取的量化化级越高高，表示示离散信信号的精精度越高高。（3）编编码。编编码是将将量化后后的离散散值转换换为一定定位数的的二进制制数值。通通常，当当量化级级为N时，对对应的二二进制数数为loog2N。2.3 多路路复用技技术在远距离离通信中中，为了了高效合合理地利利用传输输介质，通通常采用用多路复复用技术术，人们们把利用用一条物物理信道道同时传传输多路路信号的的过程称称为多路路复用。多多路复用用技术是是使多路路数据信信号共同同使用一一条线路路进行传传输的技技术，使使多个计计算机或或终端设设备共享享信道资资源，提提高信道道的利用用率。特特别是在在远距离离传输时时，可大大大节省省电缆的的成本、安安装与维维护费用用。实现现多路复复用功能能的设备备是多路路复用器器。多路路复用技技术如图图2-114所示示。图2-114