數(shù)據(jù)通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第一章概論

通信的含義通信的最早含義:由一方向另一方傳遞消息。傳統(tǒng)的理解:通信就是信息的傳輸與交換。

現(xiàn)代通信方式：光纖通信、微波通信、衛(wèi)星通信等。第7頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五通信發(fā)展概況1848年，Morse發(fā)明有線電報

1876年，Bell發(fā)明有線電話

1896年，發(fā)明無線電報20世紀(jì)初，電視發(fā)明20世紀(jì)中期，半導(dǎo)體晶體管發(fā)明，引發(fā)半導(dǎo)體革命。計(jì)算機(jī)發(fā)明模擬通信20世紀(jì)后期

有線通信：大規(guī)模程控交換公共電話網(wǎng)絡(luò)、有線電視、光纖通信

無線通信：數(shù)字微波、數(shù)字衛(wèi)星通信、短波數(shù)字通信、對流層散射通信、流星余跡散射通信、公共移動通信系統(tǒng)（GSM、CDMA）

傳輸信息種類：話音、電報、圖象、文字、文件、多媒體

通信終端形式：固定、移動數(shù)字通信古代通信方式：飛鴿傳書，烽火臺，信使，等等。第8頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五Internet迅猛擴(kuò)大，技術(shù)日新月異；綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)（ISDN）技術(shù)進(jìn)入實(shí)用；寬帶數(shù)據(jù)傳輸交換技術(shù)（ATM、SDH）；寬帶移動數(shù)據(jù)通信；多媒體終端技術(shù)；全球定位技術(shù)及系統(tǒng)準(zhǔn)確實(shí)用…..軍事信息網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)的建立（數(shù)據(jù)通信改變了戰(zhàn)爭模式，進(jìn)入信息化戰(zhàn)爭）無線戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)（將作戰(zhàn)武器、戰(zhàn)士與指揮系統(tǒng)緊密聯(lián)系起來）20世紀(jì)末～21世紀(jì)初：數(shù)據(jù)通信

第9頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五

數(shù)據(jù)通信現(xiàn)狀特點(diǎn)數(shù)據(jù)通信設(shè)備與數(shù)據(jù)處理設(shè)備（計(jì)算機(jī)）之間越來越相似數(shù)據(jù)通信、話音通信、圖像通信系統(tǒng)越來越相似單計(jì)算機(jī)、集群計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)、城域網(wǎng)、廣域網(wǎng)采用的技術(shù)越來越相近第10頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五向綜合的公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)展多媒體通信實(shí)現(xiàn)個人通信，移動通信網(wǎng)絡(luò)高速數(shù)據(jù)傳輸話音、數(shù)據(jù)、圖象的綜合數(shù)字業(yè)務(wù)通信保密、抗干擾、抗摧毀（軍事需求）數(shù)據(jù)通信發(fā)展趨勢第11頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五國際電信聯(lián)盟（ITU）提出的

全球通信理想

任何人在任何地方、任何環(huán)境，可以通過通信系統(tǒng)得到任何內(nèi)容的信息聯(lián)絡(luò)。第12頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五1.1通信系統(tǒng)模型信息源發(fā)信機(jī)傳輸媒體噪聲源收信機(jī)受信者發(fā)送端接收端輸入數(shù)據(jù)d或信號d(t)發(fā)送信號

s(t)噪聲N(t)接收信號

r(t)輸出數(shù)據(jù)d`或信號d`(t)圖1-1通信系統(tǒng)模型發(fā)信機(jī)：將信息源產(chǎn)生的基帶信號變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?調(diào)制/編碼）。傳輸媒體：傳輸信號的物理媒質(zhì)（有線/無線）。噪聲源：干擾傳輸媒體中傳輸?shù)男盘枺瑥亩鸹?。收信機(jī)：完成發(fā)信機(jī)的反變換，即解調(diào)、譯碼和解碼等。受信者：傳輸信息的目的地。信息源：產(chǎn)生原始輸入信號，或基帶信號。第13頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五1.2模擬通信、數(shù)字通信和數(shù)據(jù)通信1.2.1模擬通信和數(shù)字通信通信所傳輸?shù)南⒂卸喾N形式：符號、文字、數(shù)據(jù)、話音、圖形、圖像等。

連續(xù)消息（模擬消息）：消息的狀態(tài)隨時間連續(xù)變化，如強(qiáng)弱連續(xù)變化的語音；

離散消息（數(shù)字消息）：消息的狀態(tài)是可數(shù)或離散的，如符號、文字和數(shù)據(jù)。

不同類型的消息對應(yīng)不同的信號形式。第14頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五模擬信號：信號的波形可以表示為時間的連續(xù)函數(shù)。幅度的取值是連續(xù)的，即狀態(tài)隨時間連續(xù)變化或不可數(shù)。圖1-2模擬信號“模擬”的含義：用電參量（如電壓、電流）的變化來模擬信號源發(fā)送的信息。如電話信號就是話音聲波的電模擬，利用的是送話器的聲/電變化功能。第15頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)字信號：信號的幅度不隨時間做連續(xù)的變化，只能取有限個離散值。圖1-3數(shù)字信號第16頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五分析：(a)兩者的區(qū)別是根據(jù)幅度取值上是否離散而定的。(b)模擬信號數(shù)字信號模/數(shù)第17頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)（1）模擬通信系統(tǒng)：以模擬信號形式進(jìn)行通信圖1-4模擬通信系統(tǒng)模型信息源調(diào)制器傳輸媒質(zhì)噪聲源解調(diào)器受信者（發(fā)信機(jī)）（收信機(jī)）第18頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五各部分的作用：信息源：輸出的是模擬信號。調(diào)制器：對信號進(jìn)行各種變換，使其適合于傳輸媒體的特性。解調(diào)器：對已調(diào)信號進(jìn)行反變換，恢復(fù)原始信號。第19頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五說明：

在某些場合，未經(jīng)調(diào)制的模擬信號也可以直接在信道上傳輸，這種原始信號稱為基帶信號，所以:模擬通信系統(tǒng)基帶模擬通信系統(tǒng)調(diào)制模擬通信系統(tǒng)第20頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五模擬通信的特點(diǎn)：（a）傳輸信號的頻譜比較窄，因此信道的利用率較高。（b）模擬通信抗干擾能力弱，保密性差，設(shè)備不易大規(guī)模集成等。第21頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五（2）數(shù)字通信系統(tǒng)：以數(shù)字信號形式進(jìn)行通信圖1-5數(shù)字通信系統(tǒng)模型信息源信源編碼器信道編碼器調(diào)制器噪聲源受信者信源譯碼器信道譯碼器解調(diào)器傳輸媒質(zhì)第22頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五各部分的作用：信息源：產(chǎn)生原始信號（模擬/數(shù)字信號）。信源編/譯碼器：模擬信號數(shù)字信號信道編/譯碼器：完成自動檢錯或糾錯功能；提高通信可靠性。傳輸媒質(zhì)：傳輸信號的通道。（如電話線、光纖）調(diào)制器：將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成適合傳輸媒介的信號。取樣、量化、編碼第23頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五分析：（a）若信源輸出的是數(shù)字信號時，則信源編、譯碼器可以去掉，這樣就構(gòu)成了數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。（b）傳輸語音信息時，即使有少量誤碼，也不影響通信質(zhì)量，一般不加信道編、譯碼器。（c）若采用基帶傳輸方式，就不需要調(diào)制、解調(diào)器。（d）在對保密性要求比較高的通信系統(tǒng)中，可在信源編碼與信道編碼之間加入加密器，同時在接收端加入解密器。第24頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)字通信的特點(diǎn)：（a）抗干擾能力強(qiáng)，無噪聲積累；（b）便于加密處理；（c）設(shè)備易于集成化；（d）主要缺點(diǎn)是所占用的頻帶較寬，信道利用率較低。第25頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五1.2.2數(shù)據(jù)通信

定義：依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸與交換技術(shù)，在兩個功能單元之間完成數(shù)據(jù)信息的有效傳遞與交換，是計(jì)算機(jī)與數(shù)字通信相結(jié)合的一種新型通信方式和業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)通信主要是“人（通過終端）—機(jī)（計(jì)算機(jī)）”通信或“機(jī)—機(jī)”通信。數(shù)據(jù)終端直接產(chǎn)生的是數(shù)字信號，可以看作是數(shù)字通信的特例。第26頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五1.3

數(shù)據(jù)通信研究的內(nèi)容數(shù)據(jù)通信包括三方面的內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)交換以及數(shù)據(jù)傳輸前后的數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)傳輸指的是建立一個數(shù)據(jù)傳輸通道將數(shù)據(jù)信號在其中傳輸，它是數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)處理的目的是為了使數(shù)據(jù)更有效、可靠地傳輸，它包括數(shù)據(jù)集中、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、差錯控制等。第27頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五1.4數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)1.4.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的概念將終端設(shè)備與計(jì)算機(jī)經(jīng)由模擬或數(shù)字傳輸系統(tǒng)連接起來，并以收集、傳輸、分配和處理數(shù)據(jù)為目的的系統(tǒng)。第28頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五1.4.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成……通信控制器計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)終端調(diào)制解調(diào)器集中器專用線路終端設(shè)備子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)圖1-6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成第29頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五終端設(shè)備子系統(tǒng)（DTE）數(shù)據(jù)終端設(shè)備—包括數(shù)據(jù)輸入設(shè)備和輸出設(shè)備傳輸控制設(shè)備—差錯控制、終端的接續(xù)控制、傳輸順序控制和切斷控制等。（鍵盤終端、顯示器、打印機(jī)等）（集中器：設(shè)置在遠(yuǎn)程終端較密集處的一種傳輸控制設(shè)備）第30頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)傳輸信道—提供傳輸通路，如：電話線路、同軸電纜、雙絞線、光纜、無線短波鏈路、微波鏈路、衛(wèi)星鏈路。數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）—對來自DTE的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行變換，使適合信道傳輸。專用線路通信網(wǎng)模擬信道：DCE是調(diào)制解調(diào)器數(shù)字信道：DCE是接口適配器第31頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)計(jì)算機(jī)—數(shù)據(jù)處理通信控制器—用于管理與數(shù)據(jù)終端設(shè)備相連接的所有通信線路，其作用與傳輸控制器相同。第32頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五……通信控制器計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)終端調(diào)制解調(diào)器集中器專用線路終端設(shè)備子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)圖1-6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成第33頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五1.4.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的分類按數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)及終端設(shè)備子系統(tǒng)在邏輯上是否與數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)相連接，分：脫機(jī)系統(tǒng)聯(lián)機(jī)系統(tǒng)按數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的處理形式不同，分：聯(lián)機(jī)實(shí)時系統(tǒng)遠(yuǎn)程批處理系統(tǒng)分時處理系統(tǒng)第34頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五……通信控制器計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)終端調(diào)制解調(diào)器集中器專用線路終端設(shè)備子系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)圖1-6數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成第35頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五

數(shù)據(jù)通信網(wǎng)是由一些處于不同地理位置的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)交換設(shè)備和通信線路等所構(gòu)成的系統(tǒng)，它的作用是使網(wǎng)上任兩結(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行正確、快速地傳送數(shù)據(jù)和交換數(shù)據(jù)。1.5數(shù)據(jù)通信網(wǎng)第36頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)通信網(wǎng)HHHHTT交換節(jié)點(diǎn)（通信控制處理機(jī)）計(jì)算機(jī)圖1.7數(shù)據(jù)通信網(wǎng)通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)第37頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類數(shù)據(jù)通信網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒磦鬏敿夹g(shù)交換網(wǎng)廣播網(wǎng)電路交換存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換星形樹形總線形環(huán)形網(wǎng)形空分交換時分交換報文交換分組交換分組無線電網(wǎng)總線局域網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)環(huán)形局域網(wǎng)第38頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五(a)星形(b)樹形(c)總線形(d)環(huán)形(e)網(wǎng)絡(luò)形(屬非約束拓?fù)?圖1.8數(shù)據(jù)通信網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的基本形式第39頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五建立網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋾r應(yīng)考慮的三個主要目標(biāo)：（1）盡可能提高可靠性，保證所有數(shù)據(jù)準(zhǔn)確接收。（2）為發(fā)送端與接收端之間的數(shù)據(jù)傳輸選擇一條最佳路徑。（3）為終端用戶提供最短的響應(yīng)時間和最大的吞吐量。第40頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五數(shù)據(jù)通信網(wǎng)按網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒磦鬏敿夹g(shù)交換網(wǎng)廣播網(wǎng)電路交換存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換星形樹形總線形環(huán)形網(wǎng)形空分交換時分交換報文交換分組交換分組無線電網(wǎng)總線局域網(wǎng)衛(wèi)星網(wǎng)環(huán)形局域網(wǎng)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類第41頁，共46頁，2023年，2月20日，星期五…(a)分組無線電網(wǎng)(b)衛(wèi)星網(wǎng)(c)總線局域網(wǎng)(d)環(huán)形局域網(wǎng)圖1.9廣播網(wǎng)絡(luò)衛(wèi)星第42頁，共46頁，2023年，2