1.5 数据通信基础
一、数据通信的基本概念
1 信息、数据与信号
? 信息：
? 通信的目的是交换信息,信息的载体可以是数字、文字、语音、
图形或图像，计算机中信息一般是字母、数字、语音、图形或
图像的组合；
? 数据（ Data）, 被传输的二进制代码
? 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像
用二进制代码的 数据 来表示；
? 信号, 是数据的具体物理表现。
? 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式，为传输二进制
代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示。
? 数据通信,
? 是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代
码 0,1比特序列的模拟或数字信号的过程。
2,数据通信系统基本结构
? 数据通信系统的 基本通信模型,产生和发送信息的一端
叫 信源,接收信息的一端叫 信宿 。信源与信宿通过通信
线路进行通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为
信道 ；
? 在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为 模拟通信
系统,而传输数字信号的系统称为 数字通信系统 。
信 源 信 宿
信 道
信 源 信 宿
噪 声 （ 干 扰 ）
信 道
A, 理 想 状 态
B, 实 际 环 境 下
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0
出 错
二、通信信道的分类
? 信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设
备。传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，
也可以是无形媒体，如传输电磁波的空间。
? 信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信
道与无线信道；
? 有线信道
? 使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信道。有线信
道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光缆等；
? 无线信道
? 以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无线信道。无
线信道包括无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。
三、数据通信的技术指标
? 数据通信速率（传输速率）
? 传输率是指数据在信道中传输的速度。数据通信速率分为两种,码
元速率和信息速率 。
? 码元速率：每秒中传送的码元数，单位为波特 /秒（ Baud/s），又称为
波特率；
? 信息速率：每秒中传送的信息量，单位为比特 /秒（ bit/s），又称为
比特率；
? 信道带宽
? 是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信
道的通频带，单位用赫兹（ Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决
定的，如电话线路的频率范围在 300～ 3400Hz，则它的带宽 300～ 3400Hz。
? 信道容量（信道的最大传输速率）
? 是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信道
上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（ bps）表示。当传输的信号速率
超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
四、数据传输方式
? 并行通信
? 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
? 并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线
路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。
1,数据的串行传输和并行通信
·￠ ?í ?? ?ó ê? ??
′? D í¨D? D? μà
(a)
·￠ ?í ??
b
0
b
1
b
2
b
3
b 4
b 5
b 6
b 7
b
7
b
6
b
5
b
4
b
3
b
2
b
1
b
0
?ó ê? ??
b
0
b
1
b
2
b
3
b 4
b 5
b 6
b 7
2￠
DD
í¨
D?
D?
μà
(b)
? 串行通信
? 数据流以串行方式在一条信道
上传输，
? 串行通信的优点是收、发双方
只需要一条传输信道，易于实
现，成本低，但速度比较低。
2.单工、半双工、全双工通信
? 单工方式,指通信信道是单向信道，
数据信号仅沿一个方向传输，发送
方只能发送不能接收，接收方只能
接收而不能发送，任何时候都不能
改变信号传送方向。
? 半双工通信,是指信号可以沿两个
方向传送，但同一时刻一个信道只
允许单方向传送，即两个方向的传
输只能交替进行，而不能同时进行。
当改变传输方向时，要通过开关装
置进行切换。如公安系统使用的
,对讲机,
? 全双工通信,是指数据可以同时沿
相反的两个方向作双向传输。比如，
电话通话。
主 机
显 示 器
发 送 端 接 收 端
数 据 的 单 方 向 性
·￠ ?í ?ó ê?μ￥ ?ò í¨μà
?? ?ò í¨μà
?? ?ò í¨μà
(a)
(b)
(c)
·￠ ?í
?ó ê?
?ó ê?
·￠ ?í
·￠ ?í
?ó ê?
?ó ê?
·￠ ?í
3.基带传输、频带传输
? 基带传输
? 就数字信号而言，它是一个离散的方波,,0”代表低电平,,1”
代表高电平，这种方波固有的频带称为基带，方波信号称为基带
信号，因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带
传输是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被
基带信号占用，双向地传输信息。
? 频带传输
? 所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，
到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。可见，在采
用频带传输方式时，要求发送端和接收端都要安装调制器和解调
器。
? 在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频
带传输方式。利用频带传输，不仅解决了利用电话系统传输数字
信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。
五、信道复用技术
? 信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的
信道上，共享信道资源。
? 四种信道复用方式,频分复用 FDM、时分复用
TDM,(波分复用 WDM和码分复用 )。
多 路 复 用 器 多 路 复 用 器
一 条 传 输 线 路
传 输 多 路 信 号
计 算 机
计 算 机
1,频分多路复用 FDM
? FDM是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频
段（带）,每个信号占其中一个频段。接收时用
适当的滤波器分离出不同信号，分别进行解调接收。
调 制
调 制
调 制
+
f
1
f
2
f
3
f
1
f
2
f
3
解 调
解 调
解 调
f
2
f
1
f
3
滤 波
滤 波
滤 波
f
3
多 路 复 用 器 多 路 解 复 器
发 送 带 宽
2,时分多路复用 TDM
同步时分复用 STDM
? STDM采用固定时间片分配方式，将传输信号的时间按特定长度连续
地划分成特定时间段（一个周期），再将每一时间段划分成等长度的
多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信
号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。
? 由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥
有者是否传输数据都占有一定时隙，形成了时隙浪费，其时隙的利用
率很低 。
计 算 机
计 算 机
A A A A
B B
C
D D D
BCD A
BD A
D
AA
A A A A
B B
C
D D D
在 不 同 时 刻, 开 关 切 换 到
不 同 输 入 设 备
复 用 器 解 复 器
时 隙 浪 费, 信 道 资 源 利 用 率 低
要 发 送 的 数 据
接 收 到 的 数 据
一 个 周 期 的 数 据 块 （ 帧 ）
异步时分复用
? 异步时分复用技术又被称为统计时分复用，它能动态地按需分配时隙，
避免每个时间段中出现空闲时隙。
? ATDM就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当
用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其
他用户的数据传输 。
? 在所有的数据帧中，除最后一个帧外，其他所有帧均不会出现空闲的
时隙，从而提高了资源的利用率，也提高了传输速率。
计 算 机
计 算 机
A A A A
B B
C
D D D
A A A A
B B
C
D D D
复 用 器 解 复 器
要 发 送 的 数 据
接 收 到 的 数 据
1
2
3
4
B 2C 3 A 1A 1B 2 D 4A 1D 4 D 4A 1
只 有 最 后 一 个 帧 的 时 隙 才 会 有 空 闲
六、数据交换技术
1,电路交换（ Circuit Switching）
? 也 称为线路交换,是一种直接的交换方式，为一对需要
进行通信的节点之间提供一条 临时的专用通道,即提供
一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑
通道（使用时分或频分复用技术）。
? 电路建立
? 通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，这个过程建
立起一条由源节点到目的节点传输通道。
? 数据传输
? 电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传输数据。
? 电路拆除
? 在完成数据传输后，源节点发出释放请求信息，请求终止通信。
在电路拆除阶段，各节点相应地拆除该电路的对应连接，释放由
该电路占用的节点和信道资源
源 节 点 A
交 换 节 点 1 交 换 节 点 6
电
路
建
立
阶
段
数
据
传
输
阶
段
电
路
拆
除
阶
段
1
2
3
4
5
6
呼 叫 请 求
呼 叫 应 答
数 据
数 据
释 放 请 求
释 放 应 答
目 的 节 点 B
源 节 点 A
目 的 节 点 B
公 用 电 话 交 换 网
2,报文交换 (Message Switching)
? 报文存储转发交换：
? 在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和
目标地址。节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择。并且对收发
的报文进行相应的处理。
? 对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术 ;
? 特点：
? 源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通路；
? 与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延；
? 电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效地传
输数据；
? 要求节点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微机或小型机担当；
? 数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都进行差错控制，即检错
和纠错。
? 由于采用了对完整报文的存储 /转发，节点存储 /转发的时延较大，不适用
于交互式通信。
3,分组交换 (Packet Switching)
? 分组交换属于, 存储 /转发, 交换，它不像报文
交换以报文为单位进行交换、传输，而是以更短
的、标准的, 报文分组, （ Packet）为单位进
行交换传输。
? 假如 A站有一份比较长的报文要发送给 C站。则它首先
将报文按规定长度划分成若干分组，每个分组附加上
地址及纠错等其他信息，然后将这些分组顺序发送到
交换网的节点 C。
? 分组交换又分为 数据报 (datagram)分组交换
和 虚电路分组交换 。
数据报分组交换
? 交换网把进网的任一分组都当作单独
的, 小报文, 来处理，而不管它属于
哪个报文的分组，就像报文交换中把
一份报文进行单独处理一样。这种分
组交换方式简称为数据报传输方式，
作为基本传输单位的, 小报文, 被称
为数据报（ datagram）。
数据报分组交换的特点
? 同一报文的不同分组可以
由不同的传输路径通过通
信子网；
? 同一报文的不同分组到达
目的节点时可能出现乱序、
重复或丢失现象；
? 每一个报文在传输过程中
都必须带有源节点地址和
目的节点地址；
? 使用数据报方式时，数据
报文传输延迟较大，适用
于突发性通信，不适用于
长报文、会话式通信。
A,B,3 A,B,2 A,B,1
A,C,3 A,C,2 A,C,1
A
A
.
B
.
1
A
.
B
.
3
A
.
B
.
2
A
.
C
.
3
A
.
C
.
2
A
.
C
.
1
B
C
C
B
A
1
2
3
4
5
节 点 地 址
节 点 地 址
乱 序
报 文 分 组
A,B,3 A,B,2
A,C,3 A,C,2
A
.
B
.
1
A
.
C
.
1
云 图
通 信 子 网
虚电路分组交换
? 虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相
发送和接收数据之前需要通过通信网络建立
逻辑上的连接，所有分组都必须沿着事先建
立的虚电路传输，用户不需要发送和接收数
据时清除连接。
? 虚电路方式具有分组交换与线路交换两
种方式的优点，在计算机网络中得到广
泛的应用。
虚电路的特点
? 虚电路在每次报文分组发送之前，
必须在源节点与目的节点之间建
立一条逻辑连接，也包括虚电路
建立、数据传输和虚电路拆除三
个阶段。
? 报文分组不必带目的地址、源地
址等辅助信息，只需要携带虚电
路标识号。报文分组到达目的节
点不会出现丢失、重复与乱序的
现象；
? 报文分组通过每个虚电路上的节
点时，节点只需要做差错检测，
而不需要做路径选择。
? 通信子网中每个节点可以和任何
节点建立多条虚电路连接。
1,3 1,2 1,1
2,3 2,2 2,1
A
1
.
3
1
.
2
1
.
1
2
.
3
2
.
2
2
.
1
B
C
C
B
A
1
2
3
4
5
虚 电 路 1
虚 电 路 2
2,3 2,2 2,1
1,11,3 1,2
虚 电 路 号
虚 电 路 号
虚 电 路 1 连 接, A - 1 - 2 - 4 - B
虚 电 路 2 连 接, A - 1 - 3 - 5 - B
云 图
通 信 子 网
*传输介质介绍（选学）
? 计算机网络传输媒体：
? 有线
? 双绞线、同轴电缆、光纤等
? 无线
? 无线电波、微波或红外线
双绞线
? 双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为了减少信号传
输中串扰及电磁干扰（ EMI）影响的程度，通常将这些线
按一定的密度互相缠绕在一起。
? 双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主
要应用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短
距离的信息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生
畸变，这时就要使用中继器（ Repeater）来放大信号和再
生波形。
? 双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，
所以得到广泛的使用。
? 在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分
为非屏蔽双绞线 UTP（ Unshielded Twisted Pair）和屏
蔽双绞线 STP（ Shielded Twisted Pair）。
双绞线的分类
? 双绞线既可以用于音频传输，也可以用于数据传输。按双绞线的
性能，目前广泛应用的有五个不同的等级，级别越高性能越好。
由于 UTP的成本低于 STP，所以使用的更广泛。 UTP可以分为六类：
? l类 UTP：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。
? 2类 UTP：通常用在程控交换机和告警系统。 ISDN和 T1/E1数据传输
也可以采用 2类电缆,2类线的最高带宽为 1MHz。
? 3类 UTP：又称为声音级电缆，是一类广泛安装的双绞线。 3类 UTP的
阻抗为 100欧姆，最高带宽为 16MHz，适合于 10Mbps双绞线以太网
和 4Mbps令牌环网的安装，也能运行 16Mbps的令牌环网。
? 4类 UTP：最大带宽为 20MHz，其它特性与 3类 UTP完全一样，能更
稳定的运行 16Mbps令牌环网。
? 5类 UTP：又称为数据级电缆，质量最好。它的带宽为 100MHz，能
够运行 100Mbps以太网和 FDDI,5类 UTP的阻抗为 100欧姆。 5类
UTP目前已被广泛的应用。
? 6类 UTP,是一种新型的电缆，最大带宽可以达到 1000MHz，适
用于低成本的高速以太网的骨干线路。
同轴电缆 (Coaxial Cable)
? 同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，
即内导体（铜芯导线）和外导体 (屏蔽层 )，
外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导
体之间用绝缘材料隔离。同轴电缆具有较高
的带宽和极好的抗干扰特性。
? 同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量，
按射频级测量单位（ RG）来度量,RG越高，
铜芯导线越细,RG越低，铜芯导线越粗。
? 常用同轴电缆的型号和应用如下：
? 阻抗为 50欧姆的粗缆 RG-8或 RG-11，用于粗
缆以太网；
? 阻抗为 50欧姆的细缆 RG-58A/U或 C/U，用
于细缆以太网；
? 阻抗为 75欧姆的电缆 RG-59，用于有线电视
CATV。
绝 缘 外 套 屏 蔽 层 绝 缘 材 料 铜 芯
光导纤维 (Fiber Optics)
? 光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光信
号的媒体。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率较低
的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传输的光信
号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的芯线后，
可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全反射，使光
束曲折前进。
玻璃封套 塑料外套 玻璃内芯
玻璃内芯
塑料外套
玻璃封套
外壳
光纤的特点
? 光缆中的光源可以是发光二极管 LED或注入式激光二极管
ILD，当光通过这些器件时发出光脉冲，光脉冲通过玻璃
芯从而传递信息。在光缆的两端都要有一个装置来完成光
信号和电信号的转换。
? 光缆的优点是信号的损耗小、频带宽、传输率高，从
l00Mbps到 l000Mbps，甚至更高，且不受外界电磁干扰。
另外，由于它本身没有电磁辐射，所以它传输的信号不易
被窃听，保密性能好。但是它的成本高并且连接技术比较
复杂。
? 光缆主要用于长距离的数据传输和网络的主干线。
多模光纤和单模光纤
? 根据使用的光源和传输模式，光纤可分为 多模光纤 和 单模光纤 。
? 多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当光纤
芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角度不同传
播路径也不同，这时光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播。
多模光纤的传输距离一般在 2km以内。
? 单模光纤采用注人式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单模光
纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度
差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。
A, 多 模 光 纤
A, 单 模 光 纤
玻 璃 芯 的 直 径 大 于 光 波 波 长
玻 璃 芯 的 直 径 接 近 光 波 波 长
无线电传输
? 根据距离的远近和对通信速率的要求，可以选用不同的有
线介质，但是，若通信线路要通过一些高山、岛屿或河流
时，铺设线路就非常困难，而且成本非常高，这时候就可
以考虑使用无线电波在自由空间的传播实现多种通信。
? 无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率
范围为 300MHz～ 300GHz，但主要是使用 2～ 40GHz的
频率范围。微波在空间主要是直线传播。由于微波会穿透
电离层而进入宇宙空间，因此它不像短波通信可以经电离
层反射传播到地面上很远的地方。微波通信有两种主要的
方式：即地面微波接力通信和卫星通信。
地球
地面站之间的直视线路 微波传送塔
地面微波接力
? 在物理线路昂贵或地理条件不允许的情况下适用；
? 通过地球表面的大气传播，易受到建筑物或天气的
影响；
? 两个地面站之间传送，距离为 50 -100 km；
微波接力的特点
? 微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道
的容量很大。
? 微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。
? 与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建
设投资少，见效快。
? 微波接力通信也存在如下的一些缺点：
? 相邻站之间必须直视，不能有障碍物（, 视距通信, ）。有时一个
天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因
而造成失真。
? 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。
? 与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。
? 对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。
地球
地面站 地面站
卫星通信
? 优点：
? 通信距离远，在电波覆盖
范围内，任何一处都可以
通信，且通信费用与通信
距离无关。
? 受陆地灾害影响小，可靠
性高；
? 易于实现广播通信和多址
通信；
? 缺点：
? 通信费用高，延时较大；
? 10GHZ以上雨衰较大；
? 易受太阳噪声的干扰；
? C波段 4/6 GHz
? 上行 5.925～ 6.425 GHz
? 下行 3.7～ 4.2 GHz
? KU波段 11/14 GHz
? 上行 14～ 14.5 GHz
? 下行 11.7～ 12.2 GHz
35,860
公里
地球
地球同步卫星
? 从技术角度上讲，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距离地
放置三颗相隔 120度的卫星，就能基本上实现全球的通信。
? 为了避免产生干扰，卫星之间的相隔不能小于 2度，因此，整个
赤道上空只能放置 180个同步卫星。一个典型的卫星通常拥有
12～ 20个转发器。每个转发器的频带宽度为 36或 72MHz。
红外线和毫米波
? 光波传输
? 应用：在短距离内连接两个通信设备；
? 缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响；
? 特点：
? 用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控；
? 缺点：
? 不能穿透固体；
一、数据通信的基本概念
1 信息、数据与信号
? 信息：
? 通信的目的是交换信息,信息的载体可以是数字、文字、语音、
图形或图像，计算机中信息一般是字母、数字、语音、图形或
图像的组合；
? 数据（ Data）, 被传输的二进制代码
? 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像
用二进制代码的 数据 来表示；
? 信号, 是数据的具体物理表现。
? 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式，为传输二进制
代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示。
? 数据通信,
? 是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代
码 0,1比特序列的模拟或数字信号的过程。
2,数据通信系统基本结构
? 数据通信系统的 基本通信模型,产生和发送信息的一端
叫 信源,接收信息的一端叫 信宿 。信源与信宿通过通信
线路进行通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为
信道 ；
? 在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为 模拟通信
系统,而传输数字信号的系统称为 数字通信系统 。
信 源 信 宿
信 道
信 源 信 宿
噪 声 （ 干 扰 ）
信 道
A, 理 想 状 态
B, 实 际 环 境 下
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0
出 错
二、通信信道的分类
? 信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设
备。传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，
也可以是无形媒体，如传输电磁波的空间。
? 信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信
道与无线信道；
? 有线信道
? 使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信道。有线信
道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光缆等；
? 无线信道
? 以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无线信道。无
线信道包括无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。
三、数据通信的技术指标
? 数据通信速率（传输速率）
? 传输率是指数据在信道中传输的速度。数据通信速率分为两种,码
元速率和信息速率 。
? 码元速率：每秒中传送的码元数，单位为波特 /秒（ Baud/s），又称为
波特率；
? 信息速率：每秒中传送的信息量，单位为比特 /秒（ bit/s），又称为
比特率；
? 信道带宽
? 是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信
道的通频带，单位用赫兹（ Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决
定的，如电话线路的频率范围在 300～ 3400Hz，则它的带宽 300～ 3400Hz。
? 信道容量（信道的最大传输速率）
? 是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信道
上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（ bps）表示。当传输的信号速率
超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
四、数据传输方式
? 并行通信
? 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
? 并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线
路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。
1,数据的串行传输和并行通信
·￠ ?í ?? ?ó ê? ??
′? D í¨D? D? μà
(a)
·￠ ?í ??
b
0
b
1
b
2
b
3
b 4
b 5
b 6
b 7
b
7
b
6
b
5
b
4
b
3
b
2
b
1
b
0
?ó ê? ??
b
0
b
1
b
2
b
3
b 4
b 5
b 6
b 7
2￠
DD
í¨
D?
D?
μà
(b)
? 串行通信
? 数据流以串行方式在一条信道
上传输，
? 串行通信的优点是收、发双方
只需要一条传输信道，易于实
现，成本低，但速度比较低。
2.单工、半双工、全双工通信
? 单工方式,指通信信道是单向信道，
数据信号仅沿一个方向传输，发送
方只能发送不能接收，接收方只能
接收而不能发送，任何时候都不能
改变信号传送方向。
? 半双工通信,是指信号可以沿两个
方向传送，但同一时刻一个信道只
允许单方向传送，即两个方向的传
输只能交替进行，而不能同时进行。
当改变传输方向时，要通过开关装
置进行切换。如公安系统使用的
,对讲机,
? 全双工通信,是指数据可以同时沿
相反的两个方向作双向传输。比如，
电话通话。
主 机
显 示 器
发 送 端 接 收 端
数 据 的 单 方 向 性
·￠ ?í ?ó ê?μ￥ ?ò í¨μà
?? ?ò í¨μà
?? ?ò í¨μà
(a)
(b)
(c)
·￠ ?í
?ó ê?
?ó ê?
·￠ ?í
·￠ ?í
?ó ê?
?ó ê?
·￠ ?í
3.基带传输、频带传输
? 基带传输
? 就数字信号而言，它是一个离散的方波,,0”代表低电平,,1”
代表高电平，这种方波固有的频带称为基带，方波信号称为基带
信号，因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带
传输是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被
基带信号占用，双向地传输信息。
? 频带传输
? 所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，
到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。可见，在采
用频带传输方式时，要求发送端和接收端都要安装调制器和解调
器。
? 在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频
带传输方式。利用频带传输，不仅解决了利用电话系统传输数字
信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。
五、信道复用技术
? 信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的
信道上，共享信道资源。
? 四种信道复用方式,频分复用 FDM、时分复用
TDM,(波分复用 WDM和码分复用 )。
多 路 复 用 器 多 路 复 用 器
一 条 传 输 线 路
传 输 多 路 信 号
计 算 机
计 算 机
1,频分多路复用 FDM
? FDM是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频
段（带）,每个信号占其中一个频段。接收时用
适当的滤波器分离出不同信号，分别进行解调接收。
调 制
调 制
调 制
+
f
1
f
2
f
3
f
1
f
2
f
3
解 调
解 调
解 调
f
2
f
1
f
3
滤 波
滤 波
滤 波
f
3
多 路 复 用 器 多 路 解 复 器
发 送 带 宽
2,时分多路复用 TDM
同步时分复用 STDM
? STDM采用固定时间片分配方式，将传输信号的时间按特定长度连续
地划分成特定时间段（一个周期），再将每一时间段划分成等长度的
多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信
号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。
? 由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥
有者是否传输数据都占有一定时隙，形成了时隙浪费，其时隙的利用
率很低 。
计 算 机
计 算 机
A A A A
B B
C
D D D
BCD A
BD A
D
AA
A A A A
B B
C
D D D
在 不 同 时 刻, 开 关 切 换 到
不 同 输 入 设 备
复 用 器 解 复 器
时 隙 浪 费, 信 道 资 源 利 用 率 低
要 发 送 的 数 据
接 收 到 的 数 据
一 个 周 期 的 数 据 块 （ 帧 ）
异步时分复用
? 异步时分复用技术又被称为统计时分复用，它能动态地按需分配时隙，
避免每个时间段中出现空闲时隙。
? ATDM就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当
用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其
他用户的数据传输 。
? 在所有的数据帧中，除最后一个帧外，其他所有帧均不会出现空闲的
时隙，从而提高了资源的利用率，也提高了传输速率。
计 算 机
计 算 机
A A A A
B B
C
D D D
A A A A
B B
C
D D D
复 用 器 解 复 器
要 发 送 的 数 据
接 收 到 的 数 据
1
2
3
4
B 2C 3 A 1A 1B 2 D 4A 1D 4 D 4A 1
只 有 最 后 一 个 帧 的 时 隙 才 会 有 空 闲
六、数据交换技术
1,电路交换（ Circuit Switching）
? 也 称为线路交换,是一种直接的交换方式，为一对需要
进行通信的节点之间提供一条 临时的专用通道,即提供
一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑
通道（使用时分或频分复用技术）。
? 电路建立
? 通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，这个过程建
立起一条由源节点到目的节点传输通道。
? 数据传输
? 电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传输数据。
? 电路拆除
? 在完成数据传输后，源节点发出释放请求信息，请求终止通信。
在电路拆除阶段，各节点相应地拆除该电路的对应连接，释放由
该电路占用的节点和信道资源
源 节 点 A
交 换 节 点 1 交 换 节 点 6
电
路
建
立
阶
段
数
据
传
输
阶
段
电
路
拆
除
阶
段
1
2
3
4
5
6
呼 叫 请 求
呼 叫 应 答
数 据
数 据
释 放 请 求
释 放 应 答
目 的 节 点 B
源 节 点 A
目 的 节 点 B
公 用 电 话 交 换 网
2,报文交换 (Message Switching)
? 报文存储转发交换：
? 在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和
目标地址。节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择。并且对收发
的报文进行相应的处理。
? 对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术 ;
? 特点：
? 源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通路；
? 与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延；
? 电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效地传
输数据；
? 要求节点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微机或小型机担当；
? 数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都进行差错控制，即检错
和纠错。
? 由于采用了对完整报文的存储 /转发，节点存储 /转发的时延较大，不适用
于交互式通信。
3,分组交换 (Packet Switching)
? 分组交换属于, 存储 /转发, 交换，它不像报文
交换以报文为单位进行交换、传输，而是以更短
的、标准的, 报文分组, （ Packet）为单位进
行交换传输。
? 假如 A站有一份比较长的报文要发送给 C站。则它首先
将报文按规定长度划分成若干分组，每个分组附加上
地址及纠错等其他信息，然后将这些分组顺序发送到
交换网的节点 C。
? 分组交换又分为 数据报 (datagram)分组交换
和 虚电路分组交换 。
数据报分组交换
? 交换网把进网的任一分组都当作单独
的, 小报文, 来处理，而不管它属于
哪个报文的分组，就像报文交换中把
一份报文进行单独处理一样。这种分
组交换方式简称为数据报传输方式，
作为基本传输单位的, 小报文, 被称
为数据报（ datagram）。
数据报分组交换的特点
? 同一报文的不同分组可以
由不同的传输路径通过通
信子网；
? 同一报文的不同分组到达
目的节点时可能出现乱序、
重复或丢失现象；
? 每一个报文在传输过程中
都必须带有源节点地址和
目的节点地址；
? 使用数据报方式时，数据
报文传输延迟较大，适用
于突发性通信，不适用于
长报文、会话式通信。
A,B,3 A,B,2 A,B,1
A,C,3 A,C,2 A,C,1
A
A
.
B
.
1
A
.
B
.
3
A
.
B
.
2
A
.
C
.
3
A
.
C
.
2
A
.
C
.
1
B
C
C
B
A
1
2
3
4
5
节 点 地 址
节 点 地 址
乱 序
报 文 分 组
A,B,3 A,B,2
A,C,3 A,C,2
A
.
B
.
1
A
.
C
.
1
云 图
通 信 子 网
虚电路分组交换
? 虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相
发送和接收数据之前需要通过通信网络建立
逻辑上的连接，所有分组都必须沿着事先建
立的虚电路传输，用户不需要发送和接收数
据时清除连接。
? 虚电路方式具有分组交换与线路交换两
种方式的优点，在计算机网络中得到广
泛的应用。
虚电路的特点
? 虚电路在每次报文分组发送之前，
必须在源节点与目的节点之间建
立一条逻辑连接，也包括虚电路
建立、数据传输和虚电路拆除三
个阶段。
? 报文分组不必带目的地址、源地
址等辅助信息，只需要携带虚电
路标识号。报文分组到达目的节
点不会出现丢失、重复与乱序的
现象；
? 报文分组通过每个虚电路上的节
点时，节点只需要做差错检测，
而不需要做路径选择。
? 通信子网中每个节点可以和任何
节点建立多条虚电路连接。
1,3 1,2 1,1
2,3 2,2 2,1
A
1
.
3
1
.
2
1
.
1
2
.
3
2
.
2
2
.
1
B
C
C
B
A
1
2
3
4
5
虚 电 路 1
虚 电 路 2
2,3 2,2 2,1
1,11,3 1,2
虚 电 路 号
虚 电 路 号
虚 电 路 1 连 接, A - 1 - 2 - 4 - B
虚 电 路 2 连 接, A - 1 - 3 - 5 - B
云 图
通 信 子 网
*传输介质介绍（选学）
? 计算机网络传输媒体：
? 有线
? 双绞线、同轴电缆、光纤等
? 无线
? 无线电波、微波或红外线
双绞线
? 双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为了减少信号传
输中串扰及电磁干扰（ EMI）影响的程度，通常将这些线
按一定的密度互相缠绕在一起。
? 双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主
要应用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短
距离的信息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生
畸变，这时就要使用中继器（ Repeater）来放大信号和再
生波形。
? 双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，
所以得到广泛的使用。
? 在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分
为非屏蔽双绞线 UTP（ Unshielded Twisted Pair）和屏
蔽双绞线 STP（ Shielded Twisted Pair）。
双绞线的分类
? 双绞线既可以用于音频传输，也可以用于数据传输。按双绞线的
性能，目前广泛应用的有五个不同的等级，级别越高性能越好。
由于 UTP的成本低于 STP，所以使用的更广泛。 UTP可以分为六类：
? l类 UTP：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。
? 2类 UTP：通常用在程控交换机和告警系统。 ISDN和 T1/E1数据传输
也可以采用 2类电缆,2类线的最高带宽为 1MHz。
? 3类 UTP：又称为声音级电缆，是一类广泛安装的双绞线。 3类 UTP的
阻抗为 100欧姆，最高带宽为 16MHz，适合于 10Mbps双绞线以太网
和 4Mbps令牌环网的安装，也能运行 16Mbps的令牌环网。
? 4类 UTP：最大带宽为 20MHz，其它特性与 3类 UTP完全一样，能更
稳定的运行 16Mbps令牌环网。
? 5类 UTP：又称为数据级电缆，质量最好。它的带宽为 100MHz，能
够运行 100Mbps以太网和 FDDI,5类 UTP的阻抗为 100欧姆。 5类
UTP目前已被广泛的应用。
? 6类 UTP,是一种新型的电缆，最大带宽可以达到 1000MHz，适
用于低成本的高速以太网的骨干线路。
同轴电缆 (Coaxial Cable)
? 同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，
即内导体（铜芯导线）和外导体 (屏蔽层 )，
外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导
体之间用绝缘材料隔离。同轴电缆具有较高
的带宽和极好的抗干扰特性。
? 同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量，
按射频级测量单位（ RG）来度量,RG越高，
铜芯导线越细,RG越低，铜芯导线越粗。
? 常用同轴电缆的型号和应用如下：
? 阻抗为 50欧姆的粗缆 RG-8或 RG-11，用于粗
缆以太网；
? 阻抗为 50欧姆的细缆 RG-58A/U或 C/U，用
于细缆以太网；
? 阻抗为 75欧姆的电缆 RG-59，用于有线电视
CATV。
绝 缘 外 套 屏 蔽 层 绝 缘 材 料 铜 芯
光导纤维 (Fiber Optics)
? 光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光信
号的媒体。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率较低
的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传输的光信
号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的芯线后，
可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全反射，使光
束曲折前进。
玻璃封套 塑料外套 玻璃内芯
玻璃内芯
塑料外套
玻璃封套
外壳
光纤的特点
? 光缆中的光源可以是发光二极管 LED或注入式激光二极管
ILD，当光通过这些器件时发出光脉冲，光脉冲通过玻璃
芯从而传递信息。在光缆的两端都要有一个装置来完成光
信号和电信号的转换。
? 光缆的优点是信号的损耗小、频带宽、传输率高，从
l00Mbps到 l000Mbps，甚至更高，且不受外界电磁干扰。
另外，由于它本身没有电磁辐射，所以它传输的信号不易
被窃听，保密性能好。但是它的成本高并且连接技术比较
复杂。
? 光缆主要用于长距离的数据传输和网络的主干线。
多模光纤和单模光纤
? 根据使用的光源和传输模式，光纤可分为 多模光纤 和 单模光纤 。
? 多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当光纤
芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角度不同传
播路径也不同，这时光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播。
多模光纤的传输距离一般在 2km以内。
? 单模光纤采用注人式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单模光
纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度
差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。
A, 多 模 光 纤
A, 单 模 光 纤
玻 璃 芯 的 直 径 大 于 光 波 波 长
玻 璃 芯 的 直 径 接 近 光 波 波 长
无线电传输
? 根据距离的远近和对通信速率的要求，可以选用不同的有
线介质，但是，若通信线路要通过一些高山、岛屿或河流
时，铺设线路就非常困难，而且成本非常高，这时候就可
以考虑使用无线电波在自由空间的传播实现多种通信。
? 无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率
范围为 300MHz～ 300GHz，但主要是使用 2～ 40GHz的
频率范围。微波在空间主要是直线传播。由于微波会穿透
电离层而进入宇宙空间，因此它不像短波通信可以经电离
层反射传播到地面上很远的地方。微波通信有两种主要的
方式：即地面微波接力通信和卫星通信。
地球
地面站之间的直视线路 微波传送塔
地面微波接力
? 在物理线路昂贵或地理条件不允许的情况下适用；
? 通过地球表面的大气传播，易受到建筑物或天气的
影响；
? 两个地面站之间传送，距离为 50 -100 km；
微波接力的特点
? 微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道
的容量很大。
? 微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。
? 与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建
设投资少，见效快。
? 微波接力通信也存在如下的一些缺点：
? 相邻站之间必须直视，不能有障碍物（, 视距通信, ）。有时一个
天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因
而造成失真。
? 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。
? 与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。
? 对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。
地球
地面站 地面站
卫星通信
? 优点：
? 通信距离远，在电波覆盖
范围内，任何一处都可以
通信，且通信费用与通信
距离无关。
? 受陆地灾害影响小，可靠
性高；
? 易于实现广播通信和多址
通信；
? 缺点：
? 通信费用高，延时较大；
? 10GHZ以上雨衰较大；
? 易受太阳噪声的干扰；
? C波段 4/6 GHz
? 上行 5.925～ 6.425 GHz
? 下行 3.7～ 4.2 GHz
? KU波段 11/14 GHz
? 上行 14～ 14.5 GHz
? 下行 11.7～ 12.2 GHz
35,860
公里
地球
地球同步卫星
? 从技术角度上讲，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距离地
放置三颗相隔 120度的卫星，就能基本上实现全球的通信。
? 为了避免产生干扰，卫星之间的相隔不能小于 2度，因此，整个
赤道上空只能放置 180个同步卫星。一个典型的卫星通常拥有
12～ 20个转发器。每个转发器的频带宽度为 36或 72MHz。
红外线和毫米波
? 光波传输
? 应用：在短距离内连接两个通信设备；
? 缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响；
? 特点：
? 用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控；
? 缺点：
? 不能穿透固体；
