第2章数据通信.docx

1、第2章 数据通信第2章 数据通信电子教案基本概念教学目标1. 掌握数据通信的基本概念，理解数字数据和模拟数据的区别； 2. 掌握模拟数据通信系统和数字通信系统的模型及其主要区别；3. 理解、掌握数字通信系统的主要技术参数。教学重点数据通信的基本概念教学难点模拟数据与数字数据通信系统的区别教学课时讲授2课时教学设想计算机网络技术是现代通信技术与计算机技术结合的产物，要掌握计算机网络知识，必须要对数据通信知识有所了解。本节介绍了数据通信的基本概念，这些概念比较抽象，学生在理解上会存在一些困难，数据与信息、信号与信道以及数字数据与模拟数据可以利用日常生活中的一些例子做类比，以方便学生的理解；模拟通信

2、系统模型可以结合拨号上网的情况加以说明，数字通信系统模型可以结合数字电视系统加上说明，并强调其优越性，结合本地的数字通信技术发展情况，展望本地数字通信的未来，加强对学生的爱国主义教育。教学过程一、引入数据通信作为一门独立的学科，涉及多方面内容，计算机网络技术与之有着一定的联系。通过第一章的学习，我们对计算机网络有了一定的认识，在日常的生活中，我们已经体会到了因特网的的普及给我们带来的方便，但网络的数据是怎样传输的呢？网络中的数据是以怎样的形式进行传输的呢？与我们平常使用的电话、手机中数据的传输是一回事吗？要了解这些知识，我们需要对数据通信的相关知识有一定的了解。二、新授课数据通信的基本概念（板

3、书）1. 数据与信息（板书）数据是包含有一定内容的物理符号，是传送信息的载体。信息是指数据在传输过程中的表示形式或向人们提供关于现实世界事实的知识，它不随载荷符号的形式不同而改变。（板书）数据是信息传送的形式，信息是数据表达的内涵。2.信号与信道（板书）信号是数据的电编码、电磁编码或其它编码。信号可以分为模拟信号和数字信号。信道是信号传输的通道，包括通信设备和传输媒体。信道按传输信号的形式可以分为模拟信道和数字信道。模拟信道用于传输模拟信号，数字信道用于传输数字信号。3.数字数据与模拟数据（板书）模拟数据是指在某个区间产生的连续值，如：声音、视频、温度、压力。数字数据是有限个离散值，如字符串、

4、整数数列。模拟信号是在一定范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号，它可以不同频率在介质上传输。数字信号是一种离散的脉冲序列，它的取值是有限个数，它以恒定的正电压/负电压或正电压/0电压，表示“1”、“0”，可以用不同的位速率在介质上传输。4.数据通信模型（板书）通信系统的基本作用是在发送方(信源)和接收方(信宿)之间传递和交换信息。根据通信系统是利用模拟信号还是数字信号来传递消息，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统利用模拟信号来传递信息，如现在广泛使用的电话、广播和电视。系统一般由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。（板书）如下图所示人们日常使用的拨

5、号上网就是一个模拟通信系统的实例，发送端工作站发送的数据经调制解调器转换为模拟信号后，送到公共电话网上传输，到接收端经调制解调器变换为数字信号后，与服务器通信。数字通信系统利用数字信号来传递信息，如计算机通信，数字电话、数字电视等。数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器以及发送端和接收端时钟同步组成。（板书）如下图所示主要特点：数字通信抗干扰能力强，可以实现信号的差错控制，传输质量高，通过对信号加密和防火墙技术可以实现保密通信，但数字通信所占的信道带宽远远大于模拟信道。5. 数据通信系统的主要技术指标（板书）带宽 信号在通信线路上传输时最高频率

6、与最低频率之差叫信号的频带宽度，简称带宽或称为通频带。数字信号带宽与脉冲宽度成反比。信道容量 即单位时间内最大可传输信息的位数，是信道传输信息的最大能力的指标。无噪声理想信道容量与信道的带宽的关系如下： C=2H log2N其中：C为信道容量，H为信道带宽(信道能够传输信号的最大频率范围)，N为传输时为一个码元所取的离散值个数。本公式也称为奈奎斯特公式或无噪信道传输能力公式。对有噪声的实际信道，其关系如下： C=H log2 (1+S/N)其中：S/N为接收端的信噪比。本公式也称为香农公式。位速率 位速率也称信号速率，常用S表示，位速率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效

7、位数来表示，其单位为位每秒(bps)。波特率 波特率也称调制速率，也称码元速率。位速率和波特率之间有如下关系：S=B log2N 其中N是一个脉冲信号所表示的有效状态，在二进制方式中，N=2，故S=B。即数据传输速率和调制速率相等。误码率 误码率指信息传输的错误率，是衡量传输系统可靠性的指标。误码率以在接收的码元中的错误码元占总传输码元的比例来衡量，通常应低于10-6。三、课堂练习1. 请举例说明数据与信息的区别2. 举例说明模拟数据与数字数据3. 请用拨号上网说明模拟通信系统模型4. 数据通信系统主要技术指标有哪些？四、课堂总结（学生与老师共同完成）1. 数据与信息、信号与信道（请学生用自己

8、的理解进行描述）2. 数字数据与模拟数据3. 数据通信模型4. 数据通信系统的主要技术指标五、作业本章练习1（1）（2）六、教后记数据传输一教学目标1.了解数据传输及数据传输的相关概念；2.掌握基带传输和宽带传输的相关知识；3.掌握串行传输和并行传输的相关知识。教学重点串行传输和并行传输的相关知识教学难点基带传输和宽带传输教学课时讲授2课时教学设想数据传输是数据通信的基础，本次课主要介绍数据传输的过程、基带传输与宽带传输技术和串行传输与并行传输技术。在数据传输过程的教学中，重点介绍清楚数据传输几个概念，数据传输过程可以以人们捎口信做类比进行教学；基带传输与宽带传输要讲清楚两者的区别，以及宽带与

9、平时所说宽带的区别，以免引起学生的误解；串行通信与并行通信可以用列队做类比进行教学以帮助学生理解。教学过程一、引入在数据通信系统中，通信信道为数据的传输提供了各种不同的通路，对应于不同类型的信道，数据传输可以采用不同的方式。今天我们来学习数据传输的相关内容。二、新授课数据传输（板书）1.数据传输的过程（板书）两台计算机之间的数据传输首先需要将信息用二进制代码来表示，其次还要将二进制代码以一定的信号形式(如电压、电流、脉冲等)来表示，然后将信号经由信道进行传输，到达接收方后，再根据这些信号恢复为代码，从而得到发送端的信息。数据传输的相关概念：（本行以下板书）模拟通信：模拟信号通过模拟信道进行传输

10、。数字通信：模拟信号通过数字信道进行传输。数据通信：是专指信源和信宿中数据的形式是数字的，而不论是通过数字信道传输还是模拟信道传输。数字传输的优点： 抗干扰能力强 适合远距离传输 安全保密性好 适合多媒体信息传输2. 基带传输和宽带传输（板书）数据传输方式依其数据在传输线上原样不变地传输还是调制变样后再传输，可以分为基带传输和宽带传输两大类。 基带信号与基带传输二进制数字脉冲信号称为基带信号基带传输是将数据直接转换为脉冲信号加到电缆上进行传送的数据传输方式。 宽带信号与宽带传输宽带信号是将多组基带信号分别调制不同频率的载波，并由这些载波分别占用不同频段的调制载波组成。宽带传输是将数据加载到载波

11、信号上进行传送的数据传输方式。基带传输和宽带传输最重要的区别在于：基带传输采用的是“直接控制信号状态”的传输方式，而宽带传输采用的是“控制载波信号状态”的传输技术。3.并行传输和串行传输（板书）依据传输线数目的多少，可以将数据传输方式分为：并行传输和串行传输。并行传输用于短距离、高速率的通信，串行传输用于长距离、低速率的通信。 并行传输并行传输是指数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输，数据由多条数据线同时传送与接收，每个比特使用单独的一条线路。并行传输的优点在于传送速率高，发收双方间不存在字符同步的问题，缺点是需要多个并行信道，增加了设备的成本，而且并行线路的电平相互干扰也会影响传输质量，

12、不适合做较长距离的通信，主要用于计算机内部或同一系统设备间的通信。常见的并行传输如计算机与打印机之间的数据传输。如下图所示 串行传输串行传输就是将比特流逐位在一条信道上传送。需要解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题。相对于并行传输，串行传输的效率低，传输速率慢，但由于只有一条信道，减少了设备的成本，且易于实现与维护。计算机与Modem之间的通信就是串行传输。如下图所示三、课堂总结（学生与老师共同完成）1.数据传输过程（请学生用自己的理解进行描述）2.基带信号与基带传输3.并行传输与串行传输（请学生用自己的理解进行描述）四、课堂练习1.用自己的语言描述数据传输的过程2.数字传输具有的优点是什

13、么？3.基带传输与宽带传输的区别是什么？4.并行传输和串行传输主要用于什么地方？五、作业本章练习：1六、教后记数据通信二教学目标1.掌握单工、半双工和全双工通信的基本原理、特点及主要区别；2.掌握异步传输和同步传输的基本工作原理；3.理解多路复用技术的基本工作原理。教学重点单工、半双工和全双工通信的基本原理教学难点多路复用技术教学课时讲授2课时教学设想单工通信、半双工通信和全双工通信的教学内容比较容易理解，教师在教学中还可以使用实际生活中的一些实例加以讲解，单工通信可以用日常生活中的寻呼系统用为实例进行讲解，半双工通信可以使用对讲机的使用情况进行讲解，全双工通信可以用移动电话系统进行类比讲解；

14、异步传输和同步传输是解决数据传输的同步问题，这种方式主要在传输数据格式上有所差异，在教学中重点讲清楚数据格式的差异；多路复用技术是将同一传输信道采用相应的技术进行分隔传输数据的技术，在教学中可以使用类比的方法进行教学。教学过程一、引入随着科学技术的发展，现在通讯技术越来越发达，十年前的寻呼机现在已经难觅踪迹了，手机的使用越来越普及，大家来想一想，手机、寻呼机以及现在一些小区保安使用的对讲机等在使用中的区别是什么？二、新授课数据通信（板书）1.单工、半双工和全双工通信（板书）在串行通信中，根据数据流的方向可以将通信分为单工、半双工和全双工通信3种方式。 单工通信单工通信是指在两个通信设备间，信息

15、只能沿着一个方向被传输。采用单工通信时，在通信设备双方中，一方为发送设备，另一方为接收设备。广播和电视节目的传送以及寻呼系统都属于单工通信的例子。 半双工通信半双工通信是指两个通信设备间的信息交换可以双向进行，但不能同时进行。也就是说，在同一时间内仅能使信息在一个方向上传输。半双工通信设备的两端要求既要有发送设备，又要有接收设备，因此该方式需要具有信道转换能力，通常用软件控制换向，换向过程中存在换向的延时时间，也可以采用人工操作机械开关的方法进行控制。其典型的例子是对讲机或计算机与终端的通信。 全双工通信全双工通信是指两个通信设备间可以同时进行两个方向上的信息传输。两个通信应同时具有发射和接收

16、的功能，与通信站相接的传输设备和传输控制协议必须提供全双工的工作方式，同是还应对缓存器作特殊的考虑，如想进行同时读写就要求缓存中也能同时释放和分配存储器等。我们平时使用的手机类似于全双工通信2.异步传输和同步传输（板书） 异步传输异步传输方式又称为起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以为任意。数据格式如下图所示：一般“起”信号的长度规定为1个码元宽度，极性为“0”，即用空号(space)代表，“止”信号可以为1、1.5或2个码元的宽度，其长度的选取与所采用的传输代码类型有关。在异步传输方式中字符可以被单独发送或连续发送，字符与字符的间隔期间可以连续发送“1”状态，

17、当不传字符时，不要求收发时钟同步，仅在传输字符时，收发时钟才需要在字符的每一位上同步。异步传输方式的优点是每一个字符本身就包括了本字符的同步信息，不需要在线路两端设置专门的同步设备。其缺点是每发一个字符就要添加一对起止信号，线路的开销增加，传输效率低。异步传输方式常用于1200bps的低速率数据传输中，目前仍在广泛使用。 同步传输同步传输方式是以固定的时钟节拍来连续串行发送数字信号的一种方法。其数据格式如下图所示：同步传输方式中，要求收发两端的时钟都必须在每个比特上保持一致。在同步传输中，数据的发送一般以帧为单位。传送时在每个帧的帧首加两个或两个以上同步字符Sync，帧内每个字符前后不附加起止

18、位。同步字符Sync是一个独特的比特组合，用于通知接收方一个帧已经到达。Sync类似于异步传输中的起始位，但它除了具有起始位的功能外，还能确保接收方的采样速度和比特的到达速度保持一致，收、发方一般采用同一同步时钟。实现同步传输方式的收发时钟同步方法有两种：外同步法和自同步法。同步传输方式具有较高的效率，常用于大于2400bps的速率的传输。3. 多路复用技术（板书）多路复用技术是使多路数据信号共同使用一条线路进行传输的技术。多路复用通常有：频分多路复用技术、时分多路利用技术和波分复用技术。 频分多路复用技术频分多路复用将信道的可用带宽划分为若干个小频带，每个小频带传送一路信号，形成一个子信道。

19、频分多路复用常用于模拟信号的传输，如收音机、电视机等，FDM也用于宽带网络。载波电话通信系统是频分多路复用的典型例子。 时分多路复用技术时分多路复用技术是将通信信道传输数据的时间划分为若干个时间段，每一路信号占用一个时间段，在其占用的一段时间内，信号独自使用信道的全部带宽。时分多路复用通常用于数字数据的传送，也可用于模拟信号的传送。时分多路复用在任一时刻，只传送一种信号，多路信号分时地在信道中传送，而频分多路复用是在任一时刻，同时传送多路信号，各路信号占用的频带不同。 波分复用技术波分复用是把光波波长分割复用，在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。基本原理是在发送端将不同的光信号组合起来

20、，也即是复用过程；耦合到光线线路上用一根光纤进行传输，在接收端又将组合波长的光信号区分开来，即完成解复用过程，再通过进一步处理恢复出原信号后送入不同的终端。三、课堂总结（学生与老师共同完成）1.单工通信、半双工通信和全双工通信2.异步传输和同步传输3.多路复用技术四、课堂练习1.举例说明单工通信、半双工通信和全双工通信2.异步传输和同步传输数据格式上的主要区别是什么？3.简述3种复用技术的主要工作原理五、作业本章练习：1、2、3六、教后记数据交换教学目标1. 掌握电路交换的工作原理、工作特点及适用网络类型2. 掌握报文交换的工作原理、工作特点及适用网络类型3. 掌握分组交换的工作原理、工作特点

21、及适用网络类型教学重点三种数据交换方式的工作原理及工作特点教学难点工作原理的理解教学课时讲授2课时教学设想计算机网络中常用的数据交换技术主要是电路交换、报文交换和分组交换三种。电路交换的原理类似于传统的电话系统，在教学中可以采用类比的方法进行教学有利于学生对电路交换的理解；报文交换的原理类似于平时的邮政系统，与人们邮寄信件的过程非常相似，教学中可以以人们邮寄信件来辅助报文交换的理解；分组交换的方式有两种情况：虚电路和数据报。教学中要分析清楚两种情况的区别。教学过程一、引入数据通信时，需要通信的两个设备通过传输介质直接连接在一起一般是不现实的，也是不方便的，一般是通过有中间节点的网络来把数据从源

22、设备发送到目标设备，这些中间节点不关心数据的内容，只提供一个交换设备，用这个交换设备把数据从一个节点传到另一个节点直至目的地。这些交换设备是采用什么技术进行数据交换的呢？二、新授课数据交换（板书）1.电路交换（板书） 电路交换的原理电路交换过程主要有三个阶段：电路建立、数据传输和电路拆除。 电路建立在传输数据之前，先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。 数据传输电路建立以后，数据就可以从源站发送往目的站，电路连接是全双工的，数据可以在两个方向传输。在整个数据传输过程中，所建立的连接必须始终保持连接状态。 电路拆除数据传输结束后，由某一方发出拆除请求，然后逐节拆除到对方的节点链路，将电路的使用权交

23、还给网络，以供其他用户使用。电路交换属于电路资源预分配系统，即每次通信时，通信双方都要连接电路，且在一次连接中，电路被预分配给一对固定用户。不管该电路上是否有数据传输，其他用户都不能使用该电路直至通信双方要求拆除此电路为止。 电路交换的特点电路交换方式的特征是在整个连接路径中均采用物理连接，具有以下的一些优点：信息传输时延小；电路是透明的；信息传送的吞吐量大。采用电路交换方式传送数据的缺点：所占用的带宽是固定的，造成网络资源的利用率较低；由于通信的传输通路是专用的，采用电路交换方式进行数据通信的效率较低；通信双方在信息传输速率、编码格式、同步方式、通信规程等要完全兼容，不同速率和不同通信协议之

24、间的用户不能通信。 适用范围电路交换方式进行数据通信，可以用于公用交换网，即电话网，以及专线方式，如数字数据网DDN。电路交换适用于信息量大的场合。2.报文交换（板书）报文交换也称为包交换，它将用户的一个报文分成若干个报文组，以报文组为单位采用“存储-转发”交换方式进行通信。（板书） 报文交换的工作原理报文交换采用存储-转发原理，即交换机把来自用户的报文先暂时存在节点机内排队等候，网络上链路空闲时就转发出去至下一节点，报文在下一节点再存贮-转发，直到到达目的节点。信息是以报文为单位传输的，网络节点具有信息处理、存储和路由选择的功能。 报文交换的特点报文交换的优点是：报文交换过程没有电路接续，可

25、以采用多路复用，提高线路的利用率；用户不需要叫通对方就可以发送报文；容易实现不同类型的终端之间的通信。报文交换的缺点是：数据时延较大，不利于实时通信；要求交换机有高速处理能力及大的存储容量，增加了设备的开支。3.分组交换（板书）分组交换采用了“存储转发”的方式，同时把报文分割成若干较短的按一定格式组成的分组进行交换和传输。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种，是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。 虚电路分组交换虚电路分组交换在传送数据前必须在发送端和接收端之间建立一条逻辑连接，数据按照事先建好的路径顺序传输。传送数据量较大时，通常采用虚电路方式。数据报分组交换数据报分组中每个分组的

26、大小有严格的限制，每个数据报自身携带足够的地址信息。各数据报所走的路径不一定相同，各个数据报到达目的地的顺序可能不同，有的数据报会丢失。 分组交换的特点分组交换采用“存储-转发”方式，不独占信道；信息传输时延较小；为不同通信规程的数据终端间能相互通信提供了会话环境；可靠性高。分组交换的技术实现复杂，软件及硬件结构都较为复杂；网络附加的信息较多。分组交换主要应用于计算机终端连网。三、课堂总结（学生与老师共同完成）电路交换在数据传输之前必须先设置一条完全的通路，在线路拆除之前，该通路由一对用户完全占用，线路利用率不高。对于较轻和间接式负载，可以通过电话拨号来使用公用电话系统线路，对于很重和持续的负

27、载，可以使用租用的电路交换线。报文交换的报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队，不适合于交互式通信，不能满足实时通信的要求。分组交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。分组交换技术是在数据网中最广泛使用的一种交换技术，线路利用率高，适用于交换中等数据或将数据交换到大容量设备的情况。四、课堂练习1. 简要叙述电路交换的过程。2. 报文交换的特点是什么？3. 分组交换有几种技术，简要叙述其特点。五、作业本章练习：1，2，3 六、教后记差错控制教学目标1. 理解差错控制的机制； 2. 掌握差错控制的方法及各方法的基本工作原理；3. 理解循环冗余码的构成。教

28、学重点差错控制的方法教学难点循环冗余码教学课时讲授2课时教学设想在计算机进行数据通信时，在实际的数据传输过程中不可避免地会出现差错，需要在数据传输中引入差错控制技术。在教学中，要使学生理解为什么要进行差错控制、为什么会出现差错、差错控制的常用方法是什么。检错反馈重发、前向纠错两种差错控制方法的主要区别是什么、主要应用于什么场合都需要作为重点内容进行讲解；常用的检纠错码的内容对于中职生来说可能在理解上有些困难，只需要对其有所了解就可以了。教学过程一、引入我们经常在电视上看到这样一种游戏，甲对乙作某种动作，乙模仿甲的动作再向丙演示，丙再向丁演示，这样，最后一个人演示的动作与甲的动作有了很大的区别。

29、这说明在动作传输过程中，出现了差错。数据通信也有这种出现，在计算机间进行数据通信时，如果一组数据产生错误，在接收端就会出现错误的解释，得不到正确的结果。在数据通信过程中，如果差错控制在一定的范围内，对接收方影响还不大，如果差错太多，就影响数据的正确传输了，需要采取必要的手段对差错进行控制。二、新授课差错控制（板书）1.差错控制机制（板书） 差错与差错控制差错也称为传输差错，是指数据在传输过程中，由于外界因素或线路本身的电器特性，使接收端接收到的数据与发送的数据不一致。差错控制是指在数据传输过程中，使用必要的技术或方法，发现或纠正数据传输中的差错，把差错限制在尽可能小的范围内的控制技术。 噪声种

30、类传输差错是一般是由噪声引起的，噪声主要有两类：一类是热噪声，是电子在传输介质导体中作高速杂乱运行，产生的一种宽频背景噪声，是随机的噪声；另一类冲击噪声，是由外界电磁干扰引起的，冲击噪声比热噪声幅度大，是引起传输差错的主要原因。 差错控制方法检错法，是在要发送的数据块上附加冗余位，使接收方知道有差错发生，但不知道是什么样的差错，然后向发送方请求重传，常用的是奇偶校验码和CRC循环冗余校验码；纠错法，是在要发送的数据块上附加足够的冗余信息，使接收方能够推导出已发出的数据应该是什么，常用的是海明校验码。2.差错控制基本方式（本行及下一行板书）差错控制基本方式主要有检错反馈重发、前向纠错和混合纠错三

31、种。 检错反馈重发 检错反馈重发又称为自动请求重发，简称ARQ。工作原理：发送端对所发送的序列进行差错控制编码，接收端根据检验序列的编码规则判决有无误码，若发现有误码，则利用反向信道要求发端重发有错的信息，直至接收端检测认为无误为止，从而达到纠正差错的目的。可以工作于半双工链路和全双工链路上。工作于半双工链路上的又叫停等式ARQ，发送端在发完一组信息后就停下来等待接收端由反馈信道送回的判决信号。如果送回的是“否认”(NAK)或收到的是“否认”信号，在计时器停止计时前则需重发该组信号。如收到“肯定”信号，则继续发送下一组。这种方式常用于面向字符的传输控制协议中。工作于全双工链路上的ARQ，信息组和判决信号均被编号，发送端可连续发送信息，同时检测接收端送回的判决信号，并依据接收端的要求重发全部或选择重发部分信息，