第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識

1、第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識第第2 2章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識1第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.1 2.1 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)1.幾個術(shù)語的解釋1)數(shù)據(jù)定義為有意義的實體。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù) 據(jù)。模擬數(shù)據(jù)是在某區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是 離散的值。2)信號是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。信號可分為模擬信號和數(shù)字 信號。模擬信號是隨時間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁 波；數(shù)字信號則是一系列離散的電脈沖?？蛇x擇適當(dāng)?shù)?參量來表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。3)信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。4)信源通信過程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或計算機(jī)。5)信宿通信過程中接收和處

2、理信息的設(shè)備或計算機(jī)。6)信道信源和信宿之間的通信線路。 2.1.1 模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信 2第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.模擬信號和數(shù)字信號的表示2.1.1 模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信 模擬信號和數(shù)字信號可通過參量(幅度)來表示 3第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識3.模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的表示 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號或數(shù)字信號來表示，因而無論信源產(chǎn)生的是模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在傳輸過程中都可以用適合于信道傳輸?shù)哪撤N信號形式來傳輸。 2.1.1 模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信 4第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.1.1 模擬數(shù)據(jù)通信

3、和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信 4.數(shù)據(jù)通信的長距離傳輸及信號衰減的克服 5第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.1.2 數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo) 數(shù)據(jù)傳輸速率 1)數(shù)據(jù)傳輸速率-每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單位為位/秒，記作bps或b/s。 計算公式: S=1/T*log2N(bps). 式中 T為一個數(shù)字脈沖信號的寬度(全寬碼)或重復(fù)周期(歸零碼)單 位為秒；N為一個碼元所取的離散值個數(shù)。2)信號傳輸速率-單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為波特， 記作Baud。 計算公式: B=1/T (Baud) . 式中 T為信號碼元的寬度，單位為秒號傳輸速率,也稱碼元速率、調(diào)制速率或波特率。由、式得：

4、 S=B*log2N(bps).B=S/log2N(Baud) .6第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識信道容量 信道容量表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位：位/秒(bps)。 誤碼率 它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)。在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于10-6，若誤碼率達(dá)不到這個指標(biāo)，可通過差錯控制方法檢錯和糾錯。誤碼率公式：Pe=Ne/N 式中 Ne為其中出錯的位數(shù)N 為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總數(shù)7第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.1.3 2.1.3 通信方式通信方式1.并行通信方式 并行傳輸時，可以一次同時傳輸若干比特的數(shù)據(jù)，從發(fā)送端到接收端的信道需

5、要用相應(yīng)的若干根傳輸線。并行數(shù)據(jù)傳輸并行數(shù)據(jù)傳輸2.串行通信方式 串行傳輸是一位一位地傳送，從發(fā)送端到接收端只要一根傳輸線即可，因此，可以節(jié)省設(shè)備，在實際采用的串行傳輸時，發(fā)送端需要使用并/串轉(zhuǎn)換裝置，將計算機(jī)輸出的并行數(shù)據(jù)位流變?yōu)榇袛?shù)據(jù)位流。在接收端，則需要通過串/并轉(zhuǎn)換裝置，還原成并行數(shù)據(jù)位流。串行數(shù)據(jù)傳輸串行數(shù)據(jù)傳輸 8第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識3.串行通信的方向性結(jié)構(gòu) 串行數(shù)據(jù)通信的方向性結(jié)構(gòu)有三種，即單工、半雙工和全雙工。 單工數(shù)據(jù)傳輸只支持?jǐn)?shù)據(jù)在一個方向上傳輸； 半雙工數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但是，在某一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，它實際上是一

6、種切換方向的單工通信； 全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，因此，全雙工通信是兩個單工通信方式的結(jié)合，它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨立的接收和發(fā)送能力。 9第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2 2.2 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù)就是把許多個單個信號在一個信道上同時傳輸?shù)募夹g(shù)。頻分多路復(fù)用FDM和時分多路復(fù)用TDM是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。10第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識1.頻分多路復(fù)用 FDM技術(shù) 在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道，每個子信道傳輸

7、一路信號，這就是步分多路復(fù)用。11第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 多路原始信號在步分復(fù)用前，先要通過頻譜搬移技術(shù)將各路信號的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上，使各信號的帶寬不相互重疊，然后用不同的頻率調(diào)制每一個信號，每個信號要一個樣以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止互相干擾，使用保護(hù)帶來隔離每一個通道。 1.頻分多路復(fù)用 FDM技術(shù)12第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.時分多路復(fù)用 TDM技術(shù) 若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率，可采用時分多路復(fù)用 TDMTDM技術(shù)，即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。

8、每一時間片由復(fù)用的一個信號占用，這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。 13第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4 用戶例如:電路交換: FDMA和TDMA的比較14第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.3 2.3 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸，按數(shù)據(jù)傳送技術(shù)劃分，交換網(wǎng)絡(luò)又可分為電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。 15第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.3.1 電路交換的工作原理1.電路交換的三個過程 電路交換具有嚴(yán)格的三

9、個階段：呼叫建立、傳送信息、呼叫拆除。電路交換是固定分配帶寬，連接建立后，即使無信息傳送也虛占電路，電路利用率低；要預(yù)先建立連接，有一定的連接建立時延，通路建立后可實時傳送信息，傳輸時延一般可以不計；無差錯控制措施，對于數(shù)據(jù)交換的可靠性沒有分組交換高；電路交換適合于電話交換、文件傳送、高速傳真，不適合突發(fā)(burst)業(yè)務(wù)和對差錯敏感的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。 16第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.3.1 2.3.1 電路交換的工作原理電路交換的工作原理優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù) 據(jù)不會丟失且保持原來的 序列。缺點：在某些情況下，電路空閑時的信道容易 被浪費：在短時間數(shù)據(jù)傳輸時電路建立 和

10、拆除所用的時間得不償失。因此，它 適用于 系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù) 傳輸?shù)那闆r特點：在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先 設(shè)置一條專用的通路。在線 路釋放之前，該通路由一對 用戶完全占用。對于猝發(fā)式 的通信，電路交換效率不高 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理協(xié)議協(xié)議管理協(xié)議協(xié)議17第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 2.3.2 2.3.2 報文交換的工作原理報文交換的工作原理 1.報文交換原理 報文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報文，報文就是站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長度不限且可變。當(dāng)一個站要發(fā)送報文時，它將一個目的地址附加到報文上，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)報文上的目的地址信息，把報文發(fā)送到下一個節(jié)點，一直逐個節(jié)點地轉(zhuǎn)

11、送到目的節(jié)點。每個節(jié)點在收到整個報文并檢查無誤后，就暫存這個報文，然后利用路由信息找出下一個節(jié)點的地址，再把整個報文傳送給下一個節(jié)點。因此，端與端之間無需先通過呼叫建立連接。 18第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.3.2 報文交換的工作原理 2.報文交換的特點1)報文從源點傳送到目的地采用“存儲-轉(zhuǎn)發(fā)”方式，在傳送報文時，一個時刻 僅占用一段通道。2)在交換節(jié)點中需要緩沖存儲，報文需要排隊，故報文交換不能滿足實時通 信的要求。3.報文交換的優(yōu)點1)電路利用率高。由于許多報文可以分時共享兩個節(jié)點之間的通道，所以對 于同樣的通信量來說，對電路的傳輸能力要求較低。2)在電路交換網(wǎng)絡(luò)上

12、，當(dāng)通信量變得很大很大時，就不能接受新的呼叫。而 在報文交換網(wǎng)絡(luò)上，通信量大時仍然可以接收報文，不過傳送延遲會增加。3)報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點。4)報文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。4.報文交換的缺點 1)不能滿足實時或交互式的通信要求，報文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲時間長且不定。2)有時節(jié)點收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時，就不得不丟棄報文，而且發(fā)出的報文不按順序到達(dá)目的地。19第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.3.3 2.3.3 分組交換的工作原理分組交換的工作原理 分組交換是報文交換的一種改進(jìn)，它將報文分成若干個分組，每

13、個分組的長度有一個上限，有限長度的分組使得每個節(jié)點所需的存儲能力降低了，分組可以存儲到內(nèi)存中，提高了交換速度。它適用于交互式通信，如終端與主機(jī)通信。分組交換有虛電路分組交換和數(shù)據(jù)報分組交換兩種。它是計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。 ABC10 Mb/s以太網(wǎng)1.5 Mb/s45 Mb/sDE統(tǒng)計多路等待輸出鏈路的分組隊列20第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識其他交換技術(shù) 1.虛電路分組交換原理與特點 在虛電路分組交換中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點和目的節(jié)點之間要先建一條邏輯通路。每個分組除了包含數(shù)據(jù)之外還包含一個虛電路標(biāo)識符。在預(yù)先建好的路徑上的每個節(jié)點都知道把這些分組引

14、導(dǎo)到哪里去，不再需要路由選擇判定。最后，由某一個站用清除請求分組來結(jié)束這次連接。它之所以是“虛”的，是因為這條電路不是專用的。虛電路分組交換的主要特點是：在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過虛呼叫設(shè)置一條虛電路。但并不像電路交換那樣有一條專用通路，分組在每個節(jié)點上仍然需要緩沖，并在線路上進(jìn)行排隊等待輸出。2.數(shù)據(jù)報分組交換原理與特點在數(shù)據(jù)報分組交換中，每個分組的傳送是被單獨處理的。每個分組稱為一個數(shù)據(jù)報，每個數(shù)據(jù)報自身攜帶足夠的地址信息。一個節(jié)點收到一個數(shù)據(jù)報后，根據(jù)數(shù)據(jù)報中的地址信息和節(jié)點所儲存的路由信息，找出一個合適的出路，把數(shù)據(jù)報原樣地發(fā)送到下一節(jié)點。由于各數(shù)據(jù)報所走的路徑不一定相同，因此不能保證各個

15、數(shù)據(jù)報按順序到達(dá)目的地，有的數(shù)據(jù)報甚至?xí)型緛G失。整個過程中，沒有虛電路建立，但要為每個數(shù)據(jù)報做路由選擇。21第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.4 2.4 傳輸媒體傳輸媒體 傳輸媒體是通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方之間的物理通路，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸媒體分有線和無線兩大類。傳輸媒體的特性對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量有很大影響，這些特征是： 物理特性：說明傳輸媒體的特性。傳輸特性：包括是使用模擬信號發(fā)送還是使用數(shù)字信號發(fā)送、調(diào)制技術(shù)、傳輸容量及傳輸頻率范圍。連通性：采用點到點連接還是多點連接。地理范圍：在不用中間設(shè)備并將失真限制在允許范圍內(nèi)的情況下，整個網(wǎng)絡(luò)所允許的最大距離?？垢蓴_性：防止噪

16、音、電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力。相對價格：包括元件、安裝和維護(hù)等價格。22第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識1.有線傳輸媒體 1)雙絞線(TP)-由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導(dǎo)線組成。雙絞線一般分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線(STP)。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最常用的是第三類和第五類非屏蔽雙絞線。物理特性：銅質(zhì)線芯，傳導(dǎo)性能良好。傳輸特性：可用于傳輸模擬信號和數(shù)字信號，對于模擬信號，約5-6公里需要一個放大器；對于數(shù)字信號，約2-3公里需要一個中繼器。雙絞線的帶寬達(dá)268kHz。 連通性：可用于點到點連接或多點連接。地理范圍：對于局域網(wǎng)，速率100Kbps,可傳輸1公里；速率10Mbp

17、s-100Mbps,可傳輸100米?？垢蓴_性：低頻(10kHz以下)抗干擾性能強(qiáng)于同軸電纜，高頻(10-100kHz)抗干擾性能弱于同軸電纜。相對價格：比同軸電纜和光纖便宜得多。23第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 2)同軸電纜-由繞同一軸線的兩個導(dǎo)體所組成，被廣泛用于局域網(wǎng)中。為保持同軸電纜的正確電氣特性，電纜必須接 地，同時兩頭要有端接器來削弱信號反射作用。 24第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 物理特性：單根同軸電纜直徑約為1.02-2.54cm，可在較寬頻范圍工作。傳輸特性：基帶同軸電纜僅用于數(shù)字傳輸，阻抗為50，并使用曼徹斯特編碼，數(shù)據(jù)傳輸速率最高可達(dá)10

18、Mbps。寬帶同軸電纜可用于模擬信號和數(shù)字信號傳輸，阻抗為75，對于模擬信號，帶寬可達(dá)300-450MHz。在CATV電纜上，每個電視通道分配6MHz帶寬，而廣播通道的帶寬要窄得多，因此，在同軸電纜上使用頻分多路復(fù)用技術(shù)可以支持大量的視、音頻通道?；鶐?0連通性：可用于點到點連接或多點連接。地理范圍：基帶同軸電纜的最大距離限制在幾公里；寬帶電纜的最大距離可以達(dá)幾十公里?？垢蓴_性：能力比雙絞線強(qiáng)。相對價格：比同軸電纜貴，比光纖便宜。25第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 3)光纖-光纖具有寬帶、數(shù)據(jù)傳輸率高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點。按使用的波長區(qū)的不同分為單模和多模光纖通信方式。 26第第2 2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識 物理特性：在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖(一來一去)組成傳輸系統(tǒng)。按波長范圍可分為三種：0.85um波長(0.8-0.9um)、1.3um波長(1.25-1.35um)和1.55um波長區(qū)(1.53-1.58um)。不同的波長范圍光纖損耗特性也不同，其中0.85um波長區(qū)為多模光纖通信方式，1.55um波長區(qū)為單模光纖通信方式，1.3um波長區(qū)有多模和單模兩種方式。傳輸特性：光纖通過內(nèi)部的全反射來傳輸一束經(jīng)過編碼的光信號，內(nèi)部的全反射可以在任何折射指數(shù)高于包層媒體折射指數(shù)的透明媒體中進(jìn)行。實際上光纖作為頻率范圍從1