ffw數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識第02章課件

1、第2章 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 數(shù)據(jù)編碼技術(shù)； 多路復(fù)用技術(shù)； 差錯(cuò)控制技術(shù)； 數(shù)據(jù)交換技術(shù)； 數(shù)據(jù)交換技術(shù)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第1頁，共43頁。2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念 信息是指有用的知識或消息，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信的目的就是為了交換信息。而數(shù)據(jù)則是是運(yùn)送信息的實(shí)體，是信息的表達(dá)方式，可以是數(shù)字、文字、聲音、圖形和圖像多種不同形式。 1信息、數(shù)據(jù)和信號 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第2頁，共43頁。2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念2模擬信號與數(shù)字信號1011000tf (t)f (t)t(a) 模擬信號(b) 數(shù)字信號 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第3頁，共43頁。2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念3數(shù)據(jù)通信發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)

2、據(jù)轉(zhuǎn)換成信號通過物理信道傳輸?shù)綌?shù)據(jù)接收方的過程稱為數(shù)據(jù)通信。信號可以是離散變化的數(shù)字信號，也可以是連續(xù)變化的模擬信號，所以數(shù)據(jù)通信被分為模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信。所謂模擬數(shù)據(jù)通信是指在模擬信道上以模擬信號形式來傳輸數(shù)據(jù)；而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信則是指利用數(shù)字信道以數(shù)字信號方式來傳輸數(shù)據(jù)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第4頁，共43頁。2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念4源點(diǎn)、終點(diǎn)和信道 在數(shù)據(jù)通信中，通常將數(shù)據(jù)的發(fā)送方稱為源點(diǎn)，而將數(shù)據(jù)的接收方稱為終點(diǎn)。 為了在源點(diǎn)和終點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，必須在源點(diǎn)和終點(diǎn)之間建立一條傳輸信號的物理通道，這條通道被稱為物理信道，簡稱信道。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第5頁，共43頁。2.2 數(shù)據(jù)通

3、信系統(tǒng)的模型輸出數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)發(fā)送器公用電話網(wǎng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號PC機(jī)PC機(jī)ModemModem源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源點(diǎn)傳輸系統(tǒng)器接收器終點(diǎn)發(fā)送的信號接收的信號輸入信息輸出信息 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第6頁，共43頁。2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼2.3.1 調(diào)制與編碼原理再發(fā)送端，需要將二進(jìn)制數(shù)據(jù)變換成能在電話線或其他傳輸線路上傳輸?shù)哪M信號，即所謂的調(diào)制而在接收端，則需要將收到的模擬信號重新還原成原來的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，即所謂的解調(diào)。編碼是將模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換成數(shù)字信號，以便通過數(shù)字傳輸介質(zhì)傳輸出去。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第7頁，共43頁。2.3.2 模擬數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制 2.3

4、數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 模擬數(shù)據(jù)經(jīng)由模擬信道傳輸時(shí)不需進(jìn)行變換，但考慮到傳輸?shù)膶?shí)際問題，模擬數(shù)據(jù)要在高頻下進(jìn)行調(diào)制。最常用的兩種調(diào)制技術(shù)是幅度調(diào)制（AM）頻率調(diào)制（FM） 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第8頁，共43頁。2.3.2 模擬數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制 2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 模擬數(shù)據(jù)經(jīng)由模擬信道傳輸時(shí)不需進(jìn)行變換，但考慮到傳輸?shù)膶?shí)際問題，模擬數(shù)據(jù)要在高頻下進(jìn)行調(diào)制。最常用的兩種調(diào)制技術(shù)是幅度調(diào)制（AM）頻率調(diào)制（FM） 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第9頁，共43頁。2.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 幅移鍵控法 頻移鍵控法 相移鍵控法 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第10頁，共43頁?；鶐鬏斝盘柗奇I控頻移鍵控相移鍵控

5、2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第11頁，共43頁。2.3.3 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 幅移鍵控法 頻移鍵控法 相移鍵控法 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第12頁，共43頁。2.3.4 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號調(diào)制2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼1. 單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼單極性碼判決門限采樣時(shí)間0 1 1 0 1 0 0 1判決門限采樣時(shí)間雙極性碼-0 1 1 0 1 0 0 1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第13頁，共43頁。2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼2. 單極性歸零碼和雙極性歸零碼0 1 1 0 1 0 0 1單極性歸零碼 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第14頁，共43頁。2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼雙極性歸零碼0 1 1

6、 0 1 0 0 1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第15頁，共43頁。2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼3. 曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼曼徹斯特碼0 11 01 00 1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第16頁，共43頁。2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼01010011差分曼徹斯特碼 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第17頁，共43頁。2.3.5 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號調(diào)制2.3 數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼 利用數(shù)字信號來對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼的最常見的例子是脈沖代碼調(diào)制（PCM, Pulse Code Modulation），它常用于對聲音信號進(jìn)行編碼。脈沖代碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)的. 脈沖代碼調(diào)制（PCM）有兩種體制：一種是北美的24路PCM，簡稱T1（1.544 Mbps）

7、；另一種是歐洲的30路PVM，簡稱E1（2.048 Mbps）。在我國采用E1標(biāo)準(zhǔn)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第18頁，共43頁。2.4 基帶傳輸和頻帶傳輸2.4.1 基帶傳輸 在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，通常用二進(jìn)制比特來表示各類數(shù)據(jù)。而脈沖信號是二進(jìn)制比特的典型表達(dá)方式，在脈沖信號的整個(gè)頻譜中，從零開始有一段能量相對集中的頻率范圍被稱為基本頻帶（Base Band），簡稱基頻或基帶，基頻等于脈沖信號的固有頻率。與基頻對應(yīng)的數(shù)字信號稱為基帶信號。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第19頁，共43頁。2.4 基帶傳輸和頻帶傳輸2.4.2 頻帶傳輸利用模擬信道傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方式稱為頻帶傳輸。頻帶傳輸?shù)年P(guān)鍵問題是如何將計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制

8、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為適合模擬信道傳輸?shù)哪M信號。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第20頁，共43頁。2.5 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo)2.5.1 模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo)1. 有效性 是用有效傳輸帶寬來度量，同樣的信息采用不同的調(diào)制方式，需不同的頻帶寬度。頻帶寬度越窄，有效性越好。2. 可靠性 是用接收端最終的輸出信噪比來度量，信噪比越大，通信質(zhì)量越高。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第21頁，共43頁。2.5 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo)2.5.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) 1. 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率有兩種度量單位：波特率和比特率。2. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量誤碼率（接收方出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)（位數(shù)）總的傳輸比特?cái)?shù)（位數(shù)）100% 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

9、第22頁，共43頁。2.5 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標(biāo)2.5.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標(biāo) 1. 數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率有兩種度量單位：波特率和比特率。2. 數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量誤碼率（接收方出現(xiàn)差錯(cuò)的比特?cái)?shù)（位數(shù)）總的傳輸比特?cái)?shù)（位數(shù)）100% 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第23頁，共43頁。2.6 多路復(fù)用技術(shù) 為了提高通信線路傳輸信息的效率，通常采用在一條物理線路上建立多條通信信道的多路復(fù)用（Multiplexing）技術(shù)，多路復(fù)用技術(shù)使得在同一傳輸介質(zhì)上可傳輸多個(gè)不同信源發(fā)出的信號，從而可充分利用通信線路的傳輸容量，提高傳輸介質(zhì)的利用率。目的 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第24頁，共43頁。2.6 多路復(fù)用技術(shù) 2.6

10、.1 頻分多路復(fù)用技術(shù) 頻率時(shí)間頻率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第25頁，共43頁。2.6 多路復(fù)用技術(shù) 2.6.2 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù) 時(shí)分時(shí)分時(shí)分ABCDEFA1B1C1D1E1F1 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第26頁，共43頁。2.6 多路復(fù)用技術(shù) 2.6.3 波分多路復(fù)用技術(shù) 波分多路復(fù)用是頻分多路復(fù)用在光纖信道上使用的一個(gè)變種。作為FDM的一個(gè)變種，WDM與FDM的惟一區(qū)別就是：在WDM中使用的衍射光柵是無源的，因此可靠性非常高。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第27頁，共43頁。2.7 數(shù)據(jù)通信技術(shù)2.7.1 數(shù)據(jù)傳輸方式 并行通信 串行通信 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第28頁，共43頁。2.7 數(shù)

11、據(jù)通信技術(shù)1. 并行通信DTE發(fā)送端信號地1DTE接收端信號地 23N-100123N-11110 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第29頁，共43頁。2.7 數(shù)據(jù)通信技術(shù)2. 串行通信DTE發(fā)送端信號地信號DTE接收端信號信號地0 0 0 11110 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第30頁，共43頁。2.7 數(shù)據(jù)通信技術(shù)2.7.2 數(shù)據(jù)同步方式同 步 接收端要按發(fā)送端所發(fā)送的每個(gè)碼元的重復(fù)頻率和起止時(shí)間接收數(shù)據(jù)。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第31頁，共43頁。2.7 數(shù)據(jù)通信技術(shù)1. 異步傳輸 每個(gè)字符在傳輸時(shí)都前后分別加上起始位和結(jié)束位，以表示一個(gè)字符的開始和結(jié)束。起始位為“0”，結(jié)束位為“1”，結(jié)束位的長度可以為1位、1.5位或2位

12、。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第32頁，共43頁。2.7 數(shù)據(jù)通信技術(shù)2. 同步傳輸幀起始同步字符幀終止字符1字節(jié)字符11110000幀內(nèi)容傳送的一幀數(shù)據(jù)空白字符空白字符 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第33頁，共43頁。2.7 數(shù)據(jù)通信技術(shù)3. 數(shù)據(jù)傳輸方式當(dāng)數(shù)據(jù)通信在點(diǎn)對點(diǎn)之間進(jìn)行時(shí)，按照信息的傳輸方向，其通信方式有3種。 （1）單工通信（Simplex） 單工通信中傳輸?shù)男畔⑹冀K是一個(gè)方向。單工通信只需要一條信道。 （2）半雙工通信（Half-duplex） 通信雙方都可以發(fā)送（接收）信息，但不能同時(shí)雙向發(fā)送。 （3）全雙工通信（Full-duplex） 通信雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第34頁，共

13、43頁。2.8 數(shù)據(jù)交換方式 常用的數(shù)據(jù)交換方式可分為兩大類： 電路交換方式 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第35頁，共43頁。2.8 數(shù)據(jù)交換方式 2.8.1 電路交換142356AB 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第36頁，共43頁。2.8 數(shù)據(jù)交換方式 2.8.2 報(bào)文交換142356AB 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第37頁，共43頁。2.8 數(shù)據(jù)交換方式 2.8.3 報(bào)文分組交換142356AB 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第38頁，共43頁。2.8 數(shù)據(jù)交換方式 2.8.4 其他通信交換技術(shù)利用數(shù)字語音插空技術(shù)能提高線路交換的傳輸能力。傳統(tǒng)的電路交換技術(shù)在接通通路后，該通路被一對用戶完全占用。但是在傳輸語音信號時(shí)，通路并不

14、始終處于忙的狀態(tài)，有很多空閑的狀態(tài)。DSI技術(shù)的原理僅當(dāng)傳輸語音信號時(shí)，才向通話用戶分配通道，其余時(shí)刻可把通道分配給數(shù)據(jù)通信。1數(shù)字語音插空技術(shù) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第39頁，共43頁。2.8 數(shù)據(jù)交換方式 2.8.4 其他通信交換技術(shù)幀中繼是對目前廣泛采用的X.25分組交換通信協(xié)議的簡化和改進(jìn)。在鏈路上無差錯(cuò)控制和流量控制，是一種簡化的面向連接的分組交換。這種簡化了的協(xié)議，可以方便地用VLSI技術(shù)實(shí)現(xiàn)。這種高速分組交換技術(shù)有很多優(yōu)點(diǎn)：可靈活設(shè)置信號的傳輸速率；充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，提高傳輸效率；可對分組呼叫進(jìn)行帶寬的動態(tài)分配。因而可獲得延遲小、高吞吐率的網(wǎng)絡(luò)特性。2幀中繼技術(shù) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第40頁，共43頁。2.8 數(shù)據(jù)交換方式 2.8.4 其他通信交換技術(shù)信元交換是一種新的交換技術(shù)。異步傳輸模式（ATM）采用信元交換。ATM數(shù)據(jù)傳輸單位是一固定長度的分組，稱為信元，它有一個(gè)信元頭及一個(gè)信元信息域。信元長度為53個(gè)字節(jié)，其中信元頭占5個(gè)字節(jié)，信息域占48個(gè)字節(jié)。信息頭的主要功能是信元的網(wǎng)絡(luò)路由。3信元交換 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第41頁，共43頁。2.9 差錯(cuò)控制技術(shù) 2.9.1 差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)控制是采用可靠、有效的編碼以減少或消除計(jì)算機(jī)