計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)(第二章)課件

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)1本章學(xué)習(xí)任務(wù)掌握數(shù)據(jù)通信的基本概念；特別是熟悉信道容量的計(jì)算；掌握數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型；熟悉數(shù)據(jù)通信的方式，數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞郊案髯缘奶攸c(diǎn)；掌握數(shù)據(jù)的調(diào)制的基本方法；掌握數(shù)據(jù)編碼的原理及不同編碼方法的特點(diǎn)；本章學(xué)習(xí)任務(wù)掌握數(shù)據(jù)通信的基本概念；特別是熟悉信道容量的計(jì)算2數(shù)據(jù)通信的基本概念信息：任何可用二進(jìn)制表示的內(nèi)容；數(shù)據(jù)：有用的信息；模擬數(shù)據(jù)：取值連續(xù)的數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：取值離散的數(shù)據(jù)信號(hào)：信息和數(shù)據(jù)在介質(zhì)中傳遞的形式；模擬信號(hào)：取值連續(xù)的信號(hào)數(shù)字信號(hào)：取值離散的信號(hào)基帶信號(hào)：未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)寬帶信號(hào)：多路復(fù)用的信號(hào)數(shù)據(jù)通信的基本概念信息：任何可用二進(jìn)制表示的內(nèi)容；3信道信息傳輸?shù)谋亟?jīng)之路物理信道：用來(lái)傳送信號(hào)的物理通路；邏輯信道：連接，非獨(dú)占信道信息傳輸?shù)谋亟?jīng)之路4比特和碼元比特：信息傳送的單位；碼元：信號(hào)的單位；比特和碼元比特：信息傳送的單位；5數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾市畔魉偷乃俾蕿楸忍芈?；信息速率R信號(hào)傳送的速率為波特率；信號(hào)速率B，也稱(chēng)為符號(hào)速率或調(diào)制速率。R＝B×WW：每碼元攜帶的信息位數(shù)。誤碼率：信息傳送過(guò)程中出錯(cuò)的位數(shù)。誤碼率＝錯(cuò)誤比特?cái)?shù)/總比特?cái)?shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾市畔魉偷乃俾蕿楸忍芈剩恍畔⑺俾蔙6信道容量Nyquist公式：理想低通矩形特性的信道下最高碼元傳輸速率C＝2×T（波特）＝2×T×W（bps）T：帶寬理想帶通信道下最高碼元傳輸速率C＝TShannon公式：在信噪比為S/N時(shí)信道的極限傳輸速率C=T×信道容量Nyquist公式：7數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型8數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)終端設(shè)備：即數(shù)據(jù)的生成者和使用者，它根據(jù)協(xié)議控制通信的功能通信控制器：它的功能除進(jìn)行通信狀態(tài)的連接、監(jiān)控和拆除等操作外，還可接收來(lái)自多個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備的信息，并轉(zhuǎn)換信息格式數(shù)據(jù)通信設(shè)備：它的功能是把通信控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合通信信道要求的信號(hào)形式通信信道：通信信道是信息在數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間傳輸?shù)耐ǖ涝肼暎簜鬏斶^(guò)程中受到的干擾。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)終端設(shè)備：即數(shù)據(jù)的生成者和使用者，它根9數(shù)據(jù)通信方式根據(jù)允許的傳輸方向，數(shù)據(jù)通信方式可以分為三種：?jiǎn)喂ぃ簲?shù)據(jù)只能沿一個(gè)方向傳輸；半雙工：允許數(shù)據(jù)沿兩個(gè)方向傳輸，但在任一時(shí)刻信息只能在一個(gè)方向傳輸；雙工：允許信息同時(shí)沿兩個(gè)方向傳輸。數(shù)據(jù)通信方式根據(jù)允許的傳輸方向，數(shù)據(jù)通信方式可以分為三種：10數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞讲⑿信c串行并行傳輸：數(shù)據(jù)以成組的方式在多條并行信道上同時(shí)傳輸。優(yōu)點(diǎn)：速率高缺點(diǎn)：傳輸設(shè)備投資大串行傳輸：數(shù)據(jù)流以串行的方式，在一條信道上依次傳輸優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省設(shè)備，費(fèi)用低缺點(diǎn)：慢數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞讲⑿信c串行11同步與異步異步傳輸：在發(fā)送信息前，要在前面加上起始信號(hào)，后面加上終止信號(hào)。同步傳輸：以同步的時(shí)鐘節(jié)拍來(lái)收發(fā)信息。同步與異步異步傳輸：在發(fā)送信息前，要在前面加上起始信號(hào)，后面12模擬數(shù)據(jù)通信與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的優(yōu)越性：各類(lèi)信息均可以以數(shù)字形式表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)易實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)檢測(cè)，保證傳輸?shù)目煽啃詳?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)易實(shí)現(xiàn)加密，保證傳輸?shù)陌踩?。?shù)字技術(shù)發(fā)展迅速。模擬數(shù)據(jù)通信與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信的優(yōu)越性：13基帶信號(hào)在模擬信道傳輸中的問(wèn)題基帶信號(hào)含多種頻率成分，有些在線(xiàn)路帶寬之外，不能全部通過(guò)信道，造成信號(hào)失真?；鶐盘?hào)的各個(gè)頻率成分的延遲，衰減不同，又造成失真。干擾信號(hào)，波形失真易導(dǎo)致誤碼，傳輸速率越快，失真越嚴(yán)重?；鶐盘?hào)在模擬信道傳輸中的問(wèn)題基帶信號(hào)含多種頻率成分，有些在14數(shù)據(jù)的調(diào)制和解調(diào)調(diào)制就是用基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某些參量進(jìn)行控制，使得這些參量隨基帶信號(hào)的變化而變化。基本的調(diào)制方式：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相數(shù)據(jù)的調(diào)制和解調(diào)調(diào)制就是用基帶信號(hào)對(duì)載波波形的某些參量進(jìn)行控15幅度鍵控ASKAmplitude-ShiftKeying幅度鍵控ASKAmplitude-ShiftKeying16移頻鍵控FSKFrequency-ShiftKeying移頻鍵控FSKFrequency-ShiftKeying17相位鍵控PSKPhrase-ShiftKeying絕對(duì)移相鍵控相對(duì)移相鍵控相位鍵控PSKPhrase-ShiftKeying相對(duì)移18組合調(diào)制方法為了達(dá)到更高的傳輸速率，每一碼元要攜帶更大的信息量，就要將多種調(diào)制方法組合使用。................rt組合調(diào)制方法為了達(dá)到更高的傳輸速率，每一碼元要攜帶更大的信息19調(diào)制解調(diào)器包括了發(fā)信號(hào)用的調(diào)制器和收信號(hào)用的解調(diào)器。如無(wú)特殊說(shuō)明，就是為了一條話(huà)路使用的，多條話(huà)路合用的是寬帶調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制器的作用是波形變換，將基帶數(shù)字信號(hào)的波形變換成適于信道傳輸?shù)牟ㄐ危唤庹{(diào)器就是波形識(shí)別器，將信號(hào)還原成原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。調(diào)制解調(diào)器包括了發(fā)信號(hào)用的調(diào)制器和收信號(hào)用的解調(diào)器。20數(shù)據(jù)的編碼不歸零碼歸零碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)的編碼不歸零碼21不歸零碼NoneReturnZero單極性不歸零碼：零電平表示0，正電平表示1雙極性不歸零碼：負(fù)電平表示0，正電平表示1特點(diǎn)：無(wú)法判斷每一位的開(kāi)始和結(jié)束；有直流分量；

不歸零碼NoneReturnZero22歸零碼ReturnZero單極性歸零碼：零電平表示0，正脈沖表示1；雙極性歸零碼：負(fù)脈沖表示0，正脈沖表示1；交替雙極性歸零碼：零電平表示0，正負(fù)脈沖交替表示1；特點(diǎn)：無(wú)法判斷每一位的開(kāi)始和結(jié)束嚴(yán)重的直流分量歸零碼ReturnZero23曼徹斯特編碼ManchesterEncoding雙相碼，用電平的跳變表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)。低到高的跳變表示0，高到低的跳變表示1；特點(diǎn)：電平的跳變既表示時(shí)鐘又表示數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)了自同步，不用另外發(fā)送同步信號(hào)；沒(méi)有直流分量的累積效應(yīng)；信號(hào)頻率提高。曼徹斯特編碼ManchesterEncoding24差分曼徹斯特編碼DifferentialManchesterEncoding對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。每比特中間的跳變僅用作同步；每比特開(kāi)始的跳變表示數(shù)據(jù)：有跳變表示0，無(wú)跳變表示1；特點(diǎn)：與曼徹斯特編碼相似。差分曼徹斯特編碼DifferentialMancheste25多路復(fù)用技術(shù)在一條物理線(xiàn)路上建立多個(gè)通信信道的技術(shù)。實(shí)質(zhì)：將一個(gè)區(qū)域的多個(gè)用戶(hù)數(shù)據(jù)通過(guò)發(fā)送多路復(fù)用器進(jìn)行匯集，然后將匯集后的數(shù)據(jù)通過(guò)一條物理線(xiàn)路進(jìn)行傳送，接收多路復(fù)用器再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，分發(fā)到多個(gè)用戶(hù)。多路復(fù)用技術(shù)在一條物理線(xiàn)路上建立多個(gè)通信信道的技術(shù)。26數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換報(bào)文交換分組交換數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換27電路交換建立物理連接，數(shù)據(jù)傳輸，拆除連接特點(diǎn)：適于實(shí)時(shí)和交互通信場(chǎng)合；高速，可靠，數(shù)據(jù)按發(fā)送順序到達(dá)；傳輸效率低；建立物理連接的過(guò)程長(zhǎng)；不適用于不同速率的設(shè)備相互通信；電路交換建立物理連接，數(shù)據(jù)傳輸，拆除連接28報(bào)文交換存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式工作，發(fā)方不考慮傳輸路徑；同一時(shí)刻，報(bào)文僅占用一段通道，傳輸效率較高；線(xiàn)路帶寬由多個(gè)用戶(hù)按需分配；可以把同一個(gè)報(bào)文發(fā)給多個(gè)用戶(hù)；可以進(jìn)行速率和編碼轉(zhuǎn)換；中間結(jié)點(diǎn)易阻塞；要求有大存儲(chǔ)容量；報(bào)文攜帶地址信息，增加開(kāi)銷(xiāo)；報(bào)文不一定按發(fā)送順序到達(dá)。報(bào)文交換存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)式工作，發(fā)方不考慮傳輸路徑；29分組交換虛電路方式：通信前建立邏輯連接，通信完畢拆除連接；數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中無(wú)需路由選擇；分組按發(fā)送順序到達(dá)；數(shù)據(jù)報(bào)方式：分組不一定按發(fā)送順序到達(dá)；靈活性高，一條路失效可以走另一條；不用建立連接；頭部信息增加開(kāi)銷(xiāo)。分組交換虛電路方式：30交換方式交換特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合電路交換建立專(zhuān)用通信線(xiàn)路。建立、維護(hù)、拆除連接高可靠、高帶寬、無(wú)沖突高費(fèi)用、浪費(fèi)要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸報(bào)文交換報(bào)文逐結(jié)點(diǎn)分段傳送線(xiàn)路效率高收發(fā)不用同時(shí)工作同時(shí)發(fā)送到多個(gè)目的地傳輸容量加大不實(shí)時(shí)、可被截獲非交互式通信分組交換數(shù)據(jù)劃分成分組，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。虛電路、數(shù)據(jù)報(bào)方式高效率不同種類(lèi)的終端可通信高可靠同時(shí)發(fā)送多個(gè)目的傳送短報(bào)文和靈活的處理報(bào)文信元交換定長(zhǎng)分組高效率、高可靠實(shí)時(shí)性強(qiáng)交換方式交換特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)適用場(chǎng)合電路交換建立專(zhuān)用通信線(xiàn)路。建31差錯(cuò)控制技術(shù)產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：信號(hào)在物理信道傳輸過(guò)程中，由于各種因素會(huì)引起信號(hào)的失真，使得接收的信息與發(fā)送的不一致。內(nèi)部因素：信號(hào)在物理信道中傳送時(shí)，由于線(xiàn)路本身的電氣特性造成的信號(hào)衰減，延遲和波形失真，串?dāng)_等；外部因素：來(lái)自外界的干擾，噪聲。差錯(cuò)控制技術(shù)產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：信號(hào)在物理信道傳輸過(guò)程中，由于各32差錯(cuò)編碼發(fā)方在數(shù)據(jù)塊中加入冗余信息，用于幫助收方判斷在傳輸過(guò)程中是否出錯(cuò)，該信息稱(chēng)為差錯(cuò)編碼。檢錯(cuò)碼：只能檢查出錯(cuò)誤糾錯(cuò)碼：不但可以檢查出錯(cuò)誤，而且還可以改正。編碼效率＝有效數(shù)據(jù)位/整個(gè)碼長(zhǎng)差錯(cuò)編碼發(fā)方在數(shù)據(jù)塊中加入冗余信息，用于幫助收方判斷在傳輸過(guò)33水平奇偶校驗(yàn)在信息字段后加校驗(yàn)位使得該串信息位中1的總數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或?yàn)榕紨?shù)（偶校驗(yàn)）的方法。特點(diǎn)：校驗(yàn)字段在信息字段后，僅占1比特。僅能測(cè)出奇數(shù)個(gè)錯(cuò)，但無(wú)法指出出錯(cuò)位。通常在異步方式中用偶校驗(yàn)，同步方式中用奇校驗(yàn)；編碼效率＝Q/(Q+1)Q：信息位數(shù)信息字段

奇校驗(yàn)碼

偶校驗(yàn)碼0110001

01100010

01100011水平奇偶校驗(yàn)在信息字段后加校驗(yàn)位使得該串信息位中1的總數(shù)為奇34垂直奇偶校驗(yàn)組校驗(yàn)編碼效率=PQ/P(1+Q)Q行P列011100100101010101011101010101011011010010信息組奇校驗(yàn)偶校驗(yàn)垂直奇偶校驗(yàn)組校驗(yàn)0111001信息35水平垂直奇偶校驗(yàn)在水平校驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)施垂直校驗(yàn)；編碼效率＝PQ/(1+P)(1+Q)0111001000101011010101101010101010100101

偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)信息方陣水平垂直奇偶校驗(yàn)在水平校驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)施垂直校驗(yàn)；偶校驗(yàn)偶校驗(yàn)36CRC校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)，是一種應(yīng)用廣泛的檢錯(cuò)碼，又稱(chēng)為多項(xiàng)式編碼；信息多項(xiàng)式，校驗(yàn)多項(xiàng)式，碼多項(xiàng)式；生成多項(xiàng)式；模二運(yùn)算。CRC校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)，是一種應(yīng)用廣泛的檢錯(cuò)碼，又稱(chēng)為多項(xiàng)式37CRC校驗(yàn)?zāi)懿槌鋈繂蝹€(gè)錯(cuò)；能查出全部離散的二位錯(cuò)；能查出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；能查出全部長(zhǎng)度小于或等于K位突發(fā)錯(cuò)；CRC16能以99.997％的概率查出長(zhǎng)度位17位的突發(fā)錯(cuò)。CRC校驗(yàn)?zāi)懿槌鋈繂蝹€(gè)錯(cuò)；38糾錯(cuò)碼不僅能查出錯(cuò)誤，還能改正錯(cuò)誤；典型代表：海明碼糾錯(cuò)碼不僅能查出錯(cuò)誤，還能改正錯(cuò)誤；39差錯(cuò)控制方式檢錯(cuò)重發(fā)：發(fā)方發(fā)檢錯(cuò)碼，收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，有錯(cuò)則重發(fā)。這種體制稱(chēng)為ARQ（AutomaticRepeatRequest）。適用于非實(shí)時(shí)系統(tǒng)；前向糾錯(cuò)：發(fā)方發(fā)糾錯(cuò)碼，收方檢驗(yàn)并糾正錯(cuò)誤。適用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)?；旌霞m錯(cuò)方式差錯(cuò)控制方式檢錯(cuò)重發(fā)：發(fā)方發(fā)檢錯(cuò)碼，收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，有錯(cuò)則40停止等待協(xié)議收方收到數(shù)據(jù)，校驗(yàn)無(wú)錯(cuò)，則交給上層；同時(shí)向發(fā)方發(fā)確認(rèn)信息ACK，發(fā)方收到ACK后才能發(fā)下一幀。收方