第2章 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ).ppt

1、第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)，袁宗福機械工業(yè)出版社，2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，2，本章內(nèi)容，2.1數(shù)據(jù)通信基本概念，2.2信息編碼技術(shù)，2.3數(shù)據(jù)傳輸和通信模式，2.4傳輸介質(zhì)，2.5復用技術(shù)，2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)，2.7差錯控制，2020/7/15，第2章計算機網(wǎng)絡(luò)，3，2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念，通信是傳輸信息的過程，2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，以及4，2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。任何通過數(shù)據(jù)傳輸線路連接計算機或終端以達到傳輸、收集、分發(fā)和處理數(shù)據(jù)目的的系統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，以及5，2.1.2數(shù)據(jù)和信息。

2、數(shù)據(jù)被定義為有意義的實體。數(shù)據(jù)涉及事物的表現(xiàn)，是信息的對象。數(shù)據(jù)可以分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)是指在一定時間間隔內(nèi)的連續(xù)值，其電平隨時間連續(xù)變化。數(shù)字數(shù)據(jù)在時間上是離散的，在幅度上是量化的，也就是說，數(shù)字數(shù)據(jù)是指離散值，通常是由0和1的二進制碼組成的數(shù)字序列，例如文本信息和整數(shù)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，第6節(jié)，信息是對數(shù)據(jù)的解釋，只有經(jīng)過處理和解釋，數(shù)據(jù)才有意義并成為信息。信息的載體可以是數(shù)字、字符、聲音、圖形或圖像。計算機產(chǎn)生的信息通常是字母、數(shù)字和符號的組合。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，和第7章，2.1.3信號，它是數(shù)據(jù)傳輸過程

3、中電信號的表示形式，或數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼。它分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可以連續(xù)采集的信號，是一種連續(xù)變化的電信號，可以根據(jù)不同的頻率在不同的介質(zhì)上傳輸。數(shù)字信號是一種離散的脈沖序列，如數(shù)字儀器的測量結(jié)果和數(shù)字計算機的輸出，可以以不同的速率在介質(zhì)上傳輸。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，以及8，2.2信息編碼技術(shù)。當信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，可以根據(jù)不同的信道通過模擬信號或數(shù)字信號進行傳輸。無論什么樣的信號，為了正確傳輸數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)在被發(fā)送到信道進行傳輸之前都必須進行編碼。例如，數(shù)字信號通過調(diào)制轉(zhuǎn)換成模擬信號，計算機中的二進制數(shù)據(jù)可以被調(diào)制以提高信號的

4、抗干擾能力和增加定時功能。當多媒體模擬信號在傳輸數(shù)字信號的信道中傳輸時，模擬信號應(yīng)該被編碼成數(shù)字信號。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，以及9，2.2.1，數(shù)字調(diào)制技術(shù)。公共電話線通常是為傳輸模擬信號而設(shè)計的。為了利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)傳輸，首先需要將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。該方法是利用待傳輸?shù)臄?shù)字信號改變載波的幅度(調(diào)幅載波)、頻率(調(diào)頻載波)或相位(調(diào)相載波)，然后在信道上傳輸，到達接收點后從載波中取出數(shù)字信號。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，10，(1)調(diào)幅根據(jù)數(shù)字信號的值改變載波的振幅。當載波存在(具有一定幅度)時，表示數(shù)字信號的“1”，而當

5、載波不存在(具有0的幅度)時，表示數(shù)字信號的“0”。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，11，(2)頻率調(diào)制根據(jù)數(shù)字信號的值改變載波頻率。當載頻為高頻時，表示數(shù)字信號為“1”，當載頻為低頻時，表示數(shù)字信號為“0”。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，12，(3)相位調(diào)制根據(jù)數(shù)字值改變載波的相位當載波信號與前一信號同相(即無相移)時，它表示數(shù)字信號“0”，而當載波信號與前一信號異相(1800相移)時，它表示數(shù)字信號“1”。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，13，2.2.2二進制數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，NRZ是最簡單和最有效的數(shù)字編碼，如圖2-3a所示。它用

6、負電平表示“0”，用正電平表示“1”。這種方案被稱為雙極不歸零編碼。如果0表示“0”，正表示“1”，這就叫做單極性不歸零編碼。NRZ編碼的缺點是發(fā)送方和接收方不能保持同步。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，14，曼徹斯特編碼，曼徹斯特編碼，也稱為相位編碼(PE)，通常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每個比特中間有一個跳躍，比特中間的跳躍作為時鐘信號來保持發(fā)送者和接收者同步。并且作為數(shù)據(jù)信號。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，15，差分曼徹斯特編碼，其特征在于每個比特二進制信號中間的轉(zhuǎn)變僅用作時鐘，而不代表二進制數(shù)據(jù)的值，并且二進制數(shù)據(jù)的值由每個比特開始的

7、邊界處是否存在轉(zhuǎn)變來確定。數(shù)字信號起始位置的跳躍表示“0”，而沒有跳躍表示“1”。其優(yōu)點是同步時鐘和良好的抗噪聲特性，因此在局域網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，以及16，2.2.3模擬信號的數(shù)字編碼技術(shù)。將模擬數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號最常見的例子是脈沖編碼調(diào)制。采樣：模擬數(shù)據(jù)的瞬時值以固定的時間間隔作為樣本收集。量化量化是決定一個樣本屬于哪個量級，并根據(jù)量化級別對其幅度進行舍入。在量化之前，需要將信號分成幾個量化級別。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，17，編碼，使用相應(yīng)數(shù)字的二進制代碼來表示量化樣本的級別。編碼后，每個樣本由相應(yīng)的編碼脈沖表

8、示，即對應(yīng)于該樣本的編碼脈沖被發(fā)送到信道。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，18，2.3數(shù)據(jù)傳輸和通信模式，四種數(shù)據(jù)傳輸形式：模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)。2020/7/15，第2章，用于網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，19，基帶傳輸，當數(shù)字信號用于傳輸數(shù)據(jù)時，當終端設(shè)備將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為脈沖電信號時，原始電信號的固有頻帶稱為基本頻帶，簡稱基帶。當基帶信號在信道中直接傳輸時，稱為基帶傳輸。在基帶傳輸中，媒體的整個帶寬都被基帶信號占用，信息可以雙向傳輸?；鶐鬏斚到y(tǒng)具有安裝簡單、成本低的優(yōu)點，但傳輸距離短。傳輸數(shù)字信號時，有必要對信號進行編碼。2020/7

9、/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，20，頻帶傳輸，當使用模擬信號傳輸數(shù)據(jù)時，它通常只占用有限的頻譜，這被稱為對應(yīng)于基帶傳輸?shù)念l帶傳輸。波段傳輸也叫寬帶傳輸，只能單向傳輸信息。在寬帶傳輸中，同軸電纜或光纖經(jīng)常被用作傳輸介質(zhì)，而頻分復用調(diào)制技術(shù)可以用來同時發(fā)送各種模擬信號。頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點是傳輸距離長，可達幾十公里，可同時提供多種信道。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，21，線路通信模式，線路通信模式有三種基本形式：單工通信半雙工通信全雙工通信，2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，22，單工通信，這種通信模式的數(shù)據(jù)信息只能在一個固定的方向上傳輸，這就決定了通信雙

10、方的一端。例如，顯示終端只能接受計算機發(fā)送的數(shù)據(jù)，但不能發(fā)送為了確保電信號的正確傳輸，需要一對線路，其中一條線路用作反向響應(yīng)和控制的監(jiān)控通道。第二章，網(wǎng)絡(luò)通信的計算機網(wǎng)絡(luò)，第23章，半雙工通信，指的是可以交替改變方向的數(shù)據(jù)傳輸，但在一定時間內(nèi)只允許一個方向的數(shù)據(jù)流。通信雙方都有發(fā)送和接收設(shè)備，但它們不能同時發(fā)送和接收。半雙工通信也使用一個信道(2條線路)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，24，全雙工通信，這是一種可以在任何時間進行雙向傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ?，相當于在兩個方向上組合單工通信，并要求收發(fā)器具有獨立的收發(fā)器能力。為此，它需要兩個通道來支持它，也就是說，它使用四線連接。20

11、20/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，25，計算機網(wǎng)絡(luò)通信中的兩種通信模式：并行通信：用于在計算機內(nèi)部組件或附近設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。串行通信：用于計算機之間的通信，通信過程中必須考慮通信的方向和同步。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，26，計算機和外部設(shè)備之間的并行通信通常是通過計算機的并行端口(LPT)和通過串行端口(COM)的串行通信。普通微機支持四個以上的通訊端口和三個以上的端口，但通常只有兩個通訊端口和一個端口是有效的。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，27，在并行通信中，兩個設(shè)備之間通常同時傳輸8個數(shù)據(jù)位，發(fā)送方和接收方通過8條數(shù)據(jù)線連接。

12、在串行通信中，收發(fā)器一次只能發(fā)送或接收一個數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位串聯(lián)通過通信線路。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，28，由于并行數(shù)據(jù)在計算機的內(nèi)部總線上傳輸，為了與外部設(shè)備串行通信，有必要在發(fā)送端將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，在接收端將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。計算機中的串行通信適配器負責串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。在計算機局域網(wǎng)中，計算機也串行通信，網(wǎng)卡負責轉(zhuǎn)換串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，29，數(shù)據(jù)傳輸模式。為了保持同步，我們必須解決數(shù)據(jù)傳輸過程中的同步問題。常見的數(shù)據(jù)傳輸方法包括異步傳輸和同步傳輸。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)

13、計算機網(wǎng)絡(luò)，30，同步傳輸，同步傳輸模式的信息格式是在由一組字符或一個二進制位組成的數(shù)據(jù)塊前后添加同步字符。雙方應(yīng)事先就同步字符的編碼和同步字符的數(shù)量達成一致，一旦接收方收到同步字符，將開始接收數(shù)據(jù)。在同步模式下，除了發(fā)送數(shù)據(jù)之外，發(fā)送方還通過使用同步字符開始接收數(shù)據(jù)，并發(fā)送同步時鐘信號。信息傳輸?shù)碾p方使用相同的時鐘信號來確定傳輸過程中每個比特的位置。同步通信是高效和快速的，但是如果數(shù)據(jù)發(fā)生錯位，整個數(shù)據(jù)必須重新傳輸，并且控制是復雜的。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基本計算機網(wǎng)絡(luò)，31，異步通信，其中在每個字符代碼前添加一個起始位“0”以指示字符代碼的開始，在后面添加一個停止位“1”以指

14、示字符代碼的結(jié)束。接收者根據(jù)從“1”到“0”的跳躍判斷新字符的開始，從而在通信線路的兩端起到同步的作用。為了檢測字符傳輸?shù)恼_性，可以在字符代碼后添加一個奇偶校驗位。如果在異步傳輸模式下發(fā)生錯誤，只需要重新傳輸一個字符，因此控制很簡單。然而，由于起始位和奇偶校驗位占用一定量的開銷，效率較低。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，32，數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標，數(shù)據(jù)速率：指每秒傳輸?shù)男畔⒘浚员忍?秒為單位，記錄為bps信道帶寬：指信號在信道中傳輸而不失真所占用的頻率范圍，通常也稱為信道的頻帶。信道容量：它表示信道傳輸數(shù)字信號的能力，以信道中可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)速率為指標。當傳輸信號速率

15、超過信道的最大信號速率時，就會發(fā)生失真。信道帶寬通常用于表示信道容量。差錯率：衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或信道傳輸可靠性的指標。有誤碼率、誤碼率、字符誤碼率和組誤碼率。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，33，數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標，延遲：對于信道，延遲用于表示網(wǎng)絡(luò)中相距最遠的兩個站之間的傳播時間；對于網(wǎng)絡(luò)上的某個站點，延遲是指從接收信息到再次轉(zhuǎn)發(fā)信息的時間延遲。吞吐量：數(shù)字表示單位時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)或交換設(shè)備成功傳輸或交換的信息總量，單位為bps。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，34，2.4傳輸媒體，1。雙絞線雙絞線通常使用雙絞線電纜作為局域網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)。雙絞線電纜由一對

16、或多對雙絞線組成。目前，網(wǎng)絡(luò)中使用四個雙絞線。雙絞線是模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)通信最常見的傳輸介質(zhì)。1類和2類線路主要用于語音和低速傳輸，網(wǎng)絡(luò)中可以使用3類以上的雙絞線。目前主要使用5類和6類雙絞線。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，35，2。同軸電纜同軸電纜常用：粗電纜、細電纜、有線電視同軸電纜等。同軸電纜由內(nèi)導體(單芯銅導體)和外導體(編織網(wǎng)導體)組成。外導體的功能是屏蔽電磁干擾和輻射，兩個導體由絕緣材料隔離。這種結(jié)構(gòu)使同軸電纜具有較高的帶寬和較好的抗干擾特性。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，36，3。光纖光纜光纖可分為多模光纖和單模光纖。光纜(簡稱光纜)由一束

17、光纖組成，光纖上覆蓋著一層低折射率材料。當光束進入核心時，它在核心的邊緣被全反射，這使得光束彎曲。模式光纖使用發(fā)光二極管產(chǎn)生的熒光作為光源，方向性差。單模光纖采用注入式激光二極管作為光源，激光具有很強的方向性。光纜的優(yōu)點是信號損耗小，頻帶寬，傳輸速率高，不受外界電磁干擾。保密性好。光纜主要用于長距離數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)主干。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計算機網(wǎng)絡(luò)，37，4。無線電傳輸媒介主要包括微波通信、激光通信和紅外通信。微波通信廣泛用于電報、電話和電視的傳輸。微波是直線傳播的。激光通信的優(yōu)點是帶寬高，方向性好，不受氣候和環(huán)境的影響，保密性好。激光通信通常用于短距離傳輸。紅外通信技術(shù)主要用于遙控設(shè)備的通信。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計算機網(wǎng)絡(luò)，38，2.5復用技術(shù)，使用傳輸線并采用各種技術(shù)在物理信道上同時傳