計算機網(wǎng)絡(luò)(第2章培訓(xùn)講稿)

1、第第2 2講講 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù) 1.教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 概要介紹本章學(xué)習內(nèi)容概要介紹本章學(xué)習內(nèi)容2.教學(xué)要求教學(xué)要求 闡明本章要求掌握的內(nèi)闡明本章要求掌握的內(nèi)容容1245數(shù)據(jù)通信的基本知識數(shù)據(jù)通信的基本知識 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 信道的多路復(fù)用技術(shù)信道的多路復(fù)用技術(shù)7差錯控制技術(shù)差錯控制技術(shù) 6傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 3數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù) 13掌握：掌握：數(shù)據(jù)通信基本知識，數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)通信基本知識，數(shù)據(jù)交換技術(shù)，信道的多路復(fù)用技術(shù)。技術(shù)，信道的多路復(fù)用技術(shù)。 理解：理解：數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的編碼與數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制技術(shù)，差錯控制技術(shù)的應(yīng)用調(diào)制技術(shù)

2、，差錯控制技術(shù)的應(yīng)用。 了解：了解：傳輸介質(zhì)種類及性能。傳輸介質(zhì)種類及性能。 22.1 2.1 數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 2.1.1 2.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號信息、數(shù)據(jù)和信號 2.1.3 2.1.3 通信信道的分類通信信道的分類 2.1.2 2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成 2.1.4 2.1.4 數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標 1 1信息、數(shù)據(jù)及信號的概念信息、數(shù)據(jù)及信號的概念 信息與數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)是信息的載體，它是信息的表示形式，可以是數(shù)字、字符、符號等。單獨的數(shù)據(jù)沒有實際的含義。數(shù)據(jù)和信息既有區(qū)別又有聯(lián)系，數(shù)據(jù)是獨立的，雖然數(shù)據(jù)

3、本身并沒有含義，但把數(shù)據(jù)按一定規(guī)則、形式組織起來時，就可以傳達某種意義，這種具有某種意義的數(shù)據(jù)集合就是信息。 信號信號 信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的具體物理表示形式，具有確定的物理描述，如電壓、磁場強度等。 信號一般有模擬信號和數(shù)字信號兩種表示方式。 2 2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成 數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）:可以是計算機、數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備及數(shù)據(jù)終端。通信控制器負責和通信線路的連接，并完成數(shù)據(jù)緩沖、流量控制、差錯檢驗等功能，計算機網(wǎng)絡(luò)中使用的網(wǎng)卡就是通信控制器。 數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）:數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）的功能是把通信控制器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換為適合于在通信信道傳輸?shù)男盘枴?傳輸信

4、道：傳輸信道是傳輸數(shù)據(jù)的通道，包括傳輸媒體和通信設(shè)備。 3 3通信信道的分類通信信道的分類 通信信道就是傳輸數(shù)據(jù)的通道。通信信道就是傳輸數(shù)據(jù)的通道。 有線信道和無線信道有線信道和無線信道 模擬信道與數(shù)字信道模擬信道與數(shù)字信道 專用信道與公共信道專用信道與公共信道4 4數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標通信的技術(shù)指標 信道帶寬: 信道帶寬是描述信道傳輸能力的技術(shù)指標，它的大小是由信道的物理特性決定的。信道上傳輸?shù)氖请姶挪ㄐ盘?，信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬，帶寬的單位為赫茲（Hz）。 數(shù)據(jù)傳輸速率:數(shù)據(jù)傳輸速率也稱為比特率，是指信道每秒所傳輸?shù)亩M制比特數(shù)，記為bps。 信道的容量：信道傳

5、輸數(shù)據(jù)速率的上限，稱為信道的容量。信道容量一般表示為單位時間內(nèi)最多可傳輸?shù)亩M制數(shù)據(jù)的位數(shù)。 香農(nóng)（shannon）定理用下列公式表示： CWlog2(1+S/N )（bpsbps） 式中C為信道容量，W為信道帶寬，N為噪聲功率S為信號功率為信號功率。 2.2 2.2 數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)的傳輸 2.2.1 2.2.1 串串/ /并行通信并行通信 2.2.3 2.2.3 信道的通信方式信道的通信方式 2.2.2 2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù) 2.2.4 2.2.4 信號的傳輸方式信號的傳輸方式 2.2.5 2.2.5 通信線路的連接方式通信線路的連接方式 1 1串串/ /并行通信

6、并行通信 串行通信串行通信 并行通信并行通信 2 2數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù) 收、發(fā)雙方在時間基準上保持一致，這種協(xié)調(diào)一致的通信過程稱為同步。 異步傳輸 異步傳輸?shù)奶攸c是： 1）每個字符作為一個獨立的整體進行傳送； 2）字符之間的時間間隔是任意的； 3）為了進行字符同步，每個字符的第一位前加1位起始位，字符的最后加上1、1.5或2位的終止位，在需要的情況下，再加一個校驗位。 同步傳輸同步傳輸 同步傳輸不是以字符為單位而是以數(shù)據(jù)塊(幀，一組字符或比特流)為單位進行傳輸?shù)?。同步傳輸不再為?shù)據(jù)塊內(nèi)的每個字符添加起始位和停止位，而是在數(shù)據(jù)塊之前加上一個或多個同步字符SYN。接收端接收到SY

7、N字符，并根據(jù)SYN來實現(xiàn)二進制位的同步和確定數(shù)據(jù)塊的起始位。 3 3信道的通信方式信道的通信方式 按照信號傳送方向和時間的關(guān)系，信道的通信方式可以分為三種：單按照信號傳送方向和時間的關(guān)系，信道的通信方式可以分為三種：單工、半雙工和全雙工通信。工、半雙工和全雙工通信。 單工通信單工通信 半雙工通信半雙工通信 全雙工通信全雙工通信 4 4通信的傳輸方式通信的傳輸方式 基帶傳輸基帶傳輸 在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機二進制比特序列0和1的數(shù)字信號是典型的矩形脈沖信號，該矩形脈沖信號的固有頻帶稱為基帶，矩形脈沖信號稱為基帶信號。 頻帶傳輸頻帶傳輸 利用模擬信號進行數(shù)據(jù)傳輸是一種比較普遍的通信方式，即頻帶傳

8、輸方式。 5 5通信線路的連接方式通信線路的連接方式 點到點連接方式點到點連接方式 . .多點連接方式多點連接方式 2.32.3數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù) 2.3.1 2.3.1 數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸2.3.2 2.3.2 數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號傳數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸輸 2.3.3 2.3.3 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸 1 1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸 基帶信號在基帶傳輸方式中雖然不需要調(diào)制，但卻要經(jīng)過一定的編碼才能傳輸，經(jīng)過編碼的數(shù)字信號一般具有便于識別、自帶時鐘同步、傳輸效率更高等特點。最常用的數(shù)字信號編碼方法有不歸

9、零編碼（NRZ)、曼徹斯特（Manchester）編碼等。 曼徹斯特（Manchester）編碼曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一，曼徹斯特編碼的特點是：1）每比特的周期T分為前T/2和后T/2兩部分；2）前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特的原碼。2 2數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸 數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸是借助于載波信號實現(xiàn)的。載波是頻率和幅值固定的周期信號，通常是正（余）弦周期信號。 載波的正（余）弦信號可用下列公式表示： u（t）=umsin(t+) 載波u（t）中有三個參量：振幅um、角頻率t及相位?？梢酝ㄟ^改變?nèi)齻€參量的方法實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號編碼。 振幅

10、鍵控（Amplitude Shift Keying, ASK） 頻移鍵控（頻移鍵控（Frequency Shift Keying , FSKFrequency Shift Keying , FSK） 移相鍵控（移相鍵控（Phase Shift Keying , PSKPhase Shift Keying , PSK）3 3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化主要通過脈沖碼調(diào)制技術(shù)（Pulse Code Modulation, PCM）來實現(xiàn)。 PCM工作包括采樣、量化及編碼三部分操作。.采樣:采樣是在一定的時間間隔內(nèi)，將模擬信號的電平幅值取出作為樣本，代表這一區(qū)間原信

11、號的幅值。 .量化:量化就是把采樣所得的信號幅值按轉(zhuǎn)換器的量級分級取整。 .編碼:編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。 2.4 2.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 2.4.1 2.4.1 電路交換電路交換 2.4.2 2.4.2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 1電路交換電路交換 1建立電路:電路交換在數(shù)據(jù)傳輸之前，必需先建立一條點到點的電路。 2傳輸數(shù)據(jù):在站點A與站點B通過通信子網(wǎng)的物理線路建立連接以后，站點A與站點B就可以通過該連接實時、雙向地交換信息。 3電路拆除:數(shù)據(jù)傳輸完畢，就要終止電路連接。 2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 報文交換：報文交換方式是以報文為單位發(fā)送信息。報文包括三

12、部分內(nèi)容：報頭、報文正文和報尾。報頭由發(fā)信站地址、收信站地址及其他輔助信息組成。 報文分組交換：報文分組交換方式與報文交換方式相比，它采用了較短的格式化信息單位，稱為報文分組。 報文分組交換又分為數(shù)據(jù)報交換和虛電路交換。 1）數(shù)據(jù)報交換 2 2）虛電路分組交換）虛電路分組交換 虛電路分組交換就是兩個用戶的終端設(shè)備在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(wǎng)建立邏輯上的路徑。虛電路不是一條專用線路，它可以與其他連接共享。 2.52.5 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) 2.5.2.5.2 2 時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用 2.5. 2.5.1 1 頻分多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用技術(shù) 2.5.2.5.3

13、3 波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用 2.5.2.5.4 4 碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用 1 1多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的通信中，一些高容量的傳輸介質(zhì)如同軸電纜、光纜、地面微波及衛(wèi)星通信等可傳輸?shù)念l帶很寬，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復(fù)用技術(shù)，即在一條物理線路上建立多條通信信道，使多路數(shù)據(jù)信號共用一條電路進行傳輸。按照使用技術(shù)的不同有分為：頻分多路復(fù)用、時分多路復(fù)用及波分多路復(fù)用。 2.2.頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 (Frequency Division Multiplexing, FDM)是將具有一定是將具有一定帶寬的線路劃分為多條占有較小帶寬的信道

14、，各條信道中心頻率不重和，每帶寬的線路劃分為多條占有較小帶寬的信道，各條信道中心頻率不重和，每個信道之間相距一定的間隔，每條信道供一個用戶使用。個信道之間相距一定的間隔，每條信道供一個用戶使用。 3.3.時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用 時分多路復(fù)用（時分多路復(fù)用（Time Division Multiplexing, TDM）是將線路用于傳）是將線路用于傳輸?shù)臅r間劃分成若干個時間片（時隙），每個用戶分得一個時間片，在其占輸?shù)臅r間劃分成若干個時間片（時隙），每個用戶分得一個時間片，在其占有的時間片內(nèi)，用戶使用通信線路的全部帶寬。有的時間片內(nèi)，用戶使用通信線路的全部帶寬。 4 4波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用

15、 波分多路復(fù)用（Wave Division Multiplexing, WDM）技術(shù)主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。波分多路復(fù)用是指在一根光纖上能同時傳送多個波長不同的光載波的復(fù)用技術(shù)，如圖所示。 2.62.6 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 2.6.2 2.6.2 無線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì) 2.6. 2.6.1 1 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì) 1 1有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì) (1)(1)雙絞線雙絞線 1 1）屏蔽雙絞線）屏蔽雙絞線 2 2）非屏蔽雙絞線）非屏蔽雙絞線 同軸電纜同軸電纜 光纖光纖2 2無線傳輸無線傳輸 2.72.7 差錯控制技術(shù)差錯控制技術(shù) 2.7.2 2.7.2 差錯的控制方法差錯的控制方

16、法 2.7. 2.7.1 1 差錯的產(chǎn)生差錯的產(chǎn)生 1 1差錯的產(chǎn)生差錯的產(chǎn)生 傳輸差錯是指通過通信信道傳輸后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)傳輸差錯是指通過通信信道傳輸后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。由于任何通信信道總是不可避免地存在一定程度的噪聲干擾，這些噪聲象。由于任何通信信道總是不可避免地存在一定程度的噪聲干擾，這些噪聲的干擾可能導(dǎo)致傳輸差錯的產(chǎn)生，如圖所示。通信信道的噪聲分為兩類：一的干擾可能導(dǎo)致傳輸差錯的產(chǎn)生，如圖所示。通信信道的噪聲分為兩類：一類是熱噪聲，另一類是沖擊噪聲。類是熱噪聲，另一類是沖擊噪聲。 2 2差錯的控制差錯的控制方法方法 差錯檢測差錯檢測 1)1)前向糾錯

17、方式前向糾錯方式: :前向糾錯（前向糾錯（Forward Error Correction, FECForward Error Correction, FEC）方式的）方式的基本原理是：發(fā)送端將信息編成具有檢錯和糾錯能力的碼字并發(fā)送出去，基本原理是：發(fā)送端將信息編成具有檢錯和糾錯能力的碼字并發(fā)送出去，接收端檢測到接收信息有錯后，通過一定的運算，確定差錯的具體位置，接收端檢測到接收信息有錯后，通過一定的運算，確定差錯的具體位置，并自動加以糾正，然后把糾錯后的數(shù)據(jù)送到接收端，如圖并自動加以糾正，然后把糾錯后的數(shù)據(jù)送到接收端，如圖2-342-34所示。所示。 2)2)自動請求重發(fā)方式自動請求重發(fā)方式

18、: :自動請求重發(fā)（自動請求重發(fā)（Automatic Repeat request, ARQAutomatic Repeat request, ARQ）方）方式的基本原理是：發(fā)送端對所發(fā)送的序列進行差錯編碼，接收端根據(jù)檢驗序式的基本原理是：發(fā)送端對所發(fā)送的序列進行差錯編碼，接收端根據(jù)檢驗序列的編碼規(guī)則判決有無誤碼，若發(fā)現(xiàn)有誤碼，則利用反饋信道要求發(fā)送端將列的編碼規(guī)則判決有無誤碼，若發(fā)現(xiàn)有誤碼，則利用反饋信道要求發(fā)送端將有錯的信息重發(fā)一次或多次，直至接收端檢測認為無誤為止，從而達到糾正有錯的信息重發(fā)一次或多次，直至接收端檢測認為無誤為止，從而達到糾正差錯的目的，如圖所示。差錯的目的，如圖所示。

19、差錯編碼差錯編碼 常用的差錯檢測編碼有奇偶校驗碼、水平垂直奇偶校驗碼、循環(huán)冗余校驗常用的差錯檢測編碼有奇偶校驗碼、水平垂直奇偶校驗碼、循環(huán)冗余校驗碼碼CRCCRC等。等。1)1)奇偶校驗碼奇偶校驗碼 采用奇偶校驗碼時，在每個字符代碼傳輸之前，先檢測并計算出數(shù)據(jù)位中“1”的個數(shù)（奇數(shù)或偶數(shù)），并根據(jù)使用的是奇校驗還是偶校驗來確定奇偶校驗位的值，然后將其附加在數(shù)據(jù)位之后進行傳輸。2 2）循環(huán)冗余校驗碼（）循環(huán)冗余校驗碼（Cyclic Redundancy Check, CRCCyclic Redundancy Check, CRC） 循環(huán)冗余校驗碼是一種比較復(fù)雜的校驗方法。它是先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個通信雙方共同約定的數(shù)據(jù)進行除法運算，并由