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文檔簡介
1.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)通信系統(tǒng)模型兩個基本概念:模擬信號、數(shù)字信號五種通信技術(shù):傳輸方式、同步方式、多路復(fù)用、調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)編碼五個技術(shù)指標(biāo):碼元與信息量、數(shù)據(jù)傳輸速率、調(diào)制速率、誤碼率、信道的帶寬與容量
計算機網(wǎng)絡(luò)第一章計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)
主要學(xué)習(xí)內(nèi)容
:數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)據(jù)通信的基本方式多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換方式差錯檢驗和控制
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1.2.1數(shù)據(jù)通信模型數(shù)據(jù)通信的基本概念:
信息是人對現(xiàn)實世界事物存在方式或運動狀態(tài)的某種認(rèn)識;數(shù)據(jù)是把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式;
信號是數(shù)據(jù)的具體的物理表現(xiàn)。
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雪六角形涼白色信息數(shù)據(jù)信號例子
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信息:人對雪花和馬的認(rèn)識數(shù)據(jù):文字,二進制數(shù),十進制數(shù)信號:電壓,光,磁場強度
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兩種不同類型的量:A.時間、溫度、電波、聲音B.字符,二進制數(shù),電脈沖信號中沒有斷開或不連續(xù)的的地方;信號僅取一些有限數(shù)目的值;1.信道與信號、信號傳輸
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模擬:波動性;持續(xù)變化;反映事物的本質(zhì);在電信業(yè)已經(jīng)被廣泛使用超過100年;數(shù)字:離散性;躍變性;設(shè)備性能先進,較為便宜;模擬信號與數(shù)字信號的特點
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在通信系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)需要編碼(變換)為電信號的形式從一點到一點。由于有兩種不同的數(shù)據(jù)類型,電信號相應(yīng)有兩種基本形式:模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是一種連續(xù)變化的電信號,數(shù)字信號是一種離散信號。
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(a)模擬信號
(b)數(shù)字信號
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數(shù)據(jù)傳輸:
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數(shù)據(jù)傳輸速率——
bps(bitpersecond)
用C表示信號傳輸速率——波特(Baud)用B表示
兩者關(guān)系——C=B×log2n
n是調(diào)制電平數(shù)
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帶寬(Bandwidth
)(HZ)
是指介質(zhì)能傳輸?shù)淖罡哳l率和最低頻率之間的差值,帶寬通常用“Hz”表示。數(shù)據(jù)速率奈奎斯特公式:最大數(shù)據(jù)傳輸速率C=2Hlog2L(bps)香農(nóng)公式:最大數(shù)據(jù)傳輸速率C=Hlog2(1+S/N)(bps)
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信道是信號傳輸?shù)耐ǖ?,包括通信設(shè)備和傳輸媒體。按傳輸媒體來分:可以分為有線信道和無線信道;按傳輸信號類型可以分為模擬信道和數(shù)字信道;按使用權(quán)可以分為專用信道和公用信道等。信道容量信道容量指信道傳送信息的最大能力。誤碼率誤碼率是指二進制數(shù)字信號在傳送過程中被傳錯的概率。計算公式為:Pe=傳錯的比特數(shù)/傳送的總比特數(shù)信道延遲信道延遲是指信號在信道中傳播時,從信源端到信宿端的時間差。
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噪聲
2.數(shù)據(jù)通信模型
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通信系統(tǒng)模型變換信源信宿變換噪聲信道信源:模擬信號、數(shù)字信號變換:調(diào)制解調(diào)、多路復(fù)用、數(shù)據(jù)編碼信道:帶寬與容量、誤碼率
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1.2.2數(shù)據(jù)傳輸
數(shù)據(jù)的成功傳輸主要依賴于2個主要的因素:要傳輸?shù)男盘柕馁|(zhì)量和傳輸媒體的性能。通信方式按照數(shù)據(jù)信息在傳輸鏈路上的傳送方向:單工通信:信號只能向一個方向傳送。如廣播。半雙工通信:信息的傳遞可以是雙向的。如對講機。全雙工通信:通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。
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1.2.3數(shù)據(jù)編碼
不歸零編碼NRZ(Non-Return-Zero)曼徹斯特編碼(ManchesterEncoding)差(微)分曼徹斯特編碼(DifferentialManchesterEncoding)
1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號數(shù)字信號是一系列離散的不連續(xù)的電壓脈沖,每一脈沖稱為一個信號碼元。編碼技術(shù)就是從數(shù)據(jù)比特到信號碼元的變換。
數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用數(shù)字信號表示:
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(1)歸零碼(ReturntoZero)
一個碼元中,正電平到零電平的轉(zhuǎn)換邊表示0,而從負(fù)電平到零電平的轉(zhuǎn)換邊表示1。特點:噪聲抑制特性比較好。(2)不歸零碼(Non-ReturntoZero)
在不歸零碼中,電平在兩個碼元間翻轉(zhuǎn)表示1,不翻轉(zhuǎn)表示0。特點:實現(xiàn)簡單,費用低。(3)曼徹斯特碼高電平到低電平的轉(zhuǎn)換邊表示0,低電平到高電平的轉(zhuǎn)換邊表示1。特點:方案實現(xiàn)簡單。(4)差分曼徹斯特碼不管是0還是1,碼元的中間都必須進行電平的轉(zhuǎn)換,區(qū)分0和1是在相鄰碼元的邊界,用碼元開始處的跳變表示0,無跳變表示1。其主要的應(yīng)用領(lǐng)域為令牌環(huán)網(wǎng)。
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2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼成模擬信號將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換成為模擬信號的編碼技術(shù)有:調(diào)幅(ASK),調(diào)頻(FSK),調(diào)相(PSK)三種技術(shù)。
載波信號:Asin(2nft+Φ)AM:幅移鍵控(AmplitudeShiftKeying-ASK)FM:頻移鍵控(FrequencyShiftKeying-FSK)PM:相移鍵控(PhaseShiftKeying-PSK
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3模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號實際上成為模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)更為確切,即模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化。兩個基本技術(shù)——脈碼調(diào)制和增量調(diào)制。
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脈沖編碼調(diào)制(PCM)
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增量調(diào)制(DM)
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4.模擬數(shù)據(jù)編碼成為模擬信號
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1.2.4數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信技術(shù)
1.數(shù)據(jù)同步技術(shù)數(shù)據(jù)通信中,通信雙方要交換數(shù)據(jù),需要有高度的協(xié)同動作。通常采用的同步技術(shù)有:異步方式和同步方式。
1)異步方式在這種方式中,每傳送一個字符都在每個字符碼前加一個起始位,以表示字符代碼的開始,在字符代碼和校驗碼后面加一個停止位,表示字符結(jié)束稱為面向字符的異步傳輸方式。
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異步通信格式:
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2)同步方式同步方式的每個字符前后并不附加起址位作為字符的邊界,而是在發(fā)送字符之前先發(fā)送一組同步字符,通常為8位或是16位,使收發(fā)雙方進入同步。起址標(biāo)識,同步標(biāo)識等稱為控制信息,用于控制數(shù)據(jù)的傳輸同步,數(shù)據(jù)塊加上控制信息稱為幀,若數(shù)據(jù)塊被當(dāng)作字符,這樣的幀被稱為面向字符是幀。
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(a)單同步格式(b)雙同步格式
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2.差錯控制數(shù)據(jù)傳輸并不是無差錯過程,因而需要解決這些差錯的方法。常見的差錯控制技術(shù)有:奇偶校驗,循環(huán)冗余校驗,海明碼等
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差錯類型隨機差錯;突發(fā)差錯差錯檢測碼奇偶校驗碼循環(huán)冗余校驗碼
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水平奇偶校驗例子:字符ASCII水平奇校驗H10010001a11000010m11011010g11001110n11011100c11000111o11011110垂直奇校驗01111101
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2.7.2
循環(huán)冗余碼(CRC)前提:發(fā)送方和接受方必須事先商定一個二進制數(shù)G(x)(生成多項式),發(fā)送端:計算校驗和,將校驗和加在數(shù)據(jù)末尾,使這個帶校驗和的數(shù)據(jù)能被G(x)除盡.接收端:收到帶校驗和的數(shù)據(jù)后,用G(x)去除它,如果有余數(shù),則傳輸出錯實現(xiàn):用簡單的硬件(移位寄存器電路)即可
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數(shù)據(jù)=1101011011G(x)(生成多項式)=10011循環(huán)冗余碼(CRC)例子:傳輸碼元=數(shù)據(jù)(移位后)+余數(shù)
110101101111101.2.5多路復(fù)用技術(shù)
多路復(fù)用
把若干個彼此無關(guān)的信號合并為一個復(fù)合信號,并在一條共用信道上進行傳輸。(用一條高速線路傳送多條低速線路的數(shù)據(jù))
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多路復(fù)用器(MUX)將來自多個輸入線的多路數(shù)據(jù)組合,調(diào)試成一路復(fù)用數(shù)據(jù),并將此數(shù)據(jù)信號送上高容量的數(shù)據(jù)鏈路;多路分配器接收復(fù)用的數(shù)據(jù)流,依照信道分離還原為多路數(shù)據(jù),并將它們送到適當(dāng)?shù)妮敵鼍€路上。
分類:頻分多路復(fù)用(FDM-FrequencyDivisionMultiplexing)時分多路復(fù)用(TDM-TimeDivisionMultiplexing)波分多路復(fù)用(WDM-WavelengthDivisionMultiplexing)
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頻分多路復(fù)用(FDM-FrequencyDivisionMultiplexing)應(yīng)用:無線電廣播,電視特點:信號被劃分成若干通道(頻道,波段),每個通道獨立進行數(shù)據(jù)傳遞防止相鄰信道信號頻率覆蓋造成的干擾,在相鄰兩個信號的頻段之間設(shè)立一定的“保護”帶,保護帶對應(yīng)的頻譜未被使用過。
2.時分多路復(fù)用(TDM-TimeDivisionMultiplexing)
特點:多條低速線路輪流使用同一條高速線路進行數(shù)據(jù)傳遞應(yīng)用:電話主干線路時分多路復(fù)用(TDM)時分多路復(fù)用是將傳輸信號的時間進行分割,使不同的信號在不同的時間內(nèi)傳送,既將整個傳輸時間分為許多時間間隔(稱為時隙,時間片等,SlotTime),每個時間片被一路信號占用。TDM又分為同步時分復(fù)用和異步時分復(fù)用
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1)
同步時分復(fù)用
同步時分復(fù)用采用固定時間片分配方式,既將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段,再將每一時間段劃分成等長度的多個時隙(時間片),每個時隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號,各路數(shù)字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。
(將不同的時隙平均分配給若干路信號。)
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2)異步時分復(fù)用異步時分復(fù)用又被稱為統(tǒng)計時分復(fù)用STDM或智能時分復(fù)用ITDM,它能動態(tài)的按需分配時隙,避免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。(只有當(dāng)某一路信號有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分給它,也稱為統(tǒng)計時分復(fù)用。)
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波分多路復(fù)用(WDM-WavelengthDivisionMultiplexing)
波分多路復(fù)用是不同的信號使用不同波長的光波來傳送數(shù)據(jù)在接收端利用相同的設(shè)備將各路光波分開。應(yīng)用:光纜線路1.2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)常用的交換技術(shù)有三種:電路交換(線路交換),報文交換和分組交換(包交換)。
1.
電路交換電路交換是一種直接的交換方式,它為一對需要進行通信的裝置(站)之間提供一條臨時的專用通道,既可是物理通道又可是邏輯通道(使用時分復(fù)用或頻分復(fù)用技術(shù))。
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電路交換ABCD發(fā)送呼叫信號傳輸1.交換2.發(fā)送呼叫信號傳輸1.交換2.發(fā)送呼叫信號傳輸1.作出反應(yīng)2.發(fā)送回應(yīng)信號
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電路交換的通信包括三個階段:1)
電路建立:通過源站點請求完成交換網(wǎng)中對應(yīng)的所需逐個結(jié)點的連續(xù)(連接)過程,以建立起一條由源站到目的的傳輸通道。2)
數(shù)據(jù)傳輸:現(xiàn)在,信號可以從A經(jīng)建立的鏈路傳送到D,通常為全雙工傳輸。3)
電路拆除:在完成數(shù)據(jù)或信號的傳輸后,由源站或目的站提出終止通信,各結(jié)點
相應(yīng)拆除該電路的對應(yīng)連接,釋放由該電路占有用的結(jié)點和信道資源。
電路交換具有下列特點:1)
呼叫建立時間長且存在呼損2)
電路連通后提供給用戶的是“透明通路3)
一旦電路建立后,數(shù)據(jù)以固定的數(shù)據(jù)率傳輸,除通過傳輸鏈路的傳播延遲以外,沒有別的延遲,在每個結(jié)點的延遲是可以呼
適用與實時大批量的數(shù)據(jù)傳輸
4)線路(信道)利用率低。優(yōu)點:實時性好缺點:呼叫時間大大長于數(shù)據(jù)傳送時間;通信帶寬不能充分利用,效率低
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2、報文交換(MESSAGESWICHING)
在報文交換網(wǎng)中,網(wǎng)絡(luò)結(jié)點通常為一臺專用計算機,帶有足夠的外存,以便在報文進入時進行,進行數(shù)據(jù)緩沖存儲。結(jié)點接收一個報文之后,報文暫存放在結(jié)點的存儲設(shè)備之中,等輸出線路空閑時,再根據(jù)報文中所附的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)到一個合適的結(jié)點,如此往復(fù),直到報文到達目標(biāo)數(shù)據(jù)終端。所以報文交換也稱為存儲轉(zhuǎn)發(fā)(STOREANDFORWARD)
在報文交換中,每一個報文由傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和報文組成,報頭中有源地址和目標(biāo)地址。
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報文交換ADCB發(fā)送報文傳輸?shù)却?發(fā)送傳輸?shù)却?發(fā)送傳輸
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報文交換具有下列特征:1.源站A和目的站E在通信時不需要建立一條專用通路2.與電路交換相比,報文交換沒有建立線路和拆除線路所需的等待和延時3.線路利用率高4.要求結(jié)點具備足夠的報文數(shù)據(jù)存放能力,一般結(jié)點有微機或小型機擔(dān)當(dāng)5.數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?,每個結(jié)點的存儲轉(zhuǎn)發(fā)中,都進行差錯控制,即檢錯、糾錯6.缺點:由于采用了對完整報文的存儲/轉(zhuǎn)發(fā),結(jié)點存儲的時延較大,不適用于交互式通信優(yōu)點:線路利用率較高;一個報文送到多個目的站點。缺點:傳輸延遲較長。
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3.分組交換(PACKETSWITCHING)
分組交換屬于“存儲/轉(zhuǎn)發(fā)”交換方式
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2.6交換技術(shù)
分組交換特點:1.無呼叫建立和專用通路
2.存儲-轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)
3.將數(shù)據(jù)分成有大小限制的分組后發(fā)送三種交換技術(shù)對比:(A.電路交換,B.報文交換,C.分組交換)A.存在呼叫建立;專有線路上不傳送數(shù)據(jù)時浪費資源B.沒有呼叫建立;只有發(fā)送數(shù)據(jù)時才占用線路C.除了B的特點外,在接收分組時可以發(fā)送下一個分組對線路的利用率
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三種交換技術(shù)對比:A:固定的傳輸速率、會有呼叫阻塞B,C:能進行速率轉(zhuǎn)換、雖會降速但不會阻塞可以使用優(yōu)先級A:實時性強B,C:存在時延和額外開銷
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4.高速交換技術(shù)目前提高交換速度的方案有幀中繼和ATM等。
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復(fù)習(xí):
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五種通信技術(shù)(1)傳輸方式并行:通信線路與數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)相同,用于短距離傳輸。串行:通信線路只有一條(或2、4條),與傳輸數(shù)據(jù)無關(guān),用于遠距離傳輸。串行傳輸分三種方式:單工、半雙工、全雙工。
詳細圖解
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五種通信技術(shù)(2)同步方式同步:同步傳輸采取的是位同步的技術(shù),即各字符沒有起止位,接收端和發(fā)送端的時鐘必須取得同步。能識別每一位。異步:發(fā)送方與接收方之間在發(fā)送數(shù)據(jù)前無需協(xié)調(diào)(同步),只要數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好即可發(fā)送,可以有任意長發(fā)送間歇。采取群同步技術(shù),各字符用起止位來使接收端取得與發(fā)送端保持一個“群”內(nèi)的同步。能識別每一個字符。
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五種通信技術(shù)(3)調(diào)制解調(diào)為什么要調(diào)制:數(shù)字信號不利于長距離傳輸,由無數(shù)個諧波組成,頻帶很寬,因此相應(yīng)的損耗也很大。一個正弦信號能比其它信號傳輸?shù)礁h的地方。
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五種通信技術(shù)(4)調(diào)制解調(diào)調(diào)制方式:調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。正弦信號的振幅、頻率或相位被調(diào)制后可用來傳遞信息。通過改變幅度、頻率和相位變化的狀態(tài)數(shù),可以在一個載波周期中(一個狀態(tài)變化)編入多位數(shù)據(jù)。
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五種通信技術(shù)(5)調(diào)制解調(diào)基帶傳輸:信號未經(jīng)調(diào)制而傳輸,LAN中使用基帶傳輸,需好信道。頻帶傳輸:信號經(jīng)調(diào)制再傳輸,收端解調(diào)。
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五種通信技術(shù)(6)多路復(fù)用把若干個彼此無關(guān)的信號合并為一個復(fù)合信號,并在一條共用信道上進行傳輸。
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五種通信技術(shù)(7)多路復(fù)用頻分多路復(fù)用FDM:把若干路信號調(diào)制到頻譜的不同位置,以便在同一介質(zhì)中傳輸。圖示同步時分多路復(fù)用STDM:將不同的時隙平均分配給若干路信號。圖示異步時分多路復(fù)用ATDM:只有當(dāng)某一路信號有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分給它,也稱為統(tǒng)
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