數(shù)據(jù)編碼技術與數(shù)據(jù)通信方式

第2章數(shù)據(jù)通信基礎本章學習目標2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2數(shù)據(jù)編碼技術2.3多路復用技術2.4數(shù)據(jù)通信方式2.5數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)2.6差錯控制與校驗2.7信息交換技術2.8思考題第一頁，共一百一十一頁。本章學習目標本章主要介紹了數(shù)據(jù)通信的基本原理。通過本章的學習，讀者應能夠：l了解模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)幕驹韑

熟悉異步與同步通信的接口標準l掌握常用數(shù)據(jù)編碼及多路復用技術掌握信息交換技術第二頁，共一百一十一頁。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標第三頁，共一百一十一頁。本資料來源第四頁，共一百一十一頁。2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1．信息、數(shù)據(jù)和信號2．數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型第五頁，共一百一十一頁。1．信息、數(shù)據(jù)和信號信息是客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運動狀態(tài)。事物的運動狀態(tài)、結構、溫度、顏色等都是信息的不同表現(xiàn)形式；而人造通信系統(tǒng)中傳送的文字、話音、圖像、符號、數(shù)據(jù)等也是一些包含一定信息內(nèi)容的不同信息形式。由于信息形式與信息內(nèi)容的對立統(tǒng)一，有時也直接把它們看成為一些不同的信息類型，簡稱文字信息、話音信息、圖像信息和數(shù)據(jù)信息等。第六頁，共一百一十一頁。1．信息、數(shù)據(jù)和信號數(shù)據(jù)一般可以理解為“信息的數(shù)字化形式”或“數(shù)字化的信息形式”。狹義的“數(shù)據(jù)”通常是指具有一定數(shù)字特性的信息，如統(tǒng)計數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)及計算機中區(qū)別于程序的計算數(shù)據(jù)等。但在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)通常被廣義地理解為在網(wǎng)絡中存儲、處理和傳輸?shù)亩M制數(shù)字編碼。話音信息、圖像信息、文字信息以及從自然界直接采集的各種自然屬性信息均可轉換為二進制數(shù)字編碼在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中存儲、處理和傳輸。第七頁，共一百一十一頁。1．信息、數(shù)據(jù)和信號信號:簡單地講就是攜帶信息的傳輸介質(zhì)。在通信系統(tǒng)中我們常常使用的電信號、電磁信號、光信號、載波信號、脈沖信號、調(diào)制信號等術語就是指攜帶某種信息的具有不同形式或特性的傳輸介質(zhì)。CCITT在有關Signal的定義中也明確指出：“信號是以其某種特性參數(shù)的變化來代表信息的”。信號的頻譜寬度就稱為該信號的帶寬。第八頁，共一百一十一頁。2．數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型第九頁，共一百一十一頁。2．數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型圖2-1中，信源是信息的發(fā)出者，它把各種可能的信息轉換成原始信號，為了使其能適合在信道上傳輸，就要通過某種變換器將原始信號轉換成需要的信號。例如，利用模擬傳輸系統(tǒng)傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)就需要調(diào)制解調(diào)器這樣的一種變換器。調(diào)制器的主要作用是一個波形轉換器，它將基帶數(shù)字信號的波形變換成適合于模擬信號輸出的波形；而解調(diào)器的作用就是一個波形識別器，它將經(jīng)過調(diào)制器變換過的模擬信號恢復成原來的數(shù)字信號。常用的信源有電話機話筒、攝像機、傳真機、計算機等。第十頁，共一百一十一頁。2．數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型第十一頁，共一百一十一頁。2．數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型圖2-2是通信系統(tǒng)的一個實例，工作站通過公共電話網(wǎng)PSTN與一個服務器進行通信。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)要完成的一系列關鍵任務為：（1）接口規(guī)范（2）同步（3）傳輸系統(tǒng)利用率（4）差錯檢測和校驗（5）災難恢復（6）尋址和路由（7）網(wǎng)絡安全（8）網(wǎng)絡管理第十二頁，共一百一十一頁。2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要質(zhì)量指標從研究信息的傳輸來說，通信的有效性和可靠性是最重要的指標。有效性指的是傳輸一定的信息量所消耗的信道資源（帶寬或時間），而可靠性指的是接收信息的準確程度。這兩項指標體現(xiàn)了對通信系統(tǒng)最基本的要求。模擬通信和數(shù)據(jù)通信對這兩個指標要求的具體內(nèi)容有較大差異。

1．模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標2．數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標第十三頁，共一百一十一頁。1．模擬通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標（1）有效性:模擬通信系統(tǒng)的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，則需要不同的頻帶寬度。頻帶寬度越窄，有效性越好。（2）可靠性:模擬通信系統(tǒng)的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。不同調(diào)制方式在同樣信道條件下所得到的輸出信噪比是不同的。第十四頁，共一百一十一頁。2．數(shù)字通信系統(tǒng)的質(zhì)量指標數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用傳輸速率來衡量，可靠性用差錯率來衡量。（1）傳輸速率：數(shù)據(jù)傳輸速率指的是單位時間內(nèi)傳送的信息量，它有多種表示方法。波特和比特是兩個不同的概念，一般在二元制調(diào)相方式中，Rs和Rb相等；但在多元調(diào)相的情況下就不一定了。（2）差錯率：差錯率即誤碼率，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下傳輸可靠性的指標，它的定義是：二進制碼元被傳輸出錯的概率。差錯率越小，通信的可靠性越高。

第十五頁，共一百一十一頁。2.2數(shù)據(jù)編碼技術2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼2.2.2數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼2.2.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼2.2.4模擬數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制第十六頁，共一百一十一頁。2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼第十七頁，共一百一十一頁。2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼不歸零制，即用兩個電平來表示兩個二進制數(shù)字；用高電平（正電壓）表示1，用低電平（負電壓）表示0（如圖2-3（a）所示）。不歸零制有很多缺點，它難以判斷一位的結束和另一位的開始，需要用某種方法來使發(fā)送器和接收器進行定時或同步。如果傳輸中都是“1”或“0”的話，那么在單位時間內(nèi)將產(chǎn)生累積的直流分量，它能使設備連接點產(chǎn)生電腐蝕或其他損壞。第十八頁，共一百一十一頁。2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

曼徹斯特編碼（如圖2-3（b）所示）。它是一種自同步編碼方式，包括數(shù)據(jù)信息和時鐘信息。它的編碼方法是將每一個碼元再分成兩個相等的間隔，碼元１是前一個間隔為高電平而后一個間隔為低電平；碼元０則正好相反，從低電平變到高電平。這種編碼的優(yōu)點是可以保證在每一個碼元的正中間出現(xiàn)一次電平的轉換，對接收端提取位同步信號非常有利，而且當碼元中間無跳變時，就形成違例碼，這種違例的情況可形成幀標志。但是從曼徹斯特編碼的波形圖不難看出其缺點，這就是它所占的頻帶寬度比原始的基帶信號增加了一倍。第十九頁，共一百一十一頁。2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼差分曼徹斯特編碼（如圖2-3（c）所示），它的編碼規(guī)則是：若碼元為1，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平一樣；但若碼元為0，則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相反。不論碼元是１或０，在每個碼元的正中間時刻，一定要有一次電平的轉換。差分曼徹斯特編碼需要較復雜的技術，但可以獲得較好的抗干擾性能。第二十頁，共一百一十一頁。2.2.2數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼數(shù)字設備（如計算機或終端）通過調(diào)制解調(diào)器接入電話網(wǎng)絡進行通信是利用模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的典型情況。模擬信號發(fā)送的基礎就是一種稱之為載波信號的連續(xù)的頻率恒定的信號。通過調(diào)制振幅、頻率和相位等載波特性或者這些特性的某種組合，來對數(shù)字數(shù)據(jù)進行編碼。最基本的數(shù)字數(shù)據(jù)→模擬信號調(diào)制方式有以下三種（如圖2-4所示）。第二十一頁，共一百一十一頁。2.2.2數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼

第二十二頁，共一百一十一頁。2.2.2數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼（1）幅移鍵控方式（ASK）：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，“0”對應于無載波輸出，而“1”對應于有載波輸出。（2）頻移鍵控方式（FSK）：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，“0”對應于頻率f１，而“1”對應于頻率f2。（3）相移鍵控方式（PSK）：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，“0”對應于相位0°，而“1”對應于180°。第二十三頁，共一百一十一頁。2.2.2數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼解調(diào)（即從模擬信號恢復出數(shù)字數(shù)據(jù)）的原理簡述如下：對于ASK信號，可以用整流再濾波的方法檢測出原始信號；對于FSK信號可以通過檢查零交叉點的方法恢復出數(shù)據(jù)；對于一般PSK信號，例如相位不變代表0，相位移相180°代表1，可以把信號放大整形，延時一個信號單元時間，然后反相，再和原信號相異或，即可恢復出原始數(shù)據(jù)。第二十四頁，共一百一十一頁。2.2.3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼脈沖編碼調(diào)制（PCM）的過程主要由采樣、量化與編碼三個步驟組成。采樣是把時間上連續(xù)的模擬信號轉換成時間上離散的采樣信號，量化是把幅度上連接的模擬信號轉換成幅度上離散的量化信號，編碼是把時間離散且幅度離散的量化信號用一個二進制碼組表示。

第二十五頁，共一百一十一頁。2.2.4模擬數(shù)據(jù)的模擬信號調(diào)制在電話機和本地局交換機之間所傳輸?shù)男盘柧褪遣捎眠@種編碼方式。模擬的聲音數(shù)據(jù)是加載到模擬的載波信號中傳輸?shù)摹o線語音廣播是模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)的另一個例子。有效的傳輸需要比較高的頻率。對于無線傳播，傳送基帶信號幾乎是不可能的，因為那將需要直徑為好幾公里長的天線。另外，調(diào)制有助于頻分復用。

第二十六頁，共一百一十一頁。2.3多路復用技術2.3.1頻分多路復用2.3.2時分多路復用2.3.3波分多路復用2.3.4碼分多路復用第二十七頁，共一百一十一頁。2.3.1頻分多路復用第二十八頁，共一百一十一頁。2.3.1頻分多路復用多個信號調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一介質(zhì)上實現(xiàn)同時傳送多路信號，即將信道的可用頻帶（帶寬）按頻率分割多路信號的方法劃分為若干互不交疊的頻段，每路信號占據(jù)其中一個頻段，從而形成許多個子信道（如圖2-5所示）；在接收端用適當?shù)臑V波器將多路信號分開，分別進行解調(diào)和終端處理，這種技術稱為頻分多路復用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）。第二十九頁，共一百一十一頁。2.3.1頻分多路復用第三十頁，共一百一十一頁。2.3.1頻分多路復用FDM系統(tǒng)的原理示意圖如圖2-6所示，它假設有6個輸入源，分別輸入6路信號到頻分多路器FDM-MUX，多路器將每路信號調(diào)制在不同的載波頻率上（例如f1，f2，…，f6）。每路信號以其載波頻率為中心，占用一定的帶寬，此帶寬范圍稱做一個通道，各通道之間通常用保護頻帶隔離，以保證各路信號的頻帶間不發(fā)生重疊。輸入信號可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。第三十一頁，共一百一十一頁。2.3.1頻分多路復用頻分多路復用的優(yōu)點是信道的利用率高，允許復用的路數(shù)多，分路也很方便，并且頻帶寬度越大，則在此頻帶寬度內(nèi)所容納的用戶數(shù)就越多；缺點是設備復雜，不僅需要大量的調(diào)制器、解調(diào)器和帶通濾波器，而且還要求接收端提供相干載波；此外，由于在傳輸過程中的非線性失真及頻分復用信號抗干擾性能較差，不可避免地會產(chǎn)生路際串音干擾。為了減少載頻的數(shù)量和所需設備部件的類型，一般都采用多級調(diào)制的方法。第三十二頁，共一百一十一頁。2.3.2時分多路復用時分多路復用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）是將多路信號按一定的時間間隔相間傳送以在一條傳輸線上實現(xiàn)“同時”傳送多路信號。基本的TDM是同步時分多路復用技術，如果采用較復雜的措施以改善同步時分復用的性能，就成為統(tǒng)計時分多路復用（STDM，StatisticalTimeDivisionMultiplexing）或異步時分多路復用（ATDM，AsynchronousTDM）。第三十三頁，共一百一十一頁。2.3.2時分多路復用第三十四頁，共一百一十一頁。2.3.2時分多路復用TDM是將傳輸時間劃分為許多個短的互不重疊的時隙，而將若干個時隙組成時分復用幀，用每個時分復用幀中某一固定序號的時隙組成一個子信道，每個子信道所占用的帶寬相同，每個時分復用幀所占的時間也是相同的（如圖2-7所示），即在同步TDM中，各路時隙的分配是預先確定的時間且各信號源的傳輸定時是同步的。第三十五頁，共一百一十一頁。2.3.2時分多路復用第三十六頁，共一百一十一頁。2.3.2時分多路復用對于TDM，時隙長度越短，則每個時分復用幀中所包含的時隙數(shù)就越多，所容納的用戶數(shù)也就越多，其原理如圖2-8所示。每一個通道在時間上按照預先確定的時間錯開一位、一個字節(jié)或一塊數(shù)據(jù)的時間，以此來共享傳輸信道。第三十七頁，共一百一十一頁。2.3.3波分多路復用第三十八頁，共一百一十一頁。2.3.3波分多路復用在光纖信道上使用的頻分多路復用的一個變種就是波分多路復用（WDM，Wave-lengthDivisionMultiplexing）。如圖2-9所示即是一種在光纖上獲得WDM的簡單方法。在這種方法中，兩根光纖連到一個棱柱或衍射光柵，每根光纖里的光波處于不同的波段上，這樣兩束光通過棱柱或衍射光柵合到一根共享的光纖上，到達目的地后，再將兩束光分解開來。第三十九頁，共一百一十一頁。2.3.4碼分多路復用碼分多路復用（CDMA，CodingDivisionMultiplexingAccess）技術則是一種用于移動通信系統(tǒng)的新技術。筆記本電腦或個人數(shù)字助理（PDA，PersonalDataAssistant）以及手提電腦（HPC，HandedPersonalComputer）等移動計算機的連網(wǎng)通信將會大量用到碼分復用技術。第四十頁，共一百一十一頁。2.3.4碼分多路復用第四十一頁，共一百一十一頁。2.3.4碼分多路復用CDMA的復用原理是基于碼型分割信道的。每個用戶分配有一個地址碼，而這些碼型互不重疊，其特點是頻率和時間資源均為共享。因此，在頻率和時間資源緊缺的環(huán)境下，CDMA將獨具魅力，這也是CDMA受到人們普遍關注的緣故。圖2-10顯示了CDMA的信道連接方式，在該圖中，前向/反向信道是采用頻率劃分的方式，即移動站對基站方向的載波頻率為f’，基站對移動站方向的載波頻率為f。

第四十二頁，共一百一十一頁。2.4數(shù)據(jù)通信方式2.4.1并行通信與串行通信2.4.2單工通信與雙工通信2.4.3基帶傳輸與頻帶傳輸2.4.4同步通信與異步通信第四十三頁，共一百一十一頁。2.4.1并行通信與串行通信在計算機系統(tǒng)的各個部件之間以及計算機與計算機之間，數(shù)據(jù)信息都是以通信的方式進行交換的。這種通信有兩種基本方式：串行和并行。一般說來，并行傳輸用于近距離，串行傳輸用于較遠的距離。第四十四頁，共一百一十一頁。2.4.1并行通信與串行通信如圖2-12（a）所示，在并行傳輸中，至少有8個數(shù)據(jù)位在設備之間傳輸。發(fā)送設備將8個數(shù)據(jù)位通過8條數(shù)據(jù)線傳送給接收設備，還可以有1位用作數(shù)據(jù)檢驗位，接收設備可同時接收到這些數(shù)據(jù)。在計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)通信通常都以并行方式進行，并且把并行的數(shù)據(jù)傳送線稱做總線，如并行傳送8位數(shù)據(jù)就叫做8位總線，并行傳送16位數(shù)據(jù)就叫做16位總線。第四十五頁，共一百一十一頁。2.4.1并行通信與串行通信第四十六頁，共一百一十一頁。2.4.1并行通信與串行通信

串行傳輸方式是在一根數(shù)據(jù)傳輸線上，每次傳送一位二進制數(shù)據(jù)，1位接1位地傳送。串行傳輸?shù)乃俣纫枚?，但由于串行傳輸?jié)省了大量通信設備和通信線路，在技術上更適合遠距離通信。因此，計算機網(wǎng)絡普遍采用串行傳輸方式。由于計算機內(nèi)部處理的都是并行數(shù)據(jù)，在進行串行傳輸之前，必須將并行數(shù)據(jù)轉換成串行數(shù)據(jù)；在接收端要將串行數(shù)據(jù)轉換成并行數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)轉換通常以字節(jié)為單位進行，用移位寄存器來完成，如圖2-12（b）所示。第四十七頁，共一百一十一頁。2.4.2單工通信與雙工通信按照數(shù)據(jù)在線路上的流向，串行數(shù)據(jù)通信可分為三種類型：單工、半雙工與全雙工。1．單工通信2．半雙工通信3．全雙工通信第四十八頁，共一百一十一頁。1．單工通信在單工通信方式中，信號只能向一個方向傳輸，任何時候都不能改變信號的傳送方向。如圖2-13（a）所示，數(shù)據(jù)信息總是從發(fā)送端A傳輸?shù)浇邮斩薆。這種情況與無線電廣播相類似，信號只在一個方向上傳播，電臺發(fā)送，收音機接收。第四十九頁，共一百一十一頁。2．半雙工通信如圖2-13（b）所示，在半雙工通信方式中，信號可以雙向傳送，但必須交替進行，一個時間只能向一個方向傳送?？梢噪p向傳送信號，但必須交替進行的通信信道，只能用于半雙工通信方式中。第五十頁，共一百一十一頁。3．全雙工通信全雙工能同時在兩個方向上進行通信，即有兩個信道，如圖2-l3（c）所示，數(shù)據(jù)同時在兩個方向流動，它相當于把兩個相反方向的單工通信組合起來。顯然，全雙工通信效率高，但構建系統(tǒng)的造價也高。單工通信或半雙工通信只需要一條信道，而全雙工通信則需要兩條信道（每個方向各一條）。顯然，全雙工通信的傳輸效率最高。第五十一頁，共一百一十一頁。2.4.3基帶傳輸與頻帶傳輸1．基帶傳輸2．頻帶傳輸?shù)谖迨?，共一百一十一頁?．基帶傳輸通常把由計算機或終端產(chǎn)生的未經(jīng)調(diào)制過的呈矩形的數(shù)字信號所固有的頻率范圍稱做基本頻帶，簡稱基帶?；鶐У姆秶梢詮闹绷鳎?Hz）到數(shù)百千赫，甚至數(shù)兆赫，例如電視信號的基本頻帶為0Hz～6MHz。在數(shù)字通信信道上，直接傳輸基帶信號，稱為基帶傳輸。

第五十三頁，共一百一十一頁。2．頻帶傳輸一般通信線路在遠距離傳輸時，只適合傳輸一定的頻帶信號，不適于傳輸基帶信號。由于電話交換網(wǎng)是用于傳輸語音信號的模擬通信信道，并且是目前覆蓋面最廣的一種通信方式，因此利用模擬通信信道進行數(shù)據(jù)通信也是最普遍使用的通信方式之一。我們將利用模擬通信信道傳輸數(shù)據(jù)信號的方法稱為頻帶傳輸。第五十四頁，共一百一十一頁。2.4.4同步通信與異步通信比特的傳送和接收是通過定時時鐘來完成的。使這兩個獨立的時鐘精確同步是不太可能的，從而引發(fā)錯誤。解決上述同步問題的方法有兩種。第一種稱為異步法，發(fā)送方和接收方獨立地產(chǎn)生時鐘，但定期同步。第二種方法稱為同步方法，接收端時鐘完全由發(fā)送方時鐘控制，嚴格同步。

1．異步傳輸2．同步傳輸?shù)谖迨屙?，共一百一十一頁?．異步傳輸異步傳輸是基于這樣的事實：在一定的比特數(shù)目內(nèi)，時鐘漂移的程度是有限的。它讓接收方在某一個時間點上跟一個發(fā)送方時鐘信號同步，并由此開始自己獨立的時鐘信號序列。由于偏移∑相對于一個比特時間來說是比較小的，故接收方可以在偏移積累到采樣發(fā)生錯誤之前正確地接收若干個比特。第五十六頁，共一百一十一頁。2．同步傳輸在同步傳輸中，以一種穩(wěn)定的流方式傳送比特塊，不使用開啟位和停止位編碼。該數(shù)據(jù)塊在長度上可以是多個比特。為了防止發(fā)送機和接收機之間的定時漂移，它們的時鐘必須通過某種途徑保持同步。一種可能性是在發(fā)送設備和接收設備之間提供單獨的時鐘線路。另一種替代的方法是在數(shù)據(jù)信號中嵌入時鐘信息。第五十七頁，共一百一十一頁。2.5數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)是通信網(wǎng)絡中連接計算機的具體物理設備和數(shù)據(jù)傳輸物理通路。傳輸介質(zhì)的特性包括物理描述、傳輸特性、信號發(fā)送形式、調(diào)制技術、傳輸帶寬容量、頻率范圍、連通性、抗干擾性、性能價格比、連接距離、地理范圍等。2.5.1有線介質(zhì)2.5.2無線介質(zhì)第五十八頁，共一百一十一頁。2.5.1有線介質(zhì)1．雙絞線2．同軸電纜3．光纖第五十九頁，共一百一十一頁。1．雙絞線無論是對模擬數(shù)據(jù)傳輸還是數(shù)字數(shù)據(jù)傳輸，最普通的傳輸介質(zhì)就是雙絞線。它是由按一定規(guī)則螺旋結構排列并扭在一起的多根絕緣導線所組成，芯內(nèi)大多是銅線，外部裹著塑橡絕緣外層，線對扭絞在一起可以減少相互間的幅射電磁干擾。計算機網(wǎng)絡中常用的雙絞電纜是由4對線（8芯制，RJ-45接頭）按一定密度相互扭絞在一起的。第六十頁，共一百一十一頁。1．雙絞線按照其外部包裹的是金屬編織層還是塑橡外皮，可分為屏蔽雙絞線電纜（STP）和非屏蔽雙絞線電纜（UTP）。UTP電纜每對線的絞矩與所能抵抗的電磁輻射干擾成正比，并采用了濾波及對稱性等技術，具有體積小、安裝簡便等特點。STP只不過在護套層內(nèi)增加了金屬屏蔽層，可有效減少串音及電磁干擾EMI、射頻干擾RFI，它大多是一種屏蔽金屬鋁箔雙絞電纜。STP電纜還有一根漏電線，主要用來連接到接地裝置上，泄放掉金屬屏蔽的電荷，解除線間的干擾問題。第六十一頁，共一百一十一頁。1．雙絞線如表2-1所示是UTP電纜的常見類型。10BaseT局域網(wǎng)中主要使用3類和5類線，它們的有效傳輸距離一般在100m左右。另外還有超5類雙絞線電纜，通過對其進行“信道”性能測試，結果表明，與普通5類雙絞線電纜比較，它的近端串擾、衰減和結構回波等主要性能指標都有很大提高。綜合近端串擾是電纜中所有線對對被測線對產(chǎn)生的近端串擾之和。一個能夠滿足PSNT要求的綜合布線5類雙絞電纜能夠支持多種MAC信號形式的應用。第六十二頁，共一百一十一頁。1．雙絞線第六十三頁，共一百一十一頁。1．雙絞線雙絞線的制作分為工作站至工作站和工作站至集線器兩種。工作站至集線器的雙絞線，其8芯線一一對應；工作站至工作站的雙絞線，按照如圖2-15所示的連線制作。第六十四頁，共一百一十一頁。1．雙絞線圖2-15雙絞電纜

第六十五頁，共一百一十一頁。2．同軸電纜典型的同軸電纜由一根內(nèi)導體銅質(zhì)芯線，外加絕緣層、密集網(wǎng)狀編織導電金屬屏蔽層以及外包裝保護塑橡材料組成，其結構如圖2-16所示。在10Base2網(wǎng)絡中，如果要將計算機網(wǎng)卡連接到同軸電纜上，還需要一個T型接頭和BNC接插件。用戶在安裝時不能把不同類型的電纜混合使用，原因是不同型號的同軸電纜其特征阻抗值是不同的，會導致網(wǎng)絡連接失敗。第六十六頁，共一百一十一頁。2．同軸電纜第六十七頁，共一百一十一頁。2．同軸電纜

同軸電纜分為兩類：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。計算機網(wǎng)絡一般選用基帶同軸電纜進行數(shù)據(jù)傳輸，其屏蔽層是用銅做成網(wǎng)狀形，特征阻抗為50W，如RG-8（粗纜）、RG-58（細纜）等。寬帶電纜是指采用了頻分復用和模擬傳輸技術的同軸電纜，其屏蔽層通常是用鋁沖壓成的，特征阻抗為75W，如RG-59有線電視CATV標準傳輸電纜。對于細同軸電纜，其主要用于10Mbps速率的10Base2以太局域網(wǎng)絡中，平均特征阻抗為50±2W，阻抗的周期性變化為正弦波，中心平均值為±3W，最低傳播速率約為0.77c（c為光速）。第六十八頁，共一百一十一頁。2．同軸電纜第六十九頁，共一百一十一頁。3．光纖光導纖維是光纖通信的傳輸媒體，通常是由能傳導光波的非常透明的石英玻璃拉成纖維細絲線芯，外加抗拉保護包層構成。第七十頁，共一百一十一頁。3．光纖光纖通信就是利用光導纖維傳遞光脈沖來進行通信，有光脈沖相當于“1”，沒有光脈沖相當于“0”；在發(fā)送端有光源，可以采用發(fā)光二極管或半導體激光器，它們在電脈沖的作用下能產(chǎn)生光脈沖，在接收端利用光電二極管做成光檢測器，在檢測到光脈沖時可還原出電脈沖。第七十一頁，共一百一十一頁。3．光纖在光纖中，包層較線芯有較低的折射率，當光纖從高折射率的介質(zhì)射向低折射率介質(zhì)時，其折射角將大于入射角，如果入射角足夠大，就會出現(xiàn)全反射，此時光線碰到包層時就會折射回線芯，這個過程不斷重復，光也就會沿著光纖傳輸下去。第七十二頁，共一百一十一頁。3．光纖實際上，只要射到光纖表面的光線的入射角大于某一臨界角度，就可以產(chǎn)生全反射，并且可以存在許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸，這種光纖就稱為多模光纖（MultimodeFiber），如圖2-17所示。發(fā)光二極管（LED，Light-EmittingDiode）是一種固態(tài)器件，電流通過時就產(chǎn)生一種定向性較差的可見光，并通過在光纖線芯內(nèi)不斷全反射而向前傳播，這種光纖一般是多模光纖。第七十三頁，共一百一十一頁。3．光纖第七十四頁，共一百一十一頁。2.5.2無線介質(zhì)1．無線電短波通信2．地面微波接力通信3．紅外線和激光4．衛(wèi)星通信5．VSAT衛(wèi)星通信第七十五頁，共一百一十一頁。1．無線電短波通信在一些電纜光纖難于通過或施工困難的場合，例如，高山、湖泊或島嶼等，即使在城市中挖開馬路敷設電纜有時也很不劃算，特別是通信距離很遠，對通信安全性要求不高，鋪設電纜或光纖既昂貴又費時，若利用無線電波等無線傳輸介質(zhì)在自由空間傳播，就會有較大的機動靈活性，可以輕松實現(xiàn)多種通信，抗自然災害能力和可靠性也較高。第七十六頁，共一百一十一頁。2．地面微波接力通信無線電數(shù)字微波通信系統(tǒng)在長途大容量的數(shù)據(jù)通信中占有及其重要的地位，其頻率范圍為300MHz～300GHz。微波通信主要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。

第七十七頁，共一百一十一頁。3．紅外線和激光紅外線通信和激光通信就是把要傳輸?shù)男盘柗謩e轉換成紅外光信號和激光信號直接在自由空間中沿直線進行傳播，它比微波通信具有更強的方向性，難以竊聽、插入數(shù)據(jù)和進行干擾，但紅外線和激光對雨霧等環(huán)境干擾特別敏感。紅外線鏈路由一對發(fā)送/接收器組成，這對收發(fā)器調(diào)制不相干的紅外光，收發(fā)器必須處于視線范圍內(nèi)，可以安裝在屋頂或建筑物內(nèi)部；對于短距離、中低速率數(shù)據(jù)傳輸非常實用。第七十八頁，共一百一十一頁。4．衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信就是利用位于3萬6千公里高空的人造地球同步衛(wèi)星作為太空無人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信的距離限制，其最大特點就是通信距離遠，且通信費用與通信距離無關。同步衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波可以輻射到地球三分之一以上的表面，只要在地球赤道上空的同步軌道上，等距離地放置3顆衛(wèi)星，就能基本上實現(xiàn)全球通信。衛(wèi)星通信的頻帶比微波接力通信更寬，通信容量更大，信號所受到的干擾較小，誤碼率也較小，通信比較穩(wěn)定可靠。

第七十九頁，共一百一十一頁。5．VSAT衛(wèi)星通信VSAT是20世紀80年代末發(fā)展起來并于20世紀90年代得到廣泛應用的新一代數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)。VSAT網(wǎng)通常由一個衛(wèi)星轉發(fā)器、一個大型主站和大量的VSAT小站組成，能單雙向傳輸數(shù)據(jù)、語音、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務。VSAT具有很多優(yōu)點，尤其適用于大量分散的業(yè)務量較小的用戶共享主站，所以許多部門和企業(yè)多使用VSAT網(wǎng)來建設內(nèi)部專用網(wǎng)。VSAT網(wǎng)絡組成如圖2-20所示。第八十頁，共一百一十一頁。5．VSAT衛(wèi)星通信

第八十一頁，共一百一十一頁。2.6差錯控制與校驗2.6.1差錯控制方法2.6.2常用的差錯控制編碼第八十二頁，共一百一十一頁。2.6.1差錯控制方法差錯控制編碼就是對網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)字信號進行抗干擾編碼，目的是為了提高數(shù)字通信系統(tǒng)的容錯性和可靠性，它在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⒋a元序列中，以一定的編碼規(guī)則附加一些校驗碼元，接收端利用該規(guī)則進行相應的譯碼，譯碼的結果有可能發(fā)現(xiàn)差錯或糾正差錯。在差錯控制碼中，檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)差錯的編碼，糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能夠自動糾正差錯的編碼。當然，檢錯和糾錯能力是用信息量的冗余和降低系統(tǒng)的效率為代價來換取的。第八十三頁，共一百一十一頁。2.6.2常用的差錯控制編碼1．奇偶校驗碼2．循環(huán)冗余碼第八十四頁，共一百一十一頁。1．奇偶校驗碼奇偶校驗碼是一種最簡單也是最基本的檢錯碼，一維奇偶校驗碼的編碼規(guī)則是把信息碼元先分組，在每組最后加一位校驗碼元，使該碼中1的數(shù)目為奇數(shù)或偶數(shù)，奇數(shù)時稱為奇校驗碼，偶數(shù)時稱為偶校驗碼。第八十五頁，共一百一十一頁。1．奇偶校驗碼例如信息碼元每兩位一組，加一位校驗位使碼組中1的總數(shù)為0或2，即構成偶校驗碼。這時許用碼組為000，011，101，110；禁用碼組為001，010，100，111。接收端譯碼時，對各碼元進行模2加運算，其結果應為0，如果傳輸過程中碼組任何一位發(fā)生了錯誤，則收到的碼組必定不再符合偶校驗的條件，因此就能發(fā)現(xiàn)錯誤。設碼組長度為n，記為an-1an-2an-3…a0，其中前n-1位為信息位，第n位為校驗位，則偶校驗時有a0a1…an-1=0；奇校驗時有a0a1…an-1=1。不難看出，這種奇偶校驗只能發(fā)現(xiàn)單個和奇數(shù)個錯誤，而不能檢測出偶數(shù)個錯誤，因此它的檢錯能力不高，只適用于檢測隨機的零星錯碼。第八十六頁，共一百一十一頁。2．循環(huán)冗余碼

循環(huán)冗余碼（CRC）校驗是目前在計算機網(wǎng)絡通信及存儲器中應用最廣泛的一種校驗編碼方法，它所約定的校驗規(guī)則是：讓校驗碼能為某一約定代碼所除盡；如果除得盡，表明代碼正確；如果除不盡，余數(shù)將指明出錯位所在位置。CRC是一種線性分組碼，具有較強的糾錯能力并有許多特殊的代數(shù)性質(zhì)，前k位為信息碼元，后r位為校驗碼元，它除了具有線性分組碼的封閉性之外，還具有循環(huán)性。其編碼和譯碼電路很容易用移位寄存器實現(xiàn)，因而在FEC系統(tǒng)中得到了廣泛的應用。第八十七頁，共一百一十一頁。2．循環(huán)冗余碼

例：若生成多項式為1011，請將4位有效信息1100編成7位循環(huán)冗余校驗碼。解：K(x)=x3+x2即1100冗余位數(shù)r=7-4=3K(x)·xr=x6+x5，即1100000所以7位循環(huán)冗余校驗碼為T(x)=K(x)·x3+R(x)

=1100000+010=1100010，這個編好的循環(huán)校驗碼就稱為（7，4）碼。第八十八頁，共一百一十一頁。2.7信息交換技術2.7.1線路交換2.7.2報文交換2.7.3分組交換2.7.4三種數(shù)據(jù)交換技術的比較2.7.5其他數(shù)據(jù)交換技術第八十九頁，共一百一十一頁。2.7.1線路交換使用線路（電路）交換（CircuitSwitching）方式，就是通過網(wǎng)絡中的節(jié)點在兩個站之間建立一條專用的通信線路。最普通的線路交換例子是電話系統(tǒng)。通過線路交換進行通信，指的是在兩個站之間有一個實際的物理連接。這種連接是節(jié)點之間的連接序列。在每條線路上，通道專用于連接。第九十頁，共一百一十一頁。2.7.1線路交換線路交換方式的通信包括三種狀態(tài)：（1）線路建立：在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，都必須建立端到端（站到站）的線路。（2）數(shù)據(jù)傳送：所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是數(shù)字的也可以是模擬的。（3）線路拆除：在某個數(shù)據(jù)傳送周期結束以后，就要結束連接，通常由兩個站中的一個來完成這個動作。第九十一頁，共一百一十一頁。2.7.1線路交換這種方式使用的設備及操作簡單，特別適合于交互式通信以及遠距離成批處理，建立一次連接就可以傳送大量數(shù)據(jù)。因為在數(shù)據(jù)傳輸開始以前必須建立連接通路，因此通路中的每對節(jié)點之間的通道容量必須是可用的，而且每個節(jié)點必須有內(nèi)部交換能力來處理連接。交換節(jié)點必須具有智能以進行分配和求出通過網(wǎng)絡的路徑。第九十二頁，共一百一十一頁。2.7.1線路交換線路交換可能效率很低，因為通道容量在連接期間是專用的，即使沒有數(shù)據(jù)傳送，別人也不能用。就性能而言，在數(shù)據(jù)傳送以前，為了呼叫建立，有一個延遲，然而一旦建立了線路，網(wǎng)絡對于用戶實際上是透明的，用戶可以用固定的數(shù)據(jù)傳輸速率來傳輸數(shù)據(jù)，除了通過傳輸鏈路時的傳輸延遲外，不再有別的延遲。在每個節(jié)點上的延遲是很小的。第九十三頁，共一百一十一頁。2.7.2報文交換另一種網(wǎng)絡通信的方法是報文交換（MessageSwitching）。在報文交換中不需要在兩個站之間建立一條專用通路。如果一個站想要發(fā)送一個報文（信息的一個邏輯單位），只需要把一個目的地址附加在報文上，然后把報文通過網(wǎng)絡從節(jié)點到節(jié)點地進行傳送。在每個節(jié)點中，接收整個報文，暫存這個報文，然后發(fā)送到下一個節(jié)點。第九十四頁，共一百一十一頁。2.7.2報文交換在線路交換的網(wǎng)絡中，每個節(jié)點是一個電子的或機電結合的交換設備。這種設備發(fā)送二進制位同接收二進制位一樣快。報文交換節(jié)點通常是一臺通用的小型計算機。它具有足夠的存儲容量來緩存進入的報文。一個報文在每個節(jié)點的延遲時間等于接收報文的所有位所需的時間加上等待時間和重傳到下一個節(jié)點所需的排隊延遲時間。第九十五頁，共一百一十一頁。2.7.2報文交換這種方法與線路交換相比有以下優(yōu)點：（1）線路效率較高，因為許多報文可以分時共享一條節(jié)點到節(jié)點的通道。（2）不需要同時使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡可以在接收器可用之前，暫時存儲這個報文。（3）在線路交換網(wǎng)上，當通信量變得很大時，就不能接收某些呼叫。而在報文交換網(wǎng)上，卻仍然可以接收報文，這時報文被緩沖導致傳送延遲增加，但不會引起阻塞。第九十六頁，共一百一十一頁。2.7.2報文交換（4）報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地。（5）根據(jù)報文的長短或其他特征能夠建立報文的優(yōu)先權，使得一些短的、重要的報文優(yōu)先傳遞。（6）報文交換網(wǎng)可以進行速度和代碼的轉換。因為每個站都可以用它特有的數(shù)據(jù)傳輸率連接到其他節(jié)點，所以兩個不同傳輸率的站也可以連接。第九十七頁，共一百一十一頁。2.7.3分組交換分組交換試圖兼有報文交換和線路交換的優(yōu)點，而使兩者的缺點最少。分組交換與報文交換的工作方式基本相同，形式上的主要差別在于，分組交換網(wǎng)中要限制所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單位的長度。典型的最大長度是1千位至幾千位，稱為包（Packets）。報文交換系統(tǒng)卻適應更長的報文。第九十八頁，共一百一十一頁。2.7.3分組交換從一個站的觀點來看，把超過最大長度的報文的數(shù)據(jù)塊按限定的大小分割成一個個小段，為每個小段加上有關的地址信息以及段的分割信息并組成一個數(shù)據(jù)包，然后依次發(fā)送。為了區(qū)分這兩種技術，分組交換系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)單位通常稱為分組。與報文交換的區(qū)別是，分組通常不歸檔，分組拷貝暫存起來的目的是為了糾正錯誤。第九十九頁，共一百一十一頁。2.7.3分組交換

從表面看，分組交換與報文交換相比沒有什么特殊優(yōu)點。值得注意的是，把數(shù)據(jù)單位的最大長度限制在較小的范圍內(nèi)，這種簡單的方法會在性能上有一個引人注目的結果。一個站要發(fā)送一個報文，若其長度比最大分組長度還長，它先把該報文分成組，再把這些組發(fā)送到節(jié)點上。這種交換方式必須解決的問題是根據(jù)網(wǎng)絡當前的狀況為各個數(shù)據(jù)包選擇不同的傳輸路徑，以便網(wǎng)絡中各信道的流量趨于平衡。問題是網(wǎng)絡將如何管理這些分組流呢?目前有兩種方法：數(shù)據(jù)報和虛電路。第一百頁，共一百一十一頁。2.7.3分組交換

在數(shù)據(jù)報中，每個數(shù)據(jù)包被獨立處理，就像在報文交換中每個報文被獨立處理那樣，每個節(jié)點根據(jù)一個路由選擇算法，為每個數(shù)據(jù)包選擇一條路徑，使它們的目的地相同。一個節(jié)點在發(fā)送多個發(fā)往同一地址的數(shù)據(jù)包時，可以根據(jù)線路的擁擠情況為各個包選擇不同的轉發(fā)節(jié)點，所以一個大數(shù)據(jù)段的各個數(shù)據(jù)包可能是從不同的路徑到達目的地的，并且到達的先后順序也不一定是分割時的順序，這要根據(jù)網(wǎng)絡中當時的具體流量等情況而定。每個數(shù)據(jù)包都有相應的分割信息，接收端可以根據(jù)這些信息把它們重新組合起來，恢復原來的數(shù)據(jù)塊。第一百零一頁，共一百一十一頁。2.7.3分組交換

在虛電路中，數(shù)據(jù)在傳送以前，發(fā)送和接收雙方在網(wǎng)絡中建立起一條邏輯上的連接，但它并不是像電路交換中那樣有一條專用的物理通路，該路徑上各個節(jié)點都有緩沖裝置，服從于這條邏輯線路的安排，也就是按照邏輯連接的方向和接收的次序進行輸出排隊和轉發(fā)，這樣每個節(jié)點就不需要為每個數(shù)據(jù)包作路徑選擇判斷，就好像收發(fā)雙方有一條專用信道一樣。發(fā)送方依次發(fā)出的每個數(shù)據(jù)包經(jīng)過若干次存儲轉發(fā)，按順序到達接收方。雙方完成數(shù)據(jù)交換后，拆除掉這條虛電路。第一百零二頁，共一百一十一頁。2.7.4三種數(shù)據(jù)交換技術的

比較三種數(shù)據(jù)交換技術總結如下：（1）