-计算机网络技术与应用教程（第2版） --ppt课件：第2章 数据通信基础

第2章 数据通信基础,2.1 传输介质,几种传输介质的性能比较,2.1.1 有线传输介质,常用绞合线的带宽和应用,4. 电力线路载波通信 电力线载波（Power Line Carrier PLC）通信简称电力线通信，是指利用电力线传输数据和媒体信号的通信方式。 （1）无需另布网线。 （2）有插座的地方就能上网。 （3）距离稳定传输。 （5）节能环保，无辐射。,5. 有线介质连接器,2.1.2 无线传输介质,1. 不可见光无线传输介质 1）短距离无线技术 2）中长波无线电波 3）微波 （1）地面接力通信,（2）卫星通信,2. 可见光无线传输介质 可见光通信技术（visible light communication，VLC）是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来携带数据进行传输。,2.2 信道与信号技术,2.2.1 信道的概念,1. 物理信道和逻辑信道 2. 有线信道和无线信道 3. 模拟信道和数字信道,2.2.2 数据信号及其调制/解调,1模拟信号与数字信号,2. 数字信号的模拟调制,3模拟信号的数字编码脉冲编码调制技术,4. 调制解调器,5. 光端机 目前的计算机系统都还是基于电信号工作的。光端机就是在一条光链路的两端使用的设备，主要进行光-电型号的转换。按照使用的位置，分为光发射机和光接收机：光发射机完成电/光转换，并把光信号发射出去用于光纤传输；光接收机主要是把从光纤接收的光信号再还原为电信号，完成光/电转换。,2.2.3 数字信号的数字编码,2.2.4 串行通信与并行通信,2.2.5 单工、半双工和全双工通信,1单工通信 单工通信是指在两个通信结点间，数据的传输总是单向的，只能由一方将数据传输给另一方，如数字电视，其信号只能由电视台到用户终端（电视机）传输。 2半双工通信 半双工通信是指数据可以在收、发双方间相互传递，但任何一个时间点上只能是单向的，如对讲机，听的时候不能说，反之说的时候不能听。 3全双工通信 全双工通信是指数据可以在收、发双方间同时相互传递，如手机、程控电话，听的时候也能同时说，说的时候也能同时听，边说边听，毫无影响。,2.2.6 多路复用技术,1. 频分多路复用技术 频分多路复用（frequency division multiplexing，FDM）是模拟传输中常用的一种多路复用技术。它把一个物理信道划分为多个逻辑信道，各个逻辑信道占用互不重叠的频带，相邻信道之间用“警戒频带”隔离，以便将不同路的信号调制（滤波）分别限制在不同的频带内，在接收端再用滤波器将它们分离，就好像在大气中传播的无线电信号一样，虽同时传送多个频率信号，但互不重叠，可以分辨。,2. 时分多路复用技术,3. 光波分多路复用技术,4. 码分多路复用技术 码分多路复用（code division multiplexing，CDM）是与码分多址（code division multiple access，CDMA）相联系的一项技术。 在CDMA传输时，要给每位用户分配一个m（通常m取64或128）比特序列，称为码片序列（chip sequence）或码片向量。不同的用户的拥有不同的码片序列，好像他们具有不同的地址。 CDMA按照下面的规则进行用户数据的发送： 发1，发送该站的码片序列的原码； 发0，发送该站的码片序列的反码。,码分多路复用技术,2.3 数据传输控制技术,1异步传输 异步传输方式又称为起止步传输方式，其特点是传输的数据以字符为单位发送，且字符间的发送时间是异步的，故称为异步传输。其帧结构由如下4部分组成： 1个起始位：低电平数字“0”状态； 5位或7位数据； 1位校验位，用作奇偶校验； 长度为1.5位或2位停止位：高电平也是不通信状态。,2.3.1 异步传输和同步传输,2同步传输 同步传输方式从帧和位两个方面实现同步控制。 （1）帧同步及其实现,（2）位同及其实现 外同步法 自同步法。,2.3.2 数据传输的差错检测与控制,1. 差错产生的原因与基本对策 在数据通信中，差错的基本应对策略有3个。 1）提高信道质量 使用高质量的信道：即使用具有热噪声小、信号屏蔽能力强等优点的信道。 使用中继器：中继器的作用是每经过一定的传输距离将数据信号重新复制一次。 2）提高数据信号的健壮性 纠错码：为传输的数据信号增加冗余码，以便能自动纠正传输差错。 检错码：为传输的数据信号增加冗余码，以便查出哪一位出错。 3）采用合适的差错控制协议 与检错码相比，纠错码具有自动纠错功能，但实现复杂、造价高、传输效率低。通常是采用检错码检查出差错，由合适的差错控制协议来补救。,2.5 差错检测与控制,2. 误码检测 1）校验和（checksum） 首先看一个例子：假定要传输的4个数字为1、2、3、5，它们的和为B（十六进制），则实际发送的是1235B（将和连同数据一起发送），即 0001 0010 0011 0101 1010,2循环冗余码校验（cyclic redundancy check，CRC） 循环冗余码是一种能力相当强的检错码，并且实现编码和检码的电路比较简单，常用于串行传送（二进制位串沿一条信号线逐位传送）的辅助存储器与主机的数据通信和计算机网络中。 循环码通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验。编码步骤如下： 将待编码的n位信息码组Cn1Cn2CiC2C1C0表达为一个n1阶的多项式M（x） M（x）=Cn1xn1+Cn2xn-2+Cixi+C1x1+C0x0 将信息码组左移k位，形成M（x）·xk，即n+k位的信息码组 Cn1+kCn2+kCi+kC2+kC1+kCk0000 用k+1位的信息码组生成多项式G（x）对M（x）·xk作模2除运算，得到一个商Q（x）和一个余数R（x）。显然有： M（x）·xk=Q（x）·G（x）+R（x） 生成多项式G（x）是预先选定的。,从检错的要求出发，生成多项式应能满足下列要求： 任何一位发生错误都应使余数不为0； 不同位发生错误应使余数不同； 对余数继续作模2运算应使余数循环。,生成多项式的选择主要靠经验。有3种多项式已经成为标准，具有极高的检错率，即 CRC12=x12 + x11 + x3 + x2 + x + 1 CRC16=x16 + x15 + x2 + 1 CRCITUT=x16 + x12 + x5 + 1,1停等ARQ,2.3.3 差错控制协议,2连续ARQ,2.3.4 流量控制与滑动窗口协议,1. 拥塞与死锁 当网上传输的数据量增加到一定程度时，网络的吞吐量下降，这种现象称为“拥塞”（congestion）。传输数据量急剧增加时，丢弃的数据帧不断增加，从而引起更多的重发；重发数据所占用的缓冲区得不到释放，又引起更多的数据帧丢失。这种连锁反应将很快波及全网，使通信无法进行，网络处于“死锁”（deadlock）状态，陷入瘫痪。,2. 滑动窗口协议 1） 发送器窗口的工作原理,（d）确认数据单元：2，因数据单元3已确认，窗口移动2格；主机传来单元（未发送）：7、0,（b）确认数据单元：1，窗口移动一格；已发送单元：2，3；主机传来单元（未发送）：4、5、6,（c）确认数据单元：3，因数据单元2未确认，窗口不移动,（a）确认数据单元：0；已发送单元：1，2；未发送单元：3、4、5,（f）数据单元4超时，4，5，6重发,（e）发送数据单元：4，5，6，但6被先确认,2）接收器窗口的工作原理,2.4 计算机网络通信控制设备,1.4.1 网络适配器,网卡是网络接口卡（network interface card，NIC）的简称，也称为网络适配器，它是连接计算机与网络的接口设备。无论双绞线、同轴电缆还是光纤连接，都必须借助网卡才能实现。,1. 网络适配器及其功能 （1）它工作在数据链路层和物理层。 （2）它有一个全球唯一的编码，用于作为计算机的物理地址MAC地址，为二层寻址提供依据。,（3）数据缓冲。 （4）格式转换。 （5）进行链路管理，监听链路上是否有信号冲突。,2. 网卡的基本构造 网卡包括硬件和固件程序（只读存储器中的程序）。 1）网卡硬件 （1）网卡的控制芯片。网卡的控制芯片是网卡的CPU，用于控制整个网卡的工作，负责数据的的传送和连接时的信号侦测。 （2）晶体震荡器。负责产生网卡所有芯片的运算时钟。通常网卡是使用20或25hz的晶体震荡器。千兆网卡使用62.5MHz或者125MHz晶振。 （3）调控元件。用来发送和接收中断请求IRQ,指挥数据的正常流动。 （4）网络接头，用于连接网络。在用双绞线作为传输媒介时，基本采用RJ-45接头；用细同轴电缆作为传输媒介（时，采用BNC接头。 （5）信号指示灯。通常有两个信号：TX代表正在送出数据，RX代表正在接收数据。通过不同的灯光变换来表示网络是否导通。 2）固件程序 固件程序实现逻辑链路控制和媒体访问控制的功能，还记录MAC地址。 3）其他 （1）缓存和收发器（transceiver）。 （2）BOOT ROM，即就是启动芯片等，,3. 网卡的种类 1按总线类别划分 网卡是通过插在计算机总线扩展槽内实现与计算机连接的，扩展槽有各种总线类型，网卡也随之有多种类型。 ISA总线网卡：总线宽度为16位，I/O速度较慢，已被淘汰。 PCI总线网卡：总线宽度为32位，I/O速度快，通过网卡所带的两个指示灯颜色可以初步判断网卡的工作状态，是目前主流网卡，市场上较多见。图1.11所示为一种典型的PCI总线网卡。 PCMCIA总线网卡：这种网卡是笔记本专用网卡。 USB接口网卡：这是一种新型的总线网卡。 2按网络接口分类 RJ45接口网卡：连接双绞线的。 BNC接口网卡：连接细同轴电缆的。 AUI接口网卡：连接粗同轴电缆的。 FDDI接口网卡：用于FDDI网络的，市场上很少见。 ATM接口网卡：应用于ATM网络中的。 3按带宽分类 10Mbit/s网卡：用于标准以太网，主要是ISA总线。 100Mbit/s网卡：用于快速以太网，是目前的主流产品之一。 10/100 Mbit/s自适应网卡：能在两种速率上自动适应的网卡，是目前的主流产品之一。 1000 Mbit/s网卡：用于吉比特以太网中，能够提供1Gbit/s带宽，它的接口主要有RJ-45和光纤接口。,2.4.2 中继器与集线器,1. 中继器 中继器是最简单的网络互联设备。所以使用中继器，是因为传输线路上总会存在损耗，这些损耗会引起线路上传输的信号功率衰减，引起信号的失真，并且这些衰减会随着线路的长度增加而增减，是失真越来越严重；当衰减到一定程度时接收错误。因此，当有比特流传送到中继器时，中继器只对所传送来的信号波形还原、再生，对衰减信号进行放大，然后转发到其他的端口，并不对比特流的内容进行分析，目的仅仅是扩展网段的长度，扩大网络的覆盖范围。 此外，使用中继器后，当某一网段出现故障时，不会影响其他网段，提高了网路的可靠性。并且，还允许不同网段使用不同的通信带宽，在一定程度上提高了网络的灵活性。,2. 集线器 HUB是一个多端口的转发器，它虽然也具有中继器的信号整形、再生、放大功能，但主要目的不是用来扩展网段长度，而是用来连接多个设备或网段。其特点是，当连接了多台设备或网段后，该集线器就被这些设备或网段共享。这样的一种连接，会带来如下结果： （1）某一设备或网段发生故障，不会影响其他端口所连接点设备和网段。 （2）设备的接入或退出比较灵活、方便。 （3）集线器会把收到的来自某一端口或上层的任何信号，经过再生或放大后，将广播转发给其他所有端口，形成了一种广播发送。这种广播信号，往往会被窃听。 （4）所有端口共享上行带宽方式，使每个端口的带宽降低，例如，若