计算机网络技术 教学课件 ppt 徐立新 第2章

1、计算机网络技术,第2章 数据通信基础,2.1 基本概念 2.1.1 信息、数据与信号 2.1.2 数据传输类型与通信方式 2.1.3 数据通信中的主要技术指标 2.2 常见传输介质及特性 2.2.1 传输介质的主要类型、 2.2.2 同轴电缆 2.2.3 双绞线 2.2.4 光纤 2.2.5 无线通信 2.3 数据编码技术 2.3.1 数据编码类型 2.3.2 数字数据的模拟信号编码方法 2.3.3 数字数据的数字信号编码方法 2.3.4 模拟数据的数字信号编码方法,第2章 数据通信基础,2.4 数据传输技术 2.4.1 传输方式 2.4.2 同步技术 2.4.3 多路复用技术 2.5 数据交换技术 2.5.1 电路交换 2.5.2 存储转发交换 2.5.3 其他高速交换技术 2.6 差错控制与检测 2.6.1 差错的产生 2.6.2 差错控制方法,第2章 数据通信的基础知识,学习目标: 1）了解并识记数据通信的基本概念 2）理解并掌握数据编码的类型和基本方法 3）掌握数据通信的主要技术指标及计算 4）掌握多路复用技术的分类和特点 5）理解数据交换技术的分类和特点 6）识记差错控制和检

2、测的基本概念,2.1 数据通信的基本概念,信息( Information)：字母、数字、语音、图象等的组合。 数据(Data)：传递信息的实体，常是二进制代码序列。 -模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据 信号(Signal)：数据在传输过程中的电信号表示形式。 -模拟信号与数字信号 数据通信即是指在计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码序列的模拟或数字信号的过程。 信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。,1.数字信道和模拟信道, 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。 模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。,2.1 数据通信的基本概念,2.模拟信号和数字信号,模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值 数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值,t,a) 模拟信号,b) 数字信号,2.1 数据通信的基本概念, 串行通信：各数据位沿一条信道依次传输， 远程通信常用串行传输。 并行通信：多个数据位可沿多条信道同时传输。 如计算机内部通常用并行传输。,3. 通信方式按使用的信道数,2.1 数据通信的基本概念,4. 通信方式按数据流动的方向

3、, 单工：数据单向传输（无线电广播） 半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机） 全双工：数据可同时双向传输（电话） 两个方向的信号共享链路带宽： 1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输,2.1 数据通信的基本概念,2.1 数据通信的基本概念,2.2 常见传输介质及特性,传输介质的主要类型,（1）双绞线：最常用的传输介质 非屏蔽双绞线：无屏蔽层，由护套和线对组成。 屏蔽双绞线：有屏蔽层，抗噪性好。,（2）同轴电缆： 抗干扰性较强，早期局域网常用的传输介质。,2.2 常见传输介质及特性,（3）光纤：性能最好，应用前途最广泛的传输介质。 利用折射定律和全反射规律，传播光信号。 低损耗、高带宽、高数据传输速率、安全性好。,2.2 常见传输介质及特性,2.2 常见传输介质及特性,（4）无线通信介质： 常用的有微波、红外线和可见光。 无线通信系统有：微波通信、蜂窝移动通信和卫星通信。 微波只能沿直线传播，在地面一般采用点对点方式通信。 蜂窝移动通信是广播式传输，采用多址接入技术区分用户。 卫星通信覆盖面积大，通信距离远，通信费用

4、和距离无关， 有传输延迟。,2.2 常见传输介质及特性,1. 数字数据的模拟信号编码,三种常用的调制技术： 1） 振幅键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 2） 移频键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频 3） 移相键控PSK(Phase Shift Keying) ，调相 基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。,载波 S(t) = A cos (t+) S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、相位 调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化,2.3 数据编码技术,ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1 FSK：用载波的两个不同频率表示0和1 PSK：用前后两个信号的相位的绝对值表示数字0和1（绝对调相） 用前后两个信号的相位的相对偏移值表示0和1（相对调相）,2.3 数据编码技术,2.3 数据编码技术,2. 数字数据的数字信号编码,非归零码(NRZ，Non-Return to Zero) 二进制数字0、1分别用两种电平来表示。 如：用低电平表示 0 ，高电平表示 1 。 缺点：当0和1个数不相等时，存在直流分量； 不具

5、备自同步机制，必须使用外同步。,2.3 数据编码技术,曼彻斯特编码(Manchester code) 用电压的变化表示0和1。 规定在每个码元的中间发生跳变： 低 高的跳变0，高低的跳变1 因为每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。 所以曼彻斯特编码也称为自同步码（Self-Synchronizing Code）。它具有自同步机制，无需外同步信号。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。,2.3 数据编码技术,差分曼彻斯特编码(Differential Manchester code) 与曼彻斯特编码相同的是，在每个码元的中间，信号都会发生跳变，作同步之用；不同之处在于： 用在码元开始处有无跳变来表示0和1 ： 码元开始处有跳变0 码元开始处无跳变1,2.3 数据编码技术,2.3 数据编码技术,奈奎斯特定理（采样定理）： 如果连续变化的模拟信号最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。,3.模拟数据的数字信号编码,语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信

6、号转换成数字信号。这需要经过三个步骤： 1）采样按一定间隔对语音信号进行采样 2）量化对每个样本舍入到量化级别上 3）编码对每个舍入后的样本进行编码,2.3 数据编码技术,编码后的信号称为PCM（Pulse Coded Modulation）信号（脉码调制信号）,-话音信道带宽 2倍话音最大频率) -量化级数：256级 (8位二进制码表示) -数据率：8000次/s*8bit = 64Kb/s 每路PCM信号的速率 = 64000bps,2.3 数据编码技术,PCM转换过程举例,PCM技术的典型应用 是语音数字化。 量化级越多，误差 越小，但PCM使用的 二进制位也较多， 编码效率降低。,2.3 数据编码技术,1.基带传输技术 人们把数字数据信号固有的频带称为基带，相应的 矩形脉冲信号称为地带信号。 基带传输技术是指在数字信道上，直接传送基带信号 的方法，它是最基本的数据传输方式。 大多数局域网都使用基带传输，如以太网。,2.4 数据传输技术,2.频带传输技术 1）电话交换网的结构,2.4 数据传输技术,2）频带传输的定义 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输。 它需要调制成模拟

7、信号后再传送，接收方需要解调。 频带传输中，调制解调器是最典型的通信设备。 例如：通过电话模拟信道传输 3）宽带传输的定义 宽带指比音频带宽更宽的频带，指传输介质的频带宽度较 宽的信息传输，它可同时传播多路信号，进行高速数据传输。,2.4 数据传输技术,4）调制解调器的基本工作原理 （1）调制解调器的工作原理 通过调幅、调频等技术实现数字信号和模拟信号的转换。 （2）全双工通信的工作原理 使用带通滤波器将双方的发送与接收通道分开，达到 全双工通信的目的。 带通滤波器是一种选频电路，它只允许特定频率范围的 信号通过。,2.4 数据传输技术,移频方式的调制解调器工作原理,2.4 数据传输技术,3.数据通信中的主要技术指标 1）数据传输速率 指每秒能传送的二进制信息位数，也叫比特率。 单位：位/每秒，记作bps或bit/s。 2）信号传输速率 单位时间里通过信道传输的码元个数，也叫波特率。 单位：波特，记作Baud。,2.4 数据传输技术,码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元 同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始,2.4 数据传输技术,比特率和波特率的关系： 1 B

8、aud = （log2M） bps 其中M是信号的编码级数。也可以写成 Rbit = Rbaud log2M 一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。（举例） 换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。,2.4 数据传输技术,3）信道容量 指1个信道的最大数据传输速率。单位：位/每秒。 4）误码率 指二进制数据位传输时出错的概率，是衡量信道传输 可靠性的指标。 在计算机网络中，一般要求误码率低于106 。 P= 错误的位数 / 传输的总位数,2.4 数据传输技术,4.同步传输与异步传输 所谓同步，就是要求通信的接收端要按照发送端所发送的 每比特的重复频率以及起止时间来接收数据，即收发双方在时 间基准上保持一致。 数据通信的同步包括：位同步、字符同步。,2.4 数据传输技术,1)位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步 （1）外同步法发送端发送数据的同时，另外发送同步时钟信号，接收方用它来校准自己的时钟脉冲频率。 （2）内同步法通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这些数据编码信号本身包含了同步脉冲，接收方提取同步信号来锁定自己

9、的时钟脉冲频率。,2.4 数据传输技术,2)字符同步：保证收发双方正确传输字符。 （1）同步式由同步控制字符领先，以组为单位连续传送。,2.4 数据传输技术,（2）异步式每个字符独立传送，各字符间的时间间隔可以 任意。需添加冗余位以确认字符的开始和结束。,2.4 数据传输技术,5.多路复用技术 指在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。 发送方通过复用器将多个用户的数据汇集，经一条物理线 路传送到接收设备，接收设备再通过分用器将数据分离成单独 的数据，分发给接收方的多个用户。,2.4 数据传输技术,1)多路复用技术的分类： 频分多路复用(FDM) 波分多路复用(WDM) 时分多路复用(TDM),2.4 数据传输技术,2)频分多路复用(Frequency Division Multiplexing),原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。,适用于模拟信号传输,2.4 数据传输技术,频分多路复用的基本工作原理示意图,2.4 数据传输技术,3）波分多路复用(Wave Division Multiplexing),原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。,2.4 数据传输技术,4）时分多路复用(Time Division Multiplexing),(1)工作原理： 以信道传输时间作为分割对象，把时间分割成小的时间片，通过为多个用户分配不同的时间片的方法来实现多路复用。 适合于数字信号的传输。 T1载波：复用24路信号，速率1.544Mbps （北美标准） E1载波：复用30路信号，速率2.048Mbps （欧洲标准）,2.4 数据传输技术,(2)时分多路复用技术的分类： 同步时分多路复用（STDM） 将时间片固定分配给各个信道，不考虑信道是否有数据发送，这要求收发双方必须同步，当某用户无数据发送时，其他用户也不能占用其时间片，将会造成带宽浪费。 统计时分多路复用（ATDM）也叫异步时分多路复用 根据用户对时间片的需要来分配时间片，没有数据传输的用户不分配时间片，同时，对每一个时间片加上用户标识

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