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1、2020/7/4,汾阳师范信息技术系,1,计算机网络基础教程,王建平山西吕梁高专汾阳师范信息技术系,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,2,第2章数据通信基础与物理层,本章内容：2.1数据通信基本概念2.2数据交换技术2.3传输媒体2.4网络结构化布线简介2.5物理层协议2.6实训项目,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,3,2.1数据通信基本概念,数据通信的一般概念数据通信是依照通信协议,利用数据传输技术,通过某种类型的介质把模拟信号或数字信号从一个地点向另一个地点传送的通讯方式.,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,4,2.1数据通信基本概念,数据通信的特点:数据通信是实现计算机和计
2、算机之间、人和计算机之间的通信；计算机之间的通信有严格的通信协议；对数据传输可靠性要求很高；信息量具有突发性；设备的多样性；,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,6,2.1数据通信基本概念,数据通信系统:模型,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,7,2.1数据通信基本概念,1.信息一般认为信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。2.数据数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。3.信号信号是数据的电磁或电子编码，是数据的具体物理表现，具有确定的物理描述。例如电压
3、、磁场强度等。4.信道在传输介质内存在着传输信号的通道.5.带宽信号的带宽是指信道中能够传送的信号的频率范围,2.1.1信号、信道与带宽,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,8,2.1数据通信基本概念,信号可以是模拟的也可以是数字的。其中模拟信号是指一种连续变化的电信号，例如：电话线上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波信号。数字信号是指一种离散变化的电信号，例如计算机产生的电信号就是“0”和“1”的电压脉冲序列串。与信号的分类相对应，信道也分为传输模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。数据可以是模拟的也可以是数字的。模拟是与连续相对应的。模拟数据是取某一区间的连续值，而模拟信号
4、是一个连续变化的物理量。数字是与离散相对应的。数字数据取某一区间内有限个离散值，数字信号取几个不连续的物理状态来代表数字。模拟信号和数字信号的区别如下图所示。,注:模拟和数字,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,9,2.1数据通信基本概念,注: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,(a)模拟信号(b)数字信号,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,10,2.1数据通信基本概念,数据通信的长距离传输及信号衰减的克服,（1）模拟信号和数字信号都可以在合适的传输媒体上进行传输（2）模拟信号无论表示模拟数据还是数字数据,在传输一定距离后
5、都会衰减。克服的办法是用放大器来增强信号的能量，但噪音分量也会增强，以至引起信号畸变。（3）数字信号长距离传输也会衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信号恢复为“0、1”的标准电平后继续传输。,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,11,2.1.2数据传输方式：并行与串行传输,并行传输多个数据位同时传输发送设备将8个数据位通过8条数据线，传送给接收设备。接收设备可以直接使用接收到的数据。并行的数据传送线也叫总线。适用于短距离通信。要求并行设备,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,12,2.1.2数据传输方式：并行与串行传输,串行传输每次由源地传到目的地的数据只有一位，比并行速度慢，发送和接收
6、时需要串并转换设备，但是可以利用公用电话系统，具有经济、实用的特点。能够满足长距离的通信需要。1位数据传输串行设备并行和串行转换,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,13,2.1.2数据传输方式：并行与串行传输,并行与串行传输,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,14,2.1.3数据传输方式：方向,信道的通信方式：单工（有监视信号的反向流动）半双工全双工,串行通信的方向性结构有三种,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,15,2.1.3数据传输方式：方向,单工通信方式（有监视信号的反向流动）数据单向传输（无线电广播）,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,16,2.1.3数据传输方式：方向
7、,半双工通信方式数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机）,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,17,2.1.3数据传输方式：方向,全双工通信方式数据可同时双向传输（电话）,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,18,2.1.3数据传输方式：方向,单工,半双工,全双工,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,19,同步，就是接收端要按发送端所发送的每个码元的重复频率以及起止时间来接收数据。在通信时，接收端要校准自己的时间和重复频率，以便和发送端取得一致，这一过程称为同步过程。目前，传输信息的同步方式有异步式和同步式两种。(1)异步传输异步式又称为起止同步方式，它把各个字符分开传输，字
8、符之间插入同步信息。它在要传输的字符前设置一启动用的起始位，预告字符的信息代码即将开始，在信息代码和校验位（一般总共为8比特）结束以后，再设置12位比特的终止位，表示该字符已结束。终止位也反映了平时不进行通信时的状态，即处于“传号”状态。,2.1.4同步方式,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,20,2.1.4同步方式,图2-11为字母“A”的代码（1000001）在异步方式时的代码结构。,图2-11异步式代码结构各字符之间的间隔是任意的、不同步的，但在一个字符时间之内，收发双方各数据位必须同步，所以这种通信方式又称为起止同步方式。异步方式实现起来简单容易，频率的漂移不会积累，每个字符都为该
9、字符的位同步提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。缺点是线路效率低，因为每个字符需多占用23位的开销。异步方式在低速终端信道上获得了广泛的应用。,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,21,2.1.4同步方式,(2)同步传输同步式要求不管是否传输信息代码，每个比特位必须在收发两端始终保持同步，中间没有间断时间，即为比特位同步。一般接收端从接收的信号中提取同步信号，因为在接收信号码元1和0的极性变化中就包含了同步信息。当不传送信息代码时，在线路上传送的是全1或其他特定代码，在传输开始时用同步字符SYN（编码为0010110）使收发双方进入同步。当搜索到两个以上SYN同步字符时，接收端开始接收信
10、息，此后就从传输信息中检测同步信息。在两个连续的报文之间，应插入两个以上的SYN同步字符。图2-12为同步传送的代码结构。,图2-12同步式代码结构一般在高速传输数据的系统中采用同步式。,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,22,2.1.5基带传输与数字信号编码,基带:频谱从“0”开始而未经任何处理的脉冲信号所占据的频率范围。基带信号:将由不同电压表示的数字信号1或0。基带传输:数字数据以原来的“0”或“1”的形式在信道上传送，称为基带传送。如何把数字信息用电信号的波形表示出来:数字信号是离散的，每个脉冲代表一个信号单元，或称码元。在计算机网络中主要用二进制的数据信号，可用两种码元分别代表二
11、进制数字符号1和0，也称为二元码。表示二进制数字的码元的形式不同，便产生出不同的编码方案。,基带传输是一种最简单的传输方式，近距离通信的局域网都采用基带传输。基带传输时，需要解决的问题是数字数据的数字信号表示。,(1)基带传输,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,23,2.1.5基带传输与数字信号编码,(2)数字信号编码,（a）单极性全宽码,（b）双极性全宽码,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,24,2.1.5基带传输与数字信号编码,(2)数字信号编码,（c）单极性归零编码,（d）双极性归零编码,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,25,2.1.5基带传输与数字信号编码,(2)数字信号
12、编码,归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点,不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送端和接收端之间进行定时或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,26,2.1.5基带传输与数字信号编码,(3).曼彻斯特码和差分曼彻斯特码图2-5（a）所示为曼彻斯特码。在每一个码元时间间隔内，当发0
13、时，在间隔的中间时刻电平从低向高跳变；当发1时，在间隔的中间时刻电平从高向低跳变。这类码元的特点是在每一码元的时间间隔内，至少有一次跳变。,图2-5(a)曼彻斯特码,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,27,2.1.5基带传输与数字信号编码,图2-5（b）所示为差分曼彻斯特码。在每一个码元的时间间隔内，无论发1或发0，在间隔的中间都有电平的跳变，但发1时，间隔开始时刻电平不跳变，发0时，间隔开始时刻电平会跳变。,图2-5(b)差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的应用很普遍，已成为局域网的标准编码。,(3).曼彻斯特码和差分曼彻斯特码,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,28,频带传输
14、：代表数据的二进制“1”和“0”，通过调制解调器，变换成具有一定频带范围的模拟信号进行传输。调制解调器最基本的调制方法有以下几种（在图2-1中给出了这几种波形传输数据的波形的示意图）：（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0对应于无载波输出，而1对应于有载波输出。（2）调频（FM）即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0对应于频率f1，而1对应于频率f2。（3）调相（PM）即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0对应于相位0度，而1对应于180度。,2.1.6频带传输与模拟信号编码,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,29,2.1.6频带传输与模拟信号编码,几种调
15、制方法,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,30,多路复用是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每一个数据源都有自己的信道一样。多路复用技术就是把许多个单个信号在一个信道上同时传输的技术。多路复用系统可以将来自多个信息源的信息进行合并，然后将这一合成的信息群经单一的线路和传输设备进行传输。在接收端，则设有能将信息群分离成单个信息的设备，因此，只用一套发送装置和接收装置就能替代多个设备，如图所示。,2.1.7多路复用技术,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,31,2.1.7多路复用技术,常用的多路复用技术,主要有四种形式：频分多路复用（FrequencyDivis
16、ionMultiplexing，FDM）、时分多路复用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）、波分多路复用（WavelengthDivisionMultiplexing，WDM）码分多路复用（CodeDivisionMultiplexing，CDM）。,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,32,在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该物理信道的总带宽分割成若干个和传输的单个信道带宽相同（或略为宽一点）的子信道，每一个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。多路的原始信号在频分复用前，首先要通过频谱搬移技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，这可以通过频率调制时采用不同的载波来实现。如图2-17所示。,2.1.7多路复用技术,1频分多路复用（FDM）技术,2020/7/4,汾阳师范信息技术系,33,2.1.7多路复用技术,1频分多路复用（FDM）技术,在两个通道间应留有间隙作为防护频带，以防相互干扰。这种方式适用于多点终端以及低速线路。频分多路复用要求在已分配的频段间应有“防护频带”，而防护频带要占用一
