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1、第二章 数据通信基础,通 信,计 算 机,计算机网络,计算机网络是计算机技术与通信技术 相结合的产物。,2.1 数据通信的基本概念,一、信息 通信的目的是信息交换,信息的载体用来承载信息的事物,可以是数字、文字、语音、图形和图像等。,二、数据 在数字通信中一般用二进制数作为信息的载体。这种承载着信息的二进制码就是我们所说的数据。 三、信号(Signal) 数据在传输过程中的电磁波表示形式。 包括数字信号模拟信号,1844上帝创造了何等的奇迹。,一次通信中产生和发送信息的一端叫信源, 接收信息的一端叫信宿。 信源和信宿之间要有通信线路才能互相通信。 通信线路称为信道。,资源子网和通信子网结构示意
2、图,数据传输系统(通信子网),传输线路 调制解调 多路复用 交换设备,数据处理系统(资源子网),终端设备 计算机系统,数据通信的基本过程,5个阶段 包含两项内容:数据传输和通信控制 过程 与打电话比较 建立物理连接 拨号,拨通对方 建立逻辑连接 互相确认身份 数据传输 互相通话 断开逻辑连接 互相确认要结束通话 断开物理连接 双方挂机,*注意,并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段。,数据传输的主要技术指标,传输速率 差错率(误码率),模拟与数字,模拟数据是指在某个区间内的连续值。例如: 声音或视频都是强度连续变化的波形; 用传感器采集到的数据: 温度 压力 数字数据泛指离散值。例如: 文字
3、整数,模拟信号与数字信号 (a) 模拟信号 (b) 数字信号,数据传输类型,数据通信系统基本结构,在数据通信系统中,传输模拟信号的系统称为模拟通信系统,而传输数字信号的系统称为数字通信系统。,调制和解调,0,0,0,0,0,1,1,1,1,数字信号,(a)调幅,(b)调频,(c)调相,按数字信号的值改变载波信号的幅度,按数字信号的值改变载波信号的频率,按数字信号的值改变载波信号的相位,一、单工通信(双线制) 在单工通信中,数据信号固定地从发送端人传送到接收端B,因此,又叫单向通信。,数据通信方式,二、半双工通信(双线制+开关) 在半双工通信中,允许数据信号双向传送,但不能同时进行,因此又被称为
4、双向交替通信。这种方式要求A、B端都有发送装置和接收装置。若想改变信息的传输方向,需要利用开关进行切换。例如,无线电对讲机 。,数据通信方式,三、全双工通信(四线制 ) 全双工通信中,允许双方同时在两个方向进行数据传输,因此也被称为双向同时通信。它相当于将两个方向相反的单工通信方式组合起来。因此,一般采用四线制。全双工通信效率高,造价也高,一般用于计算机之间的通信,数据通信方式,异步通信,同步通信,串行同步通信信息帧格式,校验字符,第,n,帧,第,n+,1,帧,同步字符,同步字符,数据块,传输介质,传输介质 传输信号经过的各种物理环境 物理上将计算机相互连接起来的介质 传输介质的种类 有线介质
5、 无线介质,传输介质的种类,同轴电缆,同轴电缆的特点,优点 传输距离较远,覆盖的地域范围较大 技术非常成熟 缺点 电缆硬,折曲困难,重量重 局域网常用同轴电缆 粗同轴电缆:特征阻抗50 ,直径1cm 细同轴电缆:特征阻抗50,直径0.5cm。 同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线,双绞线(twisted pair),最普通的传输介质,它由两根绝缘的金属导线扭在一起而成,分为: 有屏蔽双绞(STP shielded twisted pair ) 非屏蔽双绞线(UTP unshielded twisted pair) 双绞线的优点:价格便宜;安装方便;速率较高 双绞线的缺点:抗干扰不好(UTP),
6、双绞线(twisted pair),双绞原因:可以减少电磁波的干扰,也可以减少发送电磁波而干扰别人。传输距离:100米,非屏蔽双绞线和RJ-45连接器,屏蔽双绞线,优点 传输质量较高 电缆尺寸和重量与UTP相当 缺点 安装不合适有可能引入外界干扰,非屏蔽双绞线的类别与传输速率,双绞线的通信距离一般在100米的范围内,常用的双绞线类型有:,屏蔽双绞线(STP) 非屏蔽双绞线(UTP),以铝箔屏蔽以减少干扰和串音,应用较少,双绞线外无任何屏蔽层,应用广泛,常用的双绞线:3类(16Mb/s) 和5类(155Mb/s)两种,非屏蔽双绞线的特点,优点 尺寸小、重量轻、容易弯曲 价格便宜 容易安装和维护
7、RJ-45连接器牢固、可靠 缺点 抗干扰能力较弱 传输距离比较短 UTP分为:3类线、4类线、5类线和超5类线 UTP非常适合于楼宇内部的结构化布线,T568A: 白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白褐、褐 T568B: 白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白褐、褐,非屏蔽双绞线,非屏蔽双绞线由4对导线组成 常用的颜色与线号的对应关系 橙(2)和橙白(1) 绿(6)和绿白(3) 蓝(4)和蓝白(5) 棕(8)和棕白(7),10M/100M以太网中的非屏蔽双绞线,10M/100M以太网利用非屏蔽双绞线中的两对线进行信息传输 10M/100M以太网使用的线对 发送:1 (橙白) 、2 (橙) 接收:3 (绿
8、白) 、6 (绿),RJ-45接头和接口,基本连接规则,自己的发线要与对方的的收线相连 自己的收线要与对方的的发线相连,直通线用于: 计算机和集线器、计算机和交换机、路由器和集线器、路由器和交换机之间的连接 交叉线用于: 计算机与计算机、集线器和集线器、交换机和交换机、路由器和计算机之间的连接,直通UTP电缆,直通UTP电缆的使用环境(1),计算机与集线器相连,直通UTP电缆的使用环境(2),利用集线器的直通级联端口与另一集线器的普通交叉端口级联,交叉UTP电缆,交叉UTP电缆的使用环境,利用集线器的普通交叉端口与另一集线器的普通交叉端口级联,直通线制作:两头线序都遵循T568B 交叉线制作:
9、一头遵循T568B,另一头遵循T568A 网络线的制作步骤:剥线、理线、插线、压线,剥去线皮,剥开长度为1.5cm-2cm,初步排好线对,注意不要乱了线序,把线插入到RJ-45接头,压线,网线测试仪:用来检测网线制作是否正确的仪器。 测试直通线灯亮顺序: 11 22 33 44 55 66 77 88 测试交叉线灯亮顺序: 13 26 31 44 55 62 77 88,光缆,单模光纤与多模光纤的比较,光缆的特点,优点 传输速率高 传输距离远 传输损耗低 抗干扰能力强 缺点 价格相对较高 安装比较困难 光纤的分类 多模光纤 单模光纤(传输质量比多模光纤好) 光缆适合于楼宇内部的结构化布线,无线
10、介质(信号在大气或外层空间自由传播) 使用电磁波或光波携带信息 优缺点: 无需物理连接 适用于长距离或不便布线的场合 易受干扰 反射,为障碍物所阻隔 主要类型: 无线电、地面微波 通信卫星 红外线,微波通信 通过地面站之间接力传送 接力站之间距离:50 100 km 速率:每信道 45 Mb/s,地球,地面站之间的直视线路,微波传送塔,卫星通信,短波通信 基站与终端之间通信采用无线链路 应用领域:移动通信、无线局域网(WLAN),基站覆盖的无线电区域,基站,用户计算机和终端,数据交换技术,线路交换(circuit exchanging) 存储转发(store-and-forward excha
11、nging)交换,线路交换过程示意图,线路交换方式,线路交换方式的优点是:通信实时性强,适用于交互式会话类通信; 线路交换方式的缺点是:对突发性通信不适应,系统效率低,系统不具有存储数据的能力,不能平滑交通量。,存储转发交换方式,存储转发与线路交换方式的主要区别: 发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元(报文或报文分组)进入通信子网; 通信子网中的结点是通信控制处理机,它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。,存储转发方式的优点,由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组,多个分组可以共享通信信道,线路利用率高; 通信子网中通信控制处理机具有路选功
12、能,可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径; 可以平滑通信量,提高系统效率; 分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时,均要进行差错检查与纠错处理,因此可以减少传输错误,提高系统可靠性; 通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换,也可以对不同的数据代码格式进行变换。,报文与报文分组,数据通过通信子网传输时可以有报文(message)与报文分组(packet)两种方式; 报文传输:不管发送数据的长度是多少,都把它当作一个逻辑单元发送; 报文分组传输:限制一次传输数据的最大长度,如果传输数据超过规定的最大长度,发送结点就将它分成多个报文分组发送。,报文和报文分组结构,由于分组长度较
13、短,在传输出错时,检错容易并且重发花费的时间较少; 限定分组最大数据长度,有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率; 公用数据网采用的是分组交换技术。,数据报方式,数据报是分组存储转发的一种形式; 在数据报方式中,分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立“线路连接”; 源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径; 每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。,数据报方式的工作原理示意图,数据报工作方式的特点,同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网; 同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象; 每一个分组在传输过程中都必须带
14、有目的地址与源地址; 数据报方式报文传输延迟较大,适用于突发性通信,不适用于长报文、会话式通信。,虚电路方式,虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来,处分发挥两种方法的优点,以达到最佳的数据交换效果; 数据报方式在分组发送之前,发送方与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前,需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路; 虚电路方式与线路交换方式相同,整个通信过程分为以下三个阶段:虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。,虚电路方式 原理示意图,虚电路的特点,在每次分组发送之前,必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。这是因为不需要真正去建立一条物理链路,连接发送方与
15、接收方的物理链路已经存在; 一次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送,因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象; 分组通过虚电路上的每个结点时,结点只需要做差错检测,而不需要做路径选择; 通信子网中每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。,虚电路方式与线路交换方式的不同之处,虚电路是在传输分组时建立起的逻辑连接,称为“虚电路”是因为这种电路不是专用的。每个结点到其它结点间可能有无数条虚电路存在; 一个结点可以同时与多个结点之间具有虚电路; 每条虚电路支持特定的两个结点之间的数据传输。 由于虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优点,因此在计算机网络中得到了广泛的应用。,传输差错 通过通信信道后接收的数据与发送数据不一致的现象; 差错控制 检查是否出现差错以及如何纠正差错; 通信信道的噪声分为两类:热噪声和冲击噪声; 由热噪声引起的差错是随机差错; 冲击噪声引起的差错是突发差错;,差错产生与差错控制方法,传输差错产生过程,误码率的定义,误码率定义: 二进制比特在数据传输系统中被传错的概率, 它在数值上近似等于: Pe = Ne/N 其中,N为传输的二进制比特总数 Ne为被传错的比特数,讨