第二章数据通信基础课件

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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