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1、新编计算机网络技术教程,孝感学院计算机学院 陈晓文,第2章 数据通信与通信网技术,课件制作：陈晓文,2,2.1 数据通信与通信网技术,数据通信是指在计算机之间、计算机与终端以及终端与终端之间传送表示字符、数字、语音、图像的二进制代码0、1比特序列的过程。,课件制作：陈晓文,3,数据、信息和信号,数据：被传输的二进制代码称之为“数据”。信息：数据的内涵，数据是信息的载体。信号：数据在传输过程中的电磁信号的表示形式。数据分为：模拟数据和数字数据。模拟数据的取值是连续的，而数字数据的取值是离散的。计算机里存储的是数字数据。信号分为： 模拟信号和数字信号。 模拟信号是指信号的 幅度随时间呈连续变 化的
2、信号。 数字信号是在时间上 不连续的、离散性的信号。,课件制作：陈晓文,4,数据通信系统的组成,信源：信息的发送端。信宿：信息的接收端。信道：通信双方以传输介质为基础的传输信息的通道，它是建立在通信线路及其附属设备上的。信号变换器：将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。噪声源：信道上的噪声干扰。,课件制作：陈晓文,5,通信信道的分类,信道是数据信号传输的必经之路，一般由传输线路和传输设备组成。通信信道分类：物理信道和逻辑信道。有线信道和无线信道。模拟信道和数字信道。专用信道和公共交换信道。模拟信道只能传输模拟信号。数字信道只能传输数字信号。,课件制作：陈晓文,6,2.2 数据通信方式,
3、串行传输与并行传输：,课件制作：陈晓文,7,单工、半双工和全双工通信,课件制作：陈晓文,8,数据的同步技术,异步传输起止式同步方式，以 字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时 刻可以为任意。在异步传输方式中，字符可以被单独发送或连续发送，字符与字符的间隔可以连续发送“1”状态。当不传字符时，不要求收发时钟同步，异步传输的优点：每一个字符本身就包括了本字符的同步信息。异步传输的缺点：每发一个字符要添加一对起止信号，降低传输效率。,课件制作：陈晓文,9,同步传输,同步传输 以固定的时钟节拍来串行发送数字信号。不管是否传输数据，都要求收发两端的时钟必须在每个比特上保持一致。同步传输的收发时钟同步方
4、法，一种是外同步法；一种是自同步法。同步传输克服了异步传输中每一个字符均要加上附加起止信号的缺点，效率高，但实现起来复杂。,课件制作：陈晓文,10,同步技术,位同步：使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步，就是通常的同步传输。群同步：传输的信息被分成若干“群”。就是若干比特组成的一个字符，在每个字符前后冠以起始位和终止位，从而组成了一个字符序列。,课件制作：陈晓文,11,数据传输类型,基带传输：信源发出的未经转换器转换的、表示二进制数的原始脉冲信号。数字数据变成数字信号一般有三种编码方法：不归零编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码频带传输：基带传输由于带宽有限，信号频率低，不能实现远距离传输。通
5、过调制技术对原始数字信号进行一定的调制后再进行传输，成为宽带传输，也称为频带传输。通常使用正弦信号作为载波。,课件制作：陈晓文,12,2.3 数据的编码和调制,信号在通过某一介质传输时，往往须进行调制和编码，以提高信号的传输性能。调制：用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带信号变化。编码：将模拟数据或数字数据变换成数字信号，以便通过数字通信介质传输出去，在接收端，数字信号通过译码变换成原来形式。,课件制作：陈晓文,13,数据编码技术,数字数据到数字信号的转变。1、不归零编码2、归零码,课件制作：陈晓文,14,曼彻斯特编码,曼彻斯特编码，当发0时，在码元的中间时刻电平从低向高跃
6、变；发1时，码元的中间时刻电平从高向低跃变。编码过程简单，利用跃变可以自动计时，便于同步（自同步）。差分曼彻斯特编码：在每一码元周期内，无论发1还是0，在每一位的中间都有一个电平的跃变。发1时，码元周期开始时刻不跃变（与前一码元周期相位相反）；发0时，码元开始时刻就跃变。,课件制作：陈晓文,15,16,课件制作：陈晓文,模拟数据的数字信号编码,模拟数据的数字信号编码最常用的方法是脉冲编码调制（PCM pulse code modlation）,课件制作：陈晓文,模拟/数字数据均以数字数据形式存储在计算机中。,17,18,课件制作：陈晓文,数据调制技术,数字信号向模拟信号转换的过程。,课件制作：
7、陈晓文,19,2.4 信道复用技术,信道复用技术：在同一传输介质上“同时”传送多路信号的技术。实质就是共享物理信道。,课件制作：陈晓文,20,频分复用（FDM）,按照频率区分信号的方法，将具有一定带宽的信道分割为若干有较小频率带的子信道，每个子信道供一个用户使用。原理：将频带平均分配给每个要参与通信的用户； 优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户通信量都较大的情况；缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。,课件制作：陈晓文,21,时分多路复用,也称为同步时分复用。将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定时间段（一个周期），再将每一时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配
8、给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。原理：每个用户拥有固定的信道传送时槽；优点：适合于用户较少，数目基本固定，各用户的通信量都较大的情况；缺点：无法灵活地适应站点数及其通信量的变化。,课件制作：陈晓文,22,统计时分复用(ATDM),也称为异步时分复用。动态地按需分配时隙，以避免每个时间段中出现的空闲时隙。,课件制作：陈晓文,23,例题：,题目： 10 个9.6Kb/s 地信道按时分多论复用在一条线路上传输，如果忽略控制开销，在同步TDM情况下，复用线路的带宽应该是多少？在统计TDM 情况下，假定某个子信道只有30%的时间忙，复用线路的控制开销为10%，那么复用线路的
9、带宽应该是多少？ 解答：在同步时分多路传输（TDM）中，复用信道的带宽等于各个子信道带宽之和，因而有： 9.6kbps*10=96kbps 统计TDM情况下，由于每个子信道只有30%的时间忙，所以复 用信道的数据速率平均为： 9.6kbps*30%*10=28.8kbps 又由于复用线路的控制开销为10%，即只有90%的利用率，所以复用信道的带宽应为： 28.8kbps/90%=32kbps,课件制作：陈晓文,24,时分复用应用实例T1系统,T1系统：T1系统采用时分多路复用技术，它具有24路语音信号，8bit/路，125(微秒）/周期；一个周期：8（bit）* 24路 + 1（同步位）= 1
10、9（bit），传输速率为： 193（bit）/125（微秒）=1.544MbpsTDM技术可以使得更多路信号复用到速率更高的信道上。例如：路T1(1.544Mbps)复用到T2(6.312Mbps),7路T2再复用到T3(44.736Mbps),课件制作：陈晓文,25,时分复用应用实例E1系统,E1系统采用时分多路复用技术，它有32路语音信号，8bit/路，125微秒/周期，传输速率：32*8/125=2.048Mbps。,课件制作：陈晓文,26,波分多路复用（WDM）,WDM是频率分割技术在光纤媒体中的应用，它主要用于全光纤网组成的通信系统中。WDM是指在一根光纤上同时传送多个波长不同的光载
11、波的复用技术。WDM优点：可灵活增加光纤传输 容量。同时传输多路信号。成本低、维护方便可靠性高，应用广泛。,课件制作：陈晓文,27,码分多路复用(CDM),CDM是一种用于移动通信系统的新技术。CDM的基础是微波扩频通信。利用扩频通信中的不同码型的扩频之间相关性，为每个用户分配一个扩频编码，以区别不同的用户信号。,课件制作：陈晓文,28,空分多路复用（SDM）,SDM也叫空分多址(SDMA),这种技术是利用空间分割构成不同的信道。SDM是一种信道增容的方式，可以实现频率的重复使用，充分利用频率资源。,课件制作：陈晓文,29,2.5 数据交换技术,两台计算机之间数据通信的最简单形式是直接将两台计
12、算机连接在一起。但当通信结点较多且传输距离较远时，无法在所有结点之间都建立固定的点到点连接。通常建立一个交错的通信网络，将需要通信的所有设备都连到网络上，利用网络上的交换设备进行连接，负责数据的转接（交换）。,课件制作：陈晓文,30,电路交换,也称线路交换，它是一种直接的交换方式，可以为一对需要进行通信的结点提供一条临时的专用通道。目前,PSTN广泛使用电路交换。电路交换包括：建立连接、数据传输、释放连接三个阶段。,课件制作：陈晓文,31,电路交换特点,优点： 由于通信线路为通信双方用户专用，数据直达，所以传输数 据的时延非常小。 通信双方之间的物理通路一旦建立，双方可以随时通信，实时性强。
13、双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。 电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。 电路交换的交换的交换设备（交换机等）及控制均较简单。 缺点： 电路交换的平均连接建立时间对计算机通信来说嫌长。 电路交换连接建立后，物理通路被通信双方独占，即使通信线路空闲，也不能供其他用户使用，因而信道利用低。 电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。,课件制作：陈晓文,32,报文交换,报文交换是以报文为单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换结点采用存储转发的传输方式。优点： 报文交换不需要连接建立时延，用户可随时发送
14、报文。 由于采用存储转发，可以进行差错检验和重发提高了传输的可靠性。在存储转发中容易实现代码转换和速率匹配，这样就便于类型、规格和速度不同的计算机之间进行通信。报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。 通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，因而大大提高了通信线路的利用率。,课件制作：陈晓文,33,报文交换（续）,缺点： 由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延（包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等），而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业
15、务的数据。 报文交换只适用于数字信号。 由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路不空闲时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。为了降低成本，减少结点的缓冲存储器的容量，有时要把等待转发的报文存在磁盘上，进一步增加了传送时延。,课件制作：陈晓文,34,分组交换,分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。它适用于交互式通信，如终端与主机通信。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。它是计算机网络中使用最
16、广泛的一种交换技术。,课件制作：陈晓文,35,分组交换优点,加速了数据在网络中的传输。因为分组是逐个传输，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线式传输方式减少了报文的传输时间。此外，传输一个分组所需的缓冲区比传输一份报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的机率及等待的时间也必然少得多。 简化了存储管理。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管理，相对比较容易。减少了出错机率和重发数据量。因为分组较短，其出错机率必然减少，每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输时延。由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据，因此对于计算机之间的突发式的数据通信，分组交换显然更为合适些。,
