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1、* *第2章 数据通信的基础知识 本章内容 数据通信系统 基本概念 传输介质 数据编码 多路复用技术 数据交换技术 差错控制 数据通信性能指标1* *2.1数据通信系统 源系统 源点：源点设备产生通信网络要传输的数据。 发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系 统中进行传输。 目的系统 接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的 设备处理的信息。 终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。 传输系统 可以是简单的物理通信线路 也可以是连接源系统和目的系统之间的复杂网络设备噪声信源发送器信道接收器信宿源系统目的系统2* *数据通信的基本过程 5个阶段 包含两项内容
2、：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。3* *2.2基本概念 数据与信号 信道 通信方式 传输方式 同步方式4* *2.2.1数据与信号 数据（Data）传递（携带）信息的实体。 信息（Information）数据的内容或解释。 信号（Signal）数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在 介质中传播5* * 模拟信号 时间上连续，包含无穷多个信号值 数字信号 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常
3、 见的是二值信号ta） 模拟信号tb） 数字信号6* * 周期信号 信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波） 非周期信号 信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信 号）。tTTTtTTT周 期 信 号非 周 期 信 号tt7* * 信息编码：将信息用二进制数表示的方法 例如：ASCII编码、BCD编码等 数据编码：将数据用物理量表示的方法 例如：字符“A”的ASCII编码为01000001，其数 据编码可能为01000001t8* * 信息通过数据通信系统进行传输的过程 把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输 编码：数据适合传输的数字
4、信号便于同步、识别、纠错 调制：数字信号适合传输的形式按频率、幅度、相位 解调：接收波形数字信号 解码：数字信号原始数据信息数据信号在信道上传输信号数据信息数据编码调制解调数据解码01000001“A”01000001“A”信道信息编码信息解码9* * 不同类型的信号在不同类型的信道上传输 有4种情况：数据：模拟数据 数字数据信号：模拟信号 数字信号 信道：模拟信道 数字信道10* * 模拟传输和数字传输所使用的技术语音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制11* * 编码与调制的区别
5、 编码：用数字信号承载数字或模拟数据 调制：用模拟信号承载数字或模拟数据EncoderDecoder 数字或 模拟数据数字信号数字信号x(t)g(t)数字或 模拟数据编码与解码编码与解码数字信道数字信道发送方接收方g(t)编码解码12* *调制与解调调制与解调数字或 模拟数据ModulatorDemodulator 数字或 模拟数据模拟信号模拟信号g(t)s(t)g(t)载波模拟信道模拟信道发送方接收方调制解调制13* *2.2.2 信道 信道（Channel）：传送信息的线路（或通路 ） 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传 输数据的信道 计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输 ADSL
6、、ISDN、DDN、ATM、局域网 模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的 信道 CATV、无线电广播、电话拨号线路14* * 数字通信与模拟通信 数字通信 在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输 模拟通信 在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输 数字通信的优点 抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量 便于用计算机进行处理 易于加密、保密性强 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活 计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟 通信，如通过电话线拨号上网。15* *2.2.3 通信方式 单工数据单向传输（例：无线电广播） 半双工数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向 传输（例：
7、对讲机） 全双工数据可以双向同时传输（例：电话） 需要具有两条物理上独立的传输线路； 或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于 不同方向的信号传输。 16* *发送器接收器发送器/ 接收器发送器/ 接收器发送器/ 接收器发送器/ 接收器单工方式：半双工方式：全双工方式：A站B站可同时不可同时17* * 基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲 信号直接在信道上传送。 例如：以太网（局域网） 频带传输：数字信号调制成音频模拟信号 后再传送，接收方需要解调。 例如：通过电话网络传输数据 宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ到 几百MHZ的模拟信号后再传送，接收方需要 解调。 例如：闭路电视的信
8、号传输2.2.4 传输方式18* * 同步的因素： 同步脉冲频率 数据从什么时候开始，什么时候结束 位边界 数据块边界 数据通信中需要在三个层次上实现同步： 位位同步 字符字符同步 帧(Frame)帧同步2.2.5 同步方式19* *同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元从何时开始同步脉冲也可位于码元的中部一个码元也可有多个同步脉冲相对应t码元1码元2码元3码元4码元5信号同步脉冲t20* * 目的：使接收端与发送端在时间基准上一致 外同步发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接 收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。 自同步通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号 中包含同步信
9、号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自 己的时钟脉冲频率。位同步21* * 目的：找到正确的字符边界 常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字符的 传输需要： 1个起始位、58个数据位、1、1.5或2个停止位 采用这种同步方式的通信也称“异步通信” 起止式的优缺点： 频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步 每两个字符之间的间隔时间不固定 增加了辅助位，所以传输效率低 例如，采用1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其传输效率为 8/1173起始位数据位停止位字符间隔不固定 1个字符时间逻辑 “0”逻辑 “1”字符同步22* * 目的：识别一个帧的起始和结束帧（Fra
10、me）：数据链路中的传输单位包含 数据和控制信息的数据块 面向字符的以同步字符（SYN，16H）来标识一个 帧的开始，适用于数据为字符类型的帧 面向比特的以特殊位序列（7EH，即01111110） 来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧帧起始控制信息数据帧结束校验和0 n bit8bit8bit832m7EH7EH帧同步23* *2.3 传输介质l磁介质高带宽、低费用、高延时（小时） 在通信中很少使用例：7GB/8mm磁带，1000盘/505050cm3，24h可送到任何地方。总容量=710008Gb，总时间=246060s=86400s传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/
11、s 若让刘翔来传送1盘10GB的磁带，在110m（12.91s）内其传输速率是多少？l金属导体 双绞线、 同轴电缆(粗、细)l光纤l无线介质 无线电、微波、卫星、红外线24* * 同轴电缆（Coaxial Cable，CC） 计算机网络中使用基带同轴电缆 阻抗50，有粗同轴和细同轴两种 应用：总线局域网（以太网） 性能：10Mb/s，500m/185m铜芯绝缘层外导体 屏蔽层保护套25* * 双绞线（Twist Pair，TP）螺旋绞合的双导线 每根4对、25对、1800对 典型连接距离100m（LAN） RJ45插座、插头 优缺点：成本低组装密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）平衡传输（
12、高速率）抗干扰性一般连接距离短应用领域：电话网络、计算机局域网内导体芯线绝缘内屏蔽外屏蔽外套26* *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27* * 双绞线的连接标准 色彩标记和连接方法： 交叉线：交换机交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口 ) 直连线：PC/路由器交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口 )线 对色彩码1白蓝，蓝2白橙，橙3白绿，绿4白棕，棕1 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7 81 2 3 4 5 6 7
13、81 2 3 4 5 6 7 8交叉线 EIA-568B直连线 EIA-568A28* * 光纤（Optical Fiber，OF） 依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播 优缺点： 传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（100Gb/s） 传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能极好、误码率低、保密性好 轻便 价格较高 需要光电转换 纤芯材料： 塑料 二氧化硅（高纯玻璃） 29* * 光纤传输原理光的反射 光从折射率高的介质入射到折射率低的介质时会 产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当 入射角临界值时产生全反射，不会泄漏。 纤芯折射率高，玻璃包层折射率低 亮度调制：有光脉冲-1，无光脉冲-
14、0 光传输系统：光源、介质、光检测 光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管/激光二极管 光检测器：光电二极管PIN/雪崩二极管APD 单向传输，双向需两根光纤 应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接30* * 多模光纤(MMF) 单模光纤(SMF)：光纤的直径接近一个光波波长多束光线以不同的反射角传播激光器包层，折射率低纤芯，折射率高亮度调制光检波器激光器光检波器 单束光线沿直线传播31* * 典型的光缆典型的光缆单芯光缆多芯光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳常见规格：纤芯50um缓变型-MMF62.5um缓变型/增强型-MMF8.3um突变型-SM
15、F 包层125um32* * 高密度多芯光缆剖面结构芯封套外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束33* * 无线介质（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 34* * 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地球地球地面站之间的直视线路 微波传送塔35* * 地球同步卫星 与地面站相对固定位置 使用三颗卫星即可覆盖全球 传输延迟时间长（270ms） 广播式传输 应用领域： 电视传输 长途电话 专用网络
