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1、1/67第二章 数据通信基础知识第二章 数据通信基础2.1 概念和术语2.2 数据通信基础理论2.3 传输介质2.4 编码与调制2.5 复用2.6 调制解调器2.7 物理层接口2/67第二章 数据通信基础知识传输 系统输 入 信 息输 入 数 据发送 的信号接收 的信号输 出 数 据源点终点发送器接收器调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 正文正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输 出 信 息PC 机3/67第二章 数据通信基础知识物理层的基本概念 物理层的主要任务描述为确定与传输媒体 的接口的一些特性，即： l机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸
2、、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。l电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的 电压的范围。l功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电 压表示何种意义。l规程特性 指明对于不同功能的各种可能事件 的出现顺序。 4/67第二章 数据通信基础知识电信领域使用的电磁波的频谱无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅 无线电调频 无线电海事 无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 10
3、8 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024移动 无线电 5/67第二章 数据通信基础知识极低频 ELF (Extremely Low Frequency) 3-30Hz 超低频 SLF (Super Low Frequency) 30-300Hz 特低频 ULF (Ultra Low Frequency) 300-3000Hz 甚低频 VLF (Very Low Frequency) 3-30KHz 低频 LF ( Low Frequency) 30-300KHz 中频 MF (Medium Frequency) 300-3MHz 高频 HF (High
4、 Frequency) 3-30MHz 甚高频 VHF (Very High Frequency) 30-300MHz 特高频 UHF (Ultra High Frequency) 300-3000MHz 超高频 SHF (Super High Frequency) 3-30GHz 极高频 EHF (Extremely High Frequency) 30-300GHz 6/67第二章 数据通信基础知识2.1 概念和术语2.1.1 数据 2.1.2 信号 2.1.3 传输 2.1.4 传输方式7/67第二章 数据通信基础知识2.1.1 数据 信息：客观事物属性和相互关系的表征 数据：信息的表现
5、 K信息是在人们之间传递的知识，数据是信息的 具体表现形式，其本身是各种各样的物理符号 或它们的组合8/67第二章 数据通信基础知识 模拟数据l音频（例如：无线广播）l视频（例如：电视） 数字数据l计算机存储的文本文件（例如：*.doc）l编解码后的多媒体文件（例如：*.mp3）9/67第二章 数据通信基础知识2.1.2 信号 信号l信号是数据的电子或电磁编码，数据必须经 过编码转换为电信号后才能在传输介质中传 输l模拟信号与数字信号10/67第二章 数据通信基础知识模拟信号和数字信号11/67第二章 数据通信基础知识模拟的和数字的数据、信号 模拟数据模拟信号放大器 调制器模拟数据数字信号PC
6、M 编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号数字 发送器12/67第二章 数据通信基础知识通信的基本要求 通信的双方完成一次通信需要满足三个基 本要求：l一是双方有通信的愿望l二是通信的双方之间有信息传递的信道，也 即是说通信要经过传输介质以及有关的传输 设备l三是通信双方要遵循通信的规则和约定，即 通信双方按照通信协议传输信息，并能理解 这些通信协议 13/67第二章 数据通信基础知识信道 信道与电路并不等同，信道表示信号的通路， 一般是用来表示向某一个方向传输信息的媒体l一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道 信道与传输介质也是有区别的l传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的
7、物理传 输线路 通信信道建立在传输介质之上l包括传输介质和通信设备 14/67第二章 数据通信基础知识差错率/误码率由于噪声的影响和信道带宽的限制，信号可 能发生失真.差错率/误码率：传输比特总数与其中出错 比特数的比值Pe = 出错比特数传输/比特总数例： 传输10000bit, 有2bit出错， Pe 2/10000差错率越高表示信道的质量越差信道的差错率与信号的传输速率和传输距离成正比15/67第二章 数据通信基础知识数字信号通过实际的信道 失真不严重 失真严重 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输出信号波形 (失真不严重)输入信号波形实际的信道 （带宽受限、有噪声
8、、干扰和失真）输出信号波形 (失真严重)16/67第二章 数据通信基础知识2.1.3 传输 传输是指将信号从发送传到接收端，并且在接收端进行恢复 模拟传输和数字传输 数字传输的优点l数字器件的体积和价格的降低l数据转发器，减少错误累计l多路复用简单、高效l安全和保密l综合性17/67第二章 数据通信基础知识2.1.4 传输方式 并行传输和串行传输l串行（serial）通讯，每个字符的 二进制位按位排列进行传输，速 度慢，但传输距离相对较远，鼠 标口和USB口都是串行端口；l并行（parallel）通讯，每个字符 的二进制位使用多条数据线同时 进行传输，传输速度相对要快些 ，但传输距离相对不能太
9、远，计 算机内部数据传输一般都是采用 这种方法，标准打印口是属并行 端口 18/67第二章 数据通信基础知识 异步方式和同步方式l异步传输以字符为独立的传输单位。l同步传输时，数据块以稳定的比特流的形式传 输19/67第二章 数据通信基础知识字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立传 输，字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每 个字符。传输效率较低起 终始 止位 1 1 1 0 1 0 1 0 位线路空闲 线路空闲起 始 位一个字符下一字符异步传输举例20/67第二章 数据通信基础知识异步传输和同步传输 21/67第二章 数据通信基础知识 单工通信只能有一 个方向的通信而没
10、有反 方向的交互。 半双工通信通信的 双方都可以发送信息， 但不能双方同时发送(当 然也就不能同时接收)。 全双工通信通信的 双方可以同时发送和接 收信息。 22/67第二章 数据通信基础知识2.2 数据通信基础理论 话音信号l话音信号的标准带宽为300Hz3400Hz 音乐信号（CD音质）l要求的带宽是20Hz 20KHz 电视信号(PAL或NTSC制式)l电视信号的带宽约为4.2MHz 二进制信号(数字信号)l一般说来，任何数字信号都具有无限带宽，但它们不得 不被近为有限带宽信号l数字信号的带宽依赖于“0”、“1”序列以及编码方式23/67第二章 数据通信基础知识计算机网络中的速率 计算机
11、网络中信号的速率涉及三种： l传播速率；调制速率；数据传输率 信号的传播速率是常量 l传播速率，是一个常量，与光速联系 调制速率也称为码元速率、波形速率或信号速率 l指的是每秒种发送信号的数目，单位为波特(baud) 数据传输率为每秒种发送的二进制位数 l单位为bps，读作每秒位。 调制速率与数据传输率之间的关系为： C = B log2 N (bps) l其中：C为数据传输率； lB为调制速率； lN为一个信号可能取值的个数 24/67第二章 数据通信基础知识 计算机网络的带宽是指网络可通过的最 高数据率，即每秒多少比特。 描述带宽也常常把“比特/秒”省略。l例如，带宽是 10 M，实际上是
12、 10 Mb/s。l这里的 M 是 106。计算机网络的带宽25/67第二章 数据通信基础知识信道带宽的描述 带宽(broad width)与信道可以允许通过的信号的最高频率 与最低频率有关 26/67第二章 数据通信基础知识2.3 传输介质2.3.1 双绞线 2.3.2 同轴电缆 2.3.3 光纤 2.3.4 无线介质27/67第二章 数据通信基础知识2.3.1 双绞线 屏蔽双绞线STP（IBM） 非屏蔽双绞线UTP（ EIA/TIA）l1类用于电话通信，一般不适合传输数据。l2类可用于传输数据，最大数据率为4Mbps。l3类用于以太网，最大数据率为10Mbps。l4类用于令牌环网，最大数据
13、率为16Mbps。l5类用于快速以太网，最大数据率为100Mbps。l6类用于吉比特以太网，最大数据率为1Gbps。28/67第二章 数据通信基础知识双绞线图示铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯 套层屏蔽层绝缘层 绝缘层无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP29/67第二章 数据通信基础知识双绞线图示及UTP-5的线序30/67第二章 数据通信基础知识2.3.2 同轴电缆 基带电缆（10 Mbps）l粗缆u非中继传输距离500米u需要使用收发器和收发电缆uAUI接口l细缆（便宜的同轴电缆）u非中继传输距离185米uBNC接口 宽带电缆（CATV电缆）lCable Modem（宽带接入）31/67第
14、二章 数据通信基础知识同轴电缆图示同轴电缆 l50 同轴电缆 l75 同轴电缆32/67第二章 数据通信基础知识2.3.3 光纤 带宽l频率范围：180370 THzl数据率：160*10Gbps = 1.6Tbpsu原因：光/电、电/光转换的速度跟不上u光电子技术/光子技术 通过光纤中光的波长l0.85m/1.3m/1.55 m (250 300THz)33/67第二章 数据通信基础知识光反射原理折射角入射角包层 （低折射率的媒体）包层 （低折射率的媒体）纤芯 （高折射率的媒体） 包层 纤 芯34/67第二章 数据通信基础知识光纤及光缆构成35/67第二章 数据通信基础知识单模光纤和多模光纤
15、 单模光纤（single-mode fiber）l使用激光源l内芯直径较小u直径为810m 多模光纤（multi-mode fiber）l使用发光二极管l内芯直径稍大（外径为125 m ）u直径为62.4m36/67第二章 数据通信基础知识输入脉冲输出脉冲单模光纤多模光纤与单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤37/67第二章 数据通信基础知识单模光纤与多模光纤的比较38/67第二章 数据通信基础知识光纤的特点 优点l高带宽、高数据率l安全、可靠l抗腐蚀l衰减小39/67第二章 数据通信基础知识2.3.4 无线介质 无线介质是指信号通过空气传输，信号不被约 束在一物理导体内 无线介质实际上就是无线传输系统，主要包括l无线电l微波l红外线和激光 l卫星通信 无线介质只能传输模拟信号（高频载波信号）40/67第二章 数据通信基础知识无线电波（1
