计算机网络 第二章

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1、 2.1 数据通信概述2.2 数据传输传输 技术术2.3 数据编码调编码调 制技术术2.4 数据交换换技术术2.5 多路复用技术术2.6 差错错控制技术术关 闭2.1 数据通信概述 2.1.1 数据通信系统的模型 2.1.2 数据通信系统的基本概念 2.1.3 数据通信的主要性能指标本章首页上一页下一页本节首页本节首页信 道噪声信 源信 宿数据通信系统的基本模型2.1.1 数据通信系统的模型上一页下一页本节首页本节首页2.1.1 数据通信系统的模型三个组成部分： 源系统：发送信号的一端 ； 传输系统：网络通信的信号通道 ； 目的系统：接收发送端所发送的信号的一端 。上一页下一页本节首页本节首页

2、2.1.1 数据通信系统的模型典型的数据通信系统模型由数据终端设备、数据电 路和计算机系统三部分组成 ：上一页下一页本节首页本节首页2.1.2 数据通信的基本概念几个基本术语： 信息：是数据的内容和解释 ； 数据：有意义的实体，它涉及到事物的存在形式 ； 信号：是数据的电子或电磁编码 ； 信源：通信过程中产生和发送信息的设备或计算机 ； 信宿：通信过程中接收和处理信息的设备或计算机 ； 信道：是信源和信宿之间的通信线路。上一页下一页本节首页本节首页2.1.2 数据通信的基本概念模拟数据、数字数据的模拟信号、数字信号的传输 上一页下一页本节首页本节首页2.1.3 数据通信的主要性能指标1、数据传

3、输速率：所谓数据传输速率，是指每秒能传输的二进制信息位数 ，单位为位/秒（bits per second），记作bps或b/s，它可由下 式确定：S=我们用信号传输速率（波特率、码元速率）表示单位时 间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输 速率 。若信号码元的宽度为T秒，则码元速率定义为 ：B= （Baud）上一页下一页本节首页本节首页2.1.3 数据通信的主要性能指标一般在二元调制方式中，S和B 都取同一值，习惯上二者是 通用的。但在多元调制的情况下，必须将它们区别开来。例如采用八种相位，每种相位各有两种幅度的PAM调制方 式，即N=82=16，且T=83310-6秒，则可求出

4、数据传输速率 为：S= （bps）而调制速率为：B= = =1200 （Baud）上一页下一页本节首页本节首页2.1.3 数据通信的主要性能指标2、信道容量：信道容量表征一个信道传输数据的能力，单位也用位/秒（bps）。信道容量与数据传输速率的区别在于，前者表示信道的最大数据 传输速率，是信道传输数据能力的极限，而后者则表示实际的数据传 输速率 。在不考虑噪声干扰的情况下，我们使用奈奎斯特公式来表征信道 容量：C=2*H*log2N （bps）实际的信道总要受到各种噪声的干扰，香农（Shannon）则进一步 研究了受随机噪声干扰的信道的情况，给出了计算信道容量的香农公式：C = H *log2

5、 (1+S/N) (bps)上一页下一页本节首页本节首页2.1.3 数据通信的主要性能指标3、误码率：误码率是指二进制数据位传输时出错的概率，它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。设传输的二进制数据总数为N位，其中出错的位数为Ne，则误码率表示为：Pe = Ne / N在计算机网络中，一般要求误码率低于 10-6，即平均每传输 106位数据，只能允许有一位出错。 2.2 数据传输传输 技术术 2.2.1 并行传输与串行传输 2.2.2 同步通信与异步通信 2.2.3 基带传输与频带传输 本章首页上一页下一页本节首页2.2.1 并行传输与串行传输在计算机内部各部件之间、计算机与

6、各种外部设备之间以及计算机与计算机之间都是以通信的方式传递交换数据信 息的。串行传输方式是指将传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序依次发送，每次只能传输其中的一位；并行传输方式是将表示字符的多位二进制代码同时通过多条并行通信信道传送。 本节首页上一页下一页本节首页2.2.1 并行传输与串行传输本节首页 并行传输在通信过程中，发送设备将N个数据位通过N条数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。接收 设备可同时接收到这些数据，不需做 任何变换就可直接使用。 右图所示为8位并行通信系统的工作示意。上一页下一页本节首页2.2.1 并行传输与串行传输本节首页 串行传输串行数据传输时，数据

7、是 一位一位地在通信线上传输的， 与同时可传输好几位数据的并 行传输相比，串行数据传输的 速度要比并行传输慢得多。右图所示为串行数据传输 时，先由具有8位总线的计算机 内的发送设备，将8位并行数据 经“并串”转换硬件转换成并行方式，以供接收方使用。 上一页下一页本节首页2.2.1 并行传输与串行传输本节首页 串行传输的方向性结构上一页下一页本节首页2.2.2 同步通信与异步通信本节首页在串行传输时，接收端如何从串行数据码流中正确地划分出发送的一个个字符所采取的措施称为字符同步。根据实现字符同步的方式不同，数据传输可分为同步传输和异步传输。上一页下一页本节首页2.2.2 同步通信与异步通信本节首

8、页 异步通信异步传输一般以字符为单位，不论所采用的字符代码长度为多少 位，在发送每一字符代码时，加上“起、止”信号的作用就是为了能 区分串行传输的“字符”，也就是实现串行传输收、发双方码组或字 符的同步。异步传输的优点是字符同步实现简单，收发双方的时钟信号不需 要严格同步。缺点是对每一字符都需加入“起、止”码元，使传输效 率降低。由于异步传输效率低，所以适用于1200 bps以下的低速数据传输 中。 上一页下一页本节首页2.2.2 同步通信与异步通信本节首页 同步通信同步传输方式不是对每个字节单独进行同步，而是对一组字符组成 的数据块进行同步。在同步传输中，数据的发送以帧（包含一串字符）为单位

9、。每一帧 的开头和结束都加上预先规定的起始序列和终止序列作为标志。这些特 殊序列的形式取决于所采用的传输控制规程。同步传输在技术上较复杂，但不需要对每个字符加单独的“起、止 ”位，只是在一串字符的前后加上标志，因此传输效率高。 上一页下一页本节首页2.2.2 同步通信与异步通信本节首页异步传输同步传输上一页下一页本节首页2.2.3 基带传输与宽带传输本节首页在信道上直接传送数据的基带信号称为基带传输。 在发送端，由编码器实现编码，在接收端由译码器进行解码，恢 复发送端发送的数据。基带传输是一种最简单最基本的传输方式。基带信号容易发生畸 变，主要是因为线路中分布电容和分布电感的影响，传输的距离受

10、到 限制。在局域网中通常使用基带传输技术。 基带传输上一页下一页本节首页2.2.3 基带传输与宽带传输本节首页 频带传输频带传输是指数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达 接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。在采用频带传输方式时，要求在发送端安装调制器、在接收端 安装解调器。在实现全双工通信时，则要求收发两端都安装调制解 调器Modem。 2.3 数据的编码调制技术 2.3.1 数字数据的数字信号编码技术 2.3.2 数字数据的模拟信号调制技术 2.3.3 模拟数据的数字信号编码 本章首页上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页数据编码是实现数据通信最基本的

11、一项重要工作，除了用模拟信号传送模拟数据不需要编码外，数字数据在数字信道上传送需要数字信号编码，数字数据在模拟信道上传送需要调制编码，模拟数据在数字信道上传递需要采样编码。 上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页对于传输数字信号来说，最常用的方法是用不同 的电压电平来表示两个二进制数字，即数字信号由矩 形脉冲组成。在基带数字通信系统中，信道编码器输 出的代码还需经过码型变换，变为适合传输的码型。 常用的基带数字编码方式有：双极性不归零码、 单极性不归零码、双极性归零码、单极性归零码和曼 彻斯特码。 上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页

12、不归零码所谓的“单极性”是指用正脉冲和零分别代表数字信号“1”和 “0”，没有负脉冲；所谓“双极性”是指用正脉冲和负脉冲分别代 表数字信号“1”和“0”。根据信号是否归零，还可以划分为归零码RZ和不归零码NRZ归零 码码元中间的信号回归到“0”电平，而不归零码遇“1”电平翻转， 遇“0”时不变。 上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页根据上述区分，我们可设计如下四种数字信号编码：单极性不归零码双极性不归零码单极性归零码双极性归零码上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页 曼彻斯特编码准备知识：“异步传输”又称“群同步”，指传输的信息被分成若

13、干“群” 。字符间是异步定时 ，因为字符间的间隔时间是任意的；但字符 内各个比特用固定的时钟频率传输。 群同步是靠“起始”和“停止”位来实现字符定界及字符内比特 同步的。 “同步传输”又称“位同步”，它是使接收端对每一位数据都要 和发送端保持同步。实现位同步的方法可分为外同步法和自同步 法两种。曼彻斯特编码是一种典型的自同步方法。上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页曼彻斯特编码方式中，每一位的中间有一个跳变。位中间的跳变既作为时钟，又作为数据；从高到低的跳变表示“1”，从低到高的跳变表示“0”。在曼彻斯特编码中，每个二进制位（码元）的中间都有电压跳变。用电压的正跳

14、变表示“0”，电压的负跳变表示“1”。由于跳变都发生在每一个码元的中间位置（半个周期），接收端可以方便地利用它作为同步时钟。曼彻斯特编码是以半个符号宽的先正后负（1、0）的脉冲代表数字信号“1”，而以半个符号的先负后正的脉冲（0、1）代表数字信号“0”。上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页 差分曼彻斯特编码“差分曼彻斯特编码”是“曼彻斯特编码”的一种修改形式， 其不同之处是：用每一位的起始处有无跳变来表示“0”和“1”，若有跳变则 为“0”，无跳变则为“1”。而每一位中间的跳变只用于作为同步 的时钟信号，所以它也是一种自同步编码。 “差分曼彻斯特编码”和“曼彻斯特

15、编码”一样，每一位都是 用不同电平的两个半位来表示的， 因此始终保持直流的平衡，不 会造成直流的累积。上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页不归零码、曼彻斯特编码、差 分曼彻斯特编码的码形对比：上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页 4B/5B编码在光纤分布式数据接口FDDI中采用的mBnB码是分组码的一种，它将原始码流以m个比特为一组，根据一定规则变为n个比特（nm）一组的码组输出。4B/5B编码的特点是将欲发送的数据流每位作为一个组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应5位码。5位码共有32种组合，但只采用其中的24种，16种对应4位码的16种，8种用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等。 上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的数字信号编码技术本节首页代表符 号4B5B代表符 号4B5B00000111108100010010100010100191001100112001010100A1010101103001110101B1011101114010001010C1100110105010101011D1101110116011001110E1110111007011101111F1111111014B/5B编码的数据码元对照表上一页下一页本节首页2.3.1 数字数据的