通信与网络基础讲义

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1、第6章 通信与网络基础,1-2,通信与网络基础,1）数字通信基础,2）计算机网络概述,3）局域网,4）因特网,5）网络信息检索,1-3,6.1 数据通信基础,3.传输介质双绞线、同轴电缆、光纤和无线介质。,1.数据通信的基本概念信号、数据通信、带宽与数据传输速率,2.数据通信系统的组成,4.数字调制和解调,1-4,6.1数据通信的基本概念,1信号 信号一般以时间为自变量，以表示信息（或数据）的某个参量（振幅、频率或相位）为因变量。信号按其因变量的取值是否连续分为模拟信号和数字信号。,1-5,6.1 数据通信基础,2数据通信 通信的任务是将表示信息的信号从发送方（信源）传递到接收方（信宿）。根据

2、传送信号的不同，通信也可分为模拟通信和数字通信。3带宽 模拟通信：带宽是指信道所能传送的信号的频率宽度，它的值为信道上可传送信号的最高频率减去最低频率之差。 数字通信：带宽是指信道所能传送数据传输速率。,1-6,6.1 数据通信基础,4数据传输速率 数据传输速率是指单位时间内信道内传输的信息量。单位为比特/秒 。,1-7,2数据通信系统的组成,信息的传递是通过通信系统来实现的，通信系统一般由信源（发送者）、发送设备、信道（传输媒介）、接受设备、信宿（接受者）五个基本组件构成 。,1-8,6.1 数据通信基础,单工通信,半双工通信,全双工通信,1-9,1. 传输介质,传输介质是数据传输系统中发送

3、设备和接收设备之间的物理路径。 传输介质主要分为有线介质和无线介质。常用的网络传输介质包括双绞线、同轴电缆、光纤和无线介质等。,发送设备,接收设备,传输介质,1-10,1. 传输介质,1）双绞线 双绞线是将两条绝缘铜线螺旋形地绞在一起制成的数据传输线。既可传输模拟信号，又可传输数字信号。 优点：价格低廉，施工方便。 缺点：易受干扰，信号传输衰减受频率的影响较大，传输距离不能太长。,1-11,1. 传输介质,2）同轴电缆 同轴电缆由四部分组成： 铜线(称内导体)，绝缘介质，屏蔽层 (称外导体)，塑料保护层。 同轴电缆的频率特性好、抗干扰能力强。 有线电视网络使用同轴电缆。,1-12,1. 传输介

4、质,3）光纤 光纤是一种能够传导光信号的极细的传输介质，由玻璃或塑料等物质材料做成。光纤的结构包括纤芯、覆层和保护层三部分。 传输速率极高 传输距离长 抗干扰能力强 保密性好 成本低,1-13,1. 传输介质,目前常用的光纤分为多模光纤(Mutimode)和单模光纤(Singlemode)两种 。,较短波长，功耗大，距离短,较短波小，功耗小，距离长,1-14,1. 传输介质无线介质,（1）微波通信微波通信是在对流层视距离范围内利用无线电波进行传输的一种通信方式，它的频率为1GHz至20GHz。 在空中的传播特性与光波相近，直线前进，遇到阻挡就被反射或被阻断，超过视距以后需要中继转发。微波通信由

5、于其频带宽、容量大、可以用于各种电信业务传送，如电话、电报、数据、传真以及彩色电视等均可通过微波电路传输。,1-15,1. 传输介质无线介质,（2）短波通信短波通信是利用地面发射的无线电波在电离层反射，或电离层与地面之间多次反射而达到接收点的一种远距离通信方式。工作频率范围为330MHz。 通信质量不稳定 ，产生多径效应以及衰落现象 ，优点是投资少，建设快，通信距离远，因而在军事通信以及移动通信方面仍有实用价值。,1-16,1. 传输介质无线介质,（3）卫星通信卫星通信利用空间3600km高空的同步卫星作为微波中转站，进行远距离传输。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成 。 优点是具有广播多址

6、传输功能、覆盖面积大、传输距离远，适用于广域网络的远程传输。但卫星成本高，传输延迟较长，安全问题突出。,1-17,1. 传输介质无线介质,（4）红外线传输通信红外传输系统利用墙壁或屋顶反射红外线而形成整个房间内的通信系统。这种系统常常用于室内家用电器的遥控技术上，特别是在电视、音响的遥控上得到普遍的使用。红外通信的设备相对便宜，但是这种方式的缺点是传输距离有限，容易受到室内空气状况的影响。,1-18,4.数字调制和解调,波特率指数据信号对载波的调制速率， 它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示,1-19,6.1 数据通信基础,1.数模转换 把数字信号转换为模拟信号并不困难，只需为一组一个或多

7、个比特分配一个特定的模拟信号即可。 幅移键控(ASK-Amplitude Shift Keying) 频移键控(FSK-Frequency Shift Keying) 相移键控(PSK-Phase Shift Keying),1-20,6.1 数据通信基础,幅移键控(幅度调制):载波的振幅随数字信号的变化而变化 。 频移键控(频率调制):载波的频率随数字信号的变化而变化。 相移键控(相位调制):载波的初始相位随数字信号的变化而变化。,1-21,6.1 数据通信基础,2.模数转换 将模拟信号数字化需要三个步骤：脉冲幅度调制(PAM-Pulse Amplitude Modulation)、脉码调制

8、(PCM-Pulse Code Modulation)和编码。,1-22,6.1 数据通信基础,五、数据交换方式 信源发出的数据一般先传送到与它相连的中间节点，再从该中间节点传送到下一个中间节点，直至到达信宿，这个过程称为交换。(1)电路交换(2)报文交换(3)分组交换,1-23,6.1 数据通信基础,（1）电路交换 电路交换方式，就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。,1-24,6.1 数据通信基础,（2）报文交换 报文交换又称为包交换。在报文交换中，不需要在两个站点之间建立一条专用的通信线路，当发送方有数据需要发送时，它将要发送的数据当作一个整体交给中间交换设备，中间交换

9、设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的空闲输出线路将数据转发给下一个交换设备，如此往复循环直到将数据发送到目的地。（3）分组交换 分组交换技术是报文交换技术的改进。在分组交换网中，用户的数据被划分成一个个分组，而且分组的大小有严格的上限，这样使得分组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中。,1-25,6.1 数据通信基础,六、通信系统 1. 公共交换电话系统2. 蜂窝式移动电话系统,1-26,6.1 数据通信基础,1. 公共交换电话网 (1) 电话网的基本构成电话网络使用电路交换。,1-27,6.1 数据通信基础,电话系统主要由三部分组成：本地回路、干线和交换局。电话网络具有多级交换局，如本

10、地交换局（终端局）、长途局、地区或区域性的中转局。,1-28,6.1 数据通信基础,(2) 电话呼叫处理过程 用户打电话的过程是:主叫摘机，拨被叫号码，被叫应答，开始通话，话毕挂机。对应于用户的这些操作，交换机应按顺序完成下列各阶段的动作。,1-29,6.1 数据通信基础,2. 移动电话网络 移动通信指通信双方或至少有一方处在移动状态下实现的通信。包括陆地蜂窝移动通信、卫星移动通信、无线寻呼和无绳电话。,1-30,6.1 数据通信基础,(1) 移动通信系统 服务提供商必须能够定位并追踪到呼叫者，给呼叫者分配通道，并且当呼叫者移动到范围之外时，将通道从一个基站传输到另一个基站。 每个移动电话服务

11、区域都被分割成小的地区，称为一个小区。 每个小区包括一个天线，并设立一个基站，负责本小区通信的联络与控制。 每个基站在移动交换中心（MSC）的统一控制下，实现小区间移动电话用户通信的转接以及移动电话用户与市内电话用户通信的联系。,1-31,6.1 数据通信基础,移动电话系统,1-32,6.1 数据通信基础,移动电话系统,1-33,6.1 数据通信基础,频率复用模式 频率复用的模式是N个小区的配置，N称为复用因子，代表每个小区使用的唯一频率集。当这个模式重复时，频率就可以复用。,(a) 复用因子为4 (b) 复用因子为7,1-34,6.1 数据通信基础,(2) 移动电话呼叫过程 为了从移动电话发

12、出呼叫，呼叫者要输入电话号码，然后按发送按钮。移动站点扫描频带，寻找一个信号强的通道，然后就使用这个通道向最近的基站发送数据（电话号码）。基站向移动交换中心发送数据。如果呼叫的对方有空闲，就建立连接并将结果中继返回给MSC。MSC就给呼叫分配一个没有使用的语音通道，建立连接。移动站点根据通道自动调整频率，然后就可以开始通信了。 当某个移动电话被呼叫时，电话中心便将电话号码发送到MSC。MSC通过向每个小区发送查询信号来寻找该移动站点的位置。一旦找到移动站点，MSC就发送一个铃声信号，当移动站点回答后，就给此次呼叫分配一个话音通道，此时便可以开始语音通信了。,1-35,6.2 计算机网络,1.计

13、算机网络的定义,2.计算机网络的功能,5.网络互连设备,3.计算机网络的分类,4.计算机网络的结构,1-36,1. 计算机网络定义,定义：将地理位置不同、具有独立功能的多个计算机系统用通信设备和线路连接起来，并以功能完善的网络软件(网络协议、网络操作系统等)实现网络资源共享的系统。,1-37,计算机网络的定义具有三重含义： 网络中的每台计算机都是一个独立的单机系统，它们脱离网络也能独立运行与工作； 这些计算机之间是使用通信设备与线路相互连接的，连接所使用的通信形式各异，距离也可远可近； 计算机相互连接的目的是实现信息交换和资源共享。,1. 计算机网络定义,1-38, 资源共享组建计算机网络的主

14、要目的之一，就是让网络中的用户可以共享分散在不同地点的各种软、硬件资源和信息资源。 信息通信计算机与计算机之间可以快速、可靠地互相传送信息，是计算机网络的基本功能。,2. 计算机网络的功能,1-39, 局域网(Local Area Network，简称LAN)特点：分布范围一般在几公里之内,具有很高的通信速率，利用实现多媒体数据传输等高水平应用。 城域网(Metropolitan Area Network，简称MAN)城域网可以连接多个局域网及其通信设备，如微波和卫星中继站等。与广域网相比，城域网覆盖的范围较小，但具有较高的传输率。,3. 计算机网络分类,1-40, 广域网(Wide Area

15、 Network，简称WAN)特点：分布范围广(全球范围)。实现：低速的传统公共通信网(电话网)及 高速的光纤通信的DDN(数字数据网)。 因特网(Internet)国际互联网。,3. 计算机网络分类,1-41,网络体系结构是层和协议的集合。网络系统按层的方式来组织，各层的名字和承担的任务都不相同，层与层之间通过接口传递信息与数据。网络间的通信按一定的规则和约定进行，这些规则和约定称为协议(protocol)。,4. 计算机网络的体系结构,1-42,因特网通信模型 因特网模型，又称为TCP/IP协议簇。,4. 计算机网络的体系结构,1-43,4. 计算机网络的体系结构,因特网通信模型,1-44

16、,七层协议：国际标准化组织(ISO)于1981年提出了一个开放系统互连(0pen system interconnection,OSI)基本参考模型，俗称七层协议。,4. 计算机网络的体系结构,1-45,七层之中，1-3层接近于硬件，4-7层则以软件实现为主。,7 应用层,6 表示层,5 会话层,4 传输层,3 网络层,2 链路层,1 物理层,物理传输介质,APX,APY,OSI 模型 每一层都有其特定功能 每一层在通信中用到的规则称为协议 层与层之间通过接口连接 信息发送由上向下直传到物理层 接收信息的过程恰好相反由下至上到相应的应用层,4. 计算机网络的体系结构,7 应用层,6 表示层,5 会话层,3 网络层,