《计算机网络(第3章)课件(7-111-30641-2)-新》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络(第3章)课件(7-111-30641-2)-新（94页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第3章 数据通信技术基础,机械工业出版社 ISBN 978-7-111-30641-2,本章学习内容及要求,熟悉 数据通信的基本概念 掌握 信道复用技术、编码技术、交换技术和差错控制技术的原理和实现方法 掌握 网络传输时延计算方法 以及网络传输介质的选用方法,3.1 数据通信基本知识,3.1.1 信息、数据与信号 3.1.2 通信的基本要求 3.1.3 数据通信系统模型 3.1.4 信道的最大容量 3.1.5 计算机网络中的速率 3.1.6 基带传输和频带传输 3.1.7 通信双方的交互方式 3.1.8 异步传输和同步传输,3.1.1 信息、数据与信号,信息、数据与信号是重要的概念 信息是在人
2、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 信息涉及到数据的内容和解释 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 数据和信号都有两种不同的形式 一种称为模拟数据和信号 另一种称为数字数据和信号 存在两种数据、两种信号，就有四种类型的编码组合 即数字数据分别编码成数字信号或模拟信号 模拟数据分别编码成模拟信号或数字信号,3.1.2 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： 一是双方有通信的愿望 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 三是通信双方要遵循通信的
3、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,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 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 传输介质是指用于连接两个或多个网络节点的物理传输线路 通信信道建立在传输介质之上 包括传输介质和通信设备,差错率与误码率,由于噪声的影响和信道带宽的限制，信号会发生失真 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/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
4、速率和传输距离成正比,3.1.3 数据通信系统模型,一个数据通信系统由三部分组成 源系统、传输系统、目的系统,3.1.4 信道的最大容量,信道传输数据的能力是受到限制的 信道的最大容量与信道的带宽有关。,3.1.5 计算机网络中的速率,计算机网络中信号的速率涉及三种： 传播速率；调制速率；数据传输率 信号的传播速率是常量 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 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 单位为bps，读作每秒位。,3.1.6 基带传输和频带传输,把基本频率分量对应的矩形脉冲信号称为基本频带，简称
5、为基带，对应的矩形脉冲信号称为基带信号 基带传输就是在数字信道上直接传送基带信号 带宽与信道可以允许通过的信号的最大频率与最低频率有关 首先需要讨论什么是信道的频率特性 通常人们把单级放大器输出功率从最大值下降到一半所对应的频率范围，称为通频带宽，也称为带宽 频带传输是利用模拟信道传输数据信号，例如把计算机设备输出的信号进行调制以后再放在传输介质上传输 频带传输有时也称为宽带传输,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,3.1.7 通信双方的交互方式,依据通信的方向讨论，通信双方信息交互的方式有三种基本方式 单向通信，只能有一个方向上的通
6、信，即A只能传给B 双向交替通信，通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送，在某一个时刻仅存在一个方向上的通信 双向同时通信，通信的双方可以同时发送和接收信息 这里需要指明的是 上述三个基本方式是规范的术语，分别对应以前的单工、半双工、全双工,通信双方的交互方式,3.1.8 异步传输和同步传输,在计算机网络和通信网络中都是采用串行传输，这是由于远距离传输要考虑到技术实现上的要求和传输线路的费用 串行传输在具体应用中，又分为异步和同步传输 异步和同步传输都要考虑收发双方的同步，即接收方能够正确的区分所收到数据的每一位 异步传输是一次传输一个字符，字符之间有不确定的间隔，每个字符由1位起始位标识，
7、起始位的值为0，字符由5-8位二进制数组成，例如采用ASCII编码的字符，后跟1-2位停止位，停止位的值为1 同步传输是一次传输一个数据块，数据块的内容可以是若干二进制位，也可以是若干字符，每一位与前一位之间的传输时间是确定的，即是可知的,3.2传输介质,3.2.1 传输介质的分类 3.2.2 有线传输介质 3.2.3 无线传输介质 3.2.4 卫星传输,3.2.1 传输介质的分类,传输介质用作信号的通路 每一种传输介质在数据传输率、传输时延、安装、维护和成本上有不同的特性。适应的网络应用环境也不同 传输介质分为 有线传输介质 无线传输介质。 在有线传输介质中 电信号的传播速度是光速的三分之二
8、，即每秒20万Km（千米） 在无线传输介质中 电信号的传播速度等于光速，为每秒30万Km（千米） 在网络的最低层次上，所有计算机通信都以某种能量形式对数据进行编码，并将这些能量通过传输介质发送,3.2.2 有线传输介质,双绞线是由一对相互绝缘的导线缠绕在一起构成的，两条导线缠绕在一起 双绞线在Ethernet网中用得相当多，它常用作总线型拓扑结构或星形拓扑结构连线 双绞线分为屏蔽和非屏蔽两大类 在这两大类中又分100欧姆非屏蔽电缆、双体电缆、大对数电缆、150欧姆屏蔽电缆和100欧姆屏蔽电缆,5类UTP的特性描述,双绞线图示及UTP-5的线序,同轴电缆,同轴电缆是最早用于数据网和局域网的一种线
9、缆类型 它中央是铜芯，铜芯外包着一层绝缘层，绝缘层外是一层屏蔽层，屏蔽层把电线很好地包起来，再往外就是外包皮了 用于局域网的同轴电缆 是为支持以太网设计的，用在符合IEEE 802.3标准Ethernet网络环境中，阻抗为50的电缆 又分为RG58A/U标准的细缆和RG11标准的粗缆，细缆的塑料外皮颜色为黑色，粗缆的塑料外皮颜色为黄色,光纤,光纤通信系统是以光波为载体、光导纤维为传输媒体的通信方式,起主导作用的是光源、光纤、光发送机和光接收机。可以这样理解： 光源是光波产生的根源 光纤是传输光波的导体 光发送机的功能是产生光束,将电信号转变成光信号,再把光信号导入光纤 光接收机的功能负责接收从
10、光纤上传输的光信号,并将它转变成电信号,经解码后再作相应处理,单根光纤构造,光纤具有圆柱形的形状，由传输光波的玻璃纤芯以及包围在纤芯外面的反射层组成，形成三部分： 纤芯、包层和护套,目前使用的光源,目前使用的光源有两种： 发光二极管LED 半导体激光ILD 按传输点模数分类光纤分为 单模光纤和多模光纤 光纤工作原理,光纤的工作原理,高折射率(纤芯),低折射率(包层),光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,单模光纤,多模光纤与单模光纤,多模光纤,光纤与电缆线相比的优缺点,光纤传输的优点： 传输的形式是光，所以光纤不会引起电磁干扰也不会被干扰 光纤传输信号的距离比电缆线所能传输的距离要远得多，线路
11、损耗低 与电信号相比，传输频带宽，通信容量大。光可以对更多的信息进行编码，所以光纤可在单位时间内传输比导线更多的信息 线径细,重量轻 抗化学腐蚀能力强 光纤制造资源丰富 光纤在应用中的不足之处： 光纤的安装需要专门设备以保证光纤的端面平整以便光能透过 当一根光纤在护套中断裂（如被弯成直角），要确定位置是非常困难的 修复断裂光纤也很困难,3.2.3 无线传输介质,电磁波谱 在无线传输介质（指自由空间）中，电磁波沿自由空间传播 传播速度为光速 无线传输介质也称为非导向传输媒体 无线传输介质需要 采用电磁波谱的某些可用频带,电磁波谱的频谱,无线电,无线电通信在无线电广播和电视广播中已广泛使用 在低频
12、段和中频波段内，无线电波可以轻易的通过障碍物，沿地球表面传播 但信号能量随着与信号源距离增大而急剧衰减，使得传输距离收到限制 在高频、甚高频波段内，地表电波会被地球吸收 但会被离地表几百千米高度的带电粒子层-电离层反射回地面，可以传播到很远的距离,微波传输,微波(microwave)通信通常是指利用在l GHz10 GHz频率范围内的电磁波来进行通信 和低频的无线电波不同的是微波是沿着直线传播的，而不是向各个方向扩散，而地球表面是弯曲的，其传播距离受到限制 在相距几十公里的距离之间需要建设微波接力中继站，像接力赛跑那样，一站接一站补充能量 微波通信的优点是： 微波接力通信适应的业务种类多，可以
13、传输长途电话、电报、蜂窝移动电话、广播电视、图像、文本数据等信息 微波传输工作在波段lGHz10GHz频率范围，其通信信道的容量大 微波传输质量高，不容易受工业干扰和天电干扰，这两者的主要频谱比微波低的多 与同样效果的有线通信建设比较，微波通信建设周期快、投资少 微波通信的可靠性高,红外线,红外线传输通信是利用电磁波频谱红外频段进行通信 频率范围1012Hz1014GHz，红外线传输主要用于短距离的通信，通信距离一般在十几米范围内 红外线的发送与接收装置硬件相对便宜且容易制造，也不需要天线 红外通信不宜在室外使用 红外线传输也用于数据通信和计算机网络,光波传输,利用光信号通信的历史可以追溯到遥
14、远的古代 激光能直接在空中传输而无需通过有形的光导体 具有能在很长的距离内保持聚焦(即定向)的特点 它和微波通信在直线传输上有相似性 激光同样不能被遮挡 而且对雨雪和雾都比较敏感，这限制了它的应用,3.2.4 卫星传输,卫星是指围绕地球转动的物体 天体卫星和人造卫星 1962年第一颗人造地球卫星发射成功 开创了天际通信的里程碑 通信卫星可以看作是一个空间微波中继器 通信卫星上一般1220个异频雷达接收机，每个都有36MHz50 MHz的带宽，异频雷达接收机对相应的波段进行监听 上行波束从地面卫星站传向卫星，下行波束从卫星传向地面站，下行波束覆盖范围很广 通信卫星与天体卫星的区别在于 返回地面的
15、信号可以在卫星上通过放大器放大 卫星传输采用的波段为微波波段,卫星通信的特点,通信与地面两个节点的位置无关 卫星的一个重要特性是收发器向上千个地面站发送一条报文的时间与向一个地面站发送该报文所用的时间基本相同 卫星传输具有很低的出错率，传播时延是要考虑的,主要的卫星频段,通信卫星的高度及类型,3.3 信道复用技术,3.3.1 频分复用和时分复用 3.3.2 波分复用 3.3.3 统计复用,信道复用技术,复用技术用于在一个信道上同时传输多路信号，这样可以充分利用信道的传输能力 复用可以实现的前提是信道的传输能力大于传输一路信号的需求，体现在两个方面： 一是信道的带宽很宽，而传输一路信号所需的带宽
16、很窄 另一方面是信道的数据传输率很高，而一路信号所需的数据传输率很低，这样在能力很强的信道上仅传输一路信号就很浪费,3.3.1 频分复用和时分复用,频分复用(FDM) 是最常用的技术 信道的带宽很宽，信道的可用带宽大于一路信号所需的带宽，把信道划分为多个子信道，每个子信道传输一路信号 在子信道之间要留有隔离频带，对每路信号以不同频率的载波进行调制，使其适应不同子信道频段的要求,时分复用TDM,时分复用TDM（Time Division Multiplexing）技术的依据是信道的数据传输率大于一路信号传输所需要的数据传输率 可以把传输时间分成时间片帧，每一时间片帧包含若干时间隙，每个时间隙对应一路信号的若干位,时分复用,频率 f,时间t,2,3,4,2,3,4,2,3,4,2,3,4,1在 TDM 帧中 的位置不变,时分复用,频率f,时间t,3,4,3,4,3,4,1,1,1,1,3,4,2 在 TDM 帧中 的位置不变,时分复用,频率f,时间t,2,4,2,4,2,
