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1、网络与通信基础,总线的基本术语 总线与总线段：总线就是传输信号或信息的公共路径，是遵循同一技术规范的连接与操作方式。一组设备通过总线连在一起称为总线段。总线主设备：可在总线上主动发起信息传输的设备。总线从设备：不能在总线上主动发起通信，只能挂接在总线上，对总线信息进行接受查询的设备。总线协议：管理主、从设备使用总线的一套规则称为总线协议，这是一套事先规定的、必须共同遵守的规约。,基本概念,计算机网络由通信子网和资源子网组成。 资源子网：各种网络资源的集合。例：软件、主机、打印机通信子网：负责网络通信的部分的集合。例：网卡，传输线、交换机等。,信道概念,定义：表示向某一个方向传送信息的媒体。传输
2、信号的通道 分类：模拟信道数字信道。 组成：一般来说，一条通信线路至少包含两条信道发送信道接收的信道,信道的最大数据传输速率,1924年，奈魁斯特（H. Nyquist）推导出无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：最大数据传输率 = 2Hlog2V (bps)任意信号通过一个带宽为的低通滤波器，则每秒采样次就能完整地重现该信号，信号电平分为级。 1948年，香农（C. Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到随机（热）噪声干扰的情况。热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。：信号功率， ：噪声功率10log10S/N 单位：分贝（db）,香农定理,带宽为 H 赫兹，信
3、噪比为S/N的任意信道的最大数据传输率为最大数据传输率 = Hlog2(1 + S/N) (bps)电话系统的典型信噪比为30db; 此式是利用信息论得出的，具有普遍意义； 与信号电平级数、采样速度无关； 此式仅是上限，难以达到。,基本概念（cont.）,数据Data，最原始，计算机能表示的代码数据定义为有意义的实体，是表征事物的形式，例如文字、声音和图像等数据可分为模拟数据和数字数据两类模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量，例如声音的大小和温度的变化等数字数据是指离散的不连续的量信息Information，数据加工后，数据的解释 数据处理对数据进行数学处理 信息处理提取数据信息，进行应用处
4、理,信号Signal基本概念,定义：数据的表示形式 分类： 模拟信号：指一种连续变化的电信号，例如：电话线上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波信号。 数字信号：指一种离散变化的电信号，例如计算机产生的电信号就是“0”和“1”的电压脉冲序列串。,数据信号的表示方法,模拟信号：信号值的变化在时间上是连续的。例：电流 数字信号：信号值的变化是瞬间的，无中间状态，也称离散信号。例：电压脉冲序列。 两者：对比,数据通信的指标,数据传输率： 每秒钟传输的二进制的位数。单位：位/秒（bps, b/s) 误码率：二进制位被传错的概率。 带宽：信道所能传输的信号占用的频带范围。 系统延迟： 发送第一位数据起到
5、接收端产生响应所经历的时间。 吞吐率：系统在单位时间成功地传输的总信息量。,基本概念（cont.）,模拟数据，数据表示为连续变化的形式,基本概念（cont.）,数字数据，离散形式数据,数据通信的特点,数据通信是实现计算机和计算机之间、人和计算机之间的通信； 计算机之间的通信有严格的通信协议； 对数据传输可靠性要求很高； 信息量具有突发性； 设备的多样性；,数据通信的过程,1 建立通信线路，物理通道； 2 建立数据传输链路，逻辑通道； 3 传送通信控制信号和数据； 4 数据传输结束，双方确认，释放链路； 5 断开物理通道；,数据通信类型,基带传输：方式：将数字信号编码为电压脉冲序列后传输用于：计
6、算机-磁盘、局域网。 频带传输：方式：用数字信息对高频载波进行调制形成调制波后传输。用于：广域网、城域网。 宽带传输：方式：将链路容量分解成若干个信道，每个信道可以携带不同的信号，如：声音、数据、图像等，这些信道一起传输。,数据传输方式：基带频带与宽带,基带：基本频带，指传输变换前所占用的频带，是原始信号所固有的频带。方波信号称基带信号，方波固有的频带称基带，ETHERNET采用基带传输 频带：将数字信号转换成模拟信号传输。电话线传送数字信号（用MODEM） 宽带：将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号。,基带传输,原始信号的频带，称为基带 在信道上直接传输基带信号，称为基带传输
7、基带信号绝大部分是数字信号 LAN往往采用基带传输 基带传输是一种最简单最基本的传输方式，一般用低电平表示“0”，高电平表示“1”。 适用范围：低速和高速的各种情况。 限制：因基带信号所带的频率成分很宽，所以对传输线有一定的要求。,频带传输,将基带信号转换为频率表示的模拟信号，称为频带信号 将模拟信号利用公共通信网络传输,数据通信系统-模型,DCEData Communication Equipment DTE-Data Terminal Equipment,线路连接,点对点连接 主机和终端直接连接 主机和主机直接连接 多点线路连接 发送站 接受站 控制站,为有效利用通信设备和线路，一般希望动
8、态地设定通信双方间的线路。动态地接通或断开通信线路，称为“交换”,模拟数据通信与数字数据通信,信号形式： 模拟信号与数字信号 信息源数据形式：模拟数据与数字数据 传输形式有四种：模拟数据到模拟信号；模拟数据到数字信号；数字数据到模拟信号；数字数据到数字信号； 思考题：有两台计算机需要通过电话线进行互连，请画出其通信模型。,数据通信原理,利用电话系统通信的模型：,问题：一个n比特的信号是被同时传输出去，还是一个比特一个比特传输的呢？一条线路上可以同时传输几路信号呢？从信源到信宿既有模拟通信又有数字通信，信号是如何转换的呢？等等。通信系统集成了很多的通信技术,数据通信系统(计算机网络) -基本组成
9、,数据传输系统 + 数据处理系统,差错控制的数据通信系统(计算机网络) -基本组成,数据通信原理-通信三要素,信源：信息的发送者（人，机器等）信宿：信息的接收者（人，机器等）载体： 传送信息的媒体（信道） 信道：指信号传输的通路，包括传输介质和有关的中间通信设备，习惯称之为线路,信 道,信息可以单向传输的途径，（包括传输媒体和中继通信设施） 有线信道：明线、电缆、光纤等，能量集中 无线信道：自由空间，红外、微波等，能量发散 模拟信道 ：支持模拟信号传输：电话线、双绞线等信号的衰减，长距离的信号传输，需安装放大器 数字信道：支持数字信号传输（光纤等） 变换器: 将信源发出的信息变换成适合在信道上
10、传输的信号：数字信号模拟信号的转换 反变换器：将信道上的信号还原成信宿能够接收的信息,信道带宽与信道容量 信道带宽： 信道可以不失真地传输信号的频率范围 信道容量： 信道在单位时间内可以传输的最大信号量 数据传输速率(bps)：信道在单位时间内可以传输的最大比特数 信道容量和信道带宽成正比：带宽越大，容量越大局域网带宽：10Mbps，100Mbps，1000Mbps广域网：64Kbps、2Mbps、155Mbps、622Mbps2.5Gbps,差错率/误码率,噪声影响和信道带宽限制，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
11、10000比特, 有2比特出错， 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,数据表示和传输方式,数据表示 数据：模拟数据 (Analog Data) 连续值数字数据 (Digital Data) 离散值 数据传输方式信号：模拟信号 (Analog Signals)数字信号 (Digital Signals)信号发送方式： 模拟信号发送（模拟信道）数字信号发送（数字信道）,信号发送方式,模拟信号发送：模拟数据（声音） 模拟信号数字数据（二进制脉冲） 模拟信号数字信号发送：模拟数据 数字信号数字数据（二进制脉冲） 数字信号优点是：价格便宜，对噪声
12、不敏感；缺点是：易受衰减，频率越高，衰减越厉害。,电话系统,调制解调器 MODEM,编码解码器 CODEC,数字 编码解码器,信号编码,将信号的可能值用其他形式表示的一套规则。 即：在数字通信中，用什么电信号表示“1”或“0”。,模拟数据到模拟信号 无须编码数字数据的数字信号编码为什么要编码？数字数据为二进制数(0或1)，数字信号为高电平或低电平进行传输，所以需要将二进制数转换为高电平或低电平。编码方法： 全宽单极码脉冲（最简单，容易理解） 全宽双极码脉冲 不归零翻转编码：以是否翻转表明0或者1 曼彻斯特编码： 差分曼彻斯特编码：,编码技术,数据编码-不归零制（Non_Return to Ze
13、ro）,原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息“0”和“1” 。须附加时钟信号，使接收和发送端保持同步 高表示1，低表示0 特点 简单 位之间的区分:难以分辨一位的结束和另一位的开始； 若信号中“0”或“1”连续出现，信号直流分量将累加。多1或多0的困难（直流）,结论：容易产生传播错误,不归0交替编码(NRZI) 根据相邻比特的电平变化状况确定. 比特间隔发生电平变化表示 “ 1” 比特间隔不发生电平变化表示 “ 0”,特点：编码中不含同步信息, 发送/接收设备的时钟略有差异时，可能造成误差积累,造成取样脉冲的偏移，出现差错,数据编码-曼彻斯特编码Manchester encoding也称相
14、位编码,原理：一个比特时间一分为二。每一位中间都有一个跳变 Return to Zero 跳变 从高到低表示0，从低到高表示1 LAN常用 优点：克服了NRZ码的不足。每位中间的跳变即可作为数据，又可作为时钟，能够自同步,差分曼彻斯特编码differential Manchester encoding,一个比特时间一分为二比特时间中部发生电平变化，表示的值依赖于前一比特的最终电平状态。 * 当前比特的前半部分电平不同于前一比特的最终电平状态（即位间电平发生变化），表示“0” * 当前比特的前半部分电平相同于前一比特的最终电平状态（即位间电平不发生变化），表示“1”,优点：时钟、数据分离，便于提
15、取边界跳变，有为0，无为1,特点：编码中含有同步信息(每个比特中部的电平跃变信号)接收方可以根据该同步信息及时调整接收脉冲的产生，可以支持较大数据块的传输要求发送/接收设备支持较高频率的发/收脉冲,曼码,差分曼码,几种编码方式的性能对照表,通 信 编 码利用特定的电平信号来表示0、1比特值，并通过计算机或者其它通信设备的输入输出端口传输.,(1) RS-232编码： 利用不同的电平表示不同的二进制值，正电平（+15v）表示数字信号 “ 0”负电平（-15v）表示数字信号 “1”PC机的RS232串行通信端口,数字数据的模拟信号编码幅移键控法ASK（调幅）-Amplitude Shift Key
16、ing频移键控法FSK（调频）-Frequency Shift Keying相移键控法PSK（调相）-Phase Shift Keying模拟数据的数字信号编码,模拟信道编码技术,例如声音的采样 采样频率44.1KHz 采样幅度16位 每秒声音占空间88.2KB（非压缩）,变换器/反变换器调制/解调与编码/解码模拟传输系统（电话网、X.25分组交换网等）数字传输系统（宽带ISDN等） 调制/解调： 利用模拟信道支持数据信息传输的技术调制：将数据信息变换成适合于模拟信道上传输的电磁波（称为载波）信号，（数字模拟）解调：将从模拟信道上收取的载波信号还原成数据信息。（模拟数字）调制解调器：具有调制/解调功能的通信设备。,模拟数据数字传输,解决模拟信号数字化问题，也称为脉冲代码调制PCM（Pulse Code Modulation）。根据Nyquist原理进行采样。1）常用的PCM技术 将模拟信号振幅分成多级（2n），每一级用 n 位表示。 例如：贝尔系统的 T1 载波将模拟信号分成128级，每次采样用7位二进制数表示。2）差分脉冲代码调制 原理：不是将振幅值数字化，而是根据前后两个采样值的差进行编码，输出二进制数字。3） 调制 原理：根据每个采样值与前一个值之间差“+1”或“-1”来决定输出二进制“1”或“0”。 缺点：编码速度跟不上变化太快的信号。,
