计算机网络技术 教学课件 ppt 作者 韩毅刚 《计算机网络技术》 第2章 数据信号传输

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1、计算机网络技术,第2章 数据信号传输 机械工业出版社,计算机网络技术-韩毅刚,1,第2章 数据信号传输,2.1 通信代码 2.2数据传输的基本概念 2.3 传输损耗 2.4 传输媒介 2.5 信号编码技术 2.6 信号调制技术,计算机网络技术-韩毅刚,2,计算机网络技术-韩毅刚,3,2.1 通信代码,2.1.1 ASCII码 2.1.2 Unicode 2.1.3 汉字编码,2.1.1 ASCII码,计算机网络技术-韩毅刚,4,ASCII码 American Standard Code for Information Interchange 美国信息交换标准代码 国际5号码IA5 或称IRA

2、ITU-T建议T.50 ISO的标准是ISO 646。,2.1.2 Unicode,16位编码方案 UTF-8 UTF-16,计算机网络技术-韩毅刚,5,2.1.3 汉字编码,GB2312-80 GBK GB13030-2000 BIG5 Unicode,计算机网络技术-韩毅刚,6,2.2数据传输的基本概念,2.2.1 数据传输方式分类 2.2.2 传输速率,计算机网络技术-韩毅刚,7,8,数据与信号,Data（数据） 传达某种含义的实体 在计算机中以比特序列表示的消息（表示媒体） Signal（信号） 数据的电子表现 数据的载体，消息的具体物理表示（电磁波） 随时间变化的电压、电流或光波,9

3、,模拟数据和数字数据,模拟数据 连续值 如：声音、视频 数字数据 离散值 如：文字、 数字,模拟信号和数字信号,计算机网络技术-韩毅刚,10,2.2.1 数据传输方式分类,1. 并行传输和串行传输 2. 单工、半双工、全双工通信 3. 异步通信和同步通信 4. 基带传输和频带传输 5. 模拟传输和数字传输,计算机网络技术-韩毅刚,11,1. 并行传输和串行传输,并行传输 渐被淘汰 串行传输 SATA PCI Express,计算机网络技术-韩毅刚,12,2. 单工、半双工、全双工通信,单工 只允许数据向一个方向传输,计算机网络技术-韩毅刚,13,2. 单工、半双工、全双工通信,半双工 双方不能

4、同时发送信号,计算机网络技术-韩毅刚,14,2. 单工、半双工、全双工通信,全双工通信 双方可同时发送信号，同时接收信号,计算机网络技术-韩毅刚,15,3. 异步通信和同步通信,位同步,计算机网络技术-韩毅刚,16,3. 异步通信和同步通信,异步通信,计算机网络技术-韩毅刚,17,3. 同步通信,位同步 时钟专线 数据信号编码 帧同步,计算机网络技术-韩毅刚,18,4. 基带传输和频带传输,基带传输 利用数据传输系统直接传送基带信号 电信号的基本频带 频带传输。 用数据信号对模拟载波进行调制 ADSL,计算机网络技术-韩毅刚,19,5. 模拟传输和数字传输,计算机网络技术-韩毅刚,20,2.2

5、.2 传输速率,数据传输速率 符号速率 带宽,计算机网络技术-韩毅刚,21,数据传输速率,数据速率 每秒的比特数 （bps） 传信率：每秒传输的信息量 信息量 = -log2P 比特 （P为该事件出现的概率）,计算机网络技术-韩毅刚,22,符号速率,符号速率 每秒传输的码元数，单位是波特,计算机网络技术-韩毅刚,23,24,带宽,绝对带宽 频谱的宽度 有效带宽 通常简称带宽 大多数能量集中在相当窄的频带范围内 术语“带宽”的用法,25,参考：信号的半功带宽,通常数字传输系统传输的信号带宽定义 信号f (t)某个频率区间内的频率分量对f (t) 功率的贡献是整个信号功率的一半，即P半功=0.5P

6、峰值。 也就是说该区间边界的功率值比峰值功率值低3dB，信号带宽值可取S (f) = 0.5X处对应的f。,26,带宽,信号带宽，书中指受限于发送器和媒介的信号的带宽，单位为赫兹 信道带宽,2.3 传输损耗,2.3.1 误码率 2.3.2 衰减 2.3.3 噪声 2.3.4 信道容量,计算机网络技术-韩毅刚,27,2.3.1 误码率,误码率,计算机网络技术-韩毅刚,28,2.3.2 衰减,信号强度随距离而衰减 信号强度：W或mW，dBW或dBm 依赖于媒介 接收到的信号强度: 必须足以探测到 必须远大于噪声 衰减是频率的递增函数,29,2.3.3 噪声,热噪声 互调噪声 串扰 冲激噪声,计算机

7、网络技术-韩毅刚,30,31,噪声,在发送站和接收站间插入的多余的信号 物理系统中对信号的传输与处理起扰乱作用而又不能完全控制的一种不需要的波形称为噪声。 通常情况下，可将噪声定义为在信道可用通带内不希望出现的能量。,32,噪声类型,热噪声 互调噪声 串扰 冲激噪声,33,热噪声,热噪声 由电子的热运动引起 均匀分布 白噪声 任何导体的热噪声功率密度：,34,互调噪声,信号的差频与和频共享一条传输媒介 互调噪声产生于当发送设备、接收设备及它们之间的传输系统中存在某些非线性之时 或者产生于当不同频率的信号共用同一传输媒质之时 互调噪声在系统的输出端产生一些附加的频率成分，它们是多个原输入信号的频

8、率之和或差，甚至这些频率的多倍数的组合 互调噪声可以用人为的方法，通过校正其中的非线性而部分地得以补偿。,35,串扰,相邻线路之间的电耦合 A signal from one line is picked up by another Interference of noises on parallel lines NEXT and FEXT,36,冲激噪声,突发的不规则的脉冲或尖峰 如：外部电磁干扰 持续时间短 振幅高,2.3.4 信道容量,1奈奎斯特准则 2香农定理,计算机网络技术-韩毅刚,37,38,信道容量,信道容量的概念 最大数据传输速率,39,Nyquist带宽,假定信道带宽为B（H

9、z）， 则最大符号速率为2B(baud) 二进制信号，B Hz带宽支持的数据速率是2B bps M进制信号：C= 2B log2M,40,香农定理,白噪声、带宽受限信道的最大容量 数据率越高，误码率越高 信道容量与信噪比有关,41,信噪比,信噪比，单位分贝 参考：高斯白噪声信道，带宽B，若设单位频带内的噪声功率为N0(单位W/Hz)，则噪声功率Pn = N0B。 Ps/Pn=Ps / N0 B,42,Shannon定理举例,假定话音信道的带宽B = 3100 Hz，信噪比的典型值是30 dB，则话音信道的容量为多少？ C = B log2（1 + Ps / Pn） (bps) 即Ps / Pn

10、 = 1000:1，因此，话音信道的容量为： C = 3100 log2（1+1000）= 30.89 （bps）,43,香农定理的结论,香农定理指出，如果信息源的信息速率R小于或者等于信道容量C，那么，在理论上存在一种方法可使信息源的输出能够以任意小的差错概率通过信道传输。 该定理还指出：如果RC，则没有任何办法传递这样的信息。 公式表明，信道带宽限制了比特率的增加，信道容量还取决于系统信噪比以及编码技术种类。,2.4 传输媒介,2.4.1 有线媒介 2.4.2 无线媒介,计算机网络技术-韩毅刚,44,45,双绞线,两根彼此绝缘的铜线按照规则的螺旋状绞合在一起 绞距 3类 7.5 cm 到

11、10 cm 5类 0.6 cm 到 0.85 cm 长途 5 cm 到 15 cm 同一捆相邻线对绞距不同,46,双绞线的应用,最常见的媒介 电话网 Between house and local exchange 即，用户回路 建筑物内 To private branch exchange (PBX) 用于局域网 (LAN) 10Mbps 或 100Mbps 10BASE-T 100BASE-TX/T4 1000BASE-T,47,双绞线 利弊,便宜 易于使用 传输速率低 距离短,48,双绞线分类,无屏蔽双绞线 (UTP) 普通电话线 最便宜 最易安装 受外界电磁干扰 屏蔽双绞线 (STP)

12、 金属罩可以减少干扰 更贵 更难处理 (粗, 重),金属屏蔽层,49,无屏蔽双绞线实物图,UTP,RJ-45 和AUI,无屏蔽双绞线,50,屏蔽双绞线实物图,STP FTP：铝箔双绞线 SSTP：屏蔽网双绞线,51,双绞线的传输特性,模拟 每5km 到 6km需要一个放大器 数字 使用模拟或数字信号 每2km 到 3km需要一个中继器 距离受限 带宽受限 (模拟信号传输：1MHz。话音级双绞线) 数据传输速率受限 (100Mbps) 易受干扰和噪声影响,52,近端串扰,从一对线到另一对线的信号耦合 发送线对接收线的感应串扰 连接头的信号反射 近端串扰：信号进入链路导体的同一端时的反射,53,U

13、TP与STP的比较,参考：ACR=10,54,UTP Categories,1类线 电话线缆 2类线 1 MHz 用于4Mbps的令牌环 3类线 最高 16MHz Voice grade found in most offices 绞距为 7.5 cm 到 10 cm 4类线 最高 20 MHz,55,UTP Categories,5类线 最高 100MHz 在新办公楼内一般都有预安装 绞距为 0.6 cm 到 0.85 cm Cat 5E (增强型) 超5类 最高 100MHz 衰减小，串扰少（ACR和信噪比高）， 用于1000BASE-T和622Mbps ATM 6类线 最高 200MHz

14、 7类线（STP） 最高 600MHz,56,双绞线的类别和级别,类（Category）：TIA 级（Class）：ISO,57,典型的美国线规(AWG)特性,AWG, American Wire Gauge (美制线规）,58,同轴电缆,内导体 绝缘层 外导体（屏蔽层） 护套,59,同轴电缆的组成,内导体：采用半硬铜线 外导体：采用铜带或铝带纵包而成 绝缘层：用聚乙烯等塑料制成 护套：有铅护套、铝护套、钢护套、塑料护套等,60,同轴电缆的特点,优点 传输距离较远，覆盖的地域范围较大 技术非常成熟 缺点 电缆硬，折曲困难，重量重,61,同轴电缆实物,中同轴（2.6/9.5mm） 小同轴（1.2

15、/4.4mm） 微同轴（0.7/2.9mm）,62,同轴电缆的应用,最通用的媒介 电视布线 有线电视CATV Common Antenna Television Community Antenna Television CAble TV 长途电话传输 可同时承载10,000路电话 正被光纤所取代 短距离计算机系统连接 局域网,63,同轴电缆组网,64,局域网使用的同轴电缆,细同轴电缆：特征阻抗50，直径0.5cm 粗同轴电缆：特征阻抗50，直径1cm,10base2 细同轴电缆,10base5 粗同轴电缆,65,同轴电缆的传输特性,模拟 每隔几千米一个放大器 频率越高，距离越近 最高 500M

16、Hz 数字 每千米一个中继器 速率越高，距离越近,66,光纤,光导纤维 光纤是通过全反射传输光信号编码波束的一种传输媒介,67,光纤示意图,纤芯 8到50微米 玻璃或塑料 包层 125微米 玻璃或塑料 套管 塑料或其他物质,68,光纤实物图,裸光纤,69,常见光纤接头,FCPC型光尾纤接头外形图,SCPC型光尾纤接头外形图,ST-PC型光尾纤接头外形图,FC/PCSC/PC型光尾纤外形图,70,常见光接口连接器,SC/PC型光连接器,ST型光连接器,FC/PC型光连接器,BNC型光连接器,MTRJ型光连接器,71,光纤接头和光纤融接器,72,光缆,73,光纤的特点,光纤是数据传输中最有效的一种传输媒介,它有以下优点： 容量大 体积小，重量轻 衰减较小 电磁绝缘性能好 中继器的间隔较大 至少几十千米,74,光纤的应用,长途干线，1500km，6万话路。 市区干线，12km，10万话路。 农用交换干