计算机网络教 案第 二章

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1、第二章 数据通信概述,2.1 基本知识 2.2 数据编码 2.3 数据同步 2.4 数据交换 2.5 数据检验 2.6 多路复用技术 2.7 几种通信网简介,2.1 基本知识,基本概念 信息 对现实世界中某种现象的表示 数据 是信息在计算机中一种表达形式 信号 信号是数据在传输过程中的电信号表示形式，即是数据的电编码或电磁编码,2.1 基本知识,基本概念 信源和信宿 信源指的是信息发起点 信宿指的是信息传递的目的点 通信 通信指的是在信源点和信宿点之间通过传递信号的形式来实现相互的信息传递,2.1 基本知识,基本概念 模拟数据与数字数据 模拟数据是一种连续的数据，中间没有断点 数字数据是一种离

2、散的数据，是不连续的多个数字组成的 模拟信号与数字信号 模拟信号是一种连续的信号，通常我们使用正弦曲线表示 数字信号是一种离散的信号，通常用脉冲表示,2.1 基本知识,基本概念 数据与信号的关系,2.1 基本知识,基本概念 传输介质 用于信号传输的物理设施，包括通信线路和辅助设备 信道 信息的传输通道 信道也分成两类，即模拟信道和数字信道 需要特别注意的是，传输介质本身的性质是模拟的,通信系统的电磁频谱,2.1 基本知识,基本概念 带宽 带宽是指信道传输的频带宽度 即信道的频率范围 “宽带” 电话系统的信道带宽一般为10MHz 用于声音传输的频率范围是300 3400Hz 使用一个分频器，就可

3、以实现“宽带”,2.1 基本知识,基本概念 基带信号与频带信号 基带信号指的是不经过调制的原始电信号 频带信号指的是经过调制后的信号 基带传输和频带传输 基带传输指的是直接利用基带信号进行数据传输 频带传输指的是利用调制好的信号进行数据传输,2.1 基本知识,基本概念（数据传输的单位） 波特率（波特 Band） 指数据传输过程中，在信道上每秒传送的信号波形个数 假设一个波形的周期是T，则波特率N=1/T（波特） 比特率（比特/秒，b/s，bps） 也称为信息速率 即每秒传送的数据的位数,2.1 基本知识,基本概念（数据传输的单位） 波特率（N）与比特率（R）的关系 如果一个波形可以表示一位数据

4、，则R=N 如果一个波形可以表示两位数据，则R=2N 如果一个波形可以表示三位数据，则R=3N R=N （log 2 L）,2.1 基本知识,基本概念 信道容量 指的是在一个给定时间内传输的信息量 哈特莱定律：C=Bt（理想的信道） 香农定律：C=Blog 2 (1+S/N) C为信道容量（b/s） B为信道带宽（Hz） S/N为信噪比，即信号与噪声的功率之比,2.1 基本知识,基本概念 频带利用率 指单位频带内的传输速率 =传输速率/频带宽度 误码率 Pe=发生误码个数n/传输总码个数N,2.1 基本知识,数据通信方式 单工通信 数据只能沿着一个方向传输 即一方是发送方，而另一方是接收方,2

5、.1 基本知识,数据通信方式（续） 半双工通信 数据可以沿着任一方向传输 但在一个时刻，只能沿着一个方向传输,2.1 基本知识,数据通信方式（续） 全双工通信 数据可以在任何时刻沿着任一方向进行数据传输,数据通信过程,2.2 数据编码,数据编码分为：信源编码、通信编码 信源编码 ACSII编码 ASCII码是目前通用的一种数据信源编码。 它的特点是用7位2进制数b6b5b4b3b2b1b0 表示一个字符。 AZ、az、09、空格、回车 EBCODE码 使用8位二进制数据表示一个字符,2.2 数据编码,信源编码 汉字区位码 汉字是采用“外码”和“内码”两级编码的方法 外码就是区位码，内码是汉字在

6、计算机内部处理时的表示。 由区码和位码组成的2维10进制数码空间。横向是区码，从01到94；纵向是位码，从01到94。区码和位码的交叉点是一个汉字的区位码。 例如区码=54，位码=56，则外码=5456代表汉字“重”。 外码内码 先将区码字节和位码字节分别加16进制数20H，转换成国际码，然后，再将这两个字节分别加上16进制数80H，这时的2个字节的数就是该汉字的内码。例如汉字“重”，外码=5456，它的16进制数是3638H，国际码=5658H，加上80H后，内码=D6D8。,2.2 数据编码,通信编码 指的是在通信过程中数据的编码形式 数字数据的数字编码 数字数据的模拟编码 模拟数据的数字

7、编码 模拟数据的模拟编码,2.2 数据编码,数字数据的数字编码 不归零制、曼彻斯特、差分曼彻斯特 不归零制编码技术 一个周期只能编制一位 利用是否有电压来判定“1”或“0” 在一个周期内 用高电压表示“1” 用低电压表示“0”,不归零制编码技术举例,例如字符“5”的ASCII编码=0110101,原信号,传输信号,0,1,1,0,1,0,1,T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,2.2 数据编码,数字数据的数字编码 曼彻斯特编码技术 一个周期只能编制一位 利用在一个周期内电压的变化来决定“1”或“0” 在一个周期内 电压从低到高表示“0” 电压从高到低表示“1”,曼彻斯特编码技术举例

8、,例如字符“5”的ASCII编码=0110101,原信号,传输信号,0,1,1,0,1,0,1,T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,2.2 数据编码,数字数据的数字编码 差分曼彻斯特编码技术 一个周期只能编制一位 利用在一个周期开始前是否有电压的改变来决定“1”或“0” 在一个周期内 周期开始有电压的改变表示“0” 周期开始没有电压的改变表示“1”,差分曼彻斯特编码技术举例,例如字符“5”的ASCII编码=0110101,T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,原信号,传输信号,0,1,1,0,1,0,1,2.2 数据编码,通信编码 数字数据的数字编码 数字数据的模拟编码

9、模拟数据的数字编码 模拟数据的模拟编码,2.2 数据编码,数字数据的模拟编码 振幅键控、移频键控、移相键控 幅移键控调制技术ASK 在原有的正弦波的基础上调制 在一个周期内，通过修改波形的幅值，从而决定该位的值是“1”或“0”。 在一个周期内 幅值增加表示“1” 幅值不变表示“0”,振幅键控调制技术举例,例如字符“5”的ASCII编码=0110101,T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,0,1,1,0,1,0,1,原信号,调制后信号,2.2 数据编码,数字数据的模拟编码 频移键控调制技术FSK 在原有的正弦波的基础上调制 在一个周期内，通过修改波形的频率，从而决定该位的值是“1”或

10、“0”。 在一个周期内 频率加快表示“1” 频率降低或不变表示“0”,频移键控调制技术调制,例如字符“5”的ASCII编码=0110101,T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,0,1,1,0,1,0,1,原信号,调制后信号,2.2 数据编码,数字数据的模拟编码 相移键控调制技术PSK 在原有的正弦波的基础上调制 在一个周期内，通过修改波形的相位角，从而决定该位的值 不同相位角的正弦波表示不同的数字数据 分类 绝对调相调制技术和相对调相调制技术 二相制、四相制和八相制,2.2 数据编码,数字数据的模拟编码 相移键控调制技术,2.2 数据编码,数字数据的模拟编码 相移键控调制技术,相位

11、角为0的正弦波,相位角为180的正弦波,2.2 数据编码,数字数据的模拟编码 相移键控调制技术,相位角为0的正弦波,相位角为90的正弦波,相移键控调制技术绝对,例如字符“5”的ASCII编码=0110101,T0,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,0,1,1,0,1,0,1,原信号,调制后信号,2.2 数据编码,数字数据的模拟编码 可以将上述几种调制技术结合 QAM调制技术（正交幅度调制） 是幅移键控与相移键控的结合,2.2 数据编码,通信编码 数字数据的数字编码 数字数据的模拟编码 模拟数据的数字编码 模拟数据的模拟编码,2.2 数据编码,模拟数据的数字编码 采样 量化 数字数据的数

12、字编码 不归零制、曼彻斯特、差分曼彻斯特,数据通信过程,2.3 数据同步,数据同步定义 使发送方和接收方在发送和接收的频率上保持一致 建立同步的方法 码元同步 字符同步 分组同步,2.3 数据同步,码元同步 在发送信息的每一位时加上一位用于同步的信号，使得双方在发送和接收频率上保持一致。 （1）外同步 外同步指的是在发送信息的每一位前面加上一位用于同步的信号 （2）自同步 自同步指的是使用特殊的编码技术，使得每一位自身携带同步信号,2.3 数据同步,字符同步 在发送信息的每一个字符前加上一个用于同步的字符，使得双方在发送和接收频率上保持一致 在ASCII码表中，有专门用于同步的字符，如SNY等

13、,2.3 数据同步,分组同步 在发送每一段信息前加上一个或多个用于同步的字符，使得双方在发送和接收频率上保持一致 可靠性差，但效率高,数据通信过程,数据传输,网络模型,2.4 数据交换,数据交换的基本概念 定义 在一种任意拓扑的数据通信系统中，通过网络节点的某种转接方式来实现从任一端系统到另一端系统之间数据通路接续的技术，称为数据交换技术或数据交换方式。 分类 线路交换技术（Circuit Switching） 存储-转发交换技术（Store-and-Forward Switching） 快速分组交换技术（Fast Packet Switching） ATM信元交换技术（ATM Cell Sw

14、itching）,2.4 数据交换线路交换,线路交换技术实现（共三个阶段） 第一阶段：建立连接 由发送端发起呼叫，接收端响应该呼叫，建立起一条转接式数据通路,2.4 数据交换线路交换,线路交换技术实现 第二阶段：数据传输 数据在建立好的线路上进行传输。 在整个传输过程中，双方建立的通路一直被双方所占用，不允许被其他系统所使用,2.4 数据交换线路交换,线路交换技术实现 第三阶段：拆除连接 通信结束后，释放这条通路,2.4 数据交换线路交换,线路交换技术分类之一 空分制式线路交换 被转接的线路按照空间分布来安排它们之间的接续点而实现的交换系统,2.4 数据交换线路交换,线路交换技术分类之二 时分

15、制式线路交换 被转接的线路按时间分布来安排它们之间的接续关系而实现的交换系统,2.4 数据交换存储转发交换,存储转发交换技术实现 发送端将数据发送到与它相邻的结点上 中间结点首先将数据存储，其后再把数据转发到下一个线路段上，经过几个转发后，最后数据到达接收端 数据所经过的通信线路是共享使用的,2.4 数据交换存储转发交换,存储转发交换技术分类 报文交换 分组交换 虚电路分组交换 数据报分组交换,2.4 数据交换-存储转发交换,报文交换技术基本概念 报文 指的是具有一定格式的数据结构。即具有完整信息含义的数据单元 报头 附加在报文之前的、用于标识报文特点的信息集合 包括：报文的起始标志、数据的开

16、始标志、数据源节点地址、数据目的节点地址、传输的路由信息、控制信息、报文编号,2.4 数据交换-存储转发交换,报文交换技术报文传输过程,A先存储，然后根据与其直接相连的线路当前情况，选择一条可以使用的路径,B先存储，判断不是给自己的报文 然后根据与其直接相连的线路当前情况，选择一条可以使用的路径,C先存储，判断不是给自己的报文 然后根据与其直接相连的线路当前情况，选择一条可以使用的路径,D先存储，判断是给自己的报文 接收处理,2.4 数据交换-存储转发交换,报文交换技术特点 任何时刻一份报文只是在一条节点-节点间的点到点链路上传输 每一中间结点都负责进行报文的差错检测，提高报文传输的可靠性 提高了网络线路资源的共享程度 报文的长度往往很大，造成这种交换方式对线路的要求很高，但效率很低,2.4 数据交换-存储转发交换,分组交换技术 基本概念 分组 报文中的一部分信息集合 将报文分成若