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1、第2章 数据通信技术的基础知识1计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数数据据通通信信技技术的的基基本本内内容容数据通信基本概数据通信基本概念念数据通信系统基本结构数据通信系统基本结构信息、数据、信号信息、数据、信号数据通信的主要技数据通信的主要技术指指标数据数据传输方式方式串行通信、并行通信串行通信、并行通信单工通信、半双工通信、全双工通信工通信、半双工通信、全双工通信基基带传输、频带传输、宽带传输数据的同步技数据的同步技术异步异步传输、同步传输同步传输数据数据编码技技术数字数据信号数字数据信号模模拟传输幅移幅移键控控ASK、频移键控频移键控FSKFSK、相移键控相移键控PSKPSK数字
2、数字传输不归零码不归零码NRZ、曼彻斯特编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码模模拟数据信号数据信号模模拟传输调幅、幅、调频、调相相数字数字传输脉冲脉冲编码调制制PCM多路复用技多路复用技术时分多路复用、分多路复用、频分多路复用、波分多路复、码分多路复用频分多路复用、波分多路复、码分多路复用数据交数据交换技技术电路交路交换、报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据报方式、虚电路方式）报方式、虚电路方式）传输介介质传输介介质类型与特点型与特点差差错控制技控制技术检错码、纠错码和和差错控制机制差错控制机制2002年2计算机网络基础第2章
3、数据通信技术的基础知识信息、数据和信号l通信的目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体，包含语音、音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的终端产生的信息一般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将每一个字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进制代码有国际5号码（IA5）、扩充的二、十进制交换码EBCDIC码和信息交换用标准代码ASCII码等。l被传输的二进制代码称为数据（Data）。l信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。2002年3计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据通信系统基本结构l数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的数据通信系统的基本通信模型：产生和
4、发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将通信线路称为信道；通信线路称为信道； l在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为模拟通信系统模拟通信系统，而传输数字信号的系统称为而传输数字信号的系统称为数字通信系统数字通信系统。2002年4计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识模拟通信系统l模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。信源所产生的原
5、始模拟信号一信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过解调器将信号解调出来。解调器将信号解调出来。l普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。2002年5计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数字通信系统l数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发送端和接收端时钟同步组成。送端和
6、接收端时钟同步组成。l计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。2002年6计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识通信信道的分类l信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按不同的方法分类：l有线信道与无线信道；l模拟信道与数字信道；l专用信道和公用信道；2002年7计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识有线信道与无线信道l信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信道与无线信道；l有线信道l使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信道
7、。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光缆等；l无线信道l以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无线信道。无线信道包括无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。2002年8计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识模拟信道与数字信道l按传输信号的类型分类，信道可以分为模拟信道与数字信道；l模拟信道l能传输模拟信号的信道称为模拟信道。模拟信号的电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。如果利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。调制解调器就是完成这种变换的。l数字信道l能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离散的数字信号在计算机中指由“0”和“1”的二
8、进制代码组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换，通常需要进行数字编码。2002年9计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识专用信道和公用信道l信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道：l专用信道l专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，它可以由用户自己架设或向电信部门租用。l公用信道l也称公共交换信道，它是一种通过交换机转接、为大量用户提供服务的信道。2002年10计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据通信的技术指标l数据通信速率（传输速率）：传输率是指数据在信道中传输的速度。数据通信速率分为两种：码元速率和信息速率。l码元速率RB：l每秒中传送的码元数，单位
9、为波特/秒（Baud/s），又称为波特率；l信息速率Rb：l每秒中传送的信息量，单位为比特/秒（bit/s），又称为比特率；l对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元包含1个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了2个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的2倍。2002年11计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识码元速率和信息速率码元速率和信息速率l一般来说，对于一般来说，对于采用采用M进制电平进制电平传输信号时，信传输信号时，信息速率和码元速息速率和码元速率之间的关系是：率之间的关系是：lRb=RBlog2M2002年12计
10、算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识误码率和误比特率l误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在数据传输系统中被靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。l在实际的数据传输系统中，电话线路在在实际的数据传输系统中，电话线路在3002400bps传输速率传输速率时，平均误码率在时，平均误码率在10-210-6之间，在之间，在48009600bps传输速率传输速率时平均误码率在时平均误
11、码率在10-210-4之间。而计算机通信的平均误码率要之间。而计算机通信的平均误码率要求低于求低于10-9。2002年13计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识信道带宽与信道容量l信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决定的，例如，电话线路的频率范围在3003400Hz，则它的带宽3003400Hz。l信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（bps）表示。当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。2002年14
12、计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据的串行传输和并行传输l并行通信并行通信l数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。l并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率的通信。的通信。2002年15计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据的串行传输和并行传输l串行通信串行通信l数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在
13、发送之前，要将计算机中的字符用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并进行并/串变换，在接收端再通过串串变换，在接收端再通过串/并变换，还原成计算机并变换，还原成计算机的字符结构，才能实现串行通信。的字符结构，才能实现串行通信。l串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低，但速度比较低。现，成本低，但速度比较低。2002年16计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识通信线路的连接方式点对点l点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接，使用的线路可以是
14、专用线路、租用线路或交路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。换线路。l使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换网，实现点网，实现点-点的连接。点的连接。2002年17计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识通信线路的连接方式多点线路l多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。l在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若所在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若
15、所有的站点可以同时发送数据，则这条线路在空间上是共享的，有的站点可以同时发送数据，则这条线路在空间上是共享的，通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所有的站点通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所有的站点只能轮流使用线路发送数据时，那么它在时间上是共享的，只能轮流使用线路发送数据时，那么它在时间上是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。通常采用时分复用技术传输数据。2002年18计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识信道的通信方式单工通信l单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接方向
16、传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。l无线电广播和电视都属于单工通信。无线电广播和电视都属于单工通信。 2002年19计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识信道的通信方式半双工通信l半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。开关装置进
17、行切换。l半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的“对讲机对讲机”和军队使用的和军队使用的“步话机步话机”。l半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。的会话式通信。2002年20计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识信道的通信方式全双工通信l全双工通信是指数据可以同时沿全双工通信是指数据可以同时沿相反相反的两个方向作双向传输。的两个方向作双向传输。比如，电话通话。比如，电话通话。2002年21计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识信号的传输方式基带传输l基带传输l就
18、数字信号而言，它是一个离散的方波，“0”代表低电平，“1”代表高电平，这种方波固有的频带称为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用，双向地传输信息。2002年22计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识信号的传输方式频带传输l频带传输l所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。l在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。利用频带传输
19、，不仅解决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。2002年23计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识信号的传输方式宽带传输l宽带传输l宽带传输采用75的CATV电视同轴电缆或光纤作为传输媒体，带宽为300MHz。使用时通常将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。宽带同轴电缆原是用来传输电视信号的，当用它来传输数字信号时，需要利用电缆调制解调器（CableModem）把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到几百兆赫兹的模拟信号。l可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一体化传输，这也是通常所说的“三网合一”，
20、即语音网、数据网和电视网合一。另外，使用CableModem上网就是基于宽带传输系统实现的。2002年24计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据传输的同步技术l在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同，这就是同步问题。同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元/比特起止时刻和速率来接收数据，否则，收发之间会产生误差，即使是很小的误差，随着时间增加的逐步累积，也会造成传输的数据出错。l实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之一，通常使用的同步技术有两种：l异步方式l同步方式20
21、02年25计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识异步传输方式l在异步传输方式中，每传送在异步传输方式中，每传送1个字符（个字符（7位或位或8位）都要在每个位）都要在每个字符码前加字符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加和校验码后面加1或或2个停止位，表示字符结束。接收方根据起个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方的同步作用。同步作用。l异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用异步方式实现比较容易，但每传输一个
22、字符都需要多使用23位，所以适合于低速通信。位，所以适合于低速通信。2002年26计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识同步传输方式l同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN（以（以01101000表示）或表示）或一个同步字节（一个同步字节（01111110），用于接收方进行同步检测，从而使收），用于接收方进行同步检测，从而
23、使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。个发送过程的结束。l在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传送，在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方法一般且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。用在高速传输数据的系统
24、中，比如计算机之间的数据通信。2002年27计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识同步传输中的位同步l在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，而使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据帧，只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端保持一致，接收方才能正确的接收数据，这就要使用位同步的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专用信道发送同步时钟保持双方同步，也可以使用编码技术将时钟编码到数据中，接收端接收数据的同时就获取到同步时钟，两种方法相比，后者的效率最高，使用的最为广泛。2002年28计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据的编码和调制技术l在计算机中，数据是以离散的二进
25、制在计算机中，数据是以离散的二进制“0”、“1”比特序列比特序列方式表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要方式表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。l通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。2002年29计算机网络基础第2章数据通信技术
26、的基础知识数字数据的调制l传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频300Hz3400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用模拟语音通的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据的传输，必须首先将数字信号信的电话交换网实现计算机的数字数据的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号，也就是要对数字数据进行调制。转换成模拟信号，也就是要对数字数据进行调制。l发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制（Modulation），
27、调制设备就称为调制器（），调制设备就称为调制器（Modulator）；接收端将）；接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调（Demodulation），解调设备就称为解调器（），解调设备就称为解调器（Demodulator）。若）。若进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需要同时进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需要同时具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（Modem）。）。l对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。对数字数据调制的基本方法
28、有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。 2002年30计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识幅移键控、频移键控和相移键控l幅移键控ASK（AmplitudeShiftKeying）lASK是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号“1”、“0”，以幅度A1表示数字信号的“1”，用载波幅度A2表示数字信号的“0”（通常A1取1，A2取0），而载波信号的参数f和恒定。l频移键控FSK（FrequencyShiftKeying）lFSK是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号“1”、“0”，用f1表示数字信号“1”，用f2表示数字信号“0”，而载波信号的A和不变。l相移键控PSK（PhaseShif
29、tKeying）lPSK是通过改变载波信号的相位值表示数字信号“1”、“0”，而载波信号的A和f不变。PSK包括两种类型：l绝对调相l绝对调相使用相位的绝对值，为0表示数字信号“1”，、为表示数字信号“0”。l相对调相l相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为0时，相位不变化，而数字数据为1时，相位要偏移。2002年31计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数字数据的调制示例2002年32计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识多相调制lASK、FSK和和PSK都是最基本的调都是最基本的调制技术，实现容易，技术简单，抗制技术，实现容易，技术简单，抗干扰能力差，调制速率不高，为了干扰能力
30、差，调制速率不高，为了提高数据传输速率，也可以采用多提高数据传输速率，也可以采用多相调制的方法。相调制的方法。l例如，将待发送的数字信号按例如，将待发送的数字信号按2个比特一组的方式组织，因个比特一组的方式组织，因为为2个比特可以有个比特可以有4种组合方式，种组合方式，即即“00、01、10、11”四个码四个码元，所以用元，所以用4个不同的相位值个不同的相位值就可以表示出这就可以表示出这4组组合。在组组合。在调相信号传输过程中，相位每调相信号传输过程中，相位每改变一次，传送两个二进制比改变一次，传送两个二进制比特，这种调制方法就称为四相特，这种调制方法就称为四相相移键控。相移键控。2002年3
31、3计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识混合调相l为了达到更高的信息传输速率，采用多元制的振幅相位混合调制技为了达到更高的信息传输速率，采用多元制的振幅相位混合调制技术，比如正交振幅调制术，比如正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Modulation），它不但使用相位，而且还使用幅度：），它不但使用相位，而且还使用幅度：l8-QAM使用了幅度与相位的使用了幅度与相位的8种组合，由于使用种组合，由于使用3个比特可以表个比特可以表示示8种组合，因此，每一种组合代表一个码元，每个码元种组合，因此，每一种组合代表一个码元，每个码元3个比特。个比特。l16-QAM的幅度和相
32、位有的幅度和相位有16种组合，每个组合代表一个码元，每种组合，每个组合代表一个码元，每个码元个码元4个比特。个比特。 2002年34计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数字数据的编码l利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基带传输，而数字数据在传输之前，需要进行数字编码。数字数据的编码方式有三种：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。l不归零编码（Non-ReturntoZero，NRZ）lNRZ编码规定可用负电平表示逻辑“1”，用正电平表示逻辑“0”，反之亦然。l曼彻斯特编码（Manchester）l曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一，其特点是每一位二进制
33、信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，就表示数字信号“1”，若从高电平跳变到低电平，就表示数字信号“0”；l差分曼彻斯特编码（DifferenceManchester）l差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点是每一位二进制信号的跳变依然提供收发端之间的同步，但每位二进制数据的取值，要根据其开始边界是否发生跳变来决定，若一个比特开始处存在跳变则表示“0”，无跳变则表示“1”。2002年35计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数字数据编码的示例2002年36计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识模拟数据的调制l在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换，形成电信号，比如人说话
34、的声音经过电话转变为模拟的电信号，这也是模拟数据的基带信号。l模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，比如无线电广播。2002年37计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识模拟数据的编码l脉冲编码调制PCM（PulseCodeModulation）是模拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除计算机直接产生的数字信号外，语音、图像信息必须数字化才能经计算机处理。lPCM技术的典型应用是语音数字化。在发送
35、端通过PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，通过通信信道传送到接收方，接收方再通过PCM解码器还原成模拟语音信号。l数字化语音数据传输速率高、失真小，可以存储在计算机中，进行必要的处理。因此在网络与通信的发展中语音数字化成为重要的部分。2002年38计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识PCM编码的典型应用2002年39计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识PCM的工作原理l脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。l采样l每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本，表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。l量化l量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。l量化级可以
36、分为8级、16级，或者更多的量化级，这取决于系统的精确度要求。l编码l编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。lPCM用于数字化语音系统，将声音分为128个量化级，采用7位二进制编码表示，再使用1个比特进行差错控制，采样速率8000次秒，因此，一路话音的数据传输速率为88000bps64kbps。2002年40计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识PCM的工作过程2002年41计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据交换技术电路交换l电路交换（CircuitSwitching）l也称为线路交换，是一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，
37、即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适当选择、连接而完成的，是一条由多个节点和多条节点间传输路径组成的链路。2002年42计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识电路交换通信的三个阶段l电路建立l通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，这个过程建立起一条由源节点到目的节点传输通道。l数据传输l电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传输数据，通常为全双工传输。l电路拆除l在完成数据传输后，源节点发出释放请求信息，请求终止通信，若目的节点接受释放请求，则发回释放应答信息。在电路拆除阶段，各节
38、点相应地拆除该电路的对应连接，释放由该电路占用的节点和信道资源。2002年43计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识2002年44计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识电路交换的特点l呼叫建立时间长且存在呼损。l电路交换的信道利用率低。l对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方法、信息格式和传输控制等一致才能完成通信。l适用于实时大批量连续的数据传输。2002年45计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据交换技术存储转发交换l存储转发交换（StoreandForwardSwitching）l报文存储转发交换l报文分组存储转发交换l数据报l虚电路2002年46计算机网络基础第
39、2章数据通信技术的基础知识报文存储转发交换l对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术;l在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和目标地址。节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择。并且对收发的报文进行相应的处理。2002年47计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识报文交换的特点l源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通路；l与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延；l电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效地传输数据；l要求节点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微机或小型机担当；l数据传输的可靠性高，每个节点在
40、存储转发中，都进行差错控制，即检错和纠错。l由于采用了对完整报文的存储/转发，节点存储/转发的时延较大，不适用于交互式通信。2002年48计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识分组交换l分组交换属于“存储/转发”交换，它不像报文交换以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准的“报文分组”（Packet）为单位进行交换传输。l假如A站有一份比较长的报文要发送给C站。则它首先将报文按规定长度划分成若干分组，每个分组附加上地址及纠错等其他信息，然后将这些分组顺序发送到交换网的节点C。l分组交换又分为数据报交换和虚电路交换。2002年49计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据报分组交换
41、l交换网把进网的任一分组都当作单独的“小报文”来处理，而不管它属于哪个报文的分组，就像报文交换中把一份报文进行单独处理一样。这种分组交换方式简称为数据报传输方式，作为基本传输单位的“小报文”被称为数据报（datagram）。2002年50计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据报分组交换的特点l同一报文的不同分组可以同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通由不同的传输路径通过通信子网；信子网；l同一报文的不同分组到达同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、目的节点时可能出现乱序、重复或丢失现象；重复或丢失现象；l每一个报文在传输过程中每一个报文在传输过程中都必须带有源节点地址和
42、都必须带有源节点地址和目的节点地址；目的节点地址；l使用数据报方式时，数据使用数据报方式时，数据报文传输延迟较大，适用报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。长报文、会话式通信。2002年51计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识虚电路分组交换l虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，所收数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，所有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输，用户不需有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输，用户不需要发送和接收数据时清除连接。
43、要发送和接收数据时清除连接。l虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优点，在计算机网络中得到广泛的应用。点，在计算机网络中得到广泛的应用。2002年52计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识虚电路的特点l虚电路在每次报文分组发送之虚电路在每次报文分组发送之前，必须在源节点与目的节点前，必须在源节点与目的节点之间建立一条逻辑连接，也包之间建立一条逻辑连接，也包括虚电路建立、数据传输和虚括虚电路建立、数据传输和虚电路拆除三个阶段。电路拆除三个阶段。l报文分组不必带目的地址、源报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只需要携带地址等辅助信息，只需
44、要携带虚电路标识号。报文分组到达虚电路标识号。报文分组到达目的节点不会出现丢失、重复目的节点不会出现丢失、重复与乱序的现象；与乱序的现象；l报文分组通过每个虚电路上的报文分组通过每个虚电路上的节点时，节点只需要做差错检节点时，节点只需要做差错检测，而不需要做路径选择。测，而不需要做路径选择。l通信子网中每个节点可以和任通信子网中每个节点可以和任何节点建立多条虚电路连接。何节点建立多条虚电路连接。2002年53计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识信道复用技术l信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的信道上，共享信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的信道上，共享信道资源。信道资源。l四
45、种信道复用方式：频分复用四种信道复用方式：频分复用FDM、时分复用、时分复用TDM、波分复用、波分复用WDM和码分复用。和码分复用。 2002年54计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识频分多路复用FDMlFDM是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频段（带）是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频段（带） ，每，每个信号占其中一个频段。接收时用适当的滤波器分离出不同信个信号占其中一个频段。接收时用适当的滤波器分离出不同信号，分别进行解调接收。号，分别进行解调接收。2002年55计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识时分多路复用TDMlTDM又分为同步时分复用（SynchronousTim
46、eDivisionMultiplexing，STDM）和异步时分复用（AsynchronousTimeDivisionMultiplexing，ATDM）。2002年56计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识同步时分复用STDMlSTDM采用固定时间片分配方式，将传输信号的时间按特定长采用固定时间片分配方式，将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定时间段（一个周期），再将每一时间段划度连续地划分成特定时间段（一个周期），再将每一时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一
47、个时隙。字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。l由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙，形成了时隙浪费，时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙，形成了时隙浪费，其时隙的利用率很低其时隙的利用率很低 。2002年57计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识异步时分复用l异步时分复用技术又被称为统计时分复用，它能动态地按需分配时隙，避异步时分复用技术又被称为统计时分复用，它能动态地按需分配时隙，避免每个时间段中出现空闲时隙。免每个时间段中出现空闲时隙。lATDM就是只有当某一路
48、用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当用户就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其他用户的暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其他用户的数据传输数据传输 。l在所有的数据帧中，除最后一个帧外，其他所有帧均不会出现空闲的时隙，在所有的数据帧中，除最后一个帧外，其他所有帧均不会出现空闲的时隙，从而提高了资源的利用率，也提高了传输速率。从而提高了资源的利用率，也提高了传输速率。2002年58计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识波分多路复用WDMlWDM主要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频主
49、要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频分复用。人们借用传统的载波电话的频分复用的概念，可以做分复用。人们借用传统的载波电话的频分复用的概念，可以做到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号,提高提高了光纤的传输能力。了光纤的传输能力。l最初，在一根光纤上只能复用两路光载波信号，随着技术的发最初，在一根光纤上只能复用两路光载波信号，随着技术的发展，在一根光纤上复用的路数越来越多。现在已达到在一根光展，在一根光纤上复用的路数越来越多。现在已达到在一根光纤上复用纤上复用80路或更多路数的光载波信号，这种复用方式就是路或更多路数的光载
50、波信号，这种复用方式就是密密集波分复用集波分复用DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)。2002年59计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识码分多路复用l码分多路复用又称为码分多址CDMA(CodingDivisionMultiplexingAccess)。lCDMA也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但使用基于码型的分割信道方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，且抗干扰能力强。2002年60计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识传输媒体（传输介质）l计算机网络传输
51、媒体：l有线l双绞线、同轴电缆、光纤等l无线l无线电波、微波或红外线2002年61计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识双绞线l双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为了减少信号传输中串扰及电磁干扰（EMI）影响的程度，通常将这些线按一定的密度互相缠绕在一起。l双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主要应用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短距离的信息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，这时就要使用中继器（Repeater）来放大信号和再生波形。l双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，所以得到广泛的使用。l在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线
52、可分为非屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）。2002年62计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识双绞线的分类l双绞线既可以用于音频传输，也可以用于数据传输。按双绞线的性能，目前广泛应用的有五个不同的等级，级别越高性能越好。由于UTP的成本低于STP，所以使用的更广泛。UTP可以分为六类：ll类UTP：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。l2类UTP：通常用在程控交换机和告警系统。ISDN和T1/E1数据传输也可以采用2类电缆，2类线的最高带宽为1MHz。l3类UTP：又称为声音级电缆，是一类广泛安装的
53、双绞线。3类UTP的阻抗为100欧姆，最高带宽为16MHz，适合于10Mbps双绞线以太网和4Mbps令牌环网的安装，也能运行16Mbps的令牌环网。l4类UTP：最大带宽为20MHz，其它特性与3类UTP完全一样，能更稳定的运行16Mbps令牌环网。l5类UTP：又称为数据级电缆，质量最好。它的带宽为100MHz，能够运行100Mbps以太网和FDDI，5类UTP的阻抗为100欧姆。5类UTP目前已被广泛的应用。l6类UTP：是一种新型的电缆，最大带宽可以达到1000MHz，适用于低成本的高速以太网的骨干线路。2002年63计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识同轴电缆(CoaxialC
54、able)l同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，即内导体（铜芯导线）和外导体即内导体（铜芯导线）和外导体(屏蔽层屏蔽层)，外导，外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之间体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之间用绝缘材料隔离。同轴电缆具有较高的带宽和用绝缘材料隔离。同轴电缆具有较高的带宽和极好的抗干扰特性。极好的抗干扰特性。l同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量，按同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量，按射频级测量单位（射频级测量单位（RG）来度量，）来度量，RG越高，铜越高，铜芯导线越细，芯导线越细，RG越低，铜芯导线越粗。越低，铜芯导线越粗。l
55、常用同轴电缆的型号和应用如下：常用同轴电缆的型号和应用如下：l阻抗为阻抗为50欧姆的粗缆欧姆的粗缆RG-8或或RG-11，用于粗缆以太网；用于粗缆以太网；l阻抗为阻抗为50欧姆的细缆欧姆的细缆RG-58A/U或或C/U，用于细缆以太网；，用于细缆以太网；l阻抗为阻抗为75欧姆的电缆欧姆的电缆RG-59，用于有，用于有线电视线电视CATV。 2002年64计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识光导纤维(FiberOptics)l光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光信号的媒体。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率较低的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传
56、输的光信号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的芯线后，可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全反射，使光束曲折前进。玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳2002年65计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识光纤的特点l光缆中的光源可以是发光二极管LED或注入式激光二极管ILD，当光通过这些器件时发出光脉冲，光脉冲通过玻璃芯从而传递信息。在光缆的两端都要有一个装置来完成光信号和电信号的转换。l光缆的优点是信号的损耗小、频带宽、传输率高，从l00Mbps到l000Mbps，甚至更高，且不受外界电磁干扰。另外，
57、由于它本身没有电磁辐射，所以它传输的信号不易被窃听，保密性能好。但是它的成本高并且连接技术比较复杂。l光缆主要用于长距离的数据传输和网络的主干线。2002年66计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识多模光纤和单模光纤l根据使用的光源和传输模式，光纤可分为根据使用的光源和传输模式，光纤可分为多模光纤多模光纤和和单模光纤单模光纤。l多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当光纤芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角光纤芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角度不同传播路径也不同，这时光束是以多种模式
58、在芯线内不断反度不同传播路径也不同，这时光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播。多模光纤的传输距离一般在射而向前传播。多模光纤的传输距离一般在2km以内。以内。 l单模光纤采用注人式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单单模光纤采用注人式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单模光纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯模光纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。中的角度差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。 2002年67计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识光纤的规格光纤类型玻璃芯（微米）覆层（微米
59、）62.5/12562.512550/12550.0125100/140100.01408.3/1258.3125l光纤的规格通常用玻璃芯与覆层的直径比值来表示，其中光纤的规格通常用玻璃芯与覆层的直径比值来表示，其中8.3/125的光纤只用于单模光纤。的光纤只用于单模光纤。l单模光纤的传输率较高，但比多模光纤更难制造，价格更高。单模光纤的传输率较高，但比多模光纤更难制造，价格更高。2002年68计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识无线电传输l根据距离的远近和对通信速率的要求，可以选用不同的有线介质，但是，若通信线路要通过一些高山、岛屿或河流时，铺设线路就非常困难，而且成本非常高，这时候就
60、可以考虑使用无线电波在自由空间的传播实现多种通信。l无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的频率范围为300MHz300GHz，但主要是使用240GHz的频率范围。微波在空间主要是直线传播。由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像短波通信可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。微波通信有两种主要的方式：即地面微波接力通信和卫星通信。2002年69计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识地球地球地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔微波传送塔微波传送塔地面微波接力l在物理线路昂贵或地理条件不允许的情况下适用；l
61、通过地球表面的大气传播，易受到建筑物或天气的影响；l两个地面站之间传送，距离为50-100km；2002年70计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识微波接力的特点l微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大。l微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。l与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少，见效快。l微波接力通信也存在如下的一些缺点：l相邻站之间必须直视，不能有障碍物（”视距通信”）。有时一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收天线，因而造成失真。l微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。l与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。
62、l对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。2002年71计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识地球地球地球地球地面站地面站地面站地面站地面站地面站地面站地面站卫星通信l优点：优点：l通信距离远，在电波覆盖通信距离远，在电波覆盖范围内，任何一处都可以范围内，任何一处都可以通信，且通信费用与通信通信，且通信费用与通信距离无关。距离无关。l受陆地灾害影响小，可靠受陆地灾害影响小，可靠性高；性高；l易于实现广播通信和多址易于实现广播通信和多址通信；通信；l缺点：缺点：l通信费用高，延时较大；通信费用高，延时较大；l10GHZ以上雨衰较大；以上雨衰较大；l易受太阳噪声的干扰；易受太阳噪声的干
63、扰；lC波段波段 4/6 GHzl上行上行5.9256.425 GHzl下行下行3.74.2 GHzlKU波段波段 11/14 GHzl上行上行1414.5 GHzl下行下行11.712.2 GHz2002年72计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识35,86035,86035,86035,860公里公里公里公里地球地球地球地球地球同步卫星l从技术角度上讲，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距从技术角度上讲，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距离地放置三颗相隔离地放置三颗相隔120度的卫星，就能基本上实现全球的通信。度的卫星，就能基本上实现全球的通信。 l为了避免产生干扰，卫星之间的相隔不
64、能小于为了避免产生干扰，卫星之间的相隔不能小于2度，因此，整度，因此，整个赤道上空只能放置个赤道上空只能放置180个同步卫星。一个典型的卫星通常拥个同步卫星。一个典型的卫星通常拥有有1220个转发器。每个转发器的频带宽度为个转发器。每个转发器的频带宽度为36或或72MHz。2002年73计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识红外线和毫米波l光波传输光波传输l应用：在短距离内连接两个通信设备；应用：在短距离内连接两个通信设备；l缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响；缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响；l特点：特点：l用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控；用于短距离通信，如电视、录象机等的
65、遥控；l缺点：缺点：l不能穿透固体；不能穿透固体；2002年74计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识常用传输媒体的比较2002年75计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识通信接口及设备l广泛使用的通信设备接口标准有：lEIARS-232C；lEIARS-499；lITU-T建议的X.21等标准。lRS(RecommendedStandard)表示推荐标准，232、499等为标识号码，而后缀（如RS-232C中的C）表示该推荐标准被修改过的次数。ITU-T也有一些相应的标准。l与EIARS-232C兼容的ITU-TV.24建议，与EIARS-422兼容的ITU-TV.10等。2002年
66、76计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识EIARS-232C接口l在串行通信中，在串行通信中，EIA RS-232C是应用最为广泛的标准，是应用最为广泛的标准，EIA在在1969年公布的数据通信标准，其后为了改进年公布的数据通信标准，其后为了改进RS-232C的局限性，的局限性，提供更高的传输距离和数据速率，增加了新的功能，如环路测提供更高的传输距离和数据速率，增加了新的功能，如环路测试功能，在试功能，在1977年颁布了年颁布了RS-499。由于。由于RS-499标准太复杂，标准太复杂，EIA于于1987年颁布了与年颁布了与RS-232C兼容的改进版兼容的改进版RS-232D。l发送和接
67、收数据的计算机或终端系统，称为数据终端设备发送和接收数据的计算机或终端系统，称为数据终端设备（DTE），如计算机。用来实现信息的收集、处理和变换的设），如计算机。用来实现信息的收集、处理和变换的设备称为数据通信设备（备称为数据通信设备（DCE），如调制解调器。），如调制解调器。 2002年77计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识RS-232C接口的特性lRS-232C使用使用9针或针或25针的针的D型连接器型连接器DB-9或或DB-25。l目前，绝大多数计算机使用的是目前，绝大多数计算机使用的是9针的针的D型连接器。型连接器。RS-232D规定使用规定使用25针的针的D型连接器。型连接器
68、。lRS-232C采用的信号电平采用的信号电平515V代表逻辑代表逻辑“1”，515V代表逻辑代表逻辑“0”。在传输距离不大于。在传输距离不大于15米时，最大速率为米时，最大速率为19.2kbps。2002年78计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识RS-232C接口各针脚的功能定义针脚号信号名称说 明1保护地（SHG）屏蔽地线7信号地（SIG）公共地线2发送数据（TxD）DTE将数据传送给DCE3接收数据（RxD）DTE从DCE接收数据4请求发送（RTS）DTE到DCE表示发送数据准备就绪5允许发送（CTS）DCE到DTE表示准备接收要发送的数据6数据传输设备就绪（DSR）通知DTE，D
69、CE已连到线路上准备发送20数据终端就绪（DTR）DTE就绪，通知DCE连接到传输线路22振铃指示（RI）DCE收到呼叫信号向DTE发RI信号8接收线载波检测（DCD）DCE向DTE表示收到远端来的载波信号21信号质量检测DCE向DTE报告误码率的高低23数据信号速率选择器DTE与DCE间选择数据速率24发送器码元信号定时（TC）DTE提供给DCE的定时信号15发送器码元信号定时（TC）DCE发出，作为发送数据时钟17接收器码元信号定时（RC）DCE提供的接收时钟2002年79计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识RS232接口DB-9和DB-25的对应关系DB-9信号名称DB-251载波
70、检测（CD）82发送数据（TD）23接收数据（RD）34数据终端准备（DTR）205信号地（SIG）76数据传输设备准备（DSR）67请求发送（RTS）48允许发送（CTS）59振铃指示（RI）222002年80计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识RS-232接口的应用l异步应用异步应用l两个两个DTE（计算机）设备通过电话线进行异步通信，并使用（计算机）设备通过电话线进行异步通信，并使用调制解调器作为数据通信设备。调制解调器作为数据通信设备。l同步应用同步应用l两个两个DTE设备通过设备通过RS-232C进行同步通信，使用进行同步通信，使用DB-25针接针接口的第口的第17和第和第24
71、针脚提供外同步的时钟信号，实现数据的收针脚提供外同步的时钟信号，实现数据的收发。发。l由于由于9针的针的RS-232C接口不能提供时钟信号，因而不能进行同接口不能提供时钟信号，因而不能进行同步通信。步通信。2002年81计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识RS-232接口的空Modem连接l当近距离的两个当近距离的两个DTE之间进行通信时，可以不使用之间进行通信时，可以不使用Modem，而，而是采用空是采用空Modem连接方式连接方式l例如，两个例如，两个DTE之间分别采用两个之间分别采用两个25针和两个针和两个9针针RS-232C接口的空接口的空Modem连接方式。连接方式。2002年
72、82计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识空Modem的简单连接方式l在实际应用中，在实际应用中， DTE与与DCE之间、之间、DTE和和DTE之间可以使用最之间可以使用最简单连接方式简单连接方式lDTE与与DCE相连时，相连时，DTE和和DCE对应的针脚直连，且只对应的针脚直连，且只需要使用发送需要使用发送TD、接收、接收RD和信号地和信号地SIG。l对于对于DTE与与DTE相连时，相对的发送和接收针脚需要交叉相连时，相对的发送和接收针脚需要交叉相连，因此，有时也把空相连，因此，有时也把空Modem线称为串口交叉线。线称为串口交叉线。2002年83计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知
73、识RS-232C接口的工作流程lRS-232C接口的工作流程是指按照各个针脚的状态有序地实现接口的工作流程是指按照各个针脚的状态有序地实现数据传输。数据传输。l例如：两个例如：两个DTE之间采用租用线路实现全双工同步数据之间采用租用线路实现全双工同步数据传输的全过程。传输的全过程。l建立连接阶段；建立连接阶段；l数据传输阶段；数据传输阶段；l释放连接阶段；释放连接阶段；2002年84计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识2002年85计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识EIARS-449接口l由于RS-232C标准采用的信号电平高，为非平衡发送和接收方式，而且其接口电路由于有公共地线
74、，当信号线穿过电气干扰环境时，发送的信号将会受到影响，若干扰足够大，发送的“0”会变成“1”，“1”会变成“0”，所以存在数据传输速率低，传输距离短，串扰信号较大等缺点。为了改善RS-232C的性能，提高抗干扰能力，增加传输距离，EIA推荐了和RS-232C完全兼容的RS-449接口标准。2002年86计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识RS-449/V.35标准lRS-449标准规定的接口特性与CCITTV.35一致；l采用37针和9针连接器，其中37针连接器包含了与RS-449相关的所有信号；l每一个信号线均需采用一对导线；l通过测试线可以自环进行测试，以检验通信设备是否有故障；lR
75、S-449有两个子标准，即平衡式的RS-422A标准和非平衡式的RS-423A标准。lRS-423-A：规定电气特性为非平衡传输，有公共地，电缆长度10米，最大数据率为100kbpslRS-422-A：规定电气特性为平衡传输，无公共地，电缆长度100米，最大数据率为1Mbps;2002年87计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识DTEDCET（发送）（发送）C（控制）（控制） R（接收）（接收） I（指示）（指示）S（位定时）（位定时）B（字节定时，可选）（字节定时，可选）Ga（DTE公共回线）公共回线）G（地）（地）X.21建议书lX.21是ITU-T推荐的数字接口，用于在公用数据网上进
76、行同步操作的DTE和DCE之间的通用接口。X系列的X.21bis可以将X.21转换为适合于模拟信道的接口，起到从模拟信道过渡到数字信道的作用。l机械特性：15根引脚；l功能特性：8条信号线；2002年88计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识X.21接口的工作流程lX.21接口标准规定了在建立接口标准规定了在建立和释放呼叫，和释放呼叫，DTE与与DCE之之间交换的信息（间交换的信息（DCE表示表示DTE和网络接口的设备）和网络接口的设备）lC:控制电路控制电路lT:发送电路发送电路lR:接收电路接收电路lI: 指示电路指示电路lX.21bis 建议建议l用于用于EIA-232-D/V.24
77、设设备备 的过渡，使用模拟信的过渡，使用模拟信道，道，DCE为同步为同步MODEM；主叫主叫DTEDCEC接通，接通，T=0R=“+.+”T= 被叫地址被叫地址R=呼叫进行信号呼叫进行信号R=1， I 接通接通T= 数据数据C断开，断开，T= 0R=0，I 断开断开建建立立连连接接拆拆除除连连接接数数据据传传输输2002年89计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器lModem是为数字信号在具有有限带宽的模拟信道上进行远距离传输而设计的，是一种数据通信设备DCE。其主要功能是进行信号的调制和解调，在DTE和模拟传输线路之间起到数字信号与模拟信号之间的转换作用。l计算机也可以通过Mo
78、dem的传真和语音功能，发送传真以及提供电话录音留言和全双工的免持听筒服务。2002年90计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器的组成lModem一般由基带处理、调制解调、信号放大和滤波、均衡等一般由基带处理、调制解调、信号放大和滤波、均衡等几部分组成。几部分组成。2002年91计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器的分类一l按通信设备分类可分为：l拨号Modeml拨号Modem主要用于公用电话网上传输数据。拨号Modem具有在性能指标较低的环境中进行有效操作的特殊性能。多数拨号Modem具备自动拨号、自动应答和自动拆线等功能。l专线Modeml专线Modem主要用
79、在专用线路或租用线路上，它不必带有自动应答和自动拆线功能。专线Modem的数据传输率比拨号Modem要高。2002年92计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器的分类二l按Modem速度分类l传输速率在1200bps以下的为低速Modem，12009600bps之间的为中速Modem，9600bps以上的为高速Modem。l按Modem调制方式分类l一般Modem产品的调制方式有频移键控、差分相移键控、正交幅度调制等。l按Modem内部控制方式分类l分为智能Modem和非智能Modem两类。智能Modem的内部控制逻辑由微处理器实现，它能够接收一系列Modem控制命令（AT命令集）
80、来完成通信过程的控制，并具有自动拨号、重复拨号、选择传输速率等功能。2002年93计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器的分类三l按数据传输方式分类l同步Modeml异步Modem2002年94计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器的分类四l按Modem与计算机的连接方式分类l外置式Modeml内置式Modem2002年95计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器的标准调制解调器的标准lModem标准主要是按ITU-TV系列建议的标准。ITU-T建议信号速率(bps)调制方式V.21300FSKV.2212004PSKV.22bis2400/120016
81、-QAM/4-DPSKV.231200FSKV.2624004-PSKV.2748008-PSKV.29960016-QAMV.32960032-QAMV.32bis1440064-QAMV.3314400128-QAMV.3428800336004096-QAM2002年96计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识关于56K的调制解调器l对于56K的调制解调器，ITU-T为其制定的标准为V.90，它是一种传输速率非对称的调制解调器，其下行传输速率可以达到56Kbps，但上行传输速率是33.6Kbps。l在用户使用56K的Modem拨号连接Internet时，只有当提供拨号接入的ISP具有数
82、字中继线时，才可以使用用户Modem的下行传输速率达到56Kbps。若两个用户使用56Kbps的Modem进行直接拨号连接时，Modem的传输速率最高只能达到33.6Kbps。2002年97计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器的压缩标准l数据压缩指的是发送端的Modem在发送数据以前先将数据进行压缩，而接收端的Modem收到数据后再把数据还原，从而提高了Modem的有效传输速率。l通常使用的压缩技术有两种：lITU-T规范lITU-T规范的V.42bis标准，使用的是Huffman（霍夫曼）编码技术。Huffman压缩技术非常适合于压缩文本数据文件。lMicrocom网络协议M
83、NP（MicrocomNetworkingProtocol）：MNP是一组独立的差错控制和数据压缩标准，MNP有几种压缩编码方式。lMNP5：在一行中发现有3个以上相同字符时则发送该字符及重复个数，从而达到压缩目的。对于图表文件，使用这种协议达到的压缩比很高，MNP5可以实现21的压缩比。lMNP7：根据字符对的频率进行编码字符，进一步提高压缩能力，MNP7的压缩比可以达到31。2002年98计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识调制解调器的差错技术标准l对于高速Modem，线路中的瞬间噪声可使Modem产生多位错误。因此必须采用差错控制技术，制定相应的标准。l常用的差错控制标准有ITU-
84、T和MNP标准lITU-T标准lITU-T的差错控制标准是V.42。lMNP标准lMNP标准使用的最广泛。MNP5和MNP7定义了数据压缩技术，MNP14以及MNP10用于描述差错控制技术。lMNP4差错控制标准的Modem已得到广泛应用。V.42把MNP4作为选项。如果某个Modem应答时不支持V.42标准，则可用MNP4方式，从而做到兼容。lMNP10是功能非常齐全的差错控制协议，可用于像蜂窝电话这样的噪声环境。l使用ITU-TV.42和MNP4协议的Modem可以协商传输速率。如果通信线路在某个速率条件下连续出错次数超过一个设定值，则通信双方的Modem降低速度，直到可以正常传输数据为止
85、。2002年99计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识差错控制技术l根据数据通信系统的模型，当数据从信源发出，经过通信信道传输，由于信道总存在着一定的噪声，数据到达信宿端后，接收的信号实际上是数据信号和噪声信号的叠加。接收端在取样时钟作用下接收数据，并根据阈值电平判断信号电平。如果噪声对信号的影响非常大时，就会造成数据的传输错误，2002年100计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识数据通信中的实际情况2002年101计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识通信信道中的噪声l通信信道中的噪声分为热噪声和冲击噪声。l热噪声l是由传输媒体的电子热运动产生的，其特点是时刻存在，幅度小，干扰
86、强度与频率无关，但频谱很宽，属于随机噪声。l由热噪声引起的差错属于一种随机差错。l冲击噪声l是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪声的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击噪声持续时间与数据传输中每个比特的发送时间相比，可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出错呈突发性。l冲击噪声引起的传输差错称为突发差错。2002年102计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识差错产生的原因l在通信过程中出现的传输差错，是由随机差错和突发差错共同构成的，而造成差错可能的原因包括：l在数据通信中，信号在物理信道上的线路本身的电气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和衰减；l电气信号在线路上产生反
87、射噪声的回波效应；l相邻线路之间的串线干扰；l大气中的闪电、电源开关的跳火、自然界磁场的变化以及电源的波动等外界因素。2002年103计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识差错的控制l在数据通信中，原发送信息，不具备抗干扰性能，如果引入冗余度后，就可以使新的码组具有一定的抗干扰能力。l例如，两个码元构成四种码组00、01、10、11，无法检错，而使用三个码元，有用码组为000、011、101和110；l目前差错控制常采用冗余编码方案，检测和纠正信息传输中产生的错误。l冗余编码思想就是：把要发送的有效数据在发送时按照所使用的某种差错编码规则加上控制码（冗余码），当信息到达接收端后，再按照相应
88、的校验规则检验收到的信息是否正确。2002年104计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识差错编码l差错检测编码：l奇偶校验码；l水平垂直奇偶校验码；lCRC循环冗余码等；l差错纠错编码：l汉明码；l卷积码；2002年105计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识奇偶校验码l采用奇偶校验法，在每个字符的数据位传输之前，先检测并采用奇偶校验法，在每个字符的数据位传输之前，先检测并计算奇偶校验位，然后将其附加在后；计算奇偶校验位，然后将其附加在后；l根据采用的奇偶校验位是奇数还是偶数，推出一个字符包含根据采用的奇偶校验位是奇数还是偶数，推出一个字符包含“1”的数目，接收机重新计算收到字符的奇偶
89、校验位，并的数目，接收机重新计算收到字符的奇偶校验位，并确定该字符是否出现传输差错；确定该字符是否出现传输差错；l若每个字符只采用一个奇偶校验位时，只能发现单个比特差若每个字符只采用一个奇偶校验位时，只能发现单个比特差错，如果有两个或两个以上比特出错，奇偶校验位无效；错，如果有两个或两个以上比特出错，奇偶校验位无效；l异步传输和面向字符的同步传输均采用奇偶校验技术；异步传输和面向字符的同步传输均采用奇偶校验技术；2002年106计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识循环冗余码CRClCRC是一种较为复杂的校验方法，它先将要发送的信息是一种较为复杂的校验方法，它先将要发送的信息数据与一个通信
90、双方共同约定的数据进行除法运算，并数据与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，并根据余数得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信根据余数得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信息数据帧之后发送出去。接收端接收数据后，将包括校息数据帧之后发送出去。接收端接收数据后，将包括校验码在内的数据帧再与约定的数据进行除法运算，若余验码在内的数据帧再与约定的数据进行除法运算，若余数为数为“0”，就表示接收的数据正确，若余数不为，就表示接收的数据正确，若余数不为“0”，则表明数据在传输的过程中出错。，则表明数据在传输的过程中出错。2002年107计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识差错检测l差错检测的
91、方法：l前向差错控制(前向纠错FEC)：l接收端检测到接收信息有错后，通过一定的运算，确定差错的具体位置，并自动加以纠正。l差错检测编码有奇偶校验码、水平垂直奇偶校验码、CRC循环冗余码等。l差错纠错编码有汉明码和卷积码等。l差错纠错编码也只能解决部分出错的数据，对于不能纠正的错误，就只能使用ARQ的方法。l反馈重发(自动请求重发ARQ)：l接收端检测到接收信息有错后，通过反馈信道要求发送端重发原信息，直到接收端认可为止，从而实现纠错；2002年108计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识停止等待协议l在停止等待ARQ方式中，发送端在发送完一个数据帧后，要等待接收端返回的应答信息，若应答为
92、确认信息（ACK）时，发送端才可以继续发送下一个数据帧；若应答为不确认帧（NAK）时，发送端需要重发这个数据帧。停止等待ARQ协议非常简单，由于是一种半双工的协议，因此系统的通信效率低。2002年109计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识连续ARQ协议l工作原理l发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应答，可以连续发送若干帧；如果在发送过程中收到接收方的肯定应答，可以继续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则使用某种ARQ方式重发数据；l优点l连续发送提高了信道利用率；l连续ARQ协议包括l选择ARQlGo-Back-NARQ2002年110计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识ARQ2002年111计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识选择ARQ与Go-Back-N的比较l采用选择ARQ方式时，由于接收到的数据帧有可能是乱序的，因此，接收端必须提供足够的缓存先将每个数据帧保存下来，然后对数据帧重新排序。但由于该方式仅重发出错的数据帧，因此，信道利用率高。l对于Go-Back-N方式，接收到的数据帧是按顺序排列的，因而接收端不需要太多的缓存，但由于发送端要将出错数据之后的已发送数据帧重新发送，致使信道利用率相对较低。2002年112计算机网络基础第2章数据通信技术的基础知识
