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1、第二章数据通信与广域网技术 本章学习要求本章学习要求掌握数据通信的基本概念掌握数据通信的基本概念了解传输介质及其主要特性了解传输介质及其主要特性了解无线与卫星通信技术了解无线与卫星通信技术的基本概念的基本概念了解基带传输的基本概念了解基带传输的基本概念掌握频带传输的基本概念掌握频带传输的基本概念掌握调制解调器的工作原理掌握调制解调器的工作原理了解多路复用的分类和特点了解多路复用的分类和特点重点掌握广域网中的数据交换技术重点掌握广域网中的数据交换技术掌握差错控制方法掌握差错控制方法2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念1.信息、数据和信号信息、数据和信号2.数据处理与数据通信数据处理与数据通
2、信3.数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式1.信息、数据和信号信息、数据和信号通信通信信号信号模拟信号模拟信号数字信号数字信号信息信息数据数据模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形模拟信号模拟信号数字信号数字信号图图2-1 2-1 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形2.数据处理与数据通信数据处理与数据通信 数据处理的任务数据处理的任务数据通信的任务数据通信的任务数据处理与数据数据处理与数据通信的异同通信的异同3.3.网络通信系统设计中的几个问题网络通信系统设计中的几个问题数据传输类型数据传输类型模拟通信模拟通信数字通信数字通信3.数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信
3、方式数据通信系统数据通信系统计算机计算机系统系统计算机计算机系统系统调制解调器调制解调器信道信道调制解调器调制解调器图图2-2 2-2 数据通信系统数据通信系统通信线路3.数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式调制解调制（调制解调制（Modem）调制器（调制器（modulation）解调器（解调器（demodulation）调制解调制调制解调制何谓调制解调器何谓调制解调器内置与外置内置与外置Modem的区别的区别计算机端口（串口、并口、计算机端口（串口、并口、USB口）口）如何连接调制解调器如何连接调制解调器外置调制解调器指示灯含义外置调制解调器指示灯含义外置调制解调器指示灯含义外置调制
4、解调器指示灯含义指示灯名指示灯名含义含义功能功能MRModemReady电源电源TR或或DTRDataTerminalReady准备就绪准备就绪CDCarrierDetect连通连通RDReceiveDetect接收数据接收数据SDSendData发送数据发送数据AAAutoAnswer或或Answer应答应答OHOffHook占线占线HSHighSpeed高速高速3.数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式数据通信方式数据通信方式串行通信与并行通信串行通信与并行通信图图2-3串串行行通通信信与与并并行行通通信信3.数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式数据通信方式数据通信方式单工、
5、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信按信号传送方向与时间关系分按信号传送方向与时间关系分单工通信单工通信 （simplex）半双工通信半双工通信 (half-duplex)全双工通信全双工通信 (full- duplex)图图2-4 2-4 单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信3.数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式数据通信方式数据通信方式同步技术同步技术位同步位同步字符同步字符同步同步：要求通信的收发双方在时间基准上保同步：要求通信的收发双方在时间基准上保持一致。持一致。2.2传输媒体传输媒体1.双绞线双绞线非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线屏蔽双绞线屏蔽双绞线2.同轴电缆同
6、轴电缆50、75和和93同轴电缆同轴电缆3.光导纤维（又称光缆）光导纤维（又称光缆）4.媒体的选择与安装媒体的选择与安装传输介质的特性传输介质的特性物理特性：传输介质物理结构的描述；物理特性：传输介质物理结构的描述；传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号等；等；连通特性：允许点连通特性：允许点- -点或多点连接；点或多点连接；地理范围：传输介质最大传输距离；地理范围：传输介质最大传输距离；抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力；输数据影响的能力；相对价格：器件、安装与维护费用。相对价格：器件、安
7、装与维护费用。1.双绞线的主要特性双绞线的主要特性屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP和非屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线UTP 图图2-5 2-5 双绞线结构示意图双绞线结构示意图粗同轴电缆和细同轴电缆粗同轴电缆和细同轴电缆2.2.同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性图图2-6 2-6 同轴电缆结构示意图同轴电缆结构示意图3.3.光纤的主要特性光纤的主要特性图图2-7 2-7 光导纤维结构与原理示意图光导纤维结构与原理示意图2.3无线通信与卫星通信无线通信与卫星通信1.无线通信无线通信2.微波通信微波通信3.蜂窝无线通信蜂窝无线通信4.卫星通信卫星通信5.蓝牙技术蓝牙技术（Bluetooth）蓝牙技术蓝牙技术
8、蓝牙技术：蓝牙技术：是一种无线数据与语言通讯的开放性全球规是一种无线数据与语言通讯的开放性全球规范，是一种用微波技术去取代传统网络中错范，是一种用微波技术去取代传统网络中错综复杂的连接电缆来实现固定设备及可移动综复杂的连接电缆来实现固定设备及可移动设备的互联而建立的一个特殊的短程无线通设备的互联而建立的一个特殊的短程无线通讯技术。讯技术。主要术语和概念主要术语和概念带宽带宽又称信息带宽又称信息带宽（bandwidth）带宽范围带宽范围(bandwidth range)超声波超声波：超过人能听到的最高频率：超过人能听到的最高频率2万赫万赫兹声波兹声波。次声波次声波：低于人能听到的最低频率：低于人
9、能听到的最低频率20赫赫兹的声波兹的声波。人能听到的音频信号的频率范围人能听到的音频信号的频率范围在在300-3300赫兹左右赫兹左右20赫兹2万赫兹次声波超声波图图2-8 2-8 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形2.4基带传输基带传输1.基带传输的定义基带传输的定义在数据通信中，表示计算机二进制的比特序在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号; ;矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带, ,简简称为基带称为基带, ,矩形脉冲信号就叫做基带信号矩形脉冲信号就叫做基带信号; ;在数字通
10、信信道上，直接传送基带信号的方在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输。法称为基带传输。2.2.通信信道带宽对基带传输的影响通信信道带宽对基带传输的影响图图2-9 2-9 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形3.数据传输速率数据传输速率定义：定义：数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进代码的二进制比特数，制比特数，单位位为比特比特/ /秒，秒，记做做bpsbps（每秒钟传送二进制的位数每秒钟传送二进制的位数）。）。常用的数据常用的数据传输速率速率单位有：位有：KbpsKbps、MbpsMbps、GbpsGbps与与
11、Tb/sTb/s，其中：，其中：1Kbps 103bps 1Mbps 106bps1Gbps 109bps1Tbps 1012bps4.信道速率的极限值信道速率的极限值奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传输速率输速率R Rmaxmax与通信信道带宽与通信信道带宽B B（B=fB=f，单位，单位HzHz）的关系为的关系为R Rmaxmax=2=2f f（bpsbps）香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率信号时，数据传输速率R Rmaxmax与信道带宽与信道带宽B B，信噪，信噪比比S/NS
12、/N的关系为的关系为 R Rmaxmax= B= Bloglog2 2（1+S/N1+S/N） 其中：其中：S/NS/N为信噪比。为信噪比。2.5频带传输频带传输1.频带传输的定义频带传输的定义利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；传输；调制解调器（调制解调器（modemmodem）是频带传输中最典型）是频带传输中最典型的通信设备。的通信设备。2.5频带传输频带传输2.外置外置Modem与计算机的连接与计算机的连接图图2-10 2-10 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形2.6多路复用技术多路复用技术1.多路复用的定义多路复用的定义多路复用
13、多路复用（multiplexing）：在通信系统中能在通信系统中能实现多种信号在同一媒体中传输的技术。实现多种信号在同一媒体中传输的技术。2.多路复用的工作原理多路复用的工作原理图图2-11 2-11 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形3.3.频分多路复用频分多路复用（FDM）图图2-12 2-12 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形4.波分多路复用波分多路复用（WDM）光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用简称为波分复用WDM;WDM;在一根光纤上复用在一根光纤上复用8080路或更多路的光载波信号路或更多路的光载波信
14、号称为密集波分复用称为密集波分复用DWDMDWDM； 5.时分多路复用时分多路复用（TDM）时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；若干个时间片；每个用户分得一个时间片；每个用户分得一个时间片；在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。道的全部带宽。 2.7广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术 空间分割线路交换空间分割线路交换线线路交换路交换时间分割线路交换时间分割线路交换交换方式交换方式存储交换存储交换报文交换报文交换报文分组交换报文分组交换数据报数据报虚电路虚电路数据交换方法数
15、据交换方法数据通过通信子网的传输过程可以分为：数据通过通信子网的传输过程可以分为：线路交换线路交换存储转发交换也称存储交换存储转发交换也称存储交换1.1.线路交换方式线路交换方式线路交换是面向连接的服务；线路交换是面向连接的服务；两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；线路交换在数据传输过程中要经过线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传输、释放连接建立连接、数据传输、释放连接的三个阶段；的三个阶段；优点：通信实时性强，适用于交互式会话类通信；优点：通信实时
16、性强，适用于交互式会话类通信；缺点：对突发性通信不适应，系统效率低，系统没有缺点：对突发性通信不适应，系统效率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。存储数据的能力，不能平滑交通量。 2.存储转发交换方式存储转发交换方式数据通过通信子网传输时可以有报文数据通过通信子网传输时可以有报文（messagemessage）与报文分组（）与报文分组（packetpacket）两种方式；）两种方式； 报文传输：不管发送数据的长度是多少，报文传输：不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；都把它当作一个逻辑单元发送； 报文分组传输：限制一次传输数据的最大报文分组传输：限制一次传输数据的最大长
17、度，如果传输数据超过规定的最大长度，发长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。送结点就将它分成多个报文分组发送。3.3.数据报方式数据报方式数据报是分组存储转发的一种形式；数据报是分组存储转发的一种形式；在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立源主机与目的主机之间建立“线路连接线路连接”；源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径；一条传输路径；每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。路径到
18、达目的主机。4.4.虚电路方式虚电路方式虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，充分发挥两种方法的优点，以达到结合起来，充分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果最佳的数据交换效果; ;数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路辑连接的虚电路; ;虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分
19、为以下三个阶段：虚电路建立、数据传输程分为以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。与虚电路释放阶段。虚虚电电路路方方式式工工作作原原理理图图2-13虚电路方式的特点虚电路方式的特点在在每每次次分分组组发发送送之之前前，必必须须在在发发送送方方与与接接收收方方之之间间建建立一条逻辑连接。立一条逻辑连接。一一次次通通信信的的所所有有分分组组都都通通过过这这条条虚虚电电路路顺顺序序传传送送，因因此此报报文文分分组组不不必必带带目目的的地地址址、源源地地址址等等辅辅助助信信息息。分分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；分分组组通通
20、过过虚虚电电路路上上的的每每个个结结点点时时，结结点点只只需需要要做做差差错错检测，而不需要做路径选择；检测，而不需要做路径选择；每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。 5.ATM5.ATM交换方式交换方式ATMATM的基本数据传输单元是信元；的基本数据传输单元是信元；信元长度固定为信元长度固定为5353字节；字节；信元包括信元包括5 5字节的信元头与字节的信元头与4848字节的用户数据。字节的用户数据。图图2-14 2-14 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形物理链路、虚通路与虚通道的关系物理链路、虚通路与虚通道的关系 物理链路（物理链路
21、（Physical LinkPhysical Link）虚通路（虚通路（VPVP，Virtual PathVirtual Path）虚通道（虚通道（VCVC，Virtual ChannelVirtual Channel） 图图2-15 2-15 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形2.8差错控制方法差错控制方法差错控制：检查数据传输是否出现差错以及如差错控制：检查数据传输是否出现差错以及如何纠正差错。何纠正差错。 1.产生差错的原因与差错类型产生差错的原因与差错类型原因原因噪声噪声信号的衰减、波形的畸变信号的衰减、波形的畸变“串音串音”的干扰的干扰差错的类型差错的类型由热噪声引起的差错
22、是随机差错。由热噪声引起的差错是随机差错。冲击噪声引起的差错是突发差错。冲击噪声引起的差错是突发差错。2.8差错控制方法差错控制方法2.误码率误码率误码率：是指二进制误码率：是指二进制码元在数据传输系统码元在数据传输系统中被传错的概率，它中被传错的概率，它在数值上近似在数值上近似等于：等于：Pe=Ne/N，其中，其中N为为传输的二进制码元总传输的二进制码元总数，数，Ne为被传错的码为被传错的码元数。元数。3.检错码与纠错码检错码与纠错码检错码检错码分组仅包含足以使接收端分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息；接发现差错的冗余信息；接收端能够发现出错（但不收端能够发现出错（但不能确定哪位是错的
23、）且不能确定哪位是错的）且不能纠正传输差错。能纠正传输差错。纠错码纠错码每每个个传传输输的的分分组组有有足足够够的的冗冗余余信信息息；接接收收端端能能发发现现并自动纠正传输差错。并自动纠正传输差错。2.8 差错控制方法4.循环冗余检验方法循环冗余检验方法又称又称CRC码。码。问题：问题：怎样提高传输质量？怎样提高传输质量？循环冗余检验方法循环冗余检验方法f（x）:被发送的数据（被发送的数据（110011）xK:k为生成多项式的最高幂值（为生成多项式的最高幂值（x4）G（x）除数、为生成多项式（）除数、为生成多项式（11001）Q（x）商）商R（X）余数）余数f（x）xK为被除数为被除数5.差错
24、控制机制差错控制机制停止等待方式停止等待方式连续工作方式连续工作方式拉回方式拉回方式选择重发方式选择重发方式1.信号信号信号：是数据在传输过程中电信号的表现形式。信号：是数据在传输过程中电信号的表现形式。按照在传输介质上传输的信号类型有两种：按照在传输介质上传输的信号类型有两种：模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号：模拟信号：的信号电平是连续变化的；的信号电平是连续变化的；数字信号：是用两种不同的电平去表示数字信号：是用两种不同的电平去表示0 0、1 1比特序比特序列的电压脉冲信号表示。列的电压脉冲信号表示。按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统按照在传输介质上传输的信号类型，通信系
25、统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。分为模拟通信系统与数字通信系统两种。2.2.带传输、频带传输和宽带传输带传输、频带传输和宽带传输 基本传输基本传输：而而利利用用数数字字通通信信信信道道直直接接传传输输数数字字数数据据信信号号的方法称做基带传输。的方法称做基带传输。频带传输：频带传输：频频带带传传输输就就是是把把数数字字信信号号经经过过调调制制后后再再传传输输，传传输输到到接接收收端端后后再再解解调调还还原原成成数数字字信信号号的的传传输。输。宽带传输：宽带传输：宽带传输是指比音频信号更宽的频带传输。宽带传输是指比音频信号更宽的频带传输。3.数字通信与数据通信数字通信与数据通信什么是数字通
26、信什么是数字通信把把需需要要传传送送的的消消息息转转化化为为简简单单的的数数字字形形式式，用用“0 0”和和“1 1”两两种种符符号号来来传传递递各各式式各各样样信信息的通信方式，就叫数字通信。息的通信方式，就叫数字通信。什么是数据通信什么是数据通信数数据据通通信信是是一一种种通通过过计计算算机机或或其其它它数数据据装装置置与与通通信信线线路路，完完成成数数据据编编码码信信号号的的传传输输、转转接、存储和处理的通信技术。接、存储和处理的通信技术。 复习思考题复习思考题P77 P77 第一题第一题P77 P77 第二题（第二题（1 1、3 3、7 7、8 8、9 9、1010）P78 P78 第三题（第三题（3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8）P78 P78 第四题（第四题（1 1、2 2、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、1010）补充题：简释下列基本概念补充题：简释下列基本概念信息、数据、通信、带宽、带宽范围、基带信息、数据、通信、带宽、带宽范围、基带信号、蓝牙技术、多路复用信号、蓝牙技术、多路复用课堂作业课堂作业说明线路交换、数据报交换、虚电路交说明线路交换、数据报交换、虚电路交换有何异同？换有何异同？
