第二章数据通信技术

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1、第二章第二章数据通信技术数据通信技术 本章学习要点：本章学习要点：数据通信的基本概念数据通信的基本概念传输介质的主要特性和应用传输介质的主要特性和应用无线通信技术无线通信技术数据交换技术数据交换技术数据传输技术数据传输技术数据编码技术数据编码技术差错控制技术差错控制技术2.1数据通信数据通信的基本概念的基本概念 2.1.1信息、数据与信号信息、数据与信号l 信息信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。任何事是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。任何事物的存在，都伴随着相应的信息的存在，信息不仅能反映事物的特征、物的存在，都伴随着相应的信息的存在，信息不仅能反映事物的特征、

2、运动和行为，而且还能够借助媒体（如空气、光波、电磁波等）传播运动和行为，而且还能够借助媒体（如空气、光波、电磁波等）传播和扩散。信息的载体可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画和扩散。信息的载体可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。等。l 数据数据是指把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也是指把事件的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。数据按其连续性可分为可以被描述。数据按其连续性可分为模拟数据模拟数据与与数字数据数字数据。l 信号信号是数据的电磁波表示形式，一般以时间为自变量，以表示信息是数据的电磁波表示形式，一般以时间为自变量，以表示信息（数据）的

3、某个参量（振幅、频率或相位）为因变量。（数据）的某个参量（振幅、频率或相位）为因变量。l模拟信号模拟信号是是随时间连续变化的信号，如图随时间连续变化的信号，如图2-1（a）所示，这种信号所示，这种信号的某种参量，如振幅和频率，可以表示要传送的信息。例如，电视图的某种参量，如振幅和频率，可以表示要传送的信息。例如，电视图像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号等。像信号、语音信号、温度压力传感器的输出信号等。 l数字信号数字信号是指离散的信号是指离散的信号,如图如图2-1（b）所示，如计算机使用的由）所示，如计算机使用的由“0”和和“1”组成的信号。数字信号在通信线路上传输时要借助电信组成的信

4、号。数字信号在通信线路上传输时要借助电信号的状态来表示二进制代码的值。因为电信号可呈现两种状态，可以号的状态来表示二进制代码的值。因为电信号可呈现两种状态，可以分别表示分别表示“0”和和“1”。图图2-1模拟信号和数字信号波形模拟信号和数字信号波形2.1.2基带信号与宽带信号基带信号与宽带信号l 基带信号基带信号是指信源发出的没有经过调制的原始电信号，其特点：是指信源发出的没有经过调制的原始电信号，其特点：l 宽带信号宽带信号又称为频带信号，主要用于网络电视和有线电视的信又称为频带信号，主要用于网络电视和有线电视的信号传输，并且频带信号在传输过程中通常要采用多路复用技术来号传输，并且频带信号在

5、传输过程中通常要采用多路复用技术来提高传输介质的带宽利用率。提高传输介质的带宽利用率。频率较低频率较低;信号频谱从零频附近开始，具有低通形式信号频谱从零频附近开始，具有低通形式;计算机网络通常都采用基带传输方式。计算机网络通常都采用基带传输方式。2.1.3信道及信道的分类信道及信道的分类信道信道（informationchannels）是信号传输的必经之路，包括传输媒）是信号传输的必经之路，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。是无形媒体，如传输电磁波的空间。1、信道的概

6、念、信道的概念2、信道的分类、信道的分类常见的分类有以下一些：常见的分类有以下一些：（1）有线信道和无线信道）有线信道和无线信道（2）物理信道和逻辑信道）物理信道和逻辑信道l有线信道有线信道是指使用有线传输介质的信道主要包括双绞线、同轴电是指使用有线传输介质的信道主要包括双绞线、同轴电缆和光缆等。缆和光缆等。l无线信道是指无线信道是指以电磁波在空间传播的方式传送信息的信道，主要包以电磁波在空间传播的方式传送信息的信道，主要包括长波信道、短波信道和微波信道等。括长波信道、短波信道和微波信道等。l物理信道物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，物理信道由传输是指用来传送信号或数据的物理通路，物理

7、信道由传输介质及有关设备组成。介质及有关设备组成。l逻辑信道逻辑信道也是一种通路，但一般是指人为定义的信息传输通路，也是一种通路，但一般是指人为定义的信息传输通路，在信号收、发点之间并不存在一条物理传输介质，通常把逻辑信道在信号收、发点之间并不存在一条物理传输介质，通常把逻辑信道称为称为“连接连接”。l数字信道数字信道是用来传输离散数字信号的。是用来传输离散数字信号的。离散的数字信号在计算机中离散的数字信号在计算机中指由指由“0”和和“1”的二进制代码组成的数字序列，当利用数字信道传的二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。输数字信号时不需要

8、进行变换，通常需要进行数字编码。（3）数字信道和模拟信道）数字信道和模拟信道l模拟信道模拟信道是用来传输模拟信号的。模拟信号的电平随时间连续变化，是用来传输模拟信号的。模拟信号的电平随时间连续变化，语音信号就是典型的模拟信号。如果利用模拟信道传送数字信号，则语音信号就是典型的模拟信号。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（必须经过数字与模拟信号之间的变换（A/D变换器）。调制解调器就变换器）。调制解调器就是完成这种变换的。是完成这种变换的。2.1.4数据通信的技术指标数据通信的技术指标l传输速率传输速率是指通信线路上传输信息的速度是指通信线路上传输信息的速度,它是描

9、述数据传输系统它是描述数据传输系统的重要技术指标之一。传输速率一般有两种表示方法，即信号速率和的重要技术指标之一。传输速率一般有两种表示方法，即信号速率和调制速率。调制速率。l信号速率信号速率是指单位时间内所传送的二制位代码的有效位数，以每秒是指单位时间内所传送的二制位代码的有效位数，以每秒多少比特数计，单位为比特多少比特数计，单位为比特/秒（秒（bit/s）。数字信号的速率通常用。数字信号的速率通常用“比比特特/秒秒”来表示来表示l调制速率调制速率是指每秒传送的脉冲数，单位为波特是指每秒传送的脉冲数，单位为波特/秒（秒（Baud/s），），是指是指信号在调制过程中，调制状态每秒钟转换的次数。

10、模拟信号的速率通信号在调制过程中，调制状态每秒钟转换的次数。模拟信号的速率通常用常用“波特波特/秒秒”来表示。来表示。1.传输速率传输速率注意：注意：“波特波特”与与“比特比特”的意义是不同的，每一的意义是不同的，每一“波特波特”，即模，即模拟信号的一个状态不仅仅表示一位数据，而是代表了多位数据。拟信号的一个状态不仅仅表示一位数据，而是代表了多位数据。（2）信道带宽）信道带宽l信道带宽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，单位用赫兹（范围，单位用赫兹（Hz）表示。）表示。l数据通信系统的信道传输的是电磁波（包括无线电波、微

11、波、光数据通信系统的信道传输的是电磁波（包括无线电波、微波、光波等），其带宽就是所能传输电磁波的最大有效频率减去最小有效波等），其带宽就是所能传输电磁波的最大有效频率减去最小有效频率所得到的值。频率所得到的值。（3）信道容量）信道容量l信道容量信道容量，即单位时间内信道上所能传输的最大比特数，单位为，即单位时间内信道上所能传输的最大比特数，单位为比特比特/秒（秒（bit/s），它是某个信道传输数据速率的一个上限。），它是某个信道传输数据速率的一个上限。注意注意：信道的：信道的容量容量与与信道带宽信道带宽成正比关系，即信道带宽越宽，信道容成正比关系，即信道带宽越宽，信道容量就越大，所以人们有时愿

12、意将量就越大，所以人们有时愿意将“带宽带宽”作为信道所能传送的作为信道所能传送的“最高最高速率速率”的同义语，尽管这种叫法不太严格。的同义语，尽管这种叫法不太严格。l传输数据的速率都不可能超过信道容量上限，否则信号就会失真传输数据的速率都不可能超过信道容量上限，否则信号就会失真2.1.5通信方式通信方式通信方式是指通信双方的信息交互的方式，在设计一个通信系统时，通信方式是指通信双方的信息交互的方式，在设计一个通信系统时，还要回答以下还要回答以下3个问题。个问题。l是采用单工通信方式，还是采用半双工或全双工通信方式？是采用单工通信方式，还是采用半双工或全双工通信方式？l是采用串行通信方式，还是采

13、用并行通信方式？是采用串行通信方式，还是采用并行通信方式？l是采用同步通信方式，还是采用异步通信方式？是采用同步通信方式，还是采用异步通信方式？单工通信是指单工通信是指数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接数据信号仅沿一个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。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。如图如图2-2所示：所示：发发送送端端接接收收端端数据的单方向性数据的单方向性主机主机显示器显示器图图2-2单工通信示意图单工通信示意图l单工通信单工通信1、单工、半双工与全双工通信、单工、半双工与全双工通信l半双工

14、通信半双工通信 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替进行，而不能同时进行。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。如图如图2-3所示：所示：发送端/接收端发送端/接收端不同时刻的数据双向传输不同时刻的数据双向传输对讲机对讲机对讲机对讲机图图2-3半双工通信示意图半双工通信示意图l 全双工通信全双工通信 全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输，比如，全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输，比如，电话通话。电话通话。全双工通信需要

15、两条信道，一条用来接收信息，一条用来全双工通信需要两条信道，一条用来接收信息，一条用来发送信息，因此其通信效率很高。如图发送信息，因此其通信效率很高。如图2-42-4所示所示。发送端接收端任何时刻的数据双向传输电话机电话机图图2-4全双工通信示意图全双工通信示意图2、串行通信和并行通信、串行通信和并行通信l 串行通信串行通信 串行通信串行通信，是将待传送的每个字符的二进制代码按由低到高的顺，是将待传送的每个字符的二进制代码按由低到高的顺序，依次发送，如图序，依次发送，如图2-5所示。其优点是：收、发双方只需要一条所示。其优点是：收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，成本低；缺点是：速度比较慢

16、。在远程数据传输信道，易于实现，成本低；缺点是：速度比较慢。在远程数据通信中，一般都采用串行通信方式。通信中，一般都采用串行通信方式。图图2-5串行通信示意图串行通信示意图l 并行通信并行通信 并行通信并行通信，是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传，是指数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输，如图输，如图2-6所示。其优点是速度快，但发送与接收端之间有若干条所示。其优点是速度快，但发送与接收端之间有若干条线路，费用高，仅适合于近距离和高速数据通信的环境下使用。线路，费用高，仅适合于近距离和高速数据通信的环境下使用。图图2-6并行通信示意图并行通信示意图3、同步技术、同步技术 同

17、步同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致，它是数，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致，它是数字通信中必须要解决的一个重要问题。字通信中必须要解决的一个重要问题。 在数据通信过程中，常用的同步技术有以下两种。在数据通信过程中，常用的同步技术有以下两种。l 异步通信方式异步通信方式 每传送每传送1个字符都要在每个字符码前加个字符都要在每个字符码前加1个个起始位起始位，以表示字符代码，以表示字符代码的开始；在字符代码和校验位后面加的开始；在字符代码和校验位后面加1或或2个个停止位停止位，表示字符结束。，表示字符结束。接收方根据接收方根据起始位起始位和和停止位停止位来判断一个新字符的

18、开始和结束，从而来判断一个新字符的开始和结束，从而起到通信双方的同步作用。异步通信方式如图起到通信双方的同步作用。异步通信方式如图2-7所示。所示。图图2-7异步通信方式异步通信方式异步方式的实现比较简单，但每传输一个字符都需要多使用异步方式的实现比较简单，但每传输一个字符都需要多使用2到到3位，所以适合于低速通信。位，所以适合于低速通信。l 同步通信方式同步通信方式 该方式中，传输的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据该方式中，传输的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）。块（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或对这些数据，不需要附加起始位和停止

19、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数据块之前先发送一个同步字符SYN（以（以01101000表示）或一个同步表示）或一个同步字节（字节（01111110），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。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发送过程的结束，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，如图如图2-8所示。所示。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页图图2-

20、8同步通信方式同步通信方式在同步传送时，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。这种方法一般送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。这种方法一般用在高速传输数据的系统中，例如，计算机之间的数据通信。用在高速传输数据的系统中，例如，计算机之间的数据通信。2.2传输介介质的主要特性和的主要特性和应用用2.2.1传输介质的主要类型传输介质的主要类型常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的，一类是无线的。常用的网络传输介质可分为两类：一类是有线的，一类是无线的。有线传输介质主要有双绞

21、线（有线传输介质主要有双绞线（TwistedPair，包括屏蔽双绞线和非，包括屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线）、同轴电缆（屏蔽双绞线）、同轴电缆（CoaxialCable）及光纤（）及光纤（FiberOptics），如图），如图2-9所示；无线传输介质有无线电和微波等。所示；无线传输介质有无线电和微波等。图图2-9常用的有线传输介质常用的有线传输介质2.2.2双绞线（双绞线（Twisted-pair）1、双绞线的物理特性、双绞线的物理特性l双绞线是由相互绝缘的两根铜线按一定扭距相互绞合在一起的类似双绞线是由相互绝缘的两根铜线按一定扭距相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，为了减少信号传输中串扰及电

22、磁干扰（于电话线的传输媒体，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。每根铜线影响的程度，通常将这些线按一定的密度互相缠绕在一起。每根铜线加绝缘层并有颜色来标记，如图加绝缘层并有颜色来标记，如图2-10所示：所示：图图2-10双绞线结构示意图双绞线结构示意图l 双绞线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。到广泛的使用。l 双绞线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

23、，最适合于较短距离的信息传输，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会发生衰减，这时就要使用中继器来放大信号当超过几千米时信号会发生衰减，这时就要使用中继器来放大信号和再生波形。和再生波形。l在局域网中一般都采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为非屏在局域网中一般都采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为非屏蔽双绞线（蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（）和屏蔽双绞线（STP），如图），如图2-11所示。所示。两者的两者的差异在于屏蔽双绞线在双绞线和外皮之间增加了一个铅箔屏蔽层，差异在于屏蔽双绞线在双绞线和外皮之间增加了一个铅箔屏蔽层，如图如图2-11(a)所示，

24、目的是提高双绞线的抗干扰性能所示，目的是提高双绞线的抗干扰性能。图图2-11STP与与UTP（a）屏蔽双绞线）屏蔽双绞线STP（b）非屏蔽双绞线）非屏蔽双绞线UTP2非屏蔽双绞线的类型非屏蔽双绞线的类型按照按照EIA/TIA（电气工业协会电气工业协会/电信工业协会）电信工业协会）568A标准，共分为标准，共分为16类。类。l1类线类线可用于电话传输，但不适合数据传输，这一级电缆没有固定的可用于电话传输，但不适合数据传输，这一级电缆没有固定的性能要求。性能要求。l2类线类线可用于电话传输和最高为可用于电话传输和最高为4Mbit/s的数据传输，包括的数据传输，包括4对双绞线。对双绞线。l3类线类线

25、可用于最高为可用于最高为10Mbit/s的数据传输，包括的数据传输，包括4对双绞线，常用于对双绞线，常用于10BaseT以太网的语音和数据传输。以太网的语音和数据传输。l4类线类线可用于可用于16Mbit/s的令牌环网和大型的令牌环网和大型10BaseT以太网，包括以太网，包括4对对双绞线。其测试速度可达双绞线。其测试速度可达20Mbit/s。l5类线类线既可用于既可用于100Mbit/s的快速以太网连接又支持的快速以太网连接又支持150Mbit/s的的ATM数据传输，包括数据传输，包括4对双绞线，是连接桌面设备的首选传输介质。对双绞线，是连接桌面设备的首选传输介质。l6类线类线在外形上和结构

26、上与在外形上和结构上与5类和超类和超5类双绞线都有一定的差别，与类双绞线都有一定的差别，与5类和超类和超5类线相比，它具有传输距离长、传输损耗小、耐磨、抗干扰能类线相比，它具有传输距离长、传输损耗小、耐磨、抗干扰能力强等特性，常用在千兆位以太网和万兆位以太网中。力强等特性，常用在千兆位以太网和万兆位以太网中。注意注意：计算机网络常用的是：计算机网络常用的是3类线（类线（CAT3）、）、5类线（类线（CAT5）、超）、超5类线类线（CAT5e）和）和6类线（类线（CAT6）。）。5类线和类线和3类线的最主要区别就是类线的最主要区别就是5类线类线大大大增加了每单位长度的绞合次数，并在线对间的绞合度

27、和线对内两根导线大增加了每单位长度的绞合次数，并在线对间的绞合度和线对内两根导线的绞合度都经过了精心的设计，这样大大提高了线路的传输质量。的绞合度都经过了精心的设计，这样大大提高了线路的传输质量。6类线类线增加了绝缘的十字骨架，电缆的直径更粗，将双绞线的增加了绝缘的十字骨架，电缆的直径更粗，将双绞线的4对线分别置对线分别置于十字骨架的于十字骨架的4个凹槽内，保持个凹槽内，保持4对双绞线的相对位置，如图对双绞线的相对位置，如图2-12所示，从所示，从而提高了电缆的平衡特性和抗干扰性，而且传输的衰减也更小。而提高了电缆的平衡特性和抗干扰性，而且传输的衰减也更小。3.双绞线组网常用的连接设备双绞线组

28、网常用的连接设备图图2-13RJ-45水晶头水晶头图图2-14集线器集线器/交换机交换机图图2-126类类UTP2.2.3同轴电缆（同轴电缆（Coaxialcable）1同轴电缆的物理特性同轴电缆的物理特性l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）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）和外导体和外导体(屏蔽层屏蔽层)，外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之，外导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，如图间用绝缘材料隔离，如图2-14所示。同轴电缆具有较高的带宽和极好所示。同轴电缆具有较高的带宽和极好的抗干扰特性。的抗干扰特性。图图

29、2-14同轴电缆结构示意图同轴电缆结构示意图l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（RG）来度量，来度量，RG越高，铜芯导线越细，越高，铜芯导线越细，RG越低，铜芯导线越粗。越低，铜芯导线越粗。l同轴电缆又可分为两类：粗缆和细缆。经常提到的同轴电缆又可分为两类：粗缆和细缆。经常提到的10BASE-2和和10Base-5以太网就是分别使用细同轴电缆和粗同轴电缆组网的。用同轴以太网就是分别使用细同轴电缆和粗同轴电缆组网的。用同轴电缆组网，需要在两端连接电缆组网，需要在两端连接50的反射电阻，这就是通常所说的终端匹的反射电阻，这

30、就是通常所说的终端匹配器。配器。l使用同轴电缆同轴电缆组网的其它连接设备，细缆与粗缆的不尽相使用同轴电缆同轴电缆组网的其它连接设备，细缆与粗缆的不尽相同，即使名称一样，其规格、大小也是有差别的。同，即使名称一样，其规格、大小也是有差别的。2.2.4光缆（光缆（FiberOpticalCable）1光纤的物理特性光纤的物理特性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，如图号的媒体，如图2-16所示。所示。一根光缆中至少应包括两条独立的导芯，一根光缆中至少应包括两条独立的导芯，一条发送，另一条接收。一条发送，另一

31、条接收。2.细缆组网常用的连接设备细缆组网常用的连接设备图图2-15细缆常用连接设备细缆常用连接设备图图2-16光纤结构示意图光纤结构示意图l 一根光一根光缆可以包括二至数百根光可以包括二至数百根光纤，并用加，并用加强强芯和填充物来提高机芯和填充物来提高机械械强强度。光束在玻璃度。光束在玻璃纤维内内传输，防磁防，防磁防电，传输稳定，定，质量高。因量高。因此光此光纤多适用于高速网多适用于高速网络和骨干网。和骨干网。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单模光纤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

32、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非常接近光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度差纤的芯线直径非常接近光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度差别很小时，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播能别很小时，光线则不必经过多次反射式的传播，而是一直向前传播能以单一的模式无反射地沿直线传播，如图以单一的模式无反射地沿直线传播，如图2-17所示。所示。玻璃芯的直径大于光波波长玻璃芯的直径大于光波波长玻璃芯的直径接近光波波长玻璃芯的直径接近光波波长图图2-17单模光纤传播示意图单模光纤传播示意图图图2-18多模光纤传播示意图多模光纤传播示意图l多模光纤多模光纤采用发

33、光二极管产生可见光作为光源，当光纤芯线的直径采用发光二极管产生可见光作为光源，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度不同传播路径也不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在芯线内不断反射而向前传播，如图同，这时光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播，如图2-18所示。所示。2光纤的特点光纤的特点l 光纤有较大的带宽，通信容量大。光纤有较大的带宽，通信容量大。l 光纤的传输速率高，能超过千兆位光纤的传输速率高，能超过千兆位/ /秒。秒。l 光光纤的的传输衰减小，衰减小，连接的范接的范围更广。更广。l 光光纤不受外界不受外界电

34、磁波的干磁波的干扰，因而，因而电磁磁绝缘性能好，适宜在性能好，适宜在电气气干干扰严重的重的环境中境中使用。使用。l 光光纤无串音干无串音干扰，不易被窃听和截取数据，因而安全保密性好。，不易被窃听和截取数据，因而安全保密性好。 3光纤的规格光纤的规格 光光光光纤类纤类型型型型玻璃芯（微米）玻璃芯（微米）玻璃芯（微米）玻璃芯（微米）覆覆覆覆层层（微米）（微米）（微米）（微米）62.5/12562.5/12562.562.512512550/12550/12550.050.0125125100/140100/140100.0100.01401408.3/1258.3/1258.38.3125125返

35、回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页2.3无线通信技术无线通信技术2.3.1电磁波谱电磁波谱描述电磁波的参数有三个：描述电磁波的参数有三个：波长波长、频率频率f和和光速光速C。三者间的关系三者间的关系为：为：C=f电磁波的磁波的传播有两种方式：一种是在有限空播有两种方式：一种是在有限空间领域内域内传播，播，如利用如利用双双绞线、同、同轴电缆和光和光纤来来传输电磁波磁波；另一种方式是在自由空另一种方式是在自由空间中中传播，即通播，即通过无无线方式方式传播。播。1.电磁波电磁波2.电磁波的频谱图电磁波的频谱图按照频率由低到高的顺序排列，不同频率的电磁波可以分为无线电按照频率由低到高的顺序

36、排列，不同频率的电磁波可以分为无线电、红外线红外线、可见光可见光、紫外线紫外线、X射线和射线和射线射线,如图如图2-19所示。所示。图图2-19电磁波谱与通信类型关系示意图电磁波谱与通信类型关系示意图2.3.2无线电通信无线电通信无线电通信无线电通信主要有以下一些特点：主要有以下一些特点：l传播距离较远，容易穿过建筑物，而且无线电波是全方向传播的，因传播距离较远，容易穿过建筑物，而且无线电波是全方向传播的，因此无线电波的发射和接收装置不必要求精确对准。此无线电波的发射和接收装置不必要求精确对准。l无线电波极易受到电子设备的各种电磁干扰无线电波极易受到电子设备的各种电磁干扰，并且其传播特性与频率

37、，并且其传播特性与频率密切相关。密切相关。l中、低频（频率在中、低频（频率在1MHz以下）无线电波沿地球表面传播，能轻易以下）无线电波沿地球表面传播，能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧下降，且通地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧下降，且通信带宽较低，如图信带宽较低，如图2-20(a)所示。所示。l高频和甚高频（频率在高频和甚高频（频率在3MHz1GHz之间）无线电波趋于直线传播，之间）无线电波趋于直线传播，易受障碍物的阻挡并将被地球表面吸收。但是到达离地球表面大约易受障碍物的阻挡并将被地球表面吸收。但是到达离地球表面大约100km500km高度的带电粒子层

38、的无线电波将被反射回地球表面，高度的带电粒子层的无线电波将被反射回地球表面，如图如图2-20(b)所示。所示。我们可以利用无线电波的这种特性来进行数据通信。我们可以利用无线电波的这种特性来进行数据通信。图图2- -20无线电波传播示意图无线电波传播示意图2.3.3微波通信微波通信微波通信主要有以下一些特点：微波通信主要有以下一些特点：l微波的频率范围为微波的频率范围为2GHz400GHz，其典型的工作频率为其典型的工作频率为2GHz、4GHz、8GHz和和12GHz。微波在空间主要是直线传播，。微波在空间主要是直线传播，所以微波的发所以微波的发射天线和接收天线必须精确对准。又射天线和接收天线必

39、须精确对准。又由于微波会穿透电离层而进入宇由于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像无线电通信可以经电离层反射传播到地面上很远宙空间，因此它不像无线电通信可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。的地方。l 微波经长距离传送后会发生衰减，因此每隔一段距离就需要架设一微波经长距离传送后会发生衰减，因此每隔一段距离就需要架设一个微波中继站，两个中继站之间的距离一般为个微波中继站，两个中继站之间的距离一般为30km50km，如图如图2-21所示。所示。地球地球地球地球图图2-21微波通信示意图微波通信示意图2.3.4卫星通信卫星通信l 微波微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很

40、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，大，可同时传送大量的信息，且传输质量也比较稳定。可同时传送大量的信息，且传输质量也比较稳定。与相同容量和与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波通信建设投资少、见效快。长度的电缆载波通信比较，微波通信建设投资少、见效快。l 微波通信的缺点是它在雨雪天气传输时会被吸收，从而造成损耗，微波通信的缺点是它在雨雪天气传输时会被吸收，从而造成损耗，而且微波的保密性也不如电缆和光缆好，对于保密性要求比较高的应而且微波的保密性也不如电缆和光缆好，对于保密性要求比较高的应用场合需要另外采取加密措施。用场合需要另外采取加密措施。 卫星通信实质上就是在地面

41、站之间利用地球上空三万六千公里的同卫星通信实质上就是在地面站之间利用地球上空三万六千公里的同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。卫星通信主要有以下一些特点：卫星通信主要有以下一些特点：l 通信距离远、通信距离远、容量大、质量稳定、容量大、质量稳定、可靠性高。在电波覆盖范围内，可靠性高。在电波覆盖范围内，任何一处都可以通信，且通信费用与通信距离无关。任何一处都可以通信，且通信费用与通信距离无关。 l卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制。一个同步星通信可以克服地面微波通信距离的限制。一个同步卫星可以覆星可以覆盖地球的三分之一以上的表面盖地球的三分之一以

42、上的表面只要在地球赤道上空的同步轨道上等距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，如图度的卫星，就能基本上实现全球的通信，如图2-22所示。所示。3600036000公里公里公里公里地球地球地球地球l 信号信号受陆地灾害影响小，易于实现广播通信和多址通信。受陆地灾害影响小，易于实现广播通信和多址通信。l 卫星通信的缺点是卫星通信的缺点是通信费用高，延时较大，通信费用高，延时较大，不管两个地面站之间的不管两个地面站之间的地面距离是多少，传播的延迟时间都为地面距离是多少，传播的延迟时间都为270ms，这比比地面地面电缆的的传播播延

43、延迟时间要要高高几个数量几个数量级。图图2-22卫星通信示意图卫星通信示意图2.3.5移动通信移动通信l移动通信移动通信只要是指移动物体与固定物体，移动物体与移动物体之只要是指移动物体与固定物体，移动物体与移动物体之间的通信。移动物体之间的通信通常依靠移动通信系统（间的通信。移动物体之间的通信通常依靠移动通信系统（MobileTelecommunicationsSystem，MTS）来实现。）来实现。l目前实际应用的移动通信系统主要有：蜂窝移动通信系统、无绳电目前实际应用的移动通信系统主要有：蜂窝移动通信系统、无绳电话系统、无线电寻呼系统、话系统、无线电寻呼系统、AdHoc网络系统以及卫星移动

44、通信系统等网络系统以及卫星移动通信系统等1.移动通信的含义移动通信的含义2.移动通信系统的发展移动通信系统的发展移动通信系统通常分为以下几代：移动通信系统通常分为以下几代：返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页l1G（TheFirstGeneration）。）。1G系统又称为类比式移动电话系系统又称为类比式移动电话系统（统（AMPS），自），自20世纪世纪80年代起开始使用。该系统的通话方式是年代起开始使用。该系统的通话方式是蜂窝电话标准，仅限语音的传送。蜂窝电话标准，仅限语音的传送。l2G（TheSecondGeneration）。）。2G系统又称为数字移动通信系统，系统又称为数字

45、移动通信系统，对语音以数字化方式传输，除具有通话功能外，还引入了短信功能。对语音以数字化方式传输，除具有通话功能外，还引入了短信功能。l3G（TheThirdGeneration）。）。3G系统又称为多媒体移动通信系系统又称为多媒体移动通信系统，它是一种将无线通信与互联网多媒体通信相结合的新一代移动统，它是一种将无线通信与互联网多媒体通信相结合的新一代移动通信系统。通信系统。3G系统能够处理图像、声音、视频等多媒体信息，提供系统能够处理图像、声音、视频等多媒体信息，提供网页浏览、电话会议、电子商务信息等多种服务。网页浏览、电话会议、电子商务信息等多种服务。l4G（TheForthGenerat

46、ion）。目前的移动通信系统刚刚步入）。目前的移动通信系统刚刚步入4G时时代，代，4G系统的主要目标是多功能集成的宽带移动通信系统，并提高系统的主要目标是多功能集成的宽带移动通信系统，并提高移动装置无线访问互联网的速度。移动装置无线访问互联网的速度。2.4数据交换技术数据交换技术2.4.1电路交换（电路交换（CircuitSwitching） 一般我们按照通信子网中的网络结点对进入子网的数据所实施的转发一般我们按照通信子网中的网络结点对进入子网的数据所实施的转发方式的不同来分类，可将数据交换的方式分为以下两大类：方式的不同来分类，可将数据交换的方式分为以下两大类：l电路交换电路交换l存储转发交

47、换存储转发交换电路交换电路交换也称为线路交换，是一种直接的交换方式，也称为线路交换，是一种直接的交换方式，与电话交换方与电话交换方式的工作过程很类似。两台计算机通过通信子网交换数据之前，首先式的工作过程很类似。两台计算机通过通信子网交换数据之前，首先要在通信子网中通过一个一个交换设备间的线路连接，建立一条实际要在通信子网中通过一个一个交换设备间的线路连接，建立一条实际的专用的物理通路。的专用的物理通路。电路交换实现数据通信需经过电路交换实现数据通信需经过建立连接、数据传输、释放连接建立连接、数据传输、释放连接三个三个步骤，如图步骤，如图2-23所示所示图图2-23电路交换示意图电路交换示意图电

48、路交换的优、缺点：电路交换的优、缺点：l实时性好，实时性好，适用于适用于实时或交互式会或交互式会话类通信，如数字通信，如数字语音，音，传真等真等通信通信业务。l呼叫时间大大长于数据的传送时间，通信线路的利用率不高，并且呼叫时间大大长于数据的传送时间，通信线路的利用率不高，并且整个系统也不具备存储数据的能力，无法发现与纠正传输过程中发生整个系统也不具备存储数据的能力，无法发现与纠正传输过程中发生的数据差错，系统效率较低的数据差错，系统效率较低。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。和传输

49、控制等一致才能完成通信。2.4.2存储转发交换（存储转发交换（Store-and-forwardSwitching）存储存储/转发式交换是指网络结点先将途经的数据按传输单元接受并转发式交换是指网络结点先将途经的数据按传输单元接受并存储下来，然后选择一条适当的链路转发出去。根据转发的数据单元存储下来，然后选择一条适当的链路转发出去。根据转发的数据单元的不同，存储的不同，存储/转发方式交换又可分为两类：转发方式交换又可分为两类：l 报文交换报文交换l 分组交换分组交换1.报文交换（报文交换（MessageSwitching）l报文交换是指网络中的每一个结点先将整个报文（报文交换是指网络中的每一个结

50、点先将整个报文（Message）完整地）完整地接收并存储下来，然后选择合适的链路转发到下一个结点。每个结点都接收并存储下来，然后选择合适的链路转发到下一个结点。每个结点都对报文进行如此存储转发，最终到达目的地，如图对报文进行如此存储转发，最终到达目的地，如图2-24所示。所示。图图2-24报文交换示意图报文交换示意图l源结点和目标结点在通信时不需要建立一条专用的通路，与电路交源结点和目标结点在通信时不需要建立一条专用的通路，与电路交换相比，报文交换没有建立连接和释放连接所需的等待和时延。换相比，报文交换没有建立连接和释放连接所需的等待和时延。l线路的利用率高，线路的利用率高，任何时刻一份报文只

51、占用一条链路的资源，不必任何时刻一份报文只占用一条链路的资源，不必占用通路上的所有链路资源，提高了网络资源的共享性占用通路上的所有链路资源，提高了网络资源的共享性。l数据传输的可靠性高，每个结点在存储转发中，都进行差错控制，即数据传输的可靠性高，每个结点在存储转发中，都进行差错控制，即进行检错和纠错。进行检错和纠错。l在报文交换中，每一个报文由在报文交换中，每一个报文由报头报头和和要传输的数据要传输的数据组成，报头中有组成，报头中有源地址和目标地址。结点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择，源地址和目标地址。结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。并且对收

52、发的报文进行相应的处理。报文交换的优、缺点：报文交换的优、缺点：l由于每一个结点都采用了对完整报文的存储由于每一个结点都采用了对完整报文的存储/转发，因此传输时延较转发，因此传输时延较长，长，不适用于不适用于实时或或交互式通信。交互式通信。2.分组交换（分组交换（PacketSwitching）分组交换又称分组交换又称包交换包交换，与报文交换同属于存储，与报文交换同属于存储/转发式交换，它们之转发式交换，它们之间的差别在于参与交换的数据单元长度不同。分组交换间的差别在于参与交换的数据单元长度不同。分组交换不像报文交换不像报文交换以以“整个报文整个报文”为单位进行交换传输，而是以更短的、标准的为

53、单位进行交换传输，而是以更短的、标准的“报文报文分组分组”（Packet）为单位进行交换传输。为单位进行交换传输。根据网络中传输控制协议和传输路径的不同，分组交换又可分为两种根据网络中传输控制协议和传输路径的不同，分组交换又可分为两种方式：方式：l数据报分组交换数据报分组交换l虚电路分组交换虚电路分组交换（1）数据报分组交换）数据报分组交换 l每个分组被称为一个每个分组被称为一个数据报数据报（datagram），），若干个数据报构成一次若干个数据报构成一次要传送的报文或数据块。要传送的报文或数据块。l每个数据报在传输的过程中，都要进行路径选择，各个数据报可以每个数据报在传输的过程中，都要进行路

54、径选择，各个数据报可以按照不同的路径到达目的地。按照不同的路径到达目的地。l各数据报不能保证按发送的顺序到达目的结点，有些数据报甚至还各数据报不能保证按发送的顺序到达目的结点，有些数据报甚至还可能在途中丢失。在接收端，再按分组的顺序将这些数据报组重新合可能在途中丢失。在接收端，再按分组的顺序将这些数据报组重新合成一个完整的报文。如图成一个完整的报文。如图2-25所示。所示。图图2-25数据报分组交换示意图数据报分组交换示意图数据报分组交换的特点：数据报分组交换的特点：l传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。l同一

55、报文的分组可以由不同的传输路径通过通信子网，到达目的结点同一报文的分组可以由不同的传输路径通过通信子网，到达目的结点时可能出现乱序、重复或丢失现象。时可能出现乱序、重复或丢失现象。l每个分组都必须带有数据、源地址和目的地址，其长度受到限制，一每个分组都必须带有数据、源地址和目的地址，其长度受到限制，一般为般为2000比特以内，典型长度为比特以内，典型长度为128个字节。个字节。（2 2）虚电路分组交换）虚电路分组交换 l虚电路方式结合了数据报方式与线路交换方式的优点，达到最佳的虚电路方式结合了数据报方式与线路交换方式的优点，达到最佳的数据交换效果。数据交换效果。l虚电路是为了传送某一报文而设立

56、和存在的，它虚电路是为了传送某一报文而设立和存在的，它是两个用户结点是两个用户结点在开始互相发送和接收数据之前需要通过通信网络建立的一条逻辑在开始互相发送和接收数据之前需要通过通信网络建立的一条逻辑上的连接，所有分组都必须沿着事先建立的这条虚电路传输，用户上的连接，所有分组都必须沿着事先建立的这条虚电路传输，用户在不需要发送和接收数据时清除该连接。在不需要发送和接收数据时清除该连接。l整个通信过程分为三个阶段：整个通信过程分为三个阶段：虚电路的建立虚电路的建立、数据传输数据传输、虚电路虚电路的释放的释放三个步骤。如图三个步骤。如图2-26所示。所示。图图2-26虚电路分组交换示意图虚电路分组交

57、换示意图数据报分组交换的特点：数据报分组交换的特点：l虚电路在每次报文分组发送之前，必须在源结点与目的结点之间建立虚电路在每次报文分组发送之前，必须在源结点与目的结点之间建立一条逻辑连接。一条逻辑连接。l报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只需要携带虚电路标报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只需要携带虚电路标识号。报文分组到达目的结点时也不会出现丢失、重复或乱序的现象。识号。报文分组到达目的结点时也不会出现丢失、重复或乱序的现象。l报文分组通过每个虚电路上的结点时，结点只需要做差错检测，而不报文分组通过每个虚电路上的结点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择。需要做路径选择

58、。（3）分组交换与报文交换相比的优点）分组交换与报文交换相比的优点l数据出错时，数据出错时，只需要重传错误分组，而不要重发整个报文，只需要重传错误分组，而不要重发整个报文，这样有利这样有利于迅速进行数据纠错，于迅速进行数据纠错，大大减少每次传输发生错误的概率以及重传信息大大减少每次传输发生错误的概率以及重传信息的数量。的数量。l 分组交换把数据的最大长度限制在较小的范围内，这样每个结点所需分组交换把数据的最大长度限制在较小的范围内，这样每个结点所需要的存储量减少了，要的存储量减少了，有利于提高结点存储资源的利用率。有利于提高结点存储资源的利用率。l分组交换比报文交换减少了时间延迟。因为，当第一

59、个分组发送给第分组交换比报文交换减少了时间延迟。因为，当第一个分组发送给第一个结点后，接着可发送第二个分组，随后可发送其他分组，这样多个一个结点后，接着可发送第二个分组，随后可发送其他分组，这样多个分组可同时在网中传播，总的延时大大减少，分组可同时在网中传播，总的延时大大减少，网络信道的利用率大大提网络信道的利用率大大提高高。l易于重新开始新的传输。可让紧急报文迅速发送出去，不会因传输优易于重新开始新的传输。可让紧急报文迅速发送出去，不会因传输优先级较低的报文而堵塞。先级较低的报文而堵塞。（4）三种交换技术的比较）三种交换技术的比较交换方式交换方式交换方式交换方式 项项项项 目目目目线路交换线

60、路交换线路交换线路交换报文交换报文交换报文交换报文交换分组交换分组交换分组交换分组交换接续时间接续时间接续时间接续时间较长较长较长较长较短较短较短较短较短较短较短较短传输延时传输延时传输延时传输延时短短短短长长长长短短短短传输可靠性传输可靠性传输可靠性传输可靠性较高较高较高较高较高较高较高较高高高高高过载反应过载反应过载反应过载反应拒绝接受呼叫拒绝接受呼叫拒绝接受呼叫拒绝接受呼叫节点延时增长节点延时增长节点延时增长节点延时增长采用流控技术采用流控技术采用流控技术采用流控技术线路利用率线路利用率线路利用率线路利用率低低低低高高高高高高高高实时性业务实时性业务实时性业务实时性业务适用适用适用适用不

61、适用不适用不适用不适用适用适用适用适用实现费用实现费用实现费用实现费用较低较低较低较低较高较高较高较高较高较高较高较高传输带宽传输带宽传输带宽传输带宽固定带宽固定带宽固定带宽固定带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页2.5数据传输技术数据传输技术2.5.1基带传输技术基带传输技术基带传输基带传输是指在通信线路上原封不动地传输由计算机或终端产生的是指在通信线路上原封不动地传输由计算机或终端产生的0或或1数字脉冲信号。这样一个信号的基本频带可以从直流成分到数兆赫，数字脉冲信号。这样一个信号

62、的基本频带可以从直流成分到数兆赫，频带越宽频带越宽,传输线路的电容电感等对传输信号波形衰减的影响就越大。传输线路的电容电感等对传输信号波形衰减的影响就越大。基带基带就是指基本频带，即数字信号占用的基本频带就是指基本频带，即数字信号占用的基本频带。 基带传输的特点：基带传输的特点：基带传输的特点：基带传输的特点：l l 信道简单，成本低。信道简单，成本低。信道简单，成本低。信道简单，成本低。l l 基带传输占据信道的全部带宽，任何时候只能传输一路基带信号，信基带传输占据信道的全部带宽，任何时候只能传输一路基带信号，信基带传输占据信道的全部带宽，任何时候只能传输一路基带信号，信基带传输占据信道的全

63、部带宽，任何时候只能传输一路基带信号，信道利用率低。道利用率低。道利用率低。道利用率低。2.5.2频带传输技术频带传输技术频带传输频带传输，有时也称宽带传输，有时也称宽带传输，是指将数字信号调制成音频信号后再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。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。我们我们将这种利用模拟信道传输数字信号的方法称为频带传输技术。将这种利用模拟信道传输数字信号的方法称为频带传输技术。 图图2-27频带频带传输示意图传输示意图 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在实现远距离通信时，经常

64、借助于电话线路，此时就需要利用频带传输方式。输方式。采用频带传输时，调制解调器（采用频带传输时，调制解调器（Modem）是最典型的通信设备，是最典型的通信设备，要求在发送和接收端都要安装调制解调器，如图要求在发送和接收端都要安装调制解调器，如图2-27所示。所示。计算机计算机调制解调器调制解调器调制解调器调制解调器计算机计算机公用电话网1 1频带传输的定义频带传输的定义2Modem的基本功能的基本功能l l 调制和解调调制和解调调制和解调调制和解调 调制调制，就是将计算机输出的，就是将计算机输出的“1”和和“0”脉冲信号调制成相应的模脉冲信号调制成相应的模拟信号，以便在电话线上传输。拟信号，以

65、便在电话线上传输。解调解调，就是将电话线传输的模拟信号，就是将电话线传输的模拟信号转化成计算机能识别的由转化成计算机能识别的由“1”和和“0”组成的脉冲信号。调制和解调组成的脉冲信号。调制和解调的功能通常由一块数字处理（的功能通常由一块数字处理（DSP)芯片来完成。芯片来完成。l l 数据压缩和差错控制数据压缩和差错控制数据压缩和差错控制数据压缩和差错控制 数据压缩数据压缩指的是发送端的指的是发送端的Modem在发送数据以前先将数据进行压缩，在发送数据以前先将数据进行压缩，而接收端的而接收端的Modem收到数据后再将数据还原，从而提高了收到数据后再将数据还原，从而提高了Modem的有的有效数据

66、传输率。效数据传输率。差错控制差错控制指的是将数据传输中的某些错码检测出来，指的是将数据传输中的某些错码检测出来，并采用某种方法进行纠正，以提高并采用某种方法进行纠正，以提高Modem的实际传输质量。这些功能的实际传输质量。这些功能通常由一块控制芯片来完成。通常由一块控制芯片来完成。硬硬Modem（硬猫）：指以上两部分功能都是由固化在（硬猫）：指以上两部分功能都是由固化在Modem中的硬中的硬件芯片来完成的件芯片来完成的Modem，也即也即Modem的所有功能都是由硬件来完成。的所有功能都是由硬件来完成。半软半软Modem（半软猫）：指硬件芯片中只固化了（半软猫）：指硬件芯片中只固化了DSP芯

67、片，其协议控芯片，其协议控制部分由软件来完成的制部分由软件来完成的Modem。全软全软Modem（全软猫）：指以上两部分功能都由软件来完成的（全软猫）：指以上两部分功能都由软件来完成的Modem。3.调制解调器的分类调制解调器的分类l按接入按接入Internet方式的不同，可将方式的不同，可将Modem分为拨号分为拨号Modem和专线和专线Modeml按数据传输方式的不同，可将按数据传输方式的不同，可将Modem分为同步分为同步Modem和异步和异步Modeml按通信方式的不同，可将按通信方式的不同，可将Modem分为单工、半双工和全双工三种分为单工、半双工和全双工三种l从接口类型的不同从接口

68、类型的不同，可将可将Modem分为外置式分为外置式Modem、内置式内置式Modem、PC卡式移动卡式移动Modem等等2.5.3多路复用技术多路复用技术多路复用多路复用是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，把若干个彼此无关的信号合并为一个在一个共用信道上个传输介质，把若干个彼此无关的信号合并为一个在一个共用信道上进行传输，就像每一个数据源都有自己的信道一样。进行传输，就像每一个数据源都有自己的信道一样。多路复用一般可分为以下三种基本形式：多路复用一般可分为以下三种基本形式：l频分多路复用（频分多路复用（FDM）l时分多

69、路复用（时分多路复用（TDM）l波分多路复用（波分多路复用（WDM）1.频分多路复用（频分多路复用（FDM）图图2-28频分多路复用原理示意图频分多路复用原理示意图FDM的基本原理的基本原理：多路数字信号被同多路数字信号被同时输入到入到频分多路复用分多路复用编码器中器中，经过调制后，每一路数字信号的制后，每一路数字信号的频率分率分别被被调制到不同的制到不同的频带，这样就可以将多路信号合起来放在一条信道上就可以将多路信号合起来放在一条信道上传输。接收方的。接收方的频分多路复用分多路复用解解码器再将接收到的信号恢复成器再将接收到的信号恢复成调制前的信号，如制前的信号，如图2-28所示。所示。2.时

70、分多路复用（时分多路复用（TDM）TDM的基本原理的基本原理：将信道用于将信道用于传输的的时间划分划分为若干个若干个时间片，片，给给每个用户分配一个或几个时间片，使不同信号在不同时每个用户分配一个或几个时间片，使不同信号在不同时间段内传送。间段内传送。在在用户用户占有的占有的时间片内片内，用用户使用通信信道的全部使用通信信道的全部带宽来来传输数据，如数据，如图2-29所示。所示。图图2-29时分多路复用原理示意图时分多路复用原理示意图3.波分多路复用（波分多路复用（WDM）WDM的基本原理的基本原理：不同的信号使用不同波长的光波来传送数据，在不同的信号使用不同波长的光波来传送数据，在传送端，两

71、根光纤连到一个棱柱或衍射光栅，每根光纤里的光波处于传送端，两根光纤连到一个棱柱或衍射光栅，每根光纤里的光波处于不同的波段上，这样两束光通过棱柱或衍射光栅合到一根共享的光纤不同的波段上，这样两束光通过棱柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再将两束光分解开来。如图上，到达目的地后，再将两束光分解开来。如图2-30所示。所示。图图2-30波分多路复用原理示意图波分多路复用原理示意图返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页2.6数据编码技术数据编码技术2.6.1数据编码的类型数据编码的类型根据数据通信类型的不同，通信信道可分为两类：模拟信道和数字信根据数据通信类型的不同，通信信道可

72、分为两类：模拟信道和数字信道。相应的道。相应的,数据编码的方法也分为两类：数据编码的方法也分为两类：模拟数据编码模拟数据编码和和数字数据编码数字数据编码。网络中基本的数据编码方式归纳如下：网络中基本的数据编码方式归纳如下：数据编码方法数据编码方法数字数据编码数字数据编码模拟数据编码模拟数据编码振幅键控振幅键控 ASKASK移频键控移频键控 FSKFSK移相键控移相键控 PSKPSK非归零码非归零码 NRZNRZ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2.6.2数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码要进行远程数据传输，常常要要进行远程数据传输，常常要利用廉价的公共利用廉价的

73、公共电话交交换网网。因此。因此必必须首先首先利用利用Modem将将发送端的数字信号送端的数字信号调制成能制成能够在公共在公共电话网上网上传输的的模模拟信号，信号，经传输后再在接收端后再在接收端利用利用Modem将模将模拟信号解信号解调成成对应的数的数字信号。数据字信号。数据传输过程如程如图2-31所示。所示。图图2-31远程系统中的数据传输示意图远程系统中的数据传输示意图 模模拟信号信号传输的基的基础是是载波，波，载波具有三大要素：载波具有三大要素：幅度幅度V、频率频率和和相位相位。载波可表示为：载波可表示为：u(t)=u(t)=V* *sin(t+) 通过变化载波的三个要素来进行编码，就出现

74、了三种基本的编码方式：通过变化载波的三个要素来进行编码，就出现了三种基本的编码方式：l振幅键控法（振幅键控法（ASK）l移频键控法（移频键控法（FSK）l移相键控法（移相键控法（PSK）ASK方式就是通过改变载波的振幅方式就是通过改变载波的振幅V来表示数字来表示数字1，0。例如保持频。例如保持频率率和相位和相位不变，让不变，让V不等于零时表示不等于零时表示1，让，让V等于零时表示等于零时表示0。如图。如图2-28所示。所示。1.振幅振幅键控法（控法（ASK）2.移频键控法（移频键控法（FSK）FSK方式就是通过改变载波的角频率方式就是通过改变载波的角频率来表示数字来表示数字1，0。例如保持。例

75、如保持振幅振幅V和相位和相位不变，让不变，让等于某值时表示等于某值时表示1，让，让等于另一个值时表等于另一个值时表示示0。如图。如图2-28所示。所示。3.移相键控法（移相键控法（PSK）PSK方式就是通过改变载波的相位方式就是通过改变载波的相位的值来表示数字的值来表示数字1，0。如图。如图2-32所示。所示。PSK包括两种类型：包括两种类型：l绝对调相，即用相位的绝对值表示数字绝对调相，即用相位的绝对值表示数字1、0l相对调相，即用相位的相对偏移值表示数字相对调相，即用相位的相对偏移值表示数字1、0图图2-32数字数据的模拟信号编码示意图数字数据的模拟信号编码示意图2.6.3数字数据的数字信

76、号编码数字数据的数字信号编码 数字信号可以利用数字信道来直接传输（即基带传输），此时需要数字信号可以利用数字信道来直接传输（即基带传输），此时需要解决的问题是数字数据的数字信号表示及收发两端之间的信号同步两解决的问题是数字数据的数字信号表示及收发两端之间的信号同步两个方面。个方面。在基带传输中，数字数据的数字信号编码主要有以下三种方式在基带传输中，数字数据的数字信号编码主要有以下三种方式：l非归零码非归零码l曼彻斯特编码曼彻斯特编码l差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码1.非归零码（非归零码（NRZ）其编码规则是：用低电平表示其编码规则是：用低电平表示“0”，用高电平表示，用高电平表示“1”，但必

77、须，但必须在发送在发送NRZ码的同时，用另一个信号同时传送同步信号。如图码的同时，用另一个信号同时传送同步信号。如图2-33所所示。示。2.曼彻斯特（曼彻斯特（Manchester）编码编码其编码规则是：每比特的周期其编码规则是：每比特的周期T分为前分为前T/2与后与后T/2。前前T/2传送该比传送该比特的反码，后特的反码，后T/2传送该比特的原码。如图传送该比特的原码。如图2-33所示。所示。3.差分曼彻斯特（差分曼彻斯特（DifferenceManchester）编码编码其编码规则是：每比特的值根据其开始边界是否发生电平跳变来决其编码规则是：每比特的值根据其开始边界是否发生电平跳变来决定。

78、一个比特开始处出现电平跳变表示定。一个比特开始处出现电平跳变表示“0”，不出现跳变表示，不出现跳变表示“1”，每比特中间的跳变仅用做同步信号，每比特中间的跳变仅用做同步信号。如图。如图2-33所示。所示。图图2-33数字数据的数字信号编码示意图数字数据的数字信号编码示意图2.6.4脉冲编码调制脉冲编码调制脉冲编码调制（脉冲编码调制（PulseCodeModulation，PCM）是将模拟数据数字化是将模拟数据数字化的主要方法。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，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

79、须数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。字化才能经计算机处理。PCM最大的特点是把连续输入的模拟数据变换最大的特点是把连续输入的模拟数据变换为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。为在时域和振幅上都离散的量，然后将其转化为代码形式传输。脉冲编码调制包括以下三个步骤：脉冲编码调制包括以下三个步骤：l采样采样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。模拟数据在某一区间随时间变化的值。采采样过程如程如图2-34所示。所示。图图2-

80、34模拟信号的采样示意图模拟信号的采样示意图l量化量化量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。量化级可以分为量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。量化级可以分为8级、级、16级，或者更多的量化级，这取决于系统的精确度要求。为便级，或者更多的量化级，这取决于系统的精确度要求。为便于用数字电路实现，其量化电平数一般为于用数字电路实现，其量化电平数一般为2的整数次幂，这样有利于的整数次幂，这样有利于采用二进制编码表示。量化过程如图采用二进制编码表示。量化过程如图2-35所示。所示。图图2-35模拟数据的量化示意图模拟数据的量化示意图l编码编码编码是用相是用相应位数的二位数的二进制制码来表示

81、已来表示已经量化的采量化的采样样本的本的级别，比如，量化比如，量化级是是64，则需要需要8位位编码。经过编码后，每个后，每个样本就由本就由相相应的的编码脉冲表示。脉冲表示。编码过程如程如图2-36所示。所示。图图2-36模拟数据的编码示意图模拟数据的编码示意图返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页2.7差错控制技术差错控制技术2.7.1差错产生的原因与差错类型差错产生的原因与差错类型1. .差错产生的原因差错产生的原因l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、相位的畸形和衰减率、相位的畸形和衰减l相邻线路

82、之间的串线干扰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波动等外界因素l电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应差错产生的过程如图差错产生的过程如图2-37所示。所示。图图2-37差错产生的过程差错产生的过程2.差错的类型差错的类型 传输中的差错都是由噪声引起的。噪声有两大类，一类是信道固有传输中的差错都是由噪声引起的。噪声有两大类，一类是信道固有的、持续存在的随机的、持续存在的随机热噪声热噪声；另一类是由外界特定的短暂原因所造成；另一类是由外界特定的

83、短暂原因所造成的的冲击噪声冲击噪声。l热噪声热噪声 热噪声由传输介质导体的电子热运动产生，它是一种热噪声由传输介质导体的电子热运动产生，它是一种随机噪声，随机噪声，所所引起的传输差错为随机差错。这种差错的特点是所引起的某位码元的引起的传输差错为随机差错。这种差错的特点是所引起的某位码元的差错是孤立的，与前后码元没有关系。它导致的随机错误通常较少差错是孤立的，与前后码元没有关系。它导致的随机错误通常较少。l冲击噪冲击噪声声 冲击噪声是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪声幅度冲击噪声是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声所引起的传输差错为

84、突较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声所引起的传输差错为突发差错，这种差错的特点是前面的码元出现了错误，往往会使后面的发差错，这种差错的特点是前面的码元出现了错误，往往会使后面的码元也出现错误，即错误之间有相关性。码元也出现错误，即错误之间有相关性。2.7.2误码率的定义误码率的定义 误码率误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，在数值是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，在数值上近似等于上近似等于Pe=Ne/NPe=Ne/N。其中。其中N N为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，NeNe为被传错的为被传错的码元数。码元数。在理解误码率定义时还应注意以下在理解误码

85、率定义时还应注意以下3个问题。个问题。l 误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数；误码率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数； l 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率指标；在数据传输速率确定后，误码要根据实际传输要求提出误码率指标；在数据传输速率确定后，误码率越低，传输系统设备越复杂，造价也越高；率越低，传输系统设备越复杂，造价也越高； l 对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，要换算成对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制码元，要换算成二进制码元

86、来计算。二进制码元来计算。 2.7.3差错的控制差错的控制 差错控制的方法有两种。第一种方法是，改善通信线路的性能，使差错控制的方法有两种。第一种方法是，改善通信线路的性能，使错码出现的概率降低到满足系统要求的程度。第二种方法是采用抗干错码出现的概率降低到满足系统要求的程度。第二种方法是采用抗干扰编码和纠错编码将传输中出现的某些错码检测出来，并纠正错码。扰编码和纠错编码将传输中出现的某些错码检测出来，并纠正错码。第二种方法最为常用，目前广泛采用的有奇偶校验码，方块码和循环第二种方法最为常用，目前广泛采用的有奇偶校验码，方块码和循环冗余码等。冗余码等。1.奇偶校验奇偶校验奇偶校验奇偶校验又叫字符

87、校验，其基本原理是：在每个字符编码的后面另又叫字符校验，其基本原理是：在每个字符编码的后面另外增加一个校验位，主要目的是使整个编码中外增加一个校验位，主要目的是使整个编码中1的个数成为奇数或偶数。的个数成为奇数或偶数。在每个字符的数据位传输之前，先检测并计算奇偶校验位，根据采用在每个字符的数据位传输之前，先检测并计算奇偶校验位，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，接收的数目，接收端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。端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。主要特点：主要特点：

88、l 只能发现单个比特差错，如果有多个比特出错，奇偶校验法无效。只能发现单个比特差错，如果有多个比特出错，奇偶校验法无效。l 一般只能用于对通信要求较低的一般只能用于对通信要求较低的异步传输和同步传输环境中。异步传输和同步传输环境中。2.方块校验方块校验方块校验方块校验又叫报文校验，其基本原理是：又叫报文校验，其基本原理是：在奇偶校验方法的基础上，在奇偶校验方法的基础上，在一批字符传送之后，另外再增加一个检验字符，该检验字符的编码在一批字符传送之后，另外再增加一个检验字符，该检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中方法是使每一位纵向代码中1 1的个数也成为奇数或偶数。采用这种方法的个数也成为奇数或

89、偶数。采用这种方法 可以进一步大大降低数据传输的误码率，效果非常显著。可以进一步大大降低数据传输的误码率，效果非常显著。3. .循环冗余码校验循环冗余码校验循环冗余码循环冗余码（CyclicRedundancyCode，CRC）是使用最广泛并且检是使用最广泛并且检错能力很强的一种检验码。错能力很强的一种检验码。CRC的工作方法是：在发送端产生一个循的工作方法是：在发送端产生一个循环冗余码，附加在信息数据帧后面一起发送到接收端，接收端收到的环冗余码，附加在信息数据帧后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循环冗余码同样的算法进行除法运算，信息按发送端形成循环冗余码同样的算法进行除法运算

90、，若余数为若余数为“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，则表明数据在传输的过程中出错，发送端重传数据。输的过程中出错，发送端重传数据。 （1 1）生成多项式）生成多项式在在CRC校验时，发送和接收应使用相同的除数多项式校验时，发送和接收应使用相同的除数多项式G（X），），称为称为生成多项式。生成多项式。CRC生成多项式由协议规定，目前已有多种生成多项式生成多项式由协议规定，目前已有多种生成多项式列入到国际标准中，例如以下几种：列入到国际标准中，例如以下几种：CRC12G(X)=X12+X11+X3+X2+X+1CRC16G(X)=X1

91、6+X15+X2+1CRCCCITTG(X)=X16+X12+X5+1CRC32G(X)=X32+X26+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1（2）CRC检验和信息编码的求取方法检验和信息编码的求取方法设设r为生成多项式为生成多项式G(X)的阶的阶在数据多项式在数据多项式M(X)的后面附加的后面附加r个个“0”，得到一个新的多项式，得到一个新的多项式M(X)。用模用模2除法求得除法求得M(X)/G(X)的余数。的余数。将该余数直接附加在原数据多项式将该余数直接附加在原数据多项式M(X)的系数序列的后面，结果即为的系数序列的后面，结果即为最后要发送的检验和

92、信息编码多项式最后要发送的检验和信息编码多项式T(X)。（3）CRC校验中求余数的除法运算规则校验中求余数的除法运算规则多项式以多项式以2为模运算，加法不进位，减法不借位。加法和减法两者都为模运算，加法不进位，减法不借位。加法和减法两者都与异或运算相同。长除法同二进制运算是一样的，只是做减法时按模与异或运算相同。长除法同二进制运算是一样的，只是做减法时按模2进行，如果减出的值的最高位为进行，如果减出的值的最高位为0，则商，则商0；如果减出的值的最高位为；如果减出的值的最高位为1，则商，则商1。下面举例说明数据编码多项式下面举例说明数据编码多项式T(X)的具体求法：的具体求法：例：假设准备发送的

93、数据信息码是例：假设准备发送的数据信息码是1101011011，生成多项式，生成多项式G(X)=X4+X+1，计算信息编码多项式计算信息编码多项式T(X)。解：解：M(X)=1101011011G(X)=10011r=4信息码附加信息码附加4个个0后形成新的多项式后形成新的多项式M(X)：11010110110000用模用模2除法求除法求M(X)/G(X)余数的过程为：余数的过程为：将余数将余数1110直接附加在直接附加在M(X)的后面求得要传输的信息编码多项式的后面求得要传输的信息编码多项式T(X)=11010110111110。返回本节首页返回本节首页返回本章首页返回本章首页本章小结本章小

94、结 计计算算机机网网络络是是计计算算机机技技术术与与通通信信技技术术相相结结合合的的产产物物，而而通通信技术本身的发展也和计算机技术的应用有着密切的关系。信技术本身的发展也和计算机技术的应用有着密切的关系。 本本章章我我们们首首先先介介绍绍了了数数据据通通信信的的概概念念，这这一一部部分分主主要要使使读读者者对对数数据据通通信信有有一一个个感感性性的的认认识识；接接着着介介绍绍了了传传输输介介质质的的主主要要特特性性及及应应用用，目目的的是是使使读读者者对对同同轴轴电电缆缆、双双绞绞线线、光光纤纤在在网网络络中中的的应应用用情情况况有有一一个个清清楚楚的的了了解解；然然后后我我们们系系统统阐阐

95、述述了了数数据据交交换换技技术术、数数据据传传输输技技术术和和数数据据编编码码技技术术，使使读读者者真真正正懂懂得得在在计计算算机机网网络络中中数数据据是是如如何何从从一一个个计计算算机机传传送送到到另另一一个个计计算算机机上上的的；最最后后我我们们简简单单介介绍绍了了差差错错控控制制技技术术，使使读读者者了了解解发发送送方方主主机机将将数数据据传传送送到到接接收收方方主主机机时时，接接收收方方是是如如何何保保证所接收到的数据是正确的。证所接收到的数据是正确的。 学学好好本本章章的的内内容容将将对对读读者者理理解解计计算算机机网网络络中中最最基基本本的的数数据据通信知识有很大的帮助。通信知识有很大的帮助。返回本章首页返回本章首页