計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第2章培訓(xùn)講稿)

1、第第2 2講講 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù) 1.教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容 概要介紹本章學(xué)習(xí)內(nèi)容概要介紹本章學(xué)習(xí)內(nèi)容2.教學(xué)要求教學(xué)要求 闡明本章要求掌握的內(nèi)闡明本章要求掌握的內(nèi)容容1245數(shù)據(jù)通信的基本知識(shí)數(shù)據(jù)通信的基本知識(shí) 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 信道的多路復(fù)用技術(shù)信道的多路復(fù)用技術(shù)7差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)控制技術(shù) 6傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 3數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù) 13掌握：掌握：數(shù)據(jù)通信基本知識(shí)，數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)通信基本知識(shí)，數(shù)據(jù)交換技術(shù)，信道的多路復(fù)用技術(shù)。技術(shù)，信道的多路復(fù)用技術(shù)。 理解：理解：數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的編碼與數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制技術(shù)，差錯(cuò)控制技術(shù)的應(yīng)用調(diào)制技術(shù)

2、，差錯(cuò)控制技術(shù)的應(yīng)用。 了解：了解：傳輸介質(zhì)種類(lèi)及性能。傳輸介質(zhì)種類(lèi)及性能。 22.1 2.1 數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 2.1.1 2.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)信息、數(shù)據(jù)和信號(hào) 2.1.3 2.1.3 通信信道的分類(lèi)通信信道的分類(lèi) 2.1.2 2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成 2.1.4 2.1.4 數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo) 1 1信息、數(shù)據(jù)及信號(hào)的概念信息、數(shù)據(jù)及信號(hào)的概念 信息與數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)是信息的載體，它是信息的表示形式，可以是數(shù)字、字符、符號(hào)等。單獨(dú)的數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)際的含義。數(shù)據(jù)和信息既有區(qū)別又有聯(lián)系，數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，雖然數(shù)據(jù)

3、本身并沒(méi)有含義，但把數(shù)據(jù)按一定規(guī)則、形式組織起來(lái)時(shí)，就可以傳達(dá)某種意義，這種具有某種意義的數(shù)據(jù)集合就是信息。 信號(hào)信號(hào) 信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的具體物理表示形式，具有確定的物理描述，如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。 信號(hào)一般有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種表示方式。 2 2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成 數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）:可以是計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備及數(shù)據(jù)終端。通信控制器負(fù)責(zé)和通信線路的連接，并完成數(shù)據(jù)緩沖、流量控制、差錯(cuò)檢驗(yàn)等功能，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用的網(wǎng)卡就是通信控制器。 數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）:數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）的功能是把通信控制器發(fā)出的信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合于在通信信道傳輸?shù)男盘?hào)。 傳輸信

4、道：傳輸信道是傳輸數(shù)據(jù)的通道，包括傳輸媒體和通信設(shè)備。 3 3通信信道的分類(lèi)通信信道的分類(lèi) 通信信道就是傳輸數(shù)據(jù)的通道。通信信道就是傳輸數(shù)據(jù)的通道。 有線信道和無(wú)線信道有線信道和無(wú)線信道 模擬信道與數(shù)字信道模擬信道與數(shù)字信道 專(zhuān)用信道與公共信道專(zhuān)用信道與公共信道4 4數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)通信的技術(shù)指標(biāo) 信道帶寬: 信道帶寬是描述信道傳輸能力的技術(shù)指標(biāo)，它的大小是由信道的物理特性決定的。信道上傳輸?shù)氖请姶挪ㄐ盘?hào)，信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬，帶寬的單位為赫茲（Hz）。 數(shù)據(jù)傳輸速率:數(shù)據(jù)傳輸速率也稱(chēng)為比特率，是指信道每秒所傳輸?shù)亩M(jìn)制比特?cái)?shù)，記為bps。 信道的容量：信道傳

5、輸數(shù)據(jù)速率的上限，稱(chēng)為信道的容量。信道容量一般表示為單位時(shí)間內(nèi)最多可傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。 香農(nóng)（shannon）定理用下列公式表示： CWlog2(1+S/N )（bpsbps） 式中C為信道容量，W為信道帶寬，N為噪聲功率S為信號(hào)功率為信號(hào)功率。 2.2 2.2 數(shù)據(jù)的傳輸數(shù)據(jù)的傳輸 2.2.1 2.2.1 串串/ /并行通信并行通信 2.2.3 2.2.3 信道的通信方式信道的通信方式 2.2.2 2.2.2 數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù) 2.2.4 2.2.4 信號(hào)的傳輸方式信號(hào)的傳輸方式 2.2.5 2.2.5 通信線路的連接方式通信線路的連接方式 1 1串串/ /并行通信

6、并行通信 串行通信串行通信 并行通信并行通信 2 2數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù) 收、發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致，這種協(xié)調(diào)一致的通信過(guò)程稱(chēng)為同步。 異步傳輸 異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是： 1）每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行傳送； 2）字符之間的時(shí)間間隔是任意的； 3）為了進(jìn)行字符同步，每個(gè)字符的第一位前加1位起始位，字符的最后加上1、1.5或2位的終止位，在需要的情況下，再加一個(gè)校驗(yàn)位。 同步傳輸同步傳輸 同步傳輸不是以字符為單位而是以數(shù)據(jù)塊(幀，一組字符或比特流)為單位進(jìn)行傳輸?shù)?。同步傳輸不再為?shù)據(jù)塊內(nèi)的每個(gè)字符添加起始位和停止位，而是在數(shù)據(jù)塊之前加上一個(gè)或多個(gè)同步字符SYN。接收端接收到SY

7、N字符，并根據(jù)SYN來(lái)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制位的同步和確定數(shù)據(jù)塊的起始位。 3 3信道的通信方式信道的通信方式 按照信號(hào)傳送方向和時(shí)間的關(guān)系，信道的通信方式可以分為三種：?jiǎn)伟凑招盘?hào)傳送方向和時(shí)間的關(guān)系，信道的通信方式可以分為三種：?jiǎn)喂?、半雙工和全雙工通信。工、半雙工和全雙工通信。 單工通信單工通信 半雙工通信半雙工通信 全雙工通信全雙工通信 4 4通信的傳輸方式通信的傳輸方式 基帶傳輸基帶傳輸 在數(shù)據(jù)通信中，表示計(jì)算機(jī)二進(jìn)制比特序列0和1的數(shù)字信號(hào)是典型的矩形脈沖信號(hào)，該矩形脈沖信號(hào)的固有頻帶稱(chēng)為基帶，矩形脈沖信號(hào)稱(chēng)為基帶信號(hào)。 頻帶傳輸頻帶傳輸 利用模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是一種比較普遍的通信方式，即頻帶傳

8、輸方式。 5 5通信線路的連接方式通信線路的連接方式 點(diǎn)到點(diǎn)連接方式點(diǎn)到點(diǎn)連接方式 . .多點(diǎn)連接方式多點(diǎn)連接方式 2.32.3數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù) 2.3.1 2.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸2.3.2 2.3.2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳輸輸 2.3.3 2.3.3 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸 1 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸 基帶信號(hào)在基帶傳輸方式中雖然不需要調(diào)制，但卻要經(jīng)過(guò)一定的編碼才能傳輸，經(jīng)過(guò)編碼的數(shù)字信號(hào)一般具有便于識(shí)別、自帶時(shí)鐘同步、傳輸效率更高等特點(diǎn)。最常用的數(shù)字信號(hào)編碼方法有不歸

9、零編碼（NRZ)、曼徹斯特（Manchester）編碼等。 曼徹斯特（Manchester）編碼曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一，曼徹斯特編碼的特點(diǎn)是：1）每比特的周期T分為前T/2和后T/2兩部分；2）前T/2傳送該比特的反碼，后T/2傳送該比特的原碼。2 2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳輸 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)傳輸是借助于載波信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。載波是頻率和幅值固定的周期信號(hào)，通常是正（余）弦周期信號(hào)。 載波的正（余）弦信號(hào)可用下列公式表示： u（t）=umsin(t+) 載波u（t）中有三個(gè)參量：振幅um、角頻率t及相位?？梢酝ㄟ^(guò)改變?nèi)齻€(gè)參量的方法實(shí)現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)編碼。 振幅

10、鍵控（Amplitude Shift Keying, ASK） 頻移鍵控（頻移鍵控（Frequency Shift Keying , FSKFrequency Shift Keying , FSK） 移相鍵控（移相鍵控（Phase Shift Keying , PSKPhase Shift Keying , PSK）3 3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化主要通過(guò)脈沖碼調(diào)制技術(shù)（Pulse Code Modulation, PCM）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 PCM工作包括采樣、量化及編碼三部分操作。.采樣:采樣是在一定的時(shí)間間隔內(nèi)，將模擬信號(hào)的電平幅值取出作為樣本，代表這一區(qū)間原信

11、號(hào)的幅值。 .量化:量化就是把采樣所得的信號(hào)幅值按轉(zhuǎn)換器的量級(jí)分級(jí)取整。 .編碼:編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級(jí)。 2.4 2.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 2.4.1 2.4.1 電路交換電路交換 2.4.2 2.4.2 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 1電路交換電路交換 1建立電路:電路交換在數(shù)據(jù)傳輸之前，必需先建立一條點(diǎn)到點(diǎn)的電路。 2傳輸數(shù)據(jù):在站點(diǎn)A與站點(diǎn)B通過(guò)通信子網(wǎng)的物理線路建立連接以后，站點(diǎn)A與站點(diǎn)B就可以通過(guò)該連接實(shí)時(shí)、雙向地交換信息。 3電路拆除:數(shù)據(jù)傳輸完畢，就要終止電路連接。 2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 報(bào)文交換：報(bào)文交換方式是以報(bào)文為單位發(fā)送信息。報(bào)文包括三

12、部分內(nèi)容：報(bào)頭、報(bào)文正文和報(bào)尾。報(bào)頭由發(fā)信站地址、收信站地址及其他輔助信息組成。 報(bào)文分組交換：報(bào)文分組交換方式與報(bào)文交換方式相比，它采用了較短的格式化信息單位，稱(chēng)為報(bào)文分組。 報(bào)文分組交換又分為數(shù)據(jù)報(bào)交換和虛電路交換。 1）數(shù)據(jù)報(bào)交換 2 2）虛電路分組交換）虛電路分組交換 虛電路分組交換就是兩個(gè)用戶(hù)的終端設(shè)備在開(kāi)始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過(guò)通信網(wǎng)建立邏輯上的路徑。虛電路不是一條專(zhuān)用線路，它可以與其他連接共享。 2.52.5 多路復(fù)用技術(shù)技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)技術(shù) 2.5.2.5.2 2 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用 2.5. 2.5.1 1 頻分多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用技術(shù) 2.5.2.5.3

13、3 波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用 2.5.2.5.4 4 碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用 1 1多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的通信中，一些高容量的傳輸介質(zhì)如同軸電纜、光纜、地面微波及衛(wèi)星通信等可傳輸?shù)念l帶很寬，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復(fù)用技術(shù)，即在一條物理線路上建立多條通信信道，使多路數(shù)據(jù)信號(hào)共用一條電路進(jìn)行傳輸。按照使用技術(shù)的不同有分為：頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用及波分多路復(fù)用。 2.2.頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用 (Frequency Division Multiplexing, FDM)是將具有一定是將具有一定帶寬的線路劃分為多條占有較小帶寬的信道

14、，各條信道中心頻率不重和，每帶寬的線路劃分為多條占有較小帶寬的信道，各條信道中心頻率不重和，每個(gè)信道之間相距一定的間隔，每條信道供一個(gè)用戶(hù)使用。個(gè)信道之間相距一定的間隔，每條信道供一個(gè)用戶(hù)使用。 3.3.時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用 時(shí)分多路復(fù)用（時(shí)分多路復(fù)用（Time Division Multiplexing, TDM）是將線路用于傳）是將線路用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分成若干個(gè)時(shí)間片（時(shí)隙），每個(gè)用戶(hù)分得一個(gè)時(shí)間片，在其占輸?shù)臅r(shí)間劃分成若干個(gè)時(shí)間片（時(shí)隙），每個(gè)用戶(hù)分得一個(gè)時(shí)間片，在其占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶(hù)使用通信線路的全部帶寬。有的時(shí)間片內(nèi)，用戶(hù)使用通信線路的全部帶寬。 4 4波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用

15、 波分多路復(fù)用（Wave Division Multiplexing, WDM）技術(shù)主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。波分多路復(fù)用是指在一根光纖上能同時(shí)傳送多個(gè)波長(zhǎng)不同的光載波的復(fù)用技術(shù)，如圖所示。 2.62.6 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 2.6.2 2.6.2 無(wú)線傳輸介質(zhì)無(wú)線傳輸介質(zhì) 2.6. 2.6.1 1 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì) 1 1有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì) (1)(1)雙絞線雙絞線 1 1）屏蔽雙絞線）屏蔽雙絞線 2 2）非屏蔽雙絞線）非屏蔽雙絞線 同軸電纜同軸電纜 光纖光纖2 2無(wú)線傳輸無(wú)線傳輸 2.72.7 差錯(cuò)控制技術(shù)差錯(cuò)控制技術(shù) 2.7.2 2.7.2 差錯(cuò)的控制方法差錯(cuò)的控制方

16、法 2.7. 2.7.1 1 差錯(cuò)的產(chǎn)生差錯(cuò)的產(chǎn)生 1 1差錯(cuò)的產(chǎn)生差錯(cuò)的產(chǎn)生 傳輸差錯(cuò)是指通過(guò)通信信道傳輸后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)傳輸差錯(cuò)是指通過(guò)通信信道傳輸后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。由于任何通信信道總是不可避免地存在一定程度的噪聲干擾，這些噪聲象。由于任何通信信道總是不可避免地存在一定程度的噪聲干擾，這些噪聲的干擾可能導(dǎo)致傳輸差錯(cuò)的產(chǎn)生，如圖所示。通信信道的噪聲分為兩類(lèi)：一的干擾可能導(dǎo)致傳輸差錯(cuò)的產(chǎn)生，如圖所示。通信信道的噪聲分為兩類(lèi)：一類(lèi)是熱噪聲，另一類(lèi)是沖擊噪聲。類(lèi)是熱噪聲，另一類(lèi)是沖擊噪聲。 2 2差錯(cuò)的控制差錯(cuò)的控制方法方法 差錯(cuò)檢測(cè)差錯(cuò)檢測(cè) 1)1)前向糾錯(cuò)

17、方式前向糾錯(cuò)方式: :前向糾錯(cuò)（前向糾錯(cuò)（Forward Error Correction, FECForward Error Correction, FEC）方式的）方式的基本原理是：發(fā)送端將信息編成具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力的碼字并發(fā)送出去，基本原理是：發(fā)送端將信息編成具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力的碼字并發(fā)送出去，接收端檢測(cè)到接收信息有錯(cuò)后，通過(guò)一定的運(yùn)算，確定差錯(cuò)的具體位置，接收端檢測(cè)到接收信息有錯(cuò)后，通過(guò)一定的運(yùn)算，確定差錯(cuò)的具體位置，并自動(dòng)加以糾正，然后把糾錯(cuò)后的數(shù)據(jù)送到接收端，如圖并自動(dòng)加以糾正，然后把糾錯(cuò)后的數(shù)據(jù)送到接收端，如圖2-342-34所示。所示。 2)2)自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)方式自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)方式

18、: :自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（Automatic Repeat request, ARQAutomatic Repeat request, ARQ）方）方式的基本原理是：發(fā)送端對(duì)所發(fā)送的序列進(jìn)行差錯(cuò)編碼，接收端根據(jù)檢驗(yàn)序式的基本原理是：發(fā)送端對(duì)所發(fā)送的序列進(jìn)行差錯(cuò)編碼，接收端根據(jù)檢驗(yàn)序列的編碼規(guī)則判決有無(wú)誤碼，若發(fā)現(xiàn)有誤碼，則利用反饋信道要求發(fā)送端將列的編碼規(guī)則判決有無(wú)誤碼，若發(fā)現(xiàn)有誤碼，則利用反饋信道要求發(fā)送端將有錯(cuò)的信息重發(fā)一次或多次，直至接收端檢測(cè)認(rèn)為無(wú)誤為止，從而達(dá)到糾正有錯(cuò)的信息重發(fā)一次或多次，直至接收端檢測(cè)認(rèn)為無(wú)誤為止，從而達(dá)到糾正差錯(cuò)的目的，如圖所示。差錯(cuò)的目的，如圖所示。

19、差錯(cuò)編碼差錯(cuò)編碼 常用的差錯(cuò)檢測(cè)編碼有奇偶校驗(yàn)碼、水平垂直奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)常用的差錯(cuò)檢測(cè)編碼有奇偶校驗(yàn)碼、水平垂直奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余校驗(yàn)碼碼CRCCRC等。等。1)1)奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼 采用奇偶校驗(yàn)碼時(shí)，在每個(gè)字符代碼傳輸之前，先檢測(cè)并計(jì)算出數(shù)據(jù)位中“1”的個(gè)數(shù)（奇數(shù)或偶數(shù)），并根據(jù)使用的是奇校驗(yàn)還是偶校驗(yàn)來(lái)確定奇偶校驗(yàn)位的值，然后將其附加在數(shù)據(jù)位之后進(jìn)行傳輸。2 2）循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（）循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（Cyclic Redundancy Check, CRCCyclic Redundancy Check, CRC） 循環(huán)冗余校驗(yàn)碼是一種比較復(fù)雜的校驗(yàn)方法。它是先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個(gè)通信雙方共同約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運(yùn)算，并由