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1、電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎第第2章章 數(shù)據通信基礎數(shù)據通信基礎 本章要點：本章要點： 了解數(shù)據通信的基本概念和主要技了解數(shù)據通信的基本概念和主要技術指標術指標 了解數(shù)據通信系統(tǒng)的組成了解數(shù)據通信系統(tǒng)的組成 掌握數(shù)字和模擬數(shù)據的編碼和調制掌握數(shù)字和模擬數(shù)據的編碼和調制方法方法 了解數(shù)據并行和串行傳輸方式了解數(shù)據并行和串行傳輸方式 掌握同步和異步傳輸技術掌握同步和異步傳輸技術 掌握掌握FDM、TDM和和WDM三種多路三種多路復用技術及適應復用技術及適應 場所場所了解有線傳輸介質和無線傳輸技術了解有線傳輸介質和無線傳輸技術 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算

2、機網絡基礎第第2章章 數(shù)據通信基礎數(shù)據通信基礎 目錄目錄2.1 數(shù)據通信的基本概念數(shù)據通信的基本概念2.2 數(shù)據編碼和調制數(shù)據編碼和調制2.3 數(shù)據傳輸方式數(shù)據傳輸方式2.4 同步傳輸和異步傳輸同步傳輸和異步傳輸2.5 多路復用技術多路復用技術2.6 傳輸介質傳輸介質電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.1 數(shù)據通信的基本概念數(shù)據通信的基本概念 2.1.1 數(shù)據通信基本概念 1. 數(shù)據 分為模擬數(shù)據和數(shù)字數(shù)據兩種。 2. 信息 以某種格式組織起來的數(shù)據。 3. 信號 是數(shù)據的具體物理表現(xiàn)。分為模擬信號和數(shù) 字信號兩種，如下圖。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算

3、機網絡基礎2.1 數(shù)據通信的基本概念數(shù)據通信的基本概念 2.1.1 數(shù)據通信基本概念 4. 信道 傳輸信息時信號沿發(fā)送端到接收端的通路。 5. 通信和數(shù)據通信 通信是信息的傳輸與交換。數(shù)據通信 是以傳送數(shù)據為業(yè)務的通信。 6. 數(shù)據通信網 是數(shù)據通信系統(tǒng)的網絡形式 。 7. 碼元和碼字 碼元是一個信號編碼單元。碼字由若干碼 元組成的字符串序列。 8. 數(shù)據分組把較大的數(shù)據塊分成較小的數(shù)據段。 不同的網絡或層中，分組名稱也不同，如 幀 (frame)、信元(cell)、IP數(shù)據報等。通常數(shù)據 分組也稱為數(shù)據包。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.1 數(shù)據通信的基本概念數(shù)

4、據通信的基本概念 2.1.2 數(shù)據通信的主要技術指標 1. 比特(bit)率S指單位時間內所傳送的二進位序列的位bit數(shù)，是度量通信系統(tǒng)每秒傳送的信息量。用每秒比特數(shù)bit/s或bps表示 。 常用的單位換算關系式如下： 1Kbps=1024bps；1Mbps=1024Kbps；1Gbps=1024Mbps 2. 波特(Baud)率B指數(shù)字信號經過調制后的傳輸速率，或者是說每秒傳輸?shù)拿}沖波形信號個數(shù)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)）。 B=1/T；其中，T為每個脈沖波形信號的持續(xù)時間，單位為秒。 比特率和波特率的關系：S=B*log 2 n 3. 誤碼率Pe 指數(shù)據位被傳錯的概率，也稱出錯率。 Pe=Ne

5、/N；N 為傳輸?shù)拇a元總數(shù)，Ne為接收碼元中被傳錯的碼元數(shù)。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.1 數(shù)據通信的基本概念數(shù)據通信的基本概念 2.1.2 數(shù)據通信的主要技術指標 4. 信道容量 指物理信道能達到的最大傳輸能力，用比特率S表示。 。 5. 帶寬Bandwidth） 指信道所能傳送的信號的頻率寬度，也就是可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差，單位是Hz赫）、kHz千赫）、MHz兆赫）。 6. 帶寬、數(shù)據傳輸速率和信道容量的區(qū)別 7. 延遲、抖動、呑吐量和丟包率。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.1 數(shù)據通信的基本概念數(shù)據通信的基本概念

6、2.1.3 數(shù)據通信系統(tǒng) 1. 數(shù)據通信系統(tǒng)基本模型 2. 模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)是比模擬通信系統(tǒng)費用低，抗干擾能力強，不易失真；但數(shù)字信號比模擬信號易衰減；模擬信號比數(shù)字信號傳輸距離要遠。 3. 信號衰減的克服 數(shù)字信號衰減的克服辦法是使用中繼器，把數(shù)字信號“0”、“1整形恢復為標準電平后繼續(xù)傳輸。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.2 數(shù)據編碼和調制數(shù)據編碼和調制 2.2.1數(shù)字數(shù)據的數(shù)字信號編碼 2雙極性不歸零碼 (BNRZ) 用正電平和負電平分別表示二進制數(shù)據的1和0，正和負的幅值相等 。 1. 單極性不歸零編碼 (NRZ) 單極性不歸零編碼只

7、使用一個電壓值，用高電平表示1，沒電壓表示0。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.2 數(shù)據編碼和調制數(shù)據編碼和調制 2.2.1數(shù)字數(shù)據的數(shù)字信號編碼 3雙極性歸零編碼BRZ） 使用了正、負和零三個電平，信號本身攜帶同步信息，解決了同步問題。缺點是編碼一個比特，需要兩次信號變化，增加了占用帶寬，且線路上的平均電壓值還不為零。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.2 數(shù)據編碼和調制數(shù)據編碼和調制 2.2.1數(shù)字數(shù)據的數(shù)字信號編碼 4. 雙相位編碼(biphase encoding) 信號在每個比特內部的中間發(fā)生改變，但不歸零而是將電壓變?yōu)橄喾础?曼徹

8、斯特編碼Manchester encoding） 差分曼徹斯特編碼differential Manchester encoding）電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.2 數(shù)據編碼和調制數(shù)據編碼和調制2.2.2模擬數(shù)據的數(shù)字信號編碼 1. 脈沖振幅調制PAM） 對原始的模擬信號每間隔一個相等的時間進行采樣一次 2. 脈碼調制PCM） 將PAM所產生的采樣結果修改成完全數(shù)字化的信號。24240001100000011000-15-151000111110001111125125011111010111110138380010011000100110-80-80110100

9、0011010000110110011011100110111048480011000000110000-50-5010110010101100109090010110100101101039390010011100100111525200110110001101108888010110000101100026260001101000011010127127011111110111111177770100110101001101 3. 采樣頻率 是原始的有效信號中最高頻率分量或其帶寬的倍。電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.2 數(shù)據編碼和調制數(shù)據編碼和調制 2.2.3

10、數(shù)字數(shù)據的模擬調制 1.幅移鍵控法ASK） 2.頻移鍵控法FSK） 3.相移健控法PSK） 4.正交調幅QAM） (a)3振幅，12相位 (b)4振幅，8相位 (c)2振幅，8相位 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.2 數(shù)據編碼和調制數(shù)據編碼和調制 2.2.4 模擬數(shù)據的模擬調制 1.調幅 2.2.調頻調頻 3.調相 在調相傳輸技術中，原始模擬載波信號在調相傳輸技術中，原始模擬載波信號的相位隨調制信號電壓振幅的改變而調的相位隨調制信號電壓振幅的改變而調整，振幅和頻率，保持不變。調相技術和調整，振幅和頻率，保持不變。調相技術和調頻技術的分析類似。頻技術的分析類似。 電子

11、工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.3 數(shù)據傳輸方式數(shù)據傳輸方式 2.3.1 并行傳輸 l概念 并行傳輸是指數(shù)據以成組方式在多個并行的信道上同時傳輸，相應地需要若干根傳輸線。一般用于計算機內部或近距離設備的數(shù)據傳輸，如計算機和打印機之間的通信，一次傳送一個字節(jié)的信號，所以傳輸信道需要根數(shù)據線，同時還需要其它的控制信號線。 l優(yōu)缺點并行傳輸優(yōu)點是速度快，缺點是費用高。因為并行傳輸需要一組傳輸線，所以并行傳輸一般用在短距離范圍且傳輸速度要求高的場合。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.3 數(shù)據傳輸方式數(shù)據傳輸方式 2.3.2 串行傳輸 串行傳輸是指數(shù)據

12、在信道上一位一位的逐個傳輸，從發(fā)送端到接收端只需一根傳輸線，成本少，易于實現(xiàn)，是計算機網絡中普遍采用的傳輸方式。數(shù)據通信采用串行傳輸方式時，發(fā)送端需要通過并/ 串轉換裝置將并行數(shù)據位流變?yōu)榇袛?shù)據位流，然后送到信道上傳輸，在接收端再通過串/并轉換， 還原成位并行數(shù)據流。PC機和外界進行串行通信是通過串行端口COM完成的。 串行傳輸可以用兩種方式進行： l 同步傳輸 l 異步傳輸下一節(jié)介紹）電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.3 數(shù)據傳輸方式數(shù)據傳輸方式 2.3.2 串行傳輸 串行信號在傳輸線上的傳送方向有以下三種方式： 1.單工通信雙線制） 單工simplex通信只允許

13、傳送的信息始終向一個方向流動。實際應用中，單工通信的信道采用雙線制。 例如，廣播、電視系統(tǒng)；BP機；道路交通單行道。 2.半雙工通信雙線制開關） 半雙工half duplex通信允許信息流向兩個方向的都可傳輸，但同一時刻只能朝一個方向傳輸。 例如，無線電對講機就是半雙工通信。 3.全雙工通信四線制） 全雙工full duplex通信是指在同一時刻，能同時進行雙向通信。 例如，常用的電話系統(tǒng)就是全雙工通信。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.4 同步傳輸和異步傳輸同步傳輸和異步傳輸 2.4.1 同步傳輸 同步傳輸方式傳輸時是將一個大的數(shù)據塊一起發(fā)送。傳輸時，需要在數(shù)據塊

14、前放上兩個或以上的同步信號字符SYN，在數(shù)據塊結束加上后同步信號。 同步傳輸線路利用率高，多用于字符信息塊的高速傳送。但這種方式收發(fā)雙方控制復雜。 2.4.2 異步傳輸 異步傳輸也叫做起止式傳輸，它以字符為單位，在每個字符前增加一個起始位，字符代碼后增加、1.5、位停止位。它允許碼字之間存在不確定的空閑時間。 異步傳輸設備簡單，費用不高，但速率較低。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.5 多路復用技術多路復用技術 2.5.1 頻分多路復用技術FDM） FDM把信道的頻譜分割成若干個互不重疊的子信道，各相鄰子信道間留有保護帶，每個子信道傳送一路信號 2.5.2 時分多路

15、復用TDM） TDM將物理信道按時間分成許多等長的時間片，輪番、交替地分配給多路信源。分為同步和異步TDM兩種。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.5 多路復用技術多路復用技術 2.5.3 波分多路復用(WDM) WDM的原理同F(xiàn)DM相似，用于光纖通信。光信號用波長而不是頻率來表示所使用的光載波。WDM和FDM不同之處是光波頻率很高。 密集波分多路復用DWDM可在一根光纖上復用80路以上的光信號。 2.5.4 三種復用技術的比較 FDM適合于傳輸模擬信號，TDM適合于傳輸數(shù)字信號，而WDM傳輸?shù)氖枪獠ㄐ盘?。TDM和FDM相比，技術上比較復雜，但有抗干擾能力強，可以逐級

16、再生整形，避免干擾的積累等優(yōu)點，而且數(shù)字信號較容易實現(xiàn)自動轉換，易于集成化。計算機通信中廣泛使用TDM和WDM。 電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.6 傳輸介質傳輸介質 2.6.1 有線傳輸媒體 1. 1. 雙絞線雙絞線(TP) (TP) 分為非屏蔽雙絞線分為非屏蔽雙絞線UTP UTP 和屏蔽雙絞線和屏蔽雙絞線STPSTP兩種。兩種。 1 1類線類線 1 1對線，用于模擬電話線和低速數(shù)字傳輸對線，用于模擬電話線和低速數(shù)字傳輸 2 2類線類線 4 4對雙絞線，用于數(shù)字電話、對雙絞線，用于數(shù)字電話、ISDNISDN和和T1T1線路等。線路等。 3 3類線類線 4 4對雙絞

17、線，用于電話線、令牌環(huán)網、以太網等。對雙絞線，用于電話線、令牌環(huán)網、以太網等。4 4類線類線 4 4對雙絞線，用于語音、令牌環(huán)網、以太網等。對雙絞線，用于語音、令牌環(huán)網、以太網等。 5 5類線類線 4 4對雙絞線，用于令牌環(huán)網、以太網、對雙絞線，用于令牌環(huán)網、以太網、ATMATM等等。 超超5 5類線類線 是是5 5類線更高級別的版本。類線更高級別的版本。目前使用最多目前使用最多。 6 6類線類線 4 4對雙絞線對雙絞線，目前還很少使用于網絡中。目前還很少使用于網絡中。 STP 用于、令牌環(huán)網、以太網及全息圖像傳輸?shù)?。用于、令牌環(huán)網、以太網及全息圖像傳輸?shù)取?電子工業(yè)出版社電子工業(yè)出版社計算機網絡基礎計算機網絡基礎2.6 傳輸介質傳輸介質 2.6.1 有線傳輸媒