【PPT】數(shù)據(jù)通信與廣域網(wǎng)技術.

1、l目標目標數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)的通信方式數(shù)據(jù)的通信方式傳輸介質的特性傳輸介質的特性數(shù)據(jù)編碼技術數(shù)據(jù)編碼技術廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術差錯控制差錯控制l通信的目的是交換信息，信息的載體可以是數(shù)字、文通信的目的是交換信息，信息的載體可以是數(shù)字、文本、音頻、視頻，計算機產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)本、音頻、視頻，計算機產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字和符號的組合，為了傳送這些信息，首先要將每一字和符號的組合，為了傳送這些信息，首先要將每一個字母、數(shù)字和符號用二進制代碼表示。個字母、數(shù)字和符號用二進制代碼表示。l數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數(shù)字數(shù)據(jù)通信是指在不

2、同計算機之間傳送表示字母、數(shù)字和符號的二進制代碼和符號的二進制代碼0、1比特序列的過程。比特序列的過程。數(shù)據(jù)通信過程：數(shù)據(jù)通信過程：一般分為五個階段：一般分為五個階段： 階段一：數(shù)據(jù)通信線路的建立（建立物理連接）階段一：數(shù)據(jù)通信線路的建立（建立物理連接） 階段二：建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路（建立邏輯連接）階段二：建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路（建立邏輯連接） 階段三：傳送數(shù)據(jù)和控制信息階段三：傳送數(shù)據(jù)和控制信息 階段四：結束數(shù)據(jù)鏈路的連接（斷開邏輯連接）階段四：結束數(shù)據(jù)鏈路的連接（斷開邏輯連接） 階段五：斷開通信線路（斷開物理連接）階段五：斷開通信線路（斷開物理連接）說明：說明： 并非所有通信過程都需要這五個階段，如

3、租用專用線的并非所有通信過程都需要這五個階段，如租用專用線的通信方式。通信方式。l按信息傳送方向劃分按信息傳送方向劃分 AB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)視信號監(jiān)視信號（1） 單工通信方式：信息只能單向傳輸，監(jiān)視信號可回送。單工通信方式：信息只能單向傳輸，監(jiān)視信號可回送。（2）半雙工通信方式：信息可以雙向傳輸，但在某一時刻只）半雙工通信方式：信息可以雙向傳輸，但在某一時刻只 能單向傳輸能單向傳輸AB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)視信號監(jiān)視信號（3）全雙工通信方式：信息可以同時雙向傳輸，一般采用四線式結構。）全雙工通信方式：信息可以同時雙向傳輸，一般采用四線式結構。AB數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)視信號監(jiān)視信號l按字節(jié)使用的信道數(shù)劃分按字節(jié)使用的信道數(shù)

4、劃分 （1） 串行通信：將待傳送的每個字符的二進制代碼按由低位串行通信：將待傳送的每個字符的二進制代碼按由低位 到高位的順序，依次發(fā)送。到高位的順序，依次發(fā)送。發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端串行通信信道串行通信信道b7 b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0（2） 并行通信：將表示一個字符的并行通信：將表示一個字符的8位二進制代碼同時通過位二進制代碼同時通過8 條并行的通信信道發(fā)送出去，每次發(fā)送一個字符代碼。條并行的通信信道發(fā)送出去，每次發(fā)送一個字符代碼。發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端b0b1b2b3b4b5b6b7b0b1b2b3b4b5b6b7并行通信信道并行通信信道v采用串行通信方式只需在收發(fā)雙方

5、建立一條通采用串行通信方式只需在收發(fā)雙方建立一條通信信道；采用并行通信方式，收發(fā)雙方之間必信信道；采用并行通信方式，收發(fā)雙方之間必須建立并行的多條通信信道；須建立并行的多條通信信道；v對于遠程通信來說，在同樣傳輸速率的情況下，對于遠程通信來說，在同樣傳輸速率的情況下，并行通行在單位時間內所傳送的碼元數(shù)是串行并行通行在單位時間內所傳送的碼元數(shù)是串行通信的通信的N倍（倍（N=8）；）；v由于需要建立多個通信信道，并行通信方式的由于需要建立多個通信信道，并行通信方式的造價較高，因此在遠程通信中，人們一般采用造價較高，因此在遠程通信中，人們一般采用串行通信方式。串行通信方式。光纖光纖同軸電纜同軸電纜屏

6、蔽雙較線屏蔽雙較線非屏蔽雙較線非屏蔽雙較線v 雙絞線由兩根絞合成有規(guī)則的螺旋形圖樣的絕緣銅線組成。雙絞線由兩根絞合成有規(guī)則的螺旋形圖樣的絕緣銅線組成。LANLAN上常上常 用用UTPUTP，3 3類傳類傳1010M M，5 5類傳類傳1010M/100MM/100M，RJ45RJ45頭頭以太網(wǎng)使用以太網(wǎng)使用 v 分類：非屏蔽雙絞線（分類：非屏蔽雙絞線（UTPUTP）：）：外皮為塑料，不具有屏蔽能力。外皮為塑料，不具有屏蔽能力。 屏蔽雙絞線（屏蔽雙絞線（STPSTP）：）：外皮為金屬，具有屏蔽能力。外皮為金屬，具有屏蔽能力。v 光纖由能傳導光波的石英玻璃，外加保護層構成。光纖由能傳導光波的石英玻

7、璃，外加保護層構成。v 原理：基于光在具有不同折射率的兩種介質交界面上的全反射現(xiàn)象，原理：基于光在具有不同折射率的兩種介質交界面上的全反射現(xiàn)象， 將光線約束在光纖內，并引導光沿著軸線向前傳播。將光線約束在光纖內，并引導光沿著軸線向前傳播。護套護套 (一般為一般為PVC)纖芯纖芯加強材料加強材料 緩沖層緩沖層包層包層光纖光纖保護膜保護膜緩沖層緩沖層紗線紗線護套護套v光纖的分類光纖的分類 多模光纖：不同光線在介質內部以不同反射角傳播，可以認為每束光多模光纖：不同光線在介質內部以不同反射角傳播，可以認為每束光 線對應不同模式。線對應不同模式。 單模光纖：光纖直徑小到光波波長時，光在其中無反射，而沿直

8、線傳單模光纖：光纖直徑小到光波波長時，光在其中無反射，而沿直線傳 播。播。多模多模單模單模125125mm125125mm62.5 62.5 或或 50 50 mm 9 9mmv在計算機中數(shù)據(jù)是以離散的二進制在計算機中數(shù)據(jù)是以離散的二進制0、1比特序列來表比特序列來表示，計算機數(shù)據(jù)在傳輸過程中的數(shù)據(jù)編碼類型，主要示，計算機數(shù)據(jù)在傳輸過程中的數(shù)據(jù)編碼類型，主要取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型。取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型。v 根據(jù)數(shù)據(jù)通信類型，網(wǎng)絡中常用的通信信道分為兩類：根據(jù)數(shù)據(jù)通信類型，網(wǎng)絡中常用的通信信道分為兩類：模擬通信信道和數(shù)字通信信道。相應的用于數(shù)據(jù)通信模擬通

9、信信道和數(shù)字通信信道。相應的用于數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)編碼方式也分為兩類：模擬數(shù)據(jù)編碼和數(shù)字數(shù)的數(shù)據(jù)編碼方式也分為兩類：模擬數(shù)據(jù)編碼和數(shù)字數(shù)據(jù)編碼。據(jù)編碼。 利用模擬信道進行數(shù)據(jù)通信時要使用數(shù)字調制利用模擬信道進行數(shù)據(jù)通信時要使用數(shù)字調制, ,編碼方法編碼方法分為：分為： 幅移鍵控法幅移鍵控法 Amplitude-shift keying (ASK)Amplitude-shift keying (ASK) 原理：用恒定幅值的載波的有或無分別代表原理：用恒定幅值的載波的有或無分別代表“0”“0”和和“1”“1”。 頻移鍵控法頻移鍵控法 Frequency-shift keying (FSK)Freque

10、ncy-shift keying (FSK) 原理：用兩個不同頻率的載波分別代表原理：用兩個不同頻率的載波分別代表“0”“0”和和“1”“1”。 相移鍵控法相移鍵控法 Phase-shift keying (PSK)Phase-shift keying (PSK) 原理：用載波的相位變化分別代表原理：用載波的相位變化分別代表“0”“0”和和“1”“1”。例如，前后碼。例如，前后碼元的相位差為元的相位差為 時，代表時，代表“1”“1”；相位差為；相位差為0 0 時，代表時，代表“0”“0”。（1 1）不歸零制碼（）不歸零制碼（NRZNRZ：Non-Return to ZeroNon-Return

11、 to Zero） 規(guī)則：用兩種不同的電平分別表示二進制信息規(guī)則：用兩種不同的電平分別表示二進制信息“0”“0”和和“1”“1”。例如，。例如， 低電平表示低電平表示“0”“0”，高電平表示，高電平表示“1”“1”。（2 2）曼徹斯特碼（）曼徹斯特碼（ManchesterManchester），），也稱相位編碼也稱相位編碼 規(guī)則：每一位中間都有一個跳變，從低跳到高表示規(guī)則：每一位中間都有一個跳變，從低跳到高表示“0”“0”，從高跳到，從高跳到 低表示低表示“1”“1”。（3 3）差分曼徹斯特碼（）差分曼徹斯特碼（Differential ManchesterDifferential Manch

12、ester） 規(guī)則：每個碼周期的規(guī)則：每個碼周期的1/21/2處，有電平跳變。若本碼周期前半個碼元電處，有電平跳變。若本碼周期前半個碼元電 平與上一個碼周期后半個碼元電平一樣平與上一個碼周期后半個碼元電平一樣, ,則表示則表示“1”“1”；若兩者電平；若兩者電平相相 反，則表示反，則表示“0”“0”。0T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T碼周期碼周期t基帶傳輸基帶傳輸( (數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸) ) (1) (1)基帶：基本頻帶，指傳輸變換前所占用的頻帶，是原始信號所固有基帶：基本頻帶，指傳輸變換前所占用的頻帶，是原始信號所固有的頻帶。的頻帶。 (2) (2)基帶傳輸

13、：在傳輸時直接使用基帶信號基帶傳輸：在傳輸時直接使用基帶信號. . (3) (3)基帶傳輸是一種最簡單最基本的傳輸方式，一般用低電平表示基帶傳輸是一種最簡單最基本的傳輸方式，一般用低電平表示0”0”，高電平表示高電平表示“1”“1”。 頻帶傳輸（數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬傳輸）頻帶傳輸（數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬傳輸） (1)(1)頻帶傳輸：指在一定頻率范圍內的線路上，進行載波傳輸。用基帶頻帶傳輸：指在一定頻率范圍內的線路上，進行載波傳輸。用基帶信號對載波進行調制，使其變?yōu)檫m合于線路傳送的信號。信號對載波進行調制，使其變?yōu)檫m合于線路傳送的信號。 (2) (2)調制（調制（ModulationModulation）：）

14、：用基帶脈沖對載波信號的某些參量進行控制，用基帶脈沖對載波信號的某些參量進行控制，使這些參量隨基帶脈沖變化。使這些參量隨基帶脈沖變化。 (3) (3)解調（解調（DemodulationDemodulation）：）：調制的反變換。調制的反變換。v電路交換方式電路交換方式v報文交換方式報文交換方式v分組報文交換方式分組報文交換方式v數(shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報方式v虛電路方式虛電路方式l電路交換方式電路交換方式(線路交換方式線路交換方式)電路交換是由交換機在兩個通信站點之間建立一條電路交換是由交換機在兩個通信站點之間建立一條物理專用線路。一旦一次通話建立，在兩部電話之物理專用線路。一旦一次通話建立，在兩部

15、電話之間就有一條物理通路存在，直到這次通話結束，然間就有一條物理通路存在，直到這次通話結束，然后拆除物理通路。后拆除物理通路。v 缺點：首先是建立物理線路所需的時間比較長。在數(shù)據(jù)開始傳輸之前，呼缺點：首先是建立物理線路所需的時間比較長。在數(shù)據(jù)開始傳輸之前，呼 叫信號必須經(jīng)過若干個交換機，得到各交換機的認可，并最終傳到被呼叫叫信號必須經(jīng)過若干個交換機，得到各交換機的認可，并最終傳到被呼叫 方。這個過程常常需要方。這個過程常常需要1 0 1 0 秒甚至更長的時間（呼叫市內電話、國內長途秒甚至更長的時間（呼叫市內電話、國內長途 和國際長途，需要的時間是不同的）。對于許多應用（如商店信用卡確認）和國際

16、長途，需要的時間是不同的）。對于許多應用（如商店信用卡確認） 來說，過長的電路建立時間是不合適的。來說，過長的電路建立時間是不合適的。v 兩大優(yōu)點：第一是傳輸延遲小，唯一的延遲是物理信兩大優(yōu)點：第一是傳輸延遲小，唯一的延遲是物理信 號的傳播延遲；第二是一旦線路建立，便不會發(fā)生沖號的傳播延遲；第二是一旦線路建立，便不會發(fā)生沖 突。第一個優(yōu)點得益于一旦建立物理連接，便不再需突。第一個優(yōu)點得益于一旦建立物理連接，便不再需 要交換開銷；第二個優(yōu)點來自于獨享物理線路。要交換開銷；第二個優(yōu)點來自于獨享物理線路。線路時間線路線路路由選擇時間ADBCl報文交換報文交換報文交換屬于存儲交換。報文交換不事先建立物

17、報文交換屬于存儲交換。報文交換不事先建立物理電路，當發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它將把要發(fā)理電路，當發(fā)送方有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，它將把要發(fā)送的數(shù)據(jù)當做一個整體交給中間交換設備，中間送的數(shù)據(jù)當做一個整體交給中間交換設備，中間交換設備先將報文存儲起來，然后選擇一條合適交換設備先將報文存儲起來，然后選擇一條合適的空閑輸出線將數(shù)據(jù)轉發(fā)給下一個交換設備，如的空閑輸出線將數(shù)據(jù)轉發(fā)給下一個交換設備，如此循環(huán)往復直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的結點。此循環(huán)往復直至將數(shù)據(jù)發(fā)送到目的結點。ADBC報文排隊延遲傳播延遲v在報文交換中，一般不限制報文的大小，這就要求各個中間結在報文交換中，一般不限制報文的大小，這就要求各個中間結 點必須使用

18、磁盤等外設來緩存較大的數(shù)據(jù)塊。同時某一塊數(shù)據(jù)點必須使用磁盤等外設來緩存較大的數(shù)據(jù)塊。同時某一塊數(shù)據(jù) 可能會長時間占用線路，導致報文在中間結點的延遲非常大可能會長時間占用線路，導致報文在中間結點的延遲非常大（一個報文在每個結點的延遲時間等于接收整個報文的時間加上（一個報文在每個結點的延遲時間等于接收整個報文的時間加上 報文在結點等待輸出線路所需的排隊延遲時間），這使得報文報文在結點等待輸出線路所需的排隊延遲時間），這使得報文 交換不適合交互式數(shù)據(jù)通信。交換不適合交互式數(shù)據(jù)通信。l分組報文交換分組報文交換分組交換分組交換( (packet switching)packet switching)是報

19、文交換的是報文交換的改進，在分組交換網(wǎng)中，用戶的數(shù)據(jù)被劃分改進，在分組交換網(wǎng)中，用戶的數(shù)據(jù)被劃分成一個個分組成一個個分組( (packet)packet)，而且分組的大小有而且分組的大小有嚴格的上限。嚴格的上限。v 分組可以被緩存在交換設備的內存而不是磁盤中，縮短了傳輸時延分組可以被緩存在交換設備的內存而不是磁盤中，縮短了傳輸時延v 每個分組信息可選擇最佳路由，提高通信效率和可靠性每個分組信息可選擇最佳路由，提高通信效率和可靠性v 由于分組交換網(wǎng)能夠保證任何用戶都不能長時間獨占某傳輸線路，因由于分組交換網(wǎng)能夠保證任何用戶都不能長時間獨占某傳輸線路，因 而它非常適合于交互式通信而它非常適合于交互

20、式通信Pkt1ABCDPkt1Pkt2Pkt3Pkt3Pkt2Pkt1Pkt3Pkt2電路交換、報文交換和分組交換比較電路交換、報文交換和分組交換比較連接策略連接策略優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點電路交換電路交換快速。適用于不允許傳輸延遲的快速。適用于不允許傳輸延遲的情況情況由于網(wǎng)絡線路是專用的，所以其他路由由于網(wǎng)絡線路是專用的，所以其他路由不能使用。和電話通話一樣，通信雙方不能使用。和電話通話一樣，通信雙方必須同時參與必須同時參與報文交換報文交換路由是非專用的，完成一個報文路由是非專用的，完成一個報文傳輸后，可以立刻被重新使用。傳輸后，可以立刻被重新使用。接收方無須立即接受報文接收方無須立即接受報文通常報

21、文需要用更長的時間，才能到達通常報文需要用更長的時間，才能到達目的地。由于中間節(jié)點必須存儲報文，目的地。由于中間節(jié)點必須存儲報文，所以報文過長，也會產(chǎn)生問題。報文尾所以報文過長，也會產(chǎn)生問題。報文尾部仍沿用原先設定的路由，而不管網(wǎng)絡部仍沿用原先設定的路由，而不管網(wǎng)絡狀況是否已經(jīng)改變狀況是否已經(jīng)改變分組交換分組交換當發(fā)生阻塞時，分組交換網(wǎng)絡的當發(fā)生阻塞時，分組交換網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)報方式會為報文的不同分組數(shù)據(jù)報方式會為報文的不同分組選擇不同的路由，因此能更好地選擇不同的路由，因此能更好地利用網(wǎng)絡利用網(wǎng)絡由于每個分組被單獨傳送，費用將相應由于每個分組被單獨傳送，費用將相應增加。必須為每個分組選擇路由。在數(shù)

22、增加。必須為每個分組選擇路由。在數(shù)據(jù)報方式中，分組可能不按次序到達據(jù)報方式中，分組可能不按次序到達l數(shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報方式ABCDEP1P2P3P4P5同一報文的各個分組同一報文的各個分組 ( (數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報),),均均帶有足夠的地址信息，各分組獨立帶有足夠的地址信息，各分組獨立尋徑尋徑, , 最后到達目的結點最后到達目的結點, ,這樣一這樣一種操作方式稱為數(shù)據(jù)報方式種操作方式稱為數(shù)據(jù)報方式。 特征：特征： 1）數(shù)據(jù)發(fā)送的隨意性）數(shù)據(jù)發(fā)送的隨意性 2）每個分組獨立選擇路由）每個分組獨立選擇路由 3）不可靠服務）不可靠服務分組有二條或二條以上的路由選擇，因此，數(shù)據(jù)報不能保證按發(fā)送順序分組有二條或二

23、條以上的路由選擇，因此，數(shù)據(jù)報不能保證按發(fā)送順序交付給目的站。另外交付給目的站。另外 ，當網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時，網(wǎng)絡中的某個結點可能將一，當網(wǎng)絡發(fā)生擁塞時，網(wǎng)絡中的某個結點可能將一些分組丟棄。些分組丟棄。所以，數(shù)據(jù)報提供的服務是不可靠的。所以，數(shù)據(jù)報提供的服務是不可靠的。l虛電路方式虛電路方式v H H1 1和和H H5 5 通信，主機通信，主機H H1 1先發(fā)起一個虛呼叫，要求進行通信，同時，也先發(fā)起一個虛呼叫，要求進行通信，同時，也 尋找一條合適的路由。尋找一條合適的路由。v 若主機若主機H H5 5 同意，就發(fā)回響應，然后雙方就可以傳送數(shù)據(jù)。就建立了同意，就發(fā)回響應，然后雙方就可以傳送數(shù)據(jù)。就建立了 一條虛電路，以后一條虛電路，以后H H1 1 向向H H5 5傳送所有的分組都沿著這條虛電路傳送；傳送所有的分組都沿著這條虛電路傳送；v 傳送完畢，釋放。傳送完畢，釋放。ABC