網(wǎng)絡(luò)管理員認(rèn)證培訓(xùn)第2講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

網(wǎng)絡(luò)管理員認(rèn)證主講老師：劉世華電話：(600)QQ：13267395Ftp://00

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)、信息、信號(hào)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕局R(shí)數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)信息：不同形式表達(dá)的知識(shí)，通信的目的是交換信息數(shù)據(jù)：信息的載體，可以是數(shù)字、文字、聲音、圖形與圖象等形式。在計(jì)算機(jī)中，以二進(jìn)制代碼表示。同學(xué)們所熟悉的數(shù)據(jù)編碼系統(tǒng)有EBCDIC和ASCII碼三者關(guān)系：數(shù)據(jù)是信息的載體，信息涉及數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋，信號(hào)則是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波表示形式。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)關(guān)心的是信息所采用的編碼體制（如用ASCII還是EBDIC來表達(dá)字母和數(shù)字，采用GIF或BMP表達(dá)圖像等）或數(shù)據(jù)形式；而數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)則關(guān)注如何將表示數(shù)據(jù)的二進(jìn)制比特序列轉(zhuǎn)換成適合于通信系統(tǒng)傳送的信號(hào)，包括數(shù)據(jù)如何用電信號(hào)表示以及如何傳輸信號(hào)。例子：信息：NETWORK數(shù)據(jù)：（用ASCII碼表示）1001110100010110101001010111100111110100101001011信號(hào)：t100111010001011010100模擬信號(hào)連續(xù)變化---是關(guān)于時(shí)間的連續(xù)函數(shù)數(shù)字信號(hào)離散的脈沖信號(hào)，關(guān)于時(shí)間的非連續(xù)函數(shù)脈沖編碼調(diào)制（PCM）PCM(PulsecodeModulation)：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的一種基本方法典型應(yīng)用：語音數(shù)字化工作原理：采樣---量化---編碼（三部曲）語音數(shù)字化的示例模擬信源數(shù)字信道模擬信宿模擬信號(hào)PCM編/解碼器PCM編/解碼器數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)數(shù)據(jù)通信基本模型DTEDCEDCE（DataCommunicationEquipment）DTE：DataTerminalEquipment數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)組成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源、信宿和信道三部分組成信源：數(shù)據(jù)的發(fā)送方信宿：數(shù)據(jù)的接收方稱為信宿信道：信源和信宿之間傳送信號(hào)的物理通道信號(hào)變換器：把信源所要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘?hào)，或者相反，把從信道上接收的信號(hào)轉(zhuǎn)換成信宿所能識(shí)別的數(shù)據(jù)

信道的類型模擬信道與數(shù)字信道按相應(yīng)的數(shù)據(jù)在傳輸過程中采用的信號(hào)方式劃分。有線信道與無線信道按信道所基于實(shí)現(xiàn)的傳輸介質(zhì)劃分。單工通信數(shù)據(jù)傳送只能在一個(gè)固定的方向上進(jìn)行，任何時(shí)候都不能改變方向。例子：廣播、電視發(fā)送單向通道接收半雙工通信信號(hào)可以雙向進(jìn)行，但不可同時(shí)進(jìn)行，一個(gè)時(shí)間只能有一個(gè)方向的傳送例子：對(duì)講機(jī)、計(jì)算機(jī)—終端發(fā)送接收雙向通道接收發(fā)送雙工通信信號(hào)可以同時(shí)進(jìn)行雙向發(fā)送例子：計(jì)算機(jī)—計(jì)算機(jī)發(fā)送接收雙向通道接收發(fā)送串行通信數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸。存在字符同步問題例子：電話線路傳送數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7接收端串行通信信道并行通信數(shù)據(jù)以成組方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)傳輸。在并行傳輸中，一次傳送一個(gè)字符，所以不存在字符同步問題。例子：計(jì)算機(jī)中的總線并行通信信道b0b1b2b3b4b5b6b7發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7接收端串行通信與并行通信的比較在相同的發(fā)送時(shí)鐘下，并行通信的數(shù)據(jù)傳輸速率將大于串行通信。并行通信需要多個(gè)并行信道，實(shí)現(xiàn)昂貴。并行通信方式適合于近距離通信（如計(jì)算機(jī)中）而在遠(yuǎn)程通信中一般采用串行通信方式。串/并與并/串轉(zhuǎn)換當(dāng)計(jì)算機(jī)通過串行信道相互通信時(shí)，在發(fā)送方要進(jìn)行并/串轉(zhuǎn)換，而在接收端要進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換計(jì)算機(jī)串行信道計(jì)算機(jī)并行傳輸并行傳輸串行傳輸并/串轉(zhuǎn)換串/并轉(zhuǎn)換介質(zhì)與信道傳輸介質(zhì)：

泛指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中用于連接各個(gè)計(jì)算機(jī)的物理媒體，特指用來連接各個(gè)通信處理設(shè)備的物理介質(zhì)。包括無線與有線兩大類。通信信道：傳送信號(hào)的一條通道，其建立在傳輸介質(zhì)之上，但包括了傳輸介質(zhì)和通信設(shè)備。同一傳輸介質(zhì)上可提供多條信道，一條信道允許一路信號(hào)通過。基帶傳輸基帶信號(hào)矩形脈沖信號(hào)是二進(jìn)制比特的典型表達(dá)方式，按傅利葉分析，其由直流、低頻、高頻的多個(gè)成分組成。在其頻譜中，從零開始的能量集中的一段頻率范圍稱為基本頻帶，簡(jiǎn)稱基帶?；l等于脈沖信號(hào)的固有頻率。與基帶對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)稱為基帶信號(hào)。基帶傳輸在數(shù)字信道上直接傳送數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)特點(diǎn)：

抗噪聲能力強(qiáng)，成本低，傳輸速率高信號(hào)衰減嚴(yán)重，只能利用有線介質(zhì)近距離傳輸基帶信號(hào)頻帶寬，傳輸時(shí)要占用整個(gè)傳輸介質(zhì)的帶寬

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼的任務(wù)是如何將二進(jìn)制比特轉(zhuǎn)換成適合在數(shù)字信道上傳送的數(shù)字信號(hào)：不歸零（NRZ，Non-ReturntoZero）編碼

Manchester編碼

差分Manchester編碼NRZ編碼規(guī)則：以高電平表示邏輯“1”，低電平表示邏輯“0”。特點(diǎn)：NRZ編碼雖然簡(jiǎn)單，但其抗干擾能力較差由于不能判斷位的開始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步，需要用另一個(gè)信道同時(shí)傳送同步信號(hào)。

NRZ編碼Manchester編碼規(guī)則：每個(gè)比特的中間位置進(jìn)行跳變，正跳變?yōu)?，負(fù)跳變表示0。特點(diǎn)：任何兩次電平跳變的時(shí)間間隔是T/2或T，提取電平跳變信號(hào)可作為收發(fā)雙方的同步信號(hào)，不需要另外的同步信號(hào)。即“自含時(shí)鐘編碼”。差分Manchester編碼規(guī)則:對(duì)Manchester編碼的改進(jìn),保留每比特中間的跳變作同步之用；每比特的值則根據(jù)其開始處是否出現(xiàn)電平的跳變來決定，有跳變者為“0”，無跳變者為二進(jìn)制“1”

目前常用的數(shù)字編碼ManchesterandNRZ編碼在基于銅纜的網(wǎng)絡(luò)中較為普遍arepopularoncopper-basednetworks.Manchesterand4B/5B，甚至8B/10B編碼則在基于光纖的網(wǎng)絡(luò)中被廣泛使用頻帶傳輸頻帶傳輸由于基帶傳輸?shù)慕嚯x限制，在遠(yuǎn)距離傳輸中通常采用模擬信道。利用模擬信道，傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)的方法稱為頻帶傳輸。關(guān)鍵技術(shù)問題：如何將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為適合模擬信道傳輸?shù)哪M信號(hào)。解決方案將要傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)“寄載”在載波上，利用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)對(duì)載波的某些特性（振幅、頻率、相位）進(jìn)行控制，使載波特性發(fā)生了變化，然后將變化了的載波送往線路進(jìn)行傳輸調(diào)制與解調(diào)調(diào)制：在數(shù)據(jù)發(fā)送端，將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)寄載在載波上的過程稱為調(diào)制（modulation）解調(diào)：在接收端，當(dāng)攜帶數(shù)據(jù)信號(hào)的載波到達(dá)時(shí)，將數(shù)字信號(hào)從中分離出來的過程稱為解調(diào)（demodulation）。Modem=modulation+demodulation

三種基本調(diào)制方法根據(jù)調(diào)制過程中所采用的載波的特性不同，分為三種基本調(diào)制方法：y=Asin(ωt+φ)幅移鍵控（ASK,Amplitude-ShiftKeying）頻移鍵控（FSK,Frequency-ShiftKeying）相移鍵控（PSK,Phase-ShiftKeying）三種基本調(diào)制方法（續(xù)）幅移鍵控ASK，又稱調(diào)幅(amplitudemodulation)通過載波信號(hào)的振幅變化來表示二進(jìn)制信號(hào)“0”與“1”幅移鍵控FSK,又稱調(diào)頻(frequencymodulation)改變載波信號(hào)的頻率來表示二進(jìn)制信號(hào)“0”與“1”相移鍵控PSK，又稱調(diào)相(phasemodulation)通過改變載波信號(hào)的相位值表示二進(jìn)制信號(hào)“0”和“1”。按照使用相位的絕對(duì)值或相位的相對(duì)偏移兩大表示分為絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相；按對(duì)一個(gè)完整周期的相位的劃分方式分為二相制、四相制、八相制等。信號(hào)傳送與信道帶寬信道帶寬信道中信號(hào)的頻譜范圍信道帶寬與信號(hào)傳送：

信道的帶寬至少要能保證基頻信號(hào)（基次諧波）的通過；而且信道帶寬越寬，信道中所能通過的高次諧波的次數(shù)就越高，從而在接收端信號(hào)還原后的失真就越小。信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率：數(shù)據(jù)傳輸中線路上每秒內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)，其單位為bps（bitpersecond）由脈沖信號(hào)的Fourier分析可知：脈沖越窄，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，但為了使信號(hào)不失真通過通信信道所需要的信道帶寬越高。信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率：限制信道的帶寬，就是限制數(shù)據(jù)傳輸速率；提高信道的帶寬，就是提高數(shù)據(jù)傳輸速率。Nyquist定理e.g.一個(gè)無噪聲的帶寬為3KHZ的信道若用于傳送二進(jìn)制數(shù)（V=2），則最大數(shù)據(jù)傳輸速率不可能高于6000bps.Nyquist定理給出了有限帶寬的無噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率：最大數(shù)據(jù)傳輸速率=2Hlog2V(b/s)其中，H為信道帶寬，V表示被傳信號(hào)的電平級(jí)數(shù)。Shannon定理e.g.一個(gè)信噪比為30db、帶寬為3KHZ的信道若用于傳送數(shù)據(jù)，則不管使用多少級(jí)的信號(hào)電平，其最大數(shù)據(jù)傳輸速率絕不可能高于3000log2(1)bps.Shannon定理給出了有限帶寬的噪聲信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率：最大數(shù)據(jù)傳輸速率=Hlog2(1+S/N)其中，H為信道帶寬，S/N為信道的信噪比。多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：在一條物理線路上建立多條通信信道的技術(shù)意義：。多路復(fù)用使得在同一傳輸介質(zhì)上可傳輸多個(gè)不同信源發(fā)出的信號(hào)。可充分利用通信線路的傳輸容量，提高傳輸介質(zhì)的利用率常用多路復(fù)用技術(shù)：頻分多路復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing）時(shí)分多路復(fù)用（TimeDivisionMultiplexing）波分多路復(fù)用（Wave-lengthDivisionMultiplexing）多路復(fù)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)多路復(fù)用器高速通信線路多路復(fù)用器頻分多路復(fù)用（FDM）工作原理：將一個(gè)具有較大帶寬的線路劃分為若干個(gè)具有較小帶寬的信道，各條信道的中心頻率互不重合，相互間留出一個(gè)適當(dāng)?shù)念l率范圍作保護(hù)頻帶用以減少干擾。然后將多路信號(hào)分別調(diào)制到各個(gè)信道中，在線路上同時(shí)進(jìn)行傳輸用途：主要用于傳送模擬信號(hào)。頻帶傳輸因此也被稱為寬帶傳輸。e.g.在公用電話網(wǎng)絡(luò)上，12條語音信道復(fù)用在60-108KHZ或12-60KHZ的頻帶上。時(shí)分多路復(fù)用（TDM）工作原理：將一條信道的工作時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片（timeslot），每個(gè)時(shí)間片供一路信號(hào)傳輸信號(hào)用，多路信號(hào)按時(shí)間片輪流使用通信線路的全部帶寬。用途：既可用于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可用于傳輸模擬信號(hào)。舉例：T1載波(Carrier)或E1載波(Carrier)時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BCBCBCAAAABCDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成

線路資源的浪費(fèi)ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（STDM）工作原理：將普通時(shí)分復(fù)用中時(shí)間片的固定分配方式為動(dòng)態(tài)分配方式，即若規(guī)定時(shí)間片內(nèi)相應(yīng)的信道無信號(hào)發(fā)送或信號(hào)提前發(fā)送完畢，則后續(xù)的信道可提前使用自己的時(shí)間片。用途：解決帶寬的浪費(fèi)問題，提高信道帶寬的利用率舉例：ATM（異步傳輸模式）波分多路復(fù)用光纖上進(jìn)行信道復(fù)用的技術(shù)一根光纖的帶寬可達(dá)25000GHZ，而通常一路光信號(hào)的帶寬只有幾GHZ頻分多路復(fù)用技術(shù)的變種不同頻率或波長(zhǎng)的光在經(jīng)過相同的光折射介質(zhì)后，其光路將會(huì)不同—折射率與光的頻率或波長(zhǎng)有關(guān)WDM的原理三棱鏡或衍射光柵共享光纖光信號(hào)1光信號(hào)2異步傳輸每個(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行傳送，字符之間