網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)課件 第4講 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第4講數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)本章要點(diǎn)1．?dāng)?shù)據(jù)通信的基本概念2．?dāng)?shù)據(jù)通信的方式3.數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)4.數(shù)據(jù)通信的復(fù)用技術(shù)5.數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)交換技術(shù)6.數(shù)據(jù)通信的差錯(cuò)控制7.數(shù)據(jù)通信新技術(shù)2.1.1. 基本概念2.1.2. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成2.1.3. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

信息（Information）：信息是指人們對(duì)現(xiàn)實(shí)世界事物的存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某種認(rèn)識(shí)。數(shù)據(jù)（Data）：數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)形式，可以是數(shù)值、文字、圖形、聲音、圖像、動(dòng)畫等。模擬數(shù)據(jù)：在某個(gè)區(qū)間產(chǎn)生的連續(xù)的值。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：數(shù)值上為離散文字或符號(hào)的數(shù)據(jù)形式。信號(hào)（Signal）：數(shù)據(jù)的具體的物理表現(xiàn)。模擬信號(hào)：隨時(shí)間連續(xù)變化的量值波形。數(shù)字信號(hào)：不連續(xù)變化的離散量值波形。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

通信（Communication）：是指在不同地點(diǎn)的雙方或多方之間進(jìn)行迅速、有效的信息傳遞。數(shù)據(jù)通信（DataCommunication）：是以傳送數(shù)據(jù)為業(yè)務(wù)的通信。數(shù)據(jù)通信網(wǎng)（DataCommunicationNetwork）：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)形態(tài)。計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)（ComputerCommunicationNetwork）：介入與計(jì)算機(jī)相互通信的系統(tǒng)。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成模擬通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

誤碼率（BER-BitErrorRate）二進(jìn)制符號(hào)在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率。信道帶寬（Bandwidth）信道所能傳送的信號(hào)的頻率寬度，也就是可傳送信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差。信道容量（ChannelCapacity）單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸數(shù)據(jù)的最大容量，單位是bps。數(shù)據(jù)傳輸速率（DataTransferRate）波特率：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，線路上每秒傳送的波形個(gè)數(shù)。單位是“波特”（band）。比特率：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)每秒所傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，單位是每秒比特（位），以bit/s或bps表示。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)2.2.1串行和并行通信2.2.2同步和異步通信2.2.3單工、半雙工和全雙工通信2.2數(shù)據(jù)通信方式

2.2數(shù)據(jù)通信方式

串行通信：數(shù)據(jù)在同一條信道上依次傳輸。并行通信：數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)傳輸。2.2.1串行和并行通信2.2數(shù)據(jù)通信方式

同步通信：以數(shù)據(jù)塊為單位傳輸信息，接收端和發(fā)送端保持同步。異步通信：數(shù)據(jù)被劃分為小組進(jìn)行傳輸，發(fā)送端和接收端之間不需要合作。2.2.2同步和異步通信2.2數(shù)據(jù)通信方式

單工通信（Simplex）：僅能單向傳送信息。半雙工通信（Halfduplex）：可雙向傳送信息，但不能同時(shí)傳輸，必須是交替的。全雙工通信（Fullduplex）：可以同時(shí)向兩個(gè)方向傳輸信息。2.2.3單工、半雙工和全雙工通信2.3.1基帶傳輸2.3.2寬帶傳輸2.3.3頻帶傳輸2.3數(shù)據(jù)傳輸方式

2.3數(shù)據(jù)傳輸方式

基帶傳輸：又叫數(shù)字傳輸，指把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，使用固定的頻率在信道上傳輸。寬帶傳輸：寬帶傳輸采用75Ω的CATV電視同軸電纜或光纖作為傳輸媒體，帶寬為300MHz。使用時(shí)通常將整個(gè)帶寬劃分為若干個(gè)子頻帶，分別用這些子頻帶來傳送音頻信號(hào)、視頻信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)。

頻帶傳輸：又叫模擬傳輸，先將基帶信號(hào)調(diào)制成便于在電話線等這樣的模擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍的模擬信號(hào)（稱為頻帶信號(hào)），再將這種頻帶信號(hào)在模擬信道中傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信中通常采用的一種傳輸技術(shù)。2.4.1頻分多路復(fù)用FDM2.4.2時(shí)分多路復(fù)用TDM2.4.3波分多路復(fù)用WDM2.4.4碼分多路復(fù)用CDM2.4多路復(fù)用方式

2.4多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用（Multiplexing）：指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個(gè)或兩個(gè)以上的數(shù)據(jù)源共享一個(gè)公共傳輸介質(zhì)，就像每個(gè)數(shù)據(jù)源都有它自己的信道一樣。

基本概念2.4多路復(fù)用技術(shù)

頻分多路復(fù)用：按頻率劃分信道，它把整個(gè)物理介質(zhì)的傳輸頻帶，按一定的頻率間隔劃分為若干個(gè)較窄的頻帶，每個(gè)窄頻帶構(gòu)成一個(gè)子信道。只要該子信道的容量適合進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，就可以作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用。頻分多路復(fù)用（FrequencyDivisionMultiplexing,FDM）2.4多路復(fù)用技術(shù)

時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)主要用于數(shù)字信號(hào)，它是將一條物理信道按時(shí)間來劃分若干個(gè)時(shí)隙，輪流地給多個(gè)信號(hào)源使用。每一個(gè)時(shí)隙由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)源占用，而不象頻分多路復(fù)用那樣在同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用又分為同步時(shí)分（STDM）和異步時(shí)分（ATDM）時(shí)分多路復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing,TDM

）2.4多路復(fù)用技術(shù)

波分多路復(fù)用是將兩種或多種不同波長的光載波信號(hào)在發(fā)送端經(jīng)復(fù)用器匯合在一起，并耦合到光線路的同一根光纖中進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)；在接收端，經(jīng)解復(fù)用器將各種波長的光載波分離，然后由光接收機(jī)作進(jìn)一步處理以恢復(fù)原信號(hào)。

波分多路復(fù)用（WaveDivisionMultiplexing，WDM

）2.4多路復(fù)用技術(shù)

碼分多路復(fù)用CDM：又稱碼分多址（CodeDivisionMultiplexingAccess，CDMA）,也是一種共享信道的方法，它與FDM和TDM不同，它既共享信道的頻率，也共享時(shí)間，是一種真正的動(dòng)態(tài)復(fù)用技術(shù)。每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型互不重又疊，通信各方之間不會(huì)相互干擾，且抗干攏能力強(qiáng)。碼分多路復(fù)用（CodeDivisionMultiplexing，CDM）2.5.1電路交換（CircuitSwitching）2.5.2報(bào)文交換（MessageSwitching）2.5.3分組交換（PacketSwitching）2.5.4ATM信元交換技術(shù)（AsynchronousTransferMode）2.5.5IP交換（IPSwitch）2.5.6光交換（photonicswitching）2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

電路交換又稱線路交換，是一種直接交換技術(shù)，即兩個(gè)站點(diǎn)在進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，先在通信子網(wǎng)中建立一條專用的通信線路，數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，所有數(shù)據(jù)都通過這條線路順序進(jìn)行傳輸，傳送完畢后，拆除這條線路。2.5.1電路交換（CircuitSwitching）

2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

報(bào)文交換：基本思路是將用戶的報(bào)文存儲(chǔ)在交換機(jī)的存儲(chǔ)器中，當(dāng)所需要的線路空閑時(shí)，再將該報(bào)文發(fā)向接收交換機(jī)或用戶終端。因此，報(bào)文交換方式又稱為存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)方式。2.5.2報(bào)文交換（MessageSwitching）2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

分組交換：把不定長的報(bào)文分解成等長數(shù)據(jù)段，在數(shù)據(jù)段前加上首部，包含目的地址和源地址等信息，稱為分組（Packet），也叫包，采用存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)方式。2.5.3分組交換（PacketSwitching）2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

三種數(shù)據(jù)交換方式的區(qū)別2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

ATM信元交換又叫異步傳輸模式，是國際電信聯(lián)盟（ITU-T）制定的標(biāo)準(zhǔn)，是一種使用異步時(shí)分多路復(fù)用的面向分組交換的傳輸方式。以ATM技術(shù)為主的寬帶交換網(wǎng)是面向連接的。當(dāng)發(fā)送端想要和接收端通信并通過網(wǎng)絡(luò)交換信息數(shù)據(jù)時(shí)，將建立一條虛擬電路。之后，將需要傳送的信息分割成ATM信元，通過建立的路徑傳送到接收端。當(dāng)信息全部傳送完畢后，該虛電路將取消。2.5.4ATM信元交換技術(shù)（AsynchronousTransferMode，ATM）2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

IP交換是Ipsilon公司開發(fā)的一種高效的IPoverATM技術(shù)。它只對(duì)數(shù)據(jù)流的第一個(gè)數(shù)據(jù)包進(jìn)行路由地址處理，按路由轉(zhuǎn)發(fā)，隨后按以計(jì)算的路由在ATM網(wǎng)上建立虛電路，以后的數(shù)據(jù)包沿著VC傳輸，不經(jīng)過路由器，從而將數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)速度提高到第2層交換機(jī)的速度。IP交換的核心思想就是對(duì)用戶業(yè)務(wù)流進(jìn)行分類。對(duì)持續(xù)時(shí)間長、業(yè)務(wù)量大、實(shí)時(shí)性要求較高的用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流直接進(jìn)行交換傳輸，用ATM虛電路來傳輸。2.5.5IP交換（IPSwitch）

2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)

光交換技術(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，將成為通信網(wǎng)交換技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。光路交換技術(shù)時(shí)分光交換技術(shù)（TDPS）空分光交換技術(shù)（SDPS）波分光交換（WDPS）分組交換技術(shù)2.5.6光交換（photonicswitching

）2.6.1差錯(cuò)控制技術(shù)的基本概念2.6.2差錯(cuò)控制的基本方式2.6差錯(cuò)控制

2.6差錯(cuò)控制

差錯(cuò)控制是在數(shù)字通信中利用編碼方法對(duì)傳輸中產(chǎn)生的差錯(cuò)進(jìn)行控制，以提高數(shù)字消息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。通信過程中的差錯(cuò)：由熱噪聲引起的隨機(jī)錯(cuò)誤，影響全局；由沖突噪聲引起的突發(fā)錯(cuò)誤，影響局部。差錯(cuò)控制的基本方式：糾錯(cuò)法：接收端檢測到傳輸?shù)男畔⒂绣e(cuò)誤時(shí)，能自動(dòng)地糾正錯(cuò)誤，這種方法優(yōu)越，但系統(tǒng)復(fù)雜，成本高；檢錯(cuò)法：當(dāng)接收端檢測到傳輸?shù)男畔⒂绣e(cuò)，但不能確定錯(cuò)在哪里，更不能糾正錯(cuò)誤，就請(qǐng)求發(fā)送端重發(fā)，直到收到正確的信息為止。這種方法由于成本低，常被采用。2.6.1基本概念2.6差錯(cuò)控制

自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ又稱反饋重發(fā)，使用檢錯(cuò)碼，發(fā)送端發(fā)出的信息經(jīng)過編碼后，送入信道，同時(shí)送至緩存器存儲(chǔ)，以備重發(fā)。接收端接收到信息后，進(jìn)行譯碼和檢錯(cuò)，如未發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，發(fā)無錯(cuò)信號(hào)至發(fā)送端；如有錯(cuò)，則發(fā)請(qǐng)求重發(fā)指令，同時(shí)停止輸出信息，直到碼字正確為止。發(fā)送端收到請(qǐng)求重發(fā)指令后，立即重發(fā)原信息幀，直到接收方正確收到為止。自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ（AutomaticRepeatreQuest）2.6差錯(cuò)控制

前向糾錯(cuò)FEC又稱為自動(dòng)糾錯(cuò)，發(fā)送端發(fā)出的信息按照一定的編碼規(guī)則附加冗余碼元，構(gòu)成糾錯(cuò)碼。接收端根據(jù)附加冗余碼元按一定的譯碼規(guī)則進(jìn)行譯碼，用來檢測所接收到的信號(hào)中有無錯(cuò)誤。如有錯(cuò)誤，則自動(dòng)地糾正錯(cuò)誤，不需要反饋信道來傳遞請(qǐng)示重發(fā)的信息，發(fā)送端也不需要存放以備重發(fā)的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。前向糾錯(cuò)FEC（ForwardErrorCorrection

）2.6差錯(cuò)控制

混合糾錯(cuò)實(shí)質(zhì)上是ARQ和FEC的組合，在發(fā)送端發(fā)送具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力的碼組，接收端收到碼組后，譯碼器首先檢查錯(cuò)誤情況，如果在其糾錯(cuò)能力以內(nèi)的，就直接自動(dòng)糾錯(cuò)，即采用前向糾錯(cuò)法；如果超過碼的糾錯(cuò)能力時(shí)，接收端則通過反饋信道向發(fā)送端發(fā)出請(qǐng)求重發(fā)指令，即采用自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)。混合糾錯(cuò)HEC（HybridErrorCorrection）2.6差錯(cuò)控制

信息反饋又稱回程校驗(yàn)，接收端對(duì)收到的信息不做任何判斷，全部通過反饋信道送到發(fā)送端，發(fā)送端將其與原保存在緩存器中的信息進(jìn)行比較，從而發(fā)現(xiàn)傳輸中是否有錯(cuò)。如果有錯(cuò)誤則重發(fā)該信息，直到?jīng)]有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤為止，否則不做任何處理，繼續(xù)發(fā)送后面的信息。信息反饋IF（InformationFeedback）2.7.14G系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)2.7.2無線傳輸技術(shù)2.7.3NGN的軟交換技術(shù)2.7.4物聯(lián)網(wǎng)IOT2.7數(shù)據(jù)通信新技術(shù)

2.7數(shù)據(jù)通信新技術(shù)

1G：第一代模擬移動(dòng)通信2G：TDMA（主要是GSM）和CDMA（即IS95、cdmaOne或稱窄帶CDMA）為主的第二代移動(dòng)通信，以數(shù)字語音傳輸技術(shù)為核心。3G：指支持高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通信技術(shù)的第三代移動(dòng)通信，主要特征是可提供移動(dòng)寬帶多媒體業(yè)務(wù)，計(jì)算機(jī)中應(yīng)用的任何媒體都能通過無線網(wǎng)絡(luò)傳遞。國際電聯(lián)確定三個(gè)無線接口標(biāo)準(zhǔn)：CDMA2000：ChinaUnicom（中國聯(lián)通）WCDMA：ChinaMobile（中國移動(dòng)）TD-SCDMA4G：超高速無線網(wǎng)絡(luò)，通話質(zhì)量及數(shù)據(jù)通信速度的提高。WiMAX、LTE和UMB是目前向4G演進(jìn)的主要標(biāo)準(zhǔn)。2.7.14G系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)2.7數(shù)據(jù)通信新技術(shù)

通信速度更快網(wǎng)絡(luò)頻譜更寬智能性能更高兼容性能更平滑提供各種增值服務(wù)實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的多媒體通信頻率使用效率更高通信費(fèi)用更加便宜4G通信的特征2.7數(shù)據(jù)通信新技術(shù)

藍(lán)牙（Bluetooth）：近距離無線數(shù)字通信的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；工作在全球通用的2.4GHz頻段，數(shù)據(jù)速率為1Mb/s；有效傳輸距離為10cm~10m；時(shí)分雙工傳輸方案被用來實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸；使用前向糾錯(cuò)FEC抑制長距離鏈路的隨機(jī)噪音。紅外線（infrared）：廉價(jià)、近距離、無連線、低功耗和保密性較強(qiáng)的通信方案，在PC機(jī)中主要應(yīng)用在無線數(shù)據(jù)傳輸方面，在無線網(wǎng)絡(luò)接入和近距離遙控家電方面得到應(yīng)用。無線傳輸技術(shù)2.7數(shù)據(jù)通信新技術(shù)

WLAN與Wi-Fi：WLAN（WirelessLocalAreaNetworks）

：稱為無線局域網(wǎng)絡(luò)，利用射頻RF技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)南到y(tǒng)，該技術(shù)的出現(xiàn)不是取代有線局域網(wǎng)，而是彌補(bǔ)有線局域網(wǎng)的不足，以達(dá)到網(wǎng)絡(luò)延伸之目的，使得無線局域網(wǎng)能利用簡單的存取架構(gòu)讓用戶透過它，實(shí)現(xiàn)無網(wǎng)線、無距離限制的通暢網(wǎng)絡(luò)。目前WLAN所包含的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)有：IEEE802.11b協(xié)議、IEEE802.11a協(xié)議、IEEE802.11g協(xié)議、IEEE802.11E協(xié)議、IEEE802.11i協(xié)議、無線應(yīng)用協(xié)議（WAP）。WLAN的802.11a標(biāo)準(zhǔn)使用5GHz頻段，支持的最大速度為54Mbps，而802.11b和802.11g標(biāo)準(zhǔn)使用2.4GHz頻段，分別支持最大11Mbps和54Mbps的速度。Wi-Fi（WirelessFidelity）：無線相容性認(rèn)證，俗稱無線寬帶，實(shí)質(zhì)上是一種商業(yè)認(rèn)證，一種無線聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可以將個(gè)人電腦、手持設(shè)備等終端以無線的方式互相連接。無線傳輸技術(shù)2.7數(shù)據(jù)通信新技術(shù)

無線傳輸技術(shù)——使用WLAN連接無線網(wǎng)絡(luò)（視頻）2.7數(shù)據(jù)通信新技術(shù)

超寬帶UWB技術(shù)（Ultra-Wideband）：無載波通信技術(shù)，采用時(shí)間間隔極短的脈沖進(jìn)行通信的方式，也稱為脈沖無線電。UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等優(yōu)勢。無線傳輸技術(shù)2.7數(shù)據(jù)通信新技術(shù)

下一代網(wǎng)絡(luò)NGN（NextGenerationNetwork）又稱為次世代網(wǎng)絡(luò)，是網(wǎng)絡(luò)的下一個(gè)發(fā)展目標(biāo)。主要思想是在一個(gè)統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上以統(tǒng)一管理的方式提供多媒體業(yè)務(wù)，整合現(xiàn)有的市內(nèi)固定電話、移動(dòng)電話的基礎(chǔ)上（統(tǒng)稱FMC），增加多媒體數(shù)據(jù)服務(wù)及其他增值型服務(wù)。下一代網(wǎng)絡(luò)是業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)，是基于統(tǒng)一協(xié)議的分組的網(wǎng)絡(luò)，業(yè)務(wù)與呼叫控