【ch02】數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)新工科建設(shè)·網(wǎng)絡(luò)工程系列教材計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)01數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論消息、信息、信號(hào)與數(shù)據(jù)

消息是指能向人們表達(dá)客觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和主觀思維活動(dòng)的文字、符號(hào)、語(yǔ)音、圖像等，可見(jiàn)消息的物理特性具有多樣性。從通信的角度看，消息有兩個(gè)特點(diǎn)：①能被通信雙方所理解；②可以互相傳遞。人們對(duì)接收到的消息，關(guān)心的是消息中包含的有價(jià)值的內(nèi)容，即信息。數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論消息、信息、信號(hào)與數(shù)據(jù)

消息是指能向人們表達(dá)客觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和主觀思維活動(dòng)的文字、符號(hào)、語(yǔ)音、圖像等，可見(jiàn)消息的物理特性具有多樣性。從通信的角度看，消息有兩個(gè)特點(diǎn)：①能被通信雙方所理解；②可以互相傳遞。人們對(duì)接收到的消息，關(guān)心的是消息中包含的有價(jià)值的內(nèi)容，即信息。數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論信道的極限容量信道容量是指信道所能支持的數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾?，表征的是信道傳輸?shù)字信號(hào)的能力，即信道所能支持的速率上限。信道容量取決于信道的帶寬和信噪比，與所采用的具體通信技術(shù)沒(méi)有關(guān)系。信道帶寬是指信道所能傳輸?shù)男诺赖念l率范圍。數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過(guò)電路將分布在遠(yuǎn)端的數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE,DataTerminalEquipment)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接起來(lái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲(chǔ)和處理的系統(tǒng)。從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的角度看，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的功能是把數(shù)據(jù)源計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)快速、可靠、準(zhǔn)確地傳輸?shù)侥繕?biāo)計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ猛庠O(shè)。數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論1.數(shù)據(jù)終端設(shè)備2.數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備3.計(jì)算機(jī)系統(tǒng)4.數(shù)據(jù)電路和數(shù)據(jù)鏈路5.傳輸信道數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論1.基帶傳輸和頻帶傳輸(1)基帶傳輸(2)頻帶傳輸2.同步傳輸和異步傳輸(1)位同步(2)字符(或幀)同步3.串行傳輸和并行傳輸(1)串行傳輸(2)并行傳輸數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信的幾個(gè)重要概念及理論4.單工、半雙工和全雙工傳輸(1)單工傳輸(2)半雙工傳輸(3)全雙工傳輸數(shù)據(jù)通信方式02傳輸媒介有線傳輸媒介1.雙絞線2.同軸電纜傳輸媒介有線傳輸媒介3.光纖傳輸媒介無(wú)線傳輸媒介

無(wú)線傳輸媒介即自由空間。當(dāng)通信距離非常遠(yuǎn)或者需要經(jīng)過(guò)高山河海時(shí)，鋪設(shè)有線傳輸媒介就很困難，而且造價(jià)昂貴，而利用無(wú)線電波在自由空間傳播則是非常容易實(shí)現(xiàn)的，因此在這些場(chǎng)合通常采用無(wú)線傳輸媒介。電磁波譜如圖2-12所示。傳輸媒介無(wú)線傳輸媒介

無(wú)線傳輸媒介即自由空間。當(dāng)通信距離非常遠(yuǎn)或者需要經(jīng)過(guò)高山河海時(shí)，鋪設(shè)有線傳輸媒介就很困難，而且造價(jià)昂貴，而利用無(wú)線電波在自由空間傳播則是非常容易實(shí)現(xiàn)的，因此在這些場(chǎng)合通常采用無(wú)線傳輸媒介。電磁波譜如圖2-12所示。傳輸媒介無(wú)線傳輸媒介

1.無(wú)線電波2.微波3.紅外線傳輸媒介03數(shù)據(jù)編碼與傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸1.單極性碼數(shù)據(jù)編碼與傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸2.雙極性碼數(shù)據(jù)編碼與傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸3.曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼數(shù)據(jù)編碼與傳輸數(shù)據(jù)編碼與傳輸計(jì)算機(jī)中使用的都是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，在電路中用兩種電平的電脈沖來(lái)表示，用一種電平表示1,用另一種電平表示0。這種原始的電脈沖信號(hào)就是基帶信號(hào)，它的帶寬很寬。當(dāng)在模擬信道(如傳統(tǒng)的公用電話交換網(wǎng))中傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)，就需要將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)傳輸，在接收端再還原為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸數(shù)據(jù)編碼與傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸數(shù)據(jù)編碼與傳輸①調(diào)幅：用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的取值來(lái)改變載波信號(hào)的振幅。②調(diào)頻：用數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的取值去改變載波信號(hào)的頻率，即用兩種頻率分別表示0和1。調(diào)頻是一種常用的調(diào)制方法，抗干擾性優(yōu)于調(diào)幅，但所占頻帶較寬。③調(diào)相：用載波信號(hào)的不同相位來(lái)表示二進(jìn)制數(shù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸模擬信號(hào)數(shù)字化的基本過(guò)程是，對(duì)模擬信號(hào)在時(shí)間域和幅度域上都進(jìn)行離散化處理，然后再把離散化的幅度值變換為數(shù)字信號(hào)代碼。實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化的一種常用方式是脈沖編碼調(diào)制(PCM,PulseCodeModulation)。PCM系統(tǒng)中的信號(hào)變換和處理過(guò)程如圖2-17所示。數(shù)據(jù)編碼與傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸

模擬信號(hào)數(shù)字化的基本過(guò)程是，對(duì)模擬信號(hào)在時(shí)間域和幅度域上都進(jìn)行離散化處理，然后再把離散化的幅度值變換為數(shù)字信號(hào)代碼。實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化的一種常用方式是脈沖編碼調(diào)制(PCM,PulseCodeModulation)。PCM系統(tǒng)中的信號(hào)變換和處理過(guò)程如圖2-17所示。數(shù)據(jù)編碼與傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸1.采樣2.量化3.編碼數(shù)據(jù)編碼與傳輸04信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用(FDM,FrequencyDivisionMultiplexing)是指按照頻率參量的差別來(lái)分割信號(hào)，即在一條通信線路上設(shè)置多個(gè)信道，每個(gè)信道的中心頻率均不相同，各個(gè)信道的頻率互不重疊，這樣一條通信線路就可以劃分為不同頻率的多個(gè)信道，用于傳輸多路信號(hào)。頻分復(fù)用原理如圖2-18所示。頻分復(fù)用信道復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用(FDM,FrequencyDivisionMultiplexing)是指按照頻率參量的差別來(lái)分割信號(hào)，即在一條通信線路上設(shè)置多個(gè)信道，每個(gè)信道的中心頻率均不相同，各個(gè)信道的頻率互不重疊，這樣一條通信線路就可以劃分為不同頻率的多個(gè)信道，用于傳輸多路信號(hào)。頻分復(fù)用原理如圖2-18所示。頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用(TDM,TimeDivisionMultiplexing)是指按照時(shí)間參量的差別來(lái)分割信號(hào)，通過(guò)為多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)隙(時(shí)間片)的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。時(shí)分復(fù)用分為同步時(shí)分復(fù)用和異步(統(tǒng)計(jì))時(shí)分復(fù)用。信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用波分復(fù)用(WDM,WavelengthDivisionMultiplexing)技術(shù)是在一根光纖中同時(shí)傳輸多波長(zhǎng)光信號(hào)的一種復(fù)用方式。其基本原理是，在發(fā)送端將不同波長(zhǎng)的信號(hào)組合起來(lái)(復(fù)用),送入光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長(zhǎng)的光信號(hào)分開(kāi)(解復(fù)用),并做進(jìn)一步處理，恢復(fù)出原信號(hào)后送入不同的終端，因此將此項(xiàng)技術(shù)稱為光波長(zhǎng)分割復(fù)用，簡(jiǎn)稱波分復(fù)用。最初，在一根光纖上只復(fù)用兩路光載波信號(hào)，隨著技術(shù)的發(fā)展，可以在一根光纖上復(fù)用幾信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)碼分復(fù)用

碼分復(fù)用(CDM,CodeDivisionMultiplexing)是指利用各路信號(hào)碼型結(jié)構(gòu)正交性而實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的技術(shù)。其原理是，每比特時(shí)間被分成m個(gè)更短的時(shí)間槽，稱為碼片(Chip)。信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)05數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換

數(shù)據(jù)通信中的電路交換(CS,CircuitSwitching)是指兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或終端在互相通信之前需預(yù)先建立起一條實(shí)際的物理鏈路，在通信中自始至終使用該條鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且不允許其他計(jì)算機(jī)或終端同時(shí)共享該鏈路，通信結(jié)束后再拆除這條物理鏈路。電路交換的原理如圖2-23所示。數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換

數(shù)據(jù)通信中的電路交換(CS,CircuitSwitching)是指兩臺(tái)計(jì)算機(jī)或終端在互相通信之前需預(yù)先建立起一條實(shí)際的物理鏈路，在通信中自始至終使用該條鏈路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并且不允許其他計(jì)算機(jī)或終端同時(shí)共享該鏈路，通信結(jié)束后再拆除這條物理鏈路。電路交換的原理如圖2-23所示。數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)報(bào)文交換是以報(bào)文為單位進(jìn)行信息的接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的，為了準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，一個(gè)報(bào)文應(yīng)包括以下三個(gè)部分：①報(bào)頭或標(biāo)題，包括源地址、目標(biāo)地址和其他輔助的控制信息等；②報(bào)文正文，用于傳輸用戶信息；③報(bào)尾，表示報(bào)文的結(jié)束標(biāo)志，若報(bào)文長(zhǎng)度有規(guī)定則可省去此標(biāo)志。報(bào)文交換數(shù)據(jù)交換技術(shù)報(bào)文交換是報(bào)文為單位進(jìn)行信息的接收、存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)的，為了準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)，一個(gè)報(bào)文應(yīng)包括以下三個(gè)部分：①報(bào)頭或標(biāo)題，包括源地址、目標(biāo)地址和其他輔助的控制信息等；②報(bào)文正文，用于傳輸用戶信息；③報(bào)尾，表示報(bào)文的結(jié)束標(biāo)志，若報(bào)文長(zhǎng)度有規(guī)定則可省去此標(biāo)志。報(bào)文交換分組交換分組交換(PS,PacketSwitching)也稱為包交換，它是把要傳送的信息分割成若干比較短的、規(guī)格化的數(shù)據(jù)段，這些數(shù)據(jù)段稱為分組(或稱為包),然后加上分組頭，采用“存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)”的方式進(jìn)行交換和傳輸；在接收端，將這些分組按順序進(jìn)行組合，還原成原始信息。數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)分組交換分組交換的主要優(yōu)點(diǎn)如下。①傳輸質(zhì)量高。②可靠性高。③為不同類型的終端相互通信提供了方便。④能滿足通信實(shí)時(shí)性的要求。⑤可實(shí)現(xiàn)分組多路通信。⑥經(jīng)濟(jì)性好。數(shù)據(jù)交換技術(shù)分組交換其主要缺點(diǎn)如下。①由于傳輸分組時(shí)需要通過(guò)分組交換機(jī)，有一定的開(kāi)銷，因而使網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息增多，造成長(zhǎng)報(bào)文通信的傳輸效率降低。②要求分組交換機(jī)有較高的處理能力。數(shù)據(jù)交換技術(shù)06