数~字~通~信~入~门演示文稿课件

第第4章章 计算机网络与因特网计算机网络与因特网4.1 数字通信入门数字通信入门4.2 计算机网络基础计算机网络基础4.3 因特网的组成因特网的组成4.4 因特网提供的服务因特网提供的服务4.5 网络信息安全网络信息安全24.1 数字通信入门4.1 数字通信入门数字通信入门 4.1.1 通信的基本原理通信的基本原理 通信系统模型通信系统模型 有线通信与无线通信有线通信与无线通信 调制解调技术调制解调技术 多路复用技术多路复用技术 4.1.2 交换技术交换技术34.1 数字通信入门4.1.1 数字通信的基本原理数字通信的基本原理(1)通信的基本模型通信的基本模型44.1 数字通信入门什么是通信什么是通信(communication)？n广而言之，通信就是信息的广而言之，通信就是信息的(远距离远距离)传递与交换传递与交换n现现代代通通信信使使用用电电波波或或光光波波传传递递信信息息的的技技术术，也也称称为为电电信信（telecommunication），如如电电报报、电电话话、传传真真、电电子子邮邮件、件、QQ等，电视也可看作是一对多的单向通信等，电视也可看作是一对多的单向通信n通信的发展历史：通信的发展历史：n1836年，英国建成第一条电报线路年，英国建成第一条电报线路(Morse电报电报)n1876年，美国人年，美国人A.G.Bell研制成可供实用的电话研制成可供实用的电话n20世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信世纪初，马可尼实现了跨越大西洋的无线电报通信n1918年，出现收音机和无线电广播年，出现收音机和无线电广播n1938年，第一个电视台开始播出年，第一个电视台开始播出n1940s 出现彩色电视出现彩色电视n1960s 出现计算机网络出现计算机网络54.1 数字通信入门对通信系统的一般要求对通信系统的一般要求n远距离：传输距离要远远距离：传输距离要远n低成本：传输成本要低低成本：传输成本要低n高速度：从发生到接收的延迟时间要短高速度：从发生到接收的延迟时间要短n可靠：传输的信息不能有错误可靠：传输的信息不能有错误n方便：任何时间和地点都能通信方便：任何时间和地点都能通信n安全：传输的信息要保密，不能泄漏安全：传输的信息要保密，不能泄漏64.1 数字通信入门通信系统的模型通信系统的模型n通信的三要素：通信的三要素：信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)信信号号信信号号n举例举例:信道的任务是迅速、可靠而信道的任务是迅速、可靠而准确地将信号从信源传输到准确地将信号从信源传输到信宿信宿被传输的信息都必须以被传输的信息都必须以某种电某种电(或光或光)信号的形信号的形式才能进行传输式才能进行传输发送信息发送信息的设备的设备接收信息接收信息的设备的设备有线电话有线电话移动电话移动电话计算机通信计算机通信信源信源/信宿信宿电话座机电话座机手机手机计算机计算机信号形式信号形式话音经电话机转话音经电话机转换成为变化的电换成为变化的电流信号流信号话音经电话机转换成为话音经电话机转换成为压缩编码后的数字信号压缩编码后的数字信号编码并打包后的数字信编码并打包后的数字信号号信道构成信道构成电话线和中继器电话线和中继器等传输设备等传输设备无线电波、基站等无线电波、基站等双绞线、集线器、路由双绞线、集线器、路由器、光纤等器、光纤等74.1 数字通信入门模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号n通通信信系系统统中中被被传传输输的的信信息息必必须须转转换换成成某某种种电电信信号号(或或光光信信号号)才能进行传输才能进行传输t数字信号数字信号信号信号强度强度模拟信号模拟信号信号信号强度强度tn电信号电信号(或光信号或光信号)有两种形式：有两种形式：n模模拟拟信信号号形形式式:通通过过连连续续变变化化的的物物理理量量（如如信信号号的的幅幅度度）来来表表示示信信息息，例例如如人人们们打打电电话话或或者者播播音音员员播播音音时时声声音音经经话筒话筒(麦克风麦克风)转换得到的电信号；转换得到的电信号；n数数字字信信号号形形式式:使使用用有有限限个个状状态态(一一般般是是2个个状状态态)来来表表示示（编编码码）信信息息，例例如如电电报报机机、传传真真机机和和计计算算机机发发出出的的信信号都是数字信号号都是数字信号 0 0 1 1 0 1 0 0 0 184.1 数字通信入门什么是数字通信？什么是数字通信？n数字通信数字通信通信终端之间以数字信号的形式进行通信通信终端之间以数字信号的形式进行通信n数字通信有数字通信有2种情况：种情况：n终端设备发出和接收的都是数字信号，例如：计算机与计算机之间的终端设备发出和接收的都是数字信号，例如：计算机与计算机之间的通信、手机与手机之间的通信通信、手机与手机之间的通信n发送方发出的是模拟信号，但把它转换成数字信号后再进行传输；接发送方发出的是模拟信号，但把它转换成数字信号后再进行传输；接收方把收到的数字信号转换成模拟信号后再予以处理和使用收方把收到的数字信号转换成模拟信号后再予以处理和使用n数字通信技术的优点：数字通信技术的优点：n抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高抗干扰能力强，差错可控制，无噪声积累，传输质量高n灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输灵活性好，能适应多种应用需求，声音、图像、数据均可传输n传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理传输的数字信号可以直接由计算机进行存储、管理和处理n数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高数字信号的加密比模拟信号容易，所以通信的安全性高n数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的小型化、数字电路容易用超大规模集成电路实现，有利于通信设备的小型化、微型化，也降低了功耗微型化，也降低了功耗 94.1 数字通信入门数字数字调制调制数字数字解调解调编码器编码器解码器解码器电磁波电磁波电视信号电视信号发射器发射器电视信号电视信号接收器接收器载波载波载波载波电视图像电视图像及其伴音及其伴音电视机电视机人造卫星人造卫星数字通信技术数字通信技术模拟模拟信号信号模拟模拟信号信号数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（1）n卫星电视和数字有线电视：用数字通信技术传输模拟音视频信号卫星电视和数字有线电视：用数字通信技术传输模拟音视频信号 数字信号经调制和复用数字信号经调制和复用后由天线发送至卫星，后由天线发送至卫星，再由卫星进行转发，被再由卫星进行转发，被卫星地面接收站所接收；卫星地面接收站所接收；或者经过光纤和同轴电或者经过光纤和同轴电缆进行传输缆进行传输电视台的节目在传输之电视台的节目在传输之前，先要把图像和伴音前，先要把图像和伴音信号进行数字化，还要信号进行数字化，还要进行数据压缩进行数据压缩 地面站对接收到的信号地面站对接收到的信号进行解调、解码后（或进行解调、解码后（或同轴电缆送来的数字信同轴电缆送来的数字信号经机顶盒处理后）恢号经机顶盒处理后）恢复为模拟信号，再送到复为模拟信号，再送到用户电视机上播放用户电视机上播放104.1 数字通信入门数字通信技术应用举例（数字通信技术应用举例（2）n长途电话系统的中继通信长途电话系统的中继通信 PCM编码器编码器PCM解码器解码器PCM编码器编码器PCM解码器解码器多多 路路 复复 用用 器器分分 路路 器器光纤传输线路光纤传输线路(中继线和长途线中继线和长途线)（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局）（本地电话局）（用户线）（用户线）（用户线）（用户线）数字通信技术数字通信技术模拟传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟传输技术模拟声音信号在需要进模拟声音信号在需要进行远距离传输之前，先行远距离传输之前，先使用使用PCM编码器变换编码器变换为数字信号形式（此过为数字信号形式（此过程称为程称为“数字化数字化”）接收方所在地区的交换接收方所在地区的交换局使用解码器把数字信局使用解码器把数字信号还原成模拟声音信号号还原成模拟声音信号后，由用户线传输至接后，由用户线传输至接听方的电话机听方的电话机 数字信号经调制和复数字信号经调制和复用后，通过光纤传输用后，通过光纤传输到接收方所在地区的到接收方所在地区的交换局，再经解调和交换局，再经解调和分路处理，恢复为数分路处理，恢复为数字信号字信号 114.1 数字通信入门(2)有线通信与无线通信有线通信与无线通信 需使用物理介质进行信号传输的是有线通信有线通信，例如：金属导体（双绞线、同轴电缆），传输电流信号 光导纤维（简称光纤），传输光信号 在自由空间进行信号传输的是无线通信，无线通信，传输的是电磁波信号124.1 数字通信入门传输介质的类型与特点传输介质的类型与特点介质类型介质类型特点特点应用应用有有线线通通信信双绞线双绞线成本低，易受外部高频电磁波成本低，易受外部高频电磁波干扰，误码率较高；传输距离干扰，误码率较高；传输距离有限有限固定电话本地回固定电话本地回路、计算机局域路、计算机局域网网同轴电缆同轴电缆传输特性和屏蔽特性良好，可传输特性和屏蔽特性良好，可作为传输干线长距离传输载波作为传输干线长距离传输载波信号，但成本较高信号，但成本较高固定电话中继线固定电话中继线路、有线电视接路、有线电视接入入光缆光缆传传输输损损耗耗小小，通通讯讯距距离离长长，容容量量大大，屏屏蔽蔽特特性性非非常常好好，不不易易被被窃窃听听，重重量量轻轻，便便于于运运输输和和铺铺设设。缺点是精确连接两根光纤很困难缺点是精确连接两根光纤很困难电话、电视等通电话、电视等通信系统的远程干信系统的远程干线，计算机网络线，计算机网络的干线的干线无无线线通通信信自由空间自由空间使用微波、红外线、激光等，使用微波、红外线、激光等，建设建设费用低，抗灾能力强，容量大，费用低，抗灾能力强，容量大，无线接入使得通信更加方便无线接入使得通信更加方便.但但易被窃听、易受干扰易被窃听、易受干扰广播，电视，移广播，电视，移动通信系统，计动通信系统，计算机无线局域网算机无线局域网134.1 数字通信入门双绞线和同轴电缆双绞线和同轴电缆n原理：利用电流原理：利用电流(电压电压)传输信息传输信息n双绞线分类双绞线分类n3类线类线(10 Mb/s)；5类线类线(100Mb/s)；6类线类线(200Mb/s)n无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线(UTP)；屏蔽双绞线；屏蔽双绞线(STP)同轴电缆同轴电缆内层导线内层导线金属屏蔽金属屏蔽外绝缘层外绝缘层绝缘体绝缘体n同轴电缆分类同轴电缆分类n基带同轴电缆（基带同轴电缆（5050）n以前在以太网中使用以前在以太网中使用n宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（7575）n有线电视网使用有线电视网使用信号线信号线地线地线套管套管无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线144.1 数字通信入门光纤与光缆光纤与光缆多根光纤多根光纤保护层保护层防止光泄漏的吸收外壳防止光泄漏的吸收外壳起保护作用的防护层起保护作用的防护层外绝缘层外绝缘层光波在光纤中的传播光波在光纤中的传播n光导纤维（光导纤维（光线的入射角足够大时，就会出现全反射，光线的入射角足够大时，就会出现全反射，重复此过程，光就沿着光纤传播下去重复此过程，光就沿着光纤传播下去）纤芯纤芯 包层包层保护层保护层光波光波n光缆光缆光光 纤纤保保护护层层154.1 数字通信入门光纤通信原理光纤通信原理电信号电信号驱动驱动电路电路光源光源中继器中继器输出输出电路电路电信号电信号发送单元发送单元(电电/光转换光转换)传输单元传输单元接收单元接收单元(光光/电转换电转换)光调光调制器制器光纤光纤光纤光纤放大放大电路电路光检光检测器测器n光纤主要用于传输数字信号，光纤主要用于传输数字信号，0信号或信号或1信号直接对光进行调制信号直接对光进行调制(即控制即控制激光的通或断激光的通或断)n光波的频率为光波的频率为10141015Hz，目前一束光每秒能携带，目前一束光每秒能携带2.5G或或10G的二进的二进位信号，通过波分多路复用（位信号，通过波分多路复用（WDM）技术还可达到更大的通信容量）技术还可达到更大的通信容量 在发送端，由需要传输的在发送端，由需要传输的数字信号（电信号）去驱数字信号（电信号）去驱动一个光源（半导体激光动一个光源（半导体激光器或发光二极管），并对器或发光二极管），并对发出的光信号进行调制发出的光信号进行调制在接收端，信号经放大后在接收端，信号经放大后由光检测器（半导体光电由光检测器（半导体光电管）进行检测、解调，转管）进行检测、解调，转换成电信号之后输出换成电信号之后输出调制后的光信号通过光纤调制后的光信号通过光纤进行传输，为了补偿光纤进行传输，为了补偿光纤线路的损耗，消除信号失线路的损耗，消除信号失真和噪声干扰，每隔一定真和噪声干扰，每隔一定的距离要接入中继器的距离要接入中继器164.1 数字通信入门无线通信无线通信n原理：原理：数字数字(或或模拟模拟)信号信号使用电磁波使用电磁波调制后进行调制后进行传输传输1041051061071081091010101110121013101410151016 Hz双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆AM广播广播FM广播和广播和TV卫星卫星地面微波地面微波光纤光纤紫外线紫外线红外线红外线可见光可见光微波微波无线电波无线电波超短波超短波中波中波短波短波电磁波的种类与频率范围电磁波的种类与频率范围 无线电波无线电波:10104 4 10101111 (Hz)(Hz)中波：中波：0.3 0.3 3 (MHz)3 (MHz)短波：短波：3 3 30 (MHz)30 (MHz)超短波：超短波：30 30 300 (MHz)300 (MHz)微波：微波：0.3 0.3 300 (GHz)300 (GHz)红外线：红外线：10101111 10101414 (Hz)(Hz)可见光：可见光：10101414 (Hz)(Hz)紫外线：紫外线：10101414 10101616 (Hz)(Hz)无线广播无线广播电视、通信电视、通信通信通信174.1 数字通信入门微波通信微波通信n微微波波：300MHz300GHz范范围围内内的电磁波，波长为的电磁波，波长为1 m1mmn特点：特点：n直直线线传传播播，不不能能沿沿地地球球表表面面传传播播（无无绕绕射射性性），需需要要每每隔隔几几十十公里设立一个中继站公里设立一个中继站n容量大、可靠性高容量大、可靠性高n建设费用低建设费用低n抗灾能力强抗灾能力强n应应用用：长长途途电电话话、蜂蜂窝窝移移动动电电话话、全全数数字字高高清清晰晰度度电视电视（HDTV）等等184.1 数字通信入门卫星通信卫星通信n卫卫星星通通信信:中中继继站站在在人人造造地地球球卫卫星星上上的的一种微波通信一种微波通信n优优点点：通通信信距距离离远远、频频带带宽宽、容容量量大大、抗干扰强、通信稳定抗干扰强、通信稳定n缺缺点点：造造价价高高、技技术术复复杂杂、有有较较大大延延时时、同步轨道卫星数目仅同步轨道卫星数目仅180180颗颗通信卫星通信卫星地面站地面站1 1地面站地面站2 2地地 球球卫星卫星卫星卫星卫星卫星地球地球3580035800公公里里赤道上方高度为赤道上方高度为35800公里的地方为公里的地方为地球同地球同步轨道步轨道，卫星的运行周期与地球自转一圈的卫星的运行周期与地球自转一圈的周期相同周期相同，在地面上看这种卫星好似静止不，在地面上看这种卫星好似静止不动。一颗同步轨道卫星覆盖约动。一颗同步轨道卫星覆盖约120，3颗同颗同步定点轨道卫星步定点轨道卫星可以覆盖地球的几乎全部面可以覆盖地球的几乎全部面积，进行二十四小时的全天候通信积，进行二十四小时的全天候通信194.1 数字通信入门选讲：选讲：卫星通信的重要应用卫星通信的重要应用GPS n例例美国研制美国研制GPS系统系统n24颗卫星在颗卫星在1.2万公里高空以万公里高空以12小时的周期小时的周期绕地球运行绕地球运行n地面任意点在任何时刻都可同时观测到地面任意点在任何时刻都可同时观测到4颗颗以上卫星以上卫星n原理：原理：n由于卫星的位置是精确可知的，通过地面由于卫星的位置是精确可知的，通过地面接收机可测得与卫星的距离，利用三维坐接收机可测得与卫星的距离，利用三维坐标中的距离计算公式，就可以推导出接收标中的距离计算公式，就可以推导出接收机的地理位置机的地理位置(经度、纬度和高程经度、纬度和高程)n定位精度：定位精度：n民用大约几十米民用大约几十米n军用可高得多军用可高得多204.1 数字通信入门选讲：选讲：GPS卫星接收机卫星接收机n根据用途有：导航型、测地型、授时根据用途有：导航型、测地型、授时型等型等n产品形式：独立的产品形式：独立的GPS导航仪，也可导航仪，也可集成在电脑、手机、集成在电脑、手机、MP3(MP4)播放播放器、甚至手表中器、甚至手表中214.1 数字通信入门个人移动通信个人移动通信n处于移动状态的对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等处于移动状态的对象相互间的通信，如手机、无绳电话、寻呼系统等n优点：克服通信终端位置对用户的限制，快速和及时地传递信息优点：克服通信终端位置对用户的限制，快速和及时地传递信息基站基站移动台移动台（手机）（手机）移动电移动电话交换话交换中心中心公用电话网公用电话网224.1 数字通信入门蜂窝移动通信原理蜂窝移动通信原理n每每10km20km的的区区域域称称为为单单元元（形形似似蜂蜂窝窝），单单元元的的中中央央建建有有一一个个基基站站，该该单单元元内内所所有有手手机机都都向向该该基基站站发发送送信信号号并并接收基站发给的信号接收基站发给的信号n所所有有单单元元既既相相互互分分割割，又又彼彼此此有有所所交交叠叠，连成整个移动通信服务网连成整个移动通信服务网n所所有有基基站站都都通通过过微微波波或或电电缆缆、光光缆缆与与移移动交换中心通信动交换中心通信n手手机机每每个个时时刻刻都都处处于于某某个个特特定定单单元元的的基基站站控控制制之之下下，通通话话时时使使用用两两个个频频率率（一一个个上上行行频频率率，一一个个下下行行频频率率），同同一一单单元元内内同同一一时时刻刻的的不不同同手手机机使使用用不不同同的的频频率进行通信，相互不影响率进行通信，相互不影响n每每个个蜂蜂窝窝单单元元中中有有200多个信道多个信道(GSM)。n相相邻邻单单元元不不允允许许使使用用相相同同的的频频率率，不不相相邻邻单单元元的频率的频率允许允许重用重用移动移动交换交换中心中心电话交电话交换中心换中心234.1 数字通信入门选讲：选讲：第二代第二代移动通信系统移动通信系统n传输的是数字化的语音或文字信号传输的是数字化的语音或文字信号n使用频段：使用频段：900MHz/1800MHz，属于微波通信，属于微波通信n我国使用两种标准：我国使用两种标准：nGSM（欧洲移动通信系统，也称全球通（欧洲移动通信系统，也称全球通)n已实现县以上城市的覆盖已实现县以上城市的覆盖,接入号有接入号有139135、130n采采用用频频分分多多路路复复用用技技术术(分分为为124个个上上下下行行信信道道)和和时时分分多多路路复复用用(每每个个信道信道8个连接个连接)，每个蜂窝理论上支持，每个蜂窝理论上支持992个连接，实际可有个连接，实际可有200多个多个nCDMA(码分多址接入，码分多址接入，Code Division Multiple Access)n所所有有手手机机都都占占用用相相同同带带宽宽和和频频率率，在在整整个个频频段段上上进进行行信信号号传传输输,CDMA给给每每一一手手机机分分配配一一个个唯唯一一的的码码序序列列(扩扩频频码码)，用用它它对对承承载载信息的信号进行编码，实现相互间的区分信息的信号进行编码，实现相互间的区分n抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小，抗干扰能力强，系统容量大，接通率高，噪声小，244.1 数字通信入门第三代第三代移动通信系统移动通信系统（3G）n第第2代移动通信的不足：代移动通信的不足：（1）数据传输速率过低（）数据传输速率过低（9.6kb/s或或57kb/s），仅可传输语音和文字），仅可传输语音和文字（2）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要求。）容量有限，不能满足发达地区手机用户高度密集的要求。（3）不能实现覆盖全球的无缝连接）不能实现覆盖全球的无缝连接n3G的目标：的目标：（1）提供高质量的语音通信、数据通信和高分辨率图像通信）提供高质量的语音通信、数据通信和高分辨率图像通信（2）提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务）提供足够的系统容量，具有高保密性和优质的服务（3）地面移动通信与卫星移动通信相结合，实现全球漫游）地面移动通信与卫星移动通信相结合，实现全球漫游n使用的频谱：使用的频谱：1885 MHz 2025MHz，2110MHz2200MHz n传输速率：室内：传输速率：室内：2Mb/s，步行：，步行：384kb/s，快速移动：，快速移动：114kb/sn我国采用的我国采用的3种技术标准：种技术标准：中国移动中国移动TD-SCDMA(时分时分-同步码分多址接入同步码分多址接入)，自主知识产权，自主知识产权中国电信中国电信CDMA2000中国联通中国联通W-CDMA254.1 数字通信入门(3)调制解调技术调制解调技术264.1 数字通信入门数字通信采用的技术数字通信采用的技术n数字调制数字调制/解调技术（调幅；调频；调相）解调技术（调幅；调频；调相）n解决信号传得远的问题解决信号传得远的问题n多路复用技术（时分多路；频分多路；波分多路）多路复用技术（时分多路；频分多路；波分多路）n提高传输线路使用效率、降低传输成本提高传输线路使用效率、降低传输成本n交换技术（电路交换；分组交换）交换技术（电路交换；分组交换）n动态分配信道资源，提高传输效率和质量动态分配信道资源，提高传输效率和质量n模模-数和数数和数-模转换技术；模转换技术；n数字编码和数据压缩技术数字编码和数据压缩技术274.1 数字通信入门数字信号如何传输？数字信号如何传输？n近距离传输：近距离传输：直接直接(基带基带)传输传输 n例如：例如：USB移动硬盘移动硬盘 主机主机；以太网数据传输；以太网数据传输n远距离传输：远距离传输：载波传输载波传输n例如：数字有线电视；电话拨号上网；例如：数字有线电视；电话拨号上网；ADSL上网上网n什么是什么是载波载波？n研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他研究发现，高频振荡的正弦波信号在长距离通信中能够比其他信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信信号传送得更远。因此若把高频振荡的正弦波信号作为携带信息的息的载波，载波，把数字信号放在把数字信号放在(调制调制在在)载波上传输，则可比直接载波上传输，则可比直接传输的距离远得多传输的距离远得多284.1 数字通信入门数字信号的三种调制方法数字信号的三种调制方法(ASKASK)幅移键控幅移键控(FSKFSK)频移键控频移键控0 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 0 调制信号调制信号 (两个状态两个状态)(PSKPSK)相移键控相移键控载波信号载波信号(高频正弦波高频正弦波)调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号解调器解调器载波信号载波信号调制后的调制后的载波信号载波信号传输传输信号信号调制器调制器载波信号载波信号实现信号调制与解调的设备分别称为实现信号调制与解调的设备分别称为“调制器调制器”和和“解调器解调器”：294.1 数字通信入门信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)调制后调制后的载波的载波 信号信号接收到接收到的载波的载波 信号信号调制调制(解调解调)器器(调制调制)解调器解调器载波载波载波载波小结小结1:远距离通信必须使用远距离通信必须使用MODEM 通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，通信一般是双向进行的，收发双方都需要调制器与解调器，它们通常做在一起，称为调制解调器它们通常做在一起，称为调制解调器(MODEM)信源信号通过信源信号通过调调制器制器 调整载波调整载波的某个参数的某个参数(幅幅度、频率或相位度、频率或相位)到达目的地后，使用到达目的地后，使用解调器解调器把载波所携带把载波所携带的信号检测出来，恢的信号检测出来，恢复为原始信号的形式复为原始信号的形式经过调制后的载波经过调制后的载波信号，携带着被传信号，携带着被传输的信号在信道中输的信号在信道中进行长距离传输进行长距离传输304.1 数字通信入门(4)多路复用技术多路复用技术314.1 数字通信入门怎样降低传输成本？怎样降低传输成本？n分析：分析：n通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本通信系统中，传输线路的建设和维护成本占整个系统成本的相当大的份额的相当大的份额n一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远远一条传输线路（铜线、光纤、无线电波）的容量通常远远超过传输超过传输1路用户信号所需的能力路用户信号所需的能力n降低成本采用的技术降低成本采用的技术多路复用技术多路复用技术(Multiplexing)n多路信号使用同一条传输线同时进行传输多路信号使用同一条传输线同时进行传输n方法：方法：n频分多路复用频分多路复用（FDM）n时分多路复用时分多路复用（TDM）n波分多路复用（波分多路复用（WDM）324.1 数字通信入门 DEMUX MUX 共享的传输信道共享的传输信道载波频率载波频率f1调制调制调制调制载波频率载波频率fn载波频率载波频率f1解调解调解调解调载波频率载波频率fnf频分多路复用频分多路复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)n思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，通思想：将每个通信终端发送的信号调制在不同频率的载波上，通过频分多路复用器过频分多路复用器(MUX)将它们复合成为一个信号，然后在同一将它们复合成为一个信号，然后在同一传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器传输线路上进行传输。抵达接收端之后，借助分路器(DEMUX)把把不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备不同频率的载波分离出来，送到不同的接收设备n工作原理：工作原理：将不同频率将不同频率的载波信号的载波信号合成在一起合成在一起使用一组滤波器使用一组滤波器分解出不同频率分解出不同频率的载波信号的载波信号334.1 数字通信入门频分多路复用举例频分多路复用举例1n广播电台节目的发送与接收广播电台节目的发送与接收频分多路复用频分多路复用分路器分路器(带通滤波器带通滤波器)信号信号发射发射信号信号接收接收n常见广播电台使用的载波频率常见广播电台使用的载波频率n中波中波 900 KHz(南京经济台南京经济台)中波中波1008 KHz(南京新闻台南京新闻台)n短波短波 15.28 MHz(英国英国BBC)短波短波 15.29 MHz(VOA美国之音美国之音)n调频调频104.3MHz(南京体育台南京体育台)调频调频105.8MHz(南京音乐台南京音乐台)344.1 数字通信入门频分多路复用举例频分多路复用举例2n电视节目的发送与接收电视节目的发送与接收频道频道 载波频率载波频率(MHz)(MHz)频道频道载波频率载波频率(MHz)(MHz)频道频道载波频率载波频率(MHz)(MHz)1 187.7587.755 5123.25123.259 9230.25230.252 295.7595.75 6 6206.25206.251010238.25238.253 3103.75103.757 7214.25214.251111246.25246.254 4115.25115.258 8222.25222.251212254.25254.25多多路路复复用用器器解调器解调器在天空中传输的在天空中传输的电磁波器电磁波器电视信号电视信号发射器发射器电视信号电视信号接收器接收器电视节目电视节目调制器调制器载波载波1电视图像电视图像及其伴音及其伴音调制器调制器载波载波2电视图像电视图像及其伴音及其伴音调制器调制器载波载波n电视图像电视图像及其伴音及其伴音电电视视调调谐谐器器(分路器分路器)354.1 数字通信入门时分多路复用时分多路复用(Time Division Multiplexing,TDM)n思想：各通信终端思想：各通信终端（计算机、电话计算机、电话）以规定的顺序和时以规定的顺序和时间轮流使用同一传输线路进行数据传输间轮流使用同一传输线路进行数据传输n工作原理：工作原理：H F G E D C B A传输线路传输线路时间片时间片 G C终端终端 1终端终端 2终端终端 3终端终端 4 H D F B E A多路复用器多路复用器 4 3 2 1 4 3 2 1数据数据tMultiplexer多路分路器多路分路器终端甲终端甲终端乙终端乙终端丙终端丙终端丁终端丁 E A F B G C H DDemultiplexern应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通信、应用：主要使用在数字通信领域，如电话中继通信、GSM手机、总线式以太网等手机、总线式以太网等364.1 数字通信入门发送方：发送方：数据数据时间时间异步时分多路复用异步时分多路复用 数据发送方和接收方也可以数据发送方和接收方也可以异步地异步地进行信息传输。即：发送进行信息传输。即：发送方有数据且信道有空闲时就发送，没有数据时即使轮到它，也方有数据且信道有空闲时就发送，没有数据时即使轮到它，也不占用信道。这样可以大大提高信道的利用率不占用信道。这样可以大大提高信道的利用率 实现方法：在被传输数据中必须附加上接收方的实现方法：在被传输数据中必须附加上接收方的“地址地址”374.1 数字通信入门波分多路复用波分多路复用(Wave Division Multiplexing,WDM)n为提高传输效率，为提高传输效率，1根光纤中可以同时传输几种不同波长的光波，每种根光纤中可以同时传输几种不同波长的光波，每种光波各自传输自己所携带的信息，速率可达到光波各自传输自己所携带的信息，速率可达到 40G-100Gbit/sn原理：原理：光纤光纤发送端有发送端有N个个发送单元，它发送单元，它们各自发出不们各自发出不同波长的光波同波长的光波通过复用器（称通过复用器（称为合波器）合并为合波器）合并起来，进入同一起来，进入同一根光纤进行传输根光纤进行传输接收端用分路器接收端用分路器(称为称为分波器分波器)将不同波长的将不同波长的光分开，分别送到各光分开，分别送到各自的光电检测器恢复自的光电检测器恢复出原始信号出原始信号示意图示意图复合光复合光384.1 数字通信入门小结小结2:多路复用可以降低通信成本多路复用可以降低通信成本n通信系统的原理示意图通信系统的原理示意图复用复用（分路（分路）信道信道信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器复用复用（分路（分路）信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器信源信源（宿）（宿）调制解调器调制解调器多路复用技术使得成千上多路复用技术使得成千上万路通信可以在同一条传万路通信可以在同一条传输线上同时进行，大大节输线上同时进行，大大节省了通信成本省了通信成本频分多路、时分多路和波频分多路、时分多路和波分多路等技术可以同时使分多路等技术可以同时使用，以提高复用效率用，以提高复用效率394.1 数字通信入门4.1.2 分组交换原理分组交换原理404.1 数字通信入门通信系统中通信系统中“交换交换”的含义的含义n“交换交换”(switching)的含义就是的含义就是转接转接把一条把一条链路转接到另一条链路，使它们连通起来链路转接到另一条链路，使它们连通起来n从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是按照某就是按照某种方式种方式动态地分配传输线路的资源动态地分配传输线路的资源n常用的交换方式：常用的交换方式：n电路交换电路交换n分组交换分组交换交换机交换机414.1 数字通信入门什么是电路交换？什么是电路交换？n电路交换的过程：电路交换的过程：n建立连接建立连接n通信通信n释放连接释放连接n应用：电话通信应用：电话通信(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCAn分析：分析：n通话全过程中用户始终占用端到通话全过程中用户始终占用端到端的传输信道端的传输信道n由于计算机数据传输具有突发性，由于计算机数据传输具有突发性，不适合计算机数据通信不适合计算机数据通信424.1 数字通信入门什么是分组交换什么是分组交换(Packet Switching)?n分组交换的要点：分组交换的要点：n被传输的数据必须划分为若干被传输的数据必须划分为若干“分组分组”(packet,简称简称“包包”)进行进行传输传输n每个分组中必须包含收、发双方的地址每个分组中必须包含收、发双方的地址n每个分组的格式如下：每个分组的格式如下：有效载荷有效载荷(传输的数据传输的数据)校验校验信息信息发送计算机发送计算机地址地址目的计算机目的计算机地址地址编编号号n分组交换示意：分组交换示意：321（c）132（b）不同的包在不同链不同的包在不同链路上进行传输路上进行传输1233 2 1（d）到接收方到接收方后，再将后，再将收到的包收到的包按顺序组按顺序组合在一起合在一起3213 2 1（a）发送方将发送方将数据分成数据分成3个包个包表示分组交换机表示分组交换机434.1 数字通信入门分组交换与存储转发的过程分组交换与存储转发的过程 1.发送数据的计算机将包发给它所连接的分组交换机发送数据的计算机将包发给它所连接的分组交换机2.交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址：交换机每收到一个包，就检查该包的目的地地址：n若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将包发往该计算机若数据包目的地是直接与之相连的计算机，交换机就将包发往该计算机n若目的地不是本分组交换机上的计算机，则若目的地不是本分组交换机上的计算机，则选择一个输出端口选择一个输出端口，通过连，通过连接该端口的高速数字线路转发给另一台交换机（如果线路忙，则可放在接该端口的高速数字线路转发给另一台交换机（如果线路忙，则可放在对应的缓冲器中排队等候）对应的缓冲器中排队等候）3.下一台交换机收到数据包之后，重复过程下一台交换机收到数据包之后，重复过程2直到数据包到达目的计算机为直到数据包到达目的计算机为止止例例1：计算机：计算机C发送数据包发送数据包给计算机给计算机H例例2：计算机：计算机A发送数据包发送数据包给计算机给计算机G交交换换机机1 1123412345交交换换机机2 2123412345交换机交换机3 31 2 3 4 51 2 3 4 交换机交换机4 41 2 3 4 51 2 3 4 高速数字通信干线高速数字通信干线ABCDEFGH444.1 数字通信入门分组交换机中的分组交换机中的存储转发存储转发过程过程H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组交换机主机在交换机 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5在交换机 C 暂存查找转发表找到转发的端口在交换机 A 暂存查找转发表找到转发的端口454.1 数字通信入门分组交换网中分组交换网中传输路径传输路径的变化的变化H1A分组交换网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！交换机主机464.1 数字通信入门实现分组交换的关键设备：实现分组交换的关键设备：分组交换机分组交换机n分组交换机的任务是：负责包（分组）的转发分组交换机的任务是：负责包（分组）的转发n分组交换机的工作方式是：存储转发分组交换机的工作方式是：存储转发+路由选择路由选择n分组交换机的工作过程：分组交换机的工作过程：1.从输入端口收到一个包后，放入缓冲区从输入端口收到一个包后，放入缓冲区 2.检查数据包的目的地址，查转发表，决定该送哪个输出端口进行转发检查数据包的目的地址，查转发表，决定该送哪个输出端口进行转发3.把包从输入缓冲器中取出，送到相应输出端口的缓冲区中排队把包从输入缓冲器中取出，送到相应输出端口的缓冲区中排队4.输出端口每发送完一个包，就从自己的缓冲区中提取下一个包进行发输出端口每发送完一个包，就从自己的缓冲区中提取下一个包进行发送送输输 入入 分分 组组输输 出出 分分 组组路由表及路由表及路由选择协议路由选择协议33输入端口1122交换结构交换结构转发表转发表分组处理分组处理输出端口113322474.1 数字通信入门分组交换技术的优点和问题分组交换技术的优点和问题n优点：优点：n高效高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。n灵活灵活 以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。n迅速迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组。不必先建立连接就能向其他主机发送分组。n可靠可靠 保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络保证可靠性的网络协议；分布式的路由选择协议使网络有很好的生存性。有很好的生存性。n分组交换带来的问题：分组交换带来的问题：n分组在各结点存储转发时需要分组在各结点存储转发时需要排队排队，这就会造成一定的，这就会造成一定的时延时延。n分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的一定的开销开销。484.1 数字通信入门分组交换技术的应用分组交换技术的应用n几乎所有数据通信网都采用分组交换技术：几乎所有数据通信网都采用分组交换技术：n交换式以太局域网、移动通信网（手机）交换式以太局域网、移动通信网（手机）n公用数据网（传统的单纯性广域网）公用数据网（传统的单纯性广域网）n低速：低速：X.25公共分组交换网（传输速率仅公共分组交换网（传输速率仅64kbps）利用公共电话网以分组交换方式进行数据传输利用公共电话网以分组交换方式进行数据传输n中速：中速：帧中继（帧中继（FR）交换网）交换网（传输速率可达（传输速率可达2Mbps）使用光纤作为传输介质使用光纤作为传输介质n中高速：使用光纤作为传输介质中高速：使用光纤作为传输介质SMDS（交换多兆位数据服务网）（交换多兆位数据服务网）ATM 广域网广域网(155Mbps(155Mbps或者更高或者更高)n因特网（因特网（Internet）494.1 数字通信入门选讲：选讲：不同分组交换网的比较不同分组交换网的比较n不同的分组交换网，基于不同的技术，采用不不同的分组交换网，基于不同的技术，采用不同的协议：同的协议：n物理层：物理层：n不同的传输介质不同的传输介质n不同的信号编码方法不同的信号编码方法n不同的拓扑结构不同的拓扑结构n链路层：链路层：n不同的编址方法和分组不同的编址方法和分组(包包)格式格式n不同的共享介质方法不同的共享介质方法n不同的差错检测与处理措施不同的差错检测与处理措施不同的链路层协议不同的链路层协议,需使用不同的网卡需使用不同的网卡和分组交换机和分组交换机不同的物理层协议，不同的物理层协议，需使用不同的介质和需使用不同的介质和发送发送/接收电路接收电路504.1 数字通信入门选讲：选讲：分组交换网的分组交换网的2种通信方式种通信方式n无连接服务无连接服务n通信过程中，双方不需要预先建立连接，所传输的数据包未通信过程中，双方不需要预先建立连接，所传输的数据包未必都经过相同的路径进行传输必都经过相同的路径进行传输n优点：灵活方便，比较迅速优点：灵活方便，比较迅速n缺点：不能防止包的丢失、重复或失序缺点：不能防止包的丢失、重复或失序n面向连接服务（虚电路方式）面向连接服务（虚电路方式）n先建立连接，再进行数据传输，全部传输完毕后再释放连接先建立连接，再进行数据传输，全部传输完毕后再释放连接n所有包都经同一路径顺序传送，每个包的头部只需标明使用所有包都经同一路径顺序传送，每个包的头部只需标明使用哪一条哪一条“连接连接”进行传送，不需要再包含目的计算机的地址进行传送，不需要再包含目的计算机的地址n优点：提高可靠性优点：提高可靠性 321（无连接服务）（无连接服务）132（面向连接服务）（面向连接服务）注：虚电路只是一条注：虚电路只是一条逻辑上的连接逻辑上的连接，并不是真正建立了一条物理连接并不是真正建立了一条物理连接514.1 数字通信入门“4.1数字通信数字通信”小结小结n什么是通信？什么是通信？n使用使用电波或光波电波或光波传递信息传递信息n对通信系统的要求：对通信系统的要求：n远距离远距离调制解调技术调制解调技术(MODEM)n高效率高效率多路复用技术多路复用技术(Multiplexer)+交换技术交换技术(Switch)n高速度高速度光纤通信技术光纤通信技术n可靠可靠信号不失真、无差错、保证通信畅通（数字通信）信号不失真、无差错、保证通信畅通（数字通信）n方便方便移动通信技术（无线、数字通信）移动通信技术（无线、数字通信）n安全安全加密、身份认证（数字通信）加密、身份认证（数字通信）n目前许多通信系统既采用模拟通信技术，也采用数字通信技目前许多通信系统既采用模拟通信技术，也采用数字通信技术，总的趋势是数字化、光纤化、智能化！术，总的趋势是数字化、光纤化、智能化！