第3章数据通信技术课件

互联网体系结构数据通信技术 互联网体系结构本章目标 i了解数据传输技术及相关概念了解数据传输技术及相关概念i熟悉通信交换技术熟悉通信交换技术i了解介质访问方式了解介质访问方式i熟悉常用通信传输介质熟悉常用通信传输介质 7/12/20242HiNEC互联网体系结构3.1 数据通信技术 i涉及的内容涉及的内容基本概念基本概念传输技术传输技术编码技术编码技术复用技术复用技术7/12/20243HiNEC互联网体系结构3.1.1 基本概念 i信息和信号信息和信号信信息息(Information)：是是消消息息(Message)所所包包含含的的内内容容，它它的表现形式是：数字、文字、语音、图形和图像等。的表现形式是：数字、文字、语音、图形和图像等。信信号号(Signal)：是是数数据据(Data)的的表表现现形形式式，或或称称数数据据的的电电磁或电子编码，它使数据能以适当的形式在介质传输。磁或电子编码，它使数据能以适当的形式在介质传输。i数据数据人读数据：语言、文字、数字、图形、图像等人读数据：语言、文字、数字、图形、图像等机读数据：计算机可辨识的数据机读数据：计算机可辨识的数据(0、1)7/12/20244HiNEC互联网体系结构3.1.2 传输技术 3.1.2.1 信道i信道信道(Channel)：传输信息的必经之路传输信息的必经之路i分类分类有线信道与无线信道有线信道与无线信道 窄带、宽带和话音频带窄带、宽带和话音频带模拟信道和数字信道模拟信道和数字信道物理信道和逻辑信道物理信道和逻辑信道独占信道和共享信道独占信道和共享信道7/12/20245HiNEC互联网体系结构3.1.2.2 通信方式 i单向通信单向通信(单工通信单工通信)i双向交替通信双向交替通信(半双工通信半双工通信)i双向同时通信双向同时通信(全双工通信全双工通信)7/12/20246HiNEC互联网体系结构3.1.2.3 信号传输方式 i基带传输基带传输 将将脉脉冲冲信信号号不不经经加加工工地地在在信信道道上上传传输输，称称为为“基带传输基带传输”。i频带传输频带传输将将信信号号调调制制到到一一个个频频率率比比较较高高的的载载波波上上，然然后后进进行行传传输输，这这种种方方式式称称为为“频频带带传传输输”。7/12/20247HiNEC互联网体系结构3.1.3 常用通信术语和指标3.1.3.1 码元与码字 i码码元元：码码元元是是对对于于网网络络中中传传送送的的二二进进制制数数字字中中每每一一位位的的通通称称，也也常常称称作作“位位”或或bit。例如例如1010101，共有，共有7个位。个位。i码字：其中的码字：其中的0或或1成为码字。成为码字。7/12/20248HiNEC互联网体系结构3.1.3.2 字节i8 位二进制位组成一个字节位二进制位组成一个字节i更大的计量单位更大的计量单位1 KB=1024 bits1 MB=1024 KB1 GB=1024 MB1 TB=1024 GBi某些设备采用千进位，如硬盘容量某些设备采用千进位，如硬盘容量7/12/20249HiNEC互联网体系结构3.1.3.3 数据传输速率i两种度量单位：两种度量单位：波波特特率率：在在线线路路上上单单位位时时间间内内传传送送的的波波形形个数，单位是个数，单位是“波特波特(baud)”。比比特特率率：在在单单位位时时间间内内所所传传送送的的二二进进制制位位数数，单单位位是是“每每秒秒比比特特位位”，以以 bits/s 或或 bps 表示。表示。7/12/202410HiNEC互联网体系结构3.1.3.3 数据传输速率(续)i速率速率带带宽宽：模模拟拟信信道道用用“带带宽宽(又又称称通通频频带带)”来来表表示示信信道道传传输输信信息息的的能能力力。即即在在信信道道中中所所能能传传输输信信号号的的最最高高频频率率与与最最低低频频率率之之差差，其其单单位位是是Hz(KHz、Mhz、GHz的等的等)。数数字字信信道道用用波波特特率率或或比比特特率率来来表表示示信信道道传传输输信信息息的能力。的能力。7/12/202411HiNEC互联网体系结构3.1.3.4 误码率i衡量通信系统线路质量的重要参数。衡量通信系统线路质量的重要参数。i定义：定义：二进制符号在传输系统中被传错的概率。二进制符号在传输系统中被传错的概率。近近似似：被被传传错错的的二二进进制制符符号号数数与与所所传传二二进进制制符符号号总数的比值。即：总数的比值。即：计算机系统要求计算机系统要求10-9误码率误码率=传错的传错的二进制符号数二进制符号数所传二进制符号总数所传二进制符号总数7/12/202412HiNEC互联网体系结构3.1.3.5 信道容量i信道信道能无错误地传送信息的最大速率。能无错误地传送信息的最大速率。i奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)准则：准则：最高码元传输速率最高码元传输速率=2*W (baud)W 为带宽，单位是为带宽，单位是Hz7/12/202413HiNEC互联网体系结构3.1.4 数据编码技术 i将将数数据据表表示示成成适适当当的的形形式式，以以便便于于数数据据的传输和处理。的传输和处理。i 常用的编码方式常用的编码方式数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码7/12/202414HiNEC互联网体系结构3.1.4.1 数字数据的数字信号编码 i用不同的电压值表示用不同的电压值表示“0”和和“1”。i常用的编码方式有：常用的编码方式有：非归零编码非归零编码(NRZ)曼彻斯特编码曼彻斯特编码(Manchester)差差 分分 曼曼 彻彻 斯斯 特特 编编 码码(Differential Manchester)7/12/202415HiNEC互联网体系结构3.1.4.1.1 非归零(NRZ)编码 i单极性不归零码单极性不归零码 i双极性不归零码双极性不归零码7/12/202416HiNEC互联网体系结构3.1.4.1.2 曼彻斯特编码 i解决信号同步问题。其编码规则是：解决信号同步问题。其编码规则是：每每bit的周期分为前后两部分；的周期分为前后两部分；前半周期传送该前半周期传送该bit的原码，后半周期传送该的原码，后半周期传送该bit的反码。的反码。i或或者者说说，用用电电压压的的正正跳跳变变表表示示0，电电压压的的负负跳跳变变表表示示1。7/12/202417HiNEC互联网体系结构3.1.4.1.3 差分曼彻斯特编码 i曼彻斯特编码的一种修改格式，其特点是：曼彻斯特编码的一种修改格式，其特点是：每每bit的中间跳变只做同步之用；的中间跳变只做同步之用；每每bit的的值值根根据据其其起起始始边边界界是是否否发发生生跳跳变变来来决决定定。若起始处有跳变表示若起始处有跳变表示0，否则表示，否则表示1。7/12/202418HiNEC互联网体系结构3.1.4.2 模拟数据的数字信号编码 i模拟信号模拟信号干扰干扰信噪比信噪比i脉脉 冲冲 编编 码码 调调 制制(PCM,Pulse Code Modulation)7/12/202419HiNEC互联网体系结构3.1.4.3 数字数据的模拟信号编码 i将将数数字字数数据据变变换换成成模模拟拟信信号号以以便便在在模模拟拟信信道道上进行传输。上进行传输。i原原理理：利利用用数数字字数数据据对对载载波波信信号号进进行行调调制制，然后传输。然后传输。i载波信号可表示为：载波信号可表示为：振幅振幅 A(t)频率频率 =2 f初相角初相角 7/12/202420HiNEC互联网体系结构3.1.4.3.1 幅移键控ASKiASK=Amplitude Shift Keyingi载载波波的的角角频频率率和和相相位位不不变变，而而幅幅度度随随数数字信号的变化而变化。字信号的变化而变化。i数学表达式：数学表达式：7/12/202421HiNEC互联网体系结构3.1.4.3.2 频移键控FSK iFSK=Frequency Shift Keyingi载载波波的的幅幅度度和和相相位位不不变变，而而载载波波频频率率随随数字信号的变化而变化。数字信号的变化而变化。i数学表达式：数学表达式：7/12/202422HiNEC互联网体系结构3.1.4.3.3 相移键控PSK iPSK=Phase Shift Keyingi载载波波的的幅幅度度和和频频率率不不变变，而而载载波波的的相相位位随随数数字字信信号号的变化而变化。的变化而变化。i相位调制可分为绝对调相、相对调相和多相调相等。相位调制可分为绝对调相、相对调相和多相调相等。i绝对调相的数学表达式：绝对调相的数学表达式：7/12/202423HiNEC互联网体系结构3.1.4.3.4 波形图 7/12/202424HiNEC互联网体系结构3.1.5 多路复用技术 i通讯网络通讯网络线路敷设费用高昂线路敷设费用高昂现有设备没有充分利用现有设备没有充分利用i解解决决方方法法：采采用用共共享享技技术术，重重复复利利用用设设备，称为复用备，称为复用7/12/202425HiNEC互联网体系结构3.1.5 多路复用技术(续)i复用的方式复用的方式频分复用频分复用时分复用时分复用波分复用波分复用码分复用码分复用7/12/202426HiNEC互联网体系结构3.1.5.1 频分复用(FDMA)iFrequency Division Multiplexing Access7/12/202427HiNEC互联网体系结构3.1.5.2 时分复用(TDMA)iTime Division Multiplexing Access7/12/202428HiNEC互联网体系结构3.1.5.3 波分复用(WDMA)iWavelength Division Multiplexing Accessi主要用于光纤通信系统主要用于光纤通信系统i每一个波长信号作为一路每一个波长信号作为一路i不同波长的信号在同一条光纤中同时传输不同波长的信号在同一条光纤中同时传输7/12/202429HiNEC互联网体系结构3.1.5.4 码分复用(CDMA)iCoding Division Multiplexing Accessi主要用于移动通信系统主要用于移动通信系统i基于码型分割信道基于码型分割信道7/12/202430HiNEC互联网体系结构3.1.5.5 各种复用技术的异同点 iFDMA、WDMA独占频道独占频道共享时间共享时间iTDMA共享频率共享频率独占时隙独占时隙iCDMA独占地址码独占地址码共享频率和时间共享频率和时间7/12/202431HiNEC互联网体系结构3.1.6 数据传输方式 i收发的同步收发的同步 i传输方式传输方式 同步传输同步传输异步传输异步传输7/12/202432HiNEC互联网体系结构3.1.6.1 同步传输 i每每个个字字节节占占据据等等长长的的固固定定时时间间间间隔隔，字字节之间没有间隔，所有字节接连发送。节之间没有间隔，所有字节接连发送。i同步的方式同步的方式7/12/202433HiNEC互联网体系结构3.1.6.2 异步传输 i各各数数据据字字节节之之间间可可以以有有不不等等长长的的时时间间间间隔隔i判断一个数据字节的起止方式判断一个数据字节的起止方式同步位同步位停止位停止位 7/12/202434HiNEC互联网体系结构3.1.6.3 两种传输方式的特点i同步传输方式同步传输方式需要收发双方协同工作需要收发双方协同工作效率较高效率较高适合于高速、大容量信息的发送适合于高速、大容量信息的发送i异步传输方式异步传输方式无需协同工作无需协同工作效率较低效率较低适用于低速、小容量信息的发送适用于低速、小容量信息的发送7/12/202435HiNEC互联网体系结构3.2 通信交换技术 i计算机网络的组成：计算机网络的组成：通信子网通信子网资源子网资源子网 i数据交换的方式：数据交换的方式：电路交换电路交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换 7/12/202436HiNEC互联网体系结构3.2.1 电路交换(Circuit Switching)i在在数数据据的的发发送送方方与与接接收收方方之之间间建建立立一一条条实实在在的的通通信信链路链路链路建立阶段链路建立阶段 数据通信阶段数据通信阶段 线路拆除阶段线路拆除阶段 7/12/202437HiNEC互联网体系结构3.2.2 报文交换(Message Switching)i采用存储采用存储-转发技术转发技术i收发双方不必建立电路连接收发双方不必建立电路连接7/12/202438HiNEC互联网体系结构3.2.3 分组交换(Packet Switching)i是报文交换的改进形式是报文交换的改进形式i与报文交换的区别与报文交换的区别报文交换中，报文的长度不确定报文交换中，报文的长度不确定分组交换则限制分组的最大长度分组交换则限制分组的最大长度i两种方式两种方式数据报数据报虚电路虚电路7/12/202439HiNEC互联网体系结构3.2.3.1 数据报(Data Gram)i是报文交换的改进形式是报文交换的改进形式51234867910111213141516171819207/12/202440HiNEC互联网体系结构3.2.3.2 虚电路(Virtual Circuit)i在在发发送送分分组组前前，首首先先在在发发送送端端到到接接收收端端之之间间确确定定一一个个传传输输路路由由，所所有有分分组组均均沿沿此路由传送。此路由传送。7/12/202441HiNEC互联网体系结构3.3 传输介质 i是是通通信信网网络络中中发发送送方方和和接接收收方方之之间间的的物物理理通通路。路。i传输介质可分为：传输介质可分为：有线介质有线介质无线介质无线介质i每每一一种种介介质质在在带带宽宽、传传输输延延迟迟、成成本本以以及及安安装维护等方面各不相同装维护等方面各不相同7/12/202442HiNEC互联网体系结构3.3.1 传输介质 的分类i传输介质可分为：传输介质可分为：有线介质有线介质 无线介质无线介质 7/12/202443HiNEC互联网体系结构3.3.2 双绞线(Twisted Pair wire)7/12/202444HiNEC互联网体系结构3.3.3 同轴电缆7/12/202445HiNEC互联网体系结构3.3.4 光纤(Optical Fiber)7/12/202446HiNEC互联网体系结构3.3.5 无线传输介质i电波，包括：短波、超短波、微波等电波，包括：短波、超短波、微波等 i光波：红外线、激光等光波：红外线、激光等 7/12/202447HiNEC互联网体系结构双绞线的制作实验iRJ-45接头接头 线序线序1 2 3 4 5 6 7 8T568AT568B1绿白橙白2绿橙3橙白绿白4蓝蓝5蓝白蓝白6橙绿7棕白棕白8棕棕7/12/202448HiNEC互联网体系结构本章总结i数据传输技术及通信系统的技术指标数据传输技术及通信系统的技术指标i通信交换技术通信交换技术电路交换电路交换报文交换报文交换分组交换分组交换i介质访问方式介质访问方式竞争方式竞争方式令牌方式令牌方式i传输介质传输介质有线：同轴电缆、双绞线、光纤有线：同轴电缆、双绞线、光纤无线无线7/12/202449HiNEC