数据通信基础ppt课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处输入文本,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二章数据通信基础,1,2.1,概述,2.1.1,信息、数据、信号概念,信息,:,通信的目的是为了交换信息。信息就是消息中表达的内容，信息,的载体可以包含语音、图形、图像、文字和数字等。,数据（,Data,）,:,数据通信是指在不同计算机之间传送表示信息的二进制代码,0,和,1,比特序列的过程。,被传输的二进制代码称为数据,，它是传递信,息的载体。,2,信号,信号（,Signal,）是数据在传输过程中的表示形式。,信号种类：模拟信号和数字信号,模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值,数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值,模拟信号,和数字信号,3,例：,A,在键盘输入了字母,SUN,计算机将,01010011,，,01010101,，,01001110,传给了,Modem,解释图中的信息、数据、编码、信号各是什么。,B,得到了什么？,4,2.1.2,通信系统模型,通信系统模型,通信系统的三个基本要素：,信源是产生和发送信息的一端,信道是信息传输的介质,信宿是接受信息的一端,5,数据通信系统的实例,6,2.1.3,数据的传输方式,1,、,并行传输,数据以成组的方式在多条并行信道上同时进行传输,。,方式：将构成,1,个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并行的信道同时传输，另外加一条信道传送控制信号即,”,选通,”,脉冲,它在数据信号发出之后传送,用以通知接收设备所有的位已经发送完毕,可对各条信道上的信号进行取样了,.,如图,:,并行传输中一次传送,8,个比特。,优缺点：,速度快,，但发送端与接收端之间有若干条线路，,费用高,，仅,适合于近距离和高速率的通信,。,7,2,、,串行传输,组成字符的若干位二进制码排列成数据流以串行方式在一条信道上传输。,优缺点：收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，,成本低,，但,速度比较低,。,8,2.1.4,数据通信方式,按照信号传送方向与时间的关系，信道的通信方式可以分为,单工、半双工和全双工,三种。,1.,单工通信,单工方式指通信信道是单向信道，,数据信号仅沿一个方向传输,，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。例如，无线电广播和电视都属于单工通信。,9,2.,半双工通信,半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但,同一时刻一个信道只允许单方向传送,，即两个方向的传输只能交替进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。,(,对讲机,),10,3.,全双工通信,全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进行双向传输,。,例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信过程。,11,单工、半双工与全双工通信综合比较,通信方式,传输方向,信道个数,收发方的限制,优缺点,应用,单工,固定单向,1,一方只能发送，一方只能接收,结构简单、效率低、只能单向传输信息,广播、电视,半双工,限时双向,2,通信双方在不同时刻可分别发送或接收信息,效率低,对讲机等,全双工,双向,2,通信双方在同一时刻既可发送信息又可接收信息,结构复杂、成本高、性能最好,计算机之间,12,不归零码,(NRZ,，,Non-Return to Zero),用两个电平来表示两个二进制数字；用高电平（正电压）表示,1,，用低电平（负电压）表示,0,。,曼彻斯特编码,用电压的变化表示,0,和,1,。,规定在每个码元的中间发生跳变：,高 低的跳变,1,，低高的跳变,0,每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。,差分曼彻斯特编码,与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于：,用在码元开始处有无跳变来表示,0,和,1,：,码元开始处有跳变,0,码元开始处无跳变,1,2.2.1,数字数据的数据信号编码,13,三种数字编码的波形图,14,2.2.2,传输信道,信道的概念,信号的传输通道。,1,、物理实线传输信道,双绞线（非屏蔽双绞线（,UTP,）、屏蔽双绞线（,STP,）,同轴电缆,光纤,无线、卫星通信,15,双绞线,局域网中经常使用的双绞线有非屏蔽,(Unshielded Twisted Pair, UTP),和屏蔽,(Shielded Twisted Pair, STP),之分。,屏蔽双绞线由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。屏蔽双绞线用于远程中继线时,，,最大距离可以达到十几千米，,非屏蔽双绞线的传输距离一般为,100m,。屏蔽双绞线电缆的外层由铝箔包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。,双绞线,(,TP,twisted,pair wire),是最常用的一种传输介质,它由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。,把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，一根导线在传输中辐射的电波会被另一根导线上发送的电波抵消，这样就降低了信号干扰的程度,内导体芯线,绝缘,内屏蔽,外屏蔽（非屏蔽双绞线没有）,外套,16,双绞线,局域网中经常使用的双绞线有非屏蔽,(Unshielded Twisted Pair, UTP),和屏蔽,(Shielded Twisted Pair, STP),之分。,屏蔽双绞线由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。屏蔽双绞线用于远程中继线时,，,最大距离可以达到十几千米，,非屏蔽双绞线的传输距离一般为,100m,。屏蔽双绞线电缆的外层由铝箔包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。,局域网中经常使用的双绞线有非屏蔽,(Unshielded Twisted Pair, UTP),和屏蔽,(Shielded Twisted Pair, STP),之分。,屏蔽双绞线由于它较好的性能价格比，目前被广泛使用。屏蔽双绞线用于远程中继线时，最大距离可以达到十几千米，,非屏蔽双绞线的传输距离一般为,100m,。屏蔽双绞线电缆的外层由铝箔包裹，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。,17,屏蔽双绞线,(STP),非屏蔽双绞线,(UTP),用铝箔屏蔽，以减少干扰和串音，应用较少,双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛,常用的双绞线：,3,类（,16Mb/s,） 和,5,类（,155Mb/s,）两种,18,非屏蔽双绞线（,UTP,）,优点：,尺寸小、重量轻、易弯曲,价格便宜,容易安装和维护,RJ-45,连接器牢固、可靠,缺点：,抗干扰能力较弱,传输距离比较短,分类：,3,类线、,4,类线、,5,类线和超,5,类线,UTP,非常适合于楼宇内部的结构化布线,19,屏蔽双绞线（,STP,）,优点：,传输质量较高,电缆尺寸和重量与,UTP,相当,缺点：,安装不合适有可能引入外界干扰,20,2.,同轴电缆,同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成，如图所示。,图,【,同轴电缆,】,21,优点：,传输距离较远，覆盖的地域范围较大,技术非常成熟,缺点：,电缆硬，折曲困难，重量重,局域网中使用同轴电缆：,粗同轴电缆：特征阻抗,50,，直径,1cm,细同轴电缆：特征阻抗,50,，直径,0.5cm,同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线,同轴电缆,22,基带同轴电缆的特性阻抗为,50,，仅用于传输数字信号，并使用曼彻斯特编码方式和基带传输方式，即直接把数字信号送到传输介质上，无需经过调制，故把这种电缆称为基带同轴电缆。,基带同轴电缆,23,宽带同轴电缆的特性阻抗为,75,，宽可达,300,500MHz,，用于传输模拟信号。它是公用天线电视系统,CATV,中的标准传输电缆，目前在有线电视中广为采用。在这种电缆上传送的信号采用了频分多路复用的宽带信号，故,75,同轴电缆又称为宽带同轴电缆。,宽带同轴电缆,24,2.2.2,传输信道,2,、电话网传输信道,通过用于传输话音信号的电话网传输数据信号。,话音的频带范围是,300HZ3400HZ,，是属于带通型 信号。,3,、数字数据传输信道,采用,PCM,（,pulse code modulation,）信道作为数据信号传输信道，将多个低速数据终端输出的信号经时分多路复用集中合成到,64Kb/s,速率，然后直接以数字方式合入到,PCM,系统，最后复用到,2.048Mb/s,在数字线路上传输,25,2.2.3,数据传输模式,1,、基带传输：,传输,0,或,1,数字信号，常用于短距离数据传输,基带：计算机或终端的数字信号都是二进制序列，它是一种矩形脉冲信号，这种矩形脉冲信号称为基带信号。,2,、频带传输,传输模拟信号，常用于远距离通信,将基带信号变换（调制）成能在模拟信道中传输的模拟信号（频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。,3,、数字数据传输,在数字信道中传输数据信号,通过对语音信号进行,PCM,处理后的数字化语音信号经多路合成变,成更高速率的数字信号后经各种传输系统传输。,26,2.3,差错控制技术,1、基本概念,差错:误码,噪声,2、差错控制编码,奇偶校验码、汉明码,3、差错控制方法,检错重发、前向纠错、混合纠错检错、信息反馈,27,2.4,数据交换技术,图,【,交换通信子网,】,图中，若,H1,与,H5,通信，则,A,与,E,分别称源结点与宿结点。通信子网必须能为所有进网的数据流提供从源结点到宿结点的通路，而实现这种数据通路的技术就称为数据交换技术，或数据交换方式。,28,2.4,数据交换,1,、电路交换：类似于电话系统。,两台计算机在数据传输期间使用一条实际的物理链路，并在数据传输结束之前，通信双方自始至终占有该条线路。电路交换的过程分为三个阶段：链路建立、数据传输和链路释放,电路交换的最大特点是物理链路的独占性，适用于远程批处理文件传递，数据传输可靠、迅速，传输延迟少；但线路的利用率低、建立链路的时间长。电路交换适用于电话通信系统，但不适用于计算机网络数据通信系统。,29,2.4,数据交换,2,、报文交换：,每一个报文由传输的数据和报头组成，,报头中有源地址和目标地址。,节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择。,并且对收发的报文进行相应的处理。,30,2.4,数据交换,2,、报文交换方式,整个报文作为一个整体一起发送。,在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储,-,转发。,缺点：,1,）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。,2,）大报文造成存储转发的延时过长；,3,）出错后整个报文全部重发。,31,2.4,数据交换,3,、分组交换：,将报文划分为若干个大小相等的分组,(Packet),进行存储转发。,采用“存储,-,转发”和“分组,-,组装”的数据传输机制，它,把数据分为并形成固定长度的分组，传输给交换设备,交换设备在接受到分组后，如果所需要的输出线路暂不,空闲，则将数据分组存储起来，待输出线路空闲时，再,将数据分组转发出去。,32,2.4,数据交换,3,、分组交换方工式,将报文划分为若干个大小相等的分组,(Packet),进行存储转发。,优点：,1,）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组,速度快；,2,）转发延时小,适用于交互式通信；,3,）某个分组出错仅重发该分组,效率高；,4,）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。,特点：,1,）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。,2,）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。,33,2.4,数据交换,交换网把对进网的任一个分组都当作单独的“小报文”来处理，而不管它是属于哪个报文的分组，就像在报文交换方式中把一份报文进行单独处理一样。这种单独处理和传输单元的“小报文”或“分组”，即称为数据报。这种分组交换方式称为数据报传输分组交换方式。,1,、 数据报传输分组交换,数据报和虚电路（分组传输方式）,34,2.4,数据交换,2,、虚线路传输分组交换,类似前述的线路交换方式，报文的源发站在发送报文之前，通过类似于呼叫的过程使交换网建立一条通往目的站的逻辑通路。然后，一个报文的所有分组都沿着这条通路进行存储转发，不允许结点对任一个分组做单独的处理和另选路径。,上述这种分组交换方式称为虚线路传输分组交换方式。为建立虚线路的呼叫过程称为虚呼叫，通过虚呼叫建立起来的逻辑通路称为虚拟线路，简称虚线路或虚通路。,35,2.5,数据通信系统的主要性通指标,1,、数据通信速率（传输速率）,指数据在信道中传输的速度。有两种：码元速率和信息速率。,码元（,Code cell,）：时间轴上的一个信号编码单元。,1,）,码元速率,RB,（调制速率）,：每秒钟传送的码元数，单位为波特,/,秒（,Baud/s,），又称为,波特率,。,在数字通信系统中，由于数字信号是用离散值表示的，,每一个离散值就是一个码元。,2,）,信息速率,Rb,：每秒钟传送的信息量，单位为比特,/,秒（,bit/s,），又称为,比特率,。,一般来说，对于采用,M,进制信号传输信号时，信息速率和码元速率之间的关系是：,Rb,RBlog2M,例如：当波特率为,9600,时,若,M=2,，数据传输率为,9600b/s,若,M=16,，数据传输率为,4*9600=38.4kb/s,二进制传输中，信息速率与码元速率相等,。,36,2,、误码率和误比特率,误码率是指码元在传输过程中，错误码元占总传输码元的概率。,1,）,误码率,Pe, 传输出错的码元数,/,传输的总码元数,2,）,误比特率,P,b,传输出错的比特数,/,传输的总比特数,在二进制传输中，误码率也称为误比特率。,3,、信道带宽与信道容量,1,）,信道带宽,是指信道中传输的信号在,不失真,的情况下所占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（,Hz,）表示。,信道带宽是由信道的物理特性所决定的,。例如，电话线路的频率范围在,3003400Hz,，则它的带宽范围也在,3003400Hz,。,37,2,）,信道容量,是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数，即最大传输速率，用比特每秒（,bit/s,）表示。它是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。,当传输速率超过信道的最大信号传输速率时就会产生失真,。,通常，,信道容量和信道带宽成正比的关系,。带宽越大，容量越高，要提高信号的传输率，信道就要有足够的带宽。增加信道带宽是可以增加信道容量。,但实际上，信道带宽的无限增加并不能使信道容量无限增加，其原因是在一些实际情况下，,信道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加,。,38,个人观点供参考，欢迎讨论！,