2022年数据通信与通信网基础.ppt

第三章第三章数据通信与通信网基础本章学习要求本章学习要求掌握：掌握：数据通信的基本概念；数据通信的基本概念；掌握：掌握：数据通信方式；数据通信方式；掌握掌握：数据编码技术；数据编码技术；掌握：多路复用技术；掌握：多路复用技术；了解：数据交换技术；了解：数据交换技术；了解：数据网简介。了解：数据网简介。1数据通信(Data Communication）:在计算机之间、计算机与终端以及终端与终端之间传送表示字符、数字、语音、图像的二进制代码0、1比特序列的过程。频带传输：在数据通信技术中，利用模拟通信信道，通过调制解调器传输模拟数据信号的方法称作频带传输。基带传输：在数据通信技术中，利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作基带传输。数据通信的基本概念数据通信的基本概念2信息的载体：数字、文字、语音、图形或图像等数据是信息的载体，信息是数据的具体内容和解释。数字数据容易存储、处理和传输；模拟数据经过处理也很容易变成数字数据。3.1.1 3.1.1 数据、信息与信号数据、信息与信号1.1.信息和数据信息和数据 3信号（Signal）：在数据通信中，信息被转换为适合在通信信道上传输的电编码、电磁编码或光编码，这种在信道上传输的电/光编码叫做信号。模拟信号：时间上连续、幅值上连续。数字信号：时间上连续、幅值上离散。2.2.信号信号4数据通信系统基本组件：发送设备、接收设备、发送机、信道和接收机。信息传输系统：信源（发送机）、信宿（接收机）和信道。3.1.2 3.1.2 数据通信系统数据通信系统5信道是以传输介质为基础的传输信息的通道。一条通信介质构成的线路上可包含多个信道。2.2.信道信道7将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。编码器功能：一信源编码；二是信道编码。3.3.信号变换器信号变换器8分布在通信的各个部分。4.4.噪声源噪声源9数据通信包括数字通信和模拟通信两种。5.5.数据通信、数字通信与模拟数据通信、数字通信与模拟通信通信10数据是信息的载体，信息是数据的具体内容和解释。多路复用(Multiplexing):当传输介质的带宽超过了传输单个信号所需的带宽，人们就通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率。数据是信息的载体，信息是数据的具体内容和解释。以报文分组为单位进行交换；将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。按照信道数分可以分为串行通信和并行通信。(2):结构简单、体积小、可靠性高、成本低；有噪声信道的最大传输速率与带宽的关系：基带传输：在数据通信技术中，利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作基带传输。将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号。根据相邻位之间是否有跳变决定下一位是“1”还是“0”。2 异步传输与同步传输 1.每个字符代码前后的起始位和停止位标识字符的开始和结束；信息传输系统：信源（发送机）、信宿（接收机）和信道。抗干扰能力强，实现技术较复杂。网络中两台计算机的通信过程网络中两台计算机的通信过程11按照信道数分可以分为串行通信和并行通信。按照信号传送方向与时间的关系可以分为：单工通信、半双工通信和全双工通信。3.2 3.2 数据通信方式数据通信方式12每个字符代码前后的起始位和停止位标识字符的开始和结束；起始和停止位兼作线路两端的同步时钟；字符之间间隔任意。3.2.2 3.2.2 异步传输与同步传输异步传输与同步传输 1.1.异步传输方式异步传输方式14对一组字符同步。开销少，效率高。2.2.同步传输同步传输153.2.3 3.2.3 数据传输方向数据传输方向16点对点连接多点连接3.2.4 3.2.4 连接方式连接方式17基带传输：直接传输数字信号。频带传输：利用模拟通信信道传输。3.2.5 3.2.5 基带传输与频带传输基带传输与频带传输183.3 3.3 数据编码技术数据编码技术193.3.1 3.3.1 模拟数据编码方法模拟数据编码方法电话通信线：300-3400Hz之间的模拟信号。Modulation,Modulator。Demodulation,Demodulator。Modem。20振幅键控（Amplitude-Shift Keying,ASK）。实现容易，抗干扰能力差。1.1.调幅（调幅（ASK)ASK)21移频键控（Frequency-Shift Keying,FSK）。实现容易，技术简单，抗干扰能力强。2.2.调频（调频（FSKFSK）22移相键控（Phase-Shift Keying,PSK）。绝对调相，相对调相。抗干扰能力强，实现技术较复杂。3.3.调相调相(PSK)(PSK)23低电平表示“0”，高电平表示“1”。需要额外的时钟信号，“0”和“1”个数不等时，有直流分量。3.3.2 3.3.2 数字数码编码方法数字数码编码方法1.1.非归零编码（非归零编码（Non-Return to Non-Return to Zero,NRZZero,NRZ）24自带时钟信号，不含直流分量。位中间的正负调变可以分别定义为“0”和“1”。2.2.曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（ManchesterManchester）25位中间的跳变只是作为同步时钟。根据相邻位之间是否有跳变决定下一位是“1”还是“0”。3.3.差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Difference Difference ManchesterManchester）26采样频率要大于2倍的信号频率才保证采样信号不失真。3.3.3 3.3.3 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法1.1.采样采样27量化等级一般是2的整数次幂，要根据最大量程和量化等级数规定好各个等级对应的幅度范围。2.2.量化量化28编码位数取决于量化等级和所用的进制。语音系统，采样频率为8000，7位编码，所以数据传输速率为56000bps。3.3.编码编码29多路复用(Multiplexing):当传输介质的带宽超过了传输单个信号所需的带宽，人们就通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率。3.4 3.4 多路复用技术多路复用技术30频分多路复用（Frequency Division Multiplexing,FDM）：将具有一定带宽的信道分割为若干个有较小频带的子信道。主要用于模拟信道。1.1.频分多路复用频分多路复用31时分多路复用（Time Division Multiplexing,TDM）：将一条物理信道的传输时间分成若干个时间片轮流的给多个信号源使用，每个时间片被复用的一路信号占用。时分多路复用可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。主要用于数字信道。2.2.时分多路复用时分多路复用32波分多路复用（Wave Division Multiplexing,WDM）：指在一根光纤上同时传送多个波长不同的光载波的复用技术。优点：(1):在不增建线路的情况下，容量大幅增加；(2):结构简单、体积小、可靠性高、成本低；(3):使用方便和灵活；(4):可在同一个光纤上实现双向传输。除了WDM外，还有OFDM、DWDM、OTDM和OCDM等。3.3.波分多路复用波分多路复用33码分多路复用（Code Division Multiplexing,CDM）：以扩频通信为基础，各个用户共享频段而独占时间。4.4.码分多路复用码分多路复用34数据交换是多结点网络中实现数据传输的有效手段。数据交换可分为电路交换和存储交换两大类，存储交换又分为报文交换和报文分组交换。3.5 3.5 数据交换技术数据交换技术35传输数据之前，要建立的一条端到端的物理连接。3.5.1 3.5.1 电路交换电路交换1.1.建立电路建立电路36数据可以是数字数据也可以是模拟数据，数据传输方向是双向的。2.2.传输数据传输数据37建立时间延迟大；线路利用率低；一旦连接建立，数据传输的实时性、透明性好。电路交换的特点电路交换的特点39先存储，再处理，然后再转发；具有负荷均衡、建立电路延迟小，可进行差错控制；实时性不好。3.5.2 3.5.2 报文交换和报文分组交换报文交换和报文分组交换40以报文为单位交换信息；报文包括：报头、报文正文和报尾；报头一般包括发送端地址、接收端地址以及其他辅助信息。1.1.报文交换（报文交换（Message SwitchingMessage Switching）41以报文分组为单位进行交换；把每个报文分为若干组，每个分组按格式必须附加收发地址标志、分组编号、分组的起始、结束标志和差错校验信息等；降低了对网络结点存储容量的需求，加快了速度，提高了效率；分组太长、太短都不合适，要根据具体线路情况和传输速率确定。2.2.报文分组交换报文分组交换(Packet Switching)(Packet Switching)42综合电路交换和分组交换的交换方式，也叫混合交换方式。动态时分复用。带宽比例按需调节。ATM,DQDB,FR等。3.5.3 3.5.3 高速交换技术高速交换技术43数据传输的有效性主要由数据传输速率、信道带宽和传输延迟等指标衡量。可靠性一般由误码率来衡量。3.6 3.6 数据通信的重要性能指标数据通信的重要性能指标3.6.1 3.6.1 数据传输速率与信道带宽数据传输速率与信道带宽44信道带宽：信道能够传输电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。窄带信道：0-300Hz音频信道：300-3400Hz宽带信道：3400Hz1.1.基本概念基本概念45数据传输速率：信道每秒所传输的二进制比特数，记作bps(bit per second)。信道最大传输速率：信道传输数据速率的上限。信道的最大传输速率正比于信道带宽。波特率:信号每秒钟变化的次数。吞吐量：信道在单位时间内成功传输的信息量。度量单位(p,n,u,m,K,M,G,T)1.1.基本概念基本概念461.傅里叶分析 2.2.信道最大传输速率信道最大传输速率472.奈奎斯特定理有限带宽、无噪声信道的最大传输速率：其中B代表信道的带宽，V是信号有效状态的数量.3.香农定理有噪声信道的最大传输速率与带宽的关系：其中C是信道容量（最大传输速率），B代表信道的带宽，S是信号能量，N是噪声能量。S/N是信噪比。信噪比一般表示方式为 ，单位是分贝(dB).2.2.信道最大传输速率信道最大传输速率48误码率是指二进制码元在传输过程中被传错的概率。误字率误组率3.6.2 3.6.2 误率码误率码49误码率；延迟；抖动。3.6.3 3.6.3 影响信道质量的其他因素影响信道质量的其他因素50通信网提供数据通信服务，它是由电信部门或公司向大众提供的公用服务，一般是有偿的。3.7 3.7 通信网简介通信网简介51PSTN:Public Switched Telephone Network计算机通过Modem接入网络。3.7.1 3.7.1 公用交换电话网公用交换电话网PSTNPSTN52一种老式的数据通信服务例：TELENET,DATAPAC,CHINAPAC3.7.2 3.7.2 公用分组交换网公用分组交换网53数据租用专线，我国的DDN网叫ChinaDDN教育网的CERNET许多用户就是通过ChinaDDN实现远程连接的。3.7.3 3.7.3 数字数据网数字数据网DDNDDN54优点1.带宽较宽，速度快；2.价格便宜；3.用户计算机可以完成其中一部分工作，性能提高。采用面向连接的方式，提供合理速率和较低价格。关键技术：虚拟租用线路；“流水线”方式。3.7.3 3.7.3 帧中继帧中继 FR FR55ISDN3.7.5 3.7.5 综合业务数字网综合业务数字网 ISDN ISDN56ISDN以公用电话网为基础基本速率接口：2B+D;机群速率接口：30B+D或23B+D。3.7.5 3.7.5 综合业务数字网综合业务数字网 ISDN ISDN57优点：（1）速率很快；（2）可靠性强；（3）可以处理所有类型的信息（语音、文本、图像、时频）；（4）可适用领域宽；（5）可同时执行多个任务；（6）是普通电话网的一部分，既可以与ISDN用户也可以与模拟用户以及设备通信。3.7.5 3.7.5 综合业务数字网综合业务数字网 ISDN ISDN58ADSL是一种调制技术，利用普通电话线进行高速数据传输；数据和语音可以同时共享线路；专线连接。3.7.6 3.7.6 非对称数字用户环路非对称数字用户环路 ADSLADSL59利用有线电视网（CATV）提供高速的数据传输的广域网连接技术。除了视频业务，还可以提供语音、数据等宽带多媒体信息业务。上下行速率不对称。上行速率是768kbps,下行速率可以达到38Mbps.3.7.7 3.7.7 有线电视网络有线电视网络 Cable Modem Cable Modem60