網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)chaper3

1、1第第3章章 數(shù)據(jù)通信技術(shù)數(shù)據(jù)通信技術(shù)2本章內(nèi)容本章內(nèi)容q數(shù)據(jù)通信的方式數(shù)據(jù)通信的方式q差錯控制技術(shù)差錯控制技術(shù)q數(shù)據(jù)的編碼數(shù)據(jù)的編碼q傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) q多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 33.1數(shù)據(jù)通信的方式數(shù)據(jù)通信的方式 q并行通信和串行通信并行通信和串行通信 q單工、半雙工和全雙工通信單工、半雙工和全雙工通信 q數(shù)據(jù)通信的同步方式數(shù)據(jù)通信的同步方式 41. 并行通信和串行通信并行通信和串行通信 并行通信與串行通信的例子52. 單工、半雙工和全雙工通信單工、半雙工和全雙工通信單工通信半雙工通信雙工通信63. 數(shù)據(jù)通信的同步方式數(shù)據(jù)通信的同步方式q異步方式異步方式 q同步方式同步方式 7(1) 異

2、步方式異步方式q在異步傳輸方式中，在每個傳送的字符碼在異步傳輸方式中，在每個傳送的字符碼（7或或8位）前面，都要加上一個字符起始位）前面，都要加上一個字符起始位，用以表示字符碼的開始。位，用以表示字符碼的開始。q在字符碼或字符校驗碼之后加上在字符碼或字符校驗碼之后加上1個、個、1.5個或個或2個終止位，用以表示該字符的結(jié)束。個終止位，用以表示該字符的結(jié)束。q接收方根據(jù)起始位和終止位判斷每個字符接收方根據(jù)起始位和終止位判斷每個字符的開始和結(jié)束，從而保證通信雙方的同步的開始和結(jié)束，從而保證通信雙方的同步。 8(1) 異步方式異步方式異步傳輸方式示意圖9(2) 同步方式同步方式 q同步傳輸方式是一次

3、傳輸同步傳輸方式是一次傳輸若干個字符碼或若干個字符碼或若干個二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊若干個二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊。在這組數(shù)。在這組數(shù)據(jù)發(fā)送之前，先發(fā)送據(jù)發(fā)送之前，先發(fā)送一個或兩個同步字符一個或兩個同步字符SYN（如（如01111110），用于），用于接收方接收方進(jìn)行同進(jìn)行同步檢測，做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備步檢測，做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。q在同步字符或同步字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)在同步字符或同步字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意長的字符或數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)發(fā)送完送任意長的字符或數(shù)據(jù)塊，在數(shù)據(jù)發(fā)送完后，再利用同步字符或同步字節(jié)通知接收后，再利用同步字符或同步字節(jié)通知接收方整個發(fā)送過程結(jié)束。方整個發(fā)送過程結(jié)束。 10(2) 同步方

4、式同步方式同步傳輸方式示意圖檢錯碼11(2) 同步方式同步方式q為了保證收發(fā)雙方的嚴(yán)格同步為了保證收發(fā)雙方的嚴(yán)格同步，需要進(jìn)一步采取，需要進(jìn)一步采取位同步位同步的方式。的方式。q位同步的目的是使發(fā)送方所發(fā)送數(shù)據(jù)中相鄰位的位同步的目的是使發(fā)送方所發(fā)送數(shù)據(jù)中相鄰位的時間間隔能夠被接收方所知悉，從而保證接收方時間間隔能夠被接收方所知悉，從而保證接收方數(shù)據(jù)采樣時刻的準(zhǔn)確性。這就需要數(shù)據(jù)采樣時刻的準(zhǔn)確性。這就需要接收方能夠獲接收方能夠獲得發(fā)送方的時鐘信號得發(fā)送方的時鐘信號。q位同步有兩種實現(xiàn)方式。第一種方式是采用一個位同步有兩種實現(xiàn)方式。第一種方式是采用一個額外的信道傳送發(fā)送方的同步時鐘，接收方根據(jù)額外

5、的信道傳送發(fā)送方的同步時鐘，接收方根據(jù)該路同步時鐘信號進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，從而保證數(shù)據(jù)該路同步時鐘信號進(jìn)行數(shù)據(jù)接收，從而保證數(shù)據(jù)接收的同步性。接收的同步性。q第二種方式是采用某種第二種方式是采用某種編碼技術(shù)編碼技術(shù)將時鐘信號編碼將時鐘信號編碼到所發(fā)送的數(shù)據(jù)中到所發(fā)送的數(shù)據(jù)中，通過接收方的解碼處理，得，通過接收方的解碼處理，得到同步時鐘信號。到同步時鐘信號。122.2 差錯控制技術(shù)差錯控制技術(shù)q差錯產(chǎn)生的原因差錯產(chǎn)生的原因 q檢錯碼與糾錯碼檢錯碼與糾錯碼 q差錯控制機制差錯控制機制 13差錯產(chǎn)生的原因差錯產(chǎn)生的原因14噪聲噪聲q通信信道中存在加性和乘性兩大類噪聲。加性噪通信信道中存在加性和乘性兩大類噪

6、聲。加性噪聲與被傳送的信號相疊加，從而造成信號的失真，聲與被傳送的信號相疊加，從而造成信號的失真，對通信質(zhì)量有較大影響對通信質(zhì)量有較大影響 。q加性噪聲按照來源不同可分為通信系統(tǒng)內(nèi)部噪聲加性噪聲按照來源不同可分為通信系統(tǒng)內(nèi)部噪聲和外部噪聲。和外部噪聲。 l內(nèi)部噪聲來源于通信系統(tǒng)內(nèi)部，最典型的是內(nèi)部噪聲來源于通信系統(tǒng)內(nèi)部，最典型的是熱噪聲熱噪聲。 l外部噪聲來自于通信系統(tǒng)外部，可分為外部噪聲來自于通信系統(tǒng)外部，可分為人為噪聲和自人為噪聲和自然噪聲然噪聲。 q加性噪聲按照性質(zhì)進(jìn)行分類，可分為單頻噪聲、加性噪聲按照性質(zhì)進(jìn)行分類，可分為單頻噪聲、脈沖噪聲和起伏噪聲。脈沖噪聲和起伏噪聲。q噪聲引起的通信

7、差錯主要有兩大類：隨機錯和突噪聲引起的通信差錯主要有兩大類：隨機錯和突發(fā)錯。隨機錯中的錯誤碼元是孤立的，而突發(fā)錯發(fā)錯。隨機錯中的錯誤碼元是孤立的，而突發(fā)錯則表現(xiàn)為相鄰多個數(shù)據(jù)位出錯且呈突發(fā)性。則表現(xiàn)為相鄰多個數(shù)據(jù)位出錯且呈突發(fā)性。15檢錯碼與糾錯碼檢錯碼與糾錯碼q差錯控制的目的是檢查數(shù)據(jù)傳輸過程中是否差錯控制的目的是檢查數(shù)據(jù)傳輸過程中是否出現(xiàn)了差錯以及對差錯進(jìn)行糾正。出現(xiàn)了差錯以及對差錯進(jìn)行糾正。q有兩種處理差錯的方法有兩種處理差錯的方法:l1.在要發(fā)送的數(shù)據(jù)中加入足夠的冗余信息，以使在要發(fā)送的數(shù)據(jù)中加入足夠的冗余信息，以使接收方能夠推導(dǎo)出已發(fā)出的數(shù)據(jù)應(yīng)該是什么。接收方能夠推導(dǎo)出已發(fā)出的數(shù)據(jù)應(yīng)

8、該是什么。l2.加入足夠的冗余信息加入足夠的冗余信息，使接收方能夠檢測出差，使接收方能夠檢測出差錯的發(fā)生，但無法進(jìn)行糾錯，接收方只能要求發(fā)錯的發(fā)生，但無法進(jìn)行糾錯，接收方只能要求發(fā)送方重傳出錯的數(shù)據(jù)。送方重傳出錯的數(shù)據(jù)。q對于第對于第1種方法，采用糾錯碼（種方法，采用糾錯碼（Error-correcting code）技術(shù)進(jìn)行實現(xiàn)；對于第）技術(shù)進(jìn)行實現(xiàn)；對于第2種方法，采用檢錯種方法，采用檢錯碼碼(Error-detecting code)技術(shù)進(jìn)行實現(xiàn)。技術(shù)進(jìn)行實現(xiàn)。16常見的檢錯碼和糾錯碼常見的檢錯碼和糾錯碼q常見的檢錯碼有奇偶校驗碼和循環(huán)冗余校常見的檢錯碼有奇偶校驗碼和循環(huán)冗余校驗（驗（C

9、yclic Redundancy Check，CRC）碼。碼。q常見的糾錯碼有常見的糾錯碼有海明碼和卷積碼海明碼和卷積碼。17奇偶校驗碼奇偶校驗碼q奇偶校驗碼又稱為奇偶監(jiān)督碼：通過在信奇偶校驗碼又稱為奇偶監(jiān)督碼：通過在信息碼的后面添加一位校驗位，使得整個碼息碼的后面添加一位校驗位，使得整個碼組中組中“1”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。l如果是奇校驗，則根據(jù)情況設(shè)置校驗位為如果是奇校驗，則根據(jù)情況設(shè)置校驗位為“1”或或“0”，使得整個碼組中，使得整個碼組中“1”的個數(shù)是奇數(shù)；的個數(shù)是奇數(shù)；l如果是偶校驗，則根據(jù)情況設(shè)置校驗位為如果是偶校驗，則根據(jù)情況設(shè)置校驗位為“1”或或“0”，使得整

10、個碼組中，使得整個碼組中“1”的個數(shù)是偶數(shù)。的個數(shù)是偶數(shù)。 l例如，字母例如，字母“A”的的7位位ASCII是是1000001，如果，如果采用奇校驗進(jìn)行編碼，則變成采用奇校驗進(jìn)行編碼，則變成10000011，如果，如果采用偶校驗進(jìn)行編碼，則變成采用偶校驗進(jìn)行編碼，則變成10000010。 18循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校驗（CRC）碼）碼qCRC碼又稱為多項式碼，是數(shù)據(jù)通信中使用最多碼又稱為多項式碼，是數(shù)據(jù)通信中使用最多的檢錯碼。的檢錯碼。CRC碼通過在信息位后附加若干位冗碼通過在信息位后附加若干位冗余比特來實現(xiàn)。余比特來實現(xiàn)。q其基本實現(xiàn)過程是：其基本實現(xiàn)過程是：l首先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個通

11、信雙方共同首先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個通信雙方共同約定的數(shù)據(jù)（生成多項式）進(jìn)行約定的數(shù)據(jù)（生成多項式）進(jìn)行除法運算除法運算，并，并根據(jù)根據(jù)余數(shù)余數(shù)得到一個得到一個校驗碼校驗碼；l然后將然后將該校驗碼附加在信息位的后面該校驗碼附加在信息位的后面發(fā)送出去；發(fā)送出去；l接收端在接收到數(shù)據(jù)后，將包括校驗碼在內(nèi)的接收端在接收到數(shù)據(jù)后，將包括校驗碼在內(nèi)的數(shù)據(jù)再與約定的數(shù)據(jù)（生成多項式）做除法運數(shù)據(jù)再與約定的數(shù)據(jù)（生成多項式）做除法運算，若算，若余數(shù)為余數(shù)為0，則認(rèn)為接收到的數(shù)據(jù)正確，則認(rèn)為接收到的數(shù)據(jù)正確，否則認(rèn)為數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)了差錯。否則認(rèn)為數(shù)據(jù)在傳輸過程中出現(xiàn)了差錯。19循環(huán)冗余校驗（循環(huán)冗余校

12、驗（CRC）碼）碼q常使用以下生成多項式常使用以下生成多項式G（x）來產(chǎn)生）來產(chǎn)生CRC校驗碼：校驗碼：lCRC-16：G(x)=x16+x15+x2+1lCRC-CCITT：G(x)=x16+x12+x5+1lCRC-32：G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1qCRC碼的錯誤檢測能力很強。例如，碼的錯誤檢測能力很強。例如，CRC-16和和CRC-CCITT能夠：能夠：l檢測出全部單個錯。檢測出全部單個錯。l檢測出全部離散的二位錯。檢測出全部離散的二位錯。l檢測出全部奇數(shù)個錯。檢測出全部奇數(shù)個錯。l檢測出全部長度小于等于

13、檢測出全部長度小于等于16位的突發(fā)錯。位的突發(fā)錯。l以以99.997%的概率檢查出長度為的概率檢查出長度為17位的突發(fā)錯。位的突發(fā)錯。201 1 0 0 1 1 0 0 0 01 1 0 0 1G(x)1 1 0 0 11 0 0 0 01 1 0 0 11 0 0 1R(x)1 0 0 0 0 1Q(x)f(x).xk1 1 0 0 1 1發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列CRC校驗碼比特序列1 0 0 1帶CRC校驗碼的發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列1 1 0 0 1 1 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 101 0 0 0 0 121差錯控制機制差錯控制機制q通信過程中

14、，通信過程中，接收端在收到數(shù)據(jù)后接收端在收到數(shù)據(jù)后，首先，首先要要進(jìn)行差錯檢測進(jìn)行差錯檢測，以判斷數(shù)據(jù)是否在傳輸，以判斷數(shù)據(jù)是否在傳輸過程中出現(xiàn)了差錯。過程中出現(xiàn)了差錯。q對僅采用檢錯編碼的數(shù)據(jù)，通常要求發(fā)送對僅采用檢錯編碼的數(shù)據(jù)，通常要求發(fā)送端對該數(shù)據(jù)進(jìn)行重傳，直到接收端獲得正端對該數(shù)據(jù)進(jìn)行重傳，直到接收端獲得正確的數(shù)據(jù)。確的數(shù)據(jù)。22差錯控制機制差錯控制機制q通信雙方關(guān)于重傳的協(xié)議主要有三種類型：通信雙方關(guān)于重傳的協(xié)議主要有三種類型：停止等待方式、選擇重傳方式和拉回方式停止等待方式、選擇重傳方式和拉回方式23停止等待方式停止等待方式24選擇重傳方式選擇重傳方式25拉回方式拉回方式262.3

15、 數(shù)據(jù)的編碼數(shù)據(jù)的編碼q不歸零編碼不歸零編碼 q曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼 q差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼271. 不歸零編碼不歸零編碼q不歸零（不歸零（Non-Return to Zero，NRZ）編）編碼通常使用負(fù)電平表示比特碼通常使用負(fù)電平表示比特“1”，用正電，用正電平表示比特平表示比特“0” (也可以正電平表示比特也可以正電平表示比特“1”，用負(fù)電平表示比特，用負(fù)電平表示比特“0” )。l例如在例如在RS-232接口中，用接口中，用-5V-15V的電平表的電平表示示“1”，用，用+5V+15V的電平表示的電平表示“0”。q不歸零編碼的主要缺點是不歸零編碼的主要缺點是不含時鐘信號不含

16、時鐘信號，無法保證發(fā)送方和接收方的數(shù)據(jù)同步，需無法保證發(fā)送方和接收方的數(shù)據(jù)同步，需要通過其他方式進(jìn)行解決：如再發(fā)送一路要通過其他方式進(jìn)行解決：如再發(fā)送一路單獨的同步時鐘信號。單獨的同步時鐘信號。 282. 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼q曼徹斯特（曼徹斯特（Manchester）編碼是目前）編碼是目前使用使用非常廣泛非常廣泛的一種編碼，可用于的一種編碼，可用于10Mbps的以的以太網(wǎng)。太網(wǎng)。q曼徹斯特編碼是一種曼徹斯特編碼是一種自含時鐘編碼自含時鐘編碼，它使它使用跳變來表示比特用跳變來表示比特“0”和和“1”，跳變發(fā)生，跳變發(fā)生在每一位二進(jìn)制信號的中間時刻在每一位二進(jìn)制信號的中間時刻。這個跳這個跳變

17、可作為接收端的時鐘信號變可作為接收端的時鐘信號，從而保證發(fā)，從而保證發(fā)收雙方的同步。收雙方的同步。293. 差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼q差分曼徹斯特（差分曼徹斯特（Differential Manchester）編碼也是一種編碼也是一種自含時鐘編碼自含時鐘編碼，它是對曼徹，它是對曼徹斯特編碼的改進(jìn)。斯特編碼的改進(jìn)。q差分曼徹斯特編碼在每位的中間仍然有一差分曼徹斯特編碼在每位的中間仍然有一個跳變，用于提供同步時鐘。另外，它通個跳變，用于提供同步時鐘。另外，它通過在過在每位的開始處是否存在跳變來表示比每位的開始處是否存在跳變來表示比特特“0”或或“1”。30數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的幾種編碼方法數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的幾

18、種編碼方法3101001011數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)(a)非歸零碼同步時鐘(b)曼徹斯特編碼(c)差分曼徹斯特編碼322.4 物理層下的傳輸介質(zhì)物理層下的傳輸介質(zhì)q 物理層下的傳輸介質(zhì)物理層下的傳輸介質(zhì)不屬于不屬于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系中網(wǎng)絡(luò)協(xié)議體系中物理層物理層的范疇，的范疇，但它但它與物理層協(xié)議的接口標(biāo)準(zhǔn)有著密切的關(guān)系與物理層協(xié)議的接口標(biāo)準(zhǔn)有著密切的關(guān)系。q 傳輸介質(zhì)也稱為傳輸媒體或傳輸媒介，它是通信系統(tǒng)中源傳輸介質(zhì)也稱為傳輸媒體或傳輸媒介，它是通信系統(tǒng)中源端和目的端之間的物理通路。端和目的端之間的物理通路。q 傳輸介質(zhì)可分為傳輸介質(zhì)可分為導(dǎo)向傳輸介質(zhì)和非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)導(dǎo)向傳輸介質(zhì)和非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)兩大類。兩大類。在

19、導(dǎo)向傳輸介質(zhì)中，信號沿著固定的介質(zhì)（如在導(dǎo)向傳輸介質(zhì)中，信號沿著固定的介質(zhì)（如銅線或光纖銅線或光纖）被導(dǎo)向地進(jìn)行傳播。非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)指的是開放空間，可被導(dǎo)向地進(jìn)行傳播。非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)指的是開放空間，可通過無線的方式在非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)中進(jìn)行通過無線的方式在非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)中進(jìn)行電磁波的傳播電磁波的傳播。q 導(dǎo)向傳輸介質(zhì)主要包括導(dǎo)向傳輸介質(zhì)主要包括雙絞線、同軸電纜和光纖雙絞線、同軸電纜和光纖；在非導(dǎo)；在非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)中，常用的無線通信技術(shù)有：向傳輸介質(zhì)中，常用的無線通信技術(shù)有：移動電話、微波移動電話、微波通信、衛(wèi)星通信、紅外通信和激光通信通信、衛(wèi)星通信、紅外通信和激光通信等。等。33導(dǎo)向傳輸介質(zhì)導(dǎo)向傳

20、輸介質(zhì)1. 雙絞線2. 同軸電纜3. 光纖34雙絞線雙絞線q雙絞線（雙絞線（Twisted Pair）是網(wǎng)絡(luò)布線中使用非常）是網(wǎng)絡(luò)布線中使用非常多的一種傳輸介質(zhì)。多的一種傳輸介質(zhì)。雙絞線成本低，制作和使用雙絞線成本低，制作和使用簡便簡便。q雙絞線一般是由雙絞線一般是由多對兩兩扭合多對兩兩扭合在一起的帶有絕緣在一起的帶有絕緣層的層的銅線銅線組成，被封裝在一個絕緣套管中。每根組成，被封裝在一個絕緣套管中。每根銅導(dǎo)線的絕緣層上通常涂有不同的顏色，以示區(qū)銅導(dǎo)線的絕緣層上通常涂有不同的顏色，以示區(qū)分。通常，分。通常，雙絞線扭合的越密雙絞線扭合的越密，其抗干擾能力就，其抗干擾能力就越強，傳輸性能也就越高。

21、越強，傳輸性能也就越高。 35雙絞線雙絞線(1) 雙絞線的分類雙絞線的分類 按性能分類按性能分類雙絞線按照性能不同可分為雙絞線按照性能不同可分為1類線、類線、2類線、類線、3類線、類線、4類類線、線、5類線、超類線、超5類線、類線、6類線和類線和7類線。類別越高，傳輸類線。類別越高，傳輸性能越好，價格也越貴。目前在計算機網(wǎng)絡(luò)布線中使用最性能越好，價格也越貴。目前在計算機網(wǎng)絡(luò)布線中使用最多的是多的是5類線、超類線、超5類線和類線和6類線類線。 按結(jié)構(gòu)分類按結(jié)構(gòu)分類雙絞線按照是否帶有屏蔽層，可分為非屏蔽雙絞線雙絞線按照是否帶有屏蔽層，可分為非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pai

22、r，UTP）和屏蔽雙絞線）和屏蔽雙絞線（Shielded Twisted Pair，STP）兩類。）兩類。36銅線絕緣層外屏蔽層外部保護(hù)層（a ） 屏蔽雙絞線（a ） 屏蔽雙絞線銅線絕緣層外部保護(hù)層（b ） 非屏蔽雙絞線（b ） 非屏蔽雙絞線37雙絞線雙絞線q地理范圍：遠(yuǎn)程中繼地理范圍：遠(yuǎn)程中繼 最大距離最大距離 15KM15KM 局域網(wǎng)與集線器的最大距離局域網(wǎng)與集線器的最大距離 100M100M(2) 雙絞線的連接器雙絞線的連接器雙絞線使用的連接器主要有雙絞線使用的連接器主要有RJ-11和和RJ-45。其。其中，中，RJ-11可連接可連接3對雙絞線纜，而對雙絞線纜，而RJ-45可連可連接接4

23、對對雙絞線纜。雙絞線纜。38RJ-45連接器插頭(2) 雙絞線的連接器雙絞線的連接器雙絞線使用的連接器主要有雙絞線使用的連接器主要有RJ-11和和RJ-45。其。其中，中，RJ-11可連接可連接3對雙絞線纜，而對雙絞線纜，而RJ-45可連接可連接4對對雙絞線纜。雙絞線纜。39雙絞線的制作雙絞線的制作 qEIA/TIA 568A雙絞線制作標(biāo)準(zhǔn)qEIA/TIA 568B雙絞線制作標(biāo)準(zhǔn) 1 Tx6 Rx-2 Tx-3 Rx404142直通雙絞線的鏈接直通雙絞線的鏈接在雙絞線的兩端都按照在雙絞線的兩端都按照EIA/TIA 568A或或EIA/TIA 568B標(biāo)準(zhǔn)中定義的線序進(jìn)行制作標(biāo)準(zhǔn)中定義的線序進(jìn)行

24、制作43交叉雙絞線的鏈接交叉雙絞線的鏈接在雙絞線的一端按照在雙絞線的一端按照EIA/TIA 568A標(biāo)準(zhǔn)制作，在雙絞標(biāo)準(zhǔn)制作，在雙絞線的另一端按照線的另一端按照EIA/TIA 568B標(biāo)準(zhǔn)中定義的線序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)中定義的線序進(jìn)行制作制作4445同軸電纜同軸電纜 q同軸電纜用于傳遞同軸電纜用于傳遞電信號的一對導(dǎo)體電信號的一對導(dǎo)體是按照一層是按照一層圓筒式的外導(dǎo)體套在內(nèi)導(dǎo)體（銅芯）外面，兩個圓筒式的外導(dǎo)體套在內(nèi)導(dǎo)體（銅芯）外面，兩個導(dǎo)體之間使用絕緣材料進(jìn)行隔離而設(shè)計的。導(dǎo)體之間使用絕緣材料進(jìn)行隔離而設(shè)計的。其外其外層導(dǎo)體和內(nèi)層導(dǎo)體在同一個軸心上，所以稱為同層導(dǎo)體和內(nèi)層導(dǎo)體在同一個軸心上，所以稱為同軸電

25、纜軸電纜。 46內(nèi)導(dǎo)體絕緣層外屏蔽層外部保護(hù)層47同軸電纜同軸電纜q按直徑大小分類。按照直徑大小劃分，同軸電按直徑大小分類。按照直徑大小劃分，同軸電纜可分為纜可分為粗纜和細(xì)纜粗纜和細(xì)纜。l粗纜適用于較大型的局部網(wǎng)絡(luò)，它的傳輸距離長，可粗纜適用于較大型的局部網(wǎng)絡(luò)，它的傳輸距離長，可靠性高。其最大傳輸距離可以達(dá)到靠性高。其最大傳輸距離可以達(dá)到500m。l細(xì)纜的傳輸距離短，纜線總長不能超過細(xì)纜的傳輸距離短，纜線總長不能超過185m，否則，否則信號會被嚴(yán)重衰減。細(xì)纜在安裝過程中通常使用信號會被嚴(yán)重衰減。細(xì)纜在安裝過程中通常使用T型型連接器進(jìn)行連接，這種連接方式容易產(chǎn)生故障。連接器進(jìn)行連接，這種連接方式

26、容易產(chǎn)生故障。l在計算機網(wǎng)絡(luò)布線領(lǐng)域，粗纜和細(xì)纜已基本上被雙絞在計算機網(wǎng)絡(luò)布線領(lǐng)域，粗纜和細(xì)纜已基本上被雙絞線和光纜所取代線和光纜所取代。q按電氣特性和傳輸信號類型分類。按電氣特性和傳輸信號類型分類。l特性阻抗為特性阻抗為50歐姆為基帶同軸電纜歐姆為基帶同軸電纜(傳輸數(shù)字信號傳輸數(shù)字信號)，如局域網(wǎng)中使用的粗纜和細(xì)纜。如局域網(wǎng)中使用的粗纜和細(xì)纜。l特性阻抗為特性阻抗為75歐姆的寬帶同軸電纜歐姆的寬帶同軸電纜(傳輸模擬信號傳輸模擬信號)。寬帶同軸電纜常用于傳送有線電視信號。寬帶同軸電纜常用于傳送有線電視信號。 48光纖光纖 q光纖是光導(dǎo)纖維（光纖是光導(dǎo)纖維（Fiber Optics）的簡稱。）的

27、簡稱。它是一種它是一種利用利用光的全反射原理光的全反射原理在在玻璃玻璃制成制成的非常細(xì)的纖維中傳輸光信號的傳輸介質(zhì)的非常細(xì)的纖維中傳輸光信號的傳輸介質(zhì)。q光纖由纖芯和包層構(gòu)成，包層包在纖芯的光纖由纖芯和包層構(gòu)成，包層包在纖芯的外面，是一層具有外面，是一層具有較低折射率較低折射率的物質(zhì)的物質(zhì).49光纖包層外部保護(hù)層(a)(a)保護(hù)層包層光纖(b)(b)包層保護(hù)層50光纖由纖芯和包層構(gòu)成，包層包在纖芯的外面，是一層具光纖由纖芯和包層構(gòu)成，包層包在纖芯的外面，是一層具有有較低折射率較低折射率的物質(zhì)，由于包層的作用，的物質(zhì)，由于包層的作用，光信號在包層表光信號在包層表面形成全反射，只能在纖芯中進(jìn)行傳播

28、面形成全反射，只能在纖芯中進(jìn)行傳播，不會通過包層折，不會通過包層折射出去。射出去。 51光信號的發(fā)送和接收光信號的發(fā)送和接收q在光纖的一端使用發(fā)光二極管（在光纖的一端使用發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）或注入式激光二）或注入式激光二極管（極管（Injection Laser Diode，ILD）將光）將光脈沖傳送至光纖。脈沖傳送至光纖。q在光纖的另一端采用光敏元件進(jìn)行接收，在光纖的另一端采用光敏元件進(jìn)行接收，完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。完成從光信號到電信號的轉(zhuǎn)換。 52光電轉(zhuǎn)換LED發(fā)送端輸入輸入PIN接收端輸出輸出光纖光纖光信號光電轉(zhuǎn)換53四芯光纜的剖面示意圖四

29、芯光纜的剖面示意圖 54光纖的分類光纖的分類 q按光的傳輸模式分類按光的傳輸模式分類 l多模光纖（多模光纖（Multi Mode Fiber）：多模光纖）：多模光纖允許多個允許多個光束在同一條纖芯上傳輸光束在同一條纖芯上傳輸，其纖芯直徑范圍從，其纖芯直徑范圍從50m到到幾百幾百m不等。對于不等。對于100Mbps的傳輸速率，多模光纖的的傳輸速率，多模光纖的傳輸距離可達(dá)傳輸距離可達(dá)2km；對于；對于1Gbps的傳輸速率，其傳輸?shù)膫鬏斔俾?，其傳輸距離可達(dá)距離可達(dá)500600m；對于；對于10Gbps的傳輸速率，其傳的傳輸速率，其傳輸距離可達(dá)輸距離可達(dá)300m。 l單模光纖單模光纖(Single M

30、ode Fiber)：典型：典型單模光纖的纖芯單模光纖的纖芯直徑為直徑為810m，包層外直徑為，包層外直徑為125m。在單模光纖。在單模光纖中，中，光束能夠以單一的模式無反射地沿纖芯軸心方向光束能夠以單一的模式無反射地沿纖芯軸心方向傳播傳播。單模光纖的模式色散很小，。單模光纖的模式色散很小，能夠把光以很高的能夠把光以很高的頻率傳輸很長距離頻率傳輸很長距離。單模光纖能夠以。單模光纖能夠以10Gbps的速率將的速率將數(shù)據(jù)傳送超過數(shù)據(jù)傳送超過60km的距離，甚至更遠(yuǎn)。的距離，甚至更遠(yuǎn)。 55常用光纖規(guī)格常用光纖規(guī)格光纖規(guī)格光纖規(guī)格光纖類型光纖類型纖芯直徑纖芯直徑（mm）包層直徑包層直徑（mm）8/1

31、25單模81259/125單模912510/125單模1012550/125多模5012562.5/125多模62.5125100/140多模100140200/230多模20023057光纖的分類光纖的分類q按制造材料分類按制造材料分類 ：按照制造材料劃分，光：按照制造材料劃分，光纖可分為無機光導(dǎo)纖維和高分子光導(dǎo)纖維。纖可分為無機光導(dǎo)纖維和高分子光導(dǎo)纖維。其中，無機光導(dǎo)纖維在工業(yè)領(lǐng)域得到大量其中，無機光導(dǎo)纖維在工業(yè)領(lǐng)域得到大量應(yīng)用。應(yīng)用。 5859光纖的主要特點光纖的主要特點 q 通信容量大，傳輸距離遠(yuǎn)通信容量大，傳輸距離遠(yuǎn)。q 抗抗電磁電磁干擾干擾，傳輸可靠性高。，傳輸可靠性高。q 無信號

32、泄露，難于竊聽，安全性好。無信號泄露，難于竊聽，安全性好。q 光纖尺寸小且重量輕，易于運輸和鋪設(shè)。光纖尺寸小且重量輕，易于運輸和鋪設(shè)。q 光纖對環(huán)境的適應(yīng)性強，使用壽命長。光纖對環(huán)境的適應(yīng)性強，使用壽命長。非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)1. 無線電波的頻段劃分2. 無線電波的傳播方式3. 微波通信4. 紅外通信5. 自由空間的激光通信1. 無線電波的頻段劃分無線電波的頻段劃分l電磁波在自由空間中傳播電磁波在自由空間中傳播即無線方式傳播即無線方式傳播。l無線頻率（無線頻率（不同頻率的電磁波不同頻率的電磁波）是一種有限的是一種有限的自然資源，自然資源，在各個國家都被嚴(yán)格管制使用在各個國家都被嚴(yán)格管制

33、使用。無。無線通信的頻率資源可根據(jù)無線通信的業(yè)務(wù)種類線通信的頻率資源可根據(jù)無線通信的業(yè)務(wù)種類和性質(zhì)進(jìn)行分類，如所示。和性質(zhì)進(jìn)行分類，如所示。l不同頻率的電磁波不同頻率的電磁波（用于通訊的）可以分為（用于通訊的）可以分為無無線電，微波，紅外與可見光線電，微波，紅外與可見光。頻段名稱頻段名稱頻率范圍頻率范圍波長范圍波長范圍波段名稱波段名稱用途用途甚低頻甚低頻VLFVLF3k30kHz3k30kHz10105 510104 4 m m甚長波甚長波潛艇通信，地下通信潛艇通信，地下通信低頻低頻LFLF30k300kHz30k300kHz10104 410103 3 mm長波長波國際廣播，導(dǎo)航國際廣播，導(dǎo)

34、航中頻中頻MFMF300k3MHz300k3MHz10103 310102 2 m m中波中波調(diào)幅廣播、導(dǎo)航、業(yè)調(diào)幅廣播、導(dǎo)航、業(yè)余余無線電無線電通信通信高頻高頻HFHF3M30MHz3M30MHz10102 210m10m短波短波移動無線電話移動無線電話、短波、短波廣播、業(yè)余無線廣播、業(yè)余無線電通信電通信甚高頻甚高頻VHFVHF30M300MHz30M300MHz101m101m米波米波調(diào)頻廣播、電視廣播調(diào)頻廣播、電視廣播、車輛通信、航、車輛通信、航空通信空通信特高頻特高頻UHFUHF300MHz3GH300MHz3GHz z1m10cm1m10cm分米波分米波電視廣播、雷達(dá)導(dǎo)航電視廣播、雷

35、達(dá)導(dǎo)航、移動通信、藍(lán)、移動通信、藍(lán)牙專用短程通信牙專用短程通信超高頻超高頻SHFSHF3G30GHz3G30GHz101cm101cm厘米波厘米波微波微波接力、雷達(dá)、接力、雷達(dá)、衛(wèi)衛(wèi)星和空間通信星和空間通信極高頻極高頻EHFEHF30G300GHz30G300GHz1cm1mm1cm1mm毫米波毫米波微波接力、雷達(dá)、遙微波接力、雷達(dá)、遙感、射電天文學(xué)感、射電天文學(xué)2. 無線電波的傳播方式無線電波的傳播方式q無線電波的發(fā)送和接收是通過無線電波的發(fā)送和接收是通過天線天線進(jìn)行的。天線進(jìn)行的。天線一般都具有一般都具有可逆性可逆性，即同一副天線既可以作為發(fā)，即同一副天線既可以作為發(fā)射天線使用，也可以作為

36、接收天線使用。在無線射天線使用，也可以作為接收天線使用。在無線電波的電波的發(fā)送端，信號通過饋線輸送至天線發(fā)送端，信號通過饋線輸送至天線，由天，由天線以電磁波的形式輻射出去；在無線電波的接收線以電磁波的形式輻射出去；在無線電波的接收端，天線接收到空中的電磁波信號后，通過端，天線接收到空中的電磁波信號后，通過饋線饋線傳送給后續(xù)的接收機單元進(jìn)行處理傳送給后續(xù)的接收機單元進(jìn)行處理。q無線電波的傳播方式主要有無線電波的傳播方式主要有3種：種：地波傳播地波傳播、天天波波傳播和傳播和直線直線傳播傳播l地波地波(長波長波 中波和中短波適合中波和中短波適合,短波和微波不適短波和微波不適合合,只能傳幾百千米范圍內(nèi)

37、只能傳幾百千米范圍內(nèi),無線電廣播無線電廣播)沿沿地球表面?zhèn)鞑サ臒o線電波稱為地波。地球表面?zhèn)鞑サ臒o線電波稱為地波。l天波天波(短波適合短波適合,國際廣播國際廣播)依靠依靠電離層電離層的反射來傳播的無線電波稱為天波。的反射來傳播的無線電波稱為天波。l直線傳播直線傳播(幾十千米范圍內(nèi)幾十千米范圍內(nèi)微波微波)微波微波的傳播形式和光一樣，是沿的傳播形式和光一樣，是沿直線直線傳播的，稱傳播的，稱為直線傳播。為直線傳播。3. 微波通信微波通信q 在無線電波中，微波的頻率范圍是在無線電波中，微波的頻率范圍是300MHz300GHz，波長范，波長范圍是圍是1m1mm。根據(jù)其波長的不同，微波又可劃分為分米波。根據(jù)

38、其波長的不同，微波又可劃分為分米波、厘米波和毫米波。微波的傳播方式是、厘米波和毫米波。微波的傳播方式是直線傳播直線傳播。q 可通過微波通信傳送視頻、圖像、電話、電報等信息。微波通可通過微波通信傳送視頻、圖像、電話、電報等信息。微波通信的特點如下：信的特點如下：(1) 微波所處的微波所處的頻段很高頻段很高，其，其頻率范圍很寬頻率范圍很寬，因此，因此微波通信的微波通信的容量很大容量很大。(2) 工業(yè)噪聲和天電噪聲的頻率比微波頻段要低得多，其對微工業(yè)噪聲和天電噪聲的頻率比微波頻段要低得多，其對微波通信的影響較短波和米波通信來說要小很多。因此，與短波波通信的影響較短波和米波通信來說要小很多。因此，與短

39、波通信和米波通信相比，通信和米波通信相比，微波通信具有較高的傳輸質(zhì)量微波通信具有較高的傳輸質(zhì)量。(3) 地面微波通信的建設(shè)投資相對要小，容易跨越山谷、河流地面微波通信的建設(shè)投資相對要小，容易跨越山谷、河流等地理障礙。等地理障礙。q 微波通信主要有兩種形式：微波通信主要有兩種形式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。地面微波接力通信地面微波接力通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信q 衛(wèi)星通信是指地球上的無線電通信站通過衛(wèi)星通信是指地球上的無線電通信站通過衛(wèi)星作為中繼站衛(wèi)星作為中繼站而進(jìn)而進(jìn)行的一種微波通信。行的一種微波通信。q 衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括衛(wèi)星和地面站衛(wèi)星和地面站兩個部分。

40、衛(wèi)星在通信系統(tǒng)中兩個部分。衛(wèi)星在通信系統(tǒng)中起到了中繼站的作用：它將某一地面站發(fā)送的信號經(jīng)處理后轉(zhuǎn)起到了中繼站的作用：它將某一地面站發(fā)送的信號經(jīng)處理后轉(zhuǎn)發(fā)給另一個地面站。發(fā)給另一個地面站。q 衛(wèi)星通信的主要特點包括：衛(wèi)星通信的主要特點包括：通信范圍大通信范圍大，在衛(wèi)星所覆蓋范圍下，在衛(wèi)星所覆蓋范圍下的任意兩點都可以進(jìn)行通信；的任意兩點都可以進(jìn)行通信；可靠性高可靠性高，不易受各種陸地災(zāi)害，不易受各種陸地災(zāi)害的影響；能夠方便地實現(xiàn)廣播和多址通信。的影響；能夠方便地實現(xiàn)廣播和多址通信。q 根據(jù)通信衛(wèi)星與地球表面距離的不同，通信衛(wèi)星可大致分為三根據(jù)通信衛(wèi)星與地球表面距離的不同，通信衛(wèi)星可大致分為三種類型

41、：低地球軌道（種類型：低地球軌道（Low Earth Orbit，LEO）衛(wèi)星、中地）衛(wèi)星、中地球軌道（球軌道（Middle Earth Orbit，MEO）衛(wèi)星、地球靜止軌道（）衛(wèi)星、地球靜止軌道（Geostationary Earth Orbit, GEO）衛(wèi)星。）衛(wèi)星。q 低地球軌道（低地球軌道（LEO）衛(wèi)星）衛(wèi)星(160-2000km),(1-13ms) ，采用集群技術(shù)，用于移動通訊設(shè)備之間的通訊，采用集群技術(shù)，用于移動通訊設(shè)備之間的通訊q 中地球軌道（中地球軌道（MEO）衛(wèi)星）衛(wèi)星(2000-35786km) ),(13-238ms)GPSq 地球靜止軌道（地球靜止軌道（GEO）衛(wèi)星

42、）衛(wèi)星(35786km) ,(0.238s)(3顆覆蓋地球顆覆蓋地球一圈一圈 )4. 紅外通信紅外通信q 紅外線的頻率范圍大致為紅外線的頻率范圍大致為300GHz400THz（波長從（波長從1mm到到750nm）,分為遠(yuǎn)紅外、中紅外和近紅外三個波段分為遠(yuǎn)紅外、中紅外和近紅外三個波段。紅外數(shù)據(jù)傳輸一般使用近紅外波段。紅外數(shù)據(jù)傳輸一般使用近紅外波段。q 紅外通信就是利用紅外技術(shù)實現(xiàn)紅外通信就是利用紅外技術(shù)實現(xiàn)兩點之間兩點之間的通信。紅外通的通信。紅外通信系統(tǒng)可分為兩個部分：紅外發(fā)射單元和紅外接收單元。信系統(tǒng)可分為兩個部分：紅外發(fā)射單元和紅外接收單元。發(fā)射單元負(fù)責(zé)對源信號進(jìn)行調(diào)制，然后以紅外線的方式

43、發(fā)發(fā)射單元負(fù)責(zé)對源信號進(jìn)行調(diào)制，然后以紅外線的方式發(fā)射出去；接收單元通過光學(xué)裝置和紅外探測器進(jìn)行紅外信射出去；接收單元通過光學(xué)裝置和紅外探測器進(jìn)行紅外信號的接收。號的接收。q 紅外通信的優(yōu)點是性能價格比高，實現(xiàn)容易，抗電磁干擾紅外通信的優(yōu)點是性能價格比高，實現(xiàn)容易，抗電磁干擾；缺點是只能在；缺點是只能在直視范圍內(nèi)通信，且無法穿透不透明的障直視范圍內(nèi)通信，且無法穿透不透明的障礙物。礙物。5. 自由空間的激光通信自由空間的激光通信q 紅外通信技術(shù)屬于點對點（紅外通信技術(shù)屬于點對點（Point-to-Point）通信，而激光通）通信，而激光通信也是一種信也是一種點對點點對點通信技術(shù)。通信技術(shù)。q 與

44、紅外通信相類似，激光通信也是在與紅外通信相類似，激光通信也是在直視范圍內(nèi)直視范圍內(nèi)進(jìn)行。與紅外進(jìn)行。與紅外光不同的是，激光的波束較窄，通常只有幾厘米寬，因此在通光不同的是，激光的波束較窄，通常只有幾厘米寬，因此在通信時要求信時要求激光發(fā)送器和激光接收器的精確對準(zhǔn)激光發(fā)送器和激光接收器的精確對準(zhǔn)，以確保發(fā)送的，以確保發(fā)送的激光光束能夠被接收器的感應(yīng)設(shè)備接收到。激光光束能夠被接收器的感應(yīng)設(shè)備接收到。q 與紅外通信相比，激光通信適合于與紅外通信相比，激光通信適合于戶外使用戶外使用，且能夠，且能夠傳輸較長傳輸較長的距離的距離?？梢岳眉す馔ㄐ磐瓿沙鞘兄袠怯钪g的信息傳輸?？梢岳眉す馔ㄐ磐瓿沙鞘兄袠怯?/p>

45、之間的信息傳輸。q 例如，兩座鄰近的建筑物需要進(jìn)行通信，但又不允許進(jìn)行電纜例如，兩座鄰近的建筑物需要進(jìn)行通信，但又不允許進(jìn)行電纜的鋪設(shè)，這時可通過在建筑物屋頂上架設(shè)激光通信設(shè)備的方式的鋪設(shè)，這時可通過在建筑物屋頂上架設(shè)激光通信設(shè)備的方式進(jìn)行激光通信。進(jìn)行激光通信。5. 自由空間的激光通信自由空間的激光通信激光通信的主要優(yōu)點是：激光通信的主要優(yōu)點是：(1) 通信容量大。理論上講，激光通信可同時傳送通信容量大。理論上講，激光通信可同時傳送1000萬路電視節(jié)目。萬路電視節(jié)目。(2) 保密性好。由于激光具有很強的方向性，不易保密性好。由于激光具有很強的方向性，不易發(fā)生信號泄露。發(fā)生信號泄露。(3) 結(jié)

46、構(gòu)輕便，設(shè)備成本低。與微波天線相比，激結(jié)構(gòu)輕便，設(shè)備成本低。與微波天線相比，激光通信所需的發(fā)射和接收天線體積?。ㄖ睆絻H有光通信所需的發(fā)射和接收天線體積小（直徑僅有幾十厘米），重量輕（幾公斤），便于安裝。幾十厘米），重量輕（幾公斤），便于安裝。5. 自由空間的激光通信自由空間的激光通信激光通信的主要缺點是：激光通信的主要缺點是：(1) 受大氣和氣候的影響較為嚴(yán)重。例如，云霧、受大氣和氣候的影響較為嚴(yán)重。例如，云霧、雨雪和灰塵等均會阻礙激光的傳播，從而減小了雨雪和灰塵等均會阻礙激光的傳播，從而減小了其通信距離。其通信距離。(2) 發(fā)送器和接收器的對準(zhǔn)比較困難。由于激光具發(fā)送器和接收器的對準(zhǔn)比較困難

47、。由于激光具有很強的方向性，必須保證發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備有很強的方向性，必須保證發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的精確對準(zhǔn)。這不但對設(shè)備的穩(wěn)定性和精度提出的精確對準(zhǔn)。這不但對設(shè)備的穩(wěn)定性和精度提出了很高的要求，而且安裝調(diào)試也比較復(fù)雜。了很高的要求，而且安裝調(diào)試也比較復(fù)雜。732.4 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用的工作原理多路復(fù)用的工作原理 ：通過某種技術(shù)使通過某種技術(shù)使多用多用戶共享一條通訊線路，以最大限度地利用戶共享一條通訊線路，以最大限度地利用信道資源信道資源高速通信線路多路復(fù)用器多路復(fù)用器742.4 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) q頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（Frequency Division Mul

48、tiplexing，F(xiàn)DM）q波分多路復(fù)用（波分多路復(fù)用（Wave-length Division Multiplexing，WDM）q時分多路復(fù)用（時分多路復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）q碼分多路復(fù)用（碼分多路復(fù)用（Code Division Multiplexing，CDM） 752.4.1 頻分多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用技術(shù) q頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用(FDM)是將線路的可用頻帶劃分成是將線路的可用頻帶劃分成若干個在頻率上互不重疊的頻段，每路信號占用若干個在頻率上互不重疊的頻段，每路信號占用一個頻段。一個頻段。 電話信號的頻分多路復(fù)用傳輸 q例如，傳統(tǒng)的有線電視系統(tǒng)、無線電廣播，都是例如，傳統(tǒng)的有線電視系統(tǒng)、無線電廣播，都是采取這種方式。在傳統(tǒng)有線電視系統(tǒng)中，盡管多