計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第2章

1、第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)中山大學(xué)新華學(xué)院 周宇文2012/09/06第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2 信息編碼技術(shù)2.3 數(shù)據(jù)傳輸2.4 通信方式及傳輸媒體2.5 多路復(fù)用技術(shù)2.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.7 奇偶校驗(yàn)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念 2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 凡是將計(jì)算機(jī)或者終端與數(shù)據(jù)傳輸線路連接起來(lái)，達(dá)到傳輸、收集、分配和處理數(shù)據(jù)目的的系統(tǒng)，稱為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的發(fā)展歷程1以電話的廣泛應(yīng)用作為標(biāo)志的，業(yè)務(wù)類型是語(yǔ)音，時(shí)間從19世紀(jì)80年代到20世紀(jì)50年代；220世紀(jì)60年代，以脈碼調(diào)制（pulse code modulation,PCM）為基礎(chǔ)的數(shù)字傳送和衛(wèi)

2、星通信是這一階段典型的技術(shù)，業(yè)務(wù)類型仍然是語(yǔ)音； 320世紀(jì)70年代，以數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和分組交換技術(shù)為特征，業(yè)務(wù)類型以數(shù)據(jù)為主；4開(kāi)始于1980年，以綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信為特征，業(yè)務(wù)類型覆蓋了語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、視頻、圖像等各個(gè)領(lǐng)域。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念 2.1.2 數(shù)據(jù)和信息 數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋。 數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念 2.1.3 信號(hào) 信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的電信號(hào)的表示形式，也稱為電磁編碼或者電子編碼。 模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào)2.2 信息編碼技術(shù) 原始數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)編碼才能在信道上傳輸。2.2 信息編碼技術(shù)2.2.1 數(shù)字

3、調(diào)制技術(shù)（1）調(diào)幅 按照數(shù)字信號(hào)的值改變載波的幅度。（2）調(diào)頻 按照數(shù)字信號(hào)的值改變載波的頻率。（3）調(diào)相 按照數(shù)字信號(hào)的值改變載波的相位。2.2 信息編碼技術(shù) 2.2.2 二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼技術(shù) （1）非歸零編碼NRZ （2）曼徹斯特編碼 （3）差分曼徹斯特編碼2.2 信息編碼技術(shù) 2.2.3 模擬信號(hào)的數(shù)學(xué)編碼技術(shù) （1）采樣 （2）量化 （3）編碼2.3 數(shù)據(jù)傳輸 基帶傳輸：數(shù)字信號(hào)方式 頻帶傳輸：模擬信號(hào)方式基帶傳輸數(shù)字基帶信號(hào)：直流開(kāi)始未經(jīng)調(diào)制的二進(jìn)制脈沖數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)基帶傳輸 ：在通信線路上直接傳輸二進(jìn)制脈沖“數(shù)字基帶信號(hào)” 特點(diǎn)：直流脈沖發(fā)送一次僅傳輸一個(gè)信號(hào)或信道、獨(dú)占通信線路容

4、量 隨距離增大而迅速衰減，中繼器再生和放大信號(hào)必須先編碼，用不同的電平代表信號(hào)“1”和“0”基帶傳輸1. 非歸零編碼(NRZ，Non-Return to Zero) 正電平代表“1”，負(fù)電平代表“0” 發(fā)收保持同步：另一信道發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào) 信道中“0”/“1”連續(xù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生直流分量 比如：計(jì)算機(jī)串行口和調(diào)制解調(diào)器之間 NRZ基帶傳輸2曼徹斯特編碼 編碼規(guī)則： （1）每比特周期分為前后兩部分 （2）前半周期傳送反碼、后半周期傳送原碼 比特中有一次電平跳躍（本地時(shí)鐘 ） 信號(hào)中1 / 0的個(gè)數(shù)相等，信道不含直流分量 比如： 10Base以太網(wǎng) 基帶傳輸3差分曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼的改進(jìn) 編碼規(guī)

5、則： 周期分為前后兩部分，中間的跳變僅起同步作用 開(kāi)始邊界是否發(fā)生跳變來(lái)決定值： 有跳變，為“0” 無(wú)跳變，為“1” 頻帶傳輸 頻帶傳輸：利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸 優(yōu)點(diǎn)： 不同頻率載波共用信道，信道容量利用充分 衰減緩慢，適合遠(yuǎn)距離傳輸 傳輸過(guò)程： 信道：采用某一頻率的正（余）弦信號(hào)作為載波 信源：載波調(diào)制(調(diào)制器 數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)) 信宿：信號(hào)解調(diào)(解調(diào)器 模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào))頻帶傳輸 調(diào)制參數(shù)：振幅A 、角頻率 、相位 正弦載波信號(hào)幅度u 與調(diào)制參數(shù)的關(guān)系 u(t) = A(t)sin(t+) 調(diào)制方式為：- 幅度調(diào)制 (振幅鍵控)：幅度隨數(shù)字信號(hào)變化 - 頻率調(diào)制 (移頻鍵控 )：頻率

6、隨數(shù)字信號(hào)變化 - 相位調(diào)制 (移相鍵控) ：相位隨數(shù)字信號(hào)變化 數(shù)字信號(hào) 幅度調(diào)制 頻率調(diào)制 相位調(diào)制 2.3 數(shù)據(jù)傳輸 2.3.4 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo) 1. 傳輸速率 2. 信道帶寬 3. 信道容量 4. 出錯(cuò)率 5. 延遲 6. 吞吐量數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo) 信道容量與出錯(cuò)率 信道容量就是：指信道能傳輸信息的最大能力，一般以單位時(shí)間內(nèi)最大可傳輸信息的位數(shù)表示。實(shí)際上，信道容量應(yīng)大于傳輸速率，否則高的傳輸速率得不到充分利用。 出錯(cuò)率：信息傳輸?shù)腻e(cuò)誤率，是衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。它可以用接收信息中出現(xiàn)錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)占總傳輸比特?cái)?shù)的比例來(lái)度量，通常應(yīng)低于10-6.數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)傳輸速率

7、、信道帶寬傳輸速率：是指通信線路上傳輸信息的速度。有兩種方法，即碼元（信號(hào)）速率和數(shù)據(jù)（調(diào)制）速率。 碼元速率（RB）：指單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制代碼的數(shù)位。 數(shù)據(jù)速率（Rb）：指脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的傳輸速率。單位是bit/s。 碼元速率與數(shù)據(jù)速率有如下關(guān)系：Rb=RBlog2M .其中M為一個(gè)脈沖信號(hào)所能表達(dá)的有效狀態(tài)。在二進(jìn)制中脈沖只有0或1兩種狀態(tài)，即M=2，也就是說(shuō)，信號(hào)速率S與調(diào)制速率B是一致的。信道寬帶：即信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占據(jù)的頻率范圍。2.4 通信方式2.4.1 并行和串行 計(jì)算機(jī)中的一個(gè)字節(jié)用一個(gè)8位進(jìn)制代碼來(lái)表示。將準(zhǔn)備傳輸?shù)拿總€(gè)字節(jié)的二進(jìn)制代碼按照由高到低

8、的順序，依次發(fā)送。這種傳輸方式稱為串行傳輸。串行傳輸具有成本低，利用率高等優(yōu)點(diǎn)，但是其速度慢。這種通信方式適合長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸。 并行傳輸是指同時(shí)傳輸一組比特，每個(gè)比特用一個(gè)線路通道。其優(yōu)點(diǎn)是：速度快，但是成功率不高，信道利用率也不夠。這種方式適合距離比較短的傳輸。2.4 通信方式 2.4.2 同步和異步通信 數(shù)字傳輸 并行通信 串行通信 異步傳輸 同步傳輸異步傳輸 異步傳輸規(guī)則（起-止式同步方式） 以字符為單位傳輸，字符之間的時(shí)間間隔不固定 收發(fā)雙方時(shí)鐘獨(dú)立，但傳輸速率必須一致 傳輸速率一般為300、600、1200、2400、3600、9600、19200bit/s異步傳輸字符代碼組成 第

9、一個(gè)為起始 位（0） 58位的數(shù)據(jù)位 01位的奇偶校驗(yàn)位 12位的停止位（1）異步傳輸 優(yōu)點(diǎn) 無(wú)需統(tǒng)一的時(shí)鐘 控制簡(jiǎn)單 出錯(cuò)只重發(fā)該字符 缺點(diǎn) 傳輸效率低 適用范圍 終端誤碼率要求高或者數(shù)據(jù)傳輸速率低的線路中同步傳輸 傳輸規(guī)則 以幀為單位傳輸 幀同步：使用特殊標(biāo)志 位同步：多采用內(nèi)同步 兩種方式： 面向字符 面向位同步傳輸 優(yōu)點(diǎn) 對(duì)于大塊的數(shù)據(jù)，有更高的傳輸效率 缺點(diǎn) 若數(shù)據(jù)出錯(cuò)，必須重發(fā)整個(gè)幀 適用范圍 快速或較大規(guī)模的信息傳輸，如計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)2.5 多路復(fù)用技術(shù) 在一個(gè)公共信道上建立兩條或多條傳輸信道 復(fù)用過(guò)程：復(fù)合、傳輸、分離 2.5 多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用（FDM） 原理：利用頻譜搬移

10、將多個(gè)較窄頻帶調(diào)制到不同頻段。 為防止串?dāng)_，需保護(hù)頻帶 多用于傳輸模擬信號(hào)2.5 多路復(fù)用技術(shù)時(shí)分多路復(fù)用（TDM） 若干時(shí)間長(zhǎng)度的幀 每幀若干時(shí)隙 固定時(shí)隙分配 每個(gè)時(shí)隙一個(gè)用戶 多用于傳輸數(shù)字信號(hào) 優(yōu)點(diǎn)： 無(wú)需保護(hù)頻帶，傳輸效率高 信道頻帶窄，容量大 缺點(diǎn)： 雙方時(shí)隙須嚴(yán)格同步2.6 數(shù)據(jù)交換 2.6.1 線路交換 2.6.2 報(bào)文交換 2.6.3 報(bào)文分組交換2.7 差錯(cuò)控制原因 數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中，會(huì)受到來(lái)自信道內(nèi)外的干擾與噪聲，從而產(chǎn)生差錯(cuò)方法 通?？梢圆捎每垢蓴_編碼或糾錯(cuò)編碼來(lái)提高抗干擾能力 使用各種差錯(cuò)校驗(yàn)方法來(lái)檢測(cè)錯(cuò)誤常用差錯(cuò)校驗(yàn)方法 奇偶校驗(yàn) 方塊校驗(yàn) 循環(huán)冗余校 差錯(cuò)控制機(jī)制奇偶校驗(yàn)根據(jù)一組二進(jìn)制位中1和0的個(gè)數(shù)進(jìn)行校驗(yàn)的方法，又稱為垂直冗余校驗(yàn) 。以字符為單位進(jìn)行校驗(yàn) 低7位為信息字符，最高位為校驗(yàn)位奇校驗(yàn)： 校驗(yàn)位使字符代碼中的“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù) 例：11010110偶校驗(yàn) 校驗(yàn)位使字符代碼中的“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù) 例：01010110循環(huán)冗余校驗(yàn)僅用循環(huán)冗余檢驗(yàn) CRC 差錯(cuò)檢測(cè)技術(shù)只能做到無(wú)差錯(cuò)接受(accept)?！盁o(wú)差錯(cuò)接