網(wǎng)絡工程師.課件

1、第二章 數(shù)據(jù)通信基礎 2.1 傳輸媒體 2.1.1 有線傳輸媒體 1.雙絞線 2.同軸電纜 3.光纖第1頁，共37頁。2.1.2 無線傳輸媒體 1.無線電短波通信 2.地面微波中繼 3.衛(wèi)星通信 4.蜂窩無線通信 第2頁，共37頁。2.2 數(shù)據(jù)交換技術 2.2.1 電路交換 第3頁，共37頁。2.2.2 報文交換 報文交換可以理解為存儲轉(zhuǎn)發(fā)。對于實時性要求不高的數(shù)據(jù)信息，中轉(zhuǎn)結點可以先把收到的信息存儲起來，直到合適的信道空閑時再將信息轉(zhuǎn)發(fā)到下一結點，經(jīng)過多次這樣存儲轉(zhuǎn)發(fā)信息最終到達目標結點。第4頁，共37頁。2.2.3 分組交換 分組交換在實際應用中可以分為兩大類：數(shù)據(jù)報方式（Datagram

2、）和虛電路（Virtual Circuit）方式。第5頁，共37頁。數(shù)據(jù)報方式 在數(shù)據(jù)報方式中，分組傳送不需要預先在源主機和目的主機之間建立“線路連接”。源主機發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇傳輸路徑，每個分組可能通過不同的傳輸路徑到達目的主機。因此，每個分組必須包含目的站點的地址。 第6頁，共37頁。 數(shù)據(jù)報方式的工作原理 第7頁，共37頁。2. 虛電路方式 虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與電路交換的優(yōu)點結合起來，達到最佳的數(shù)據(jù)交換效果。它提供的服務是面向連接的，但在網(wǎng)絡內(nèi)部卻是用分組交換實現(xiàn)而不是用電路交換實現(xiàn)。在兩個端用戶相互通信前建立一條邏輯連接，即虛電路。 第8頁，共37頁。 虛電路有兩

3、種類型：永久虛電路型PVC（Permanent Virtual Circuit）和交換虛電路SVC（Switched Virtual Circuit）。前者一般適于需要長期頻繁交換信息的站點之間使用，后者則適于間歇性的應用以及高度網(wǎng)狀連接的網(wǎng)絡。 第9頁，共37頁。2.3 模擬傳輸技術 由于數(shù)字信號含有大量的低頻信號，甚至還含有直流分量，所以它往往不能直接通過電活線路傳輸（話音通路頻帶范圍般為3003400 Hz）。因此要利用電話線路傳輸數(shù)字信號，必須采取措施把數(shù)據(jù)信號調(diào)制到電話線路的頻帶范圍內(nèi)。 第10頁，共37頁。2.3 模擬傳輸技術 數(shù)字信號的調(diào)制實際上是用二進制信號對載波波形的三個參數(shù)

4、進行控制，使這些參數(shù)隨二進制信號的變化而變化，完成上述功能的設備就稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem ）。 第11頁，共37頁。2.3.1 信號的調(diào)制技術 調(diào)制是指將發(fā)送端數(shù)字數(shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程。在調(diào)制過程中，首先要選取音頻范圍內(nèi)的某一角頻率w的正（余）弦信號作為載波，該正（余）弦信號可以寫為： u（t） umsin(t0) 由上述公式可以看出，可以通過改變?nèi)齻€參數(shù)（振幅um、角頻率、相位），來實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號的編碼。 第12頁，共37頁。1. 幅移鍵控（ASK, Amplitude Shift Keying） 幅移鍵控方法是通過改變載波信號振幅來表示數(shù)字信號1、0。 2.頻移鍵控（FS

5、K, Frequency Shift Keying） 頻移鍵控方法是通過改變載波信號角頻率來表示數(shù)字信號1、0 第13頁，共37頁。3. 相移鍵控（PSK, Phase Shift Keying） 相移鍵控方法是通過改變載波信號相位值來表示數(shù)字信號1、0 上述三種調(diào)制技術也可以組合起來使用以提高數(shù)據(jù)傳輸速率，如利用振幅相位混合調(diào)制的正交調(diào)制QAM（Quadrature Amplitude Modulation）方法。第14頁，共37頁。2.3.2 調(diào)制解調(diào)器(Modem) 在模擬電話系統(tǒng)上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信號包括兩個過程：將發(fā)送端的數(shù)字數(shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程稱為調(diào)制；在接收端將模擬數(shù)據(jù)信

6、號還原成數(shù)字數(shù)據(jù)信號的過程稱為解調(diào)。調(diào)制解調(diào)器即是具備上述兩個功能的設備。第15頁，共37頁。1. 調(diào)制解調(diào)器的標準 Modem標準規(guī)定了Modem所采用的調(diào)制方式以及所支持的數(shù)據(jù)傳輸速率，大多數(shù)由國際電信聯(lián)盟（ITU）進行標準化。 ITU標準 傳輸速率 V.32 V.32bis V.34 V.42 V.90 9.6Kbit/s 14.4Kbit/s 28.8Kbit/s 33.6Kbit/s 56Kbit/s 第16頁，共37頁。 為了提高Modem的傳輸速度和有效數(shù)據(jù)傳輸率，目前許多Modem都采用數(shù)據(jù)壓縮和差錯控制技術。通常使用的壓縮技術有兩種： CCITT規(guī)范 Microcom網(wǎng)絡協(xié)議

7、（Microcom networking protocol，MNP） 常用的差錯控制標準有兩種。其中使用最廣泛的標準是Microcom的網(wǎng)絡協(xié)議。MNP14級以及MNP 10級描述差錯控制技術。 第17頁，共37頁。2. 調(diào)制解調(diào)器的分類 按通信設備對Modem進行分類: 撥號Modem 專線Modem 按數(shù)據(jù)傳輸方式進行分類: 同步Modem 異步Modem 第18頁，共37頁。按通信方式對Modem進行分類: 單工 半雙工 全雙工 按傳輸速率進行分類: 低速 中速 高速 第19頁，共37頁。按Modem支持的物理接口的不同分類: RS232C接口 RS449接口 RS530接口 V.35接

8、口 V.21接口 第20頁，共37頁。3. 調(diào)制解調(diào)器的工作模式 調(diào)制解調(diào)器有兩種工作模式：一是命令模式，一是數(shù)據(jù)模式。在命令模式中運行的Modem，對用戶送到Modem的任何信息都作為命令來解釋。數(shù)據(jù)模式（data mode），也稱聯(lián)機模式（online mode）。在這種模式中運行的Modem，對用戶給它的任何信息都作為數(shù)據(jù)來解釋。 第21頁，共37頁。2.3.3 模擬傳輸系統(tǒng) 模擬傳輸是指數(shù)據(jù)在傳輸介質(zhì)中以模擬信號的方式傳輸。模擬通信系統(tǒng)中信息源輸出的是模擬信號，以電話系統(tǒng)為例:電話通信系統(tǒng)模型 第22頁，共37頁。1.模擬數(shù)據(jù)的模擬傳輸 傳統(tǒng)的電話系統(tǒng)都是分級交換，辦法是設置不同級別的

9、交換中心。普通用戶通過廉價的雙絞線電纜連接到市電話局，長途干線最初采用頻分復用的傳輸方式，即所謂的載波電話。第23頁，共37頁。2.數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬傳輸 想利用現(xiàn)有的電話網(wǎng)系統(tǒng)進行數(shù)字傳輸，必須先將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，即對數(shù)字信號進行調(diào)制，在經(jīng)過模擬傳輸系統(tǒng)后，再將模擬信號解調(diào)成數(shù)字信號。 第24頁，共37頁。2.4 多路復用技術 多路復用技術一般形式有：頻分多路復用（FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing）時分多路復用（TDM，Time Division Multiplexing）波分多路復用（WDM，Wave Division Multiplexing）碼

10、分多路復用（CDM, Code Division Multiplexing）。 第25頁，共37頁。2.4.1 頻分多路復用 把多個信號調(diào)制在不同的載波頻率上，從而在同一介質(zhì)上實現(xiàn)同時傳送多路信號，即將信道可用頻帶按頻率分割多路信號的方法劃分為若干互不重疊的頻段，每路信號占其中一個頻段，從而形成許多個子信道；在接收端用適當?shù)臑V波器將多路信號分開，分別進行解調(diào)和終端處理，這種技術稱為頻分多路復用（FDM）。 第26頁，共37頁。2.4.1 頻分多路復用 第27頁，共37頁。2.4.2 時分多路復用 時分多路復用是將多路信號按一定的時間間隔相間發(fā)送，以在一條傳輸線上實現(xiàn)“同時”傳送多路信號。TDM

11、將信道的傳輸時間劃分為許多個時隙，而將若干個時隙組成時分復用幀，用每個時分復用幀中某一固定序號的時隙組成一個子信道，每個子信道占用的帶寬相同，每個時分復用幀所占的時間也是相同的。 第28頁，共37頁。2.4.2 時分多路復用 第29頁，共37頁。1.同步時分復用 同步時分復用采用固定時間片分配方式，即將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段，再將每一時間段分成等長度的多個時隙，每個時隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號，各路數(shù)字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。第30頁，共37頁。2. 統(tǒng)計時分復用 統(tǒng)計時分復用又稱為異步時分復用或者智能時分復用（ITDM）,它能動態(tài)地按需分配時隙，避

12、免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。統(tǒng)計時分復用就是只有某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它，當用戶暫停發(fā)送時不為其分配資源時隙。 第31頁，共37頁。3.同步TDM和STDM的比較（1） 時間片的比較 對應于N條輸入線路，同步系統(tǒng)中幀內(nèi)至少需要有N個固定的時間片，而在統(tǒng)計（異步）系統(tǒng)中所需時間片的最大值小于N。第32頁，共37頁。（2） 效率的比較 同步TDM便宜且可靠，并能降低通信費用，但通信效率較低。STDM系統(tǒng)具有較高的傳輸速率，但一由于數(shù)據(jù)到達復用器的速率可能超過復用器把數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈路的速率，因此需要一個緩沖區(qū)緩存數(shù)據(jù)；另外由于解復用器無法判斷時間片和輸出線路的對應關系，所有每個時間片必

13、須攜帶一個地址來指明數(shù)據(jù)去向，在一定程度上影響了效率。 第33頁，共37頁。2.4.3 波分多路復用（WDM） 波分多路復用技術是在一定的帶寬上將輸入的光信號調(diào)制在特定的頻率上，之后通過波長復用器將調(diào)制后的信號復用在一根光纖上，復用后的信號經(jīng)傳送后到達目的地后，再經(jīng)過分離或解復用出不同的波長。波分復用是光的頻分多路復用。第34頁，共37頁。2.4.4 碼分復用 根據(jù)碼型結構的不同來實現(xiàn)信號分割的多路復用稱為碼分多路復用（CDM）或碼分多址（CDMACode Division Multiple Access）,與FDM和TDM完全不同，它允許所有站在同一時間使用整個信道進行數(shù)據(jù)傳送。第35頁，共37頁。 CDMA的關鍵就是在多重線性疊加的信號中能提取所需的信號,對其他的信號當作隨機噪聲丟棄。在CDMA中，每比特時間被分成m個碼片（chip），通常，每比特可有64個128個碼片。每個站點被指定一個惟一的m位代碼或碼片序列。當發(fā)送比特1時，站點送出的是碼片序列，若發(fā)送比特0時，