《計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)》項目1計算機網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

項目1

計算機網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)概述計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，以及世界各國政府對“信息高速公路”建設(shè)的重視和推動，電子媒體、電子郵箱、電子商務(wù)、網(wǎng)絡(luò)銀行、網(wǎng)絡(luò)視頻、即時通信、電子政務(wù)等等，網(wǎng)絡(luò)中的各種應(yīng)用改變了人們的生活方式，由此造成了世界翻天覆地的變化，稱為“工業(yè)革命”之后的又一次革命，即為“信息革命”。2022/12/32網(wǎng)絡(luò)是信息傳輸與共享的平臺。所傳輸?shù)男畔ㄎ淖?、圖片、聲音和視頻等，這些信息作為我們所看到的內(nèi)容并不是直接從網(wǎng)絡(luò)的一端傳到另一端的。類似于計算機網(wǎng)絡(luò)的電話網(wǎng)，打電話的雙方聽到的是對方的聲音，但是聲音并不能通過電話線直接從一端傳送到另一端，之所以能夠聽到對方的聲音是因為電話系統(tǒng)將聲音轉(zhuǎn)換成了電信號才得以在電話線上傳輸，這就涉及到如何把信息轉(zhuǎn)換成能夠在電話線上傳輸?shù)碾娦盘柕膯栴}，這就是數(shù)據(jù)編碼的問題。2022/12/33當(dāng)有了載有信息的電信號之后，如何傳輸這個電信號，比如說用幾根線傳輸，信號是雙向傳輸還是單向傳輸（即打電話的雙方是否能夠同時說話）等諸如此類有關(guān)實現(xiàn)終端信號傳輸?shù)膯栴}即為數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)問題。2022/12/34在任何打電話的雙方之間建立一根直接的連線是不經(jīng)濟(jì)的，電話是作為終端連接在一個龐大的電話網(wǎng)之中的，那么也就是說電信號需要在這個電話網(wǎng)中尋找一條道路傳輸?shù)綄Ψ浇K端，而網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點就像鐵道網(wǎng)中的火車站一樣，需要去調(diào)度在鐵道上運行的眾多“火車”。通過調(diào)度，不僅要防止混亂的發(fā)生，而且也要提高“火車”的通行速度。在數(shù)據(jù)通信上，這個問題就是數(shù)據(jù)交換問題。2022/12/35掌握計算機網(wǎng)絡(luò)的概念和分類。了解計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展過程。了解Internet及其應(yīng)用。熟悉信息、數(shù)據(jù)與信號的概念，以及它們之間的關(guān)系。熟悉數(shù)據(jù)編碼技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)和數(shù)據(jù)交換技術(shù)。熟悉數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的相關(guān)概念。2022/12/36計算機網(wǎng)絡(luò)的概念與發(fā)展計算機網(wǎng)絡(luò)的組成計算機網(wǎng)絡(luò)的分類Internet技術(shù)及應(yīng)用信息、數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)傳輸多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)2022/12/37計算機網(wǎng)絡(luò)的概念與發(fā)展

2022/12/38計算機網(wǎng)絡(luò)是現(xiàn)代計算機技術(shù)和通信技術(shù)密切相結(jié)合的產(chǎn)物，是基于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，利用通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)，將地理位置分布不同的、功能獨立的各個計算機系統(tǒng)連接起來，以實現(xiàn)信息傳遞和資源共享的系統(tǒng)。計算機網(wǎng)絡(luò)的概念2022/12/39計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展代表了目前計算機體系結(jié)構(gòu)發(fā)展的一個極其重要的方向近年來，計算機應(yīng)用上的絕大多數(shù)創(chuàng)新都與網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用有關(guān)聯(lián)從當(dāng)前大多數(shù)人的觀點來說，一臺不聯(lián)網(wǎng)的計算機不是一臺完備的計算機計算機網(wǎng)絡(luò)的概念2022/12/310第一階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的雛形階段。第二階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的形成階段。第三階段：計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)化階段。第四階段：計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展2022/12/311第一階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的雛形階段。第二階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的形成階段。第三階段：計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)化階段。第四階段：計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展2022/12/312該階段主要存在于20世紀(jì)50年代到60年代中期。該階段的計算機網(wǎng)絡(luò)實際上是以單臺計算機為中心的遠(yuǎn)程終端聯(lián)機系統(tǒng)。這樣的系統(tǒng)中，除了一臺中心計算機，其余的終端都不具備自主處理的功能，在系統(tǒng)中主要存在的是終端和中心計算機之間的通信。第一階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的雛形階段。第二階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的形成階段。第三階段：計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)化階段。第四階段：計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展2022/12/313該階段為20世紀(jì)60年代后期至70年代后期。隨著計算機性能的提高和價格的下降，許多機構(gòu)已經(jīng)有能力配置獨立的計算機。為了實現(xiàn)信息交換和資源共享，這些機構(gòu)將不同地理位置的計算機互聯(lián)起來，由此發(fā)展到了計算機與計算機之間直接通信的階段。在該類網(wǎng)絡(luò)中，計算機之間的地位是不存在主從關(guān)系的平等關(guān)系。1969年12月，美國國防部高級研究計劃署（ARPA，AdvancedResearchProjectAgency，）研制的ARPAnet投入使用，標(biāo)志著現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的正式誕生。在ARPAnet中，分組交換技術(shù)被正式使用。第一階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的雛形階段。第二階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的形成階段。第三階段：計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)化階段。第四階段：計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展2022/12/314該階段為20世紀(jì)80年代至90年代初期。由于計算機網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)越特性，眾多機構(gòu)建立了自己的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，然而這些計算機網(wǎng)絡(luò)在實現(xiàn)技術(shù)上卻存在較大的差別，由此造成不同網(wǎng)絡(luò)之間不能實現(xiàn)互聯(lián)。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，使具有不同體系結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)互聯(lián)成為人們追求的新目標(biāo)。伴隨ARPAnet出現(xiàn)的TCP/IP模型和國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO，InternationalStandardizationOrganization）制定和頒布的“開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型”（OSI/RM，OpenSystemInterconnectionReferenceModel）成為國際社會所公認(rèn)的計算機網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。第一階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的雛形階段。第二階段：計算機網(wǎng)絡(luò)的形成階段。第三階段：計算機網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系標(biāo)準(zhǔn)化階段。第四階段：計算機網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)階段。計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展2022/12/315該階段為20世紀(jì)90年代初期至今。這一階段計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的特點是：互聯(lián)、高速、智能與更為廣泛的應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，美國總統(tǒng)克林頓主導(dǎo)的“信息高速公路”工程，讓世界看到了計算機網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的前景和重要性。由世界范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)而成的Internet成為覆蓋全球的、最大的信息共享平臺。中國也于20世紀(jì)90年代初接入Internet，20世紀(jì)90年代末至今，計算機網(wǎng)絡(luò)普及和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)進(jìn)入了爆破式發(fā)展時期。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用將會以更快的步伐進(jìn)入到千家萬戶，必然對人類的生活、工作和社會的進(jìn)步產(chǎn)生更加深刻的影響。計算機網(wǎng)絡(luò)的組成2022/12/316探究計算機網(wǎng)絡(luò)的組成，可以有多種方法，但是一種通用的劃分方法是將計算機網(wǎng)絡(luò)劃分為資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩部分。計算機網(wǎng)絡(luò)的組成2022/12/317資源子網(wǎng)（數(shù)據(jù)管理）主要承擔(dān)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它主要由聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)器、工作站、個人計算機、共享的打印機、其他設(shè)備及相關(guān)軟件等組成。通信子網(wǎng)（數(shù)據(jù)傳輸）主要承擔(dān)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)、加工和轉(zhuǎn)換等通信處理工作。它主要由網(wǎng)卡、傳輸介質(zhì)、中繼器、集線器、網(wǎng)橋、交換機和路由器等設(shè)備和相關(guān)軟件組成。資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)2022/12/318計算機網(wǎng)絡(luò)的分類2022/12/319計算機網(wǎng)絡(luò)的分類標(biāo)準(zhǔn)很多，可以依據(jù)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍、交換方式、傳輸介質(zhì)和通信方式等劃分。最常用的計算機網(wǎng)絡(luò)分類方法是依據(jù)覆蓋范圍分類。計算機網(wǎng)絡(luò)的分類方法2022/12/320局城網(wǎng)（LocalAreaNetwork，LAN）。局域網(wǎng)是在較小的范圍內(nèi)組建的網(wǎng)絡(luò)，它覆蓋的范圍通常是幾十米到幾千米，如一個辦公室、一棟樓房、一個園區(qū)、一個單位等。局域網(wǎng)的主要特點是覆蓋的地理范圍小、數(shù)據(jù)傳輸速率高、誤碼率低、有利于實現(xiàn)排它性的區(qū)域資源共享等。局域網(wǎng)有完備而成熟的局域網(wǎng)技術(shù)。城域網(wǎng)（MetropolitanAreaNetwork，MAN）。城域網(wǎng)的規(guī)模通常限制在一座城市內(nèi)，覆蓋的范圍從幾十千米到幾百千米。在一個城市內(nèi)通過城域網(wǎng)可以將政府部門、大型企業(yè)、機關(guān)、部門等連接起來，可以實現(xiàn)大量用戶的信息傳遞。廣域網(wǎng)（WideAreaNetwork，WAN）。廣域網(wǎng)覆蓋的范圍從數(shù)百千米到數(shù)千千米，甚至上萬千米，可以是一個地區(qū)，一個國家，其至是全世界。最大的廣域網(wǎng)是Internet。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍分類2022/12/321從網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)技術(shù)上也可以區(qū)分為局域網(wǎng)技術(shù)和廣域網(wǎng)技術(shù)。兩種技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的各個層次上具有很大的不同。局域網(wǎng)技術(shù)主要用于近距離的、可靠的數(shù)據(jù)傳輸和區(qū)域資源共享。廣域網(wǎng)技術(shù)主要實現(xiàn)不同局域網(wǎng)之間的互聯(lián)。有關(guān)局域網(wǎng)的劃分不一定是從覆蓋范圍上進(jìn)行的劃分，如果一個網(wǎng)絡(luò)達(dá)到了城域網(wǎng)的覆蓋范圍，但采用了局域網(wǎng)技術(shù)，我們?nèi)匀豢梢苑Q之為局域網(wǎng)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)覆蓋的范圍分類2022/12/322電路交換網(wǎng)電路交換網(wǎng)采用電路交換技術(shù)。電路交換在用戶開始通信前，先建立一條從發(fā)送端到接收端的信道，并在雙方通信期間始終占有該信道。報文交換網(wǎng)報文交換網(wǎng)采用報文交換技術(shù)。報文交換不占有專有信道，而是猶如到郵局寄送信件一樣，只需將發(fā)送的數(shù)據(jù)打包為包含送達(dá)地址的報文，而報文在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式。報文的長度不受限制，一般與單次發(fā)送的數(shù)據(jù)量的多少有關(guān)。分組交換網(wǎng)分組交換網(wǎng)采用分組交換技術(shù)。分組交換技術(shù)與報文交換技術(shù)類似，所不同的是，轉(zhuǎn)發(fā)的不是報文，而是短小且定長的分組。根據(jù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)分類2022/12/323根據(jù)傳輸介質(zhì)可以將計算機網(wǎng)絡(luò)劃分為有線網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)。有線網(wǎng)絡(luò)通常是指采用雙絞線、同軸電纜以及光纜等有線傳輸介質(zhì)組建的網(wǎng)絡(luò)。無線網(wǎng)絡(luò)通常是指采用包括微波、紅外線和電波等無線傳輸介質(zhì)進(jìn)行傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前在同一個網(wǎng)絡(luò)之中通常既采用有線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也采用無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，沒有明顯的界限。根據(jù)傳輸介質(zhì)分類2022/12/324廣播式傳輸網(wǎng)絡(luò)廣播式傳輸網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)在公用介質(zhì)中傳輸，即所有聯(lián)網(wǎng)的計算機都共享一個通信信道。在廣播式傳輸網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送給一個終端的數(shù)據(jù)，其他端也能接收到。點到點式傳輸網(wǎng)絡(luò)點到點傳輸網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)以點到點的方式在計算機或通信設(shè)備之間傳輸。它與廣播式傳輸網(wǎng)絡(luò)不同的是信道帶寬獨享，每對用戶之間都有專有信道相連，發(fā)送給指定設(shè)備的數(shù)據(jù)，其他設(shè)備接收不到。根據(jù)通信方式分類2022/12/325INTERNET技術(shù)及應(yīng)用2022/12/326Internet由美國發(fā)起，是一個把分布于世界各地不同結(jié)構(gòu)的計算機網(wǎng)絡(luò)用各種傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)設(shè)備連接起來的網(wǎng)絡(luò)，是世界上最大的廣域網(wǎng)，有人稱之為網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)，中文譯名為因特網(wǎng)、英特網(wǎng)、國際互聯(lián)網(wǎng)等。Internet提供的主要服務(wù)有萬維網(wǎng)（WWW）、文件傳輸（FTP）、電子郵件（E-mail）、遠(yuǎn)程登錄（Telnet）等。概述2022/12/327Internet以讓計算機能夠相互交流為目的，基于TCP/IP協(xié)議，并通過許多路由器以及大型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器互聯(lián)而成，它是一個信息資源共享的平臺。Internet目前的用戶已經(jīng)遍及全球，有超過幾十億人在使用Internet。我國第一次正式接入Internet的時間是在1994年，到1997年建成了中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)（ChinaNET）、中國教育和科研計算機網(wǎng)（CERNET）、中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)（CSTNET）和中國金橋信息網(wǎng)（ChinaGBN）等四大骨干網(wǎng)。Internet技術(shù)2022/12/328ISP（InternetServiceProvider）即Internet服務(wù)提供商，是指為用戶提供Internet接入和Internet信息服務(wù)的公司和機構(gòu)，是進(jìn)入Internet世界的驛站。依服務(wù)的側(cè)重點不同，ISP可分為兩種，IAP（InternetAccessProvider）和ICP（InternetContentProvider）。其中IAP是Internet接入提供商，以接入服務(wù)為主，ICP是Internet內(nèi)容提供商，提供信息服務(wù)。用戶的計算機（或計算機網(wǎng)絡(luò)）通過某種通信線路連接到ISP，借助于與國家骨干網(wǎng)相連的ISP接入Internet。因而從某種意義上講，ISP是全世界數(shù)以億計的用戶通往Internet的必經(jīng)之路。Internet技術(shù)2022/12/329WWW是WorldWideWeb的縮寫，也可以簡稱為Web，中文名字為“萬維網(wǎng)”。是一個資料空間。在這個空間所有有用的事物都稱為“資源”；并且由一個“統(tǒng)一資源標(biāo)識符”URL（UniversalResourceLocator）標(biāo)識。這些資源通過超文本傳輸協(xié)議（HypertextTransferProtocol）傳送給使用者，而后者通過單擊鏈接來獲得資源。HTML（HyperTextMark-upLanguage）即超文本標(biāo)記語言，是WWW的描述語言。萬維網(wǎng)常被當(dāng)成因特網(wǎng)的同義詞，不過其實萬維網(wǎng)是靠著因特網(wǎng)運行的一項服務(wù)。瀏覽器是查看Internet中信息的必備工具。個人電腦上常見的網(wǎng)頁瀏覽器包括微軟的InternetExplorer、GoogleChrome瀏覽器等。WWW服務(wù)2022/12/330電子郵件、簡稱E-mail，又稱電子信箱，它是一種用電子手段提供信息交換的通信方式。通過網(wǎng)絡(luò)的電子郵件系統(tǒng)，用戶可以用非常低廉的價格，以非?？焖俚姆绞?，與世界上任何一個角落的網(wǎng)絡(luò)用戶聯(lián)系，這些電子郵件可以是文字、圖像、聲音等各種方式。收發(fā)電子郵件必須要有一個唯一電子郵件地址，也就是需要一個電子信箱，電子郵件地址的格式由三部分組成。第一部分“USER”代表用戶信箱的帳號，對于同一個郵件接收服務(wù)器來說，這個帳號必須是唯一的；第二部分“@”是分隔符；第三部分是用戶信箱的郵件接收服務(wù)器域名，用以標(biāo)志其所在的位置。例如z.xh@163.com。電子郵箱可以到網(wǎng)易、騰訊等網(wǎng)站申請注冊一個免費的電子郵箱，也可以購買包含專業(yè)服務(wù)的郵箱。E-mail服務(wù)2022/12/331FTP服務(wù)器又稱為文件傳輸服務(wù)器，它主要提供文件的上傳、下載服務(wù)。目前FTP服務(wù)器的主要用途有：一是放置文件供用戶下載；二是用于維護(hù)各種網(wǎng)站，使網(wǎng)站管理員可以把文件上傳到服務(wù)器中，實現(xiàn)遠(yuǎn)程維護(hù)。Telnet是Internet遠(yuǎn)程登錄服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式。它為用戶提供了在本地計算機上操控遠(yuǎn)程主機工作的能力。FTP和Telnet服務(wù)2022/12/332Telnet協(xié)議是TCP/IP協(xié)議族中的一員，是Internet遠(yuǎn)程登錄服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和主要方式。它為用戶提供了在本地計算機上完成遠(yuǎn)程主機工作的能力。信息、數(shù)據(jù)與信號2022/12/333信息是現(xiàn)實世界在人們頭腦中的反映。計算機網(wǎng)絡(luò)的主要特征是信息共享，所以對計算機網(wǎng)絡(luò)來說，如何實現(xiàn)信息的交換是主要的問題之一。實現(xiàn)信息交換的前提是我們需要用文字等符號把信息表示出來，因而符號成為信息的載體。比如說表示一個班有四十個學(xué)生這個信息，我們可以表示為“40”，也可以表示為“四十”，又可以表示為“forty”，即是說，同樣的信息可以用不同的符號來表述。那么在計算機中用什么符合記載信息呢？是二進(jìn)制數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是信息的載體，是把事件的某些屬性規(guī)范化后得到的表現(xiàn)形式，它可以被識別，也可以被描述。信息與數(shù)據(jù)2022/12/334數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。模擬數(shù)據(jù)在時間上和幅度取值上都是連續(xù)的，其電平隨時間連續(xù)變化。例如，語音是典型的模擬數(shù)據(jù)，其他由模擬傳感器接收到的數(shù)據(jù)如溫度、壓力、流量等也是模擬數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在時間上是離散的，在幅值上是經(jīng)過量化的，它一般是由“0”和“1”構(gòu)成的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列?，F(xiàn)代計算機所能處理的數(shù)據(jù)只能是二進(jìn)制數(shù)據(jù)。無論文字、數(shù)字，還是圖像、聲音、視頻等，最終都要轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲在計算機中，進(jìn)而進(jìn)行處理。所以無論何種信息，只要轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制數(shù)據(jù)且存在于計算機系統(tǒng)中了，都稱之為數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)2022/12/335信號是數(shù)據(jù)的載體，是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)形式。對計算機設(shè)備來說，數(shù)據(jù)是抽象的，不能直接處理的，它所處理的是代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)的信號。在計算機內(nèi)部，一般使用電信號來表示數(shù)據(jù)，比如說一個相對較高的電壓代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)“1”，一個相對較低的電壓代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)“0”。當(dāng)然，也可以用其他載體來承載數(shù)據(jù)，如在通信中，常使用光信號，無線電波信號等。信號2022/12/336承載數(shù)據(jù)的信號有數(shù)字信號和模擬信號之分。模擬信號是指在幅度和時間上連續(xù)變化的信號，如語音信號、光信號、溫度壓力傳感器的輸出信號等，如圖（a）所示。數(shù)字信號是指時間和幅度都用離散數(shù)字表示的信號，如圖（b）所示。數(shù)字信號在通信線路上傳輸時要借助電信號的狀態(tài)來表示二進(jìn)制代碼的值，電信號可呈現(xiàn)兩種狀態(tài)，分別表示“0”和“1”。模擬信號與數(shù)字信號2022/12/337雖然模擬信號與數(shù)字信號有著明顯的差別，但在一定條件下它們是可以相互轉(zhuǎn)化的。模擬信號可以通過采樣、編碼等步驟變成數(shù)字信號。數(shù)字信號也可以通過信號調(diào)制技術(shù)轉(zhuǎn)化為模擬信號。信號的第二種分類方法是將信號分為基帶信號和寬帶信號?；鶐盘柧褪菍⒂嬎銠C發(fā)送的數(shù)字信號“0”或“1”用兩種不同的電壓表示后，直接送到線路上傳輸?shù)男盘?。寬帶信號是基帶信號?jīng)過調(diào)制后形成的頻分復(fù)用模擬信號。信號2022/12/338數(shù)據(jù)編碼2022/12/339如何將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成能夠在信道中傳輸?shù)男盘柲?？這就要看數(shù)據(jù)是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)還是模擬數(shù)據(jù)，要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是在模擬信道中傳輸還是在數(shù)字信道中傳輸。如果是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道中傳輸，需要把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編制為模擬信號；如果是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)字信道中傳輸，需要把數(shù)據(jù)編制為數(shù)字信號；如果是模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字信道中傳輸要把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。數(shù)據(jù)編碼2022/12/340模擬信號編碼技術(shù)2022/12/3412022/12/342調(diào)幅技術(shù)，又稱幅移鍵控（ASK，AmplitudeShiftKeying），是利用波的振幅的大小來分別表示數(shù)字“0”和“1”。在振幅調(diào)制中，頻率和相位都是常量，振幅為變量，即載波的幅度隨發(fā)送的數(shù)字信號的值而變化。例如表示數(shù)字“1”時可以用一個振幅較大的波表示，表示數(shù)字“0”時用振幅較小的波表示，或者用振幅為0的波表示（即不輸出波）。如圖（a）所示。ASK的特點是信號容易實現(xiàn)，技術(shù)簡單，但由于振幅是靠能量維持的，隨著波的能量的遞減，可能會造成誤碼率的增加，抗干擾能力差，傳輸距離較短。2022/12/343調(diào)頻技術(shù)，又稱頻移鍵控（FSK，F(xiàn)requencyShiftKeying），是通過改變載波信號的頻率來表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號0或1的調(diào)制技術(shù)。在頻率調(diào)制中，振幅和相位應(yīng)當(dāng)定為常量，頻率為變量。例如表示數(shù)字“1”時可以用一個頻率較大的波表示，表示數(shù)字“0”時用頻率較小的波表示。如圖（b）所示。FSK的特點是信號容易實現(xiàn)，技術(shù)簡單，只要能量存在，波的頻率不會因為能量的改變而發(fā)生變化，抗干擾能力較強，傳輸距離較長。2022/12/344調(diào)相技術(shù)，又稱相移鍵控（PSK，PhaseShiftKeying），是利用波的初始相位的大小來分別表示數(shù)字“0”和“1”。在相位調(diào)制中，把振幅和頻率定為常量，初始相位為變量。例如用初始相位為0表示數(shù)字“1”，用初始相位為π表示數(shù)字“0”。如圖（c）所示。PSK的特點是抗干擾能力較強，但信號實現(xiàn)的技術(shù)比較復(fù)雜，所以比以上兩種技術(shù)較少使用。在數(shù)據(jù)通信中將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程叫數(shù)字編碼，將數(shù)字信號還原為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的過程叫數(shù)字解碼。一般用電壓的高低來編制數(shù)字信號，主要有以下幾種編碼方法：（1）不歸零編碼NRZ（Non-Return-Zero）（2）曼徹斯特編碼（ManchesterEncoding）（3）差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterEncoding）數(shù)字信號編碼技術(shù)2022/12/3452022/12/346不歸零編碼用電壓的高低表示二進(jìn)制的0和1，例如用低電平表示二進(jìn)制0，用高電平表示二進(jìn)制1。不歸零編碼的優(yōu)點是易于實現(xiàn)，缺點是無法判斷每一位的開始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步。為保證收發(fā)雙方同步，必須在發(fā)送NRZ碼的同時，用另一個信道同時傳送同步信號。如圖0-5（a）所示。2022/12/347曼徹斯特編碼不是用電壓的高低表示二進(jìn)制數(shù)0和1，而是用電壓的跳變來表示的。在曼徹斯特編碼中，每一個數(shù)據(jù)位的中間均有一個跳變，這個跳變既作為時鐘信號，又作為數(shù)據(jù)信號。例如我們可以用電壓從高到低的跳變表示二進(jìn)制“1”，從低到高的跳變表示二進(jìn)制“0”。曼徹斯特編碼的優(yōu)點是收發(fā)雙方可以根據(jù)自帶的時鐘信號來保持同步，無須專門傳遞同步信號，成本低，缺點是效率低，信號占用的頻帶較寬。如圖0-5（b）所示。2022/12/348差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進(jìn)，每個數(shù)據(jù)比特位中間的電壓跳變僅做同步之用，每比特位的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定。我們用每比特位的開始無跳變表示二進(jìn)制“1”，有跳變表示二進(jìn)制“0”。差分曼徹斯特編碼的優(yōu)點是自帶同步時鐘信號保持同步，成本低，抗干擾性能好，缺點是實現(xiàn)技術(shù)復(fù)雜。如圖0-5（c）所示。模擬數(shù)據(jù)可以基帶傳輸，但必須轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。模擬數(shù)據(jù)是連續(xù)的，也就是說任何一段模擬數(shù)據(jù)都會包含無窮多的數(shù)據(jù)量，比如從波上截取的一段，因而不可能將模擬數(shù)據(jù)上所有的量都轉(zhuǎn)化成離散的數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的過程，稱之為數(shù)字化。模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的過程必然伴隨著數(shù)據(jù)的失真。脈沖編碼調(diào)制技術(shù)（PulseCodeModulation，PCM）是模擬數(shù)據(jù)采樣編碼的主要技術(shù)，它經(jīng)過三步將模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，這三步是采樣、量化和編碼。模擬數(shù)據(jù)至數(shù)字信號的編碼技術(shù)2022/12/349采樣是指將模擬數(shù)據(jù)，例如波，用等時間間隔的時間序列劃分成離散的模擬信號片段序列，也就是在時間上將模擬數(shù)據(jù)離散化。對同一個模擬數(shù)據(jù)來說，劃分的時間片段越短，離散化出來的數(shù)據(jù)量就越多，數(shù)據(jù)的失真性就越小。采樣2022/12/350量化是對采樣出來的每一個模擬數(shù)據(jù)片段用一個單一的值來表示。對每一個抽樣出來的模擬數(shù)據(jù)片段來說，它仍然含有無窮多個數(shù)據(jù)，我們需要用一個具有代表意義的數(shù)據(jù)來表示這一個片段。怎樣的數(shù)據(jù)可以表示這一個片段呢？常用的數(shù)據(jù)有片段的最大值、最小值和平均值。量化2022/12/351編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進(jìn)制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制信號流。這樣就將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成了數(shù)字信號。編碼2022/12/352數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸就是實現(xiàn)通信設(shè)備之間的信息的傳遞。數(shù)據(jù)的傳輸過程涉及幾個我們需要了解的概念。2022/12/353傳輸信息（信號）的必經(jīng)之路稱為信道。要把信道和物理線路區(qū)分開來，因為一條物理線路可以使用多路復(fù)用技術(shù)劃分出一到多條信道。根據(jù)通信介質(zhì)的屬性，還可以將信道分為數(shù)字信道和模擬信道。數(shù)字信道用來傳輸數(shù)字信號，模擬信道用來傳輸模擬信號。信道2022/12/354數(shù)據(jù)通信的方式有單工，半雙工和全雙工之分。實現(xiàn)A、B兩個設(shè)備之間的通信，如果只能實現(xiàn)從A到B，或者從B到A的單向通信，稱之為單工通信；如果既能實現(xiàn)從A到B的通信，又能實現(xiàn)從B到A的通信，但是同時間內(nèi)只能實現(xiàn)一個方向的通信，稱之為半雙工通信；如果同時既能實現(xiàn)從A到B，又能實現(xiàn)從B到A的雙向通信，稱之為全雙工通信。目前大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)中的通信都實現(xiàn)了全雙工通信。通信方式2022/12/355對數(shù)據(jù)的傳輸，如果在傳輸介質(zhì)中傳輸數(shù)字信號，稱為基帶傳輸，如果傳輸模擬信號，稱為頻帶傳輸，如果可以建立多個信道同時傳輸音頻、視頻和數(shù)字信號，稱之為寬帶傳輸。傳輸類型2022/12/356數(shù)據(jù)的傳輸方式分為并行傳輸和串行傳輸兩種。在傳輸過程中如果同時用多個信道進(jìn)行傳輸，稱之為并行傳輸，如果只用一個信道傳輸，稱之為串行傳輸。對同樣大小的數(shù)據(jù)量和相同的信道傳輸速率來說，八個信道同時傳輸（一次可以傳輸一個字節(jié)），和同時只有一個信道傳輸（一次只能傳輸一個比特位），其傳輸能力的強弱是相當(dāng)可觀的。但是從成本上考慮，并行傳輸需要建立多個信道，成本較高，適合短距離傳輸，而串行傳輸只需建立一個信道，成本較低，適合長距離傳輸。傳輸方式2022/12/357二進(jìn)制數(shù)據(jù)表示信息，一般以一個字節(jié)為單位，比如ASCII碼中的一個字符用一個字節(jié)表示，所以在數(shù)據(jù)的傳輸中，接收方必須知道一個字節(jié)是從哪個比特位開始的，如果字節(jié)的起始位弄錯了，則接收方對它所接收的信息的解析就是錯的。這就是傳輸?shù)耐絾栴}。根據(jù)解決串行傳輸同步問題的方法不同，將串行傳輸又分為異步傳輸和同步傳輸。串行傳輸?shù)耐絾栴}。2022/12/358異步傳輸一般以字符為單位（一個字符并不一定是一個字節(jié)，比如一個漢字字符需要兩個字節(jié)），在發(fā)送每一字符代碼時，前面均加上一個“起”信號，字符代碼后面均加上一個“止”信號。起止信號用一串不同于其他符號的二進(jìn)制串表示，且收發(fā)雙方都知曉，如此數(shù)據(jù)的接收方測到起止信號就能知道一個字符的開始與結(jié)束，也就是實現(xiàn)了串行傳輸收、發(fā)雙方字符的同步。這種傳輸方式的優(yōu)點是同步實現(xiàn)簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需要嚴(yán)格同步，傳輸速率可以不一致，缺點是對每一字符都需加入“起、止”碼元，使需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量膨脹，傳輸效率降低。異步傳輸2022/12/359同步傳輸不是向數(shù)據(jù)流中添加起止符達(dá)到同步的目的，而是以同步的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號的，因此在一個數(shù)據(jù)流中，各信號碼元之間的相對位置都是固定的（即同步的）。這種同步要求收發(fā)雙方具有相同的傳輸速率，對設(shè)備的要求較高，但傳輸速率較快。同步傳輸2022/12/360比特率（bps）測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇潜忍芈省１忍芈适侵竼挝粫r間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制碼元的有效位數(shù)，以每秒多少比特數(shù)計，即bps。波特率（Baud）波特率也是數(shù)據(jù)傳輸單位，波特率是脈沖信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，它是指單位時間（秒）內(nèi)傳輸?shù)拇a元數(shù)目，以波特（Baud）為單位，通常用于表示調(diào)制器之間傳輸信號的速率。這里的碼元是對于網(wǎng)絡(luò)中傳送的進(jìn)制數(shù)字中每一位的通稱，也常稱作“位”，可以是二進(jìn)制的，也可以是多進(jìn)制的。波特率N和比特率R的關(guān)系為R=Nlog2M，當(dāng)碼元為二進(jìn)制時，M為2；碼元為八進(jìn)制時，M為8，依此類推。如果波特率為100Baud，在二進(jìn)制時，比特率為100bps，在八進(jìn)制時，比特率為300bps。傳輸速率2022/12/361誤碼率指信息傳輸?shù)腻e誤率，是衡量系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)。它以接收信息中錯誤比特數(shù)占總傳輸比特數(shù)的比例來度量的。誤碼率越高，說明信道越不可信。誤碼率2022/12/362多路復(fù)用技術(shù)2022/12/363為了降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，可以在一條物理線路上建立多條通信信道，這樣的技術(shù)稱為多路復(fù)用技術(shù)。主要的多路復(fù)用技術(shù)有以下幾個：頻分多路復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）時分多路復(fù)用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）波分多路復(fù)用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）碼分多址（CDMA，CodeDivisionMultipleAccess）空分多址（SDMA，SpaceDivisionMultipleAccess）多路復(fù)用技術(shù)2022/12/364基本原理：如果每路信號以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且各個載波頻率是完全獨立的，即各個信道所占用的頻帶不相互重疊。相鄰信道之間用“警戒頻帶”隔離，那么每個信道就能獨立地傳輸一路信號。主要特點，信號被劃分成若干通道（頻道，波段），每個通道互不重疊，獨立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。頻分多路復(fù)用在無線電廣播和電視領(lǐng)域中應(yīng)用較多。頻分多路復(fù)用2022/12/365時分多路復(fù)用是以信道傳輸時間作為分割對象，通過為多個信道分配互不重疊的時間片的方法來實現(xiàn)多路復(fù)用。時分多路復(fù)用將用于傳輸?shù)臅r間劃分為若干個時間片，每個用戶分得一個時間片。時分多路復(fù)用通信，是各路信號在同一信道上占有不同時間片進(jìn)行通信。時分多路復(fù)用2022/12/366波分多路復(fù)用就是在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號，以提高單根光纖的傳輸能力。波分多路復(fù)用2022/12/367碼分多址又稱為CDMA，采用地址碼、時間和頻率共同區(qū)分信道的方式。CDMA的特征是每個用戶具有特定的地址碼，而地址碼之間相互具有正交性，因此各用戶信息的發(fā)射信號在頻率、時間和空間上都可能重疊，從而使有限的頻率資源得到利用。碼分多址2022/12/368空分多址技術(shù)是將空間分割構(gòu)成不同的信道，從而實現(xiàn)頻率的重復(fù)使用，達(dá)到信道增容的目的。舉例來說，在一顆衛(wèi)星上使用多個天線，各個天線的波束射向地球表面的不同區(qū)域，地面上不同地區(qū)的地球站，它們在同一時間、即使使用相同的頻率進(jìn)行工作，它們之間也不會形成干擾。空分多址2022/12/369數(shù)據(jù)交換技術(shù)2022/12/370在任何打電話的雙方之間建立一根直接的連線是不經(jīng)濟(jì)的，電話是作為終端連接在一個龐大的電話網(wǎng)之中的，那么也就是說電信號需要在這個電話網(wǎng)中尋找一條道路傳輸?shù)綄Ψ浇K端，而網(wǎng)絡(luò)中的中間節(jié)點就像鐵道網(wǎng)中的火車站一樣，需要去調(diào)度在鐵道上運行的眾多“火車”。通過調(diào)度，不僅要防止混亂的發(fā)生，而且也要提高“火車”的通行速度。在數(shù)據(jù)通信上，這個問題就是數(shù)據(jù)交換問題。主要的數(shù)據(jù)交換技術(shù)有：電路交換報文交換分組交換信元交換數(shù)據(jù)交換技術(shù)2022/12/371當(dāng)用戶要發(fā)信息時，由源交換機根據(jù)信息要到達(dá)的目的地址，把線路接到那個目的交換機，這個過程稱為線路接續(xù)。線路接通后，就形成了一條端對端（主叫用戶終端和被叫用戶終端之間）的信息通路，在這條通路上雙方即可進(jìn)行通信。通信完畢，由通信雙方的某一方，向自己所屬的交換機發(fā)出拆除線路的要求，交換機收到此信號后就將此線路拆除。線路拆除后空出來的線路就可以供別的用戶呼叫使用。電路交換2022/12/372報文交換傳送數(shù)據(jù)的方式采用存儲—轉(zhuǎn)發(fā)方式，即數(shù)據(jù)發(fā)送端想要發(fā)送一個報文，它首先要把目的地址附加在報文上，然后將報文投向網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)報文上的目的地址信息，以接力的形式傳送到目的節(jié)點。每個節(jié)點在收到報文之后，會將報文暫時存儲在本節(jié)點，然后對報文進(jìn)行差錯校驗，校驗無誤后利用路由信息找出下一個“接力”節(jié)點的地址，并把整個報文傳送給該節(jié)點，因此，在報文交換中，端與端之間（主叫用戶終端和被叫用戶終端之間）無須先通過呼叫建立連接。在報文交換中，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆笪?，即是發(fā)送節(jié)點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，長度不限且可變。報文交換2022/12/373線路效率較高，這是因為許多報文可以分時共享一條節(jié)點的通道。對于同樣的通信容量來說，需要較少的傳輸能力。不需要同時使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)可以在接收器可用之前，暫時存儲這個報文。在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大時，就不能接受某些呼叫，而在報文交換網(wǎng)絡(luò)上，卻仍然可以接收報文，但傳送延遲會增加。報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點。報文交換的優(yōu)點2022/12/374它不能滿足實時或交互式的通信要求，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲相當(dāng)長，而且有相當(dāng)大的變化。因此，這種方式不能用于聲音連接，也不適合于交互式終端到計算機的連接。有時節(jié)點收到過多的數(shù)據(jù)而不得不丟棄報文，并阻止了其他報文的傳送，而且發(fā)出的報文不按順序到達(dá)目的地。報文交換中，若報文很長，需要較大容量的存儲器，若將報文放到外存儲器中去時，會造成響應(yīng)時間過長，增加了網(wǎng)絡(luò)延遲時間。報文交換的缺點2022/12/375分組交換也稱包交換，它是將用戶傳送的數(shù)據(jù)劃分成一定的長度，每個部分叫做一個分組。分組交換與報文交換都是采用存儲—轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。二者的主要區(qū)別是：報文交換時報文的長度不限且可變，而分組交換的報文長度不變。分組交換首先把來自用戶的數(shù)據(jù)暫存于存儲裝置中，并劃分為多個一定長度的分組，每個分組前邊都加上固定格式的分組標(biāo)題，用于指明該分組的發(fā)端地址、收端地址及分組序號等。