第2章 網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ).ppt

1、第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)，袁宗福機(jī)械工業(yè)出版社，2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，2，本章內(nèi)容，2.1數(shù)據(jù)通信基本概念，2.2信息編碼技術(shù)，2.3數(shù)據(jù)傳輸和通信模式，2.4傳輸介質(zhì)，2.5復(fù)用技術(shù)，2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)，2.7差錯(cuò)控制，2020/7/15，第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，3，2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念，通信是傳輸信息的過(guò)程，2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以及4，2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。任何通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸線(xiàn)路連接計(jì)算機(jī)或終端以達(dá)到傳輸、收集、分發(fā)和處理數(shù)據(jù)目的的系統(tǒng)稱(chēng)為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以及5，2.1.2數(shù)據(jù)和信息。

2、數(shù)據(jù)被定義為有意義的實(shí)體。數(shù)據(jù)涉及事物的表現(xiàn)，是信息的對(duì)象。數(shù)據(jù)可以分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)是指在一定時(shí)間間隔內(nèi)的連續(xù)值，其電平隨時(shí)間連續(xù)變化。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在時(shí)間上是離散的，在幅度上是量化的，也就是說(shuō)，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是指離散值，通常是由0和1的二進(jìn)制碼組成的數(shù)字序列，例如文本信息和整數(shù)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，第6節(jié)，信息是對(duì)數(shù)據(jù)的解釋?zhuān)挥薪?jīng)過(guò)處理和解釋?zhuān)瑪?shù)據(jù)才有意義并成為信息。信息的載體可以是數(shù)字、字符、聲音、圖形或圖像。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息通常是字母、數(shù)字和符號(hào)的組合。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，和第7章，2.1.3信號(hào)，它是數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程

3、中電信號(hào)的表示形式，或數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼。它分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是在一定的數(shù)值范圍內(nèi)可以連續(xù)采集的信號(hào)，是一種連續(xù)變化的電信號(hào)，可以根據(jù)不同的頻率在不同的介質(zhì)上傳輸。數(shù)字信號(hào)是一種離散的脈沖序列，如數(shù)字儀器的測(cè)量結(jié)果和數(shù)字計(jì)算機(jī)的輸出，可以以不同的速率在介質(zhì)上傳輸。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以及8，2.2信息編碼技術(shù)。當(dāng)信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時(shí)，可以根據(jù)不同的信道通過(guò)模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。無(wú)論什么樣的信號(hào)，為了正確傳輸數(shù)據(jù)，原始數(shù)據(jù)在被發(fā)送到信道進(jìn)行傳輸之前都必須進(jìn)行編碼。例如，數(shù)字信號(hào)通過(guò)調(diào)制轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)可以被調(diào)制以提高信號(hào)的

4、抗干擾能力和增加定時(shí)功能。當(dāng)多媒體模擬信號(hào)在傳輸數(shù)字信號(hào)的信道中傳輸時(shí)，模擬信號(hào)應(yīng)該被編碼成數(shù)字信號(hào)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以及9，2.2.1，數(shù)字調(diào)制技術(shù)。公共電話(huà)線(xiàn)通常是為傳輸模擬信號(hào)而設(shè)計(jì)的。為了利用現(xiàn)有的電話(huà)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，首先需要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。該方法是利用待傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)改變載波的幅度(調(diào)幅載波)、頻率(調(diào)頻載波)或相位(調(diào)相載波)，然后在信道上傳輸，到達(dá)接收點(diǎn)后從載波中取出數(shù)字信號(hào)。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，10，(1)調(diào)幅根據(jù)數(shù)字信號(hào)的值改變載波的振幅。當(dāng)載波存在(具有一定幅度)時(shí)，表示數(shù)字信號(hào)的“1”，而當(dāng)

5、載波不存在(具有0的幅度)時(shí)，表示數(shù)字信號(hào)的“0”。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，11，(2)頻率調(diào)制根據(jù)數(shù)字信號(hào)的值改變載波頻率。當(dāng)載頻為高頻時(shí)，表示數(shù)字信號(hào)為“1”，當(dāng)載頻為低頻時(shí)，表示數(shù)字信號(hào)為“0”。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，12，(3)相位調(diào)制根據(jù)數(shù)字值改變載波的相位當(dāng)載波信號(hào)與前一信號(hào)同相(即無(wú)相移)時(shí)，它表示數(shù)字信號(hào)“0”，而當(dāng)載波信號(hào)與前一信號(hào)異相(1800相移)時(shí)，它表示數(shù)字信號(hào)“1”。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，13，2.2.2二進(jìn)制數(shù)據(jù)編碼技術(shù)，NRZ是最簡(jiǎn)單和最有效的數(shù)字編碼，如圖2-3a所示。它用

6、負(fù)電平表示“0”，用正電平表示“1”。這種方案被稱(chēng)為雙極不歸零編碼。如果0表示“0”，正表示“1”，這就叫做單極性不歸零編碼。NRZ編碼的缺點(diǎn)是發(fā)送方和接收方不能保持同步。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，14，曼徹斯特編碼，曼徹斯特編碼，也稱(chēng)為相位編碼(PE)，通常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每個(gè)比特中間有一個(gè)跳躍，比特中間的跳躍作為時(shí)鐘信號(hào)來(lái)保持發(fā)送者和接收者同步。并且作為數(shù)據(jù)信號(hào)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，15，差分曼徹斯特編碼，其特征在于每個(gè)比特二進(jìn)制信號(hào)中間的轉(zhuǎn)變僅用作時(shí)鐘，而不代表二進(jìn)制數(shù)據(jù)的值，并且二進(jìn)制數(shù)據(jù)的值由每個(gè)比特開(kāi)始的

7、邊界處是否存在轉(zhuǎn)變來(lái)確定。數(shù)字信號(hào)起始位置的跳躍表示“0”，而沒(méi)有跳躍表示“1”。其優(yōu)點(diǎn)是同步時(shí)鐘和良好的抗噪聲特性，因此在局域網(wǎng)中得到廣泛應(yīng)用。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，以及16，2.2.3模擬信號(hào)的數(shù)字編碼技術(shù)。將模擬數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號(hào)最常見(jiàn)的例子是脈沖編碼調(diào)制。采樣：模擬數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值以固定的時(shí)間間隔作為樣本收集。量化量化是決定一個(gè)樣本屬于哪個(gè)量級(jí)，并根據(jù)量化級(jí)別對(duì)其幅度進(jìn)行舍入。在量化之前，需要將信號(hào)分成幾個(gè)量化級(jí)別。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，17，編碼，使用相應(yīng)數(shù)字的二進(jìn)制代碼來(lái)表示量化樣本的級(jí)別。編碼后，每個(gè)樣本由相應(yīng)的編碼脈沖表

8、示，即對(duì)應(yīng)于該樣本的編碼脈沖被發(fā)送到信道。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，18，2.3數(shù)據(jù)傳輸和通信模式，四種數(shù)據(jù)傳輸形式：模擬信號(hào)傳輸模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。2020/7/15，第2章，用于網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，19，基帶傳輸，當(dāng)數(shù)字信號(hào)用于傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)終端設(shè)備將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為脈沖電信號(hào)時(shí)，原始電信號(hào)的固有頻帶稱(chēng)為基本頻帶，簡(jiǎn)稱(chēng)基帶。當(dāng)基帶信號(hào)在信道中直接傳輸時(shí)，稱(chēng)為基帶傳輸。在基帶傳輸中，媒體的整個(gè)帶寬都被基帶信號(hào)占用，信息可以雙向傳輸?；鶐鬏斚到y(tǒng)具有安裝簡(jiǎn)單、成本低的優(yōu)點(diǎn)，但傳輸距離短。傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，有必要對(duì)信號(hào)進(jìn)行編碼。2020/7

9、/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，20，頻帶傳輸，當(dāng)使用模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，它通常只占用有限的頻譜，這被稱(chēng)為對(duì)應(yīng)于基帶傳輸?shù)念l帶傳輸。波段傳輸也叫寬帶傳輸，只能單向傳輸信息。在寬帶傳輸中，同軸電纜或光纖經(jīng)常被用作傳輸介質(zhì)，而頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)可以用來(lái)同時(shí)發(fā)送各種模擬信號(hào)。頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是傳輸距離長(zhǎng)，可達(dá)幾十公里，可同時(shí)提供多種信道。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，21，線(xiàn)路通信模式，線(xiàn)路通信模式有三種基本形式：?jiǎn)喂ねㄐ虐腚p工通信全雙工通信，2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，22，單工通信，這種通信模式的數(shù)據(jù)信息只能在一個(gè)固定的方向上傳輸，這就決定了通信雙

10、方的一端。例如，顯示終端只能接受計(jì)算機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，但不能發(fā)送為了確保電信號(hào)的正確傳輸，需要一對(duì)線(xiàn)路，其中一條線(xiàn)路用作反向響應(yīng)和控制的監(jiān)控通道。第二章，網(wǎng)絡(luò)通信的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，第23章，半雙工通信，指的是可以交替改變方向的數(shù)據(jù)傳輸，但在一定時(shí)間內(nèi)只允許一個(gè)方向的數(shù)據(jù)流。通信雙方都有發(fā)送和接收設(shè)備，但它們不能同時(shí)發(fā)送和接收。半雙工通信也使用一個(gè)信道(2條線(xiàn)路)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，24，全雙工通信，這是一種可以在任何時(shí)間進(jìn)行雙向傳輸?shù)耐ㄐ拍Ｊ?，相?dāng)于在兩個(gè)方向上組合單工通信，并要求收發(fā)器具有獨(dú)立的收發(fā)器能力。為此，它需要兩個(gè)通道來(lái)支持它，也就是說(shuō)，它使用四線(xiàn)連接。20

11、20/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，25，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中的兩種通信模式：并行通信：用于在計(jì)算機(jī)內(nèi)部組件或附近設(shè)備之間傳輸數(shù)據(jù)。串行通信：用于計(jì)算機(jī)之間的通信，通信過(guò)程中必須考慮通信的方向和同步。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，26，計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間的并行通信通常是通過(guò)計(jì)算機(jī)的并行端口(LPT)和通過(guò)串行端口(COM)的串行通信。普通微機(jī)支持四個(gè)以上的通訊端口和三個(gè)以上的端口，但通常只有兩個(gè)通訊端口和一個(gè)端口是有效的。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，27，在并行通信中，兩個(gè)設(shè)備之間通常同時(shí)傳輸8個(gè)數(shù)據(jù)位，發(fā)送方和接收方通過(guò)8條數(shù)據(jù)線(xiàn)連接。

12、在串行通信中，收發(fā)器一次只能發(fā)送或接收一個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位串聯(lián)通過(guò)通信線(xiàn)路。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，28，由于并行數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)的內(nèi)部總線(xiàn)上傳輸，為了與外部設(shè)備串行通信，有必要在發(fā)送端將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)，在接收端將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)中的串行通信適配器負(fù)責(zé)串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。在計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)中，計(jì)算機(jī)也串行通信，網(wǎng)卡負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，29，數(shù)據(jù)傳輸模式。為了保持同步，我們必須解決數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的同步問(wèn)題。常見(jiàn)的數(shù)據(jù)傳輸方法包括異步傳輸和同步傳輸。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)

13、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，30，同步傳輸，同步傳輸模式的信息格式是在由一組字符或一個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊前后添加同步字符。雙方應(yīng)事先就同步字符的編碼和同步字符的數(shù)量達(dá)成一致，一旦接收方收到同步字符，將開(kāi)始接收數(shù)據(jù)。在同步模式下，除了發(fā)送數(shù)據(jù)之外，發(fā)送方還通過(guò)使用同步字符開(kāi)始接收數(shù)據(jù)，并發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)。信息傳輸?shù)碾p方使用相同的時(shí)鐘信號(hào)來(lái)確定傳輸過(guò)程中每個(gè)比特的位置。同步通信是高效和快速的，但是如果數(shù)據(jù)發(fā)生錯(cuò)位，整個(gè)數(shù)據(jù)必須重新傳輸，并且控制是復(fù)雜的。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，31，異步通信，其中在每個(gè)字符代碼前添加一個(gè)起始位“0”以指示字符代碼的開(kāi)始，在后面添加一個(gè)停止位“1”以指

14、示字符代碼的結(jié)束。接收者根據(jù)從“1”到“0”的跳躍判斷新字符的開(kāi)始，從而在通信線(xiàn)路的兩端起到同步的作用。為了檢測(cè)字符傳輸?shù)恼_性，可以在字符代碼后添加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位。如果在異步傳輸模式下發(fā)生錯(cuò)誤，只需要重新傳輸一個(gè)字符，因此控制很簡(jiǎn)單。然而，由于起始位和奇偶校驗(yàn)位占用一定量的開(kāi)銷(xiāo)，效率較低。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，32，數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)，數(shù)據(jù)速率：指每秒傳輸?shù)男畔⒘?，以比?秒為單位，記錄為bps信道帶寬：指信號(hào)在信道中傳輸而不失真所占用的頻率范圍，通常也稱(chēng)為信道的頻帶。信道容量：它表示信道傳輸數(shù)字信號(hào)的能力，以信道中可傳輸?shù)淖畲髷?shù)據(jù)速率為指標(biāo)。當(dāng)傳輸信號(hào)速率

15、超過(guò)信道的最大信號(hào)速率時(shí)，就會(huì)發(fā)生失真。信道帶寬通常用于表示信道容量。差錯(cuò)率：衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或信道傳輸可靠性的指標(biāo)。有誤碼率、誤碼率、字符誤碼率和組誤碼率。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，33，數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)，延遲：對(duì)于信道，延遲用于表示網(wǎng)絡(luò)中相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)站之間的傳播時(shí)間；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)上的某個(gè)站點(diǎn)，延遲是指從接收信息到再次轉(zhuǎn)發(fā)信息的時(shí)間延遲。吞吐量：數(shù)字表示單位時(shí)間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)或交換設(shè)備成功傳輸或交換的信息總量，單位為bps。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，34，2.4傳輸媒體，1。雙絞線(xiàn)雙絞線(xiàn)通常使用雙絞線(xiàn)電纜作為局域網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)。雙絞線(xiàn)電纜由一對(duì)

16、或多對(duì)雙絞線(xiàn)組成。目前，網(wǎng)絡(luò)中使用四個(gè)雙絞線(xiàn)。雙絞線(xiàn)是模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信最常見(jiàn)的傳輸介質(zhì)。1類(lèi)和2類(lèi)線(xiàn)路主要用于語(yǔ)音和低速傳輸，網(wǎng)絡(luò)中可以使用3類(lèi)以上的雙絞線(xiàn)。目前主要使用5類(lèi)和6類(lèi)雙絞線(xiàn)。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，35，2。同軸電纜同軸電纜常用：粗電纜、細(xì)電纜、有線(xiàn)電視同軸電纜等。同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體(單芯銅導(dǎo)體)和外導(dǎo)體(編織網(wǎng)導(dǎo)體)組成。外導(dǎo)體的功能是屏蔽電磁干擾和輻射，兩個(gè)導(dǎo)體由絕緣材料隔離。這種結(jié)構(gòu)使同軸電纜具有較高的帶寬和較好的抗干擾特性。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，36，3。光纖光纜光纖可分為多模光纖和單模光纖。光纜(簡(jiǎn)稱(chēng)光纜)由一束

17、光纖組成，光纖上覆蓋著一層低折射率材料。當(dāng)光束進(jìn)入核心時(shí)，它在核心的邊緣被全反射，這使得光束彎曲。模式光纖使用發(fā)光二極管產(chǎn)生的熒光作為光源，方向性差。單模光纖采用注入式激光二極管作為光源，激光具有很強(qiáng)的方向性。光纜的優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)損耗小，頻帶寬，傳輸速率高，不受外界電磁干擾。保密性好。光纜主要用于長(zhǎng)距離數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)主干。2020/7/15，第2章網(wǎng)絡(luò)通信的基本計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，37，4。無(wú)線(xiàn)電傳輸媒介主要包括微波通信、激光通信和紅外通信。微波通信廣泛用于電報(bào)、電話(huà)和電視的傳輸。微波是直線(xiàn)傳播的。激光通信的優(yōu)點(diǎn)是帶寬高，方向性好，不受氣候和環(huán)境的影響，保密性好。激光通信通常用于短距離傳輸。紅外通信技術(shù)主要用于遙控設(shè)備的通信。2020/7/15，第2章，網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，38，2.5復(fù)用技術(shù)，使用傳輸線(xiàn)并采用各種技術(shù)在物理信道上同時(shí)傳