河南机电第3讲第2章-数据通信基础.ppt

21世纪高等职业技术教育,计算机网络技术,授课人：解瑞云,信息技术类规划教材,第2章数据通信基础,内容回顾,计算机网络产生的原因和基础。计算机网络发展的四个阶段。计算机网络的定义。计算机网络的组成（逻辑、物理）。计算机网络的功能。计算机网络的分类（7种分类）。计算机网络的拓扑结构（总线型、星型、树型、环型、网状型、混合型）。,本章学习目标,了解并识记数据通信的基本概念掌握数据通信的主要技术指标及计算理解并掌握数据编码的类型和基本方法掌握多路复用技术的分类和特点理解数据交换技术的分类和特点识记差错控制和检测的基本概念,本讲重点,数据通信基本概念。数字信号与模拟信号。通信方式分类（单工、半双工、全双工）,2.1数据通信的基本概念,1.信息、数据与信号,信息(Information)：字母、数字、语音、图象等的组合。数据(Data)：传递信息的实体，常是二进制代码序列。信号(Signal)：数据在传输过程中的电信号表示形式。信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。,数字信道和模拟信道,数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。,两种不同类型的量：,A.时间、温度、电波、声音,B.字符，二进制数，电脉冲,信号中没有断开或不连续的的地方；,信号仅取一些有限数目的值；,2.数据传输类型与通信方式,模拟信号和数字信号,模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值,t,a)模拟信号,b)数字信号,(1)串行通信串行通信是指用一条数据线传送比特流，一次只传送一个比特。(2)并行通信并行通信是指同时有多条数据通道，可同时传送多个比特。,通信方式按使用的信道数,通信方式按数据流动的方向,单工：数据单向传输（无线电广播）半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机）全双工：数据可同时双向传输（电话）两个方向的信号共享链路带宽：1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输,数据通信的操作方式,3.数据通信中的主要技术指标1）数据传输速率指每秒能传送的二进制信息位数，也叫比特率。单位：位/每秒，记作bps或bit/s。2）信号传输速率单位时间里通过信道传输的码元个数，也叫波特率。单位：波特，记作Baud。,码元(CodeCell)：时间轴上的一个信号编码单元同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始,比特率和波特率的关系：S=（log2N）B其中M是信号的编码级数。也可以写成Rbit=Rbaudlog2N一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。,对一个十六进制信号的波形，其波特率为800波特/秒，则其比特率是多少？,B=800波特/秒，N=16,S=Blog2N=800*log216=3200(bit/s),3）信道容量：指1个信道的最大数据传输速率。单位：位/每秒。,Nyquist公式：用于无噪声理想信道,非理想信道实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。b）延迟信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。c）噪声热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等）。噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。,S/NdB信噪比（dB分贝）的定义:,S/NdB=10log10S/N,例：信道带宽W=3KHz，信噪比为30dB，则C=3000*log2(1+1000)30Kbps,即：,SN,),Shannel公式：随机噪声干扰信道,4）误码率指二进制数据位传输时出错的概率，是衡量信道传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于106。P=错误的位数/传输的总位数,传输介质的主要类型,（1）双绞线：最常用的传输介质非屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwisted-Pair）：无屏蔽层，由护套和线对组成。屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STP，ShieldedTwisted-Pair）：有屏蔽层，抗噪性好。用于网络的双绞线和用于电话系统的双绞线是有差别的。双绞线使用RJ-45接头连接计算机的网卡或集线器等通信设备。,2.2常见传输介质及特性,图2-1非屏蔽双绞线电缆(UTP),图2-2屏蔽双绞线电缆(STP),双绞线可以分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两大类。（1）非屏蔽双绞线UTP非屏蔽双绞线(UnshieldedtwistedpairUTP)由多对双绞线对和一层塑料外皮构成，如上图所示。1991年，TIA和EIA两个标准化组织，在TIA/EIA568标准中对双绞线的规范做了说明。该标准把非屏蔽双绞线分为了5类。后来，又出现了超5类线和6类线。对计算机网络来说，现在最常用的UTP是5类线和超5类线。5类线：支持100Mbit/s的速率，广泛用于现代局域网中。超5类线：通常采用高质量的铜线，更高的缠绕，并使用先进的方法以减少串扰。超5类线能支持高达200Mbit/s的速率，时常规5类线容量的2倍。6类线：包括4个线对。每对电线被箔绝缘体包裹，另一层箔绝缘体包裹在所有线对的外面，同时一层防火塑料封套包裹在第二层箔层外。箔绝缘体对串扰起了很好的抵抗作用，使得6类线能支持的吞吐量是常规5类线的6倍。非屏蔽双绞线相对便宜、灵活且易于安装，无屏蔽外套较细小，节省空间，非常适合于结构化布线，其连接的网络结构属于星型拓扑结构。,（2）屏蔽双绞线STP为了提高双绞线的外界抗干扰性，在双绞线的外面再加上一个金属屏蔽层，就是屏蔽双绞线。如上图所示。屏蔽双绞线具有非屏蔽双绞线的所有优点和缺点。同时，它比UTP电缆能更好的隔离外部的各种干扰，具有更高的传输速率。通常，STP电缆比UTP电缆更贵一些。所以，屏蔽双绞线常用于一些特殊环境。（3）双绞线的使用1）直连线直连线也叫直通线或平行线，如图所示。2）交叉线网线两端的线序排列不同，呈交叉状态，如图所示。,直通双绞线与交叉双绞线,1.双绞线1326通信规则在用双绞线做传输介质的以太网中，除了100Base-T4和1000Base-T以外，其余均只使用四对绞线中的两对。当信号通过双绞线电缆传输时，在电缆内的四对(八根)铜线(芯线)中，实际起作用的只有其中的两对，分别是1-2脚和3-6脚。比如，对应网卡接口如表2-1，1-2脚负责发送数据(TX+，TX-)，而3-6脚负责接收数据(RX+，RX-)。,表2-1网卡接口各引脚定义,2.568A与568B定义的双绞线的连接规则在568A与568B中所定义的RJ-45连接头各脚与双绞线各芯线排列的对应方式，如表2-2所示。引脚568A标准568B标准1绿白橙白2绿橙3橙白绿白4蓝蓝5蓝白蓝白6橙绿7棕白棕白8棕棕其中1-2脚和3-6脚是对绞的两对芯线。对绞的电缆因为其中传输的信号方向相反，从而使彼此的电磁辐射相互抵消，因此使收、发数据之间的干扰降到最小。,表2-2568A和568B标准定义的双绞线色线的排列规定,（2）同轴电缆：抗干扰性较强，早期局域网常用的传输介质。,（3）光纤：性能最好，应用前途最广泛的传输介质。利用折射定律和全反射规律，传播光信号。低损耗、高带宽、高数据传输速率、安全性好。,光纤从20世纪70年代，通信和计算机技术发展的都十分迅速，信息的传输速率提高的很快，传统的传输介质已不能满足发展需求，光纤以其高带宽、高抗干扰性和低损耗的突出优势成为发展最迅速也最有前途的传输介质。（1）光纤的成份光纤是一种能够传导光信号的极细而柔软的介质。通常我们所用的光缆都是由若干根光纤组成的。制作光纤的成份主要有三种：1）超纯二氧化硅：采用超纯二氧化硅制成的光纤，性能最好，但是成本太高，一般不用。2）塑料纤维：采用塑料纤维制造光纤成本最低，但性能最差，有时可用于短距离通信。3）多成份玻璃纤维：性能价格比最好，应用最广泛。（2）光纤的结构光纤由纤芯和包层两部分构成。纤芯传播光波信号，包层和纤芯相比折射率较低。包层的作用就是把光反射回纤芯，防止光能量的泄漏。,（3）光纤的分类描述光纤有两个尺寸参数：纤芯直径和包层直径，单位都是微米。例如，62.5/125m光纤电缆，纤芯直径为62.5m，包层直径为125m。根据传输点模数的不同，光纤可分为单模光纤和多模光纤两大类。1）单模光纤主要用于长距离通信，其纤芯直径为810m，包层直径为125m。提供单条光通路。单模光纤使用的光源是激光二极管，所以，单模光纤的带宽宽、衰减小、容量大，能以很高的速率进行长距离传输。2）多模光纤多模光纤可以同时支持多路光波进行传输，多模光纤采用普通的发光二极管作光源，传输距离不如单模光纤长，容量也比单模光纤小。但是多模光纤成本低，常应用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。单模光纤和多模光纤传输的比较如图所示。多模光纤单模光纤,传输介质的选择要从以下因素来考虑：网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。双绞线的显著特点是价格便宜，但与同轴电缆相比，其带宽受到限制。对于单个建筑物内的低通信容量网络来说，双绞线性能价格比可能是最好的。同轴电缆的价格要比双绞线贵一些，对于大多数局域网来说，需要连接较多设备而且通信容量相当大时可以选择同轴电缆。光纤作为传输介质，与同轴电缆和双绞线相比具有一系列优点：频带宽、速率高、体积小、重量轻、衰减小、能电磁隔离、误码率低等，已广泛用于高速数据通信网。随着光通信技术的发展和成本降低，光纤作为网络的传输介质也得到了普遍采用。目前，便携式计算机已经有了很大的发展和普及，由于可随身携带，对于可移动的无线网的需求将日益增加，无线数字网络类似蜂窝电话网，人们可以随时随地将计算机接入网络，发送和接收数据。,传输介质的选择,（4）无线通信介质：常用的有微波、红外线和可见光。无线通信系统有：微波通信、蜂窝移动通信和卫星通信。微波只能沿直线传播，在地面一般采用点对点方式通信。蜂窝移动通信是广播式传输，采用多址接入技术区分用户。卫星通信覆盖面积大，通信距离远，通信费用和距离无关，有传输延迟。,无线电波,无线电通信就是利用地面发射的无线电波通过电离层的反射而到达接收端的一种远距离通信方式。无线电通信使用的频率一般在3MHz至1GHz。无线电波的传播特性与频率有关。在低频上，无线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧递减。在高频上，无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡，还会被雨水吸收。,微波,对于频率在100MHz以上的无线电波，其能量将集中于一点并沿直线传播，这就是微波。微波通信是利用无线电波在对流层的视距范围内进行信息传输的一种通信方式，它使用的频率范围一般在1GHz至20GHz左右。由于微波只能沿直线传播，所以微波的发射天线和接收天线必须精确对准，而且每隔一段距离就需要一个中继站。,无线电波,蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般是10m之内）的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、笔记本电脑、相关外