第02章-数据通信(第3版).ppt

第2章数据通信基本概念,计算机网络应用技术教程（第三版）,本章学习要求,了解：数据通信的基本概念掌握：传输介质的基本特点了解：主要的数据编码技术掌握：基带传输的基本概念掌握：差错控制方法的定义,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.1数据通信的基本概念,信息、数据与信号数据传输类型与通信方式,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.1.1信息、数据与信号,通信的目的是交换信息，信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制数据来表示为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字编码的方式表示数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程,计算机网络应用技术教程（第三版）,信息编码标准,ASCII码被国际标准化组织ISO接受，成为国际标准ISO646，又称为国际5号码ASCII码用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准ASCII码采用7位二进制比特编码，可以表示128个字符ASCII字符分为两类：图形字符与控制字符。图形字符包括：数字、字母、运算符号、商用符号等,计算机网络应用技术教程（第三版）,多媒体网络应用,随着计算机技术的发展，多媒体技术得到广泛应用与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性如果每帧图像由1024768个点阵组成，图像颜色有256种，每个点阵用1字节二进制数表示，每秒钟传送30帧图像，则每秒需要传送235,929,601字节如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进行22,050次取样，每次取样值用1字节表示，单声道每秒钟需要传送22,050字节；双声道立体声每秒钟需要传送44,100字节多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高要求,计算机网络应用技术教程（第三版）,信号的概念,信号是数据传输过程中电信号的表示形式模拟信号(analogsignal)的电平是连续变化的数字信号(digitalsignal)是用两种不同电平表示0、1比特序列的电压脉冲信号,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.1.2数据传输类型与通信方式,数据传输类型模拟通信数字通信数据通信方式串行通信、并行通信单工通信、半双工或全双工通信同步方式同步通信异步通信,计算机网络应用技术教程（第三版）,串行通信与并行通信,计算机网络应用技术教程（第三版）,单工、半双工与全双工通信,计算机网络应用技术教程（第三版）,同步技术,数据通信的同步包括两种：位同步(bitsynchronous)字符同步(charactersynchronous)同步式(synchronous)：将字符组织成组，以组为单位连续传输。每组字符之前加上一个或多个同步字符SYN异步式(asynchronous)：每个字符传输，字符之间的时间间隔任意。每个字符的第一位前加1位起始位(逻辑“1”)，最后一位后加1或2位终止位(逻辑“0”),计算机网络应用技术教程（第三版）,2.2传输介质,双绞线、同轴电缆与光纤无线与卫星通信,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.2.1双绞线、同轴电缆与光纤,传输介质的特性：物理特性：传输介质物理结构的描述传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及调制技术、传输容量、频率范围地理范围：传输介质最大传输距离抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力相对价格：器件、安装与维护费用,计算机网络应用技术教程（第三版）,双绞线的结构与类型,计算机网络应用技术教程（第三版）,同轴电缆的结构,计算机网络应用技术教程（第三版）,光纤的结构,计算机网络应用技术教程（第三版）,光纤的工作原理,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.2.2无线与卫星通信,电磁波谱与通信类型的关系,计算机网络应用技术教程（第三版）,无线通信,高频无线电波的传播路径,计算机网络应用技术教程（第三版）,蜂窝无线通信,频分多址接入(FDMA)时分多址接入(TDMA)码分多址接入(CDMA),计算机网络应用技术教程（第三版）,卫星通信,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.3数据编码技术,数据编码类型模拟数据编码方法数字数据编码方法脉冲编码调制方法,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.3.1数据编码类型,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.3.2模拟数据编码方法,电话信道是一种典型的模拟信道，它的覆盖面最广、应用最普遍为了利用电话信道传输计算机的数字信号，首先要将数字信号转换成模拟信号。调制(modulation)是将数字信号变换成模拟信号的过程，解调(demodulation)是将模拟信号还原成数字信号的过程,计算机网络应用技术教程（第三版）,模拟数据编码类型,振幅键控(amplitude-shiftkeying，ASK)通过改变载波信号的振幅来表示数字信号移频键控(frequency-shiftkeying，FSK)通过改变载波信号的角频率来表示数字信号移相键控(phase-shiftkeying，PSK)通过改变载波信号的相位值来表示数字信号绝对调相：相位的绝对值相对调相：相位的相对偏移值,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.3.3数字数据编码方法,非归零码(non-returntozero，NRZ)用负电平表示逻辑“0”，用正电平表示逻辑“1”曼彻斯特编码(Manchester)每比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分；通过前T/2传送该比特的反码，通过后T/2传送该比特的原码差分曼彻斯特编码(differenceManchester)每比特的中间跳变只起同步作用；每比特的值根据其开始边界是否发生跳变决定,计算机网络应用技术教程（第三版）,数字数据编码的波形,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.3.4脉冲编码调制方法,脉冲编码调制(pulsecodemodulation，PCM)是模拟数据数字化的主要方法脉冲编码调制的基本操作：采样是隔一定的时间间隔，将模拟信号的电平幅度值取出做为样本量化是将样本幅度按量化级决定取值的过程编码是用相应位数的二进制代码表示量化后样本的量级,计算机网络应用技术教程（第三版）,采样、量化与编码的过程,计算机网络应用技术教程（第三版）,PCM用于数字语音系统,声音分为128个量化级每个量化级采用7位二进制编码表示采样速率为8000样本/秒数据传输速率应达到7位8000/秒=56Kbps如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示数据传输速率应达到8位8000/秒=64Kbp,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.4基带传输的基本概念,基带传输与传输速率带宽与传输速率,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.4.1基带传输与数据传输速率,基带传输是在数字通信信道上直接传送基带信号的方法数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一数据传输速率是每秒传输的数据代码的二进制比特数，其单位为比特/秒(bps),计算机网络应用技术教程（第三版）,常用的传输速率单位,1Kbps=103bps1Mbps=106bps1Gbps=109bps1Tbps=1012bps,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.4.2带宽与传输速率的关系,奈奎斯特准则二进制数据信号的最大传输速率Rmax与信道带宽B(单位Hz)的关系为Rmax=2B(bps)香农定理在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，传输速率Rmax与信道带宽B，信噪比S/N的关系为Rmax=Blog2(1+S/N)，S/N为信噪比,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.5差错控制方法,差错产生的原因与差错类型误码率的定义循环冗余编码工作原理差错控制机制,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.5.1差错产生的原因与差错类型,传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送数据不一致的现象差错控制是检查是否出现差错，以及如何来纠正差错通信信道的噪声分为两类热噪声：引起的差错是随机差错冲击噪声：引起的差错是突发差错在通信过程中产生的传输差错由随机差错与突发差错共同构成,计算机网络应用技术教程（第三版）,差错产生的过程,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.5.2误码率的定义,误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：Pe=Ne/N，其中N为传输的二进制码元总数，Ne为被传错的码元数误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数之一对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进制比特来计算,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.5.3循环冗余编码工作原理,纠错码每个传输的分组带上足够的冗余信息接收端能发现并自动纠正传输差错检错码分组包含足以使接收端发现差错的冗余信息接收端能发现出错，但不能确定哪位出错，并且自己不能纠正差错,计算机网络应用技术教程（第三版）,循环冗余编码的工作原理,计算机网络应用技术教程（第三版）,CRC校验码的检错能力,CRC校验码能检查出全部单个错CRC校验码能检查出全部离散的二位错CRC校验码能检查出全部奇数个错CRC校验码能检查出全部长度小于等于K位的突发错CRC校验码能以1-(1/2)K-1的概率检查出长度为(K+1)位的突发错,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.5.4差错控制机制,计算机网络应用技术教程（第三版）,停止等待方式,发送方在发送完一数据帧后，要等待接收方的应答帧的到来,计算机网络应用技术教程（第三版）,连续工作方式,连续方式,计算机网络应用技术教程（第三版）,连续工作方式,选择重发方式,计算机网络应用技术教程（第三版）,2.6本章总结,数据通信是在不同计算机之间传送表示字符、数字、语音、图象的二进制代码0、1比特序列的过程信号是数据传输过程中的电信号表示形式。按在传输介质上传输的信号类型分为：模拟信号和数字信号按信号传输方向与时间，数据通信可以分为：单工通信、半双工通信与全双工通信同步技术保证通信双方在时间上一致。数据通信同步主要包括：位同