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第二章数据通信基础与传输介质,数据通信的基本概念数据通信方式数据通信技术传输介质,第二章数据通信基础与传输介质,计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物。数据通信主要负责数据或者说信息的传输，计算机则主要对数据信息进行处理，两者紧密结合，缺一不可。要能较好的理解计算机网络，必须对网络的通信原理有一定的理解。我们将主要从计算机网络的角度出发，对数据通信技术做一些基础介绍。,2.1数据通信的基本概念,从广义上讲，通信是指用任何方法通过任何介质将信息（Information）从一地传送到另一地。通信的目的就是交换信息。信息是笼统的概念，其载体可以是数字、文字、语音、图形图象等。数据通信关心的是数据的表示方式和传输方法。数据一般可以用数字信号或模拟信号这两种方式来表示。于是出现了数字通信系统和模拟通信系统。,2.1.1数据、信息、信道与信号,信息是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态数据一般可以理解为“信息的数字化形式”和“数字化信息的形式”。数据表达信息的实体。数据：数据可分为模拟数据与数字数据两种。,数据是不能直接传输的，必须把它转换成适合某种具体介质传输的光或电信号，这个过程叫编码。信号简单地讲就是经过编码的信息在介质传输。根据信号参量取值的不同，信号可分为数字信号和模拟信号，或称为离散信号和连续信号,连续信号和离散信号,信道：传输信息的必经之路称为“信道”。在计算机中有所谓物理信道和逻辑信道之分,2.1.2通信系统,数据通信系统的模型,2.1.2通信系统,1.模拟通信系统利用模拟信号来传递数据的过程称为模拟通信。模拟通信的应用很多，如普通电话、广播、电视。信源模拟通信系统主要由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪音源组成。其传输过程可简单表示如图2-2。,2.数字通信系统利用数字信号来传递数据的过程称为数字通信。计算机有线局域网、数字电话、数字电视都是数字通信的应用。数字通信系统主要由信源、编码器、信道、解码器、信宿组成。其传输过程可用图2-3简单表示。,1.不管是数字通信还是模拟通信，其信源都不受限，即可以是数字数据也可以是模拟数据。2.数字通信系统的信道上传输的一定是数字信号，同理通信系统的信道上传输的一定是模拟信号。,2.2数据通信方式,数据传输类型的分类方法有多种。根据数据在通信信道上的信号类型划分，有基带传输和宽带传输。根据同时在通信信道上传输的数据位数划分，有并行传输和串行传输。根据信号传送的方向与时间的关系划分，有单工通信，半双工通信和全双工通信。按同步技术分，有异步传输和同步传输。,22数据通信方式,2.2.1基带传输与宽带传输基带传输：指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的0或1数字脉冲信号频带传输：在远距离通信时，需要将数字信号调制成音频信号再发送和传输，接收端再将音频信号解调成数字信号。宽带传输：指传输介质的频带宽度较宽的信息传输，一般在300-400MHz左右,2.2.2并行传输与串行传输,串行传输：指一位一位地传送数据，从发送端到接收端只要一根传输线即可并行传输：一次可以传送一个字节(8位)，发端到收端用8根线。,2.2.3数据的同步技术,1异步方式异步方式又称起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息,2.2.3数据的同步技术,2同步方式同步式要求不管是否传输信息代码，每个比特位必须在收发两端始终保持同步，中间没有间断时间，即为比特位同步。,单工数据传输：两站之间只能沿指定方向传输数据，反向传联络信号半双工数据传输：两站之间可以沿两个方向传输数据，但两个方向不能同时传输双工数据传输:两站之间可以同时两个方向传输数据,2.2.4数据传输方向,212数据通信系统的模型2、数据通信的方向（1）单工通信,21数据通信的理论基础,212数据通信系统的模型2、数据通信的方向（2）半双工通信,21数据通信的理论基础,212数据通信系统的模型2、数据通信的方向（3）全双工通信,2.2.5数据通信的主要技术指标,1、数据通信的主要技术指标（1）带宽在模拟信道中，我们常用带宽表示信道传输信息的能力，带宽即传输信号的最高频率与最低频率之差（2）比特率在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示,2.2.5数据通信的主要技术指标,2、数据通信的主要技术指标（3）误码率误码率指在数据传输中的错误率。在计算机网络中一般要求数字信号误码率低于10-6,23多路复用技术,多路复用就是在数据通信系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。其基本方法是在发送端将若干个彼此无关的信号合并为一个能在一个共用信道上传输的复合信号，在信号的接收端还能将复合信号分离出原来的若干个彼此无关的信号来,23多路复用技术,23多路复用技术,231频分多路复用频分多路复用（FDM）是按照频率区分信号的方法，把传输频带分成若干个较窄的频带，每个窄频带构成一个子通道，每个子通道独立地传输一路信息。,23多路复用技术,231频分多路复用频分多路复用,23多路复用技术,232时分多路复用时分多路复用是将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源来使用公共线路,23多路复用技术,232时分多路复用,23多路复用技术,233波分多路复用波分多路复用的原理同频分多路复用相似，主要用于光纤通信。它是利用不同波长的光在一条光纤上同时传输多路信号,2.3.2数据交换技术,计算机网络中的主机往往具有分散性，要想用某种介质把通信的双发直接相连是不现实的，就算距离近可是通信对象也常常更换并不固定。那数据如何从源站到达目地站呢？通常，数据都要经过有中间节点的网络转发才能到达目的地。因此产生了交换技术。这些中间节点无需处理数据的内容，其作用是提供一个交换设备，把数据从一个节点传到另一个节点，最后到达目地主机。常见的交换网络见图2-6。,2.3.2数据交换技术,数据交换技术又可分为电路交换、报文交换和分组交换1电路交换的工作原理电路交换的三个过程（1）电路建立（2）数据传输（3）电路拆除,（1）电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路如上图，假设A要和C通信，则必须在A、C间建立一条链路，如1456，那么14，45，56是依次分段建立的。A1属于A自己的专线，6C属于C的专线，都无需建立。,2.3.2数据交换技术,数据传输阶段。一旦电路建立好，数据信号就可以高速沿电路传输，经过交换节点时无需先存储后交换，可视为直通。电路释放阶段。数据传输结束后，必须释放临时专用的电路占用的节点及信道资源，供其它站点使用。,电路交换的优点是电路建立成功后数据传输快，可靠，无数据丢失和重复现象，节点无需路由，时延短。缺点是传输前必须建立连接，而且连接不一定建立成功，即存在呼损。线路利用率低，通信费用昂贵。,2报文交换1、报文交换原理报文交换属于存储-转发交换方式。存储转发的基本原理：双方通信前无需建立电路，线路共享使用，数据传输时由交换节点将所收到的数据存入节点的缓冲区，输出线路空闲时再将数据发送出去。即先存储后转发。报文交换则是一种以报文为交换单位的存储-转发交换方式。在这种模式下，报文在通信子网中由交换节点路由，所以每个报文都要携带完整的目的地址。由于整个数据的各个报文所经历的链路往往不同，时延也就有长有短。于是出现接收端报文的无序性，还可能出现重复和丢失。报文交换的时延较长且不确定，不能用于实时通信。但是通信方便，线路利用率高，费用较低。,3分组交换的工作原理分组交换属于存储-转发交换方式。它是对报文交换技术的改进，以更短、更标准的分组作为交换单位。分组交换又可以分成数据报方式和虚电路方式。数据报方式类似与上面的报文交换，只是数据交换单位变成了分组。虚电路方式要求通信双发建立虚电路。所谓虚电路是指通信双发通信前建立的一种逻辑上的连接，并非专用的实电路。虚电路方式的特点是：所有分组都必须沿已建立的虚电路传输，而虚电路本质上只是一条特定的传输路径。虚电路中的交换节点对所有分组都进行存储-转发。虚电路方式对于数据量较大的通信传输率高，分组传输时延较短，不容易丢失。传统的交换技术往往不能满足人们对多媒体高带宽的需求。提高交换速度的方案主要有帧中继和异步传输模式ATM。,电路交换和分组交换技术,电路交换和分组交换技术有许多不同之处。关键之处在于电路交换中信道带宽是静态分配的，而分组交换中信道带宽是动态分配和释放的。在电路交换中已分配的信道带宽未使用时都被浪费掉。而在分组交换中，这些未使用的信道带宽可以被其他分组所利用，因为信道不是为某对结点所专用的，从而使信道的利用率非常高（相对来说每个用户信道的费用就可以降低）。但是，正是因为信道不是专用的，突发的输入数据可能会耗尽交换设备的存储空间，造成分组丢失。,电路交换和分组交换技术,电路交换和分组交换的最后一个区别是计费方法的不同。它们所采用的技术决定了它们的计费方法是不同的。在电路交换中，通信费用取决于通话时间和距离，而与通话量无关，原因是在电路交换中，通信双方是独占信道带宽的。而在分组交换中，通信费用主要按通信流量（如字节数）来计算，适当考虑通话时间和距离。因特网电话（Internetphone）就是使用分组交换技术的一种新型电话，它的通话费远远低于传统电话，原因就在这里,2.4传输介质,传输介质是网络中传输信息的媒体（Media）。传输介质的性能特性对传输速率、通信的距离、可连接的网络结点数目及数据传输的可靠性等均有很大的影响。我们在架设网络时要根据具体要求选择合适的传输介质。传输介质分为有线介质和无线介质两大类。有线介质包括双绞线、同轴电缆和光纤。无线传输介质主要有无线电、地面微波、卫星微波、红外线以及移动通信等。有线介质相对于无线介质具有速度快、可靠性好、保密性好等优点，在生活中也是应用最广的，我们要重点学习。,1、同轴电缆,同电缆优点：屏蔽好、带宽高和衰减低及安装方便等,一般构成形式：用一条导体线传输信号，导体周围裹一层绝体和一层同心的屏蔽网，屏蔽层和内部导体共轴。,一、概述,1基带同轴电缆同轴电缆：以硬铜线为芯，外包一层用密织的网状导体环绕的绝缘材料。网状导体外又覆盖一层保护性材料。用于数字传输。特性：（1）高带宽；（2）极好的噪声抑制。同轴电缆的带宽取决于电缆长度。线缆中间还须要使用中继器。应用：（1）有线电视；（2）某些局域网。2宽带同轴电缆宽带同轴电缆：使用有限电视电缆进行模拟信号传输的同轴电缆系统。3.宽带系统与基带系统的区别：覆盖的区域广。,二、常见的同轴电缆,图3-8同轴缆结构,主要电气参数：特性阻抗；衰减；传播速度；直流回路电阻。主要物理参数：中心导体直径；屏蔽层的内外径；外部隔离材料的材质最小弯曲半径。,常用的同轴电缆型号参见表3-2。,表3-2常见同轴缆,三、同轴细缆,1硬件配置,布线硬件,BNC接口的以太网卡网络接口适配器便协式适配器PCMCIA卡,BNC-T型连接器,终端匹配电阻（50殴）,细同轴电缆：中心有一个铜的或敷铜箔膜的铝导线，中轴上包围着一层绝缘泡沫材料。10Base2：“10”代表了它的数据传输速度为10Mbps，“Base”代表了它使用基带传输，“2”代表了最大段长度为185（或粗略为200）米。,电缆系统:细缆(RG-58A/U)（5毫米，50欧姆）BNC连接器插头（安装在两端）BNC桶型连接器（连接两段细缆）BNC终端匹配器（50欧姆）中继器（最多四个）,细缆以太网的连接如下图所示:,图3-9同轴细缆网络,2技术参数：（1）最大的干线段长度:185米；（2）最大网络干线电缆长度:925米；（3）每条干线段支持的最大结点数:30；（4）BNC-T型连接器之间的最小距离:0.5米。3特点：（1）容易安装；（2）造价较低；（3）抗干扰能力强；（4）维护和扩展困难；（5）断点多，可靠性差。,四、同轴粗缆,4网络实施时的注意事项：（1）不应绞结；（2）弯角半径应大于20cm；（3）各工作站点间的距离应大0.5米；（4）接头安装要牢靠，防止信号短路；（5）走线在电缆槽内，防止电缆损坏；（6）铺设时，不可用力拉扯，防止拉断；（7）两端一定要安装终端器，一个要接地；（8）一般不可在室外，在室外的加装套管。,同轴粗缆：中心为铜导体或敷铜箔膜的铝导体。10Base5：“10”代表10Mbps的吞吐量，“Base”代表是基带传输，“5”代表了粗缆网的电缆最大网段长度为500米。,1粗缆以太网硬件硬件设备：网络接口适配器（AUI接口的以太网卡、PCMCIA卡）收发器(Transceiver)（以太网(IEEE802.3)类型）收发器电缆（AUI电缆）,粗缆以太网的硬件连接图如下：,图3-10同轴粗缆网络,电缆系统：粗缆(RG-11A/U)：（10毫米，50欧姆）N-系列连接器插头：（安装在两端）N-系列桶型连接器：（连接两段）N-系列终端匹配器：（50欧姆）中继器：（干线段的长度不超过500米，最多四个）,2主要技术参数：（1）最大干线段长度：500米。（2）最大网络干线电缆长度：2500米。（3）每条干线段支持的最大结点数：100。（4）收发器之间最小距离：2.5米。（5）收发器电缆的最大长度：50米。,3主要特点：（1）可靠性高，抗干扰能力强；（2）地理覆盖范围大，最长距离可达2500米；（3）安装、维护和扩展困难；（4）造价高。4实施时应注意的问题（1）自然平直铺设；（2）弯角半径应大于30厘米；（3）各工作站点间的距离应大于2.5米；（4）接头要牢靠，防止信号短路；（5）走线在电缆槽内，防止电缆损坏；（6）拉线时不可用力过猛，防止扭曲；（7）可用连结器，总长度不可大于500米，（8）一定要安装终端匹配电阻，一个接地；（9）可安装在室外，要防护措施。小结：本节主要学习了同轴电缆的性能及应用。作业：常见同轴缆有哪些？综合布线中什么情况下会用到同轴细缆？,3.3双绞线,一、概述,双绞线电缆（是否屏蔽）,屏蔽双绞线电缆（STP）,非屏蔽双绞线电缆（UTP）,1.屏蔽双绞线,影响屏蔽作用的因素,环境噪声的级别和类型屏蔽层的厚度和所使用的材料接地方法屏蔽的对称性和一致性,结构如图3-11所示,图3-11双绞线结构,学习目标：掌握双绞线的性能，能应用双绞线组网学习重点：五类、六类布线的性能参数学习难点：双绞线的性能参数的理解,2.非屏蔽双绞线,“XBaseT”“X”代表最大数据传输速度为XMbps，“Base”代表采用基带传输方法传输信号，“T”代表UTP。,结构如下图所示：,图3-12非屏蔽双绞线结构,3屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的比较,二、常见双绞线的型号,三、超五类布线系统,RJ45接头中的8个PIN分布如图3-13所示：,图3-18RJ45引脚步分布,1四大优点：（1）坚实的网络基础；（2）多对数应用，低偏差和低串扰总值；（3）为将来的网络应用提供了解决方案；（4）充足的性能余量，安装和测试方便。,3超五类双绞线的应用,2主要性能与测试（100米长度、100MHZ时）：频率范围：100MHZ电缆插入损耗：22.0dB连接器插入损耗：0.4dB线对间的近端串扰：35.3dB线对间综合近端串扰：32.3dB连接器线对间的近端串扰：40.3dB连接器线对间的综合近端串扰：40.0dB信道近端串扰：30.1dB信道的综合近端串扰：27.1dB衰减串扰比：6.1dB综合衰减串扰比：3.1dB电缆远端串扰：23.8dB电缆综合远端串扰：20.8dB连接器的远端串扰：35.1dB连接器的综合远端串扰：32.1dB信道远端串扰：17.4dB信道综合远端串扰：14.4dB电缆回波损耗：20.1dB连接器回波损耗：20.0dB信道回波损耗：10.0dB缆线最大延时：538ns连接器最大延时：2.5ns信道最大延时：548ns缆线最大延时差：45ns连接器最大延时差：1.25ns信道最大延时差：50ns,四、六类布线系统,1六类系统与五类系统的主要区别,结构变化,新标准中增加：电信布线系统设计原理安装准则与现场测试组件规范、传输性能、系统模型用于验证电信布线系统的测量程序光纤电信布线系统的组件规范和传输要求,关键新项目,插入损耗：表示链路与信道上的信号损失量,永久链路替代基本链路,测试参数的变化,推动高速应用,传播时延差：最快线对与最慢线对发送信号延时差的尺度,传播时延：传播信号延长时间,新增加的两个参数为传播时延、传播时延差,2.六类产品,产品主要有：六类双绞线、六类RJ45连接器、六类布线架、六类信息插座等。,图3-14六类布线产品,3六类系统的安装注意事项,六类布线系统施工时应该注意：,在管线设计时，一般内径20mm的线管以放2根六类线为宜。桥架设计合理，保证合适的线缆弯曲半径。放线过程中主要是注意对拉力的控制。拉线工序结束后，两端留出的冗余线缆要整理和保护好，做好标注，提醒其他人员勿动勿踩。在整理、绑扎、安置线缆时，冗余线缆不要太长，不要让线缆叠加受力，线圈顺势盘整，固定扎绳不要勒得过紧。在整个施工期间，工艺流程及时通报。,小结：本节主要学习了双绞线的性能和应用作业：1IEEE对双绞线是如何分类的？试比较各类双绞线的性能。2什么是RJ45直通线和交错线？各自应用于什么场合？,3.4光纤,学习目标：了解光纤的特性，掌握不同连接器的应用学习重点：不同连接器的应用学习难点：光纤的性能,一、什么是光纤,光纤：即光导纤维，是一种传输光束的细而柔韧的媒质。主要性能指标：衰减、许可角、数值孔径、色散。,图3-15衰减与光能量损失百分数之间的关系,1.衰减：作为数据载体的信号（这里是光信号）在功率上的损失或减弱。它的单位是分贝。如图3-15,2.许可角：许可角是指特定的光纤能接受光信号作为其入射角信号的角度。如图3-16,图3-16许可角示意图,图3-17NA值高低的区别。,数值孔径NA：表示一根特定的光纤网线容纳光信号能力。如图3-17,色散：是指不同波长的光穿过光纤时的散射开的现象。如图3-18,图3-18单模光纤的色散,二、光纤通信,光纤通信系统的组成：光源、光纤、光发送机和光接收机。1主要：光源、光纤、光发送机和光接收机如图3-25）所示。光源光源是光波产生的根源；光纤光纤是传输光波的导体；,光发送机光发送机负责产生光束，将电信号转变成光信号，再把光信号导入光纤；光接收机光接收机负责接收从光纤上传输过来的光信号，并将它转变成电信号，经解码后再作相应处理。,图3-19光通信系统结构,2主要特点:（1)传输频带宽、通信容量大，；（2)线路损耗低、传输距离远；（3)抗干扰能力强，应用范围广；（4)线径细、质量小；（5)抗化学腐蚀能力强；（6)光纤制造资源丰富。3缺点：质地较脆、机械强度低,三、光缆分类,按照模数分：单模、多模；按照折射率分布分：跳变式光纤、渐变式光纤1.单模（SMF：SingleModeFibre）单模光纤中光的传输如图3-26所示：,图3-26单模光纤,TIA/TIS-568A规范规定的单模光纤电缆的主要特征如表3-3,表3-3标准中的单模光纤规格,图3-21多模光纤,多模光纤(MMF：MultiModeFibre)中光的传输如图3-27：,TIA/TIS-568A规范规定的多模光纤电缆的主要特征如表3-4：,2.折射率分布,3其它分类方法,表3-5常见的网络类型与光纤的型号对照表,.4.光缆的标号,光缆型号及规格标注形式如图3-22所示。,图3-22光缆型号标注形式,光缆型号中常见代号见表3-6。,四、光纤在综合布线中的应用,光纤应用于结构化布线中的数据干线优点：（l）干线用缆量不大（2）干线升级容易（3）防电磁干扰。（4）弱电井布放，安装难度较小,表3-6光缆型号中的常见符号,小结：本节主要学习了光纤的特性，边接器的应用作业：1按照光在光纤中的传播模式来分，光纤可分为哪几类？各有什么特点？按照光纤适于传输的光的波长来分，光纤可以分为哪几类？2光纤通信有哪些特点？,3.5无线介质,一、无线网络的概念,学习目标：了解微波通信系统与红外通信系统的组成，能认识相应的硬件设备学习重点：微波通信系统与红外通信系统的组成学习难点：微波通信系统与红外通信系统的组成,所谓无线网络就是利用无线介质作为信号的传输介质，1拓扑结构：无中心或叫对等式（PEERTOPEER）拓扑、有中心（HUBBASED）拓扑。2网络接口：可以选择在OSI参考模型的物理层或数据链路层。3对移动计算网络的支持移动计算网络应用的功能：小区内的站点可移动；不同小区内站点可经过网络接入点及主干网进行通信；站点由移动时，通过越区切换协议或算法，被切换至新的小区。在新的小区中该