《计算机网络》_数据传输

1、数据传输数据传输 计算机网络教案计算机网络教案 武汉大学博士生导师武汉大学博士生导师 杨晓丽杨晓丽 数据通信是两个实体间数据数据通信是两个实体间数据 的传输和交换。数据传输是将源的传输和交换。数据传输是将源 站的数据编码成信号，沿传输介站的数据编码成信号，沿传输介 质传播至目的站。数据传输的品质传播至目的站。数据传输的品 质取决于被传输信号的品质和传质取决于被传输信号的品质和传 输介质的特性。输介质的特性。 本章学习要点本章学习要点 1. 数据通信模型及其关键成份数据通信模型及其关键成份 2. 数据调制与编码的概念及常用方法数据调制与编码的概念及常用方法 3. 数字数据传输方式数字数据传输方式

2、 4. 多路复用技术及常用的数字信号分级多路复用技术及常用的数字信号分级 5. 传输介质的特性传输介质的特性 6. 铜环接入技术（铜环接入技术（XDSL宽带）宽带） 数据通信模型 简单的通信模型简单的通信模型 模型中关键部分 n源：产生要发送的数据的设备。 n发送器：对信号进行转换或编码以产生 能在特定传输系统中传输的电磁信号。 n传输系统：连接源和目的地的传输线或 复杂的网络。 n接收器：从传输系统接收信号并转换成 目的站设备能处理的信号。 n目的站:：从接收器输入数据的设备。 数据通信关键任务 n传输系统利用率 n接口 n同步 n交换管理 n差错检测和校正 n寻址和路由 n恢复 n报文格式

3、 n安全 n网管 数据率和频带的关系数据率和频带的关系 n频谱：一个信号包含的频率范围 n绝对频宽：一个信号的频谱的宽度 n有效频带：信号的大部分能量集中的频 谱宽度 n信号数据率越高，所需有效频带越宽 数据调制与编码数据调制与编码 几个术语： n数据: 数据是有意义的实体的量化形式， 而信息涉及的是这些数据的内容和解释。 n信号和信号发送: 信号是数据的电磁或 电子编码，信号发送是指沿传输介质传 播信号的动作。 n传输: 指传播和处理信号的数据通信。 模拟和数字数据的模拟和数字信号模拟和数字数据的模拟和数字信号 调制与编码调制与编码 n调制是载波信号的某些特性调制是载波信号的某些特性 根据输

4、入信号而变化的过程根据输入信号而变化的过程 n编码是将模拟数据或数字数编码是将模拟数据或数字数 据变换成数字信号，以便通据变换成数字信号，以便通 过数字通信介质传输出去过数字通信介质传输出去 模拟数据的模拟信号调制 n幅度调制幅度调制是一种载波的幅度会随着原始是一种载波的幅度会随着原始 模拟数据的幅度变化而变化的技术模拟数据的幅度变化而变化的技术 n频率调制频率调制是一种高频载波的频率会随着是一种高频载波的频率会随着 原始模拟信号的幅度变化而变化的技术原始模拟信号的幅度变化而变化的技术 幅度调制幅度调制 频率调制频率调制 数字数据的模拟信号调制数字数据的模拟信号调制 n幅移键控幅移键控()是是

5、用载波频率的用载波频率的两个两个 高低不同的振幅高低不同的振幅来表示两个二进制值来表示两个二进制值 n频移键控频移键控()是用载波频率附近的是用载波频率附近的 两个不同频率两个不同频率来表示两个二进制值来表示两个二进制值 n相移键控相移键控()是利用载波信号的是利用载波信号的相相 位移动位移动来表示数据来表示数据 数字数据的模拟信号调制数字数据的模拟信号调制 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 n不归零制编码不归零制编码 n曼彻斯特编码曼彻斯特编码 n差动曼彻斯特编码差动曼彻斯特编码 数字信号的编码数字信号的编码 模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码 n脉冲代码调制（脉冲代码

6、调制（PCM）是以采样是以采样 定理为基础定理为基础 n采样定理：采样定理： 如在规则的时间间隔内，以高于两如在规则的时间间隔内，以高于两 倍最高有效信号频率的速率对信号倍最高有效信号频率的速率对信号 f（t）进行采样，那么，这些采样）进行采样，那么，这些采样 值包含了原始信号的全部信息值包含了原始信号的全部信息 脉冲代码调制脉冲代码调制 数字数据传输方式数字数据传输方式 n串行传输与并行传输串行传输与并行传输 n异步传输和同步传输异步传输和同步传输 串行传输与并行传输串行传输与并行传输 n单工 n半双工 n全双工 数据流的方向数据流的方向 异步传输和同步传输异步传输和同步传输 n异步传输：一

7、次传输一个字符，用异步传输：一次传输一个字符，用 起始位引导，用停止位结束起始位引导，用停止位结束 n面向字符的同步传输：每个数据块面向字符的同步传输：每个数据块 以一个或多个同步字符作为开始，以一个或多个同步字符作为开始， 以惟一的后文字符结束以惟一的后文字符结束 n面向位的同步传输（面向位的同步传输（HDLC、 SDLC）：数据块作为位流来处理）：数据块作为位流来处理 异步传输和同步传输异步传输和同步传输 传输介质传输介质 n传输介质特性传输介质特性 n常用的传输介质常用的传输介质 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光导纤维光导纤维 无线介质无线介质 n传输损耗传输损耗 外部损耗和内部损耗外

8、部损耗和内部损耗 信噪比信噪比 传输介质特性传输介质特性 n物理描述物理描述: 说明传输介质的特征。说明传输介质的特征。 n传输特性传输特性: 包括是使用模拟信号发送还是数字信号包括是使用模拟信号发送还是数字信号 发送，调制技术、传输容量及传输的频率范围。发送，调制技术、传输容量及传输的频率范围。 n连通性连通性: 点到点或者多点连接。点到点或者多点连接。 n地理范围地理范围: 网上各点间的最大距离，是在建筑物内、网上各点间的最大距离，是在建筑物内、 建筑物之间或扩展到整个城市。建筑物之间或扩展到整个城市。 n抗干扰性抗干扰性: 防止噪音对传输数据影响的能力。防止噪音对传输数据影响的能力。 n

9、相对价格相对价格: 以元件、安装和维护的价格为基础。以元件、安装和维护的价格为基础。 多多 路路 复复 用用 n频分多路复用频分多路复用 n时分多路复用时分多路复用 n统计时分多路复用统计时分多路复用 n波分复用波分复用 多路复用多路复用 频分多路复用频分多路复用 n传输介质的可用带宽分隔传输介质的可用带宽分隔 成一个频段成一个频段 n适用于模拟信号适用于模拟信号 n数字数据首先经调制解调数字数据首先经调制解调 器转换成模拟信号器转换成模拟信号 时分多路复用时分多路复用 n传输介质的可用时间分成时隙传输介质的可用时间分成时隙 n适用于数字信号适用于数字信号 n时分多路复用类型时分多路复用类型

10、隔位扫描隔位扫描 隔字符扫描隔字符扫描 n数字信号分级数字信号分级 时分多路复用技术时分多路复用技术 T1多路复用器 统计时分多路复用统计时分多路复用 TDM与与STDM的比较的比较 统计时分多路复用统计时分多路复用 波分多路复用波分多路复用(WDM)(WDM) n不同波长的光载波信号在同一根光纤中传输不同波长的光载波信号在同一根光纤中传输 n波分多路复用光纤通信系统波分多路复用光纤通信系统 单向系统单向系统 双向系统双向系统 n复用器主要性能指标复用器主要性能指标 插入损耗插入损耗 串扰衰减串扰衰减 n光纤带宽达光纤带宽达21010 1010Hz 铜环接入技术（铜环接入技术（XDSL） n数

11、字用户线数字用户线DSL提供用户方便地用提供用户方便地用 数字形式接入网络数字形式接入网络 n所有的所有的DSL系列统称系列统称XDSL nXDSL技术已标准化技术已标准化 不对称数字用户线不对称数字用户线ADSL 对称的高速数字用户线对称的高速数字用户线HDSL 甚高速数字用户线甚高速数字用户线VDSL ADSL体系结构体系结构 ADSL“Lite”体系结体系结 构构 HDSLHDSL体系结构体系结构 宽带接入技术宽带接入技术 宽带接入是人们向往的一种接入宽带接入是人们向往的一种接入Internet的方的方 法，也是一些正蓬勃发展的接入技术。根据中国互法，也是一些正蓬勃发展的接入技术。根据中

12、国互 联网络信息中心联网络信息中心(CNNIC)于于2008年年1月月17日在北日在北 京发布京发布第第21次中国互联网络发展状况统计报告次中国互联网络发展状况统计报告 显示，显示，截止截止2007年年12月月31日，中国国内上网网日，中国国内上网网 民总人数达到民总人数达到2.1亿人。亿人。其中使用其中使用xDSL、Cable Modem、专线等、专线等宽带网民数达到宽带网民数达到1.63亿人亿人。 宽带网接入的类型宽带网接入的类型 宽带网及宽带接入技术现在发展得很快，宽带网划分为很多类型：宽带网及宽带接入技术现在发展得很快，宽带网划分为很多类型： 长城宽带、蓝波万维推广的小区局域网方案长城

13、宽带、蓝波万维推广的小区局域网方案 LAN； 中国电信、中国网通、中国铁通推广的数字用户线方案有中国电信、中国网通、中国铁通推广的数字用户线方案有 ADSL、HDSL、 SDSL、VDSL； 广播电视系统推广采用的广播电视系统推广采用的 Cable Modem； 中国网通推广的无线宽带接入方式中国网通推广的无线宽带接入方式 LMDS。 ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户线，非对称数字用户线) 使用使用ADSL技术，通过一条电话线，以比普通技术，通过一条电话线，以比普通MODEM快快100倍的速度浏览倍的速度浏览 互联网，通过上网学习、

14、娱乐、购物，享受到先进的数据服务；互联网，通过上网学习、娱乐、购物，享受到先进的数据服务； Cable MODEM利用有线电视的同轴电缆把家庭与利用有线电视的同轴电缆把家庭与Internet连起来。连起来。 通过宽带通过宽带ADSL接入接入Internet 对于光纤到户（对于光纤到户（FTTH）接入网，近年来人们提出了多）接入网，近年来人们提出了多 项过渡性的宽带接入网技术，其中俗称为项过渡性的宽带接入网技术，其中俗称为“个人宽带流行风个人宽带流行风” 的的ADSL是最具前景及竞争力的一种。非对称数字用户线路是最具前景及竞争力的一种。非对称数字用户线路 ADSL是一种能够通过普通电话线来提供宽

15、带数据业务，进是一种能够通过普通电话线来提供宽带数据业务，进 行高速网际网络上网服务的调制行高速网际网络上网服务的调制/解调技术，也是目前极具解调技术，也是目前极具 发展前景的一种接入技术。发展前景的一种接入技术。ADSL的关键观念在于其上行与的关键观念在于其上行与 下行的带宽是不对称的。事实上，从网络服务提供者（下行的带宽是不对称的。事实上，从网络服务提供者（ISP） 到用户（俗称下载）的带宽是比较高的，使用者接收的资料到用户（俗称下载）的带宽是比较高的，使用者接收的资料 量远比其送出的资料量多。量远比其送出的资料量多。 ADSL接入技术示意如下图所示。接入技术示意如下图所示。ADSL方案的

16、方案的最大特点是不需要改造最大特点是不需要改造 信号传输线路，完全可以利用普通铜质电话线作为传输介质，配上专信号传输线路，完全可以利用普通铜质电话线作为传输介质，配上专 用的用的MODEM即可实现数据高速传输。它以比普通即可实现数据高速传输。它以比普通MODEM快快100多多 倍的速度浏览互联网，倍的速度浏览互联网，通过网进行学习、娱乐、购物，享受到先进的通过网进行学习、娱乐、购物，享受到先进的 数据服务，如视频会议、视频点播、网上音乐等等。在数据服务，如视频会议、视频点播、网上音乐等等。在ADSL接入方接入方 案中，每个用户都有单独的一条线路与案中，每个用户都有单独的一条线路与ADSL局端相

17、连，它的结构可局端相连，它的结构可 以看作是星形结构，数据传输带宽是由每一个用户独享的。以看作是星形结构，数据传输带宽是由每一个用户独享的。 ADSL的主要特点的主要特点 n具有很高的传输速率：具有很高的传输速率：ADSL在普通电话线上支在普通电话线上支 持的上传速率为持的上传速率为640Kbps1Mbps，下载速率为下载速率为 1Mbps8Mbps，有效传输距离为有效传输距离为3 km5km 。 n 上网和打电话互不干扰上网和打电话互不干扰：ADSL更为吸引人的地方更为吸引人的地方 是可以与普通电话共存于一条电话线上。在拨打电是可以与普通电话共存于一条电话线上。在拨打电 话的同时进行话的同时

18、进行ADSL传输而又互不影响。数据信号并传输而又互不影响。数据信号并 不通过电话交换设备，这则意味着使用不通过电话交换设备，这则意味着使用ADSL上网不上网不 需要交纳电话费需要交纳电话费并且不需要拨号，一直在线，属于并且不需要拨号，一直在线，属于 专线上网方式。专线上网方式。 n 安装使用方便快捷安装使用方便快捷：ADSL安装由局端服务商将安装由局端服务商将 用户原有的电话线接入用户原有的电话线接入ADSL局端设备，在用户端局端设备，在用户端 只要将电话线接上滤波器，滤波器与只要将电话线接上滤波器，滤波器与ADSL和和 Modem之间用一条之间用一条2芯电话线连上，芯电话线连上，ADSL和和

19、 Modem与计算机网卡之间用一条双绞线连接即可与计算机网卡之间用一条双绞线连接即可 完成硬件安装。再将完成硬件安装。再将TCP/IP协议中的协议中的IP、DNS和和 网关参数项设置好，便完成了安装工作。网关参数项设置好，便完成了安装工作。 nADSL的使用更加简易，由于的使用更加简易，由于ADSL一直在线而一直在线而不需不需 要拨号要拨号，用户只需接上电源便可。，用户只需接上电源便可。 n 提供多种先进服务：目前的提供多种先进服务：目前的ADSL线路已经提供了线路已经提供了 Internet高速宽带接入的服务，用户只要访问相应的站点便高速宽带接入的服务，用户只要访问相应的站点便 可免费享受多

20、种宽带的多媒体服务（例如网上游戏）。可免费享受多种宽带的多媒体服务（例如网上游戏）。 nADSL的的个人用户还具有一个静态个人用户还具有一个静态IP地址，地址，ADSL的局域网用的局域网用 户具有四个静态户具有四个静态IP地址地址，个人用户可用来建立个人主页，让，个人用户可用来建立个人主页，让 其他网友一睹自己的风采；局域网用户可以在中国多媒体公其他网友一睹自己的风采；局域网用户可以在中国多媒体公 众信息网上架设自己的网站，提供众信息网上架设自己的网站，提供WWW、FTP、E-mail等等 服务。随着服务。随着ADSL技术的进一步推广应用，技术的进一步推广应用，ADSL接入还可以接入还可以 提

21、供点对点远程医疗、远程教学、远程可视会议等服务。提供点对点远程医疗、远程教学、远程可视会议等服务。 nADSL通过向终端用户通过向终端用户提供提供512kbps、1Mbps或或2Mbps接入接入 速率业务，效益高，覆盖范围大，安全性好，速率快，可满速率业务，效益高，覆盖范围大，安全性好，速率快，可满 足各类用户的要求。足各类用户的要求。 ADSL对用户的要求对用户的要求 ADSL的技术是通过对电话线进行分频，的技术是通过对电话线进行分频， 所以用户必须已经所以用户必须已经安装了电话安装了电话。电话线所。电话线所 接入的市话机房必须是接入的市话机房必须是ADSL节点节点，而且安，而且安 装装AD

22、SL的地点与电信局的的地点与电信局的ADSL节点之间节点之间 的的距离不得超过距离不得超过35公里公里，以上条件缺一，以上条件缺一 不可。安装不可。安装ADSL的用户的用户电话线必须是直接电话线必须是直接 连接连接的市话线路的市话线路 ADSL设备的安装。设备的安装。 ADSL的硬件安装的硬件安装 nADSL安装包括局端的线路调整和用户端的设备安装。在局端方面，由安装包括局端的线路调整和用户端的设备安装。在局端方面，由 服务商将用户原有的电话线接入服务商将用户原有的电话线接入ADSL局端设备，只需局端设备，只需23分钟；用户分钟；用户 端的端的ADSL安装也非常简易方便，只要将电话线连上分离器

23、，分离器与安装也非常简易方便，只要将电话线连上分离器，分离器与 ADSL Modem之间用一条两芯电话线连上，再把之间用一条两芯电话线连上，再把ADSL Modem与计算与计算 机的网卡之间用一条双绞线（机的网卡之间用一条双绞线（RJ45接头）连通即可完成硬件安装。接头）连通即可完成硬件安装。 nADSL的终端设备有分离器和的终端设备有分离器和ADSL Modem两部分。其中分离器起分频两部分。其中分离器起分频 作用，面板上有作用，面板上有“ADSL接口接口”、“外线接口外线接口”和和“电话接口电话接口”三个接三个接 口；口；ANT则起到数则起到数/模转换的作用，面板上有模转换的作用，面板上有

24、Line、ATM和和Ethernet三三 个接口。外线直接接入分离器的个接口。外线直接接入分离器的“外线接口外线接口”，“电话接口电话接口”可接普通可接普通 电话机，用电话机，用RJ11接线将接线将“ADSL接口接口”连接连接ANT的的Line口，然后再从口，然后再从 Ethernet接口用接口用RJ45连线（双绞线）与计算机内的网卡相连。连线（双绞线）与计算机内的网卡相连。ATM接接 口用于连接口用于连接ATM设备，暂时不需连接。设备，暂时不需连接。 ADSL Modem nADSL Modem和目前电话拨号的和目前电话拨号的Modem不不 同，同， ADSL Modem使用的是使用的是10

25、Baset的以的以 太网接口，不是太网接口，不是RS232的串行口或并行口。的串行口或并行口。 nADSL Modem分为分为USB接口和接口和LAN接口接口 （RJ-45水晶夹）两种形式，水晶夹）两种形式， USB接口要装接口要装 驱动程序，驱动程序， LAN接口形式不需要装驱动程序。接口形式不需要装驱动程序。 ADSL提供的局域网接入方法提供的局域网接入方法 n将直接通过将直接通过ADSL连上网的那台主机连上网的那台主机设置成代理服务器设置成代理服务器，本地局域网上的，本地局域网上的 客户机就可以通过该代理服务器访问外部信息资源，这种方法的好处是客户机就可以通过该代理服务器访问外部信息资源，这种方法的好处是 只需要申请一个账号或一个只需要申请一个账号或一个IP地址，本地客户机可采用保留地址，本地客户机可采用保留IP地址；地址； n采用专线方式采用专线方式，为局域网上的每台计算机向电话局申请，为局域网上的每台计算机向电话局申请1个个IP地址，这种地址，这种 方法的好处是无须设置一台专用的代理服务网关，缺陷是鉴于目前技术方法的好处是无须设置一台专用的代理服务网关，缺陷是鉴于目前技术 的局限，电话局只能提供最多的局限，电话局只能提供最多16个个IP地址给局域网；地址给局域网； n在在ADSL后面后面接一个路由器接一个路由器，向电话局多申