福建工程学院 数通ppt3-1

1、 2.1. 数据通信系统 2.2. 数据编码与数据传输 2.3. 传输介质及特性 2.4. 数据交换技术第第2章章 数据通信基础数据通信基础 2.5. 多路复用技术 2.7. 差错控制技术 2.6. 数据压缩技术 练习复习复习v数据编码数据编码v模拟数据的数字传输模拟数据的数字传输v数字数据的模拟传输数字数据的模拟传输v电地暖电地暖 2.3 传输介质及特性传输介质及特性 2.4 数据交换技术数据交换技术v主要内容主要内容1 1：有线传输介质和无线传输介质：有线传输介质和无线传输介质2 2：电路交换、报文交换、分组交换和其他交电路交换、报文交换、分组交换和其他交换技术换技术2.3 传输介质及特性

2、传输介质及特性v传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。理通路。v传输介质的性能对网络的通信、速度、距离、价传输介质的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及网络中的结点数和可靠性都有很大影响。格以及网络中的结点数和可靠性都有很大影响。v常用的网络传输介质有很多种，可分为两大类：常用的网络传输介质有很多种，可分为两大类：一类是有线传输介质，如同轴电缆、双绞线、光一类是有线传输介质，如同轴电缆、双绞线、光纤等；另一类是无线传输介质，如微波和卫星等纤等；另一类是无线传输介质，如微波和卫星等。 1 1：有线传输介质：有线传输介质v 1 1）. .双绞

3、线双绞线（Twist Pair，TP）v 双绞线是由两根绝缘铜导线拧成规则的螺旋状结构。把电双绞线是由两根绝缘铜导线拧成规则的螺旋状结构。把电线绞起来的目的是减少线对之间的电磁干扰、线绞起来的目的是减少线对之间的电磁干扰、 噪声、串噪声、串音等。在传输系统中，通常把许多这样的线对捆在一起，音等。在传输系统中，通常把许多这样的线对捆在一起，再包上保护层形成一条电缆，以便使用。再包上保护层形成一条电缆，以便使用。 v 一般说来，双绞线的线路损耗大、传输速率低，但价格便一般说来，双绞线的线路损耗大、传输速率低，但价格便宜，易于安装，主要用于宜，易于安装，主要用于局域网局域网中，传输距离为几百米。中，

4、传输距离为几百米。2.3 传输介质及特性传输介质及特性内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套应用领域：电话网络、计算机局域网应用领域：电话网络、计算机局域网v非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTPUTP和和RJ-45RJ-45连接器连接器2.3 传输介质及特性传输介质及特性7屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP) 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛常用的双绞线：常用的双绞线：3类（类（16Mb/s） 和和5类（类（155Mb/s）两种）两种8 双绞线的连接标准双绞线的连接标准 色彩标记和连接方法：色彩标记和连接方法： 交叉

5、线：交换机交叉线：交换机-交换机、交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口标准端口) 直连线：直连线：PC/路由器路由器-交换机交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口级连端口)线对色彩码1白蓝，蓝2白橙，橙3白绿，绿4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉线交叉线EIA-568B直连线直连线EIA-568A绿白绿白绿绿橙白橙白蓝蓝蓝白蓝白橙橙棕白棕白棕棕橙白橙白橙橙绿白绿白蓝蓝蓝白蓝白绿绿棕白棕白棕棕9 9非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP优点：优点：尺寸小、重量轻、容易弯曲尺寸小、重量轻、容易弯曲价格便宜价格便宜容易安装和维护容易安装和维护RJ-45R

6、J-45连接器牢固、可靠连接器牢固、可靠缺点：缺点：抗干扰能力较弱抗干扰能力较弱传输距离比较短传输距离比较短UTPUTP分为：分为：3 3类线、类线、4 4类线、类线、5 5类线和超类线和超5 5类线类线UTPUTP非常适合于楼宇内部的结构化布线非常适合于楼宇内部的结构化布线1010屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP优点：优点：传输质量较高传输质量较高电缆尺寸和重量与电缆尺寸和重量与UTPUTP相当相当缺点：缺点：安装不合适有可能引入外界干扰安装不合适有可能引入外界干扰1111 内导体绝缘层外屏蔽层外部保护层2).2).同轴电缆同轴电缆同轴电缆以硬铜线为芯同轴电缆以硬铜线为芯 , , 外包一层用密织的

7、网状导体环绕的绝缘材料外包一层用密织的网状导体环绕的绝缘材料 , , 网网外又覆盖一层保护性材料外又覆盖一层保护性材料 , , 按同轴形式构成。按同轴形式构成。分类：分类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆基带同轴电缆和宽带同轴电缆细同轴电缆和粗同轴电缆细同轴电缆和粗同轴电缆（计算机网络中使用基带同轴电缆，阻抗计算机网络中使用基带同轴电缆，阻抗50）铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套应用：总线局域网（以太网）应用：总线局域网（以太网）性能：性能：10Mb/s，500米米/185米米1212同轴电缆的特点同轴电缆的特点1.1.优点优点传输距离较远，覆盖的地域范围较大传输距离较远，覆

8、盖的地域范围较大技术非常成熟技术非常成熟2.2.缺点缺点电缆硬，折曲困难，重量重电缆硬，折曲困难，重量重3.3.局域网常用同轴电缆局域网常用同轴电缆粗同轴电缆：直径粗同轴电缆：直径1cm1cm细同轴电缆：直径细同轴电缆：直径0.5cm0.5cm4.4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线13133).3).光纤光纤光电转换LED发送端输入输入PIN接收端输出输出光纤光纤光信号光电转换光纤包层外部保护层(a)(a)保护层包层光纤(b)(b)包层保护层依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播纤芯材料：纤芯材料：塑料塑料二氧

9、化硅二氧化硅（高纯玻璃（高纯玻璃）单向传输，双向需两单向传输，双向需两根光纤根光纤应用领域：局域网主应用领域：局域网主干、电信网络、服务干、电信网络、服务器连接器连接1414光纤的优点：光纤的优点：传输速率高传输速率高传输距离远传输距离远传输损耗低传输损耗低抗干扰能力强抗干扰能力强光纤缺点：光纤缺点：价格相对较高价格相对较高安装比较困难安装比较困难光纤的分类：多模光纤和单模光纤光纤的分类：多模光纤和单模光纤光纤适合于楼宇内部的结构化布线光纤适合于楼宇内部的结构化布线15 2、无线介质、无线介质 （信号在大气或外层空间自由传播）信号在大气或外层空间自由传播） 使用电磁波或光波携带信息使用电磁波或

10、光波携带信息 优缺点：优缺点： 无需物理连接无需物理连接 适用于长距离或不便布线的场合适用于长距离或不便布线的场合 易受干扰易受干扰 反射，为障碍物所阻隔反射，为障碍物所阻隔 主要类型：主要类型： 无线电、地面微波无线电、地面微波 通信卫星通信卫星 红外线红外线16 1）无线电）无线电 基站与终端之间通信采用无线链路基站与终端之间通信采用无线链路 应用领域：移动通信、无线局域网（应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端17 2）地面微波）地面微波 通过地面站之间接力传送通过地面站之间接力传送 接力站之间

11、距离：接力站之间距离：50 -100 km 速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔18 3）地球同步卫星）地球同步卫星 与地面站相对固定位置与地面站相对固定位置 使用使用3颗卫星即可覆盖全球颗卫星即可覆盖全球 传输延迟时间长（传输延迟时间长（270ms） 广播式传输广播式传输 应用领域：应用领域： 电视传输电视传输 长途电话长途电话 专用网络专用网络 广域网广域网35,784公里公里地球地球19 常用传输介质的比较常用传输介质的比较传输介质传输介质传输方式传输方式速率速率/工作频带工作频带传输距离传输距离性能性能价格价格应

12、用应用双绞线双绞线宽带宽带基带基带1Gb/s模拟模拟: 10km数字数字: 500m较好较好低低模拟模拟/数字数字信号传输信号传输50同轴电缆同轴电缆基带基带10Mb/s3km较好较好较低较低基带数字信基带数字信号号75同轴电缆同轴电缆宽带宽带450MHz100km较好较好较低较低模拟电视、模拟电视、数据及音频数据及音频光纤光纤基带基带40Gb/s20km以上以上很好很好较高较高远距离高速远距离高速数据传输数据传输微波微波宽带宽带4-6GHz几百几百km好好中等中等远程通信远程通信卫星卫星宽带宽带1-10GHz18000km很好很好高高远程通信远程通信信号传输方式信号传输方式v基带/频带/宽带

13、传输基带传输基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。接在信道上传送。例如：以太网（局域网）例如：以太网（局域网）频带传输频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再传：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调。送，接收方需要解调。例如：通过电话网络传输数据例如：通过电话网络传输数据宽带传输宽带传输：把信号调制成频带为几十：把信号调制成频带为几十MHZ到几百到几百MHZ的模拟信号后再传送，接收方需要解调。的模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：闭路电视的信号传输例如：闭路电视的信号传输212.4 数据交换技术数据交换技术 什么是交换？什

14、么是交换？ 按某种方式动态地分配传输线路资源按某种方式动态地分配传输线路资源。 例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。 最初的交换：人工转接交换最初的交换：人工转接交换 为什么要采用交换技术？为什么要采用交换技术？ 节省线路投资，提高线路利用率。节省线路投资，提高线路利用率。 实现交换的方法主要有：实现交换的方法主要有：电路交换电路交换、报文报文交换交换和和分组交换分组交换。22 电路交换电路交换 在通信双方之间

15、建立一条临时专用线路的过程。在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。 可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。称为称为“面向连接的面向连接的”（典型例子：电话）（典型例子：电话） 过程：过程：建立连接建立连接通信通信释放连接释放连接 优缺点：优缺点： 建立连接的时间长；建立连接的时间长； 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； 无纠错机制；无纠错机制； 建立连接后，传输延迟小。建立连接后，传输延迟小。 不适用于计算机通信：

16、因为计算机数据具有突发性的不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到特点，真正传输数据的时间不到10%。 例如：建立连接的时间为例如：建立连接的时间为0.5秒，计算机以秒，计算机以1Mb/s的速率发送的速率发送10k字节。线路利用率？字节。线路利用率？23 电话网络中的电路交换电话网络中的电路交换 电路交换也能在多路复用信道上实现电路交换也能在多路复用信道上实现 在物理线路的某个信道上建立连接在物理线路的某个信道上建立连接24 报文交换报文交换 以报文为单位进行以报文为单位进行“存储存储-转发转发”交换的技术。交换的技术。 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先

17、存储，待信道空闲在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为术称为存储存储-转发转发。 传输之前不需要建立端到端的连接传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻结点传，仅在相邻结点传输报文时建立结点间的连接。输报文时建立结点间的连接。称为称为“无连接的无连接的”（典型例子：电报）（典型例子：电报） 整个报文（整个报文（Message）作为一个整体一起发送。）作为一个整体一起发送。 优缺点：优缺点： 没有建立和拆除连接所需的等待时间；没有建立和拆除连接所需的等待时间； 线路利

18、用率高；线路利用率高； 传输可靠性较高；传输可靠性较高； 报文大小不一，造成存储管理复杂；报文大小不一，造成存储管理复杂； 大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高；大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高； 出错后整个报文全部重发。出错后整个报文全部重发。 比较：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？比较：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？25 分组交换（包交换）分组交换（包交换） 将报文分割成若干个大小相等的分组（将报文分割成若干个大小相等的分组（Packet）进行存）进行存储转发。储转发。 数据传输前不需要建立一条数据传输前不需要建立一条端到端端到端的

19、通路的通路也是也是“无连接的无连接的”。 有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。功能。 优缺点：优缺点： 对转发结点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组对转发结点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组速度速度快；快； 转发延时小转发延时小适用于交互式通信；适用于交互式通信； 某个分组出错可以仅重发出错的分组某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高；效率高； 各分组可通过不同路径传输，容错性好。各分组可通过不同路径传输，容错性好。 需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担。需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担。 分组交换有两种交换方

20、式：分组交换有两种交换方式： 数据报方式和虚电路方式数据报方式和虚电路方式26 数据报方式（数据报方式（Datagram） 各分组各分组独立地确定路由独立地确定路由（传输路径）（传输路径） 不能保证分组按序到达不能保证分组按序到达，所以目的站点需要按分组编号，所以目的站点需要按分组编号重新排序和组装重新排序和组装数据报方式不能保证分组按序到达数据报方式不能保证分组按序到达分组可能通过多个路径穿越网络分组可能通过多个路径穿越网络27 虚电路方式（虚电路方式（Virtual Circuit） 通信前预先建立一条逻辑连接通信前预先建立一条逻辑连接虚电路虚电路 虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表

21、定义的虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的 类比：铁路系统（旅客类比：铁路系统（旅客/列车列车:分组，铁路网分组，铁路网:网络，火车站网络，火车站:节点）节点） “西安北京西安北京”这条线路可以看成是一条虚路径这条线路可以看成是一条虚路径 也需要三个过程：也需要三个过程：建立数据传输拆除建立数据传输拆除 建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源 虚电路的路由在建立时确定，传输数据时则不再需要虚电路的路由在建立时确定，传输数据时则不再需要 数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路的路由穿越网络数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按

22、虚电路的路由穿越网络“数字管道数字管道” 提供的是提供的是“面向连接面向连接”的服务的服务 但却没有像电路交换那样始终占用一条端到端的物理通道，只是断但却没有像电路交换那样始终占用一条端到端的物理通道，只是断续地依次占用传输路径上各个链路段续地依次占用传输路径上各个链路段与铁路系统类比！与铁路系统类比！ 可以看成是采用了电路交换思想的分组交换可以看成是采用了电路交换思想的分组交换 能够保证分组按序到达能够保证分组按序到达 永久虚电路永久虚电路PVC和交换虚电路和交换虚电路SVC28 分组通过预先建立好的虚电路穿越网络分组通过预先建立好的虚电路穿越网络29 三种交换方式的事件顺序三种交换方式的事

23、件顺序呼呼叫叫请请求求呼呼叫叫应应答答数数据据ABCD寻路延迟寻路延迟线路交换线路交换分组分组1分组分组2分组分组3 3ABCD分组交换分组交换分组分组4 4t t报文报文ABCD排队延迟排队延迟报文交换报文交换2.4.4 其他数据交换技术 （1）异步传输模式异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）是线路交换与分组交换技）是线路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥线路交换与术的结合，能最大限度地发挥线路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务

24、的传输能力。业务的传输能力。下一页下一页2.4.4 其他数据交换技术 （2）光交换技术是用光纤来进行网络数据、信号传光交换技术是用光纤来进行网络数据、信号传输的网络交换传输技术。输的网络交换传输技术。 而光分组交换技术优点包括：而光分组交换技术优点包括： 大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特点，大容量、数据率和格式的透明性、可配置性等特点，支持未来不同类型数据支持未来不同类型数据 能提供端到端的光通道或者无连接的传输能提供端到端的光通道或者无连接的传输 带宽利用效率高，能提供各种服务，满足客户的需求带宽利用效率高，能提供各种服务，满足客户的需求 把大量的交换业务转移到光域，实现网络的优化

25、与资把大量的交换业务转移到光域，实现网络的优化与资源的合理利用因而，光分组交换技术势必成为下一代源的合理利用因而，光分组交换技术势必成为下一代全光网网络规划的全光网网络规划的“宠儿宠儿”。2.4.4 其他数据交换技术（3）多协议标签交换（多协议标签交换（MPLS）是一种用于快速数据包交换和路由的体）是一种用于快速数据包交换和路由的体系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊系，它为网络数据流量提供了目标、路由、转发和交换等能力。更特殊的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。的是，它具有管理各种不同形式通信流的机制。MPLS 独立于第二和第独立于第二和第三层协议，诸如三层协议，诸如ATM 和和IP。它提供了一种方式，将。它提供了一种方式，将 IP地址映射为简单的地址映射为简单的具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由具有固定长度的标签，用于不同的包转发和包交换技术。它是现有路由和交换协议的接口，如和交换协议的接口，如IP、ATM、帧中继、资源预留协议（、帧中继、资源预留协议（RSVP）、开）、开放最短路径优先（放最短路径优先（OSPF）等等。）等等。在在