《数据通信技术》ppt课件

1、了解了解: :数据通讯的根本概念数据通讯的根本概念数据通讯的性能目的数据通讯的性能目的过失校验过失校验掌握掌握: :数据传输方式数据传输方式数据编码技术数据编码技术数据传输介质数据传输介质多路复用技术多路复用技术数据交换技术数据交换技术EIA/TIA-232EIA/TIA-232，怎样定义各脚，怎样定义各脚v物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、物理层的设计主要涉及物理层接口的机械、电气、功能和规程特性，以及物理层接口衔接的传输介功能和规程特性，以及物理层接口衔接的传输介质等问题。质等问题。v机械：规定物理衔接器的尺寸、外形、规格机械：规定物理衔接器的尺寸、外形、规格v电气：规定信号电平

2、，信号的脉冲宽度和频率，电气：规定信号电平，信号的脉冲宽度和频率，数据传送速率，最大传输间隔等数据传送速率，最大传输间隔等v功能：定义接口引线脚的功能和作用功能：定义接口引线脚的功能和作用v规程：定义信号时序，应对关系，操作过程规程：定义信号时序，应对关系，操作过程CRCCRC；v流量控制流量控制(Flow Control)(Flow Control)：遏止发送方的传输速率，：遏止发送方的传输速率，使接纳方来得及接纳。使接纳方来得及接纳。信号信号(Signal)(Signal)信号是数据在媒体中传输的电磁波或电子信号是数据在媒体中传输的电磁波或电子编码表现方式，具有确定的物理描画编码表现方式，

3、具有确定的物理描画 。信道信道(Channel)(Channel)信道是信号传输的通道。信道是信号传输的通道。务方式。务方式。2 2数字数据在模拟信道上传输数字数据在模拟信道上传输例：计算机等终端数字设备经过线进展传输。例：计算机等终端数字设备经过线进展传输。传输过程传输过程: :计算机和终端设备发送数字数据进入到模拟信道以前要计算机和终端设备发送数字数据进入到模拟信道以前要有一个变换器进展数字信号到模拟信号的转换，以便它有一个变换器进展数字信号到模拟信号的转换，以便它能在模拟信道上传输，称为调制。能在模拟信道上传输，称为调制。而当调制后的模拟信号传到接纳端以后，在接纳端也有而当调制后的模拟信

4、号传到接纳端以后，在接纳端也有一个变换器再对这个信号进展反变换，即又把它变回数一个变换器再对这个信号进展反变换，即又把它变回数字信号，称为解调。字信号，称为解调。既用于发送信号又用于接纳信号的专门设备为调制解调既用于发送信号又用于接纳信号的专门设备为调制解调器器ModemModem。补充例子：公共模拟有线电视网来传输计算机信号；微补充例子：公共模拟有线电视网来传输计算机信号；微波与卫星通讯也可以传输计算机信号。波与卫星通讯也可以传输计算机信号。Digital data Such as “hellobinary data 01011001000Analog signal Change sine

5、waves phase, frequency or amplitude模拟传模拟传输输数字传数字传输输1 1单工、半双工和全双工传输单工、半双工和全双工传输单工传输：信息发送只能是一方向的；即发送单工传输：信息发送只能是一方向的；即发送端只能发端只能发 送，接纳端只能接纳；只需一个单向通道。送，接纳端只能接纳；只需一个单向通道。如：电视机、如：电视机、 收音机等。收音机等。半双工传输：两设备之间有两个通道，但在任半双工传输：两设备之间有两个通道，但在任一段时间一段时间 中，只能有一端发送数据，另一端接纳数据，中，只能有一端发送数据，另一端接纳数据，不能双向不能双向 同时进展；如常见的无线对讲机

6、等。同时进展；如常见的无线对讲机等。全双工传输：两设备之间有两个通道，他们可全双工传输：两设备之间有两个通道，他们可以同时在以同时在 两个方向上传输数据；如计算机之间的数据两个方向上传输数据；如计算机之间的数据通讯等。通讯等。发送接收单向通道单向通道双向通道双向通道双向通道双向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送发送端接收端串行通信信道串行通信信道(a)(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)2 2串行传输和并行传输串行传输和并行传输0 1 0 0

7、1 1 0 101001101 异步传输举例：每个字符由四部分组成，异步传输举例：每个字符由四部分组成，1)11)1位起始位，以逻辑位起始位，以逻辑00表示；表示；2)52)58 8位数据位，即要传输的字符内容；位数据位，即要传输的字符内容；3)13)1位奇偶校验位，用于检错；位奇偶校验位，用于检错；4)14)12 2位停顿位，以逻辑位停顿位，以逻辑11表示表示, ,用作字符间的间隔。用作字符间的间隔。 异步传输的字符格式符传输，如键盘与主计算机的传输，符传输，如键盘与主计算机的传输，RS-232CRS-232C接接口等。口等。未经调制频率变换的电脉冲信号呈现方波未经调制频率变换的电脉冲信号呈

8、现方波方式，它所占用方式，它所占用的频带称为根本频带；简称基带。的频带称为根本频带；简称基带。基带传输基带传输在一些传输间隔不太远的情况下，例如在局域在一些传输间隔不太远的情况下，例如在局域网中，可以将基网中，可以将基带信号经过数字信道直接传输，称为带信号经过数字信道直接传输，称为(数字信数字信号基带传输号基带传输 。 在发送端，经过基带传输的二进制数据要经过编码 变为直接传输的基带信号。 例如：不归零编码、曼彻斯特编码或差分曼彻斯特 编码等。 在接纳端由解码器恢复成与发送端一样的矩形脉冲 信号；基带传输是一种最根本的数据传输方式。 基带传输可以利用时分多路复用TDM实现多路 复用，提高传输信

9、道的利用率。 根本的数字编码方式数据编码方法数据编码方法模拟数据编码模拟数据编码振幅键控振幅键控ASK移频键控移频键控FSK移相键控移相键控PSK数字数据编码数字数据编码曼彻斯特编码曼彻斯特编码非码归零码非码归零码NRZ差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码01数据001110时钟(a) NRZ(b) 曼彻斯特编码(c) 差分曼彻 斯特编码 数字信号三种编码波形(1) (1) 非归零编码非归零编码NRZNRZ 最原始的基带编码，用最原始的基带编码，用1 1表示高电位，表示高电位，0 0表示低电位；表示低电位；100VG-100VG-AnyLANAnyLAN采用这种传输方式。采用这种传输方式。(2)

10、(2) 曼彻斯特编码曼彻斯特编码 曼彻斯特曼彻斯特ManchesterManchester编码是目前广泛运用的编码方法之编码是目前广泛运用的编码方法之一一 。 0= 0=由低电位转到高电位由低电位转到高电位 1= 1=由高电位转到低电位由高电位转到低电位 且在每位期间中央处变换电位形状。且在每位期间中央处变换电位形状。10BASE-T10BASE-T网络常采用这种网络常采用这种传输方式。传输方式。 (3) (3) 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改良差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改良 ， 0= 0=颠倒上一位的电位形状变化方式颠倒上一位的电位形状变化方式

11、 1= 1=沿用上一位的电位形状变化方式沿用上一位的电位形状变化方式 Token Ring Token Ring 网络采用这种传输方式。网络采用这种传输方式。数据0100011112111222(a) 幅度调制(b) 频率调制(c) 绝对相位调制相对相位调制 三种调制方式波形 1幅度调制 幅度调制又称“移幅键控ASK，频率和相位都是常数，振幅为变量， 即载波的幅度随发送的信号而变化，表示为： 上图a是具有0、1两个幅度值的调幅波形二元制调幅波，具有一定幅度的载波信号表示“1，幅度等于0的载波信号表示“0。Amsin(1t +0) , 数字10, 数字0A(t)=(2) (2) 频率调制频率调制

12、 频率调制又称频率调制又称“移频键控移频键控(FSK(FSK，Frequency-Frequency-Shift Keying)Shift Keying)， 在频率调制中，振幅和相位为常量，频率为变量，表在频率调制中，振幅和相位为常量，频率为变量，表示为：示为： (3) (3) 相位调制相位调制 相位调制又称相位调制又称“移相键控移相键控(PSK(PSK，Phase-Shift Phase-Shift Keying)Keying)。在相位调制中，振幅、频率为常量，相位为。在相位调制中，振幅、频率为常量，相位为变量，其函数表达式为：变量，其函数表达式为：( (相对相位调制：为相对相位调制：为0

13、0时相位时相位相对前一个变，为相对前一个变，为1 1时相位相对前一个不变时相位相对前一个不变Amsin(1t +0) ，数字1Amsin(2t+0), 数字0A(t)=Amsin(t + 0) ，数字1Amsin(t + ), 数字0A(t)=3.5 3.5 多路复用技术多路复用技术 多路复用系统的构造图多路复用系统的构造图高速通信线路多路复用器多路复用器信号复合信号复合信号分别信号分别多路复用技术的分类：多路复用技术的分类：13003100信道16064687260646872频率( k Hz)（c ）（c ）频率( k Hz)（b ）（b ）频率( H z)（a ）（a ）信道2信道311

14、信道1信道2信道3 (a)原来的带宽 (b)频率迁移(调制) (c)复合的通道共享光纤共享光纤光栅光栅功率波长共享光纤的波谱功率波长光纤1的波谱功率波长光纤2的波谱光纤1光纤2光纤3光纤4功率波长光纤3的波谱功率波长光纤4的波谱波分多路复用表示图码的有效位码的有效位bitbit数数, ,单位用比特单位用比特/ /每秒每秒b/sb/s或或bpsbps表表示。示。 2) 2) 波特率波特率B B波特率是一种调制速率，也称波形速波特率是一种调制速率，也称波形速率或码元速率。率或码元速率。是数字数据经编码后的传输信号在信是数字数据经编码后的传输信号在信道上的传输速率道上的传输速率; ; 指每秒传输的码

15、元数指每秒传输的码元数, ,即每秒钟传输即每秒钟传输信号变化的次数信号变化的次数, ,单位为波特单位为波特(baud)(baud)。 普通情况下，假设码元形状数为普通情况下，假设码元形状数为M MM M为为2 2的整数次幂，的整数次幂，那么那么C C和和B B的关系为：的关系为：C=Blog2M (b/s)C=Blog2M (b/s)例：例：NRZNRZ编码一个码元表示一个比特的信息，因此编码一个码元表示一个比特的信息，因此C=BC=B； 如四进制码，有如四进制码，有4 4种码元形状种码元形状(00(00、0101、1010、1111，每个，每个 码元带码元带2 2比特数据，所以比特数据，所以

16、C=2BC=2B3) 3) 出错率出错率 出错率是指数据通讯系统在正常任务情况下信息传输出错率是指数据通讯系统在正常任务情况下信息传输 的错误率，也称误码率。的错误率，也称误码率。 Pe= Pe= 错误接纳码元数错误接纳码元数/ /接纳的码元数接纳的码元数 信道容量信道容量(Channel capacity )(Channel capacity ) 信道的极限传输才干。信道的极限传输才干。 奈奎斯特准那么：在一个通讯信道带宽为奈奎斯特准那么：在一个通讯信道带宽为W单位单位Hz的无噪声低通讯道上，最高的码的无噪声低通讯道上，最高的码元传输速率元传输速率Bmax为为2W 即即 Bmax=2Wbau

17、d； 最大数据传输速率最大数据传输速率Cmax=2Wlog2M (b/s) 信号带宽：信号变化的变动范围。信号带宽：信号变化的变动范围。线路带宽：线路传输速率。线路带宽：线路传输速率。【例】计算机的屏幕图像包含【例】计算机的屏幕图像包含640480个像素个像素点，每个像素占点，每个像素占24个比特，现每秒传输个比特，现每秒传输30幅屏幅屏幕图象，假设采用四进制编码，问信号能否用幕图象，假设采用四进制编码，问信号能否用 5类非屏蔽双绞线传输无噪声，带宽为类非屏蔽双绞线传输无噪声，带宽为100MHz？假设计算机的屏幕图像包含假设计算机的屏幕图像包含1024768个像素点个像素点呢？呢？解答：解答：

18、 根据奈奎斯特准那么，在一个带宽为根据奈奎斯特准那么，在一个带宽为W单位单位Hz的的无噪声低通讯道上，最高的码元传输速率无噪声低通讯道上，最高的码元传输速率Bmax 为为2W 即即 Bmax=2Wbaud；假设编码方式的码元形状数为；假设编码方式的码元形状数为 M，那么信道容量即最大数据传输速率那么信道容量即最大数据传输速率 Cmax=2Wlog2M (b/s)； 由于由于5类非屏蔽双绞线的带宽为类非屏蔽双绞线的带宽为100MHz；当；当M=4时，时，那么：那么：Cmax=2Wlog2M =400Mb/s。 当计算机的屏幕图象包含当计算机的屏幕图象包含640480个像素点时，所个像素点时，所需

19、的信息传输速率为：需的信息传输速率为：6404802430=221Mb/s；故故 5 类非屏蔽双绞线可以传输。类非屏蔽双绞线可以传输。 假设像素点为假设像素点为1024768，所需的信息传输速率为：，所需的信息传输速率为：566MB/S，故，故 5类非屏蔽双绞线不能传输。类非屏蔽双绞线不能传输。正反纠错码正反纠错码它是在一个二进制数据字上加上一位，以便检它是在一个二进制数据字上加上一位，以便检测过失。测过失。 过失控制用得最广泛的方法还是发检错码，接过失控制用得最广泛的方法还是发检错码，接收端发现错误后反响给发送端，发送端重发信息，收端发现错误后反响给发送端，发送端重发信息，直至正确接纳为止，

20、这种方式称反响重发纠错；还直至正确接纳为止，这种方式称反响重发纠错；还有在局域网中常用的检错码是循环冗余校验有在局域网中常用的检错码是循环冗余校验CRCCRC，下面主要引见一下下面主要引见一下CRCCRC。需事先商定一个生成多项式需事先商定一个生成多项式G Gx x，生成多项式，生成多项式的最高位和最低位必需是的最高位和最低位必需是1 1。根本思想是：将校验和加在帧的末尾，使这个带根本思想是：将校验和加在帧的末尾，使这个带校验和的帧的多项式能被校验和的帧的多项式能被G Gx x除尽。当接纳方除尽。当接纳方收到带有校验和的帧时，用收到带有校验和的帧时，用G(x)G(x)去除它，假设有去除它，假设

21、有余数，那么传输出错。余数，那么传输出错。CRC任务原理流程图任务原理流程图CRCCRC举例：举例：规范规范CRCCRC生成多项式生成多项式G Gx xCRC-12 GCRC-12 Gx x= x12+x11+x3+x2+x+1 (r=12)= x12+x11+x3+x2+x+1 (r=12)CRC-16 GCRC-16 Gx x= x16+x15+x2+1 (r=16)= x16+x15+x2+1 (r=16)CRC-CCITT GCRC-CCITT Gx x= x16+x12+x5+1 (r=16)= x16+x12+x5+1 (r=16)CRC-32 GCRC-32 Gx x= x32+x26+x23+x22+x16+= x32+x26+x23+x22+x16+ x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1 x2+x+1 (r=32) (r=32)电路交换的任务方式电路交换的任务方式电话电话交换局呼叫时建立的物理连接 报文是网络中一次传输的信息块，由数据和地址信息、控报文是网络中一次传输的信息块，由数据