计算机网络技术

第二章数据通信基础数据通信基础数据信号表示方法数据通信中的主要性能指标数据传输与通信方式多路复用技术交换技术传输介质

2.1数据通信模型数据通信：实现在计算机网络中任意两个节点A和B之间传递有用的信息DTEDCEDTEDCE传输线路资源子网通信子网资源子网DTE/DCE接口DTE/DCE接口数据通信模型节点A节点B

2.1数据通信模型数据通信系统的组成：DTE（DataTerminalEquipment）：数据终端设备。主机、终端、通信控制机或其他发送接收设备DCE（DataCircuit-terminatingEquipment

）：与传输介质直接相连的设备。MODEM、ACEDTE/DCE接口：指DTE和DCE之间如何有效的物理连接起来，实现它们之间传输信息的同步。输出输入电路、连接器和电缆传输线路：双绞线、光纤、同轴电缆、无线通信等

2.1数据通信的基本概念1.数据和信号：

数据：模拟数据数字数据

信号：模拟信号：连续变化的物理量电压、温度数字信号：离散的物理量，离散的几个状态计算机处理的数据

模拟信号：即可表示模拟数据，也可表示数字数据

数字信号：即可表示模拟数据，也可表示数字数据

2.1数据通信的基本概念模拟数据通信系统与数字数据通信系统模拟数据通信系统：传输模拟信号的系统数字数据通信系统：传输数字信号的系统数字数据通信系统的优点：①数字信号传输的误码率低。数字系统可以再生信号，而模拟系统则累加误码。②数字系统可以将数据、声音、图象、视频等多媒体信息混在一起传输。③数字设备的价格不断下降。而且会比模拟系统价格低。

2.1数据通信的基本概念2.传输介质的有限带宽

指传输介质的物理特性决定介质一般使得某一频率范围的信号容易通过，其他频率范围不容易通过（衰减很快）。f(频率)A(振幅)21/2/2Afafb带宽：使信号容易通过的频率范围。（界于fa

和fb之间的频率范围）分解信号的频率尽量分布在介质的带宽内。fb-fa＝带宽

2.1数据通信的基本概念信道容量信道容量是指单位时间内信道上可以传输的最大比特数，用每秒比特数（bit/s,bps)表示

2.2信号表示方法数字数据的模拟传输数字数据的数字传输模拟数据的数字传输数字数据的模拟传输将数字数据调制成模拟信号进行传输。通常有三种方式：1)调幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)调频FSK(FreequencyShiftKeying)3)调相PSK(PhaseShiftKeying)

调幅ASK

(AmplitudeShiftKeying)用载波的两个不同的振幅来表示两个二进制值。如用无信号表示0，有信号表示1。01ASK调频FSK

(FreequencyShiftKeying)

01FSK用载波附近的两个不同的频率来表示两个二进制值如用信号频率为2f表示0，信号频率为f表示1。

调相PSK

(PhaseShiftKeying)

用载波的相位移动来表示二进制值。如用信号相位角为0表示0，相位角为表示1PSK01数字数据的调制举例基带信号调幅调频调相010011100数字数据的数字传输最普通的方法是用两个不同的电压值来表示两个二进制值0和1。常用的数字信号编码有：不归零编码曼切斯特编码差分曼切斯特编码。

数字数据的数字传输不归零编码数字数据的数字传输曼彻斯特与差分曼彻斯特编码模拟数据的数字传输采用脉冲编码调制PCM技术（PulseCodeModulation）PCM以采样定理为基础采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信号f(t)最高频率的二倍或二倍以上的速率对该信号进行采样，则这些采样值中包含了全部原始信号信息

量化

基本过程采样量化编码采样和量化ABCDEFGHt256192128640ABCDEFGH188244240144807212220010111100

11110100

11110000

10010000

01010000

01001000

01111100

11001000

话音信道话音数据的最高频率通常为3400Hz。如果以8000Hz的采样频率对话音信号进行采样的话，则在采样值中包含了话音信号的完整特征。由此而还原出的话音是完全可理解和可识别的

2.3数据通信中的

主要性能指标数据传输速率信号传输速率

2.3数据通信中的

主要性能指标信道容量

2.3数据通信中的

主要性能指标误码率误码率是指码元在系统中传送时被传错的概率。即错误接收的码元数在所传输的总的码元数中所占的比例

若，传输的总的码元数为N，传错的码元数为Ne，则误码率Pe=Ne/N

误码率的作用：衡量数据通信系统可靠性的重要指标。一般计算机网络要求误码率低于10-6，但不同的系统的误码率不同，比如光纤系统的误码率低于10－12

2.4数据传输与通信方式数据传输方式通信方式及分类

2.4数据传输与通信方式基带传输、频带传输与宽带传输基带传输：基带：电信号所固有的频率。基带传输：在信道中直接传输基带信号。即终端设备（计算机）先将计算机的数字信号（0、1信息）转为电信号，才能送到信道上进行传输。频带传输频带传输：在模拟信道上传输模拟信号，称为频带传输。宽带传输采用同轴电缆作为传输介质，带宽很宽时（大于300MHz），称为宽带传输。

2.4数据传输与通信方式

信息传输方式：单工、半双工、全双工三种方式①单工通信方式：信息只朝一个方向传输②半双工方式：信息可以朝两个方向传输但是某一时刻只能朝一个方向传输

③全双工方式：信息可以朝两个方向传输，并且可以同时向对方传输发送接收发送接收发送接收发送或接收发送或接收

2.4数据传输与通信方式同步传输与异步传输异步传输

2.4数据传输与通信方式同步传输与异步传输同步传输

2.4数据传输与通信方式物理信道的连接方式：①点到点连接方式：

物理线路或链路②点到多点连接方式：

主机从机③集中式连接方式：

主机集中器或多路复用器终端

2.5多路复用多路复用多路复用在数据传输系统中，允许两个或多个数据原共享同一个传输介质。多路复用是一种将若干个彼此无关的信号合并为一个在一个公用信道上传输的复合信号的方法。多路复用分为两大类：频分多路复用（FDM）

和时分多路复用(TDM)

多路复用器多路译码器一条线路多个信道

N

个信源

N

个输出

2.5多路复用频分多路复用（FDM，FrequencyDivisionMultiplexing）

1.定义频分多路复用是将传输线路的频带分成若干个较窄的频带，每个频带形成一个子信道，独立进行信息传输

2.实现

以人的声音为例，将多路话音信息分别调制到不同的子信道的频率上，然后将它们一起传送出去，接受方使用带通滤波器接受特定的话音。04KHz04KHz04KHz调制64KHz60KHz68KHz64KHz72KHz68KHz多路复用器60KHz64KHz68KHz72KHz

2.5多路复用

3.应用

广播系统电话系统计算机网络

4.

特点

各子信道独立使用自己的信道信道是频分，各子信道之间为防止互相干扰，子信道之间有一保护带。所以信号不能沾满整个子信道每个子信道的信号都没有延迟模拟信号易受干扰，长距离传输会失真。

2.5多路复用时分多路复用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）

1.定义

时分多路复用是将物理线路按使用时间分为若干个小的时间片，在每个小的时间片内，信源轮流的占有整个线路。

2.实现

终端AA1A2A3终端BB1B2B3终端CC1C2C3B1A1C1A2B2C2A3B3C3多路复用器物理线路

2.5多路复用

3.应用

广播系统电话系统计算机网络

4.

分类

同步时分多路复用（STDM）

用户终端对应固定的时间片。异步时分多路复用(ATDM)用户终端对应的时间片不。固定

2.6交换技术交换技术：电路交换和存储转发交换1.

电路交换1)

电路交换：由通信交换机负责在输入和输出之间建立起一条专用的物理信道，在双方通信时，交换机不会进行干预，所传输的信号或编码等仅由通信双方决定。2)电路交换的工作过程：

电路的建立：建立端到端的连接，类似于电话的拨号过程。数据的传输：双方建立好连接后就可以进行数据的传输了。类似于电话的交谈过程。电路的拆除：终止已建立好的连接，释放资源，供其他的用户使用，类似于电话挂机的过程。

2.6交换技术3）电路交换的特点：

数据的传输前要先建立连接，所以有延迟传输数据时，收发双方专用线路，利用率不高网络对用户来说时透明的。用户可以用固定的速率传输数据

4）电路交换的应用：

适于实时传输。较为连续的数据流（大批量的数据、话音传输）

5）电路交换的分类：

空分电路交换时分电路交换：使用了时分多路复用

2.6交换技术2.

存储转发交换存储转发交换的原理将传输的数据打成规定大小的包，在包中加上源地目的地的地址、传输的质量等控制信息，然后将包投到网络中，每个包可以独立在网络中传输，不需要事先建立连接，在传输过程中每个节点将包先接受存储下来，在对其进行必要的处理，最后转发出去。存储转发交换的分类：

报文交换：以报文为单位报文分组交换：以报文分组为单位

ATM交换：以信元为单位帧中继：以帧为单位

2.6交换技术1）报文交换报文交换的工作过程：报文的格式：报头用户数据报尾报文的特点：

每个节点都要处理，所以可以进行速率的变换、编码的变换、格式的变换。可以按照需要，发送到多个目的地。提高了现率的利用率。与电路交换的对比：报文交换无建立连接的时间传输的延迟与经过的节点数、节点的处理时间等有关，所以不固定传输的可靠性高

2.6交换技术2）

报文分组交换交换

以报文分组为单位。报文分组时大小固定的信息单位报文分组交换的特点：

传输速率快，流水线式处理分组大小固定，缓冲区大小固定，管理容易重发信息量小，因为只重发出错的分组，而不是整个报文可使用优先级。报文分组交换的思想：将传输数据打成大小固定的报文分组，这样每个节点在处理时容易、省时。（缓冲区大小固定、管理容易）

2.6交换技术电路交换、报文交换、报文分组交换的对比：D时间ABCDABCDABC建立连接时间数据传输应答报文分组1分组2分组3

2.7传输介质

传输介质是指通信中实际传送信息的载体。计算机网络中采用的传输介质通常可以分为：

线介质

无线有介质每一种介质在带宽、吞吐量、传输延迟、尺寸、可扩展性以及成本和安装维护费用等方面都不相同，在实际使用中决定使用哪种传输介质时，必须综合考虑传输介质的多种特性，将联网需求与介质特性进行匹配。可以从物理描述、传输特性、连通性、地理范围、抗干扰性及价格方面描述。

有线介质

有线介质又称为约束类传输介质，是现代通信技术中最常用的且以有形线路作为传输媒体的传输介质，由于它传输信号的性能较好，而且既便宜又容易安装维护，所以主要适用于短距离通信和架设电缆比较容易的场合。双绞线同轴电缆光纤光缆

2.7传输介质

1、双绞线（Twist）双绞线是把两根相互绝缘的导线象螺纹一样绞在一起双绞线是使用广泛的传输介质，即可传输模拟信号也可传输数字信号双绞线使用RJ－45接头连接计算机的网络适配器和集线器等通信设备双绞线分主要两类：无屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线(STP)

双绞线内导体芯线绝缘箔屏蔽铜屏蔽外套双绞线由两条互相绝缘的铜线组成，其典型的粗细为直径1mm。这两条线像螺纹一样拧在一起，这样可以减少邻近线对电气的干扰。（电话系统）双绞线双绞线是由不同颜色的4对8芯线组成，每两条按一定规则绞织在一起，成为一个芯线对。传输特性：数字+模拟地理范围：LAN10M100M连通性：点到点，点到多点抗干扰性：低频，双绞线高于同轴电缆价格：最便宜双绞线它一般有屏蔽（ShieldedTwisted-Pair:STP）与非屏蔽（UnshieldedTwisted-Pair:UTP）双绞线之分，屏蔽的当然在电磁屏蔽性能方面比非屏蔽的要好些，但价格也要贵些。双绞线按电气性能划分的话，通常分为：三类、四类、五类、超五类、六类、七类双绞线等类型。

屏蔽双绞线(STP)以箔屏蔽以减少干扰和串音

非屏蔽双绞线(UTP)3类：<=16MHz

速率<=10Mbps5类：100MHz100Mbps双绞线外没有任何附加屏蔽

2.4传输介质无屏蔽双绞线（UTP）分类：按EIA/TIA制定的布线标准，分5类UTP1类线：可用于电话传输，但不适合数据传输。2类线：可用于电话传输和最高为4Mbps的数据传输，包括4对双绞线3类线：可用于最高为10Mbps的数据传输。通常用于10BaseT的以太网，包括4对双绞线4类线：可用于16Mbps的令牌环网和大型以太网，包括4对双绞线。5类线：可用于100Mbps的快速以太网，包括4对铜芯双绞线超5类双绞线：可用于1000Mbps的千兆以太网双绞线的特点：

双绞线种类多，质量好的传输速率高，误码率低，质量差点的价格便宜，易于施工.一般误码率为10－6到10－8，传输速率为1Mbps。

2.4传输介质2、同轴电缆（Cable）同轴电缆是由一根空心的外圆柱形的导体围绕单根内实心导体构成的。同轴电缆可用于长距离的电话网络、有线电视信号的传输通道以及计算机的局域网。同轴电缆即可传输模拟信号也可传输数字信号。基带同轴电缆和宽带同轴电缆基带同轴电缆的阻抗是50，只用于数字信号。一般使用曼彻斯特编码，速率可达10Mbps，误码率10－7到10－11，常用于局域网和远距离电话系统。传输距离在几公里范围之内。宽带同轴电缆的阻抗是75，带宽可达300到400MHz，即可传输模拟信号也可传输数字信号。使用频分多路复用技术。速率最高可达1000Mbps，常用于宽带局域网和有线电视系统。传输距离可达几十公里范围。同轴电缆（Cable）基带电缆：数字宽带电缆：数字+模拟连通性：点到点，点到多点抗干扰性：高频时，同轴电缆〉双绞线价格：稍贵

基带同轴电缆基带同轴电缆按其直径大小可分为：粗缆：全称为“粗同轴电缆”，简称为“AUI”，如下图左图所示。细缆是指“细同轴电缆”，它的英文简称为“BNC”，细同轴电缆与粗同轴电缆结构类似，只是直径细些，如下图右图所示的一条剥了皮的细同轴电缆。

同轴电缆（Cable）5类常用于计算机的同轴电缆：

RG-8、RG-11、RG-58A/U、RG-59A/U、RG-62A/U细缆和粗缆：

细缆，常用于10Base2以太网，电缆直径为0.25英寸，在细缆上传输185米的范围不会失真，一般使用BNC的一系列连接器实现细缆和计算机适配器的连接。

粗缆，常用于10Base5以太网，电缆直径为0.5英寸，在粗缆山传输距离可达500米的范围，一般使用收发器、AUI电缆、DB-15连接器粗缆和计算机的连接。同轴电缆的特点：

带宽宽、误码率低、速率快不易弯曲、体积大、比较重、不易布线。

2.4传输介质3、光导纤维（Fiber）光纤由光纤芯、玻璃内包层、加强芯外包层及保护套组成。光纤是利用光的全反射原理来实现传输的。光纤只能单向传输信号，因此光缆中至少包含两条导芯，一个发送、一个接受。单模光纤和多模光纤单模光纤：导芯的直径小到只有一个光的波长，光就一直向前传播，即直线传播。一般使用激光作为光源，传播距离可达10km以上，频带宽，价格高，较难实现。多模光纤：多个不同的光线在导芯里全反射。一般使用发光二极管作为光源。相比之下，传播距离、频带等性能不如单模光纤，但是价格低，容易实现。

2.4传输介质光纤的特点：光纤频带宽，通信的容量大光纤传输速率快，一般千兆的速率。光纤传输衰减的少，传输的距离长。光纤不受电磁波的干扰，电磁的绝缘型好，误码率低（10－12）光纤无串音干扰，不易被窃听或截取数据，保密性好。光纤价格贵，发光器、光电转换设备、光连接设备价格都很贵。

2.4传输介质

光纤（光导纤维）光纤物理特性玻璃封套塑料外套玻璃内芯单芯光缆多芯光缆玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳光纤连通性：点到点/点到多点地理范围：6-8公里不用中继抗干扰：不受电磁干扰或噪声的干扰价格：最贵光纤的种类光纤模式多模光纤单模光纤多模突变多模渐变由于突变型多模光纤传输时光信号畸变较大，故常用渐变型多模光纤，其主要规格有：50μm(纤芯直径)/125μm(覆层直径)62.5μm(纤芯直径)/125μm(覆层直径)100μm(纤芯直径)/140μm(覆层直径）多模光纤对准要求不太严格，弯曲时损耗不太灵敏，被推荐应用于所有的建筑物综合布线系统。支持100Mbps传输率/1.5～2km和1000Mbps传输率/≤300m范围的LAN。计算机网络一般使用62.5μm多模光纤。多模光纤的传输特性单模光纤的纤芯直径很小，在给定的工作波长上只能以单一模式传输，传输频带宽，传输容量大，折射率为突变型，光线沿其中心直线传输，故光信号的损耗很小，离散也很小，传输距离大大高于多模光纤。常用规格为8.3μm（纤芯直径）/125μm（覆层直径），衰减小，适合远程传送，但需用昂贵的注入式激光二极管作光源。单模光纤的传输特性

ClassifiedbyWavelength

按波长分类

按工作波长光纤还可划分为：

短波光纤(SW）

820～900nm（第一窗口）多模

长波光纤(LW)

1280～1350nm（第二窗口）单模

1528～1561nm（第三窗口）单模

1561～1620nm（第四窗口）单模

标准光纤类型最大距离100Base-FX百兆位基带62.5/125微米多模(美国标准)2千米8,9,10/125微米单模15或40千米1000Base-SX千兆位基带(短波)50/125微米多模(欧洲标准)500米62.5/125微米多模220米1000Base-LX千兆位基带(长波)50/1