计算机网络技术（第四版）课件 项目2 认知数据通信

项目2认知数据通信Item2cognitivedatacommunication《计算机网络技术》2.1情境描述2.2任务分析2.3知识储备2.4任务实施2.5拓展训练2.6总结提高本项目将引导大家将引导大家熟悉数据通信的基本概念、数据通信的主要技术指标、数据通信方式、数据通信技术、数据编码技术、多路复用技术和数据交换技术等,并通过真实的任务训练大家辨别单工通信、半双工通信和全双工通信;绘制曼彻斯特码、绘制差分曼彻斯特码等技能，从而达到以下目标：2.1情境描述

湖南易通网络技术有限公司是一家以互联网信息技术为核心,集电子商务、电子政务、软件开发应用、网站开发、网络推广、网络工程、计算机组装与维护为一体的高新技术企业。公司网络业务发展迅速,李恒转正后,经理决定让他到网络工程部工作,为帮助李恒尽快熟悉网络工程方面的知识与技能,网络工程部主管汤标为他安排了一系列的学习与实践任务。根据李恒目前的基础，在本项目中，汤标为他安排了以下几项任务：(1)认知数据通信系统模型,了解数据通信的主要技术指标;(2)熟悉并行通信和串行通信;(3)了解单工通信、半双工通信和全双工通信;(4)了解基带传输、频带传输和宽带传输;(5)能用图形方式表示模拟信号和数字信号;(6)能绘制曼彻斯特码和差分曼彻斯特码；(7)完成RJ-45双绞线与信息模块的制作。。2.2任务分析2.3.1数据通信系统2.3知识储备数据通信(DataCommunication)系统是指以计算机为核心，用通信线路连接分布在各地的数据终端设备而完成数据通信功能的复合系统。数据通信系统的基本组成有三部分要素：信源和信宿、信号变换器和反变换器、信道。如图2-1所示是一个简单的数据通信系统模型。1、数据通信系统模型2.3知识储备（1）信源和信宿信源就是信息的发送端，是指发送信息一端的人或设备。信宿就是信息的接收端，是指接受信息一端的人或设备。数据发送端、数据接收端设备称为数据终端设备，简写为DTE。（2）信号变换器与反变换器发送端的信号变换器可以是编码器或者是调制器，接收端的反信号变换器相对应的就是译码器或者是解调器。（3）信道信道是传输信息的通道，是由通信线路及其通信设备(如收发设备)组成的。主要功能有两点，其一为信息传输提供通信手段，其二为数据传输提供通信服务。通信设备也称为数据电路终端设备，简写为DCE。信道按传输型号类型又可分为数字信道和模拟信道。2、数据通信的基本概念2.3知识储备（1）信息、数据和信号信息（Information）:信息的载体是数值、文字、图形、声音、图像及动画等。数据(Data)：数据是由数字、字母、字符和符号等组成的信息载体，是网络上信息传输的单元，没有实际含义。信号(Signal)：信号是数据在传输过程的具体物理表示形式，具有确定的物理描述。3、数据通信的主要技术指标2.3知识储备（1）信道带宽：通信系统中传输信息的信道占有一定的频率范围(即频带宽度)。模拟信道的带宽W=f2-f1其中f1是信道能够通过的最低频率，f2是信道能够通过的最高频率。（2）信道容量：信道容量是信道的一个参数，反映了信道所能传输的最大信息量，其大小与信源无关。信道容量有时也表示为单位时间内可传输的二进制位的位数（称信道的数据传输速率，位速率），以位/秒（b/s）形式予以表示，简记为bps。（3）数据传输速率：数据传输率是指单位时间内信道上所能传输的数据量。可用“比特率”来表示。单位为比特/秒(bit/s)，也记做bps。（4）调制速率：又叫波特率或码元速率，它是数字信号经过调制后的传输速率，表示每秒传输的电信号单元(码元)数。（5）误码率:用来表示传输二进制位时出现差错的概率。误码率近似等于被传错的二进制位数与所传送的二进制总位数的比值。在计算机网络通信系统中,要求误码率低于10-9。2.3.2数据通信方式数据有多少位则需要多少条信道，每次传输数据时，一条信道只传输字节中一位，一次传输一个字节，这种传输方法称为并行通信，如图2-3所示。1、并行通信数据通信方式按照数据传输与需要的信道数可划分为并行通信和串行通信两种方式。1.3知识储备2、串行通信2.3.2数据通信方式如果数据传输时只需要一条信道，数据字节有多少位需要传输多少次才能传输完一个字节，这种方法称为串行通信，如图2-4所示。2、单工通信、半双工通信和全双工通信2.3.2数据通信方式2.3知识储备（1）单工通信在通信线路上，数据只可按一个固定的方向传送而不能进行相反方向传送的通信方式称为单工通信，如图2-5所示。其中A端只能作为发射端发送资料，B端只能作为接收端接收资料。为使双方能单工通信，还需一根线路用于控制。比如：广播、收音机、电视机和打印机等。2、单工通信、半双工通信和全双工通信2.3.2数据通信方式2.3知识储备（2）半双工通信数据可以双向传输，但不能同时进行，采用分时间段传输，任一时刻只允许在一个方向上传输主信息，这种通信方式称为半双工通信，如图2-6所示，其中A端和B端都具有发送和接收装置，但传输线路只有一条，若想改变信息的传送方向，需由开关进行切换。比如：对讲机。2、单工通信、半双工通信和全双工通信2.3.2数据通信方式2.3知识储备（3）全双工通信可同时双向传输数据的通信方式称为全双工通信。它相当于两个方向相反的单工通信组合在一起，通信的一方在发送信息的同时也能接收信息，全双工通信一般采用接收信道与发送信道分开制，按各个传输方向分开设置发送信道和接收信道，因此一般采用四线制，如图2-7所示。比如：计算机、电话和手机等。1、基带传输2.3.3数据传输技术2.3知识储备不同的数据类型在不同的信道上传输就有不同的传输类型，最典型的传输技术基带传输、频带传输和宽带传输。基带传输基带传输是指不经频谱搬移，数字数据以原来的“0”或“1”的形式原封不动地在信道上传送。基带是指电信号所固有的基本频带，在基带传输中，传输信号的带宽—般较高，普通的电话通信线路满足不了这个要求，需要根据传输信号的特性选择专用传输线路。2、频带传输2.3.3数据传输技术2.3知识储备频带传输就是把二进制信号进行调制变换，变换成为能在公用电话网中传输的模拟信号，将模拟信号在传输介质中传送到接收端后，再由调制解调器将该模拟信号解调变换成原来的二进制电信号，如图2-8所示。3、宽带传输2.3.3数据传输技术2.3知识储备宽带是指比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。利用宽带进行的传输称为宽带传输。宽带传输系统可以是模拟或数字传输系统，它能够在同一信道上进行数字信息和模拟信号传输。宽带传输系统可容纳全部广播信号，并可进行高速数据传输。2.3.4数据编码技术2.3知识储备在传输二进制基带数字信号时，需要对其进行编码。未经编码的二进制基带数字信号就是高电平和低电平不断交替的信号。信道中传输的信号有基带信号和频带信号之分，数字信号一定是基带信号，而模拟信号一定是频带信号，数字编码方法如图2-9所示。2.3.4数据编码技术2.3知识储备1、数字数据的模拟信号编码在计算机网络的远程通信中通常采用频带传输。若要将基带信号进行远程传输，必须先将其变换为频带信号(即模拟信号)，才能在模拟信道上传输。这个变换就是数字数据的模拟信号编码(即调制)过程，如图2-10所示。2.3.4数据编码技术2.3知识储备2、数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码问题就是要解决数字数据的数字信号表示问题。数字数据可以由多种不同形式的电脉冲信号的波形来表示。数字信号是离散的电压或电流的脉冲序列，每个脉冲代表一个信号单元(或称码元)。最普遍且最容易的方法是用两种码元分别表示二进制数字符号“1”和“0”，每位二进制符号和一个码元相对应。表示二进制数字的码元的形式不同，使产生出不同的编码方法，如图2-11所示。图2-11数字数据的数字传输2.3.4数据编码技术2.3知识储备（1）单极性全宽码和归零码单极性全宽码是指在每一个码元时间间隔内，有电流发出表示二进制“1”，无电流发出表示二进制“0”，如图2-12(a)所示。单极性归零码就是指一个码元的信号波形占一个码元的部分时间，其余时间信号波形幅度为“0”，图2-12(b)所示是单极性归零码。2.3.4数据编码技术2.3知识储备（2）双极性全宽码和归零码双极性全宽码(不归零码)采用两种极性的电压脉冲，一种极性的电压脉冲表示“l”，另—极性电压脉冲表求“0”，如图2-13(a)所示。双极性归零码采用两种极性的电压脉冲，“1”码发正的窄脉冲，“0”码发负的窄脉冲，如图2-13(b)所示。归零码克服了全宽码可以产生直流分量的缺点。2.3.4数据编码技术2.3知识储备（3）曼彻斯特码曼彻斯特编码有两种截然相反的数据表示方式。第一种：规定“0”是由低→高的电平跳变表示，“1”是高→低的电平跳变，一般情况采用这种方式，如图2-14所示为01011001码的曼彻斯特码波形。图2-14曼彻斯特码2.3.4数据编码技术2.3知识储备（4）差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码的规律是在每一个码元时间间隔内，无论发“0”或发“1”，在间隔的中间都有电平的跃变。作为同步时钟发“1”时，间隔开始时刻不跃变，发“0”时，间隔开始时刻有跃变，如图2-15所示为01011001码的差分曼彻斯特码波形(假定初始时刻为“1”)。。图2-15差分曼彻斯特码2.3.4数据编码技术2.3知识储备3、模拟数据的数字信号编码要实现模拟信号的数字化传输和交换，首先要在发送端把模拟信号变换成数字信号，即需要进行模/数(A/D)转换。然后在接收端再将数字信号转换为模拟信号，即需要进行数/模(D/A)转换。通常把A/D转换称为编码器，把D/A转换器称为译(解)码器，编码器和译码器一般集成在一个设备中。编码调制包括三部分：采样、量化和编码，如图2-16所示。2.3.4数据编码技术2.3知识储备4、非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码的图形比较这里将非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码方式放在同一图表中比较，如图2-17所示。注意编码首位和跳变情况。2.3.5多路复用技术2.3知识储备1、频分多路复用(FrequencyDivisionMultiplexing，FDM)计算机网络中，传输线路的成本在整个系统中占相当大的比例。为了提高传输线路的利用率，采用的方法是使多个数据通信合用一条传输线，这就是多路复用技术。频分多路复用是将具有一定带宽的信道分割为若干个较小频带的子信道，所有用户在同一时间占用不同的带宽资源。这样在信道中就可同时传送多个不同频率的信号，如图2-18所示。2.3.5多路复用技术2.3知识储备2、时分多路复用(TimeDivisionMultiplexing，TDM)时分多路复用是将一条物理线路按时间分成一个个的时间片，每个时间片称为TDM帧(Frame)，每帧长125s，再将每帧分为若干时隙，轮换地为多个信号所使用。时分多路复用又可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用两类。（1）同步时分多路复用(SynchronousTimeDivisionMultiplexing，STDM)同步时分多路复用是指时分方案中的时间片是预先分配好的，时间片与数据源是一一对应的，不管某一个数据源有无数据要发送，对应的时间片都是属于它的。或者说各数据的传输定时是同步的。2.3.5多路复用技术2.3知识储备（2）异步时分多路复用(AsynchronousTimeDivisionMultiplexing，ATDM)异步时分多路复用是指各时间片与数据源无对应关系，系统可以按照需要动态地为各路信号分配时间片,如图2-20所示

。每个周期内的各个时间片只分配给那些需要发送数据的信道，在第一个周期内，将第一个时间片分配给A信号，第二个时间片分配给C信号，第三个时间片分配给B信号，第四个时间片分配给D信号。2.3.5多路复用技术2.3知识储备3、光波分多路复用(WavelengthDivisionMultiplexing，WDM)光波分多路复用技术是在一根光纤中能同时传播多个光波信号的技术。实际上，光波分多路复用的方法也是频分多路复用的方法。光波分多路复用的原理如图2-21所示。2.3.6常见的传输介质2.3知识储备常见的网络传输介质有很多种，一般可分为两大类：一类是有线传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤等；另一类是无线传输介质，如微波和卫星通信等。1、双绞线：双绞线由两根相互绝缘的导线绞合成匀称的螺纹状，作为一条通信线路。将两条、四条或更多条这样的双绞线捆在一起，外面包上护套，就构成双绞线电缆。双绞线按其是否有屏蔽，可分为屏蔽双绞线（STP）和非屏蔽双绞线（UTP），如图2-22所示。2.3.6常见的传输介质2.3知识储备2、同轴电缆：同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层组成，如图2-23所示。其中的金属屏蔽网可防止中心导体向外辐射电磁场，也可用来防止外界电磁场干扰中心导体的信号，因而具有很好的抗干扰特性，被广泛用于较高速率的数据传输中。通常按特性阻抗数值的不同，将其分为基带同轴电缆(50W同轴电缆)和宽带同轴电缆(75W同轴电缆)。2.3.6常见的传输介质2.3知识储备3、光纤（FiberOpticCable）：光纤又称为光缆或光导纤维，由光导纤维纤芯、玻璃网层和能吸收光线的外壳组成，如图2-24所示。是由一组光导纤维组成的用来传播光束的、细小而柔韧的传输介质。应用光学原理，由光发送机产生光束，将电信号变为光信号，再把光信号导入光纤，在另一端由光接收机接收光纤上传来的光信号，并把它变为电信号，经解码后再处理。2.3.6常见的传输介质2.3知识储备根据使用的光源和传输模式，光纤可分为多模光纤和单模光纤，如图2-25所示。这里的“模”是指以一定角速度，进入光纤的一束光。单模光纤采用固体激光器做光源，多模光纤则采用发光二极管做光源。2.3.6常见的传输介质2.3知识储备目前最常用的无线传输有无线电波、微波、红外线和激光等。4、无线传输介质（1）无线电波(radiowave)1873年麦克斯韦尔建立了电磁场理论，1887年赫兹验证了电磁波的存在。1895年马克尼发明了无线电，开创了无线电波的实际应用。无线电波是电磁谱的一部分，它像水池中的波纹一样像个各方向传播，电场和磁场瞬间变化，以光速进行传播，无线电波的频率范围从3000Hz到3000GHz。无线电波的传播方式，因波长的不同而有不同的传播特性，分为地波、天波和空间波三种形式。2.3.6常见的传输介质2.3知识储备（2）微波接力通信（microwaverelaycommunication）微波接力通信利用300MHz以上频段的电磁波，在对流层的视距范围内的传播，进行无线电通信的一种方式。通常使用分米波段和厘米波段，如图2-27所示。2.3.6常见的传输介质2.3知识储备（3）卫星通信技术（Satellitecommunicationtechnology）为了增加微波的传输距离，应提高微波收发器或中继站的高度。当将微波中继站放在人造卫星上时，便形成了卫星通信系统，如图2-28所示。2.4.1绘制曼彻斯特码和差分曼彻斯特码2.4任务实施利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基带传输，而数字数据在传输之前，需要进行数字编码。数字数据的编码方式有三种：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。2.4.1绘制曼彻斯特码和差分曼彻斯特码2.4任务实施曼彻斯特编码波形图中“1”代表从高到低，“0”代表从低到高，所以，“1”和“0”的波形如图2-29所示。差分曼彻斯特编码是在每个时钟位的开始有无跳变来区分，波形图“1”代表没有跳变，开始画“0”代表有跳变，所以，“1”和“0”的波形如图2-30所示。2.4任务实施【任务2-1】实施步骤：STEP|01绘制曼彻斯特编码

1、绘制坐标、第一个编码“0”的波形和9条时钟分隔线，再填写数字编码“011101001”，如图2-31所示。STEP|02绘制差分曼彻斯特编码差分曼切斯特编码在每个时钟位的中间都有一次跳变。区分“1”和“0”的方法是：看在每个时钟位的开始处有无跳变。2、绘制第二个至最后一位（即“11101001”）的编码波形，如图2-32所示。2.4.2制作RJ-45双绞线与信息模块2.4任务实施双绞线是局域网中使用最广泛的传输介质，根据需要连接的设备不同，则所需要的网线也有区别，分为直通电缆和交叉电缆两类，制作的标准也就不同。1、制作RJ-45双绞线2.4任务实施【任务2-2】实施步骤：STEP|01熟悉双绞线网线的线序标准目前，施工布线工程中最常使用的布线标准有两个，即T568A标准和T568B标准，如图2-34所示。STEP|02确定水晶头的顺序对照把水晶头有塑料弹簧片的一面向下，有针脚的一方向上，有方形孔的一端对着自己，此时，最左边的是第1脚，最右边的是第8脚，其余按照1～8的顺序依次排列。STEP|03认知制作工具认知RJ-45压线钳、剥线刀、偏口钳、测线仪，如图所示。2.4任务实施【任务2-2】实施步骤：STEP|04准备制作材料除了制作工具，在动手制作网线时，还应当准备好)双绞线、RJ-45接头、护套或线标等相关材料，这些材料如图所示。STEP|05制作双绞线网线直通线制作直通线时，RJ-45头两端线序排列完全相同，即当一端使用T568B标准的线序，另一端也使用T568B标准的线序，即两端使用相同的线序标准，如图2-43所示。

1）剥线，剥线的长度为12mm～15mm，如图2-44所示。2）理线，按橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、中的排列顺序（从左到右）排列，如图2-45所示。2.4任务实施【任务2-2】实施步骤：STEP|05制作双绞线网线直通线

3）剪线。使用压线钳的剪线口剪掉多余的部分，并将线剪齐。如图2-46所示。4）插线。用手水平握住水晶头（有弹片一侧向下），然后把剪齐、并列排列的8条芯线对准水晶头开口并排插入水晶头中，如图2-47所示。5）压线。将插入网线的水晶头直接放入压线钳夹槽中，使劲压下网线钳手柄，使水晶头的插针都能插入到网线芯线之中，与之接触良好，如图2-48所示。。

6）制作双绞线的另一端。通过以上5步，网线的一端就已经制作完毕，重复这5步制作好网线的另一端。7）双绞线的检测。将制作好的网线两头插入测线仪并打开开关，观察指示灯的显示是否正确，如图2-49所示。2.4.2制作RJ-45双绞线与信息模块2.4任务实施2、制作信息模块信息模块在企业网络中是普遍应用的，它属于一个中间连接器，可以安装在墙面或桌面上，需要使用时只需用一条直通双绞线即可与信息模块另一端通过双绞网线所连接的设备连接，非常灵活。另一方面，也美化了整个网络布线环境。2.4任务实施【任务2-3】实施步骤：STEP|01熟悉信息插座信息插座一般安装在墙面上的，主要是为了保持整个布线的美观，方便移动和连接工作站，主要有桌面型和地面型两种。信息插座结构的正反面如图2-50所示。STEP|02信息模块对照把水晶头有塑料弹簧片的一面向下，有针脚的一方向上，有方形孔的一端对着自己，此时，最左边的是第1脚，最右边的是第8脚，其余按照1～8的顺序依次排列。有通用线序色标清晰注于模块两侧面上，分两排：A排表示T586A线序模式，B排表示T586B线序模式。如图2-51所示。2.4任务实施【任务2-3】实施步骤：STEP|03剥线

剥线：从底盒中将双绞线拉出，预留40厘米的线头，剪去多余的线。用剥线工具或压线钳的刀具在离线头10厘米长左右将双绞线的外包皮剥去。如图2-52示。STEP|04卡线卡线：分开4个线对，但线对之间不要拆开，按照信息模块上所指示的线序，稍稍用力将导线一一置入相应的线槽内，如图2-53所示。2.4任务实施【任务2-3】实施步骤：STEP|05压线

压线：将打线工具的刀口对准信息模块上的线槽和导线，带刀刃的一侧向外，垂直向下用力，听到“喀”的一声，模块外多余的线被剪断，如