第2章 网络通信基础.ppt

1、第2章网络通信基础，袁宗福机械工业出版社，2020/7/15，第2章网络通信基础计算机网络，2，本章内容，2.1数据通信基本概念，2.2信息编码技术，2.3数据传输和通信模式，2.4传输介质，2.5复用技术，2.6数据交换技术，2.7差错控制，2020/7/15，第2章计算机网络，3，2.1数据通信的基本概念，通信是传输信息的过程，2020/7/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，以及4，2.1.1数据通信系统。任何通过数据传输线路连接计算机或终端以达到传输、收集、分发和处理数据目的的系统称为数据通信系统。2020/7/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，以及5，2.1.2数据和信息。

2、数据被定义为有意义的实体。数据涉及事物的表现，是信息的对象。数据可以分为模拟数据和数字数据。模拟数据是指在一定时间间隔内的连续值，其电平随时间连续变化。数字数据在时间上是离散的，在幅度上是量化的，也就是说，数字数据是指离散值，通常是由0和1的二进制码组成的数字序列，例如文本信息和整数。2020/7/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，第6节，信息是对数据的解释，只有经过处理和解释，数据才有意义并成为信息。信息的载体可以是数字、字符、声音、图形或图像。计算机产生的信息通常是字母、数字和符号的组合。2020/7/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，和第7章，2.1.3信号，它是数据传输过程

3、中电信号的表示形式，或数据的电磁或电子编码。它分为模拟信号和数字信号。模拟信号是在一定的数值范围内可以连续采集的信号，是一种连续变化的电信号，可以根据不同的频率在不同的介质上传输。数字信号是一种离散的脉冲序列，如数字仪器的测量结果和数字计算机的输出，可以以不同的速率在介质上传输。2020/7/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，以及8，2.2信息编码技术。当信息在网络中传输时，可以根据不同的信道通过模拟信号或数字信号进行传输。无论什么样的信号，为了正确传输数据，原始数据在被发送到信道进行传输之前都必须进行编码。例如，数字信号通过调制转换成模拟信号，计算机中的二进制数据可以被调制以提高信号的

4、抗干扰能力和增加定时功能。当多媒体模拟信号在传输数字信号的信道中传输时，模拟信号应该被编码成数字信号。2020/7/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，以及9，2.2.1，数字调制技术。公共电话线通常是为传输模拟信号而设计的。为了利用现有的电话网络进行数据传输，首先需要将数字信号转换成模拟信号。该方法是利用待传输的数字信号改变载波的幅度(调幅载波)、频率(调频载波)或相位(调相载波)，然后在信道上传输，到达接收点后从载波中取出数字信号。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，10，(1)调幅根据数字信号的值改变载波的振幅。当载波存在(具有一定幅度)时，表示数字信号的“1”，而当

5、载波不存在(具有0的幅度)时，表示数字信号的“0”。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，11，(2)频率调制根据数字信号的值改变载波频率。当载频为高频时，表示数字信号为“1”，当载频为低频时，表示数字信号为“0”。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，12，(3)相位调制根据数字值改变载波的相位当载波信号与前一信号同相(即无相移)时，它表示数字信号“0”，而当载波信号与前一信号异相(1800相移)时，它表示数字信号“1”。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，13，2.2.2二进制数据编码技术，NRZ是最简单和最有效的数字编码，如图2-3a所示。它用

6、负电平表示“0”，用正电平表示“1”。这种方案被称为双极不归零编码。如果0表示“0”，正表示“1”，这就叫做单极性不归零编码。NRZ编码的缺点是发送方和接收方不能保持同步。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，14，曼彻斯特编码，曼彻斯特编码，也称为相位编码(PE)，通常用于局域网传输。在曼彻斯特编码中，每个比特中间有一个跳跃，比特中间的跳跃作为时钟信号来保持发送者和接收者同步。并且作为数据信号。2020/7/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，15，差分曼彻斯特编码，其特征在于每个比特二进制信号中间的转变仅用作时钟，而不代表二进制数据的值，并且二进制数据的值由每个比特开始的

7、边界处是否存在转变来确定。数字信号起始位置的跳跃表示“0”，而没有跳跃表示“1”。其优点是同步时钟和良好的抗噪声特性，因此在局域网中得到广泛应用。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，以及16，2.2.3模拟信号的数字编码技术。将模拟数据编码成数字信号最常见的例子是脉冲编码调制。采样：模拟数据的瞬时值以固定的时间间隔作为样本收集。量化量化是决定一个样本属于哪个量级，并根据量化级别对其幅度进行舍入。在量化之前，需要将信号分成几个量化级别。2020/7/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，17，编码，使用相应数字的二进制代码来表示量化样本的级别。编码后，每个样本由相应的编码脉冲表

8、示，即对应于该样本的编码脉冲被发送到信道。2020/7/15，第2章网络通信基础计算机网络，18，2.3数据传输和通信模式，四种数据传输形式：模拟信号传输模拟数据模拟信号传输数字数据数字信号传输数字数据。2020/7/15，第2章，用于网络通信的基本计算机网络，19，基带传输，当数字信号用于传输数据时，当终端设备将数字信号转换为脉冲电信号时，原始电信号的固有频带称为基本频带，简称基带。当基带信号在信道中直接传输时，称为基带传输。在基带传输中，媒体的整个带宽都被基带信号占用，信息可以双向传输。基带传输系统具有安装简单、成本低的优点，但传输距离短。传输数字信号时，有必要对信号进行编码。2020/7

9、/15，第2章，网络通信的基本计算机网络，20，频带传输，当使用模拟信号传输数据时，它通常只占用有限的频谱，这被称为对应于基带传输的频带传输。波段传输也叫宽带传输，只能单向传输信息。在宽带传输中，同轴电缆或光纤经常被用作传输介质，而频分复用调制技术可以用来同时发送各种模拟信号。频带传输的优点是传输距离长，可达几十公里，可同时提供多种信道。2020/7/15，第2章网络通信基础计算机网络，21，线路通信模式，线路通信模式有三种基本形式：单工通信半双工通信全双工通信，2020/7/15，第2章网络通信基础计算机网络，22，单工通信，这种通信模式的数据信息只能在一个固定的方向上传输，这就决定了通信双

10、方的一端。例如，显示终端只能接受计算机发送的数据，但不能发送为了确保电信号的正确传输，需要一对线路，其中一条线路用作反向响应和控制的监控通道。第二章，网络通信的计算机网络，第23章，半双工通信，指的是可以交替改变方向的数据传输，但在一定时间内只允许一个方向的数据流。通信双方都有发送和接收设备，但它们不能同时发送和接收。半双工通信也使用一个信道(2条线路)。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，24，全双工通信，这是一种可以在任何时间进行双向传输的通信模式，相当于在两个方向上组合单工通信，并要求收发器具有独立的收发器能力。为此，它需要两个通道来支持它，也就是说，它使用四线连接。20

11、20/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，25，计算机网络通信中的两种通信模式：并行通信：用于在计算机内部组件或附近设备之间传输数据。串行通信：用于计算机之间的通信，通信过程中必须考虑通信的方向和同步。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，26，计算机和外部设备之间的并行通信通常是通过计算机的并行端口(LPT)和通过串行端口(COM)的串行通信。普通微机支持四个以上的通讯端口和三个以上的端口，但通常只有两个通讯端口和一个端口是有效的。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，27，在并行通信中，两个设备之间通常同时传输8个数据位，发送方和接收方通过8条数据线连接。

12、在串行通信中，收发器一次只能发送或接收一个数据位，数据位串联通过通信线路。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，28，由于并行数据在计算机的内部总线上传输，为了与外部设备串行通信，有必要在发送端将并行数据转换为串行数据，在接收端将串行数据转换为并行数据。计算机中的串行通信适配器负责串行数据和并行数据之间的转换。在计算机局域网中，计算机也串行通信，网卡负责转换串行数据和并行数据。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，29，数据传输模式。为了保持同步，我们必须解决数据传输过程中的同步问题。常见的数据传输方法包括异步传输和同步传输。2020/7/15，第2章，网络通信基础

13、计算机网络，30，同步传输，同步传输模式的信息格式是在由一组字符或一个二进制位组成的数据块前后添加同步字符。双方应事先就同步字符的编码和同步字符的数量达成一致，一旦接收方收到同步字符，将开始接收数据。在同步模式下，除了发送数据之外，发送方还通过使用同步字符开始接收数据，并发送同步时钟信号。信息传输的双方使用相同的时钟信号来确定传输过程中每个比特的位置。同步通信是高效和快速的，但是如果数据发生错位，整个数据必须重新传输，并且控制是复杂的。2020/7/15，第2章，网络通信基本计算机网络，31，异步通信，其中在每个字符代码前添加一个起始位“0”以指示字符代码的开始，在后面添加一个停止位“1”以指

14、示字符代码的结束。接收者根据从“1”到“0”的跳跃判断新字符的开始，从而在通信线路的两端起到同步的作用。为了检测字符传输的正确性，可以在字符代码后添加一个奇偶校验位。如果在异步传输模式下发生错误，只需要重新传输一个字符，因此控制很简单。然而，由于起始位和奇偶校验位占用一定量的开销，效率较低。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，32，数据通信的主要技术指标，数据速率：指每秒传输的信息量，以比特/秒为单位，记录为bps信道带宽：指信号在信道中传输而不失真所占用的频率范围，通常也称为信道的频带。信道容量：它表示信道传输数字信号的能力，以信道中可传输的最大数据速率为指标。当传输信号速率

15、超过信道的最大信号速率时，就会发生失真。信道带宽通常用于表示信道容量。差错率：衡量数据通信系统或信道传输可靠性的指标。有误码率、误码率、字符误码率和组误码率。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，33，数据通信的主要技术指标，延迟：对于信道，延迟用于表示网络中相距最远的两个站之间的传播时间；对于网络上的某个站点，延迟是指从接收信息到再次转发信息的时间延迟。吞吐量：数字表示单位时间内网络或交换设备成功传输或交换的信息总量，单位为bps。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，34，2.4传输媒体，1。双绞线双绞线通常使用双绞线电缆作为局域网中的传输介质。双绞线电缆由一对

16、或多对双绞线组成。目前，网络中使用四个双绞线。双绞线是模拟和数字数据通信最常见的传输介质。1类和2类线路主要用于语音和低速传输，网络中可以使用3类以上的双绞线。目前主要使用5类和6类双绞线。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，35，2。同轴电缆同轴电缆常用：粗电缆、细电缆、有线电视同轴电缆等。同轴电缆由内导体(单芯铜导体)和外导体(编织网导体)组成。外导体的功能是屏蔽电磁干扰和辐射，两个导体由绝缘材料隔离。这种结构使同轴电缆具有较高的带宽和较好的抗干扰特性。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，36，3。光纤光缆光纤可分为多模光纤和单模光纤。光缆(简称光缆)由一束

17、光纤组成，光纤上覆盖着一层低折射率材料。当光束进入核心时，它在核心的边缘被全反射，这使得光束弯曲。模式光纤使用发光二极管产生的荧光作为光源，方向性差。单模光纤采用注入式激光二极管作为光源，激光具有很强的方向性。光缆的优点是信号损耗小，频带宽，传输速率高，不受外界电磁干扰。保密性好。光缆主要用于长距离数据传输和网络主干。2020/7/15，第2章网络通信的基本计算机网络，37，4。无线电传输媒介主要包括微波通信、激光通信和红外通信。微波通信广泛用于电报、电话和电视的传输。微波是直线传播的。激光通信的优点是带宽高，方向性好，不受气候和环境的影响，保密性好。激光通信通常用于短距离传输。红外通信技术主要用于遥控设备的通信。2020/7/15，第2章，网络通信基础计算机网络，38，2.5复用技术，使用传输线并采用各种技术在物理信道上同时传