网络技术CH2增加.ppt

1、第 2 章 数据通信基础知识,2.1 数据通信的基本概念 2.2 数据编码技术 2.3 数据传输与信道复用 2.4 数据交换技术 2.5 差错控制技术 2.6 传输媒媒质及其特性,2.1 数据通信的基本概念 2.1.1 数据与信号,数据(data)实体特征（包括性质、形状、数量等）的符号说明。 模拟数据：数值在某个区间内连续变化 数字数据：数值是离散的 声音、人数（整数）、文字信息、影像、电压、身高、学号,2.1.1 数据与信号,信号(signal)传输数据的物理量。 模拟信号与数字信号 码元(code)一个数字脉冲也称为一个码元，是传输信号的最小单元。 注意：一个码元可以对应一个比特，也可以

2、量化出多个等级（对应多个比特的组合编码）。,2.1.2 数据通信系统的模型,调制解调器,计算机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,输入 汉字,显示 汉字,计算机,2.1.2 数据通信系统的模型,信源：产生和发送信息的设备。 信宿：接收和处理信息的设备。 信道：信源和信宿之间的通信线路，是信息流的通道。 模拟信道与数字信道 有线信道与无线信道,2.1.3 数据通信方式,并行传输 一次可以同时发送多个数据位。 串行传输 一位一位地传送数据。,2.1.3 数据通信方式,单工 全双工 半双工,2.1.4 同步问题,同步通信 双方在同一时钟的控制之下进行发与收。 一次连

3、续传送大量的数据。 两种技术：外同步与内同步 码元、字符或帧 异步通信 将每个字符单独封装发送，不用同步码，发送是随机的，接收方靠“起始位”来识别数据的到来。 一次只传送一个字节,2.1.5 面向连接与无连接的通信,面向连接的通信 通信之前，首先要建立连接，通信过程中要保持连接，通信完成后要释放连接。 面向无连接的通信 通信之前无需建立连接，但发送的数据报中必须携带源和目的地址信息。,2.2 数据编码与传输 2.2.1 数字数据的数字信号编码,不归零码 低电平表示0，高电平表示1 曼彻斯特编码 电平的跳变低到高0，高到低1 差分曼彻斯特编码 有跳变表示0，无跳变表示1,2.2.2 数字数据的模

4、拟信号编码,调制与解调 移幅键控法 移频键控法 移相键控法,2.2.3 模拟数据的数字信号编码,采样 量化 编码,2.2.4 信道及其传输特性,信道的物理实体就是传输介质和收发装置。 信道的传输特性分析 信道的通频带（信道带宽）：占用的频率范围 信道间隔：相邻信道之间的频率差值 码间串扰：相邻的码元之间信号界限变得模糊 噪声：热噪声、冲击噪声 信噪比：信号的和噪声的平均功率之比，S/N,2.2.5 传输与带宽,基带传输基带信号(baseband)把数字化的数据信号直接送入信道传输。 频带传输带通信号(band pass) 把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传

5、输。 宽带传输利用宽带信道进行的传输。频带宽度2MHz，实际上都远大于此。,2.3 信道复用技术,多路复用(multiplexing)是指在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。,2.3.1 频分多路复用,频分复用FDM(Frequency Division Multiplexing) 以线路的频带作为分割对象，所有用户在同一时刻占用不同的带宽资源。,2.3.2 时分多路复用,时分复用TDM(Time Division Multiplexing) 把信道的传输时间分割成为若干时间片轮流地分配给多个用户使用，每个用户所占用的时间片会周期性的出现。 时分复用的所有用户的信号是在不同的时间占用同样的

6、频带宽度。,时分多路复用演示,频率,时间,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,A 在 TDM 帧中 的位置不变,时分多路复用演示,频率,时间,C,D,C,D,C,D,A,A,A,A,C,D,B 在 TDM 帧中 的位置不变,时分复用会造成线路资源的浪费,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 个时分复用帧,#1,a,c,b,c,d,时分复用,#2,#3,#4,用户,使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。,改进：异步时分复用 ATDM,Asynchronous TDM又称统计时分复用,

7、1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7,0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm,2.3.3 波分复用 WDM,波分复用(Wavelength Division Multiplexing)就是光的频分复用。,8 2.5 Gb/s 1310 nm,20 Gb/s,复 用 器,分 用 器,EDFA,120 km,光调制器,光解调器,2.3.4 码分多路复用,CDM

8、(Code Division Multiplexing)，常用名词码分多址 CDMA(Code Division Multiple Access) 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌方发现。 是当前流行的3G移动通信网络的核心技术。 能够增大通信系统的容量（是使用GSM的4-5倍）,2.4 数据交换技术 2.4.1 电路交换,电（线路）路交换：在多个输入线和多个输出线之间直接形成物理链路。 三个阶段： 电路建立，通过拨号呼叫建立一条由多段链路组成的通路，被呼叫方须确认呼叫成功； 数据传输，保持连接，不发生

9、中间节点延迟； 电路拆除，由某一方发出拆除请求，得到对方认可，然后逐步拆除到对方的节点链路。,电路交换举例,A 和 B 通话经过四个交换机 C 和 D 通话只经过一个本地交换机,(,(,(,(,交换机,交换机,交换机,交换机,用户线,用户线,中继线,中继线,B,D,C,A,电路交换的特点,每一次的连接都是专用的，直到本次通信结束，线路利用率低； 节点交换设备不具备差错控制能力，不能及时纠正传输错误； 不符合计算机数据通信“突发性”的特点。 相对比较适用于模拟信息的传输和实时大批量连续的数字信息传输。,2.4.2 报文交换,采用存储转发方式传送报文，不需要在两个站点之间建立专用通路。 与电路交换

10、相比，既有优点也有缺点。 优点：略 缺点：不支持实时或交互通信，报文经过网络的时间延迟不确定；报文出错或丢失后重传的代价比较大。,2.4.3 分组交换,也是采取存储转发的交换方式，但把报文分成了固定长度的小的报文分组。 两种方式： 数据报方式：面向无连接的，对多分组的连续传输支持不够好，易乱序、丢包等。 虚电路方式：面向连接的，要建立虚电路的连接，但虚电路并不独占物理线路。,三种交换的比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,数据传送 的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储 转发,存储 转发,存储 转发,存储 转发,2.5

11、 差错控制技术 2.5.1 差错产生的原因,干扰或噪声是传输差错产生的主要原因。 可能来自于外部，也可能来自于内部，通常都有。 误码率的要求最低应达到10-6 这通常与传输系统（收发装置及传输媒质）的性能有关。,2.5.2 差错控制编码方法,用于检验差错的附加信息比特FCS 纠错码方案 在每个分组中记入足够的冗余信息，以便在接收端能够发现并自动纠正传输差错。 功能优越，但实现困难、造价高、费时间。 检错码方案 又称校验码，配合重传机制解决差错问题。 原理简单、实现容易，编/解码速度快。 循环冗余校验码CRC是目前流行的技术。,1 Q (商) P (除数) 1101 101001000 2nM

12、(被除数) 1101 1110 1101 0111 0000 1110 1101 0110 0000 1100 1101 001 R (余数)，作为 FCS,循环冗余检验的原理说明,110101,110101,110101,110101,110101,接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验,(1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差错，就接受(accept)。 (2) 若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢弃。 但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪几个比特出现了差错。 只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小很小。,2.5.3 差错控制

13、机制,仅用循环冗余检验 CRC 差错检测技术只能做到无差错接受(accept)。 “无差错接受”是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于 1 的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”。 也就是说：“凡是接收端数据链路层接受的帧都没有传输差错”（有差错的帧就丢弃而不接受）。 要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）就必须再加上确认和重传机制。,2.5.3 差错控制机制,自动请求重传ARQ 需确认正确的帧，发现错误后，重传错误的 停止等待方式 等待确认/应答帧，超时未收到则重传 连续工作方式 拉回重传 选择重发,2.6 传输媒质及其主要特性,无线电,微波,红外线,可见光,

14、紫外线,X射线,射线,双绞线,同轴电缆,卫星,地面微波,调幅 无线电,调频 无线电,海事 无线电,光纤,电视,LF,MF,HF,VHF,UHF,SHF,EHF,THF,波段,104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016,100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024,移动 无线电,电信领域使用的电磁波的频谱,2.6.1 导向传输媒体,双绞线 带宽：268kHz 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 无屏蔽双绞线 UTP (

15、Unshielded Twisted Pair) 同轴电缆 带宽：450MHz 50 基带同轴电缆 75 宽带同轴电缆,各种电缆,铜线,铜线,聚氯乙烯 套层,聚氯乙烯 套层,屏蔽层,绝缘层,绝缘层,外导体屏蔽层,绝缘层,绝缘保护套层,内导体,无屏蔽双绞线 UTP,屏蔽双绞线 STP,同轴电缆,光缆 带宽：1014-1015Hz 三个波段：0.85um、1.3um、1.55um 多模光纤（2-4km） 单模光纤（50-100km）,光线在光纤中的折射,光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,多模光纤与单模光纤,多模光纤,2.6.2 非导向传输媒体,无线传输所使用的频段很广。 短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。 微波在空间主要是直线传播。 地面微波接力通信（50km） 卫星通信,蓝牙 2.4GHz，10米，720kb/