第02章-数据通信(第4版).ppt

1、计算机网络课程(第四版)，第二章数据通信和广域网技术，本章学习要求：掌握数据通信的基本概念，了解传输介质的类型和主要特点，掌握无线和卫星通信技术的基本概念，了解数据编码的类型和基本方法，掌握基带传输的基本概念，掌握频带传输的基本概念，掌握复用的分类和特点，掌握广域网中数据交换技术的类型和工作原理，掌握差错控制方法。2.1数据通信的基本概念，2.1.1信息、数据和信号通信的目的是交换信息。信息的载体可以是数字、字符、声音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、声音、图形或图像的组合；为了传递这些信息，字母、数字、声音、图形或图像应该首先用二进制代码数据来表示。为了传输二进制编码数据，它们

2、必须用模拟或数字信号编码来表示；数据通信指的是在不同计算机之间传输模拟或数字信号的过程，这些信号代表二进制代码0和1位字母、数字和符号序列。信息编码标准ASCII码已被国际标准化组织ISO所接受，成为国际标准ISO 646，也称为国际5号；它用于计算机内部编码，也是数据通信的编码标准。ASCII码采用7位二进制位编码，可代表128个字符；字符分为图形字符和控制字符。图形字符包括数字、字母、操作符号、商业符号等。随着计算机技术的发展，多媒体技术得到了广泛的应用；利用数字通信系统实现多媒体信息传输是通信技术研究的重要内容之一。与文本和图形信息传输相比，语音和图像信息传输要求数据通信系统具有高速、低

3、延迟的特点；如果每帧图像由1024768个格子组成，有256种颜色，每个格子用1字节二进制数表示，每秒传输30帧图像，那么每秒需要传输235，929，601字节。如果传输数字化语音信号，语音信号每秒采样22050次，每个采样值用1字节表示，那么单声道每秒需要传输22050字节；双通道立体声每秒需要传输44，100字节；多媒体技术在网络中的应用将对数据通信系统提出更高的要求。信号的概念，是数据传输过程中电信号的表示；模拟信号的信号电平不断变化。数字信号是一个电压脉冲信号，有两个不同的电平来表示0和1位序列。根据传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟和数字信号波形，

4、2.1.2数据传输类型和通信方法，网络中两台计算机的通信过程，网络通信系统设计中需要解决的几个基本问题：数据传输类型模拟通信数字通信数据通信模式串行通信，并行通信单工通信，半双工或全双工通信同步通信异步通信，串行通信和并行通信，单工，半双工和全双工通信，同步和异步通信，2.2传输介质及其主要特点， 2.2.1传输介质的主要类型双绞线同轴电缆光纤电缆无线和卫星通信信道传输介质特性：物理特性：传输介质物理结构的描述； 传输特性：传输介质允许传输数字或模拟信号，以及调制技术、传输容量和传输频率范围；连接特性：允许点对点或多点连接；地理范围：传输媒介的最大传输距离；抗干扰：传输介质防止噪声和电磁干扰影

5、响传输数据的能力；相对价格：设备、安装和维护成本。双绞线屏蔽双绞线STP非屏蔽双绞线UTP 2 . 2 . 3同轴电缆的主要特性粗同轴电缆细同轴电缆2.2.4光纤的主要特性2.3无线和卫星通信技术2.3.1电磁频谱和移动通信2.3.2无线通信大气对微波信号的吸收和散射有很大影响。2.3.4蜂窝无线通信，多址方法：频分多址(FDMA)、时分多址(时分多址)、码分多址(码分多址)、2.3.5卫星通信、2.4数据编码技术、2.4.1数据编码类型、2.4.2模拟数据编码方法、2每个量化级别由7位二进制编码表示。采样率为8000个样本/秒；数据传输速率应达到7位8000/s=56 kbps；如果每个量化

6、级别由7 1=8位二进制编码表示；数据传输速率应达到8位8000/s=64Kbps。2.5基带传输技术，2.5.1数据通信中基带传输的定义，代表计算机二进制位序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号；矩形脉冲信号的自然频带称为基本频带，简称基带信号。在数字通信信道上，直接传输基带信号的方法称为基带传输。在发送端，基带传输的数据由编码器转换成基带信号直接传输，如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号；在接收端，解码器将其恢复为与发送端相同的矩形脉冲信号。基带传输是最基本的数据传输方式之一。2.5.2通信信道带宽对基带传输的影响，2.5.3数据传输速率和信道速率限制的定义，数据传输速率的定义数据传输速率

7、是描述数据传输系统的一个重要技术指标；数据传输速率在数字上等于构成每秒传输的数据码的二进制位数，单位为比特/秒，记录为bps；常用的数据传输速率单位有：Kbps、Mbps、Gbps和Tb/s，其中：1k bps=1103 bps 1 Mbps=1106 bps 1 Gbps=1109 bps 1 tbps=11012 bps，信道速率限值，奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传输速率Rmax与通信信道带宽B(B=f，单位Hz)香农理论：当在具有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率Rmax与信道带宽B和2.6频带传输技术，2.6.1频带传输的定义使用模拟信道传输数据信号的方法称为频带

8、传输；调制解调器是频带传输中最典型的通信设备。2.6.2调制解调器的基本工作原理，它将计算机中的数字信号转换成模拟信号，在发送端通过电话线传输；在接收端，从电话线接收的模拟信号被恢复成数字信号。FSK模式调制解调器的工作原理，与调制解调器实现全双工通信的工作原理，调制解调器的分类和应用，外部调制解调器与计算机的连接，2.7复用技术，2.7.1复用技术，分类频分复用FDM波分复用WDM时分复用时分复用，2.7.2频分复用每个信道的信号用不同的载波频率调制。每个载波频率不重叠，一条通信线路可以同时独立传输多个信号。2.7.3波分复用，光纤通道技术采用波分复用方法，简称波分复用WDM；在光纤上多路传

9、输80个或更多的光载波信号被称为密集波分复用；目前，单模光纤的数据传输速率可达20Gbps。，2.7.4时分复用，它将传输信道的时间分成几个时间片；给每个用户分配一个时间片；在每个用户占用的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。时分复用的分类，同步时分复用，统计时分复用，2.8数据交换方法，2.8.1线路交换方式线路交换是一种面向连接的服务；在两台计算机通过通信子网交换数据之前，应该首先在通信子网中建立实际的物理线路连接。线路交换在数据传输过程中经历三个阶段：连接建立、数据传输和连接释放。线路切换模式的优点：实时性强，适合交互式会话通信；线路切换模式的缺点：不适合突发通信，系统效率低，系统没有

10、存储数据的能力，业务量不能平滑。线路交换模式的工作原理、2.8.2存储转发交换模式，存储转发交换模式与线路交换模式的主要区别：发送的数据与目的地址、源地址和控制信息形成一个数据单元(报文或数据包)以一定的格式进入通信子网；通信子网中的节点是通信控制处理器，它负责接收、错误检查、存储、路由和转发数据单元。存储转发交换模式分类：当数据通过通信子网传输时，可以有两种模式：消息和数据包；消息传输：将数据作为一个逻辑单元发送，而不考虑其长度；分组传输：限制一次性传输数据的最大长度。如果传输数据超过指定的最大长度，发送节点将把它分成多个数据包进行传输。分组和分组结构，由于分组长度短，当传输错误时，检错容易

11、，重传耗时少；限制数据包的最大数据长度有利于提高存储转发节点的存储空间利用率和传输效率；公共数据网络采用分组交换技术。存储转发模式的优点由于通信子网中的通信控制处理器可以存储数据包，多个数据包可以共享通信信道，线路利用率高；通信子网中的通信控制处理器具有路径选择功能，可以动态选择数据包通过通信子网的最佳路径；它可以平滑流量，提高系统效率。当分组通过通信子网中的每个通信控制处理器时，需要错误检查和错误校正，因此可以减少传输错误并提高系统可靠性。通过通信控制处理器，可以转换不同通信速率的线路，也可以转换不同的数据编码格式。2.8.3数据报模式，这是一种数据包存储和转发的形式；在数据报模式下，在数据

12、包传输之间，无需事先在源主机和目的主机之间建立“线路连接”；源主机发送的每个数据包可以独立选择传输路径；每个数据包都可以通过通信子网中不同的传输路径到达目的主机。数据报模式的工作原理，数据报模式的特点，同一报文的不同数据包可以通过不同的传输路径通过通信子网；相同消息的不同分组在到达目的节点时可能出现无序、重复和丢失；在传输过程中，每个数据包必须有一个目的地址和一个源地址。数据报模式在消息传输中有很大的延迟，这适用于突发通信，但不适用于长消息和会话通信。2.8.4虚拟电路模式，试图将数据报模式与电路交换模式相结合，充分发挥两种方法的优势，达到最佳的数据交换效果；在数据报模式下，在数据包传输之前，

13、不需要预先在发送方和接收方之间建立连接。虚电路模式需要在发送分组之前在发送方和接收方之间建立逻辑连接的虚电路；虚拟电路模式与电路切换模式相同，整个通信过程分为以下三个阶段：虚拟电路建立、数据传输和虚拟电路释放。虚电路模式的工作原理，虚电路模式的特点，在发送每个数据包之前，必须在发送方和接收方之间建立逻辑连接。这是因为不需要真正建立物理链路，并且连接发送者和接收者的物理链路已经存在；通信的所有数据包都是通过这个虚拟电路按顺序传输的，因此数据包不需要携带目的地址和源地址等辅助信息。当数据包到达目的节点时，不会有丢失、重复和混乱；当一个数据包通过虚拟电路上的每个节点时，该节点只需要进行错误检测，而不

14、需要进行路径选择；每个节点可以与任何节点建立多个虚拟电路连接。2.8.5自动柜员机交换模式，自动柜员机的基本数据传输单位是信元；单元长度固定为53字节。一个单元包括一个5字节的单元头和48字节的用户数据。物理链路、虚拟路径和虚拟信道的关系、物理链路、虚拟路径、虚拟信道、支持远程教育的自动柜员机网络、2.9错误控制方法、2.9.1错误原因和错误类型传输错误是指接收的数据通过通信信道后与发送的数据不一致的现象；差错控制是检查是否有差错以及如何纠正它们；通信信道的噪声可分为两类：热噪声和脉冲噪声；热噪声引起的误差是随机误差(或随机误差)；脉冲噪声引起的误差是突发误差(或突发误差)；通信过程中的传输错

15、误由随机错误和突发错误组成。2.9.2误码率的定义，误码率是指数据传输系统中二进制码元传输不正确的概率，在数值上近似等于Pe=Ne/N，其中N是传输的二进制码元总数，Ne是传输的码元数；误码率应该是衡量正常工作条件下数据传输系统传输可靠性的参数之一。对于一个实际的数据传输系统，一般不能说误码率越低越好，误码率应该根据实际的传输要求提出；对于实际的数据传输系统，如果传输不是二进制位，就应该转换成二进制位进行计算；错误的发生是随机的。当实际测量数据传输系统时，测量的传输二进制位数越大，就越接近真实的误码率。2.9.3检错码和纠错码、纠错码：每个传输的数据包携带足够的冗余信息；接收端可以发现并自动纠

16、正传输错误。检错码：包只包含足够接收端发现错误的冗余信息；接收器可以发现错误，但不能确定哪一个是错误的，也不能自己纠正传输错误。2.9.4循环冗余编码的工作原理、标准CRC生成多项式G(x)，CRC-12g(x)=x12x2x2x 1x 1 CRC-16g(x)=x16x 15x 21 cc-CCITT G(x)=x16x 12x 51 cc-32g(x)=x32x 26x 23x 22x 16x 12x 11x 10x 8x 7x 5x 4x 2x 1，CRC校验码的检错能力。CRC校验码可以检查所有离散的两个位错；CRC校验码可以检查所有的奇数错误；循环冗余校验码可以校验长度小于或等于K位的所有突发错误；循环冗余校验码可以检测长度为(K 1)比特的突发错误，概率为1-(1/2)k1；如果K=16，则所有小于或等于16位的突发错误都可以通过循环冗余