数据通信基础教学课程(ppt 56页).ppt

1、第二章数据通信基础，本章概述：数据通信的基本概念，数据传输方式，传输介质复用技术，数据交换技术，2。1数据通信的基本概念1信息、数据和信号信息反映客观事物的存在形式和运动状态。信息的载体可以包括数据、文本、声音、图形、图像和其他媒体。数据是指在网络中存储、处理和传输的二进制代码，数据是信息传输的载体。信号是数据在传输过程中的电磁波表现。根据信号的不同表现形式，信号可以分为数字信号和模拟信号。数字信号是离散的电脉冲信号，在时间上是不连续和离散的，通常由0和1的脉冲电压组成。模拟信号是一种不断变化的电磁波信号。2符号和码字符号是指在计算机网络中传输的每个二进制数字，也称为码位。由7个符号组成的二进

2、制序列称为码字，3消息消息指的是要发送的整个数据块。4.数据包5。数据框6。数据单元，2.2数据传输模式。数据传输有两种模式：并行传输和串行传输。2.2.1并行传输并行传输可以同时传输几个数据位，从发送方到接收方必须建立多个并行通信通道。常用的并行方式是通过相同数量的并行通道同时传输构成一个字符的几个位的代码。2.2.2串行传输串行通信是指数据流在通信过程中以串行方式在信道上传输。串行传输是逐位传输，即一次只传输一位，从发送端到接收端只需要一条传输线。串行数据通信有三种不同的方式：单工通信、半双工通信和全双工通信。1单工通信(双线系统)单工通信是指通信信道是单向信道，信号只能在信道中从发送方传

3、输到接收方，即数据信号只能在一个方向上传输，发送方只能发送而不能接收，而接收方只能接收而不能发送。半双工通信(双线交换机)半双工通信是指数据信号在两个方向上有条件的传输，但一个信道只能同时在一个方向上传输，即两个方向上的传输只能交替进行，而不能同时进行。3全双工(四线制)全双工通信是指允许双方同时双向传输数据，相当于将两种方向相反的单工通信方式结合起来，一般采用四条通信通道，即四线制。2.2.3数据通信的同步技术在数据通信过程中，接收方根据发送方的起止时间和重复频率修正自身的参考时间和重复频率的过程称为同步过程。这种技术使接收方和发送方的行为保持统一，并使通信双方在时间基准上保持一致，称为“同

4、步技术”。常用的同步技术有“异步传输模式”和“同步传输模式”。异步传输模式在异步传输模式下，发送方可以随时发送字符，字符之间的间隔可以随意改变。在这种方法中，字符被认为是一个独立的传输单元，每个字符(7或8位)在每个字符码之前用一个起始位传输，以指示字符码的开始。在字符代码和校验码之后添加一个或两个停止位，表示字符的结束。2同步传输模式在同步传输中，信息的格式是由一组字符或一个二进制位组成的数据块。每个字符不需要添加额外的起始和终止位，但在发送一组字符或数据块之前，发送一个同步字符SYN(表示为01101000)或一个同步字节(0111110)供接收端执行。2.3传输介质，指通信网络中发送方和

5、接收方之间的物理路径。2.3.1有线传输介质1双绞线(双绞线，TP)双绞线是目前最常用的传输介质之一，它是由两根带有绝缘保护层的铜线绞合在一起形成的，绝缘铜线按照一定的密度绞合在一起，可以增强双绞线的抗干扰能力。双绞线可以传输模拟和数字信号。价格低廉，安装简单。双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。非屏蔽双绞线(UTP)非屏蔽双绞线是一种由四根不同颜色(橙色、绿色、蓝色和棕色)的双绞线组成的双绞线电缆，用塑料护套。这种用塑料包裹的双绞线称为无屏蔽双绞线。UTP具有价格低、安装方便的优点。UTP最大的缺点是绝缘差、信息辐射和容易被窃听。屏蔽双绞线(STP)屏蔽双绞线由四个不同

6、颜色(橙色、绿色、蓝色和棕色)的双绞线组成，并覆盖有塑料。双绞线和外保护套之间增加了金属屏蔽保护膜，减少了信号传输过程中产生的电磁干扰。它具有减少辐射和防止信息被窃听的功能。如图2-10所示。屏蔽双绞线具有抗电磁干扰能力强、传输质量高的优点，但也存在接地要求高、安装复杂、成本高的缺点，尤其是安装不规范，通信效果会更差。同轴电缆同轴电缆由4层组成。最内层是铜芯线，是同轴电缆的导体部分；增加绝缘层，防止导体和第三层之间短路；第三层是紧密缠绕在绝缘体上的金属网屏蔽层；最外层是用于保护的塑料橡胶皮。它具有高带宽和出色的噪声抑制特性。同轴电缆可分为粗电缆和细电缆。根据同轴电缆带宽的不同，它可以分为两类：

7、基带同轴电缆和宽带同轴电缆。基带同轴电缆通常仅用于数字信号传输。宽带同轴电缆可以使用频分复用和各种调制方法来支持复用。粗同轴电缆适用于传输距离长、可靠性高的大型局域网。它在安装过程中不需要切断电缆，而是被夹紧在计算机需要连接夹紧装置的位置。然而，粗电缆必须安装外部收发器，这很难安装，并且总成本很高。细电缆易于安装，成本低。但是在安装时，需要切断电缆，安装BNC连接器，然后将其连接到T型连接器的两端，容易出现连接器接触不良或短路的隐患，这是以太网运行中的常见故障。光纤光缆，简称光纤、光缆或光缆，是一种传输光束的薄而软的传输介质。光缆通常由一束光纤组成，因此得名“光缆”。光纤是由光纤芯和包层组成的

8、双层通信圆柱体，由应时玻璃制成。其结构一般由双层同心圆柱体组成，中心部分是纤芯。光纤通信系统由光纤、光发射机和光接收机组成。各部分的主要功能如下：光发射机主要由光源和驱动两部分组成。它可以产生光束，将由“0”和“1”组成的电信号转换成光信号，对光信号进行编码，最后将光信号引入光纤。光接收机主要由光探测和光放大组成。它负责接收从光纤传输的光信号，将光信号转换成电信号，解码并将其转换成可由计算机处理的“0”和“1”信号。根据所用光源和传输方式，光纤可分为多模光纤和单模光纤。多模光纤利用发光二极管产生的可见光作为光源。它的定位很差。当光纤芯的直径远大于光波的直径时，由于光束进入芯的角度不同，传播速度

9、也不同单模光纤的纤芯直径通常是几个波长。当激光束进入玻璃芯的角度差很小时，它可以沿轴向以单模传播而不发生反射。光纤具有以下特点：(1)优点：传输带宽高，通信容量大。传输损耗低，中继距离长。低误码率和高传输可靠性。抗干扰能力强。保密性好。耐化学腐蚀性强。(2)缺点是昂贵的。安装非常困难。配备光电转换设备。单向传输。易碎且容易破碎。2.3.2无线传输介质和无线传输介质简称为无线介质或空间介质。无线传输介质意味着两个通信设备之间不使用物理连接器。通常，这种传输介质通过空气传输信号。无线传输包括微波、卫星频道、红外线、无线电、移动通信等。卫星频道和微波频道主要介绍如下。卫星信道卫星通信是一种使用静止的

10、地球和同步卫星作为中继站的通信系统。定向抛物面天线通常用于地面系统。微波通信是20世纪50年代的产物。如图2-20所示。2.4复用技术，指在同一传输介质上同时传输多个信号的技术。当传输介质的带宽超过传输单个信号所需的带宽时，人们通过在一个介质上同时传输多个传输信号来提高传输系统的利用率。复用技术的本质是共享物理信道，更有效地使用通信线路。其工作原理是通过多路复用器(MUX)收集一个区域内多个用户的信息，然后将收集到的信息组通过同一条物理线路传输到接收设备的多路复用器。最后，接收设备上的多路复用器将信息组分成单个信息，并逐一发送给多个用户。复用技术的优点是只需要一条传输线，降低了设备成本。复用系

11、统对用户透明，提高了工作效率。有三种常用的复用技术：频分复用(FDM)、时分复用(时分复用)和波分复用(WDM)。1.频分复用，将一个具有一定带宽的信道分成几个频带较小的子信道，每个子信道由一个用户使用。接收时，用适当的滤波器分离不同的信号，并分别解调和接收。如图2-21所示。图2-21频分复用示意图，2时分复用，将一个物理信道的传输时间分成若干个时间片，依次供多个信号源使用，每个时间片被一个复用信号占用。图2-22异步时分复用示意图，3波分复用，在概念上与频分复用相似，所以也称光频分复用。不同之处在于波分复用(WDM)技术被应用于全光纤网络。波分复用(WDM)是指能够在一根光纤上同时传输多种

12、不同波长的光载波的复用技术。通过波分复用技术，可以将原来只能在一根光纤上传输一个光载波的单个光信道改变为可以传输多个不同波长光载波的光信道，从而可以成倍增加光纤的传输容量，利用不同的波长向不同的方向传输，实现单根光纤的双向传输。图2-23显示了在光纤上获得波分复用的简单方法，图2-23波分复用，2.5数据交换技术。一般来说，根据网络结构的不同，通信子网可以分为交换通信子网和广播通信子网。广播通信网络中的通信模式是广播，所有网络节点共享通信介质，无需中间节点的干预。广域网通常采用交换网络，它是由几个网络节点按照一定的规则连接而成的通常，通信子网中节点之间的数据传输过程统称为数据交换。其相应的技术

13、称为数据交换技术。在传统的广域网通信子网中，使用的数据交换技术可以分为两类：电路交换技术和存储转发交换技术。存储转发交换技术可以分为消息交换技术和分组交换技术。图2-24通用数据交换网络，电路交换，也叫电路交换，是通信领域最早使用的交换方式。电路交换通信是指通过中间交换节点在两个站之间建立一条专用通信线路，中间交换节点可以通过许多中间节点。连接两个相邻节点的物理链路可能有多个逻辑信道，其中一个专用于此连接。在两个节点之间的数据传输完成之后，连接被释放，并且在该连接中分配的逻辑信道也被释放。建立电路，在传输任何数据之前，必须建立一个端到端(站对站)的物理连接，如图2-25所示。图2-25线路切换

14、的工作原理。数据传输电路建立后，可以在这个临时专用电路上传输数据。通常，它是全双工传输。数据传输完成后，源节点发送释放请求消息，请求终止通信并释放(拆除)物理链路。存储转发交换由于电路交换技术利用率低，不适合计算机网络之间的通信，因此必须研究其他合适的交换技术以适应计算机网络的发展。1964年8月，巴兰首次提出了使用存储转发技术的分组交换概念。1969年12月，美国的分组交换网络阿帕网投入运行。此后，计算机网络技术的发展进入了一个新时代，标志着现代电信时代的开始。存储转发交换也称为存储转发，其原理如图2-26所示。图2-26存储转发切换模式。存储转发交换可以分为消息交换和分组交换。消息交换，消

15、息交换是一种基于存储转发原理的交换技术。它不需要在两个通信节点之间建立专用路径。当发送方有数据块要发送时，它会将数据块(无论其大小)加上目的地址、源地址和控制信息作为一个整体，并按照某种格式将其打包成一条消息。该消息由报头、消息体和尾部组成。报头和尾部(有时省略尾部)包含诸如收发站地址和辅助控制等信息。在发送站，要发送的信息首先被分成消息，然后被发送到相邻节点，在那里消息被存储和等待。每个节点接收整个消息并检查目标节点的地址。然后根据网络中的流量状况在适当的时间将其转发到下一个节点。经过多次存储和转发，它最终到达目标节点(见图2-27)。消息交换，分组交换，分组交换也称为分组交换。分组交换于1964年提出，并首次应用于ARPANET。分组交换是将一条消息分成若干个具有统一格式和一定长度的分组。它以短而标准的数据包进行交换和传输。每个数据包都附有发送和接收地址、数据包序列号、校验码等。以便于存储和转发。分组交换和消息交换的工作模式基本相同，但不同之处在于分组交换网络中传输数据单元的长度应该受到限制。通常，最大长度是一千位到几千位，这被称为数据包。然而，在消息交换中，系统