计算机网络PPT第2章.ppt

1、,计算机网络,电子教案,标题,2.2.3数据通信接口标准,第2章 数据通信基础,2.1数据通信基本概念和数据编码技术,2.1数据通信基本概念和数据编码技术,模拟信号是一种连续变化的电磁波，这种电磁波可以按照不同频率在各种介质上传输。正弦波是模拟信号的最基本形式，是一个非常平滑的振动曲线，见图。,2.1.2 模拟信号,模拟信号与数字信号波形,数字数据采用调制的方法转换为模拟信号,2.1.3 数据编码技术,数字数据的数字信号编码是指数字信息用数字信号来表示,数字数据的数字信号编码,模拟数据转换为数字信号,模拟数据用数字信号表示叫解调，是从载波频段变换到基带，通过编码解码器实现,2.1数据通信基本概

2、念和数据编码技术,调制的基本方法主要有三种 （1）幅移键控法ASK，又称AM （2）频移键控法FSK，又称FM （3）相移键控法PSK，又称PM,2.1.3 数据编码技术,数字数据的数字信号编码,模拟数据的模拟信号传输,模拟数据转换为数字信号,解调的方法主要有两种： （1）脉冲幅度调制PAM （2）脉码调制PCM,2.1数据通信基本概念和数据编码技术,基本方法主要有三种 （1）幅度调制AM （2）频率调制FM （3）相位调制PM,数据编码类型 （1）不归零码 NRZ （2）曼彻斯特编码 （3）差分曼彻斯特编码,模拟数据编码方法,脉冲编码调制方法,PCM用于数字语音系统： 声音分为128个量化级

3、； 每个量化级采用7位二进制编码表示； 采样速率为8000样本/秒； 数据传输速率应达到7位8000/秒=56Kbps； 如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示; 数据传输速率应达到8位8000 /秒= 64Kbps。,曼彻斯特（Machester）编码 在曼彻斯特编码中，每位数据位的中心都有一个跳 变，既作为时钟信号，又作为数据信号，可以起到位同步信号的作用。其编码规则是：每个比特的中间有跳变；二进制“0”，表示从高电平到低电平的跳变；二进制“1”表示从低电平到高电平的跳变。 差分曼彻斯特编码(Differentlal Manchestert Encoding) 在差分曼彻斯特编码中，

4、每位数据位的中心都有一个跳变，该跳变仅提供时钟定时，起到位同步信号的作用。数据则是以每位数据位的开始是否有跳变，来表示这位数据是“ 1”还是“0”。其编码规则是：二进制“0”，表示每比特的开始有跳变；二进制“1”表示每比特的开始无跳变。,数字数据编码方法,2.2数据传输，多路复用和差错控制技术,数据传输类型： 模拟通信 数字通信 数据通信方式： 串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信 同步方式： 同步通信 异步通信,2.网络通信系统设计中要解决的几个基本问题：,2.2.1数据传输模式,1.数据传输类型与通信方式,网络中两台计算机的通信过程,2.单工、半双工与全双工通信,1.单工通信是

5、指通信只在一个方向上进行。 2.半双工通信指通信可以在两个方向上进行，但不能同时进行传输，必须轮流进行。 3.全双工通信指通信可以在两个方向上同时进行。当设备在一条线路上发送数据时，它也可以接收到其他的数据。,单工、半双工和全双工通信,在数据通信中，矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带,简称为基带,矩形脉冲信号就叫做基带信号; 在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输; 在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号; 在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号; 基带传输是一种最基本的数据传输方式。,2,通信信道带宽对基带

6、传输的影响,数据通信方式,并行传输是将由1和0组成的二进制数，n位组成一组，在发送时n位同时发送，数据以成组的方式在两条以上的并行信道上同时传输。,1.并行传输,串行传输是使数据流以串行方式在一条信道一位接着一位的从一端传输到另一端。,2.串行传输,通路是从出发信息的节点到接收信息的节点之 间的一串节点和链路。 链路是两个节点间的连线。,3.通路,串行通信与并行通信,同步方式：,异步传输指比特被划分成小组独立传送，发送方可以在任何时刻发送这些比特组，为了让接收方在每一组数据到达时都能够正确接收，在每一个字节的开始处额外增加了一个起始位。每次异步传输都以一个起始位开始，这就给了接收方响应、接收和

7、缓存数据比特的时间，在传输结束时，至少一个停止位表示一次传输的终止。,同步通信与异步通信,2.2.3 数据通信接口标准,在发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号； 在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。,调制解调器的基本工作原理,FSK方式Modem的工作原理,Modem实现全双工通信的工作原理,调制解调器的分类与应用,外置Modem与计算机的连接,1.从概念上分：广义信道和狭义信道 2.按传输媒体分：有线信道和无线信道 3.按信息复用形式分：频分制信道和时分制信道,2.信道分类,信息论提出并解决了信道的可靠性与有效性的问题，即对于给定的信道，当无差错传输时

8、，信道的信息传输量的极限问题。 香农的信息论证明了信道传输极限的存在，并给出了计算公式，这个极限就是信道容量。 信道容量是一个理想的极限值，它是一个给定信道在传输差错率趋于零情况下在单位时间内可能传输的最大信息量。单位是比特率（bits）。,通信质量是指整个通信系统的性能，主要是传输的有效性和可靠性。,2.2.5 数据通信的主要指标,任何通信系统接收到的信号和发送的信号都会有所不同。对于模拟信号，传输损耗使得信号出现各种随机的改变，降低了信号的质量；对于数字信号，则会在传输中出现位串错误。 影响传输损耗的主要参数有：衰减、衰减失真、延迟变形和噪声等。,单位频带内所能实现的码元速度（或单位频带内

9、的传输速度）。单位波特/赫 （B / Hz），或比特/秒赫（bitsHz）。,2.2.5 数据通信的主要指标,数据传输速率指每秒能传输的二进制信息位数，单位为位/秒（bits per second），记作bps，其计算公式： （bps） T为一个数字脉冲信号的宽度，单位为秒。一个数字脉冲也称为一个码元；N为一个码元所取的有效离散值个数，也称调制电平数，一般取2的整数次方值。,数据传输速率的定义与信道速率的极限,数据传输速率的定义 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标； 数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒，记做bps； 常用的数据传输速率单位有

10、：Kbps、Mbps、Gbps与Tb/s，其中： 1Kbps = 1103 bps 1Mbps = 1106 bps 1Gbps = 1109 bps 1Tbps = 11012 bps,信道速率的极限值,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） 的关系为Rmax=2 Blog2N （bps）； 香农定理：在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，信噪比S/N 的关系为Rmax = Blog2（1+S/N） S/N为信噪比；,（1）奈奎斯特定理（Nyquist） 在无噪声有限带宽W的理想信道的条件下，其最大的数

11、据传输速率C（信道容量）为： 式中N是离散性信号或电平的个数,例2-1：一个无噪声的信道，带宽是4000Hz，采用4相调制解调器传送二进制信号，问信道容量是多少？ 解：4相调制解调器传送二进制信号的离散信号数为4，所以N=4，则信道容量 (kbit/s),（2）香农定理（Shannaon） 在有噪声的环境中，信道容量将与信噪功率比有关，根据香农公式，在给定带宽W(Hz)，信噪功率比S/N的信道中，最大数据传输速率C为 公式中的S/N为信噪功率比，而S/N常用分贝形式来表示，故其计算公式如下： dB= 式中S为信号功率，N为噪声功率。,例2-2：一个数字信号通过两种物理状态，经信噪比为20dB的

12、3000Hz带宽信道传输，其数据速率不会超过多少？ 解：已知信噪比电平为20dB，则信噪功率比 S/N =100dB (kbit/s) 数据速率不会超过19.98kbit/s,信道容量与数据传输速率的区别 信道容量表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限； 数据传输速率则表示实际的数据传输速率。,2.2数据传输，多路复用和差错控制技术,2.2.6多路复用,2.2数据传输，多路复用和差错控制技术,2.2.6多路复用,（1） 频分多路复用,在一条通信线路设计多路通信信道; 每路信道的信号以不同的载波频率进行调制; 各个载波频率是不重叠的, 一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。,（

13、2） 波分多路复用,光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用WDM; 在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号称为密集波分复用DWDM； 目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到20Gbps 。,（3） 时分多路复用,时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片； 每个用户分得一个时间片； 在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。,时分多路复用的分类,同步时分多路复用 统计时分多路复用,2.2.7 差错控制,1 差错产生的原因与差错类型 传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送数据 不一致的现象; 差错控制是检查是否出现差错以及如何纠正差错； 通信信道的噪声

14、分为两类：热噪声和冲击噪声； 由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错； 冲击噪声引起的差错是突发差错，或突发错； 在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。,2.传输差错产生过程,3. 误码率的定义,误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：Pe=Ne/N，其中N为传输的二进制码元总数，Ne为被传错的码元数； 误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数之一； 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求； 对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进制比特来计算； 差错的

15、出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。,4. 检错码与纠错码,纠错码： 每个传输的分组带上足够的冗余信息； 接收端能发现并自动纠正传输差错。 检错码: 分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息； 接收端能够发现出错，但不能确定哪位是错的，并且自己不能纠正传输差错。,5. 循环冗余编码工作原理,CRC检错方法举例,标准CRC生成多项式G（x）,CRC-12 G（x）= x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 G（x）= x16+x15+x2+1 CRC-CCITT G（x）= x16+x12+x5+1 CRC-32

16、G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10+x8+x7+x5+x4 + x2+x+1,CRC校验码的检错能力,CRC校验码能检查出全部单个错； CRC校验码能检查出全部离散的二位错； CRC校验码能检查出全部奇数个错； CRC校验码能检查出全部长度小于等于K位的突发错； CRC校验码能以1-（1/2）K-1的概率检查出长度为（K+1）位的突发错； 如果K=16，则该CRC校验码能全部检查出小于或等于16 位的所有的突发差错，并能以1-（1/2）16-1=99.997的概率检查出长度为17位的突发错，漏检概率为0.003%。,6. 差错控制机制,（1）反馈重发纠错实现机制,（2）反馈重发机制的分类,停止等待方式 连续工作方式 停止等待方式：,连续工作方式： 拉回方式 选择重发方式,第2章 小结,注： 为本章重点内容,2.2.3数据通信接口标准,小结,数据通信技术是网络技术发展的基础。数据通信是指在不同计算机之间传送表示字符、数字、语音、图像的二进制代码0、1比特序列的过程；目前数据通信中应用最广泛的编码标准是ASCII码； 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。按照在传输介质上传输的信号类型，可以分为模拟信号和数字信号两类； 在数据通信技术中，利用模拟通信信