第二章数据通信基础知识

第2章数据通信基础知识1第2章数据通信基础知识第2章数据通信基础知识22.1数据通信技术1.几个术语的解释1)数据－定义为有意义的实体。数据可分为模拟数据和数字数据。模拟数据是在某区间内连续变化的值；数字数据是离散的值。2)信号－是数据的电子或电磁编码。信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。可选择适当的参量来表示要传输的数据。3)信息－是数据的内容和解释。4)信源－通信过程中产生和发送信息的设备或计算机。5)信宿－通信过程中接收和处理信息的设备或计算机。6)信道－信源和信宿之间的通信线路。2.1.1模拟数据通信和数字数据通信第2章数据通信基础知识32.模拟信号和数字信号的表示2.1.1模拟数据通信和数字数据通信模拟信号和数字信号可通过参量(幅度)来表示第2章数据通信基础知识43.模拟数据和数字数据的表示模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，因而无论信源产生的是模拟数据还是数字数据，在传输过程中都可以用适合于信道传输的某种信号形式来传输。2.1.1模拟数据通信和数字数据通信第2章数据通信基础知识52.1.1模拟数据通信和数字数据通信•4.数据通信的长距离传输及信号衰减的克服第2章数据通信基础知识62.1.2数据通信中的主要技术指标数据传输速率1)数据传输速率--每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s。计算公式:S=1/T*log2N(bps)......⑴式中T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码)或重复周期(归零码)单位为秒；N为一个码元所取的离散值个数。2)信号传输速率--单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud。计算公式:B=1/T(Baud)......⑵式中T为信号码元的宽度，单位为秒．号传输速率,也称码元速率、调制速率或波特率。由⑴、⑵式得：S=B*log2N(bps)......⑶B=S/log2N(Baud)......⑷第2章数据通信基础知识7信道容量信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps)。误码率它是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。误码率公式：Pe=Ne/N式中Ne为其中出错的位数N为传输的数据总数第2章数据通信基础知识82.1.3通信方式1.并行通信方式并行传输时，可以一次同时传输若干比特的数据，从发送端到接收端的信道需要用相应的若干根传输线。并行数据传输2.串行通信方式串行传输是一位一位地传送，从发送端到接收端只要一根传输线即可，因此，可以节省设备，在实际采用的串行传输时，发送端需要使用并/串转换装置，将计算机输出的并行数据位流变为串行数据位流。在接收端，则需要通过串/并转换装置，还原成并行数据位流。串行数据传输第2章数据通信基础知识93.串行通信的方向性结构串行数据通信的方向性结构有三种，即单工、半双工和全双工。单工数据传输只支持数据在一个方向上传输；半双工数据传输允许数据在两个方向上传输，但是，在某一时刻，只允许数据在一个方向上传输，它实际上是一种切换方向的单工通信；全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输，因此，全双工通信是两个单工通信方式的结合，它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。第2章数据通信基础知识102.2多路复用技术多路复用技术就是把许多个单个信号在一个信道上同时传输的技术。频分多路复用FDM和时分多路复用TDM是两种最常用的多路复用技术。第2章数据通信基础知识111.频分多路复用FDM技术在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是步分多路复用。第2章数据通信基础知识12多路原始信号在步分复用前，先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，使各信号的带宽不相互重叠，然后用不同的频率调制每一个信号，每个信号要一个样以它的载波频率为中心的一定带宽的通道。为了防止互相干扰，使用保护带来隔离每一个通道。1.频分多路复用FDM技术第2章数据通信基础知识132.时分多路复用TDM技术若媒体能达到的位传输速率超过传输数据所需的数据传输速率，可采用时分多路复用TDM技术，即将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号占用，这样，利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。第2章数据通信基础知识14FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4用户例如:电路交换:FDMA和TDMA的比较第2章数据通信基础知识152.3数据交换技术数据经编码后在通信线路上进行传输，按数据传送技术划分，交换网络又可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网。第2章数据通信基础知识162.3.1电路交换的工作原理1.电路交换的三个过程电路交换具有严格的三个阶段：呼叫建立、传送信息、呼叫拆除。电路交换是固定分配带宽，连接建立后，即使无信息传送也虚占电路，电路利用率低；要预先建立连接，有一定的连接建立时延，通路建立后可实时传送信息，传输时延一般可以不计；无差错控制措施，对于数据交换的可靠性没有分组交换高；电路交换适合于电话交换、文件传送、高速传真，不适合突发(burst)业务和对差错敏感的数据业务。第2章数据通信基础知识172.3.1电路交换的工作原理优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高网络设备管理协议协议第2章数据通信基础知识182.3.2报文交换的工作原理1.报文交换原理报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。第2章数据通信基础知识192.3.2报文交换的工作原理2.报文交换的特点1)报文从源点传送到目的地采用“存储--转发”方式，在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。2)在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交换不能满足实时通信的要求。3.报文交换的优点1)电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个节点之间的通道，所以对于同样的通信量来说，对电路的传输能力要求较低。2)在电路交换网络上，当通信量变得很大很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。3)报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。4)报文交换网络可以进行速度和代码的转换。4.报文交换的缺点1)不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。2)有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。第2章数据通信基础知识202.3.3分组交换的工作原理分组交换是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。它适用于交互式通信，如终端与主机通信。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。ABC10Mb/s以太网1.5Mb/s45Mb/sDE统计多路等待输出链路的分组队列第2章数据通信基础知识21其他交换技术1.虚电路分组交换原理与特点在虚电路分组交换中，为了进行数据传输，网络的源节点和目的节点之间要先建一条逻辑通路。每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符。在预先建好的路径上的每个节点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择判定。最后，由某一个站用清除请求分组来结束这次连接。它之所以是“虚”的，是因为这条电路不是专用的。虚电路分组交换的主要特点是：在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。但并不像电路交换那样有一条专用通路，分组在每个节点上仍然需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出。2.数据报分组交换原理与特点在数据报分组交换中，每个分组的传送是被单独处理的。每个分组称为一个数据报，每个数据报自身携带足够的地址信息。一个节点收到一个数据报后，根据数据报中的地址信息和节点所储存的路由信息，找出一个合适的出路，把数据报原样地发送到下一节点。由于各数据报所走的路径不一定相同，因此不能保证各个数据报按顺序到达目的地，有的数据报甚至会中途丢失。整个过程中，没有虚电路建立，但要为每个数据报做路由选择。第2章数据通信基础知识222.4传输媒体传输媒体是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路，计算机网络中采用的传输媒体分有线和无线两大类。传输媒体的特性对网络数据通信的质量有很大影响，这些特征是：⑴物理特性：说明传输媒体的特性。⑵传输特性：包括是使用模拟信号发送还是使用数字信号发送、调制技术、传输容量及传输频率范围。⑶连通性：采用点到点连接还是多点连接。⑷地理范围：在不用中间设备并将失真限制在允许范围内的情况下，整个网络所允许的最大距离。⑸抗干扰性：防止噪音、电磁干扰对传输数据影响的能力。⑹相对价格：包括元件、安装和维护等价格。第2章数据通信基础知识231.有线传输媒体1)双绞线(TP)--由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成。双绞线一般分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)。计算机网络中最常用的是第三类和第五类非屏蔽双绞线。⑴物理特性：铜质线芯，传导性能良好。⑵传输特性：可用于传输模拟信号和数字信号，对于模拟信号，约5--6公里需要一个放大器；对于数字信号，约2--3公里需要一个中继器。双绞线的带宽达268kHz。⑶连通性：可用于点到点连接或多点连接。⑷地理范围：对于局域网，速率100Kbps,可传输1公里；速率10Mbps--100Mbps,可传输100米。⑸抗干扰性：低频(10kHz以下)抗干扰性能强于同轴电缆，高频(10-100kHz)抗干扰性能弱于同轴电缆。⑹相对价格：比同轴电缆和光纤便宜得多。第2章数据通信基础知识242)同轴电缆--由绕同一轴线的两个导体所组成，被广泛用于局域网中。为保持同轴电缆的正确电气特性，电缆必须接地，同时两头要有端接器来削弱信号反射作用。第2章数据通信基础知识25⑴物理特性：单根同轴电缆直径约为1.02-2.54cm，可在较宽频范围工作。⑵传输特性：基带同轴电缆仅用于数字传输，阻抗为50Ω，并使用曼彻斯特编码，数据传输速率最高可达10Mbps。宽带同轴电缆可用于模拟信号和数字信号传输，阻抗为75Ω，对于模拟信号，带宽可达300-450MHz。在CATV电缆上，每个电视通道分配6MHz带宽，而广播通道的带宽要窄得多，因此，在同轴电缆上使用频分多路复用技术可以支持大量的视、音频通道。基带50⑶连通性：可用于点到点连接或多点连接。⑷地理范围：基带同轴电缆的最大距离限制在几公里；宽带电缆的最大距离可以达几十公里。。⑸抗干扰性：能力比双绞线强。⑹相对价格：比同轴电缆贵，比光纤便宜。第2章数据通信基础知识263)光纤--光纤具有宽带、数据传输率高、抗干扰能力强、传输距离远等优点。按使用的波长区的不同分为单模和多模光纤通信方式。第2章数据通信基础知识27⑴物理特性：在计算机网络中均采用两根光纤(一来一去)组成传输系统。按波长范围可分为三种：0.85um波长(0.8-0.9um)、1.3um波长(