通信基础

上一页下一页目录1上一页下一页目录2第二章通信基础2.1数据、信号、信息2.2模拟(数字)信道、模拟(数字)通信2.3数据编码技术2.4数据通信的主要技术指标2.5数据的通信方式2.6同步方式2.7多路复用技术2.8数据交换技术2.9OSI模型上一页下一页目录32.1数据、信号、信息1.数据：是信息的实体模拟数据：反映的是连续的值（如声音、视频、温度、压力等）数字数据：反映的是离散的值（如整数、ASCII文本等）2.信号：是数据的电磁编码模拟信号：连续变化的电信号数字信号：离散变化的电信号3信息：是数据的具体含义上一页下一页目录42.1数据、信号、信息模拟信号数字信号上一页下一页目录52.2模拟(数字)信道、模拟(数字)通信1.模拟信道：传输模拟信号的信道；数字信道：传输数字信号的信道2.模拟通信：用模拟信号传输数据的通信数字通信：用数字信号传输数据的通信3.两种通信的四种情况：a.模拟数据的模拟通信b.模拟数据的数字通信c.数字数据的模拟通信d.数字信号的数字通信上一页下一页目录62.3数据编码技术1.数字数据的模拟传输(即数字数据的模拟信号编码)(1)调制：由发送端将数字数据信号转换成模拟数据信号的过程称为“调制”(2)解调：在接收端把模拟数据信号还原为数字数据信号的过程称为“解调”(3)调制的方法：a.载波的表示：y=A(t)sin(wt+Ф)b.由上式可知调制方法：振幅、频率、相位三种调制方法1)振幅调制(ASK):a.调制原则：确定w,Ф,改变A表示数字信号的不同状态b.”0”：用幅度值为0的载波表示“1”：用具有一定幅度值的载波表示上一页下一页目录72.3数据编码技术2)频率调制(FSK):a.调制原则：确定A,Ф,改变w表示数字信号的不同状态b.”0”：用频率为w的载波表示“1”：用频率为2w的载波表示3)相位调制(PSK):a.调制原则：确定A,w,改变Ф表示数字信号的不同状态b.”0”：用相位180°的载波表示“1”：用相位0°的载波表示上一页下一页目录82.3数据编码技术上一页下一页目录92.3数据编码技术2.数字数据的数字传输(即数字数据的数字信号编码)(1)不归零编码a.编码原则：用高电平表示“1”，用低电平表示“0”b.特点：编码简单，不含同步时钟，抗干扰能力弱(2)曼彻斯特编码编码原则：每比特的1/2周期处要发生跳变，由高电平跳到低电平表示“1”，由低电平跳到高电平表示“0”，(3)差分曼彻斯特编码a.编码原则：每比特的1/2周期处要发生跳变，在每比特的起始位置发生跳变表示“0”，不发生跳变表示“1”b.曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码的特点：编码复杂，内部自含同步时钟，抗干扰能力强上一页下一页目录102.3数据编码技术上一页下一页目录112.3数据编码技术3.模拟数据的数字传输(即模拟数据的数字信号编码)(1)方法：脉码调制(PCM)设备：编码解码器(CODEC)(2)调制过程：a.取样b.量化c.编码模拟信号通过编码解码器进行数字传输的工作过程示意如下图上一页下一页目录122.3数据编码技术脉码调制上一页下一页目录132.4数据通信的主要技术指标1.传输速率：单位时间内所传递的二进制代码的有效位数(1)对称比特率，单位为bps或b/s(2)公式：S=(1/T)log2nT——信号脉冲重复周期n——一个脉冲信号代表的有效状态数，是2的整数位。二进制n=2log2n——单位脉冲能表示的比特数上一页下一页目录142.4数据通信的主要技术指标2.波特率(B)：对称调制速率，波形速率，码元速率（1）对于模拟信号传输过程：波特率指“调制解调器”上输出的调制信号每秒钟载波调制状态改变的次数；对于数字信号传输过程；波特率指线路上没秒钟传送的波形个数（2）公式：B=1/T（3）与传输速率的关系：S=Blog2n3.误码率：指接收码元中错误码元数占传输总码元数的比例Pe=接收码元中错误码元数/传输的总码元数上一页下一页目录152.4数据通信的主要技术指标4.信道容量：表征一个信道传输数据的能力（1）信道容量的计算：无噪声：C=2Hlog2NH——信道带宽N——一个脉冲信号代表的有效状态数有噪声：C=Hlog2[(1+S)/N]H——信道带宽S——信号的功率N——躁声功率（2）单位：bps上一页下一页目录162.5数据的通信方式1.并行通信2.串行通信（1）单工（2）半双工方式（3）全双工方式上一页下一页目录172.5数据的通信方式上一页下一页目录182.5数据的通信方式上一页下一页目录192.6同步方式1.同步的含义：数据在传输线上传输时,为保证发送端发送的信息能够被接收端正确无误地接收,要求发送端和接收端动作的起始时间和频率保持一致的技术称为“同步技术”2异步方式同步技术:⑴以字符为单位传输数据⑵在字符的开头加1位起始位,在末尾加1到2位的终止位,有时还可加1位校验位.⑶当线路上持续高电平变成低电平时,标志一个字符的开始.上一页下一页目录202.6同步方式3.同步方式的同步技术:⑴以数据块为单位传输数据.⑵在数据块的开头一般加1到2个字节的SYN(同步字符).4.两者对比:⑴异步方式实现容易;⑵同步方式传输效率高.上一页下一页目录212.7多路复用技术1.多路复用技术的原因及含义(1)减少远距离通信时的线路开支(2)降低单路信号通信时的线路带宽的浪费(3)所谓的多路复用技术:是指将多路信号在单一的传输线路上同时传输上一页下一页目录222.7多路复用技术2.常用的多路复用技术:频分多路复用技术;时分多路复用技术:同步时分,异步时分.1.频分多路复用(FDM):在物理信道能提供比单个原始信号宽的多的带宽情况下,把物理信道的总带宽划分成若干个与单个信号带宽相同(一般略宽,以防相邻频带的串扰)的频带(段),用每个频段来传输一路信号.典型应用:无线广播,无线(有线)电视.特点:①发射端在发射之前先将原始信号,用频率调制到对应的频段,称为”频谱搬移”.②各频带的带宽中预留有”保护带”以防相邻频段信号的串扰.③一般用于”模拟信号”传输中.上一页下一页目录232.7多路复用技术CH2CH1CH3原带宽CH1CH2CH3移频后带宽MUXCH1CH2CH3带宽复用fFDM适用于模拟信号传输上一页下一页目录242.7多路复用技术2.时分多路复用(TDM):是以信道传输时间作为分割对象,通过为多个信道分配互不重叠的时间片来实现多路复用.⑴同步时分复用:将一条共享传输线路上的时隙按固定,预先决定好的形式分配给设备.注:此处的”同步”并非”同步传输”,而是指时间片预先分配给固定的数据源,不管数据源是否有数据要传送,其所对应的时间片都被传输出去.上一页下一页目录252.7多路复用技术A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据时隙1234D3D2D1TDM适用于数字信号传输时间片上一页下一页目录262.7多路复用技术(2)异步时分复用：将一条共享传输路线上的时隙动态，按需分配给设备的一种时分复用技术。注：与同步时分复用相比可克服时隙的浪费，线路的容量可以小于所连接设备数据传输速率总和。上一页下一页目录272.7多路复用技术ABCD待发数据t1t2t3A1B1C2B2周期1周期2异步TDM可用带宽A1B1C1D1C2D2A2B2周期1周期2同步TDM带宽浪费上一页下一页目录282.7多路复用技术（3）典型应用实例：①美国AT&T的下信道上的载波就是采用脉码调制（PCM）和时分多路复用技术（TDM）使24路采样声音信号复用一个通道。工作原理：将一条路线按时分划分为24个信道，每信道按125μs的间隔采样各自的模拟信号、用128级量化的PCM脉冲编码为8位（7位为数据，1位为控制信号）。传输速率=(24*8+1)/(125*10-6)=1.544Mbps②欧洲的CITT标准的E，信道的载波也是采用脉码调制技术与时分多路复用技术。其帧结构：开始8位同步信号+8位信令位+30路8位数据信号=256位传输速率：256/(125*10-6)=2.048Mbps上一页下一页目录292.8数据交换技术为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。两个端节点之间的通信连接一般都要通过中间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。就像电话交换机为通话双方接续线路一样，这个过程被称为交换。实现交换的方法主要有：电路交换、报文交换、分组交换。上一页下一页目录302.8数据交换技术•电路交换交换设备在通信双方找出一条实际的物理线路的过程。(最早的电路交换连接是由电话接线员通过插塞建立的，现在则由计算机化的程控交换机实现。)特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。呼叫——建立连接——传输——挂断优缺点：建立连接的时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小。上一页下一页目录312.8数据交换技术•报文交换整个报文作为一个整体一起发送。在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。(图释02-2)缺点：1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。2）大报文造成存储转发的延时过长；3）出错后整个报文全部重发。请点击上一页下一页目录322.8数据交换技术•分组交换（包交换）将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)进行存储转发。(图释02-3)优点：1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组——速度快；2）转发延时小——适用于交互式通信；3）某个分组出错仅重发该分组——效率高；4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。特点：1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路。2）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。请点击上一页下一页目录33三种交换方式的事件顺序呼叫应答ABCD分组1分组2分组3报文ABCDABCD寻路延迟排队延迟线路交换报文交换分组交换上一页下一页目录342.9OSI模型2.9.1OSI/RM参考模型的提出世界上第一个网络体系结构由IBM公司提出（74年，SNA），以后其他公司也相继提出自己的网络体系结构如：Digital公司的DNA，美国国防部的TCP/IP等，多种网络体系结构并存，其结果是若采用IBM的结构，只能选用IBM的产品，只能与同种结构的网络互联。为了促进计算机网络的发展，国际标准化组织ISO与1977年成立了一个委员会，在现有网络的基础上，提出了不基于具体机型、操作系统或公司的网络体系结构，称为开放系统互联模型（OSI参考，opensysteminterconnection）上一页下一页目录352.9OSI模型2.9.2OSI划分层次的原则网络中各结点都有相同的层次不同结点相同层次具有相同的功能同一结点相邻层间通过接口通信每一层可以使用下层提供的服务，并向上层提供服务不同结点的同等层间通过协议来实现对等层间的通信上一页下一页目录362.9OSI模型2.9.3OSI七层模型应用层Application表示层Presentation会话层session传输层transport物理层Physical数据链路层DataLink网络层Network7654321处理网络应用数据表示主机间通信端到端的连接寻址和最短路径介质访问（接入）二进制传输上一页下一页目录372.9OSI模型2.9.4OSI/RM分层结构1.对等层实体间通信时信息的流动过程（见下图）上一页下一页目录38链路层协议物理层协议网络层协议分组流比特流帧流报文流应用层7应用层传输层4传输层网络层3网络层链路层2链路层物理层1物理层表示层6表示层会话层5会话层报文流报文流报文流网络层网络层链路层链路层物理层物理层子网内部协议转接节点转接节点上一页下一页目录392.9OSI模型对等层实体之间虚拟通信下层向上层提供服务实际通信在最底层完成在发送方数据由最高层逐渐向下层传递,到接收方数据由最低层逐渐向高层传递.(图释02-4)2.对等层通信的实质：请点击上一页下一页目录402.9OSI模型3.协议数据单元PDUOSI