第一章第二节数据通信技术

1.2数据通信技术数据通信技术基础1.2.1模拟信号和数字信号模拟信号：时间上连续，有无穷多个取值数字信号：时间上离散，仅有有限值个取值tta)模拟信号b)数字信号数据通信技术基础1.2.2数据通信的模型•三个要素：信源、信道、信宿。•信源：发出信息的人和设备。•信宿：接受信息的人和设备。•信道：信号传输的通道。噪声信源信号变换信道信号变换信宿数据通信技术基础1、将数字数据调制成模拟信号技术–移幅键控ASK；通过改变载波信号振幅表示数字信号1、0。振幅键控ASK信号实现容易，技术简单，但抗干扰能力较差。–移频键控FSK；通过改变载波信号频率来表示数字信号1、0。移频键控FSK信号实现容易，技术简单，抗干扰能力强，是目前最常用的调制方法。–移相键控PSK；通过改变载波信号的相位值来表示数字信号1、0（绝对调相，相对调相）。移相键控PSK抗干扰能力强；但实现技术复杂。1.2数字调制与编码技术数据通信技术基础ASK：用载波的两个不同振幅表示0(0v)和1(5v)FSK：用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz)PSK：用载波的起始相位的变化表示0(同相)和1(反相)00110100010ASK调幅FSK调频PSK调相作业：（课堂练习）画出二进制流10111101001100通过移频键控法、移幅键控法、移相键控法所形成的模拟信号图01101ASK调幅FSK调频PSK调相101010011数据通信技术基础2、数字数据的编码技术不归零码NRZ——用低电平表示“0”，用高电平表示“1”曼彻斯特编码-----用每个周期的中间发生的电平跳变表示“0”和“1”：低→高的跳变——0，高→低的跳变——1数据通信技术基础差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码相同之处：在每个周期的中间，信号都会发生跳变；但每周期的中间跳变仅做同步之用。不同之处在于：用在周期开始处有无跳变来表示0和1：开始处有跳变——0开始处无跳变——1不归零码NRZ——用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”曼彻斯特编码-----用每个周期的中间发生的跳变表示“0”和“1”：低→高的跳变——0，高→低的跳变——1差分曼彻斯特编码：用在周期开始处有无跳变来表示0和1：开始处有跳变——0，开始处无跳变——101001100011时钟NRZManchester差分Manchester画出二进制流10011101的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码波形图。10011101时钟Manchester差分Manchester数据通信技术基础1.2.4数据通信的传输类型和方式数据通信技术基础1、按照信息传送的方向和时间的关系分类单工通信在单工通信中，无论什麽时候，数据信号都只能固定地从发送端A传送到接收端B。数据通信技术基础1、按照信息传送的方向和时间的关系分类半双工通信（开关）在半双工通信中，允许数据信号双向传送，但不能同时进行，某一时间只能向一个方向发送。若想改变信息的传输方向，需要利用开关进行切换。数据通信技术基础1、按照信息传送的方向和时间的关系分类全双工通信全双工通信中，允许双方同时在两个方向进行数据传输。全双工通信效率高，造价也高，一般用于计算机之间的通信。数据通信技术基础2、按照一次传输数据的位数分类串行传输：数据流的各个比特按照顺序一位接一位地在一条信道上传输，收发双发只需要一条传输信道。发送方接收方串行b7b6b5b4b3b2b1b0数据通信技术基础2、按照一次传输数据的位数分类并行传输：可同时传输若干比特的数据，从发送端到接收端必须建立多条并行的通信信道。将若干位分别通过同样多的并行信道同时传输。发送方接收方并行b0b1b3b2b5b4b6b73、基带、频带和宽带传输基带传输（1/t）在计算机等数字设备中，原始信号形式为方波。该方波未经频率变换，则把方波固有的频率称为基带，方波信号又称为基带信号。在信道上直接传送数据的基带信号称为基带传输。01001100011时钟NRZManchester差分Manchester数据通信技术基础3、基带、频带和宽带传输频带传输在计算机的远程通信中，是不能直接传输原始的方波信号的。（易衰减和畸变）。远距离通信信道大多数为模拟信道。频带传输是指将方波信号调制形成模拟信号（又称为频带信号）（调制方法有移幅键控、移频键控、移相键控），将模拟信号（频带信号）通过模拟信道进行传输。数据通信技术基础3、基带、频带和宽带传输宽带传输在早期这是利用频带宽度至少为０ＭＨＺ～３００ＭＨＺ的宽带同轴电缆作为传输介质；使用时通常将这样宽的频带划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号，视频信号以及数字信号。利用宽带传输系统来实现声音，文字和图象的一体化传输。现在通常指传输速率大于１Ｍb／s的广域网接入技术，如ＡＤＳＬ，ＤＤＮ等。数据通信技术基础1.2.5多路复用技术多路复用技术：为了提高信道利用率，使用单一的信道进行多路信号的传输。数据通信技术基础1.2.5多路复用技术1、频分多路复用(Frequency-divisionmultiplexing)采用频分多路复用技术时，将信道按频率划分为多个子信道，每个信道可以传送一路信号。各通道之间通常用保护频带隔离，以保证各路信号的频带间不发生重叠。P17图1-21。数据通信技术基础1.2.5多路复用技术2、时分多路复用(Time-divisionmultiplexing)将一条物理信道的传输时间分成若干个时间片，把这些时间片轮流地给多个信号源使用。P17图1-22数据通信技术基础1.2.5多路复用技术3、波分多路复用技术WDM(WavelengthDivisionMultiplexing)对于使用光纤通道（FiberOpticChannel）的网络来说，波分多路复用技术将是其最合适的多路复用技术。实际上，波分多路复用技术的原理跟频分多路复用相似，是将信道根据波长划分为多个子信道，每个信道传输一路信号。数据通信技术基础1.2.5多路复用技术4、码分多路复用技术（CDMA）根据码型结构的不同来实现信道分割的多路复用称为码分多路复用。所有用户使用同一频率，占用相同的带宽（带宽即数据传输速率），各个用户可以同时发送或接收信号。由于各用户使用经过挑选的不同码型，因此不会造成串扰。笔记本电脑、掌上电脑、手机等移动性设备广泛使用。数据通信技术基础1.2.6数据交换技术电路交换存储转发交换报文交换分组交换数据报虚电路数据通信技术基础电路交换所谓电路交换，就是在两个用户要进行通信时，首先建立一条临时的专用线路（物理线路），用户通信时独占这条线路，不与其它用户共享，直到通信一方释放这条专用线路。建立连接数据传输拆除线路数据通信技术基础存储转发交换传输非及时性的数字数据，中转节点可先把收到的信息存储起来，等到信道空闲时再把信息转发给下一个节点，这样经过多个中转节点的存储转发，最后到达目标节点。这种交换方式就称为存储转发或存储交换。数据通信技术基础报文交换一、报文交换报文交换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。当一个节点要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文，每个中转节点在收到报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由算法找出下一个中转节点，再把报文传送给下一个中转节点；直至报文到达目的节点。数据通信技术基础报文交换的基本过程ADCB在下图中，节点A要传送报文到D，节点A把目的地址D附加到要传输的报文上因根据路由算法AB信道可利用，A首先把报文发给B,B接收到报文暂存；根据路由算法，BC信道可利用,B再把报文发给C；C接收到报文暂存；根据路由算法等到CD空闲可利用,C再把报文发给D;D是目的地址，报文传送完毕。数据通信技术基础数据报分组交换•数据报分组交换方式是把要传输的报文分成若干个小的数据块，称为分组，然后以分组为单位按照与报文交换同样的方法进行传输。•在数据报分组交换方式中，每个分组被独立地进行处理，一个报文的各个分组可能是从不同的路径到达目的地的，每个分组都有相应的分割信息，到达终点以后，接收端可以根据这些信息把它们重新组装起来，恢复原来的报文。•例：A要向D传输报文，报文被分为红蓝黄三个分组•红色的分组通过AD到达接收端D（最先到达）•黄色的分组经过ABD到达接收端D（第二到达）•蓝色的分组经过ACBD到达接收端（最后到达）•根据分组的分隔信息，在接收端进行整序，还原为原来的报文。ADCB整序数据通信技术基础虚电路分组交换这种方式要求数据在传送以前，发送和接收方在网络中建立一条逻辑上相连的路径，这条路径被称为虚电路。发送方依次发出的每个分组经过若干次存储转发，按顺序到达接收方。例：A要向D传送报文，报文被分为绿红蓝黄四个分组，报文传送以前，发送和接收方先建立一条逻辑上相连的路径A-B-C-D.报文的绿红蓝黄四个分组按顺序通过这条路径到从A传输到D，在接收端不用进行重排整序。AFEDGCB数据通信技术基础1.2.7数据传输中的差错控制一、差错的产生•差错，就是在数据通信中，接收端接到的数据与发送端发出的数据出现不一致的现象。包括部分数据丢失，数据有错误。•差错是由躁声引起的。–物理线路的电气特性造成信号的畸变和衰减。–电气信号在线路上产生反射造成的回音效应–相邻线路之间的串扰–线路接触不良造成的信号时有时无–其他外界因素产生的干扰二、差错控制的基本方式•1、反馈检测方法•接收端将收到的信息复制后再原封不动地发回发送端，与发送端中的原发信息相比较，如果有不一致，说明有差错，发送端再重发信息；如果一致，说明无错，发送端通知接收端将原复制信息接收下来。•优点：原理和实现都很简单•缺点：不仅需要双向信道，而且信息至少要在信道中传输两次，传输效率很低。2、检错重发(ARQautorepeatrequest)ARQ的原理是：发送方将要发送的数据附加上一定的冗余检错码一并发送，接收方则根据检错码对数据进行差错检测，如发现差错，则接收方返回请求重发的信息，发送方在收到请求重发的信息后，重新传送数据；如没有发现差错，则发送下一个数据，如下图所示。特点：使用检错码（常用的有奇偶校验码和CRC码等）、必须是双向信道。解码设备简单几种常用的检错码1）奇偶校验码（垂直冗余校验码）奇校验码原理：是在发送数据前增加一位校验位，使其中“1”的个数成奇数。组成：校验位+发送数据校验位使得发送数据1010110中的“1”的个数为奇数–例：11010110•课堂练习：•求发送数据1011100的奇校验码•奇校验码：11011100•奇校验的步骤：•（1）已知发送数据，根据奇校验的原则求出奇校验码（校验位+发送数据）•（2）发送方发送奇校验码（校验位+发送数据）•（3）接收方接收到一个比特序列•（4）接收方查看接收到的比特序列，如果里面包含奇数个“1”，则认为在传输过程中没有出现差错，否则就认为有差错要求重传。•（出错的比特序列里面也可能包含奇数个“1”，这种错误发现不了，因为偶数个比特位出错的比特序列都包含奇数个“1”；所以说此种奇检错码检错能力低，不能检测出偶数个比特位出错的情况，只能检测出奇数个比特位错出错的情况；只能检测出50%的错误）偶校验码原理：是在发送数据前增加一位校验位，使其中“1”的个数成偶数。组成：校验位+发送数据校验位使得发送数据1010110中的“1”的个数为偶数–例：01010110•课堂练习：•求发送数据1011100的偶校验码•偶校验码：01011100•偶校验的步骤：•（1）已知发送数据，根据偶校验的原则求出偶校验码（校验位+发送数据）•（2）发送方发送偶校验码（校验位+发送数据）•（3）接收方接收到一个比特序列•（4）接收方查看接收到的比特序列，如果里面包含偶数个“1”，则认为在传输过程中没有出现差错，否则就认为有差错要求重传。•（出错的比特序列里面也可能包含偶数个“1”，这种错误发现不了，因为偶数个比特位出错的比特序列都包含偶数个“1”；所以说此种偶检错码检错能力低，不能检测出偶数个比特位出错的情况，只能检测出奇数