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1数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0、1比特序列的过程。第二章数据通信技术2.1数据通信基础2.1.1数据通信的基本概念信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像。计算机产生的信息一般是字母、数字、符号的组合。2表2-1ASCII码表(部分)字符二进制码字符二进制码字符二进制码00110000A1000001SOH000000110110001B1000010STX000001020110010C1000011ETX000001130110011D1000100EOT000010040110100E1000101ENQ000010150110101F1000110ACK000011060110110G1000111NAK001010170110111H1001000ETB001011180111000I1001001SYN001011090111001J10010103例：英文单词NETWORK（大写）的ASCII码编码的二进制比特序列（不考虑校验位）应该是：1001110100010110101001010111100111110100l01001011二进制编码按高位到低位（b6b5b4b3b2b1b0）的顺序排列，而b7位一般用于字符的校验。4数据通信的任务就是要传输二进制代码比特序列，而不需要解释代码所表示的内容。对于数据通信来说，被传输的二进制代码称为“数据（data）”；数据是信息的载体。数据涉及对事物的表示形式，信息涉及对数据所表示内容的解释。5码元：在数据通信中，被传输的二进制代码0、1信号：是数据在传输过程中的电信号的表示形式。信号：分为模拟信号和数字信号6•数字信号（digitalsignal）：计算机所产生用两种不同的电平表示0、1比特序列的电压脉冲信号。•模拟信号（analogsignal）：电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电信号称为模拟信号。信号电平是连续变化的。（声音和，视频，温度，压力等）7图2-1模拟信号与数字信号8为什么要进行数字化？（1）抗干扰、抗噪声性能好；（2）差错可控；（3）易加密。按照在传输介质上传输的信号类型，可以相应地将通信系统分为：●模拟通信系统●数字通信系统9•计算机：二进制数字信号•数据通信：有的通信信道不允许传输数字信号==》在发送端将数字信号变换成模拟信号在接收端将模拟信号还原成数字信号2.2.2模拟通信与数字通信101、调制解调①调制——在发送端将数字信号变换成模拟信号②解调——在接收端将模拟信号还原成数字信号用来完成调制解调功能的设备==》调制解调器（modem）112.2.3数字通信方式1、串行通信与并行通信（1）串行通信——将待传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序依次发送的方式图2-2（a）串行通信12（2）并行通信——利用多条并行的通信线路，将表示一个字符的8位二进制代码同时通过8条对应的通信信道发送出去，每次发送一个字符代码13图2-2（b）并行通信142、单工、半双工与全双工通信数据通信按照信号传送方向与时间的关系分为：（1）单工通信——信号只能向一个方向传输图2-3（a）单工通信15（2）半双工通信——信号可以双向传送，但必须交替进行，一个时间只能向一个方向传送。图2-3（b）半双工通信16（3）全双工通信——信号可以同时双向传送。•在硬件上增加一条数据传输线路，而不是通过开关的切换图2-3（c）全双工通信17串行传输：以位为单位在一条信道上按时间顺序逐位传输==》通信双方要采取同步措施3、同步传输与异步传输18实现字符或数据块之间在起止时间上同步的常用方法：同步传输，异步传输通信过程中收、发双方在时间上保持同步==》•码元之间要保持同步•由码元组成的字符或数据块之间在起止时间上保持同步19①位同步（bitsynchronous）接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟频率。（1）同步传输20实现位同步的方法有：●外同步法——在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。●内同步法——从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法。21②字符同步（charactersynchronous）字符同步：保证收发双方正确传输字符的过程*ASCII字符：8bit二进制0、1组成*发送端：以8bit为一个字符单元来发送*接收端：以8bit的字符单元来接收22字符同步方法的种类：●起止式（start-stop）——又称异步式（asynchronous）。采用异步方式进行数据传输就叫做异步传输（asynchronoustransmission）。特点是：每个字符作为一个独立的整体进行发送，字符之间的时间间隔可以是任意的。23●同步式(synchronous)——采用同步方式进行数据传输就叫做同步传输(synchronoustransmission),将字符组织成组，以组为单位连续传送。图2-4同步传输的原理24（2）异步传输组成字符的各个数据位将被连续发送，每个数据位所持续的时间相等==》发送端和接收端在数据位级别上保持同步的，而在字符级别收发双方则不必进行同步25*没有字符被发送时：传输线路保持空闲状态，信号电平“1”*发送字符时：在字符的前面附加一个起始位长度为1位，信号电平”0”==〉新字符到达，与发送端取得同步*字符传输结束：在字符代码的最后附加停止位长度1、1.5或2位，信号电平”1”26图2-5异步串行通信的数据格式27异步方式特点：*接收端通过检测起始位和停止k位来接收新字符==》收发双方每传输一个字符就重新校正同步关系，不需要专门的时钟控制信息，实现简单*每传输一个字符就要添加起始位和停止位*字符与字符之间夹有不定长度的时间间隙==》数据传输效率较低28异步传输和同步传输的区别：1、异步：面向字符，同步：面向比特2、异步：传输的单位是字符，同步：单位是帧3、异步：通过字符起止的开始和停止码实现，同步：从数据中抽取同步信息4、异步：对时序的要求较低，同步：通过特定的时钟线路协调时序5、异步：相对于同步传输效率较低292.3传输介质及主要特性2.3.1传输介质的主要类型*传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。*从传输介质的角度来看，数据通信主要有两种方式：有线通信方式和无线通信方式。301、有线通信方式的传输介质●双绞线●同轴电缆●光纤电缆2、无线通信方式的传输介质●无线通信信道●卫星通信信道312.3.2双绞线的主要特性最常用的传输介质*模拟信号,数字信号*广域网,局域网1、物理特性*按规则螺旋结构（电磁干扰小）排列的两根、四根或八根绝缘导线*一对线可以作为一条通信线路32局域网中所使用的双绞线分为两类：●屏蔽双绞线（STP，ShieldedTwistedPair）●非屏蔽双绞线（UTP，UnshieldedTwistedPair）屏蔽双绞线由外部保护层、屏蔽层与多对双绞线组成。非屏蔽双绞线由外部保护层与多对双绞线组成。33图2-6双绞线结构示意图2、传输特性美国电器工业协会（EIA）规定了五种质量级别的双绞线1类线：最低，5类线：最高。343、连通性用于点到点连接，多点连接4、地理范围用做远程中继线：最大距离可达15公里；用于10Mbps局域网：与集线器的距离最大为100米5、抗干扰性取决于一束线中相邻线对的扭曲长度及适当屏蔽6、价格低于其它传输介质，并且安装、维护方便35*由内导体、绝缘层、外导体及外部保护层组成*外部保护层是能够起保护作用的塑料外皮*外导体充当导体的一部分，还能起到屏蔽作用2.3.3同轴电缆的主要特性1、物理特性36图2-7同轴电缆结构示意图372、传输特性*既可传输模拟信号又可传输数字信号。*广泛应用于有线电视和某些局域网*与双绞线相比，同轴电缆抗干扰能力强*对其性能造成影响的主要因素来自衰损和热噪声38根据同轴电缆的带宽不同、可以分为两类：●基带同轴电缆用于数字信号的传输●宽带同轴电缆频带划分成多条通信信道，使用各种调制方式，支持多路传输39*基带同轴电缆使用的最大距离几公里范围内*宽带同轴电缆最大距离可达几十公里左右3、连通性*既支持点到点连接，也支持多点连接*基带同轴电缆可支持数百台设备的连接*宽带同轴电缆可支持数千台设备的连接4、覆盖范围40造价介于双绞线与光缆之间，使用与维护方便5、抗干扰能力同轴电缆的结构使得它的抗干扰能力较强6、价格41*传输光信号*光纤芯：横截面积很小的光导纤维*包层：折射率比纤芯小的材料制成*外部保护层：使内层纤芯和包层免受外部影响2.3.4光纤电缆的主要特性1、物理特性42图2-8光缆的结构43光纤的折射系数高于外部包层的折射系数==〉可以形成光波在光纤与包层界面上的全反射==〉光信号通过全反射在纤芯中不断向前传播2、传输特性44图2-9光纤内部光的全反射传输过程图2-10光缆传输系统结构示意图45●多模光纤：指光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度的多光线传输。多束光线从光源出发，在纤芯中以不同的光路进行传播。46图2-11多模突变光纤数据传输示意图47图2-12多模渐变光纤数据传输示意图48●单模光纤：指光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单光线传输它需要有高度集中的光源，其中只存在一条轴向光线才能通过49图2-13单模光纤数据传输示意图50衰减极小，在6～8公里的距离内，不使用中继器实现高速率的数据传输3、连通性最普遍的连接：点到点方式实验系统中：多点连接方式4、覆盖范围51光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率的传输中保持低误码率。光纤传输的安全性与保密性极好。5、抗干扰能力52光纤价格高于同轴电缆与双绞线安装与维护工作也不易进行6、价格53当电子运动时，它们产生可以自由传播（甚至在真空中）的电磁波。这种波由英国科学家麦克斯韦尔（JamesClarkMaxwell）于1865年预言，并且于1887年由德国物理学家赫兹（HeinrichHertz）首次发现。2.3.5无线与卫星通信1、电磁波谱54图2-14电磁波谱与通信类型的关系55（2）在有限制的空间区域内传播，即通过有线方式传播：同轴电缆、双绞线、光纤传输电磁波（固定物体之间的通信）电磁波的传播有两种方式：（1）在自由空间中传播，即通过无线方式传播56移动物体之间的通信：无线通信，主要有以下几种：●无线通信系统●微波通信系统●蜂窝移动通信系统●卫星移动通信系统57图2-15无线电波传输示意58图2-16地球表面的微波通信59①每个服务区划分为很多小区域--蜂窝单元②单元的大小并非固定，人口密度较高的区域被分成数量较多但面积较小的蜂窝单元③每个蜂窝单元都有一个由基站控制的天线④基站是由移动电话交换局控制•蜂窝通信----移动通信60图2-17蜂窝移动通信61工作原理：①呼叫方输入电话号码，移动电话扫描波段，找到信号最强的信道并与之建立连接②将电话号码信息传至该信道对应的基站③电话号码再经由移动电话交换局传至中央电话站④若被呼叫方同意接收，中央电话站为其建立连接，并将结果反馈给移动电话交换局⑤双方在移动电话交换局新分配的空闲信道上开始语音通信62图2-18卫星微波通信63根据数据通信类型，常用的通信信道分为两类：●模拟通信信道●数字通信信道相应的数据编码方式也分为两类：●模拟数据编码●数字数据编码2.4数据编码方式2.4.1数据编码的类型64数据编码方法模拟数据编码数字数据编码振幅键控ASK移频键控FSK移相键控PSK非归零码NRZ曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码网络中常用的数据编码方式：65•最简单、最基本的码型，便于实现•用一个正电平表示1用一个负电平表示0•难于确定一个比特的开始和停止时刻（连续的1或连续的0）•收发双方需要从其它途径获取同步信息1、二电平码--非归零电平码2.4.3数字数据编码方法66图2-22非归零电平码67（1）曼彻斯特码•将出现在比特中点位置的电平跳变既作为数据信息又作为同步信息