计算机通信与网络_CH02_数据通信技术基础.ppt

计算机通信与网络计算机通信与网络Computer Telecommunications&Networks第第2 2章章 数据通信技术基础数据通信技术基础 数数据据传传输输是是实实现现数数据据通通信信的的基基础础。数数据据通通信信是是为为了了实实现现计计算算机机与与计计算算机机或或计计算算机机与与终终端端之之间间信信息息交交互互而而产产生生的的一一种种通通信信技技术术，是是计计算算机机与与通通信信相相结合的产物。结合的产物。数数据据通通信信着着重重于于数数据据的的传传输输，不不涉涉及及数数据据所所表表示示的的原原始始信信息息，而而计计算算机通信则着重于机通信则着重于信息的交互信息的交互。内容概要内容概要内容纲要内容纲要n n 数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n 数据传输方式数据传输方式n n 数据传送技术数据传送技术n n 多路复用技术多路复用技术n n 数据交换技术数据交换技术n n 差错控制技术差错控制技术n n 数据通信接口特征数据通信接口特征内容纲要内容纲要n n 数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n 数据传输方式数据传输方式n n 数据传送技术数据传送技术n n 多路复用技术多路复用技术n n 数据交换技术数据交换技术n n 差错控制技术差错控制技术n n 数据通信接口特征数据通信接口特征2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念1、数据、信息和信号、数据、信息和信号2、数据通信系统、数据通信系统3、传输媒体、传输媒体4、数据通信系统的性能指标、数据通信系统的性能指标2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念1、数据、信息和信号数据、信息和信号n n数据数据数据数据(data)(data)通常是指预先约定的具有某种含义通常是指预先约定的具有某种含义通常是指预先约定的具有某种含义通常是指预先约定的具有某种含义的数字、符号和字母的组合。的数字、符号和字母的组合。的数字、符号和字母的组合。的数字、符号和字母的组合。n n信号信号信号信号(signal)(signal)数据在传输过程中的电磁波的表数据在传输过程中的电磁波的表数据在传输过程中的电磁波的表数据在传输过程中的电磁波的表示形式。示形式。示形式。示形式。n n“模拟的模拟的模拟的模拟的”(analogous)(analogous)连续变化的。连续变化的。连续变化的。连续变化的。n n“数字的数字的数字的数字的”(digital)(digital)取值是离散的。取值是离散的。取值是离散的。取值是离散的。n n调制调制调制调制把数字信号转换为模拟信号的过程。把数字信号转换为模拟信号的过程。把数字信号转换为模拟信号的过程。把数字信号转换为模拟信号的过程。n n解调解调解调解调把模拟信号转换为数字信号的过程。把模拟信号转换为数字信号的过程。把模拟信号转换为数字信号的过程。把模拟信号转换为数字信号的过程。n n信道信道信道信道表示向某一方向传送数据的传输介质。表示向某一方向传送数据的传输介质。表示向某一方向传送数据的传输介质。表示向某一方向传送数据的传输介质。2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 数据和信号数据和信号模拟数据模拟数据数字数据数字数据信息信息数据数据模拟信号模拟信号数字信号数字信号有意义的实体有意义的实体涉涉及及数数据据的的内容和解释内容和解释在某个区间产生连续的值在某个区间产生连续的值产生离散的值产生离散的值是是数数据据的的电电磁磁(或电子或电子)编码编码涉涉及及到到事事物的形式物的形式是一种连续变化的电磁波是一种连续变化的电磁波是一系列的电压脉冲是一系列的电压脉冲信号信号1、数据、信息和信号数据、信息和信号2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念模拟数据模拟数据模拟信号模拟信号放大器放大器调制器调制器模拟数据模拟数据数字信号数字信号 PCM编码器编码器数字数据数字数据模拟信号模拟信号调制器调制器数字数据数字数据数字信号数字信号 数字数字发送器发送器1、数据、信息和信号数据、信息和信号2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念2、数据通信系统数据通信系统2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念2、数据通信系统数据通信系统信信源源和和信信宿宿：信信源源就就是是信信息息的的发发送送端端，是是发发出出待待传传送送信信息息的的设设备备；信信宿宿就就是是信信息息的的接接收收端，是接收所传送信息的设备。端，是接收所传送信息的设备。信信号号转转换换设设备备：是是将将信信源源发发出出的的信信息息转转换换成成适合于在信道上传输的信号的设备。适合于在信道上传输的信号的设备。2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念2、数据通信系统数据通信系统传输传输系统系统输输入入信信息息输输入入数数据据发送发送的信号的信号接收接收的信号的信号输输出出数数据据源点源点终点终点发送器发送器接收器接收器调制解调器调制解调器PC机机公用电话网公用电话网调制解调器调制解调器数字比特流数字比特流数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号正文正文正文正文数据通信系统数据通信系统源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统输输出出信信息息PC机机2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念2、数据通信系统数据通信系统 数据数据通信系统举例通信系统举例2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念2、数据通信系统数据通信系统 数据数据通信系统举例通信系统举例(b)局域网用户通过局域网用户通过Internet上网通信上网通信2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 双绞线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光缆光缆 地面微波地面微波 卫星微波卫星微波 无线电波无线电波 红外线技术红外线技术3、传输媒体传输媒体3、传输媒体、传输媒体 双绞线双绞线铜线铜线铜线铜线聚氯乙烯聚氯乙烯 套层套层聚氯乙烯聚氯乙烯套层套层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线UTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n把两根互相绝缘的铜导线并排放置，再把两根互相绝缘的铜导线并排放置，再用规则的方法绞合起来。绞合的导线可用规则的方法绞合起来。绞合的导线可以减少相邻线对的相互干扰。多对绞合以减少相邻线对的相互干扰。多对绞合导线构成了双绞线电缆。导线构成了双绞线电缆。n n双绞线可用于模拟传输和数字传输。双绞线可用于模拟传输和数字传输。n n价格低，安装方便，但带宽窄，抗干扰价格低，安装方便，但带宽窄，抗干扰性能较差。性能较差。双绞线双绞线2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 双绞线双绞线A扭绞距扭绞距线径线径 0.40.41.4 mm1.4 mmB近端串扰近端串扰远端串扰远端串扰白绿白绿 绿绿白橙白橙 蓝蓝白蓝白蓝 橙橙白棕白棕 棕棕12345678 局域网局域网 EIA/TIA 568A UTP内内4对对8线的编号与线色线的编号与线色2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 类型类型 阻抗阻抗 返回损耗返回损耗 近端串扰近端串扰 1Mhz 100m 100m n n3类类UTP 100 12db 43dbn n4类类UTP 100 12db 58dbn n5类类UTP 100 12db 64db 双绞线双绞线2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 同轴电缆同轴电缆外导体屏蔽层外导体屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘保护套层绝缘保护套层内导体内导体2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层组成。护塑料外层组成。护塑料外层组成。护塑料外层组成。n n由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较好的抗由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较好的抗由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较好的抗由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较好的抗干扰特性（特别是高频段），适合高速数据传输。干扰特性（特别是高频段），适合高速数据传输。干扰特性（特别是高频段），适合高速数据传输。干扰特性（特别是高频段），适合高速数据传输。n n通常按特性阻抗数值不同，可分为两类：通常按特性阻抗数值不同，可分为两类：通常按特性阻抗数值不同，可分为两类：通常按特性阻抗数值不同，可分为两类：50 50 同轴电缆：数据通信中传输基带信号同轴电缆：数据通信中传输基带信号同轴电缆：数据通信中传输基带信号同轴电缆：数据通信中传输基带信号75 75 同轴电缆：模拟传输系统同轴电缆：模拟传输系统同轴电缆：模拟传输系统同轴电缆：模拟传输系统（CATVCATV）同轴电缆同轴电缆2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n nRG-8/RG-11 10Base5 阻抗阻抗50 粗缆粗缆 0.4”n nRG-58A/U 10Base2 阻抗阻抗50 细缆细缆 0.18”n nRG-59U 10Broad3600 阻抗阻抗阻抗阻抗7575 CATV 0.25”CATV 0.25”n nRG-63 ARCnet 阻抗阻抗93 0.25”(0.635cm)同轴电缆传输特性同轴电缆传输特性2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 光缆光缆远供电源远供电源光纤及包层光纤及包层填充物填充物外护套外护套包带层包带层包层包层纤芯纤芯（a）光缆结构剖面图光缆结构剖面图（b）光波在纤芯中传播光波在纤芯中传播2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成。纤芯很细，直径为由纤芯和包层构成。纤芯很细，直径为由纤芯和包层构成。纤芯很细，直径为由纤芯和包层构成。纤芯很细，直径为8 8100um100um，且折射率较高，包层相对折射率较低。多根光且折射率较高，包层相对折射率较低。多根光且折射率较高，包层相对折射率较低。多根光且折射率较高，包层相对折射率较低。多根光纤构成光缆。纤构成光缆。纤构成光缆。纤构成光缆。n n光波利用光的全反射原理通过纤芯传导。通过传光波利用光的全反射原理通过纤芯传导。通过传光波利用光的全反射原理通过纤芯传导。通过传光波利用光的全反射原理通过纤芯传导。通过传递光脉冲进行通信。递光脉冲进行通信。递光脉冲进行通信。递光脉冲进行通信。n n光纤通信衰耗小，距离长，抗干扰能力强，传输光纤通信衰耗小，距离长，抗干扰能力强，传输光纤通信衰耗小，距离长，抗干扰能力强，传输光纤通信衰耗小，距离长，抗干扰能力强，传输容量大，保密性好。容量大，保密性好。容量大，保密性好。容量大，保密性好。多模光纤多模光纤多模光纤多模光纤：多条不同入射角光线在一条光纤中传输。：多条不同入射角光线在一条光纤中传输。：多条不同入射角光线在一条光纤中传输。：多条不同入射角光线在一条光纤中传输。单模光纤单模光纤单模光纤单模光纤：直径只有一个光波长大小，直线传输。：直径只有一个光波长大小，直线传输。：直径只有一个光波长大小，直线传输。：直径只有一个光波长大小，直线传输。光缆光缆2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 光线在光纤中的折射光线在光纤中的折射折射角折射角入射角入射角包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体）包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体）纤芯纤芯（高折射率的媒体）（高折射率的媒体）包层包层纤纤芯芯2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 光缆光缆高折射率高折射率(纤芯纤芯)低折射率低折射率(包层包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 光纤光纤输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲单模光纤单模光纤输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲多模光纤多模光纤2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n在交通不便、施工不便的地方（高山、海洋、在交通不便、施工不便的地方（高山、海洋、城市），或距离较远的情况下，使用无线传城市），或距离较远的情况下，使用无线传输方式，成本较低。输方式，成本较低。n n信息技术的发展，人们要求在运动中进行电信息技术的发展，人们要求在运动中进行电话通信或计算机通信。话通信或计算机通信。n n无线电波可以在自由空间各个方向传播，实无线电波可以在自由空间各个方向传播，实现多种通信。这种通信不使用前述的各种导现多种通信。这种通信不使用前述的各种导向传输媒体，故称为向传输媒体，故称为“非导向传输媒体非导向传输媒体”。2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念电信领域使用的电磁波的频谱电信领域使用的电磁波的频谱无线电无线电微波微波红外线红外线可见光可见光紫外线紫外线X射线射线 射线射线双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆卫星卫星地面微波地面微波 调幅调幅无线电无线电 调频调频无线电无线电 海事海事无线电无线电光纤光纤电视电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动移动无线电无线电 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n无线传输所使用的频段很广，人们可以根据无线传输所使用的频段很广，人们可以根据需要使用不同频段特性进行通信。需要使用不同频段特性进行通信。n n传统无线电：长波、中波、短波传统无线电：长波、中波、短波 甚高频、特高频、超高频、极高频甚高频、特高频、超高频、极高频n n微波通信微波通信（240GHz，直线传播直线传播)地面接力微波：在地面建立若干微波中继站，中地面接力微波：在地面建立若干微波中继站，中地面接力微波：在地面建立若干微波中继站，中地面接力微波：在地面建立若干微波中继站，中继站将前一站信号接收，放大后转发到下一站，继站将前一站信号接收，放大后转发到下一站，继站将前一站信号接收，放大后转发到下一站，继站将前一站信号接收，放大后转发到下一站，实现实现实现实现“接力接力接力接力”式传输。式传输。式传输。式传输。卫星通信：将微波中继站放在卫星上实现。通信卫星通信：将微波中继站放在卫星上实现。通信卫星通信：将微波中继站放在卫星上实现。通信卫星通信：将微波中继站放在卫星上实现。通信建立远，覆盖面积大。建立远，覆盖面积大。建立远，覆盖面积大。建立远，覆盖面积大。2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n地面微波的工作频率范围一般为地面微波的工作频率范围一般为120 GHz，其特点是直线传播，因此只能在其特点是直线传播，因此只能在视距范围内进行传输。由于受到地形和视距范围内进行传输。由于受到地形和天线高度的限制，两微波站间的通信距天线高度的限制，两微波站间的通信距离一般离一般为为3050 km。地面微波地面微波2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n 卫星通信的最大特点是通信距离远，卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。同步卫星且通信费用与通信距离无关。同步卫星发射出的电磁波能辐射到地球上的通信发射出的电磁波能辐射到地球上的通信覆盖区的跨度达覆盖区的跨度达18000多公里。只要地多公里。只要地球赤道上空的同步轨道上，等距离地放球赤道上空的同步轨道上，等距离地放置置3颗相隔颗相隔120度的卫星，就能基本上实现度的卫星，就能基本上实现全球的通信。全球的通信。卫星微波卫星微波2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 卫星微波卫星微波波段波段波段波段频率频率频率频率(GHz)(GHz)下行下行下行下行(GHz)(GHz)上行上行上行上行(GHz)(GHz)问题问题问题问题C C4/64/63.74.23.74.25.9256.4255.9256.425地面上的干扰地面上的干扰地面上的干扰地面上的干扰KuKu11/1411/1411.712.211.712.214.014.514.014.5降雨降雨降雨降雨KaKa20/3020/3017.721.717.721.727.530.527.530.5降雨，设备价降雨，设备价降雨，设备价降雨，设备价格高格高格高格高2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n无线电波是一个广义的概念，从含义上无线电波是一个广义的概念，从含义上讲，无线电波是全向传播，而微波是定讲，无线电波是全向传播，而微波是定向传播。向传播。n n 无线电波不同频段用于不同通信方式无线电波不同频段用于不同通信方式 3 30 MHz，用于短波通信；用于短波通信；30300MHz，用于数据通信；用于数据通信；蜂窝无线电移动通信。蜂窝无线电移动通信。无线电波无线电波2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体n n 红外线技术已经在计算机通信中得到了红外线技术已经在计算机通信中得到了应用，例如两台笔记本电脑对着红外接应用，例如两台笔记本电脑对着红外接口，可传输文件。口，可传输文件。n n 红外线链路只需一对收发器，可调制不红外线链路只需一对收发器，可调制不相干的红外光，在视线距离的范围内传相干的红外光，在视线距离的范围内传输，具有很强的方向性输，具有很强的方向性。红外线技术红外线技术 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念3、传输媒体、传输媒体 红外线技术红外线技术 调制非相干红外线光调制非相干红外线光 2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标n n传码速率：传码速率：传码速率：传码速率：传码速率又称为调制速率、波特率，记传码速率又称为调制速率、波特率，记传码速率又称为调制速率、波特率，记传码速率又称为调制速率、波特率，记作作作作N NBdBd，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信号码元的个数，单位是波特（码元的个数，单位是波特（码元的个数，单位是波特（码元的个数，单位是波特（BaudBaud）。）。）。）。n n传信速率：传信速率：传信速率：传信速率：又称为比特率，记作又称为比特率，记作又称为比特率，记作又称为比特率，记作R Rb b，是指在数据通，是指在数据通，是指在数据通，是指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单位是比特比特比特比特/秒（秒（秒（秒（bit/s,bit/s,或或或或kbit/skbit/s或或或或Mbit/sMbit/s）。）。）。）。数据传输速率数据传输速率2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标 数据传输速率数据传输速率2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标n n例例2-1若信号码元持续时间为若信号码元持续时间为110-4秒，秒，试问传送试问传送8电平信号，则传码速率和传电平信号，则传码速率和传信速率各是多少？信速率各是多少？解：由于解：由于T=110-4秒，所以传码速率秒，所以传码速率NBd=1/T=10000波特波特 由于传送的信号是由于传送的信号是8电平，所以，电平，所以，M=8。则传信速率则传信速率Rb=NBdlog2 M=30000bit/s。数据传输速率数据传输速率2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标 信道带宽信道带宽n n信号带宽：信号带宽：(bandwidth)是指信号具有是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。吉赫等）。n n模拟信道：表示通信线路允许通过的信模拟信道：表示通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路带宽号频带范围就称为线路带宽(通频带通频带)。n n数字信道：数字信道：“带宽带宽”是所能传送的是所能传送的“最最高数据率高数据率”同义语，单位是同义语，单位是“比特每秒比特每秒”。2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标 信道带宽信道带宽n n常用的带宽单位是常用的带宽单位是千比每秒，即千比每秒，即千比每秒，即千比每秒，即 kb/s kb/s（10103 3 b/s b/s）兆比每秒，即兆比每秒，即兆比每秒，即兆比每秒，即 Mb/sMb/s（10106 6 b/s b/s）吉比每秒，即吉比每秒，即吉比每秒，即吉比每秒，即 Gb/sGb/s（10109 9 b/sb/s）太比每秒，即太比每秒，即太比每秒，即太比每秒，即 Tb/sTb/s（10101212 b/s b/s）n n请注意：在计算机界，数据量的表示请注意：在计算机界，数据量的表示n n K=210,M=220,G=230,T=240。2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n时间轴上信号的宽度随速率的增大而变窄，时间轴上信号的宽度随速率的增大而变窄，对应的信号频率增加，则占用带宽也增加。对应的信号频率增加，则占用带宽也增加。每每秒秒106个比特个比特时间时间1 0 1 0 1 11 s带宽为带宽为1Mb/s 时间时间每每秒秒4 106个比特个比特0.25 s带宽为带宽为4Mb/s 带宽带宽4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标 误码率和误组率误码率和误组率n n误码率：在一定时间内接收到出错的比特数误码率：在一定时间内接收到出错的比特数误码率：在一定时间内接收到出错的比特数误码率：在一定时间内接收到出错的比特数e e1 1与总与总与总与总的传输比特数的传输比特数的传输比特数的传输比特数e e2 2之比。之比。之比。之比。P Pe e（e e1 1/e/e2 2)100)100 由于实际的传输信道及通信设备存在随机差错与突由于实际的传输信道及通信设备存在随机差错与突由于实际的传输信道及通信设备存在随机差错与突由于实际的传输信道及通信设备存在随机差错与突发差错，而数据通信常采用数据块或帧为单位进行发差错，而数据通信常采用数据块或帧为单位进行发差错，而数据通信常采用数据块或帧为单位进行发差错，而数据通信常采用数据块或帧为单位进行传输，使用误组率可以更好反映传输效率。传输，使用误组率可以更好反映传输效率。传输，使用误组率可以更好反映传输效率。传输，使用误组率可以更好反映传输效率。n n误组率：在一定时间内接收出错的组数误组率：在一定时间内接收出错的组数误组率：在一定时间内接收出错的组数误组率：在一定时间内接收出错的组数b b1 1与总的传与总的传与总的传与总的传输组数输组数输组数输组数b b2 2之比。之比。之比。之比。P Pb b（b b1 1/b/b2 2)100)1002.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n发送时延发送时延（传输时延（传输时延）：发送数据时，）：发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。时间。n n信道带宽信道带宽：数据在信道上的发送速率。：数据在信道上的发送速率。常称为数据在信道上的常称为数据在信道上的传输速率传输速率。发送时延发送时延=数据块长度（比特）数据块长度（比特）信道带宽（比特信道带宽（比特/秒）秒）时延时延4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n传播时延传播时延：电磁波在信道中需要传播一电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。定的距离而花费的时间。n n信号信号传输速率传输速率（即发送速率）和信号在（即发送速率）和信号在信道上的信道上的传播速率传播速率是完全不同的概念。是完全不同的概念。传播时延传播时延=信道长度（米）信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米信号在信道上的传播速率（米/秒）秒）时延时延4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n处理时延：处理时延：交换结点为存储转发而进行交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。一些必要的处理所花费的时间。n n结点缓存队列中分组结点缓存队列中分组排队排队所经历的时延所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。是处理时延中的重要组成部分。n n处理时延的长短往往取决于网络中处理时延的长短往往取决于网络中当时当时的通信量的通信量。n n有时可用排队时延作为处理时延。有时可用排队时延作为处理时延。时延时延4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n数据从源点经过网络传送，到达目的数据从源点经过网络传送，到达目的点所经历的总时延就是发送时延、传点所经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和：播时延和处理时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延 时延时延4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 时延时延1011001发送器发送器队列队列在链路上产生在链路上产生传播时延传播时延结点结点B结点结点A在发送器产生发送时延在发送器产生发送时延(即传输时延即传输时延)在队列中产生在队列中产生处理时延处理时延数据数据从结点从结点A向结点向结点B发送数据发送数据链路链路4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n所谓高速网络链路，我们提高的仅仅是所谓高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的数据的发送速率发送速率而不是比特在链路上的而不是比特在链路上的传播速率传播速率。n n提高链路带宽减小了数据的发送时延。提高链路带宽减小了数据的发送时延。n n提高网络传输速率，减小网络传输时延，提高网络传输速率，减小网络传输时延，主要是减少发送时延和处理时延。主要是减少发送时延和处理时延。时延时延4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标2.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念 时延时延4、数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标例例2-3若若AB两两台台计计算算机机之之间间的的距距离离为为1000km，假假定定在在电电缆缆内内信信号号的的传传播播速速度度是是2108m/s，试试对对下下列列类类型型的的链链路分别计算发送时延和传播时延。路分别计算发送时延和传播时延。（1）数据块长度为）数据块长度为108bit，数据发送速率为，数据发送速率为1Mb/s；（2）数据块长度为）数据块长度为1000bit，数据发送速率为，数据发送速率为1Gbit/s 内容纲要内容纲要n n 数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n 数据传输方式数据传输方式n n 数据传送技术数据传送技术n n 多路复用技术多路复用技术n n 数据交换技术数据交换技术n n 差错控制技术差错控制技术n n 数据通信接口特征数据通信接口特征2.2数据传输方式数据传输方式1、并行传输与串行传输、并行传输与串行传输2、异步传输与同步传输、异步传输与同步传输3、单工、半双工和全双工传输、单工、半双工和全双工传输4、模拟传输和数字传输、模拟传输和数字传输2.2数据传输方式数据传输方式 并行传输并行传输1、并行传输与串行传输、并行传输与串行传输并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同时进行传输。2.2数据传输方式数据传输方式 串行传输串行传输1、并行传输与串行传输、并行传输与串行传输串行传输指的是组成字符的若干位二进制码排列成数据流在一条信道上逐位顺序传输。2.2数据传输方式数据传输方式 异步传输异步传输2、异步传输与同步传输、异步传输与同步传输不论字符所采用的代码不论字符所采用的代码为多少位，在发送每一为多少位，在发送每一个字符代码（即字符的个字符代码（即字符的数据位）时，都要在前数据位）时，都要在前面加上一个起始位，表面加上一个起始位，表示一个字符的开始；后示一个字符的开始；后面加上一个停止位，表面加上一个停止位，表示一个字符的结束。示一个字符的结束。2.2数据传输方式数据传输方式 同步传输同步传输2、异步传输与同步传输、异步传输与同步传输2.2数据传输方式数据传输方式3、单工、半双工和全双工传输、单工、半双工和全双工传输n n单工传输单工传输只能有一个方向的通信而只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。没有反方向的交互。n n半双工传输半双工传输通信的双方都可以发送通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送信息，但不能双方同时发送(当然也就当然也就不能同时接收不能同时接收)。n n全双工传输全双工传输通信的双方可以同时发通信的双方可以同时发送和接收信息。送和接收信息。2.2数据传输方式数据传输方式4、模拟传输和数字传输、模拟传输和数字传输n n模拟传输模拟传输模拟传输模拟传输 模拟信号：时间和幅度取值连续变化模拟信号：时间和幅度取值连续变化模拟信号：时间和幅度取值连续变化模拟信号：时间和幅度取值连续变化 的信号量。的信号量。的信号量。的信号量。模拟信道：适于模拟信号传输的信道模拟信道：适于模拟信号传输的信道模拟信道：适于模拟信号传输的信道模拟信道：适于模拟信号传输的信道 模拟传输系统：传输模拟信号的通信系统模拟传输系统：传输模拟信号的通信系统模拟传输系统：传输模拟信号的通信系统模拟传输系统：传输模拟信号的通信系统n n数字传输数字传输数字传输数字传输 数字信号：时间和幅度取值离散数字信号：时间和幅度取值离散数字信号：时间和幅度取值离散数字信号：时间和幅度取值离散 （不连续变化）的信号量。（不连续变化）的信号量。（不连续变化）的信号量。（不连续变化）的信号量。数字信道：适于数字信号传输的信道数字信道：适于数字信号传输的信道数字信道：适于数字信号传输的信道数字信道：适于数字信号传输的信道 数字传输系统：传输数字信号的通信系统数字传输系统：传输数字信号的通信系统数字传输系统：传输数字信号的通信系统数字传输系统：传输数字信号的通信系统幅度幅度时间时间幅度幅度时间时间内容纲要内容纲要n n 数据通信的基本概念数据通信的基本概念n n 数据传输方式数据传输方式n n 数据传送技术数据传送技术n n 多路复用技术多路复用技术n n 数据交换技术数据交换技术n n 差错控制技术差错控制技术n n 数据通信接口特征数据通信接口特征2.3数据传送技术数据传送技术n n1、数据序列的电信号表示、数据序列的电信号表示n n2、信道容量的概念、信道容量的概念n n3、基带传输、基带传输n n4、频带传输、频带传输n n5、数字数据传输、数字数据传输2.3数据传送技术数据传送技术1、数据序列的电信号表示、数据序列的电信号表示数据序列数据序列单极性不归零码单极性不归零码单极性归零码单极性归零码双极性不归零码双极性不归零码双极性归零码双极性归零码 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 2.3数据传送技术数据传送技术1、数据序列的电信号表示、数据序列的电信号表示数据序列数据序列伪三元编码伪三元编码曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分编码差分编码 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 2.3数据传送技术数据传送技术n n任何实际的信道都不是理想的，在传任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。种干扰。n n码元传输的速率越高，或信号传输的码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。失真就越严重。2、信道容量的概念、信道容量的概念n n失真不严重失真不严重n n失真严重失真严重 实际的信道实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输入信号波形输入信号波形输出信号波形输出信号波形(失真不严重失真不严重)输入信号波形输入信号波形实际的信道实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）（带宽受限、有噪声、干扰和失真）输出信号波形输出信号波形(失真严重失真严重)数字信号通过实际的信道数字信号通过实际的信道2.3数据传送技术数据传送技术2、信道容量的概念、信道容量的概念n n信道容量是指在一定的条件下，给定通信道容量是指在一定的条件下，给定通信路径（信道）上所能达到的最大数据信路径（信道）上所能达到的最大数据传输速率。传输速率。2.3数据传送技术数据传送技术2、信道容量的概念、信道容量的概念信道容量噪声误码率带宽数据传输速率n n理想低通信道的最高码元传输速率理想低通信道的最高码元传输速率 N=2W BaudnW 是理想低通信道的带宽，单位为赫是理想低通信道的带宽，单位为赫(Hz)奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)定理定理不能通过不能通过能通过能通过0频率频率(Hz)W(Hz)2.3数据传送技术数据传送技术2、信道容量的概念、信道容量的概念n n在理想低通信道中，如果信道带宽在理想低通信道中，如果信道带宽WHz，则最高码元传输速率是每秒则最高码元传输速率是每秒 2 W 个码个码元。元。n n每赫带宽的理想低通信道的最高码元传每赫带宽的理想低通信道的最高码元传输速率是每秒输速率是每秒 2 个码元。个码元。n nBaud 是是波特波特，是，是码元码元传输速率的单位，传输速率的单位，1 波特为每秒传送波特为每秒传送 1 个码元。个码元。2.3数据传送技术数据传送技术2、信道容量的概念、信道容量的概念 奈奎斯特奈奎斯特(Nyquist)定理定理n n实际的信道所能传输的最高码元速率，要明实际的信道所能传输的最高码元速率，要明显地低于奈氏准则给出上限数值。显地低于奈氏准则给出上限数值。n n波特波特(Baud)和比特和比特(bit)是两个不同的概念。是两个不同的概念。波特波特波特波特是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）是码元传输的速率单位（每秒传多少个码元）。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符。码元传输速率也称为调制速率、波形速率或符号速率。号速率。号速率。号速率。比特比特比特比特是信息量的单位。是信息量的单位。是信息量的单位。是信息量的单位。要强调以下两点要强调以下两点2.3数据传送技术数据传送技术2、信道容量的概念、信道容量的概念n n信息的传输速率信息的传输速率“比特比特/秒秒”与码元的与码元的传输速率传输速率“波特波特”在数量上在数量上有一定的关有一定的关系。系。n n若若 1 个码元只携带个码元只携带 1 bit 的信息量，则的信息量，则“比特比特/秒秒”和和“波特波特”在在数值数值上相等。上相等。n n若若 1 个码元携带个码元携带 n bit 的信息量，则的信息量，则 N Baud 的码元传输速率所对应的信息的码元传输速率所对应的信息传输速率为传输速率为 N n b/s。2.3数据传送技术数据传送技术2、信道容量的概念、信道容量的概念传输比特流传输比特流 10011100 10 01 11 00 2bit一组一组4种幅度种幅度,1个码元个码元携带携带2b