数据通信基础01.pptx

网络世界有你有我数据通信基础 数据通信模型及基本概念（9个）数据传输技术 数据编码技术 数据交换技术 差错控制技术 常用传输介质第1页/共112页网络世界有你有我数据通信模型信源噪声源变换器信道反变换器信宿信息原始的电信号适合传输的电信号原始的电信号信息DTE-DTE-电路电路DCEDCE第2页/共112页网络世界有你有我基本概念1 1、数据与信号、数据与信号数数据据是是对对客客观观事事物物特特征征的的描描述述，是是信信息息的的载载体体，分分为为模模拟拟数数据据和和数数字字数数据据；可可以以是是各各种种进进制制的的数数或或字字符符、图图象象等等。在在计计算算机机中用中用2进制数来表示数据。进制数来表示数据。信信号号是是随随时时间间变变化化的的电电压压或或电电流流，是是数数据据的的具具体体物物理理表表现现，是是数数据据的的电电磁磁编编码码，是是数数据据的的载载体体。在在计计算算机机中中用用电电位位的的高高低低表表示示0，1。第3页/共112页网络世界有你有我基本概念2、模拟信号与数字信号数据通过信号可以进行传播数据通过信号可以进行传播-数据通信数据通信数据通信数据通信可以用模拟信号，也可以用数字信号可以用模拟信号，也可以用数字信号模拟信号模拟信号：随时间连续变化的信号：随时间连续变化的信号数字信号数字信号：离散变化的信号：离散变化的信号可以表示可以表示模拟数据模拟数据也可以表示也可以表示数字数据，数字数据，是计算机网络通信的数据的是计算机网络通信的数据的主要载体。主要载体。第4页/共112页网络世界有你有我基本概念3、信息 “熵熵”的减少的减少4、信道传输信息的通道，（物理信道/逻辑信道)物理信道：传送数据或信号的物理通道传送数据或信号的物理通道 也叫通信链路也叫通信链路 由传输介质和相关设备组成由传输介质和相关设备组成逻辑信道：在物理信道的基础上，通过节点的内部连接实现在物理信道的基础上，通过节点的内部连接实现 也叫数据链路也叫数据链路第5页/共112页网络世界有你有我基本概念5 5、数据传输速率（信息速率）每秒内传送的二进制位数（每秒传送的信息量）每秒内传送的二进制位数（每秒传送的信息量）单位单位 bps b/sbps b/sS=1/Tlog2n 1/T 每秒的单位脉冲数每秒的单位脉冲数 Log2n 每一个电脉冲信号所表示的二进制位数每一个电脉冲信号所表示的二进制位数 n 状态数（进制）状态数（进制）第6页/共112页网络世界有你有我基本概念6 6、波特率Baud（码元速率）单位时间传送码元的个数单位时间传送码元的个数 每秒信号状态变化的次数每秒信号状态变化的次数S=Blog2k S S：传输速率传输速率 B B：波特率波特率 k k：相数相数 S=B S=B （k=2k=2）S=2B S=2B （k=4k=4）第7页/共112页网络世界有你有我基本概念7 7、信道容量信道内数据传输速率的极限值信道内数据传输速率的极限值无噪信道的无噪信道的 H H.Nyguist.Nyguist公式公式 C=2B有噪信道的有噪信道的 ShannonShannon公式公式 C=Blog2(1+S/N)B：为信道的带宽（单位为赫兹）为信道的带宽（单位为赫兹）S：为信道内所传信号的平均功率为信道内所传信号的平均功率 N：为信道内部的高斯噪声功率为信道内部的高斯噪声功率第8页/共112页网络世界有你有我信道容量噪声通常以信号功率和噪声功率之比来度量，这个比值叫做信信噪比噪比；信道容量公式中，S/NS/N则为信噪比；通常，并不使用信噪比本身，而是使用1010lg S/Nlg S/N，其单位为分分贝贝(dB)(dB)，如果S/N为10，则是10dB，S/N为100则是20dB，S/N为1000是30dB，依此类推；Shannon公式表明：信道的带宽越大或信道中的信噪比越大，则信道的带宽越大或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。信息的极限传输速率就越高。第9页/共112页网络世界有你有我数字信号通过实际的信道 有失真，但可识别失真大，无法识别 实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形失真，原因？失真，原因？第10页/共112页网络世界有你有我信道容量要提高信息的传输速率，就需要采用多元制的调制方法。例如，当采用16元制时，一个码元可携带4个比特的信息。一个标准电话话路的频带为3003400Hz，即带宽为3100Hz。在这频带中接近理想信道的也就是靠中间的一段，其带宽约为2400Hz左右。如使信号的传输速率为2400波特，通过4位/波特调制，则信息的传输速率可达到9600bit/s。从Shannon公式可以很容易地计算出在这种情况下所需信噪比的最低值。对于3.1kHz带宽的标准电话信道，如果信噪比S/N=2500，那么由仙农公式可以知道，无论采用何种先进的编码技术，信息的传输速率一定不可能超过由仙农公式算出的极限数值，即35000bit/s左右。第11页/共112页网络世界有你有我基本概念8 8、误码率 码元传输出错的概率码元传输出错的概率 Pe=Ne/N N：传输码元总数：传输码元总数 Ne：出错码元数：出错码元数9、带宽（Bandwidth）指信道所能传送的信号的最高频率与最低频率之差；指信道所能传送的信号的最高频率与最低频率之差；它由传输介质、接口部件、传输协议等因素决定；它由传输介质、接口部件、传输协议等因素决定；带宽一定程度上体现了信道的传输性能，是衡量传输系统的重要指标；带宽一定程度上体现了信道的传输性能，是衡量传输系统的重要指标；信道容量、传输速率、抗扰性能等指标均影响信道的带宽。信道容量、传输速率、抗扰性能等指标均影响信道的带宽。第12页/共112页网络世界有你有我傅里叶分析和有限带宽信号19世纪初叶，法国数学家吉傅里叶证明：任何正常的周期为T的函数g(t)都可以由无限个正弦和余弦函数合成：g(t)：有持续时间的数字信号c/2：信号g(t)在周期T内的平均值直直流流分分量量 an、bn：是正弦和余弦函数n次谐波的振幅 n1时,a1cos(2nft)和b1sin(2kft)的合成频率为正正弦弦分分量量；n1时为n n次谐波分量次谐波分量g(t)g(t)=直流分量直流分量+基波分量基波分量+高次谐波分量高次谐波分量第13页/共112页网络世界有你有我傅里叶分析和有限带宽信号 假定传送一个假定传送一个8 8比特字节编码的比特字节编码的ASCIIASCII字符字符“b b”其编码为“0110001001100010”下下页图左边示出了计算机发送该字符时的输出电压，对此信号对应的周期函数g(t)进行傅氏变换可得到下列系数：第14页/共112页网络世界有你有我傅里叶分析和有限带宽信号若干个低次谐波幅度的均方根值示于图若干个低次谐波幅度的均方根值示于图(a)(a)的右部。计算这些的右部。计算这些均方根值均方根值是是因为它们的平方与因为它们的平方与相应频率的谐波所传送的能量相应频率的谐波所传送的能量成正比。计算振幅的均方成正比。计算振幅的均方根值公式是：根值公式是：例如，图示中的一次谐波振幅的方均根值为例如，图示中的一次谐波振幅的方均根值为0.2440.244，2 2次谐波振幅的次谐波振幅的均方根值为均方根值为0.5030.503，3 3至至8 8次谐波振幅的方均根值分别为次谐波振幅的方均根值分别为0.1970.197，0.1600.160，0.1180.118，0.1680.168，0.0350.035和和0 0。第15页/共112页网络世界有你有我 傅里叶分析和有限带宽信号 第16页/共112页网络世界有你有我傅里叶分析和有限带宽信号实际的传输设施对不同的傅里叶分量衰减程度不同，因而输出信号发生畸变，通常频率频率0 0到到f fc c(截止频率，以赫兹即HZ为单位)范围内的谐波在传输过程中无衰减，而截止频率以上的所有谐范围内的谐波在传输过程中无衰减，而截止频率以上的所有谐波在传输过程中衰减极大波在传输过程中衰减极大。如果带宽低到仅允许最低几次谐波通过，亦即上式只取前几项近似值。上图(b)画出了信道仅允许1次谐波通过时的情形。类似地，上图(c)-(e)为信道带宽较宽时得到的频谱及合成函数。第17页/共112页网络世界有你有我傅里叶分析和有限带宽信号结论：结论：信道的带宽越大，允许通过的谐波越多，数字信号的失真越小。信道的带宽越大，允许通过的谐波越多，数字信号的失真越小。带宽固定时，数据速率越高，信号失真越大。带宽固定时，数据速率越高，信号失真越大。速率&带宽 第18页/共112页网络世界有你有我ABAB宽带线路窄带线路在宽带线路上比特传播得快在宽带线路上比特传播得快 在窄带线路上比特传播得慢在窄带线路上比特传播得慢 带宽概念第19页/共112页网络世界有你有我A AB BA AB B宽带线路窄带线路宽带线路：宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路。每秒有更多比特从计算机注入到线路。宽带线路宽带线路和和窄带线路窄带线路上比特的传播速率是一样的。上比特的传播速率是一样的。带宽概念第20页/共112页网络世界有你有我如：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：宽带和窄带线路：车速一样车速一样宽带线路：宽带线路：车距缩短车距缩短第21页/共112页网络世界有你有我第22页/共112页网络世界有你有我并行通信与串行通信n并行通信是是利利用用并并行行端端口口在在两两台台设设备备间间进进行行通通信信，一一次次可以传输可以传输8位数据位数据发发送送端端接接收收端端123456781100101112345678哪些属于并行通信、哪些属于串行通信？哪些属于并行通信、哪些属于串行通信？第23页/共112页网络世界有你有我并行通信与串行通信n串行通信n是是利利用用串串行行端端口口在在两两台台设设备备间间进进行行通通信信，一一次次可可以以传传输输1位位数数据据。由由于于计计算算机机内内部部总总线线上上传传输输的的是是并并行行数数据据，所所以以在在发发送送端端要要做做并并/串串转转换换，在在接接收收端端要要做做串串/并并转转换换。使使用用COM口口，由由计计算算机机内内部部的的串串行行通通信信适适配配器器进进行行转转换换。在在局域网中也采用串行通信，由网卡负责串局域网中也采用串行通信，由网卡负责串/并转换并转换。发发送送端端接接收收端端并串转换串并转换第24页/共112页网络世界有你有我通信方向单工通信 传送的信息始终是一个方向传送的信息始终是一个方向发发送送端端接接收收端端报文报文检测信号检测信号第25页/共112页网络世界有你有我 通信方向半双工通信 信息可以双向传递，但不能同时进行信息可以双向传递，但不能同时进行接接收收端端报文报文发发送送端端发发送送端端接接收收端端第26页/共112页网络世界有你有我通信方向全双工 同一时刻，在两个方向同时通信同一时刻，在两个方向同时通信报文报文接接收收端端发发送送端端发发送送端端接接收收端端第27页/共112页网络世界有你有我通信方向第28页/共112页数据通信基础多路复用技术第29页/共112页网络世界有你有我多路复用共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a)不使用复用技术(b)使用复用技术复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。是通信技术中的基本概念。第30页/共112页网络世界有你有我多路复用多多路路复复用用技技术术就是把许多信号在单一的传输线路上用单一的传输设备进行传输的技术。采用多路复用技术把多个信号组合在一条物理线缆上传输，在远距离传输时可大大节省线缆的安装和维护费用。常使用的多路复用技术是？第31页/共112页网络世界有你有我FDMFrequency Division Multiplexing时间频率频率频率频率 1 1频率频率 2 2频率频率 3 3频率频率 4 4频率频率 5 5第32页/共112页网络世界有你有我FDM第33页/共112页网络世界有你有我FDMGroup 12路*4KHz（3k+2*500Hz）=48kHzSupergroup 5个Group=5*48kHz=240kHzMastergroup（CCITT）5个Supergroup （300路、北美）10个Supergroup（600路、日本）第34页/共112页网络世界有你有我TDM Time Division Multiplexing Time Division Multiplexing 将一条物理信道按时间分成若干时间片轮流将一条物理信道按时间分成若干时间片轮流地给多个信号源使用；地给多个信号源使用；时隙时隙TDMTDM帧帧每一时间片由复用的一个信号源占用；每一时间片由复用的一个信号源占用；每一个用户所占用的时隙是每一个用户所占用的时隙是周期性地出现周期性地出现（其周期就是（其周期就是 TDM TDM 帧的长度）帧的长度）第35页/共112页网络世界有你有我TDM频率时间B C DB C DB C DB C DAAAAA 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第36页/共112页网络世界有你有我TDM 频率时间C DC DC DAAAABBBB C DB 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第37页/共112页网络世界有你有我TDM 频率时间BDBDBDAAAA BCCCC DC 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第38页/共112页网络世界有你有我TDM 频率时间B CB CB CAAAA B CDDDDD 在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧第39页/共112页网络世界有你有我TDM(?)ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户使用时分复用系统传送计算机数据时，使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。分配到的子信道的利用率一般是不高的。第40页/共112页网络世界有你有我 STDM(Statistic TDM)用户ABCDabcdttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用第41页/共112页网络世界有你有我TDM应用-T1线路贝尔系统贝尔系统T1T1载波（载波（1.544Mbps)1.544Mbps)电话的带宽为电话的带宽为4KHZ4KHZ，每秒进行，每秒进行80008000次采样即可还原信号，即采样周期为：次采样即可还原信号，即采样周期为：T=1/8000=125usT=1/8000=125us；如用如用8bit8bit来表示每个采样值，则一路电话需要来表示每个采样值，则一路电话需要8*8K=64Kbps 8*8K=64Kbps 的数据传输的数据传输率；率；如要传如要传2424路电话，则要求信道数据传输率为路电话，则要求信道数据传输率为24*64Kbps=1.544Mbps24*64Kbps=1.544Mbps；在一个采样周期在一个采样周期T=125us T=125us 内要传输内要传输 8*24+1=193 bit 8*24+1=193 bit。第42页/共112页网络世界有你有我TDME1E1载波载波(2.048Mbps)(2.048Mbps)这个载波将32个8位数据样本组成1个125s的基本帧，30个信道用于传信息，2个信道用于传控制信号。CH0CH1CH15CH16CH17CH311515个话路个话路同步同步传递信令传递信令第43页/共112页网络世界有你有我WDM Wavelength Division Multiplexing DWDM 波分复用就是光的频分复用波分复用就是光的频分复用 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器第44页/共112页网络世界有你有我CDM-码分复用 常用的名词是常用的名词是码分多址码分多址 CDMA CDMA (Code Division Multiple Access)(Code Division Multiple Access)各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。于白噪声，不易被敌人发现。CDMACDMA移动容量比模拟网大倍，比大至倍，移动容量比模拟网大倍，比大至倍，CDMACDMA系统通话质量好，网络规划灵活，扩展简单；系统通话质量好，网络规划灵活，扩展简单；CDMACDMA手机发射功率小，电池使用寿命长。手机发射功率小，电池使用寿命长。第45页/共112页数据通信基础数据传输技术第46页/共112页网络世界有你有我数据传输技术同步方式和异步方式同步方式和异步方式模拟传输与数字传输模拟传输与数字传输基带传输和频带传输基带传输和频带传输传输中的编码技术传输中的编码技术第47页/共112页网络世界有你有我同步?什么是同步什么是同步让接收方知道一位数据的开始和结束让接收方知道一位数据的开始和结束让接收方知道几个字符或一组数据的开始和结束让接收方知道几个字符或一组数据的开始和结束 1、位同步位同步位同步使接收端知道一位的开始和结束位同步使接收端知道一位的开始和结束内同步方式：如曼彻斯特、差分曼彻斯特内同步方式：如曼彻斯特、差分曼彻斯特外同步方式：归零、不归零编码外同步方式：归零、不归零编码 2、字符同步：、字符同步：用于确定字符的开始和结束用于确定字符的开始和结束一般在一个字符或一组数据前加若干特殊字符实现一般在一个字符或一组数据前加若干特殊字符实现 3、帧同步、帧同步用于区分数据块或帧的开始与结束用于区分数据块或帧的开始与结束第48页/共112页网络世界有你有我同步比特的传送和接收是通过采用定时时钟来完成的比特的传送和接收是通过采用定时时钟来完成的。发送方：发送方：利用时钟来决定每个比特的起始和结束。接收方：接收方：利用时钟确定对信号进行采样取值的位置和间隔时间。一般，它们都产生自己的漂移漂移，引起两个连续采样之间的间隔比所希望的变长了或变短了。（使两个独立的时钟精确同步是不太可能的）例如，对于一种产生100bps的数据流，应该每隔0.01秒有一个时钟信号；但由于时钟的漂移，偏差范围从0.01-到0.01+，的大小取决于时钟的产生方法。第49页/共112页网络世界有你有我同步第50页/共112页网络世界有你有我同步时钟漂移时钟漂移会引起接收方在确定一个比特的起始和结束位置时发生错误。解决方案：解决方案：异步法，异步法，发送方和接收方独立地产生时钟，但定期地进行同步。发送方和接收方独立地产生时钟，但定期地进行同步。同步法，同步法，接收端时钟完全由发送方时钟控制，接收端时钟完全由发送方时钟控制，也就是说，接收方时钟与发送方时钟是严格同步的。两种传输方式两种传输方式第51页/共112页网络世界有你有我异步传输在异步传输中，数据以字符为单元发送；在异步传输中，数据以字符为单元发送；每个字符的长度根据所使用的编码方案可以是每个字符的长度根据所使用的编码方案可以是5 5到到8 8个比特。个比特。如：常用的如：常用的ASCIIASCII编码每个字符编码每个字符7 7个比特；个比特；IBMIBM机器上采用的机器上采用的EBCDICEBCDIC编码是每个编码是每个 字符字符8 8个比特。个比特。第52页/共112页网络世界有你有我异步传输第53页/共112页网络世界有你有我异步传输第54页/共112页网络世界有你有我同步传输同步传输同步传输，可以面向字符面向字符，也可以面向比特面向比特；面向字符面向字符：传输的数据必须由规定的字符集（如ASCII）中的字符组成；面向比特面向比特：由任意比特构成的数据块帧；数据加上前缀、后缀和控制信息就形成了帧数据加上前缀、后缀和控制信息就形成了帧。准确的帧格式取决于所使用的数据链路控制协议。第55页/共112页网络世界有你有我同步传输第56页/共112页网络世界有你有我同步传输第57页/共112页网络世界有你有我数据传输基带传输基带传输 基带信号基带信号 原始的信号原始的信号 在信道上直接传送基带信号在信道上直接传送基带信号 基带信号从直流到高频占用频谱宽基带信号从直流到高频占用频谱宽 基带传输占用整个线路提供的频率范围基带传输占用整个线路提供的频率范围 基带传输距离短基带传输距离短频带传输频带传输 利用调制解调器将基带信号进行频谱搬移，变换为适合传输的信号利用调制解调器将基带信号进行频谱搬移，变换为适合传输的信号 频带传输距离长频带传输距离长第58页/共112页网络世界有你有我数据传输方式数据数据和传送数据所采用的和传送数据所采用的信号信号是两个完全不同的概念。是两个完全不同的概念。信号信号是数据的具体表示形式，它和数据有一定关系，但又和数是数据的具体表示形式，它和数据有一定关系，但又和数据不同。据不同。模拟数据可以用模拟信号传输，也可以用数字信号传输；同样，模拟数据可以用模拟信号传输，也可以用数字信号传输；同样，数字数据可以用数字信号传输，也可以用模拟信号传输。数字数据可以用数字信号传输，也可以用模拟信号传输。这样就构成了四种方式。在每一种方式中，数据信息所对应的这样就构成了四种方式。在每一种方式中，数据信息所对应的具体传输信号状态称为具体传输信号状态称为数据编码数据编码。第59页/共112页网络世界有你有我模拟信号传输模拟数据在在电电话话机机和和本本地地局局交交换换机机之之间间所所传传输输的的信信号号就就是是采采用用这这种种编编码码方方式式。模模拟拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。无无线线语语音音广广播播是是模模拟拟信信号号传传输输模模拟拟数数据据的的另另一一个个例例子子。有有效效的的传传输输需需要要比比较较高高的的频频率率。对对于于无无导导线线传传播播，传传送送基基带带信信号号几几乎乎是是不不可可能能的的，因因为为那那将将需要直径为好几公里长的天线。另外，调制有助于频分复用。需要直径为好几公里长的天线。另外，调制有助于频分复用。我我们们把把结结合合输输入入信信号号m(t)m(t)和和频频率率为为f fc c的的载载波波产产生生传传输输信信号号S(t)S(t)的的过过程程称称为为调调制制。结结果果所所得得到到的的信信号号S(t)S(t)的的带带宽宽通通常常是是在在以以f fc c为为中中心心的的一一个个有有限限范范围围内内。下下图图（2-62-6）示示出出了了一一个个以以低低频频正正弦弦调调制制波波加加载载到到高高频频正正弦弦载载波波的的振振幅调制例子。幅调制例子。第60页/共112页网络世界有你有我模拟信号传输模拟数据第61页/共112页网络世界有你有我模拟信号传输数字数据如果将数字数据用模拟信号传输，在发送端需要将数字信号转换成模拟信号-调制调制，在接收端需要做相反的变换-解调解调通信子网第62页/共112页网络世界有你有我数字数字数据用模拟信号传输载波载波 U(t)=Asin(U(t)=Asin(t+t+)其中其中A A为振幅，为振幅，为角频率，为角频率，为相位为相位三者的任何变化都将影响波形，故它们被称为正弦波的控制参三者的任何变化都将影响波形，故它们被称为正弦波的控制参数数可以改变正弦波的三个控制参数，使其出现不同的波形，即可可以改变正弦波的三个控制参数，使其出现不同的波形，即可区别开区别开“0 0”和和“1 1”，故这三个参数又称为调制参数，故这三个参数又称为调制参数依信号调制的参数不同，可将调制分为基本的三种：幅度调制，依信号调制的参数不同，可将调制分为基本的三种：幅度调制，频率调制和相位调制。频率调制和相位调制。第63页/共112页网络世界有你有我数字数字数据用模拟信号传输1、振幅调制（振幅调制（ASK）用基带脉冲控制载波信号的振幅，当脉冲为1时，振幅为A，脉冲为零时振幅为0 例 0 1 1 0 1 0 0 1第64页/共112页网络世界有你有我数字数字数据用模拟信号传输2、频率调制（频率调制（FSK）用基带脉冲控制载波信号的频率，当脉冲为1时，载波信号的角频率为2f1，当脉冲为0时，载波信号的角频率为2f2 例 0 1 1 0 1 0 0 1第65页/共112页网络世界有你有我数字数字数据用模拟信号传输3、相位调制（相位调制（PSK）用基带脉冲控制载波信号的初始相位，分为绝对相位调制、相对相位调制和多项调制等 例 0 1 1 0 1 0 0 1第66页/共112页网络世界有你有我数字数字数据用模拟信号传输第67页/共112页网络世界有你有我modem1270Hz1070Hz1001组合器调制原理调制原理第68页/共112页网络世界有你有我modem组合器10011270Hz带通滤波器1070Hz带通滤波器解调原理解调原理第69页/共112页网络世界有你有我数字数据编码（数字信号传输数字数据）在数字信号传输数字数据的编码方式中，通信的在数字信号传输数字数据的编码方式中，通信的 源端和目的端源端和目的端所发出和接收的以及中间媒体所传输的都是跳变的数字信号。具体用所发出和接收的以及中间媒体所传输的都是跳变的数字信号。具体用什么样的数字信号表示什么样的数字信号表示0 0以及用什么样的数字信号表示以及用什么样的数字信号表示1 1就是所谓的编就是所谓的编码。编码的规则可以有多种，原则上只要能有效地把码。编码的规则可以有多种，原则上只要能有效地把1 1和和0 0区分开就行。区分开就行。常用的编码方案有常用的编码方案有不归零制不归零制、曼彻斯特编码曼彻斯特编码和和差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码等。等。通信子网第70页/共112页网络世界有你有我数字数据编码 例 0 1 1 0 1 0 0 11、不归零编码不归零编码当传输的数据为1时有正电压，0时负电压需要有同步信号第71页/共112页网络世界有你有我数据序列单极性不归零码单极性归零码双极性不归零码双极性归零码 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 数字数据编码第72页/共112页网络世界有你有我数字数据编码2、曼彻斯特编码、曼彻斯特编码设二进制信号周期（码元时间）为T，在每个周期内都产生一次跳变用做同步，由高到低代表零，反之代表1（前半个周期用反码后半个周期用原码）例 0 1 1 0 1 0 0 1第73页/共112页网络世界有你有我数字数据编码3、差分曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码在每个脉冲中间产生跳变，起同步作用，若传输数据为1则在脉冲的开始不跳变，为0则产生跳变 例 0 1 1 0 1 0 0 1第74页/共112页网络世界有你有我数据序列曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码不归零相对编码见 1 反转 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 数字数据编码第75页/共112页网络世界有你有我数字数据编码第76页/共112页网络世界有你有我4B/5B编码编码思想每次对4位数据进行编码；每4位数据编码成5位码组；保证每组中至少有两个“1”，即两次跳变，做同步信号；只使用5位32种组合中的24种（16种对应16种4位数据组合，8种用做控制码）。第77页/共112页网络世界有你有我4B/5B编码符号符号4位位4B/5B符号符号4位位4B/5B0000011110810001001010001010019100110011200101010010101010110300111010111101110111401000101012110011010501010100113110111011601100111014111011100701110111115111111101第78页/共112页网络世界有你有我模拟信号数字化模拟信号数字化-PCM方法43211 043211、采样2、量化3、编码第79页/共112页网络世界有你有我PCM方法1 1、采样、采样(取样取样)按照一定的时间间隔采样测量模拟信号的幅值;采用频率 F=2BH.Nyguist定理：若以大于或等于信道带宽2倍的频率定时对信号进行采样，其样本可以包含足以重构原模拟信号的所有信息第80页/共112页网络世界有你有我PCM方法2、量化、量化取样点处测得的信号幅值分级取整按模拟信号最大幅值等分为若干级，样值按此舍入取整分级越多，误差越小3、编码、编码用相应的二进制数表示量化后的采样样本M=log2k M表示二进制位数，k表示量化级第81页/共112页网络世界有你有我PCM方法如何提高传输效率？如何提高传输效率？第82页/共112页网络世界有你有我PCM方法结论：分级多分级多误差小误差小传输效率传输效率二进制位数多二进制位数多改进方法改进方法：DPCMDPCM（差分脉码调制）（差分脉码调制）DMDM（增量调制）（增量调制）第83页/共112页数据通信基础交换技术第84页/共112页网络世界有你有我数据交换技术“交换交换”(switching)(switching)的含义就是的含义就是转接转接把一条电话线转接到另一条电话线，使它们把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。连通起来。从通信资源的分配角度来看，从通信资源的分配角度来看，“交换交换”就是就是按照某种方式按照某种方式动态地分配动态地分配传输线路的资源。传输线路的资源。数据交换的概念数据交换的概念在数据通信系统中，需要有一个公用的交换网络在两点间进行转接。两台计算机通信时，信号需要通过某种方式经过公共交换网中的多个网络结点，我们把信号通过网络结点的方式称为数据交换。第85页/共112页网络世界有你有我 线路交换 原原理理：在两个通信站点之间建立一条物理通路，将要发送的数据发送出去。1256473第86页/共112页网络世界有你有我线路交换电路交换分三个阶段：电路交换分三个阶段：1、建立电路阶段：呼叫-应答 如长途电话2、发送数据3、电路拆除主要特点：主要特点：线路专用、速度快各结点不能存储数据不能进行差错检验，线路利用率低适合大量数据传输、交互式会话类的通信第87页/共112页网络世界有你有我线路交换第88页/共112页网络世界有你有我电路交换举例A 和 B 通话经过四个交换机通话在 A 到 B 的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA第89页/共112页网络世界有你有我电路交换举例C 和 D 通话只经过一个本地交换机通话在 C 到 D 的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA第90页/共112页网络世界有你有我报文交换原理：原理：将要发送的数据、控制信息（同步、差错检验信息）、源地址、目的地址等按一定格式组装成一个报文，在通信子网上逐站的传递，有空闲线路就向下站传递，否则就存储起来。主要特点主要特点:不需要建立专线连接，线路利用率高能进行差错检验有存储转发功能，可以对不同速率的线路进行转换。不能进行实时、交互式的通信第91页/共112页网络世界有你有我报文交换第92页/共112页网络世界有你有我分组交换分组交换-数据报数据报原理原理：将报文切割成多个较小的分组，将报文号、分组号、控制信息（同步、差错检验信息）、源地址、目的地址等按一定格式组装起来（如图）采用存储转发方式在通信子网上逐站传递，不同的分组可以经过不同的路径，到达的顺序也可以不同，到达目的地后再将报文重新组装起来报文分组格式示意图报文号报文号 分组号分组号 目的地址目的地址源地址源地址数据数据 校验校验第93页/共112页网络世界有你有我数据报数据报第94页/共112页网络世界有你有我 数据报主要特点不需要建立专线连接，线路利用率高不需要建立专线连接，线路利用率高;有存储转发功能，能进行差错检验有存储转发功能，能进行差错检验;不能进行实时、交互式的通信不能进行实时、交互式的通信;同一报文的多个分组可能经过不同的路径到达目的地同一报文的多个分组可能经过不同的路径到达目的地;有可能出现乱序、分组丢失、重复等现象有可能出现乱序、分组丢失、重复等现象;由由于于每每个个分分组组都都要要携携带带完完整整的的附附加加信信息息，所所以以用用于于控控制制、处处理理数数据据传传输的软件较复杂。输的软件较复杂。第95页/共112页网络世界有你有我分组交换分组交换-虚电路虚电路原理 将报文分组，发送数据前先在通信的双方之间建立一条连接，与电路交换方式不同，该连接不是独占的，所以称为虚电路。将所有分组按顺序沿虚电路逐站传递。第96页/共112页网络世界有你有我虚电路虚电路第97页/共112页网络世界有你有我虚电路虚电路主要特点：主要特点：分组发送前在发送端和接收端之间建立逻辑连接；分组发送前在发送端和接收端之间建立逻辑连接；多多分分组组经经同同一一路路径径传传输输，分分组组传传输输过过程程中中，各各节节点点不不再再有有路路径径选选择择问问题题，各各分分组组不不需需要要源源地地址址目目的的地地址；址；各各节节点点均均有有纠纠错错功功能能，不不会会出出现现乱乱序序、分分组组丢丢失失、重复等现象；重复等现象；任一结点可以连接多条虚电路；任一结点可以连接多条虚电路；虚虚电电路路综综合合了了其其他他数数据据交交换换方方式式的的优优点点，是是一一种种较较好的、可靠的数据交换方式。好的、可靠的数据交换方式。第98页/共112页网络世界有你有我数 据数 据数 据分组交换F 在发送端把要发送的报文分隔为较短的数据块F 每个块增加带有控制信息的首部构成分组（包）F 依次把各分组发送到接收端F 接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数 据分组11010011101 11010011101 00101001110 00101001110报文发送端首部分组数 据首部分组首部数 据发送发送发送在前发送接收端数 据首部数 据首部数 据首部 00101001110 00101001110第99页/共112页网络世界有你有我H1H5H2H4H3H6发送的分组路由器AEDBC网络核心部分主机第100页/共112页网络世界有你有我分组交换网的示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组H2 向 H6 发送分组注意分组路径的变化！路由器主机第101页/共112页网络世界有你有我注意分组的存储转发过程H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 发送分组路由器主机在路由器 E 暂存查找转发表找到转发的端口最后到达目的主机 H5在路由器 C 暂存查找转发表找到转发的端口在路由器 A 暂存查找转发表找到转发的端口第102页/共112页网络世界有你有我三种交换的比较 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A B C D A B C DA B C D报文交换电路交换分组交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放数据传送的特点比特流直达终点报文报文报文分组 分组 分组存储转发存储转发存储转发存储转发第103页/共112页网络世界有你有我CDMA第104页/共112页网络世界有你有我CDMA 扩频第105页/共112页网络世界有你有我CDMACDMACDMA给每一用户分配一个唯一的给每一用户分配一个唯一的码序列码序列（扩频码），并用它（扩频码），并用它对对承载信息的信号进行编码承载信息的信号进行编码。接收方对收到的信号进行接收方对收到的信号进行解码解码，并恢复出原始数据；，并恢复出原始数据；码序列的带宽码序列的带宽 所承载信息的信号的带宽所承载信息的信号的带宽 所以也称为扩频调制，其所产生的信号