第2章数据通信与广域网技术PPT讲稿.ppt

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1、第2章数据通信与广域网技术第1页，共102页，编辑于2022年，星期一本章学习要求：l掌握：物理层与物理层协议的基本概念。掌握：物理层与物理层协议的基本概念。l掌握：掌握：数据通信的基本概念。数据通信的基本概念。l了解：无线与卫星通信技术的基本概念。了解：无线与卫星通信技术的基本概念。l掌握：数据编码的类型和基本方法。掌握：数据编码的类型和基本方法。l了解：基带传输的基本概念。了解：基带传输的基本概念。l掌握：频带传输的基本概念。掌握：频带传输的基本概念。l掌握：多路复用的分类与特点。掌握：多路复用的分类与特点。l掌握：广域网中的数据交换技术。掌握：广域网中的数据交换技术。l掌握：同步数字体系

2、掌握：同步数字体系SDH的基本概念。的基本概念。2第2页，共102页，编辑于2022年，星期一2 物理层与物理层协议的基本概念物理层的基本概念 l通信子网分为点通信子网分为点-点通信线路通信子网与广播信道通信子网点通信线路通信子网与广播信道通信子网;l广域网主要采用点到点通信线路，局域网与城域网一般广域网主要采用点到点通信线路，局域网与城域网一般采用广播信道采用广播信道;l由于技术上存在较大的差异，因此在物理层和数据链路层协议由于技术上存在较大的差异，因此在物理层和数据链路层协议上出现了两个分支，一类是基于点上出现了两个分支，一类是基于点-点通信线路，另一类是基点通信线路，另一类是基于广播信道

3、。于广播信道。3第3页，共102页，编辑于2022年，星期一物理层基本服务功能l物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特流；质上传输各种数据的比特流；l计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏很大的差异，设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性；蔽通信技术的差异性；l数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理数据链路实体通过与物理层的接口，将数据传送给物理层，通过物理层按比特流的顺序，将信号

4、传输到另一个层，通过物理层按比特流的顺序，将信号传输到另一个数据链路实体。数据链路实体。4第4页，共102页，编辑于2022年，星期一物理层向数据链路层提供的服务 l物理连接的建立、维护与释放物理连接的建立、维护与释放；l物理连接分为点物理连接分为点-点连接与多点连接点连接与多点连接；l数据传输分为全双工、半双工与单工方式数据传输分为全双工、半双工与单工方式；l数据传输分为串行传输方式与并行传输方式数据传输分为串行传输方式与并行传输方式；l串行传输方式的物理数据服务单元是位；串行传输方式的物理数据服务单元是位；并行传输方式的物理数据服务单元是并行传输方式的物理数据服务单元是N位，位，N为并行连

5、接的物理为并行连接的物理通道数。通道数。5第5页，共102页，编辑于2022年，星期一2.1 数据通信的基本概念2.1.1 信息、数据与信号1.1.信息的基本概念信息的基本概念信息的基本概念信息的基本概念l通信的目的是交换信息，通信的目的是交换信息，信息的载体可以是数字、文字、语音、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、语音、图图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合；形或图像的组合；l为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；图像用二进

6、制代码的数据来表示；l为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示；信号编码的方式表示；l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、符号的二进制代码二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程。比特序列的模拟或数字信号的过程。6第6页，共102页，编辑于2022年，星期一信息编码标准lASCII 码被国际标准化组织码被国际标准化组织ISO接受，成为国际标准接受，成为国际标准ISO 646，又称为国际又称为国际5号码号码;l它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标

7、准它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准;lASCII码采用码采用7位二进制比特编码，可以表示位二进制比特编码，可以表示128个字符个字符;l字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。运算符号、商用符号等。7第7页，共102页，编辑于2022年，星期一多媒体网络应用多媒体网络应用l利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重要内容之一；究的重要内容之一；l与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求与文本、图形信息传输相比较，语音

8、、图像信息传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性；数据通信系统具有高速率与低延时的特性；l多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高的要求。的要求。8第8页，共102页，编辑于2022年，星期一2.2.信号的概念信号的概念 l信号是数据在传输过程中电信号的表示形式；信号是数据在传输过程中电信号的表示形式；l模拟信号（模拟信号（analog signal）的信号电平是连续变化的；的信号电平是连续变化的；l数字信号（数字信号（digital signal）是用两种不同的电平去表示是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示

9、；比特序列的电压脉冲信号表示；l按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。信系统与数字通信系统两种。9第9页，共102页，编辑于2022年，星期一l模拟信号波型模拟信号波型l数字信号波型数字信号波型10第10页，共102页，编辑于2022年，星期一2.1.1.1 数据传输类型与通信方式 网络中两台计算机的通信过程网络中两台计算机的通信过程 11第11页，共102页，编辑于2022年，星期一网络通信系统设计中要解决的几个基本问题网络通信系统设计中要解决的几个基本问题l数据传输类型数据传输类型 模拟通信模拟通信 数

10、字通信数字通信l数据通信方式数据通信方式 串行通信、并行通信串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信单工通信、半双工或全双工通信l同步方式同步方式 同步通信同步通信 异步通信异步通信12第12页，共102页，编辑于2022年，星期一串行通信与并行通信串行通信与并行通信 13第13页，共102页，编辑于2022年，星期一单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信 14第14页，共102页，编辑于2022年，星期一同步通信与异步通信同步通信与异步通信15第15页，共102页，编辑于2022年，星期一同步技术同步技术1）位同步(要求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

11、己的时间基准与时钟频率。)（1）内同步n从数字信号波形中提取同步信号。n采用曼彻斯特或差分曼彻斯特编码 接收信号中分离同步时钟（因为每一位中间都有跳变）。（2）外同步 n在发数据之前，发送端先向接收端发一串同步时钟,接收端按这一时钟脉冲频率，调整接收时序，把接收时钟重复频率锁定在同步频率上，从而始终保持同步。16第16页，共102页，编辑于2022年，星期一字符字符1起始起始位位数据数据位位0数据数据位位1数据数据位位2数据数据位位3数据数据位位4数据数据位位5数据数据位位6校验校验位位终止终止位位终止终止位位字符字符2字符字符3字符字符4任意间隔任意间隔任意间隔2）字符同步（1）异步式（群同

12、步）所谓“群”是以字符为单位，在字符前加起始位，在结束处加上停止位。17第17页，共102页，编辑于2022年，星期一异步方式（群同步）的特点：l每个字符代码前后的起始和停止位标识字符的开始和结束；l起始和停止位兼作线路两端的同步时钟，不再需要额外时钟同步；l字符之间间隔任意；l速率较低，适合于误码率高及对数据速率低的线路。（101500字符/秒）18第18页，共102页，编辑于2022年，星期一（2）同步方式发送端连续发送一串字符（即数据块），一个字符紧接在另一个字符之后，字符间没有间隔。每个数据块用一个同步字符SYN（即01111110）开始，用一个SYN结束。SYNABXSYN可变长度的

13、字符数据块可变长度的字符数据块19第19页，共102页，编辑于2022年，星期一2.1.2 传输介质的主要类型l双绞线双绞线l同轴电缆同轴电缆l光纤电缆光纤电缆l无线与卫星通信信道无线与卫星通信信道20第20页，共102页，编辑于2022年，星期一1.1.双绞线的主要特性双绞线的主要特性l 屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPl 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP21第21页，共102页，编辑于2022年，星期一双绞线双绞线双绞线屏蔽双绞线（STP Shielded Twisted Pair）非屏蔽双绞线（UTP Unshielded Twisted Pair）抗干扰性好，性能高，但成本也较高，被抗干扰性

14、好，性能高，但成本也较高，被广泛使用，用于远程中继线时，可以达到广泛使用，用于远程中继线时，可以达到十几千米十几千米。性能价格比好，传输距离一般为性能价格比好，传输距离一般为100米。米。22第22页，共102页，编辑于2022年，星期一双绞线双绞线Twisted-pairTwisted-pair八芯四对，两两成对，相互缠绕只有四根芯工作，两根发送，两根接收双绞的目的是抵消串扰UTP有1、2、3、4、5五类，常用3类和5类线传输距离100米用于10兆（3类线）、100兆网络（5类线以上）23第23页，共102页，编辑于2022年，星期一Pc-hubPc-hub10兆网线序一致就可以，100兆要

15、求规范橙橙白白-橙橙-绿绿白白-兰兰-兰兰白白-绿绿-棕棕白白-棕棕（568B）24第24页，共102页，编辑于2022年，星期一Pc-pcPc-pc、hub-hubhub-hub交叉交叉线线568A现在的hub有集联口25第25页，共102页，编辑于2022年，星期一2.2.同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性 26第26页，共102页，编辑于2022年，星期一l传输特性：基带和宽带l连通性：点点和多点连接l地理范围：几公里到几十公里l抗干扰性：较强l价格：位于双绞线和光缆之间27第27页，共102页，编辑于2022年，星期一光缆光缆光纤是网络传输介质中性能最好应用前途最广泛的一种。光纤是网

16、络传输介质中性能最好应用前途最广泛的一种。光纤光纤单模单模多模多模指光纤做得极细，接近光波波长，光信指光纤做得极细，接近光波波长，光信号只能与光纤轴成单个可辨认角度传输，号只能与光纤轴成单个可辨认角度传输，成本较高，在几千米内能以几千兆位每成本较高，在几千米内能以几千兆位每秒的速率传输。秒的速率传输。比单膜的纤芯粗，与光纤轴成多个可比单膜的纤芯粗，与光纤轴成多个可辨认角度舆，成本较低，但性能差一辨认角度舆，成本较低，但性能差一些些28第28页，共102页，编辑于2022年，星期一光纤通信原理光纤通信原理29第29页，共102页，编辑于2022年，星期一3.3.光纤电缆的主要特性光纤电缆的主要特

17、性30第30页，共102页，编辑于2022年，星期一单模光纤与多模光纤的比较单模光纤与多模光纤的比较 31第31页，共102页，编辑于2022年，星期一无线通信与卫星通信电磁波普与移动通信英国物理学家Maxwell德国物理学家Hertz32第32页，共102页，编辑于2022年，星期一 地面微波通信 卫星通信 光纤 无线电AM 无线电FM双绞线 同轴电缆 电视频道 可见光可见光红外微波无线 紫外X射线射线100 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1020 1022 1024通信医疗、科研等33第33页，共102页，编辑于2022年，星期一4.4.无线与卫星通信技术

18、无线与卫星通信技术l电磁波的传播有两种方式：电磁波的传播有两种方式：以无线方式一种是在自由空间中传播；以无线方式一种是在自由空间中传播；以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。l目前目前以无线方式进行以无线方式进行通信的主要有：通信的主要有：无线（无线（radio）；）；微波（微波（microwave）；）；红外（红外（infrared）；）；可见光（可见光（visible light）。）。34第34页，共102页，编辑于2022年，星期一无线通信：易受天气等因素影响，信号幅度变化大，容易被干扰；技术成熟，应用广泛，能用较小的发射功率传输到较远的距

19、离。微波通信：只能进行视距传输，大气对微波信号的吸收与散射影响较大；可以用很小的功率进行远距离通讯，可以获得较大的通信带宽。卫星通信：特殊微波通信形式，可克服地面微波距离限制，3个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域。红外通信和激光通信：和微波一样，有很强的方向性，沿直线传播；需要将传输信号事先转换成红外光信号和激光信号。35第35页，共102页，编辑于2022年，星期一（1 1）微波通信）微波通信 l视距传播视距传播l电离层反射电离层反射36第36页，共102页，编辑于2022年，星期一（2 2）蜂窝无线通信蜂窝无线通信 多址接入方法：多址接入方法：l频分多址接入（频分多址接入（FDMA）l时

20、分多址接入（时分多址接入（TDMA）l码分多址接入（码分多址接入（CDMA）37第37页，共102页，编辑于2022年，星期一（3 3）卫星通信）卫星通信 38第38页，共102页，编辑于2022年，星期一2.3 数据编码技术2.3.1 数据编码类型39第39页，共102页，编辑于2022年，星期一2.3.1.1 模拟数据编码方法 40第40页，共102页，编辑于2022年，星期一l传传统统的的电电话话通通信信信信道道是是为为传传输输语语音音信信号号设设计计的的，只只适适用用于于传传输输音音频频范范围围（300Hz3400Hz）的的模模拟拟信信号号，无无法法直直接接传传输输计计算算机的数字信号

21、；机的数字信号；l为为了了利利用用模模拟拟语语音音通通信信的的电电话话交交换换网网实实现现计计算算机机的的数数字字数数据据信信号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号；号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号；l将将发发送送端端数数字字数数据据信信号号变变换换成成模模拟拟数数据据信信号号的的过过程程称称为为调调制制，将将调制设备称为调制器（调制设备称为调制器（modulator）；）；l将将接接收收端端模模拟拟数数据据信信号号还还原原成成数数字字数数据据信信号号的的过过程程称称为为解解调调，将将解调设备称为解调器（解调设备称为解调器（demodulator）；）；l同时具备调制与解调功能的

22、设备称为调制解调器（同时具备调制与解调功能的设备称为调制解调器（modem）。41第41页，共102页，编辑于2022年，星期一l在调制过程中，选择音频范围内的某一角频率在调制过程中，选择音频范围内的某一角频率的正（余）弦的正（余）弦信号作为载波，该正（余）弦信号可以写为：信号作为载波，该正（余）弦信号可以写为：u（t）=umsin（t+0）l3个可以改变的电参量：个可以改变的电参量：振振 幅幅 um 角频率角频率 相相 位位 l可以通过变化可以通过变化3个电参量，来实现模拟数据信号编码的目的。个电参量，来实现模拟数据信号编码的目的。42第42页，共102页，编辑于2022年，星期一1.1.振

23、幅键控（振幅键控（amplitude shift keying,ASKamplitude shift keying,ASK）u um msinsin（1 1t+t+0 0）数字数字1 1 u u（t t）=0 0 数字数字0 0l振幅键控振幅键控ASKASK信号实现容易，技术简单，但抗干扰能力较信号实现容易，技术简单，但抗干扰能力较差。差。43第43页，共102页，编辑于2022年，星期一2.2.移频键控（移频键控（frequency-shift keying，FSK FSK）u um msinsin（1 1t+t+0 0）数字数字1 1 u u（t t）=u um msinsin（2 2t+

24、t+0 0）数字数字0 0l移频键控移频键控FSK信号实现容易，技术简单，抗干扰能力较强，是信号实现容易，技术简单，抗干扰能力较强，是目前最常用的调制方法之一。目前最常用的调制方法之一。44第44页，共102页，编辑于2022年，星期一3.3.移相键控（移相键控（phase-shift keyingphase-shift keying，PSKPSK）l绝对调相绝对调相 u um msinsin（t+0t+0）数字数字1 1 u u（t t）=u um msinsin（t+t+）数字数字0 0l移相键控可以分为移相键控可以分为：绝对调相绝对调相 相对调相相对调相 二相调相二相调相 多相调相多相调

25、相 45第45页，共102页，编辑于2022年，星期一1、振幅键控ASK(amplitude-shift keying)通过改变载波信号振幅来表示数字信号0、1容易实现，技术简单，抗干扰能力差。2、移频键控FSK(frequency-shift keying)通过改变载波信号角频率来表示数字信号0、1实现容易，技术相对简单，抗干扰能力较强。3、移项键控PSK(phase-shift keying)通过改变载波信号相位值来表示数字信号0、11）绝对调项：相位的绝对值2）相对调项：相位的相对偏移值3）多项调制：实际应用中可采用多项调制，抗干扰能力强，技术较复杂，速率高。数据：0 146第46页，共

26、102页，编辑于2022年，星期一2.3.3.2 数字数据编码方法l基带传输在基本不改变数字数据信号频带（即波形）基带传输在基本不改变数字数据信号频带（即波形）的情况下直接传输数字信号，可以达到很高的数据传的情况下直接传输数字信号，可以达到很高的数据传 输速率与系统效率输速率与系统效率;l在基带传输数字数据信号的编码方式主要有：在基带传输数字数据信号的编码方式主要有：非归零码非归零码NRZ；曼彻斯特（曼彻斯特（manchester）编码；编码；差分曼彻斯特差分曼彻斯特（difference manchester）编码。编码。47第47页，共102页，编辑于2022年，星期一数据非归零码曼彻斯特

27、编码差分曼彻斯特编码 1 0 1 1 0 0 0 1 48第48页，共102页，编辑于2022年，星期一1.1.非归零码非归零码NRZNRZlNRZ码的缺点是无法判断一位的开始与结束，收发双方不能码的缺点是无法判断一位的开始与结束，收发双方不能保持同步；保持同步；l为保证收发双方的同步，必须在发送为保证收发双方的同步，必须在发送NRZ码的同时，用另一码的同时，用另一个信道同时传送同步信号；个信道同时传送同步信号；l如果信号中如果信号中“1”与与“0”的个数不相等时，存在直流分的个数不相等时，存在直流分量量。49第49页，共102页，编辑于2022年，星期一2.2.曼彻斯特（曼彻斯特（manch

28、estermanchester）编码编码曼彻斯特编码的规则曼彻斯特编码的规则：l 每比特的周期每比特的周期T分为前分为前T/2与后与后T/2两部分；两部分；l 通过前通过前T/2传送该比特的反码，通过后传送该比特的反码，通过后T/2传送该比特传送该比特 的原码；的原码；曼彻斯特编码的优点曼彻斯特编码的优点：l 每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平跳变的时每个比特的中间有一次电平跳变，两次电平跳变的时 间间隔可以是间间隔可以是T/2或或T；l 利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号；利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号；曼彻斯特编码信号又称做曼彻斯特编码信号又称做“自含钟编码自含钟编码”信号

29、，发送曼信号，发送曼 彻斯特编码信号时无需另发同步信号。彻斯特编码信号时无需另发同步信号。50第50页，共102页，编辑于2022年，星期一差分曼彻斯特差分曼彻斯特（difference manchesterdifference manchester）编码编码差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码不同点主要是：差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码不同点主要是：l 每比特的中间跳变仅做同步之用；每比特的中间跳变仅做同步之用；l每比特的值根据其开始边界是否发生跳变来决定每比特的值根据其开始边界是否发生跳变来决定;l 一个比特开始处出

30、现电平跳变表示传输二进制一个比特开始处出现电平跳变表示传输二进制0,不发生跳变表不发生跳变表示传输二进制示传输二进制1。51第51页，共102页，编辑于2022年，星期一数字数据编码信号的波形数字数据编码信号的波形52第52页，共102页，编辑于2022年，星期一2.3.2.3 脉冲编码 调制方法 l采样采样l量化量化l编码编码53第53页，共102页，编辑于2022年，星期一PCM用于数字语音系统用于数字语音系统：l声音分为声音分为128个量化级；个量化级；l每个量化级采用每个量化级采用7位二进制编码表示；位二进制编码表示；l采样速率为采样速率为8000样本样本/秒；秒；l数据传输速率应达到

31、数据传输速率应达到7位位8000/秒秒=56kb/s；l如果每个量化级采用如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示位二进制编码表示;l数据传输速率应达到数据传输速率应达到8位位8000/秒秒=64kb/s。54第54页，共102页，编辑于2022年，星期一2.2 基带传输技术 2.2.1 基带传输的定义 l在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号号是典型的矩形脉冲信号;l矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带,简称为基带简称为基带,矩形脉冲信号矩形脉冲信号就叫做基带信号就叫做

32、基带信号;l在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输;l在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号;l在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号;l基带传输是一种最基本的数据传输方式。基带传输是一种最基本的数据传输方式。55第55页，共102页，编辑于2022年，星期一信道：信道是指信息传输的通道，即信息进行传输时所经过的

33、一条通路。分为物理信道和逻辑信道。带宽：在信道中可传输信号的最高频率与最低频率之差称为带宽。例如：某一传输介质可传输从5KHz到8KHz的频率，那么，这一传输介质的带宽为3KHz。通信信道带宽对数据信号传输中失真的影响很大。信道带宽越宽，信号传输的失真就越小。56第56页，共102页，编辑于2022年，星期一2.2.2 通信信道带宽对基带传输的影响 l通信信道带宽对数据信号传输中失真的影响很大；通信信道带宽对数据信号传输中失真的影响很大；l信道带宽越宽，信号传输的失真越小。信道带宽越宽，信号传输的失真越小。57第57页，共102页，编辑于2022年，星期一2.2.3 数据传输速率的定义与信道速

34、率的极限数据传输速率的定义 l数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一；数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一；l数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特特数，单位为比特/秒，记做秒，记做b/s；l常用的数据传输速率单位有：常用的数据传输速率单位有：Kb/s、Mb/s、Gb/s与与Tb/s，其中：其中：1Kb/s=1103 b/s 1Mb/s=1106 b/s 1Gb/s =1109 b/s 1Tb/s =11012 b/s58第58页，共102页，编辑于2022年，星期一信道速率的极

35、限值信道速率的极限值l奈奎斯特准则奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传输速率：二进制数据信号的最大数据传输速率 Rmax与通信信道带宽与通信信道带宽B（B=f，单位单位Hz）的关系为的关系为Rmax=2f（b/s）。）。l香农定理香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，数据传输速率数据传输速率Rmax与信道带宽与信道带宽B，信噪比信噪比S/N 的关系为的关系为Rmax=Blog2（1+S/N）S/N为信噪比。为信噪比。59第59页，共102页，编辑于2022年，星期一2.3.1 频带传输的定义 l利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；利

36、用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；l调制解调器（调制解调器（modemmodem）是频带传输中最典型的通信设备；是频带传输中最典型的通信设备；l调制解调器的作用是：调制解调器的作用是：在数据的发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上在数据的发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号；传输的模拟信号；在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。60第60页，共102页，编辑于2022年，星期一 2.3.2 调制解调器的基本工作原理 61第61页，共102页，编辑于2022年，星期一modemmodem实现

37、全双工通信的工作原理实现全双工通信的工作原理62第62页，共102页，编辑于2022年，星期一调制解调器的类型内置和外置调制解调器：价格、安装是否方便、占用资源等调制解调器的传输速率：36.6Kbps，56Kbps调制解调器的附加功能：传真、语音、数据压缩63第63页，共102页，编辑于2022年，星期一l按功能分普通Modem Cable Modem(用于有线电视)l按外型分外接式 插卡式（ISA、PCI）PCMCIA 无线l按通信线路分拨号 专线 l按调制方式分 调频 调相 调幅 混合调制（实际上常采用）64第64页，共102页，编辑于2022年，星期一65第65页，共102页，编辑于20

38、22年，星期一2.3.3 多路复用技术 多路复用的基本概念多路复用的基本概念66第66页，共102页，编辑于2022年，星期一2.3.4 多路复用技术的分类l频分多路复用频分多路复用FDMl波分多路复用波分多路复用WDMl时分多路复用时分多路复用TDM67第67页，共102页，编辑于2022年，星期一2.3.5 频分多路复用l在一条通信线路设计多路通信信道在一条通信线路设计多路通信信道;l每路信道的信号以不同的载波频率进行调制每路信道的信号以不同的载波频率进行调制;l各个载波频率是不重叠的各个载波频率是不重叠的,那么一条通信线路就可以同时独那么一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。立地传输

39、多路信号。68第68页，共102页，编辑于2022年，星期一贝尔系统的T1T1载波载波l24路音频信道复用在一条通信线路上；路音频信道复用在一条通信线路上；l每路音频模拟信号在送到多路复用器之前，要通过一个每路音频模拟信号在送到多路复用器之前，要通过一个PCM编码器；编码器；l编码器每秒取样编码器每秒取样8000次；次；l24路路PCM信号的每一路轮流将一个字节插入到帧中；信号的每一路轮流将一个字节插入到帧中；l每个字节的长度为每个字节的长度为8位，其中位，其中7位是数据位，位是数据位，1位用于信道控位用于信道控制；制；l每帧由每帧由248=192位组成，附加一位作为帧开始标志位，所以每帧位组

40、成，附加一位作为帧开始标志位，所以每帧共有共有193位；位；l发送一帧需要发送一帧需要125毫秒；毫秒；lT1载波的数据传输速率为载波的数据传输速率为1.544Mb/s。69第69页，共102页，编辑于2022年，星期一 2.3.6 波分多路复用 l光纤通道（光纤通道（fiber optic channel）技术采用了波长分隔多路复用方技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用法，简称为波分复用WDM;l在一根光纤上复用在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号称为密集波分复路或更多路的光载波信号称为密集波分复用用DWDM；l目前一根单模光纤的数据传输速率最高可以达到目前一根单模光纤的数据

41、传输速率最高可以达到20Gb/s。70第70页，共102页，编辑于2022年，星期一2.3.7 时分多路复用 l时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；l每个用户分得一个时间片；每个用户分得一个时间片；l在其占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。在其占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。71第71页，共102页，编辑于2022年，星期一时分多路复用的分类 l同步时分多路复用同步时分多路复用 l统计时分多路复用统计时分多路复用 72第72页，共102页，编辑于2022年，星期一2.4 广域网中的数据交换技术l广域网中

42、的数据交换技术广域网中的数据交换技术 线路交换（线路交换（circuit exchanging）存储转发（存储转发（store-and-forward exchanging）交换交换l存储转发存储转发交换技术交换技术 报文（报文（message exchanging）报文分组交换（报文分组交换（packet exchanging）73第73页，共102页，编辑于2022年，星期一数据通信子网数据通信子网的交换方式的交换方式2-4-1广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术线路交换方线路交换方式式存储转发交存储转发交换方式换方式报文交换报文交换方式方式报文分组交报文分组交换方式换方式数据报交

43、数据报交换方式换方式虚电路交换虚电路交换方式方式74第74页，共102页，编辑于2022年，星期一2.4.1 线路交换方式l线路交换是面向连接的服务；线路交换是面向连接的服务；l两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；子网中建立一个实际的物理线路连接；l线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放连接的三个阶段；输与释放连接的三个阶段；l线路交换方式的优点是：通信实时性强，适用于交互式线路交换方式的优点是：通信实时性强，适用于交互式会话类通信

44、；会话类通信；l线路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系统效率低，线路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系统效率低，系统不具有存储数据的能力，不能平滑交通量。系统不具有存储数据的能力，不能平滑交通量。75第75页，共102页，编辑于2022年，星期一l线路交线路交换过程换过程示意图示意图76第76页，共102页，编辑于2022年，星期一2.4.2 存储转发交换方式存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别l发发送送的的数数据据与与目目的的地地址址、源源地地址址、控控制制信信息息按按照照一一定定格格式式组组成成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网；一个数据单元（报文或报文分组）进入通

45、信子网；l通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。77第77页，共102页，编辑于2022年，星期一存储转发方式的优点存储转发方式的优点l由由于于通通信信子子网网中中的的通通信信控控制制处处理理机机可可以以存存储储分分组组，多多个个分分组组可可以共享通信信道，线路利用率高；以共享通信信道，线路利用率高；l通通信信子子网网中中通通信信控控制制处处理理机机具具有有路路选选功功能能，可可以以动动态态选选择择报报文文分组通过通信子网的最佳路径；分组通过通信子网

46、的最佳路径；l可以平滑通信量，提高系统效率；可以平滑通信量，提高系统效率；l分分组组在在通通过过通通信信子子网网中中的的每每个个通通信信控控制制处处理理机机时时，均均要要进进行行差差错错检检查查与与纠纠错错处处理理，因因此此可可以以减减少少传传输输错错误误，提提高系统可靠性；高系统可靠性；l通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换，也可通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。以对不同的数据代码格式进行变换。78第78页，共102页，编辑于2022年，星期一报文与报文分组报文与报文分组l数据通过通信子网传输时可以有报文（数据通过通信子网传

47、输时可以有报文（message）与报文分组与报文分组（packet）两种方式；两种方式；l报文传输：不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻报文传输：不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；辑单元发送；l报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度，如果传输报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。分组发送。79第79页，共102页，编辑于2022年，星期一报文和报文分组结构报文和报文分组结构 l由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发由于分组长度较短，在传

48、输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；花费的时间较少；l限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的存储限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率；空间利用率与传输效率；l公用数据网采用的是分组交换技术。公用数据网采用的是分组交换技术。80第80页，共102页，编辑于2022年，星期一2.4.3 数据报方式 l数据报是分组存储转发的一种形式；数据报是分组存储转发的一种形式；l在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立的主机之间建立“线路连接线路连接”；l源主机所发送的每一个分组都可以独立地

49、选择一条传输路径；源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径；l每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。的主机。81第81页，共102页，编辑于2022年，星期一数据报方式的工作原理示意图数据报方式的工作原理示意图 82第82页，共102页，编辑于2022年，星期一数据报工作方式的特点数据报工作方式的特点l同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网；同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网；l同同一一报报文文的的不不同同分分组组到到达达目目的的结结点点时时可可能能出出现现乱乱序序、重重复复与与丢丢失

50、失现象；现象；l每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；l数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。报文、会话式通信。83第83页，共102页，编辑于2022年，星期一2.4.4 虚电路方式 l虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，处分发虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，处分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果;l数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建数