ch 数据通信与广域网.pptx
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1、主要内容(1)2.1 数据通信的基本概念 2.1.1 数据通信系统结构模型 2.1.2 数据通信的理论基础 2.1.3 数据通信系统要解决的几个基本问题2.2 数据传输介质 2.2.1 介质类型和主要特性 2.2.2 有线介质:铜线和光纤 2.2.3 无线和卫星通信第1页/共72页主要内容(2)2.3 数据编码技术 2.3.1 基带传输编码 2.3.2 频带传输编码 2.3.3 模拟数据的数字化 2.4 多路复用技术 2.4.1 频分多路复用FDM 2.4.2 波分多路复用WDM 2.4.3 时分多路复用TDM第2页/共72页主要内容(3)2.5 广域网中的数据交换技术 2.5.1 线路交换
2、2.5.2 存储转发交换 2.5.3 数据报和虚电路 2.5.4 异步传输模式ATM2.6 差错控制技术 2.6.1 差错产生的原因及误码率 2.6.2 差错控制机制 2.6.3 循环冗余(CRC)检错吗第3页/共72页学习目标理解数据通信一些基本概念和基本原理;熟悉常用传输介质类型及其特性;掌握数据调制与编码的类型和方法;掌握多路复用技术的类型和特点;掌握广域网中数据交换技术的类型和工作原理掌握差错控制技术原理和方法。第4页/共72页2.1 数据通信的基本概念(1)2.1.1 数据通信系统结构模型 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字符、数字、语音、图像的二进制代码0、1比特序列的过程。下
3、图为模拟电话语音通信系统和计算机通信系统示例第5页/共72页数据通信系统基本结构模型:计算机DTE信号变换器DCE计算机DTE信号变换器DCE信道信道网络设备编码技术多路复用交换技术编码技术多路复用通信子网差错控制技术第6页/共72页2.1 数据通信的基本概念(2)信息、数据和信号 信息(Infomation)人对现实世界的某种认识。数据(Data)是信息的表达方式(载体)。其可以是文字、声音、图形和图象等多种不同形式。本课程中,数据通常理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。信号(Signals)数据传输过程中的电磁波表示形式。信息数据信号rose第7页/共72页2.1 数据通信的基
4、本概念(3)信息编码标准ASCII 码被国际标准化组织ISO接受,成为国际标准ISO 646,又称为国际5号码;它用于计算机内码,也用做数据通信中的编码标准;ASCII码采用7位二进制比特编码,可以表示128个字符;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。参见书中表2-1(P27)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。第8页/共72页2.1 数据通信的基本概念(4)模拟信号和数字信号 模拟信号是指信号的因变量随时间连续变化的信号;数字信号是指信号的因变量不随时间连续变化的信号,通常表现为离散的脉冲形式。1 0 1 1 0 0 0 模拟信
5、号(Analog Signals)数字信号(Digital Signals)t(t)ntX(nt)第9页/共72页2.1 数据通信的基本概念(5)2.1.2 数据通信的理论基础 主要研究信号在通信信道上传输时的数学表示及其所受到的限制。时域观和频域观 在网络通信中,信息是以电磁信号(或简称信号)的形式传输的电磁信号是时间的函数(时域观)也可以表示成频率的函数(频域观)对于理解数据传输来讲,信号的频域观比时域观更重要。第10页/共72页2.1 数据通信的基本概念(6)根据傅立叶分析,任何电磁信号可以由若干具有不同振幅、频率和相位的周期模拟信号组成。g(t)=c+频谱(spectrum)是一个信号
6、所包含的频率的范围。信号的带宽(bandwidth)等于频谱的宽度。(见下页图)对不同傅立叶分量的衰减不同,引起输出失真。信道有截止频率fc,0 fc的振幅衰减较弱,fc以上的振幅衰减厉害,这主要由信道的物理特性决定,0 fc是信道的有限带宽。带宽越宽,信息承载能力越强。第11页/共72页通信信道带宽对基带传输的影响第12页/共72页2.1 数据通信的基本概念(7)几个通信指标:波特率B:模拟信号传输中,线路上每秒传送的波形个数。也称调制速率。单位:波特Baud比特率S(数据传输速率):数字信号传输中,线路上每秒传送的二进制代码的有效位数(bit,码元)。单位:b/s(bps)带宽F:物理信道
7、的频率范围,即允许的最高最低频率之差。单位:Hz信道容量:物理信道的最大数据传输速率。单位:bps误码率Pe=Ne/N,其中N为传输的二进制码元总数,Ne为被传错的码元数第13页/共72页2.1 数据通信的基本概念(8)信道速率的极限值 奈奎斯特准则:二进制数据信号的最大数据传输速率 Rmax与通信信道带宽B(B=f,单位Hz)的关系为:Rmax=2 f(bps);香农定理:在有随机热噪声的信道上传输数据信号时,数据传输速率Rmax与信道带宽B,信噪比S/N的关系为 Rmax=B log2(1+S/N)因为通信信道最大数据传输速率与信道带宽存在明确关系,因此“带宽”与“速率”在网络技术中几乎成
8、了同义词。第14页/共72页2.1 数据通信的基本概念(9)2.1.3 数据通信系统要解决的几个基本问题数据传输类型:模拟通信和数字通信;基带传输、频带传输连接方式:点点方式、多点方式数据传送方式:串行通信、并行通信 数据通信方式:单工通信、半双工或双工通信同步方式:同步通信、异步通信第15页/共72页2.1 数据通信的基本概念(10)数据传输类型模拟信号发送(模拟信道)模拟数据(声音)模拟信号数字数据(二进制脉冲)模拟信号数字信号发送(数字信道)模拟数据 数字信号数字数据(二进制脉冲)数字信号在数字信道上直接传输数字信号的方法也称为基带传输利用模拟信道实现数字信号传输的方法也称为频带传输电话
9、系统调制解调器MODEM编码解码器CODEC数字编码解码器第16页/共72页2.1 数据通信的基本概念(10)通信线路的连接方式为适应不同的需要,通信线路采用不同的连接方式。点 点方式多点方式ABABCD第17页/共72页2.1 数据通信的基本概念(11)数据传送方式 根据一次传输数据时使用的信道数可以将数据通信方式分为:并行通信、串行通信第18页/共72页2.1 数据通信的基本概念(12)数据通信方式:从信息传送方向和时间的关系角度研究。单工通信 半双工通信 全双工通信第19页/共72页2.1 数据通信的基本概念(12)同步方式目的:接收方必须知道每一位信号的开始及其宽度,以便正确的采样接收
10、。异步方式信息是以字符为单位传送的;每个字符由发送方异步产生,有随机性。同步方式信息是以报文为单位传送的;传输开始时,以同步字符使收发双方同步;从传输信息中抽取同步信息,修正同步,保证正确采样。第20页/共72页同步通信异步通信第21页/共72页2.2 数据传输介质(1)2.2.1 介质类型和主要特性 传输介质是构成物理信道的重要组成部分,计算机网络中使用各种传输介质来组成物理信道。传输介质包括有线传输介质(有导向)和无线传输介质(无导向)两大类。有线介质将信号约束在一个物理导体之内,如双绞线、同轴电缆和光纤等;而无线介质如无线电波、红外线、激光等不能将信号约束在某个空间范围之内。究竞选择哪一
11、种传输介质,必须考虑到价格、安装难易程度、容量、抗干扰能力、衰减等因素。第22页/共72页2.2 数据传输介质(2)传输介质的特性:物理特性:传输介质物理结构的描述;传输特性:传输介质允许传送数字或模拟信号,以及 调制技术、传输容量、传输的频率范围;连通特性:允许点-点或多点连接;地理范围:传输介质最大传输距离;抗干扰性:传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据 影响的能力;相对价格:器件、安装与维护费用。第23页/共72页2.2 数据传输介质(3)2.2.2 有线介质:铜线和光纤一、双绞线(Twisted pair):“Twisted”表示在双绞线电缆的内部由若干对两两绞在一起的相互绝缘的铜导线
12、组成,。采用两两相绞的绞线技术可以抵消相邻线对之间的电磁干扰和减少近端串扰。6类双绞线结构图第24页/共72页UTP电缆的颜色编码:双绞线电缆中的每一根绝缘线路都用不同颜色加以区分,这些颜色构成标准的编码,因此很容易识别和正确端接每一根线路。线对线对颜色编码颜色编码简写简写线对线对1白白-蓝蓝W-BL蓝蓝BL线对线对2白白-橙橙W-O橙橙O线对线对3白白-绿绿W-G绿绿G线对线对4白白-棕棕W-BR棕棕BR第25页/共72页技能训练:网络线缆制作 双绞线的制作分为两种:1.直连线的作用和线图 直连线用于将计算机连入到HUB 或交换机,或在结构化布线中由接线面板连到HUB 或交换机等。根据EIA
13、/TIA 568-B 标准,直连线线图如下表所示:端端1 1白橙白橙橙橙白绿白绿蓝蓝白蓝白蓝绿绿白棕白棕棕棕端端2 2白橙白橙橙橙白绿白绿蓝蓝白蓝白蓝绿绿白棕白棕棕棕第26页/共72页技能训练:网络线缆制作 2.交叉线(crossover)的作用和线图 交叉线用于将计算机与计算机直接相连、交换机与交换机直接相连,也被用于计算机直接接入路由器的以太网口。根据EIA/TIA 568-B 标准,对接线线图如表所示:端端1 1白橙白橙橙橙白绿白绿蓝蓝白蓝白蓝绿绿白棕白棕棕棕端端2 2白绿白绿绿绿白橙白橙蓝蓝白蓝白蓝橙橙白棕白棕棕棕第27页/共72页技能训练:网络线缆制作制作步骤:1、用剥线钳在线缆的两
14、端剥出一定长度的线缆。2、用手将4对绞在一起的线缆按顺序拆分开来并小心地拉直,并按表调整线缆的颜色顺序。3、将线缆整平直并剪齐。4、将线缆放入RJ-45插头,确保线缆的末端已位于RJ-45插头的顶端,并检查已放入RJ-45插头的线缆颜色顺序。5、确认无误后,用压线工具用力压制RJ-45插头,以使RJ-45插头内部的金属薄片能穿破线缆的绝缘层。6、用网线测试仪检查已制作完成的网线。第28页/共72页2.2 数据传输介质(4)二、同轴电缆(Coaxial Coaxial CableCable)由一根内导体铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成,其结构如图所示。同轴
15、电缆又分为基带(baseband)同轴电缆(阻抗50)和宽带(broadband)同轴电缆(阻抗为75。同轴电缆还有粗缆和细缆的之分。第29页/共72页2.2 数据传输介质(5)三、光纤(fiber)是一根很细的可传导光线的纤维媒体,其半径仅几微米至一、二百微米。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃或塑料。光纤相对于如双绞线和同轴电缆等这类金属传导媒体来说有轻便、低衰减和大容量、电磁隔离等优点。按照传输模式分为单模光纤SMF和多模光纤MMF。单模光纤的纤芯直径很小,约为4 m 10 m,理论上只传输一种模态。包层光线包层光纤芯第30页/共72页2.2 数据传输介质(6)2.2.3 无线和卫星通
16、信第31页/共72页2.2 数据传输介质(7)无线电(radio)在广播和电视广播中已广泛使用。微波(microwave)通信通常是指利用在1GHz范围内的电波来进行通信。高频的微波和低频的无线电波不同的一个重要特性是沿着直线传播,而不是向各个方向扩散的。卫星(satellite)通信可以看成是一种特殊的微波通信,和一般地面微波通信的不同在于它使用地球同步卫星作为中继站来转发微波信号,如图所示。卫星主要有三个波段:C波段、Ku波段和Ka波段。红外线光:这种传输技术要求通信节点之间必须在直线视距之内,不能穿越墙。红外线传输技术数据传输速率相对较低。第32页/共72页卫星通信第33页/共72页2.
17、3 数据编码技术(1)研究数据在信号传输过程中如何进行编码(变换)2.3.1 基带传输编码 在基带传输中,需要对数字信号进行编码以表示数据,即用不同的电平值代表数字信号0或1。常采用以下三种编码方法:不归零制编码(NRZ):简单,易实现。但难于位同步,须同时传送同步时钟信号。曼彻斯特编码:是一种自同步编码方式。差分曼彻斯特编码:是基本曼彻斯特编码的变形。后两种编码应用普遍,已成为局域网标准编码。第34页/共72页基带传输编码:01001011数据(a)非归零码同步时钟(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码第35页/共72页曼彻斯特编码的编码规则是:在信号位中电平从低到高跳变表示1 在信号位中
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