网络数据通信基础.pptx

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1、学习要点学习要点学习要点学习要点 信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量 信道复用技术信道复用技术 同步与异步传输同步与异步传输 数据编码数据编码第1页/共45页信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量(1)(1)基本概念基本概念基本概念基本概念 通信系统模型通信系统模型 信道的概念：传送信息的通路信道的概念：传送信息的通路 电路是电路是物理上物理上的通路，信道是的通路，信道是逻辑上逻辑上的通路的通路 信道从传输的信号类型来分可以分为数字信道和模拟信道信道从传输的信号类型来分可以分为数字信道和模拟信道 信道从传输的介质来分可以分为有线信道和无线信道信道从传输的介质来分可以分为有线信道和无线信道 第2

2、页/共45页(2)(2)信道的通讯方式信道的通讯方式信道的通讯方式信道的通讯方式 单工方式：数据传送只能单工方式：数据传送只能单单方向方向进行进行 半双工方式：数据传送可以半双工方式：数据传送可以双向进行，但双向进行，但同一时间只能由同一时间只能由一方发往另一方向一方发往另一方向 全双工方式：数据传送可以双全双工方式：数据传送可以双向进行，向进行，同一时间可以双向地传同一时间可以双向地传送数据送数据 第3页/共45页(2)(2)信道的通讯方式信道的通讯方式信道的通讯方式信道的通讯方式 串行通信：数据在串行通信：数据在一个信道上一位一一个信道上一位一位依次传输。位依次传输。特点：特点：1.1.通

3、信线路数小，线路利用率高适合于远距离传输。通信线路数小，线路利用率高适合于远距离传输。2.2.在发送端和接收端需要并在发送端和接收端需要并/串转换和串串转换和串/并转换。并转换。3.3.需要实施同步措施，以确保不产生错字。需要实施同步措施，以确保不产生错字。第4页/共45页(2)(2)信道的通讯方式信道的通讯方式信道的通讯方式信道的通讯方式 并行通信：数据在并行通信：数据在多个信道上同时传多个信道上同时传输。输。特点：特点：1.1.不需要对传输代码进行时序转换不需要对传输代码进行时序转换2.2.需要数据线数目多。需要数据线数目多。3.3.传输速率高。传输速率高。第5页/共45页(3)(3)信道

4、带宽与信道容量信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量信道带宽：在信道内不存在噪声和干扰的情况下，收发设备能够传送的信道带宽：在信道内不存在噪声和干扰的情况下，收发设备能够传送的最大信最大信号数号数，单位为，单位为HzHz，除了信道带宽，还有信号带宽和通频带宽。信道带宽由传，除了信道带宽，还有信号带宽和通频带宽。信道带宽由传输介质、接口部件、传输设备、传输协议及传输信息的特性等因素所决定。输介质、接口部件、传输设备、传输协议及传输信息的特性等因素所决定。信道容量信道容量：单位时间内信道上在理想情况下所能传输的：单位时间内信道上在理想情况下所能传输的最大比特数最大比特数，单位，单位

5、bpsbps信道带宽与信道容量的关系信道带宽与信道容量的关系 香农定律香农定律 C=W*LogC=W*Log2 2(1+S/N)(1+S/N)其中其中D D为信道容量，为信道容量，WW为信道带宽，为信道带宽，k k为信道传输的逻辑数值为信道传输的逻辑数值;其中其中C C为信道为信道容量，容量，WW为信道带宽，为信道带宽，S/NS/N为信号噪声功率之比为信号噪声功率之比,当当N N接近于接近于0 0时，适用奈奎斯特时，适用奈奎斯特定律定律 D=2W*LogD=2W*Log2 2kk第6页/共45页传输延迟传输延迟传输延迟传输延迟=发送和接收数据的处理时间发送和接收数据的处理时间+电信电信号的响应

6、时间号的响应时间+介质中转时间介质中转时间 电信号的响应时间：电信号的响应时间：第7页/共45页信道复用信道复用 多多路路复复用用是是指指在在数数据据传传输输系系统统中中，允允许许两两个个或或多多个个数数据据源源共共享享同同一一个个传传输输介介质质，就就像像每每一一个个数数据据源源都都有有自自己己的的信信道道一一样样，在在信信号号的的接接收收端端必须可以将复合信号分离出来。必须可以将复合信号分离出来。目前有四种技术：目前有四种技术：频分多路复用（频分多路复用（FDMAFDMA）波分多路复用（波分多路复用（WDMAWDMA）时分多路复用（时分多路复用（TDMATDMA）码分多路复用（码分多路复用

7、（CDMACDMA）第8页/共45页（1 1）频分多路复用频分多路复用频分多路复用频分多路复用在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该将该物理信道的总带宽分割成若干个和传输的单个信道带宽相同（或略为宽一点）的物理信道的总带宽分割成若干个和传输的单个信道带宽相同（或略为宽一点）的子信道子信道，每一个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。，每一个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。第9页/共45页（2 2）波分多路复用波分多路复用波分多路复用波分多路复用 在在光光纤纤信信道道上上使使用用的的波波分分多多路路复

8、复用用（WDMWDM）是是频频分分多多路路复复用用的的一一个个扩扩展。展。第10页/共45页（3 3）时分多路复用时分多路复用时分多路复用时分多路复用 时时分分多多路路复复用用是是将将一一条条物物理理线线路路按按时时间间分分成成一一个个个个的的时时间间片片，每每个个时时间间片片常常称称为为一一帧帧，每每帧帧长长125s125s，帧帧再再分分为为若若干干时时隙隙，轮轮换换地地为为多多个个信信号号所所使使用用。每每一一个个时时隙隙由由一一个个信信号号（也也即即一一个个用用户户）占占用用，在在占占有有的的时时隙隙内内，该该信信号号使使用用通通信信线线路路的的全全部部带带宽。宽。第11页/共45页（4

9、 4）码分多路复用码分多路复用码分多路复用码分多路复用 前前向向和和反反向向采采用用频频分分多多路路复复用用，在在同同一一载载波波的的码码分分信信道道上上使使用用不不同同的码型与用户对应的码型与用户对应，实现时间上的共享。，实现时间上的共享。第12页/共45页同步与异步通信同步与异步通信 同同步步，就就是是接接收收端端要要按按发发送送端端所所发发送送的的每每个码元的重复频率以及起止时间来接收数据。个码元的重复频率以及起止时间来接收数据。在在通通信信时时，接接收收端端要要校校准准自自己己的的时时间间和和重重复复频频率率，以以便便和和发发送送端端取取得得一一致致，这这一一过过程程称称为同步过程。为

10、同步过程。目目前前，传传输输信信息息的的同同步步方方式式有有异异步步方方式式和和同步方式同步方式两种。两种。第13页/共45页（1 1）异步方式异步方式异步方式异步方式异步方式又称为起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同异步方式又称为起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。它在要传输的字符前步信息。它在要传输的字符前设置起始位设置起始位，在信息代码和校验位（一般总共为，在信息代码和校验位（一般总共为8 8比特）结束以后，再比特）结束以后，再设置设置1 12 2位比特的终止位位比特的终止位，表示该字符已结束。终止位，表示该字符已结束。终止位也反映了平时不进行通信时的

11、状态。也反映了平时不进行通信时的状态。各字符之间的间隔是任意的、不同步的，各字符之间的间隔是任意的、不同步的，但在一个字符时间之内，收发双方各数据位必须同步但在一个字符时间之内，收发双方各数据位必须同步，所以这种通信方式又称，所以这种通信方式又称为起止同步方式。为起止同步方式。第14页/共45页（2 2）同步式同步式同步式同步式 同同步步式式要要求求不不管管是是否否传传输输信信息息代代码码，每每个个比比特特位位必必须须在在收收发发两两端端始始终终保保持持同步同步，中间没有间断时间，即为比特位同步。，中间没有间断时间，即为比特位同步。当当不不传传送送信信息息代代码码时时，在在线线路路上上传传送送

12、的的是是全全1 1或或其其他他特特定定代代码码，在在传传输输开开始始时时用用同同步步字字符符SYNSYN（编编码码为为0111111001111110）使使收收发发双双方方进进入入同同步步。当当搜搜索索到到SYNSYN同同步步字字符符时时，接接收收端端开开始始接接收收信信息息，此此后后就就从从传传输输信信息息中中检检测测同同步步信信息息。一一般般在在高速传输数据的系统中采用同步式。高速传输数据的系统中采用同步式。第15页/共45页数据信号编码数据信号编码(1)(1)数据通信系统构成数据通信系统构成数据通信系统构成数据通信系统构成 从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信系统，一般有从

13、计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信系统，一般有以下几个部分组成：以下几个部分组成：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器器。第16页/共45页(2)(2)数字信号编码数字信号编码数字信号编码数字信号编码 1 1）单极性码单极性码单极性码单极性码表示信号的电压或电流是单极性的，即逻辑表示信号的电压或电流是单极性的，即逻辑“1”1”用高电平或正向用高电平或正向电流表示，而逻辑电流表示，而逻辑“0”0”用用0 0电平表示。电平表示。单极性码有单极性码有不归零型（不归零型（NRZNRZ）和归零型（）和归零型（RZRZ）两种。两种。第17

14、页/共45页(2)(2)数字信号编码数字信号编码数字信号编码数字信号编码 2 2）双极性码双极性码双极性码双极性码用正负电平来分别代表逻辑用正负电平来分别代表逻辑“1 1 1 1”和逻辑和逻辑“0 0 0 0”。同样也有归零同样也有归零型和不归零型之分，型和不归零型之分，常用的常用的RS-232RS-232RS-232RS-232就是一种典型的不归零型双极性二就是一种典型的不归零型双极性二元码接口电路。比起单极性码来，双极性码的可靠性要高，抗干扰性强。元码接口电路。比起单极性码来，双极性码的可靠性要高，抗干扰性强。第18页/共45页(2)(2)数字信号编码数字信号编码数字信号编码数字信号编码

15、3 3）曼彻斯特码和差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码曼彻斯特码：曼彻斯特码：在每一个码元时间间隔内，在每一个码元时间间隔内，当发送当发送0 0时，在间隔时，在间隔的中间时刻电平从低向高跳变；当发送的中间时刻电平从低向高跳变；当发送1 1时，在时，在间隔的中间时刻电平从高向低跳变间隔的中间时刻电平从高向低跳变。这类码元的特点是这类码元的特点是在每一码元的时间间隔内，在每一码元的时间间隔内，至少有一次跳变至少有一次跳变。第19页/共45页(2)(2)数字信号编码数字信号编码数字信号编码数字信号编码 3 3）曼彻斯特码和差分曼彻斯特码曼彻斯

16、特码和差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码：差分曼彻斯特码：在在每每一一个个码码元元的的时时间间间间隔隔内内，无无论论发发1 1或或发发0 0，在间隔的中间都有电平的跳变在间隔的中间都有电平的跳变。发发送送1 1时时，间间隔隔开开始始时时刻刻电电平平不不跳跳变变，发发送送0 0时时，间隔开始时刻电平会跳变。间隔开始时刻电平会跳变。第20页/共45页(3)(3)模拟信号编码模拟信号编码模拟信号编码模拟信号编码 1 1）幅移键控（幅移键控（幅移键控（幅移键控（ASKASKASKASK）振幅调制简称调幅制，也就是用数字的基带信号控制正弦载波信号的振振幅调制

17、简称调幅制，也就是用数字的基带信号控制正弦载波信号的振幅。它是把频率和相位定为常量，而振幅为变量，幅。它是把频率和相位定为常量，而振幅为变量，每一种振幅值代表一每一种振幅值代表一种信息元种信息元。这个方法叫做幅移键控。这个方法叫做幅移键控ASKASK。第21页/共45页(3)(3)模拟信号编码模拟信号编码模拟信号编码模拟信号编码 2 2）频移键控（频移键控（频移键控（频移键控（FSKFSKFSKFSK）频率调制简称调频制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的频率。频率调制简称调频制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的频率。它把振幅和相位定为常量，而频率为变量，它把振幅和相位定为常量，而频率为

18、变量，每一种频率值代表一种信息每一种频率值代表一种信息元元。这个方法叫做频移键控。这个方法叫做频移键控FSKFSK。第22页/共45页(3)(3)模拟信号编码模拟信号编码模拟信号编码模拟信号编码 3 3）相移键控（相移键控（相移键控（相移键控（PSKPSKPSKPSK）相位调制简称调相制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的相位。相位调制简称调相制，是用数字的基带信号控制正弦载波信号的相位。它把振幅和频率定为常量，而相位为变量，它把振幅和频率定为常量，而相位为变量，每一种相位值代表一种信息每一种相位值代表一种信息元元。这个方法叫做相移键控。这个方法叫做相移键控PSKPSK。第23页/共45页(

19、3)(3)模拟信号编码模拟信号编码模拟信号编码模拟信号编码 3 3）相移键控（相移键控（相移键控（相移键控（PSKPSKPSKPSK）上述中只有两种相位的调相方式称为两相调制。为了提高信息的传输速上述中只有两种相位的调相方式称为两相调制。为了提高信息的传输速率，还经常采用率，还经常采用四相调制四相调制和和八相调制八相调制方式。这两种调制方式的数字信息方式。这两种调制方式的数字信息的相位分配情况如图所示。的相位分配情况如图所示。第24页/共45页(4)(4)基带传输与宽带传输基带传输与宽带传输基带传输与宽带传输基带传输与宽带传输 终终端端设设备备把把数数字字信信号号转转换换成成脉脉冲冲电电信信号

20、号时时，这这个个原原始始的的电电信信号号所所固固有有的的频带，称为基本频带，简称基带。频带，称为基本频带，简称基带。在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输。采采用用模模拟拟信信号号传传输输数数据据时时，往往往往只只占占有有有有限限的的频频谱谱，对对应应基基带带传传输输将将其其称为频带传输。称为频带传输。经经过过高高频频调调制制后后的的信信号号为为数数字字基基带带信信号号，在在信信道道中中传传送送数数字字基基带带信信号号称称为宽带传输为宽带传输。第25页/共45页(5)(5)数据编码技术数据编码技术数据编码技术数据编码技术 脉冲调制（脉冲调制（PCMPC

21、MPCMPCM）采样、量化、编码采样、量化、编码 增量调制（增量调制（DMDMDMDM）第26页/共45页(6)(6)调制与解调调制与解调调制与解调调制与解调 调调制制就就是是用用基基带带脉脉冲冲对对载载波波波波形形某某个个参参数数进进行行控控制制，形形成成适适合合于于线路传送的信号线路传送的信号。当当已已调调制制信信号号到到达达接接收收端端时时，再再进进行行解解调调，即即将将经经过过调调制制器器变变换换过的模拟信号去掉载波恢复成原来的基带数字信号过的模拟信号去掉载波恢复成原来的基带数字信号。实实际际使使用用时时，常常将将调调制制器器和和解解调调器器合合装装在在一一个个设设备备，使使线线路路的

22、的一一端端同同时时具具有有调调制制和和解解调调功功能能，称称此此设设备备叫叫调调制制解解调调器器（MODEMMODEM）。它它与远程终端或计算机之间的接口用与远程终端或计算机之间的接口用V.24V.24或或RS-232CRS-232C标准。标准。第27页/共45页(7)(7)模拟和数字数据信号比较模拟和数字数据信号比较第28页/共45页(7)(7)模拟和数字数据信号比较模拟和数字数据信号比较第29页/共45页数据交换技术数据交换技术一般交换网络一般交换网络H1H2H3H4H5H6ABCDEF网络终端中间节点第30页/共45页电路交换电路交换是一种直接交换方式，是多个输入线和多个输出线之间直接形

23、成传输信息的物理链路，一般分为电路建立、数据传送和电路释放三个阶段特点：呼损不同速率和不同电码之间的用户不能进行交换信息延时短，且固定不变用于连续、大批量数据传输第31页/共45页报文交换报文交换又称为存储转发，报文是交换的单位，主要包括报文的正文信息，发和收节点的地址信息以及各种控制信息。要求网络每个节点有较大的存储空间，延时性强，多条报文可以共享一条通信通道不同速率的节点可以连接，可以进行数据格式转换，建立报文传输优先权。缺点：不利于实时交互通信第32页/共45页分组交换分组交换又称为：包交换，是针对报文交换的缺点而提出的改进方式属于存储转发交换方式，以比保温更短的“分组”为单位进行交换传

24、输数据报传输分组交换和虚拟电路传输分组交换第33页/共45页数据报传输分组交换数据报传输分组交换报文分组交换方式是把长的报文分成若干个较短的报文组，报文组是交换单位，交换要包括分组编号，各组报文可按不同的路径进行传输，到达目的节点后，重新组成报文。较报文传输优点：数据传输灵活转发延时性降低转发差错少，对差错容易进行恢复处理便于控制转发增加了目的节点对报文的加工处理时间和复杂性第34页/共45页虚电路传输分组交换虚电路传输分组交换源节点和目的节点之间建立一条逻辑通路。每个分组除了包含数据以外还包括一个虚电路标识符。在榆县建立好的这个路径上，每个节点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择判

25、定。该通路是虚拟的，不是专用的。第35页/共45页三种数据交换技术性能比较三种数据交换技术性能比较1.电路交换需设置完全的通路，在释放前被独占2.报文交换采用存储转发方式，报文需排队，不适合交互式通信3.分组交换与报文交换类似，但报文被分成分组传送，使数据网中最广泛使用的交换技术第36页/共45页传输误差与检测传输误差与检测(1)(1)传输误差的原因传输误差的原因传输误差的原因传输误差的原因 在实际通信系统中，在实际通信系统中，误差主要来自通信设备和传输媒质两个方面。误差主要来自通信设备和传输媒质两个方面。对对数字通信设备而言，有很好的可靠性和稳定性，其本身产生差错的可能数字通信设备而言，有很

26、好的可靠性和稳定性，其本身产生差错的可能性是很少的。至于传输媒质，由于干线采用了光缆，也很少有差错。因性是很少的。至于传输媒质，由于干线采用了光缆，也很少有差错。因此差错主要来自传输媒质中的模拟本地环路以及无线通信环境。原因在此差错主要来自传输媒质中的模拟本地环路以及无线通信环境。原因在两个方面：两个方面：一是媒质的传输特性限制，使传输的数据信号产生幅度失真、一是媒质的传输特性限制，使传输的数据信号产生幅度失真、相位失真和频率偏移，导致码间干扰；二是各种外界干扰（雷电、火花）相位失真和频率偏移，导致码间干扰；二是各种外界干扰（雷电、火花）引起突发差错，造成一串数据信息的破坏。引起突发差错，造成

27、一串数据信息的破坏。通常电话专线的信道误码率通常电话专线的信道误码率（含（含ModemModem）是）是1010-4-41010-5-5，电话交换网的信道误码率是，电话交换网的信道误码率是1010-3-31010-4-4，而数，而数据通信业务要求误码率小于据通信业务要求误码率小于1010-9-9。在改进信道各部分如媒质选择，均衡、。在改进信道各部分如媒质选择，均衡、滤波措施、提高滤波措施、提高ModemModem质量等不奏效或经济上不能承受的情况下，必须质量等不奏效或经济上不能承受的情况下，必须在数据链路两端采用差错控制技术。在数据链路两端采用差错控制技术。误差控制技术的核心是采用高效的纠错检

28、错编码方法误差控制技术的核心是采用高效的纠错检错编码方法，将这些冗余码，将这些冗余码附加在信息中一起传送。附加在信息中一起传送。第37页/共45页(2)(2)奇偶校验码奇偶校验码奇偶校验码奇偶校验码 奇偶校验码有奇数校验码和偶数校验码两种。无论信息位有多少，奇偶校验码有奇数校验码和偶数校验码两种。无论信息位有多少，校验位总是校验位总是1 1 1 1位。位。奇偶校验码能够检测奇数个错码。设为一个字符或分组，奇偶校验码能够检测奇数个错码。设为一个字符或分组，当校验位直接位于字符后面时，称垂直校验码。当校验位直接位于字符后面时，称垂直校验码。第38页/共45页(3)(3)校验和方式校验和方式校验和方

29、式校验和方式 将数据帧中的信息按一定位数分组，然后顺序相加，有进位则最后将数据帧中的信息按一定位数分组，然后顺序相加，有进位则最后将进位放到数据后面一起相加将进位放到数据后面一起相加，最后生成校验码。，最后生成校验码。HelloFrienD.HelloFrienD.48654865+6c6c+6c6c=b4de=b4de+6f20+6f20=123f1=123f148656c6c6f20467265696e642e48656c6c6f20467265696e642e0202123f1123f1+4672+4672=16a63=16a63+6569+6569=1cfcc=1cfcc1cfcc1c

30、fcc+6e64+6e64=2 23e303e303e303e30+2e+2e0202=6c32=6c32第39页/共45页(4)(4)循环码循环码循环码循环码CRCCRC校验校验校验校验 如果一个码组的每一次循环移位是另一码组，这种码组叫做循环码。如果一个码组的每一次循环移位是另一码组，这种码组叫做循环码。循环码可以用线性方程确定，且可以用代数方法进行分析研究，同时其循环码可以用线性方程确定，且可以用代数方法进行分析研究，同时其循环移位特性又使所需的编解码设备相对简单，容易实现。循环移位特性又使所需的编解码设备相对简单，容易实现。第40页/共45页循环码的编解码步骤循环码的编解码步骤第41页

31、/共45页循环码的编解码实现循环码的编解码实现 1 1）发送端的编码电路）发送端的编码电路 发送端的编码电路根据生成多项式用寄存器和异或门等构成。发送端的编码电路根据生成多项式用寄存器和异或门等构成。例如例如 过程如下：过程如下：S2S2打在信息位输入端，打在信息位输入端，S1S1闭合，信息输出同时反馈，信息输闭合，信息输出同时反馈，信息输出一位，移位寄存器同时向右移一次。信息位输完后，出一位，移位寄存器同时向右移一次。信息位输完后，S2S2打在打在R3R3端，端，S1S1打开，移位寄存器内生成的监督码依次随信息输出。打开，移位寄存器内生成的监督码依次随信息输出。第42页/共45页循环码的编解

32、码实现循环码的编解码实现 2 2）接收端的解码电路接收端的解码电路 接收端的检错解码电路接收端的检错解码电路：除法电路与发送端的编码电路相同，结果为除法：除法电路与发送端的编码电路相同，结果为除法的余式。当余数为的余式。当余数为0 0，说明接收码等于发送码，无差错，除法电路输出为，说明接收码等于发送码，无差错，除法电路输出为0 0，经反向器打开与门，送出缓存于移位寄存器的信息码。当余数不为，经反向器打开与门，送出缓存于移位寄存器的信息码。当余数不为0 0，说明接收码不等于发送码，有差错，除法电路输出为说明接收码不等于发送码，有差错，除法电路输出为1 1，重发指令有效，重发指令有效，作为应答送回发送方。同时与门封锁，移位寄存器中的信息被删除。作为应答送回发送方。同时与门封锁，移位寄存器中的信息被删除。第43页/共45页常用常用CRCCRC生成多项式生成多项式 这些常用的生成多项式可以检出在循环码组位数之内的突发差错，对于长度超这些常用的生成多项式可以检出在循环码组位数之内的突发差错，对于长度超过循环码组位数的差错，它们的过循环码组位数的差错，它们的检错能力也在检错能力也在99.9%99.9%以上。以上。1 1）2 2）3 3）4 4）(IBM)(IBM)(CCITT)(CCITT)第44页/共45页感谢您的观看！第45页/共45页