第2章数据通信基础知识

1、第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识检错与纠错检错与纠错第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识本章学习要求本章学习要求: :掌握掌握: :掌握掌握: :掌握掌握: :第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.1.1 2.1.1 数据通信系统数据通信系统o 源系统源系统n源点：源点设备产生通信网络要传输的数据。源点：源点设备产生通信网络要传输的数据。n发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在发送器：通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。传输系统中进行传输。o 目的系统目的系统 n

2、接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够接收器：接收传输系统传送过来的信号，并将其转换为能够被目的设备处理的信息。被目的设备处理的信息。n终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。终点：终点设备从接收器获取传送来的信息。o 传输系统传输系统噪声噪声信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目的系统目的系统第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识数据通信的基本过程数据通信的基本过程o 5个阶段个阶段o 包含两项内容：包含两项内容：数据传输数据传输和和通信控制通信控制 过程过程 与打电话比较与打电话比较n 建立物理连接建立物理连接 拨号，拨通对方拨号，拨通对方

3、n 建立逻辑连接建立逻辑连接 互相确认身份互相确认身份n 数据传输数据传输 互相通话互相通话n 断开逻辑连接断开逻辑连接 互相确认要结束通互相确认要结束通话话n 断开物理连接断开物理连接 双方挂机双方挂机*注意，并不是所有的数据通信都需要全部注意，并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段个阶段第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.1.2 2.1.2 数据与信号数据与信号o 数据（数据（Data）n 传递（携带）信息的实体；传递（携带）信息的实体；o 信息（信息（Information）n 数据的内容或解释。数据的内容或解释。o 信号（信号（Signal）n 数据的物理量编码（通常为

4、电编码），数据以信号数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号 的形式在介质中传播的形式在介质中传播第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 模拟信号模拟信号n 时间上连续，包含无穷多个信号值时间上连续，包含无穷多个信号值o 数字信号数字信号n 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号二值信号ta a）模拟信号模拟信号tb b）数字信号数字信号第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 周期信号周期信号信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）o 非周期信号非周期信号信号没有固

5、定的模式和波形循环（如语音的音波信号）。信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）。tTTTtTTT周周期期信信号号非非周周期期信信号号tt第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 信息编码信息编码：将信息用二进制数表示的方法将信息用二进制数表示的方法n 例如：例如：ASCII编码、编码、BCD编码等。编码等。o 数据编码数据编码：将数据用物理量表示的方法：将数据用物理量表示的方法n 例如：字符例如：字符“A”的的ASCII编码为编码为01000001，其数据，其数据编码可能为：编码可能为：01000001t第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 信息通过数据通信系

6、统进行传输的过程信息通过数据通信系统进行传输的过程n把携带把携带信息信息的的数据数据用物理用物理信号信号形式通过信道传送到目的地形式通过信道传送到目的地o 信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输n编码编码：数据：数据适合传输的数字信号适合传输的数字信号便于同步、识别、纠错便于同步、识别、纠错n调制调制：数字信号：数字信号适合传输的形式适合传输的形式按频率、幅度、相位按频率、幅度、相位n解调解调：接收波形：接收波形数字信号数字信号n解码解码：数字信号：数字信号原始数据原始数据信息信息数据数据信号信号在信道上传输在信道上传输信号信号数据数据信息信息数据

7、编码数据编码调制调制解调解调数据解码数据解码01000001“A”01000001“A”信息编码信息编码信息解码信息解码第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 不同类型的信号在不同类型的信道上传输不同类型的信号在不同类型的信道上传输有有4种情况：种情况：数据数据：模拟数据：模拟数据 数字数据数字数据信号信号：模拟信号：模拟信号 数字信号数字信号 信道信道：模拟信道：模拟信道 数字信道数字信道第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 模拟传输和数字传输所使用的技术模拟传输和数字传输所使用的技术语音语音移频移频,调制调制模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟PCM编码编码数字数字数

8、字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制调制第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 编码与调制的区别编码与调制的区别n 编码编码：用数字信号承载数字或模拟数据：用数字信号承载数字或模拟数据n 调制调制：用模拟信号承载数字或模拟数据：用模拟信号承载数字或模拟数据EncoderDecoder数字或数字或模拟数据模拟数据x(t)g(t)数字或数字或模拟数据模拟数据发送方发送方接收方接收方g(t)编码编码解码解码第第2 2章章 数据通信基

9、础知识数据通信基础知识数字或数字或模拟数据模拟数据ModulatorModulatorDemodulatorDemodulator数字或数字或模拟数据模拟数据g g( (t t) )s s( (t t) )g g( (t t) )载波载波发送方发送方接收方接收方调制调制解调制解调制第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.1.3 2.1.3 信道信道o 信道（信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）：传送信息的线路（或通路）o 数字信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输：以数字脉冲形式（离散信号）传输 数据的信道。数据的信道。n 计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输

10、计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输n ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网、局域网o 模拟信道模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道n CATV、无线电广播、电话拨号线路、无线电广播、电话拨号线路第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 数字通信与模拟通信数字通信与模拟通信n数字通信数字通信o 在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输n模拟通信模拟通信o 在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输o 数字通信的优点数字通信的优点n抗噪声（干扰）能力强抗噪声（

11、干扰）能力强n可以控制差错，提高了传输质量可以控制差错，提高了传输质量n便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理n易于加密、保密性强易于加密、保密性强n可以传输语音、数据、影像，通用、灵活可以传输语音、数据、影像，通用、灵活o 计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。通信，如通过电话线拨号上网。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.1.4 2.1.4 网络通信系统中要解决的几个基本问题网络通信系统中要解决的几个基本问题o 数据传输类型数据传输类型 模拟通信模拟通信 数字通信数字通信 o 数据通信方式数据通信方

12、式 串行通信串行通信、并行通信并行通信 单工通信单工通信、半双工或全双工通信半双工或全双工通信o 同步方式同步方式 同步通信同步通信 异步通信异步通信第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.2 2.2 传输介质传输介质l 磁介质磁介质 高带宽、低费用、高带宽、低费用、高延时（小时）高延时（小时） 在通信中在通信中 很少使用很少使用l 金属导体金属导体双绞线、双绞线、 同轴电缆同轴电缆( (粗、细粗、细) )l 光纤光纤l 无线介质无线介质无线电、微波、卫星、红外线无线电、微波、卫星、红外线第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 同轴电缆同轴电缆（Coaxial Cabl

13、e，CC）n 计算机网络中使用基带同轴电缆计算机网络中使用基带同轴电缆o 阻抗阻抗50 ，有粗同轴和细同轴两种，有粗同轴和细同轴两种n 应用：总线局域网（以太网）应用：总线局域网（以太网）n 性能：性能：10Mb/s，500m/185m铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 双绞线双绞线（Twist Pair，TP）螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线每根每根4对、对、25对、对、1800对对典型连接距离典型连接距离100m（LAN）RJ45插座、插头插座、插头优缺点：优缺点： 成本低成本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空

14、间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率）平衡传输（高速率） 抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短应用领域：电话网络、计算机局域网应用领域：电话网络、计算机局域网内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP) 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，应用较少扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽层，双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛应用广泛常用的双绞线：常用的双绞线：3类（类（16Mb/s） 和和5类（类（155Mb/s）两种）两

15、种第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 双绞线的连接标准双绞线的连接标准n 色彩标记和连接方法色彩标记和连接方法：n交叉线：交换机交叉线：交换机交换机、交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口标准端口)n直连线：直连线：PC/路由器路由器交换机交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口级连端口)线对线对色彩码色彩码1白蓝，蓝白蓝，蓝2白橙，橙白橙，橙3白绿，绿白绿，绿4白棕，棕白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉线交叉线EIA-568B直连线直连线EIA-568A第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 光纤光纤（Optical

16、 Fiber，OF）n 依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播n 优缺点：优缺点：o 传输带宽高：传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100Gb/s）o 传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输o 抗干扰性能极好、误码率低、保密性好抗干扰性能极好、误码率低、保密性好o 轻便轻便o 价格较高价格较高o 需要光电转换需要光电转换n 纤芯材料：纤芯材料：o 塑料塑料o 二氧化硅二氧化硅 （高纯玻璃）（高纯玻璃）第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 光纤传输原理光纤传输原理光的反射光的反射n 光从折射率高的介质

17、入射到折射率低的介质时会产光从折射率高的介质入射到折射率低的介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当入射角角临界值时产生全反射，不会泄漏。临界值时产生全反射，不会泄漏。o 纤芯纤芯折射率高，玻璃包层折射率高，玻璃包层折射率低折射率低n 亮度调制：有光脉冲亮度调制：有光脉冲-1，无光脉冲，无光脉冲-0n 光传输系统：光源、介质、光检测光传输系统：光源、介质、光检测o 光源：光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管，发光二极管/激光二激光二极管极管o 光检测器：光电二极管光检测器：光电二极管PIN/雪崩二极管雪崩二极管APDn

18、单向传输，双向需两根光纤单向传输，双向需两根光纤n 应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 多模光纤多模光纤(MMF)o 单模光纤单模光纤(SMF)：光纤的直径接近一个光波波长光纤的直径接近一个光波波长多束光线以不同的反射角传播多束光线以不同的反射角传播激光器激光器包层，折射率低包层，折射率低纤芯，折射率高纤芯，折射率高亮度调制亮度调制光检波器光检波器激光器激光器光检波器光检波器单束光线沿直线传播单束光线沿直线传播第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃封

19、套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳常见规格：纤芯常见规格：纤芯50um缓变型缓变型-MMF 62.5um缓变型缓变型/增强型增强型-MMF 8.3um突变型突变型-SMF 包层包层125um第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 无线介质无线介质（信号在大气或外层空间自由传播）信号在大气或外层空间自由传播）n 使用电磁波或光波携带信息使用电磁波或光波携带信息n 优缺点：优缺点：o 无需物理连接无需物理连接o 适用于长距离或不便布线的场合适用于长距离或不便布线的场合o 易受干扰易受干扰o 反射，为障碍物所阻隔反射，为障碍

20、物所阻隔n 主要类型：主要类型：o 无线电、地面微波无线电、地面微波o 通信卫星通信卫星o 红外线红外线第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 微波通信微波通信n通过地面站之间接力传送通过地面站之间接力传送n接力站之间距离：接力站之间距离：50 100 kmn速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微波传送塔微波传送塔第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 地球同步卫星地球同步卫星n与地面站相对固定位置与地面站相对固定位置n使用三颗卫星即可覆盖全球使用三颗卫星即可覆盖全球n传输延迟时间长（传输延迟时间长（270ms）n广播式传输

21、广播式传输n应用领域：应用领域：o 电视传输电视传输o 长途电话长途电话o 专用网络专用网络o 广域网广域网35,784km地球地球第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 激光激光n 将激光束调制成光脉冲传输数据将激光束调制成光脉冲传输数据 n 特点：特点：o 激光的频率更高，可获得更高的带宽激光的频率更高，可获得更高的带宽o 激光束的方向性好，不受电磁干扰的影响，不怕偷听激光束的方向性好，不受电磁干扰的影响，不怕偷听 o 受天气影响受天气影响o 只能在短距离通信中使用只能在短距离通信中使用 第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 红外线红外线 红外传输系统利用墙壁或屋

22、顶反射红外线从而形红外传输系统利用墙壁或屋顶反射红外线从而形成整个房间内的广播通信系统。成整个房间内的广播通信系统。o 特点：特点：n 红外通信的设备相对便宜，可获得较高的带宽；红外通信的设备相对便宜，可获得较高的带宽；n 传输距离有限，而且易受室内空气状态（例如有传输距离有限，而且易受室内空气状态（例如有 烟雾等）的影响。烟雾等）的影响。 第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 短波无线电短波无线电n基站与终端之间通信采用无线链路基站与终端之间通信采用无线链路n应用领域：移动通信、无线局域网（应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域B

23、S基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 常用传输介质的比较常用传输介质的比较传输介质传输介质传输方式传输方式速率速率/工作频带工作频带传输距离传输距离性能性能价格价格应用应用双绞线双绞线宽带宽带基带基带1Gb/s模拟模拟: 10km数字数字: 500m较好较好低低模拟模拟/数字数字信号传输信号传输50同轴电缆同轴电缆基带基带10Mb/s3km较好较好较低较低基带数字信基带数字信号号75同轴电缆同轴电缆宽带宽带450MHz100km较好较好较低较低模拟电视、模拟电视、数据及音频数据及音频光纤光纤基带基带40Gb/s20km以上以上很好很好较

24、高较高远距离高速远距离高速数据传输数据传输微波微波宽带宽带46GHz几百几百km好好中等中等远程通信远程通信卫星卫星宽带宽带110GHz18000km很好很好高高远程通信远程通信第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.3.1 2.3.1 第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识发送接收单向通道单向通道双向通道双向通道双向通道双向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 同步：同步：数据从发送端到接收端必须保持双方步调数据从发送端到接收端必须保持双

25、方步调一致。一致。o 同步的因素：同步的因素：n 同步脉冲频率同步脉冲频率n 数据从什么时候开始，什么时候结束数据从什么时候开始，什么时候结束n 位边界位边界n 数据块边界数据块边界o 数据通信中需要在二个层次上实现同步：数据通信中需要在二个层次上实现同步：n 位位位同步位同步n 字符字符字符同步或帧字符同步或帧(Frame)帧同步帧同步2.3.2 2.3.2 同步传输和异步传输同步传输和异步传输第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元从何时开始同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元从何时开始 同步脉冲也可位于码元的中部同步脉冲也可位于码元的中部

26、一个码元也可有多个同步脉冲相对应一个码元也可有多个同步脉冲相对应t t码元码元1 1码元码元2 2码元码元3 3码元码元4 4码元码元5 5信号信号同步脉冲同步脉冲t t第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 目的：目的：使接收端与发送端在时间基准上一致使接收端与发送端在时间基准上一致n外同步外同步发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。n自同步自同步通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含同步信

27、号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁号中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。定自己的时钟脉冲频率。发送站 同步信号数据接收的同步信号锁定后的同步信号接收站接收站收到的数据数据（1）位同步）位同步第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 目的：目的：找到正确的字符边界找到正确的字符边界o 采用这种同步方式的通信也称采用这种同步方式的通信也称“异步通信异步通信”或或 “异步传输异步传输”；（3 3）帧同步帧同步o 目的目的：识别一个帧的起始和结束：识别一个帧的起始和结束o 帧（帧（Frame）：数据链路中的传输单位：数据链路中的传输单位 包含数据和

28、控制信息的数据块。包含数据和控制信息的数据块。 （2）字符同步）字符同步 解决同步问题的方法有两种解决同步问题的方法有两种: :同步传输同步传输和和异步传输异步传输第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识1).同步传输同步传输 同步传输方式中以称为同步传输方式中以称为帧帧(frame) 的数据块为单位进行的数据块为单位进行传送。传送。 同步传输使用特殊的标志位进行帧同步，界定一个帧的同步传输使用特殊的标志位进行帧同步，界定一个帧的始末。由于一个信息帧可以包含的位数很多，同步传输还必始末。由于一个信息帧可以包含的位数很多，同步传输还必须进行严格的位同步，要求通信双方使用须进行严格的位同步

29、，要求通信双方使用同一时钟信号同一时钟信号进行进行发送与接收。发送与接收。SYNSYN.一个或多个SYN字符控制字符数据字符控制字符第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2).异步传输异步传输异步传输以异步传输以字符字符为单位进行数据传输。每个字符前为单位进行数据传输。每个字符前后通过加后通过加起始位起始位和和停止位停止位来实现字符同步，通信的双方来实现字符同步，通信的双方各自使用独立的基准定位时钟，但要约定同样的传输速各自使用独立的基准定位时钟，但要约定同样的传输速率，以实现位同步。率，以实现位同步。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识 异步传输每个字符由四部组成：异步

30、传输每个字符由四部组成：1)1位起始位，以逻辑位起始位，以逻辑0表示；表示；2)58位数据位，即要传输的字符内容；位数据位，即要传输的字符内容；3)1位奇偶校验位，用于检错；位奇偶校验位，用于检错；4)12位停止位，以逻辑位停止位，以逻辑1表示表示,用作字符间的间隔。用作字符间的间隔。 异步传输的字符格式异步传输的字符格式第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识 【例【例1】A、B两台设备进行异步数据传输，设定字两台设备进行异步数据传输，设定字符位数符位数8位，传输速率位，传输速率9.6kb/s。如果双方的时钟相。如果双方的时钟相差差0.1%，试问每次传输，试问每次传输(传输传输1个字

31、符个字符)最大能造成最大能造成多少微秒的累积错位？如果设计要求最大累积错位多少微秒的累积错位？如果设计要求最大累积错位不超过位宽度的不超过位宽度的5%，是否达到了设计要求？如果，是否达到了设计要求？如果双方的时钟相差双方的时钟相差1%，结果又如何？，结果又如何？第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识【解答】：【解答】： 在异步传输中，传输速率在异步传输中，传输速率9.6kb/s则每位时间为：则每位时间为：1b 9.6kb/s=104.17us，如果字符位数，如果字符位数8位，加上起始位，加上起始位、奇偶校验位和停止位可以有位、奇偶校验位和停止位可以有12位，当双方的时钟相位，当双方的

32、时钟相差差0.1%，最大的累积错位为：，最大的累积错位为：104.17us120.1%=1.25us，占，占1.2%(1.25104.17）的位宽度，达到了设计要求。的位宽度，达到了设计要求。 如果双方的时钟相差如果双方的时钟相差1%，最大的累积错位为：，最大的累积错位为：104.17us121%=12.5us，占，占12%（12.5104.17）的位宽度，超出了设计要求。的位宽度，超出了设计要求。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识发送端接收端串行通信信道串行通信信道(a)(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b

33、6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)2.3.3 2.3.3 串行传输和并行传输串行传输和并行传输第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.3.4 2.3.4 基带传输、频带传输和宽带传输基带传输、频带传输和宽带传输o 基带信号：基带信号：信源发出的没有经过调制（进行频谱搬移信源发出的没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低。和变换）的原始电信号，其特点是频率较低。o 根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号（相应地，信源也分为数字信源和号和模拟基带信号（相应地，信源也分为数字信源和模拟信

34、源。）其由信源决定。模拟信源。）其由信源决定。o 通俗一点通俗一点, ,基带信号就是发出的直接表达了要传输的信基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。o 由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器等外网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器等外设的信号就是基带传输的。大多数的局域网使用基带设的信号就是基带传输的。大多数的局域网使用

35、基带传输。传输。 基带传输基带传输第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 在信道上直接传送基带信号的方法称为在信道上直接传送基带信号的方法称为基带传输基带传输。o 基带信号固有频带称做基本频带基带信号固有频带称做基本频带,简称为简称为基带基带。 *在计算机等数字设备中，二进制数字序列最方便的电信在计算机等数字设备中，二进制数字序列最方便的电信 号形式为方波（即矩形脉冲信号），即号形式为方波（即矩形脉冲信号），即“1”或或“0”分别分别用用 高高(或低或低)电平或低电平或低(或高或高)电平表示，通常人们把方波固有电平表示，通常人们把方波固有 的频带称为基带，方波电信号称为基带信号。的

36、频带称为基带，方波电信号称为基带信号。 o 在发送端基带传输的数据要经过编码器变换变为直接传在发送端基带传输的数据要经过编码器变换变为直接传 输的基带信号，如曼彻斯特编码等；输的基带信号，如曼彻斯特编码等；o 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；o 基带传输是一种最基本的数据传输方式；可以利用时分基带传输是一种最基本的数据传输方式；可以利用时分 多路复用实现多路复用，提高传输信道的利用率。多路复用实现多路复用，提高传输信道的利用率。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识频带传输频带传输 将数字数据转换成模拟信号，利用模拟

37、信道进行传输将数字数据转换成模拟信号，利用模拟信道进行传输的方法称为的方法称为频带传输频带传输； 频带传输借助于模拟的正弦载波信号，用数字数据频带传输借助于模拟的正弦载波信号，用数字数据（0 或或 1）调制载波，将数字数据寄生在载波的某个参数）调制载波，将数字数据寄生在载波的某个参数上（上（振幅振幅、频率频率和和相位相位），借助于模拟信道进行传输。它），借助于模拟信道进行传输。它需要利用调制解调技术对数据进行转换。需要利用调制解调技术对数据进行转换。 频带传输可以利用频分多路复用（频带传输可以利用频分多路复用（FDM）实现多路）实现多路复用，提高传输信道的利用率。复用，提高传输信道的利用率。调

38、制调制(D/A)：将数字数据寄生在正弦载波的某个参数上，将数字数据寄生在正弦载波的某个参数上， 把数字数据转换成连续的模拟信号。把数字数据转换成连续的模拟信号。解调解调(A/D)：将已调制信号还原为原来的数字数据。将已调制信号还原为原来的数字数据。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识宽带传输宽带传输o 通过借助频带传输，将信道分成多个子信道，分别传送通过借助频带传输，将信道分成多个子信道，分别传送音频、视频和数字信号，称为音频、视频和数字信号，称为宽带传输宽带传输。宽带是比音频。宽带是比音频带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。使用

39、这种带宽更宽的频带，它包括大部分电磁波频谱。使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。宽频带传输的系统，称为宽带传输系统。o 即把信号调制成频带为几十即把信号调制成频带为几十MHZ到几百到几百MHZ的模拟信的模拟信号后再传送，接收方需要解调。号后再传送，接收方需要解调。o 宽带传输中的所有信道都可以同时发送信号。如宽带传输中的所有信道都可以同时发送信号。如 CATV、ISDN等。等。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.4 2.4 数据编码技术数据编码技术o 数据编码类型数据编码类型数据编码方法模拟数据编码数字数据编码振幅键控ASK移频键控FSK移相键控PSK非归零码NRZ曼彻

40、斯特编码差分曼彻斯特编码第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.4.1 2.4.1 模拟数据编码方法模拟数据编码方法 o 模拟数据编码即频带传输的调制解调技术等模拟数据编码即频带传输的调制解调技术等01001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)121第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识 （1 1）幅度调制）幅度调制 幅度调制又称幅度调制又称“移幅键控移幅键控”（ASK），频率和相位都是），频率和相位都是常数，振幅为变量；常数，振幅为变量； 即载波的幅度随发送的信号而变化，表示为：即载波的幅度随发送的信号而变化

41、，表示为： 上图（上图（a）是具有）是具有0、1两个幅度值的调幅波形（二元制两个幅度值的调幅波形（二元制 调幅波），具有一定幅度的载波信号表示调幅波），具有一定幅度的载波信号表示“1”，幅度等于，幅度等于0 的载波信号表示的载波信号表示“0”。(t)=0(t)=0 A(t)=A1，A2，An第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识 (2) (2) 频率调制频率调制 频率调制又称频率调制又称“移频键控移频键控”(FSK)， 振幅和相位为常量，振幅和相位为常量，频率为变量，表示为：频率为变量，表示为： (3) (3) 相位调制相位调制 相位调制又称相位调制又称“移相键控移相键控”(PSK)

42、 ，振幅、频率为常量，振幅、频率为常量，相位为变量，其函数表达式为：相位为变量，其函数表达式为：( (相对相位调制：为相对相位调制：为0 0时相位时相位 相对前一个不变，为相对前一个不变，为1 1时相位相对前一个变）时相位相对前一个变） A(t)=A0(t)=0(t)= 1，2，, n A(t)=A0(t)= 0(t)= 1,2,n第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.4.2 2.4.2 数字数据编码方法数字数据编码方法o 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

43、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;但数据在但数据在发送前要进行编码发送前要进行编码。o 基带传输数字数据信号的编码方式主要有：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）编码编码第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识 数字信号三种编码波形数字信号三种编码波形第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识(1) 非归零编码（非归零编码（NRZ） 用用1表示高电位，表示高电位，0表示低电位。表示低电位。 NRZ码

44、的缺点是无法判断一位的开始与结束，收发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；双方不能保持同步； 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，码的同时， 用另一个信道同时传送同步信号；用另一个信道同时传送同步信号；第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识(2) 曼彻斯特编码曼彻斯特编码 曼彻斯特编码是目前广泛使用的编码方法之一曼彻斯特编码是目前广泛使用的编码方法之一 0=由高电位转到低电位由高电位转到低电位 1=由低电位转到高电位由低电位转到高电位 且在每位期间中央处变换电位状态。且在每位期间中央处变换电位状态。 利用电平跳变可以

45、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，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。 10-BASE-T网络常采用这种传输方式。网络常采用这种传输方式。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识(3) (3) 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 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， 0=颠倒上一位的电位状态变化方式颠倒上一位的电位状态变化方式 1=沿用上一位的电位状态变化方式沿用上一位的电位状态变化方式差分曼

46、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： o 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；o 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;o 一个比特开始处出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, 不发生跳变表示传输二进制不发生跳变表示传输二进制1。 Token Ring 网络采用这种传输方式。网络采用这种传输方式。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识* *脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法o 采样采样o 量化量化o 编码编码D8D7D6D5D4D3D2D1

47、00.51.01.5At0.270.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.410.40.120.1(a)样本量化级二进制编码编码信号0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8(b)PCMPCM用于数字语音系统用于数字语音系统：第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.5 2.5 多路复用技术多路复用技术 多路复用的工作原理：多路复用的工作原理： 把两个以上的单独的信号合并起来，同时在一个通信把两个以上的单独的信号合并起来，同时在一个通信 线路上进行传输。线路上进行传输。高

48、速通信线路多路复用器多路复用器信号复合信号复合信号分离信号分离第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识多路复用技术的分类：多路复用技术的分类：第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识o 在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情 况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输 单个信号带宽相同单个信号带宽相同( (或略宽或略宽) )的子信道，每个子信道传的子信道，每个子信道传 输一路信号，这就是输一路信号，这就是频分多路复用频分多路复用。o 在一条通信线路设计多路通信信道在一条通信线

49、路设计多路通信信道; ;o 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; ;o 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那么一条通信线路就可以 同时独立地传输多路信号。同时独立地传输多路信号。o FDM主要用于主要用于模拟通信模拟通信 2.5.1 2.5.1 频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM）第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识13003100信道16064687260646872频率( k Hz)（c ）（c ）频率( k Hz)（b ）（b ）频率( H z)（a ）（a ）信道2信道311信道1信道2信

50、道3 (a)(a)原来的带宽原来的带宽 (b)(b)频率迁移频率迁移( (调制调制) (c) (c)复合的通道复合的通道每路电话信号的带宽是每路电话信号的带宽是300-3100Hz,每个通道分配每个通道分配4000Hz作为标准带宽。作为标准带宽。例子：电话系统中采用例子：电话系统中采用FDM的一个例子的一个例子第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识 利用每个信号在时间上交叉，可以在一个传输通路上传利用每个信号在时间上交叉，可以在一个传输通路上传 输多个数字信号。常用于传输输多个数字信号。常用于传输数字信号数字信号。 时分多路复用不只局限于传输数字信号，模拟信号也可时分多路复用不只局限

51、于传输数字信号，模拟信号也可 以同时交叉传输。另外，对于模拟信号，时分多路复用和频以同时交叉传输。另外，对于模拟信号，时分多路复用和频 分多路复用结合起来使用也是可能的。分多路复用结合起来使用也是可能的。 一个传输系统可以频分许多条通道，每条通道再用时分一个传输系统可以频分许多条通道，每条通道再用时分 多路复用来细分。多路复用来细分。TDM 是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片（时隙）；是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片（时隙）；TDM 将传输信号分成固定长度的将传输信号分成固定长度的帧帧，每个帧又划分若干个，每个帧又划分若干个 时间片。时间片。每个信号源分得一个时间片；每个信号源分

52、得一个时间片；在每个信号源占有的时间片内，它使用通信信道的全部带宽。在每个信号源占有的时间片内，它使用通信信道的全部带宽。 第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识例：目前应用最广泛的例：目前应用最广泛的TDM是贝尔系统的是贝尔系统的T1载波载波o 24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；o 每路音频模拟信号在送到多路复用器之前，要通过一每路音频模拟信号在送到多路复用器之前，要通过一 个个PCM编码器；编码器；o 编码器每秒取样编码器每秒取样8000次；次；o 24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； (1帧

53、中包含每个信号原帧中包含每个信号原1时间片的数据时间片的数据)o 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位用于位用于 信道控制；信道控制；o 每帧由每帧由248=192位组成，附加一位作为帧开始标志位组成，附加一位作为帧开始标志 位，所以每帧共有位，所以每帧共有193位；位；o 发送一帧需要发送一帧需要125毫秒；毫秒；o T1载波的数据传输速率为载波的数据传输速率为1.544Mb/s。(193/0.125)第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识时分多路复用工作原理如下图：时分多路复用工作原理如下图：信道 24信道 1信道2信道3信道40119

54、3比特帧(125微秒）帧开始位7位数据位校验位第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识时分多路复用可分类时分多路复用可分类: : 同步时分复用（同步时分复用（STDM）（事先分配好时隙）（事先分配好时隙） 将一帧中的各时隙以固定的方式预先分配给各路信号将一帧中的各时隙以固定的方式预先分配给各路信号; 主要缺点时隙的利用率低。主要缺点时隙的利用率低。 异步（统计）时分复用技术异步（统计）时分复用技术 (ATDM/STDM) 异步时分复用技术又被称为统计时分复用或智能时分复异步时分复用技术又被称为统计时分复用或智能时分复 用（用（ITDM）技术，它能动态地按需分配时隙，时间片位）技术，它能

55、动态地按需分配时隙，时间片位 置与信号源没有固定的对应关系，突发数据的用户等可置与信号源没有固定的对应关系，突发数据的用户等可 以利用其它信号源的时间片，以避免每帧中出现空闲时以利用其它信号源的时间片，以避免每帧中出现空闲时 隙；能提高时隙的利用率。隙；能提高时隙的利用率。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.5.3 2.5.3 波分多路复用（波分多路复用（WDMWDM）o 光纤通道（光纤通道（fiber optic channel）技术采用了波长）技术采用了波长 分隔多路复用方法，简称为波分复用分隔多路复用方法，简称为波分复用WD

56、M;o 光信号的一个光信号的一个波长波长即一种频率即一种频率;o 从概念上讲从概念上讲WDM和和FDM是相同的是相同的,但但WDM是对光信号是对光信号的复合和分离的复合和分离;而而FDM是对电信号的复合和分离；是对电信号的复合和分离；o 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路或更多路的光载波信号称为密 集波分复用集波分复用DWDM； o 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传输速率最高可以达到 20Gb/s 。第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识共享光纤共享光纤光栅光栅功率波长共享光纤的波谱功率波长光 纤1的波谱功率波长光 纤

57、2的波谱光 纤1光 纤2光 纤3光 纤4功率波长光 纤3的波谱功率波长光 纤4的波谱波分多路复用示意图波分多路复用示意图第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.6 2.6 数据交换技术数据交换技术 交换也称为交换也称为转接转接。是在多结点网络中实现数据传输的。是在多结点网络中实现数据传输的技术，两结点要通信时，在双方之间建立一条物理的或逻技术，两结点要通信时，在双方之间建立一条物理的或逻辑的通道，称为辑的通道，称为链路链路。常用的交换技术主要有：常用的交换技术主要有： 线路交换线路交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.6.1 2

58、.6.1 线路交换线路交换o 线路交换是线路交换是面向连接面向连接的服务；的服务；o 两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在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；通信子网中建立一个实际的物理线路连接；o 线路交换在数据传输过程中要经过线路交换在数据传输过程中要经过建立连接建立连接、数据传输数据传输与与释放连接释放连接的三个阶段；的三个阶段；o 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；会话类通信；o 线路交换方式的缺点是：对突发性通信不适应，系统效线路交换方式的缺点是：对

59、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。率低，系统不具有存储数据的能力。 第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识线路交换过程示意图线路交换过程示意图第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识 报文报文是网络中一次传输的信息块。是网络中一次传输的信息块。 可以是一个程序、一个文件等可以是一个程序、一个文件等 每个节点（交换设备）都对报文进行存储每个节点（交换设备）都对报文进行存储/ /转发（缓存转发（缓存 报文并根据目的地址转发）；报文并根据目的地址转发）； 报文传输不管发送数据的长度是多少，都把它当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；

60、直到终点。作一个逻辑单元发送；直到终点。 适合于长报文、无实时要求的通信、不适合会话式通信适合于长报文、无实时要求的通信、不适合会话式通信 2.6.2 2.6.2 报文交换报文交换( (采用存储采用存储/ /转发技术转发技术) )第第2 2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识本地邮政支局本地邮政支局本地邮政支局河西区邮政支局本地邮政支局海淀邮政支局东城邮政支局用户投寄邮件支局把发往外地邮件投到市总局市总局按地址往省市邮政局投寄邮件、发往天津的邮件投到天津市支局收到市邮政局来的邮件按地址交给用户省市邮政局收到各地局来的邮件按地址发往各支局天津市邮政局沈阳市邮政局北京市邮政总局长沙市邮政局采用存