6-1 通信和网络技术ppt课件

1、 信号模拟信号、数字信号）信号模拟信号、数字信号） 数据通信系统连接方式、通信数据通信系统连接方式、通信方式、数据传输和通信介质）方式、数据传输和通信介质） 数据通信技术传输同步技术、数据通信技术传输同步技术、数字调制技术、多路复用技术和数字调制技术、多路复用技术和数据交换技术）数据交换技术）第六章第六章通信与网络技术第一讲）通信与网络技术第一讲） 通信就是传递信息，即由信源信息发布者通信就是传递信息，即由信源信息发布者产生的信息，通过一定的媒介即信道传产生的信息，通过一定的媒介即信道传输，最后被信宿信息接收者接纳。输，最后被信宿信息接收者接纳。 模拟通信是用模拟信号作为媒体传输信息的。模拟通

2、信是用模拟信号作为媒体传输信息的。 数字通信就是用数字信号作为载体传输信息数字通信就是用数字信号作为载体传输信息的通信方式。的通信方式。 实际的通信系统往往是两种通信方式的混合，实际的通信系统往往是两种通信方式的混合，也被称为混合通信方式。也被称为混合通信方式。 模拟信号是一种连续变化的信号。模拟信号是一种连续变化的信号。 模拟信号可以用不同频率的正弦波来表示。模拟信号可以用不同频率的正弦波来表示。时间时间电压电压用电压表测量出的声音电平信号图用电压表测量出的声音电平信号图 数字信号是一种离散信号，是由一系列离散的数字信号是一种离散信号，是由一系列离散的电脉冲组成的。电脉冲组成的。 数字信号可

3、分为单极数字信号、双极归零信号数字信号可分为单极数字信号、双极归零信号和双极不归零信号。和双极不归零信号。 在数字信号传输中，数字信号是以一定振幅和在数字信号传输中，数字信号是以一定振幅和持续时间的电信号表示的，这些信号一般不是持续时间的电信号表示的，这些信号一般不是单一频率而是由多个相邻频率的频谱成分组成单一频率而是由多个相邻频率的频谱成分组成的。利用傅里叶的。利用傅里叶FourierFourier级数，可以写出级数，可以写出各种信号波形的频谱函数。各种信号波形的频谱函数。单极数字信号指定单极数字信号指定“1 1为正电压，为正电压，“0 0为零为零电压。电压。时间时间电压电压0 T 2T 3

4、T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 双极归零信号指定“1为正电压，“0为负电压，当由“1转“0或由“0转为“1时，信号会在改变状态之间的极短时间内回归零电压。时间时间电压电压0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 双极不归零信号与双极归零信号不同之处在于双极双极不归零信号与双极归零信号不同之处在于双极不归零信号的状态改变时不需返回零电压。不归零信号的状态改变时不需返回零电压。0 T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T时间时间电压电压数据通信系统是以计算机为中心，用通信线路连接数据终端设备而执数据通信系统是以计算机为中心，用通信线路连接数据终端设备而执行数据通信的

5、系统。它主要由数据传输系统和数据处理系统组成。数行数据通信的系统。它主要由数据传输系统和数据处理系统组成。数据传输系统把终端和计算机连接起来，传送和连接数据。数据处理系据传输系统把终端和计算机连接起来，传送和连接数据。数据处理系统主要进行传送数据的组织。统主要进行传送数据的组织。数据通信系统还可分为硬件和软件两部分。其中硬件包括：计算机、数据通信系统还可分为硬件和软件两部分。其中硬件包括：计算机、调制解调器、多路复用器、转接线路和变换机等，软件包括实现通信调制解调器、多路复用器、转接线路和变换机等，软件包括实现通信的各种协调、管理程序。的各种协调、管理程序。数据通信系统中各通信站点终端之间有三

6、种连接方式，点一点连数据通信系统中各通信站点终端之间有三种连接方式，点一点连接方式、多点连接方式和集线连接方式。接方式、多点连接方式和集线连接方式。数按信息传送的方向与时间关系，可分为以下三种通信方式：单工通数按信息传送的方向与时间关系，可分为以下三种通信方式：单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式。信方式、半双工通信方式和全双工通信方式。从传输数据的频率范围上看数据传输可分为基带传输、频带传输和宽从传输数据的频率范围上看数据传输可分为基带传输、频带传输和宽带传输三种。带传输三种。信源信源转发器转发器介质介质转发器转发器信宿信宿 用一条通信线路直接将两个站点连接起用一条通信线路直接将两个

7、站点连接起来的方式叫点一点连接方式，这种连接来的方式叫点一点连接方式，这种连接方式使用设备较多，通信量大。方式使用设备较多，通信量大。站点站点MODENMODEN站点站点 各个站共用一条线路连接的方式叫多点连接方各个站共用一条线路连接的方式叫多点连接方式，这种连接方式需解决线路竞争问题。式，这种连接方式需解决线路竞争问题。站点站点MODENMODEN站点站点MODEN站点站点 用通信集中器使得各站点之间相互通信的连用通信集中器使得各站点之间相互通信的连接方式叫集线连接方式。接方式叫集线连接方式。站点站点MODENMODEN站点站点集中器集中器MODEN站点站点MODEN站点站点 信息只能向一个

8、固定方向传送的方式信息只能向一个固定方向传送的方式叫单工通信方式叫单工通信方式(simplex)(simplex)站点站点站点站点数据数据应对应对 信息可双向传输，但在同一时刻只能按一信息可双向传输，但在同一时刻只能按一个方向传送，这种传送方式叫半双工通信个方向传送，这种传送方式叫半双工通信方式方式(half-duplex)(half-duplex)。站点站点数据数据接收机接收机发送机发送机站点站点接收机接收机发送机发送机应对应对 信息可双向传输，传送方向不受时间限信息可双向传输，传送方向不受时间限制的通信方式叫全双工通信方式制的通信方式叫全双工通信方式(full-(full-duplex)d

9、uplex)。站点站点数据数据应对应对站点站点数据数据应对应对 由站点产生的信号，是包含有直流、基波、谐由站点产生的信号，是包含有直流、基波、谐振的一串脉冲信号，随着频率的升高其相应幅振的一串脉冲信号，随着频率的升高其相应幅度减小，最后趋于零。这种由零开始到未经调度减小，最后趋于零。这种由零开始到未经调制的数字信号所占用的频率范围被称为基本频制的数字信号所占用的频率范围被称为基本频带，简称基带带，简称基带base bandbase band）。这种信息也被称）。这种信息也被称为基带信号。为基带信号。 将基带信号送入线路，称为基带传输。基带传将基带信号送入线路，称为基带传输。基带传输不需要调制解

10、调器，适用于短距离的数据传输不需要调制解调器，适用于短距离的数据传输，如局域网。基带数据传输速率为输，如局域网。基带数据传输速率为0 0至至10Mb/s10Mb/s。 对于远程数据通信，因传输线路的质量，不能直对于远程数据通信，因传输线路的质量，不能直接传送基带信号。为此把基带信号进行变换调接传送基带信号。为此把基带信号进行变换调制），变为可适应远程通信的已调信号，再将已制），变为可适应远程通信的已调信号，再将已调信号通过线路进行传输，然后把已调信号进行调信号通过线路进行传输，然后把已调信号进行反变换解调），变为原始基带信号。这种利用反变换解调），变为原始基带信号。这种利用变换变换反变换调制反

11、变换调制解调进行数据的传输，解调进行数据的传输，就是频带传输。就是频带传输。 频带传输不仅解决了线路传送质量问题，而且可频带传输不仅解决了线路传送质量问题，而且可实现多路复用功能，提高了通信线路的利用率。实现多路复用功能，提高了通信线路的利用率。不过频带传输在接收和发送端都要设置调制解调不过频带传输在接收和发送端都要设置调制解调器既包含调制器又包含解调器的设备）。器既包含调制器又包含解调器的设备）。 通常我们将比音频带宽通常我们将比音频带宽4KHZ更宽的频更宽的频带称为宽带。由于宽带的频带范围宽、传输带称为宽带。由于宽带的频带范围宽、传输速率高，这样就可以利用频带传输技术将声速率高，这样就可以

12、利用频带传输技术将声音、图像和数据信息进行传输，这就是宽带音、图像和数据信息进行传输，这就是宽带传输。传输。 宽带传输一定是采用频带传输技术的，但频宽带传输一定是采用频带传输技术的，但频带传输不一定就是宽带传输。带传输不一定就是宽带传输。 信号从发送端到接收端之间进行传输的路径信号从发送端到接收端之间进行传输的路径叫信道。叫信道。 作为通信组成的传输介质分为有线通信和无作为通信组成的传输介质分为有线通信和无线通信。线通信。 有线信号的传输介质有双绞线、同轴电缆和有线信号的传输介质有双绞线、同轴电缆和光缆。光缆。 无线通道可分为微波通道、激光通道、红外无线通道可分为微波通道、激光通道、红外通道和

13、短波通道。通道和短波通道。 双绞线是一对扭在一起的金属导线。双绞线双绞线是一对扭在一起的金属导线。双绞线主要用于传统的电话系统中适用于短距离传主要用于传统的电话系统中适用于短距离传输。双绞线抗干扰能力差，一般传输距离不输。双绞线抗干扰能力差，一般传输距离不超过超过100100米。米。 双绞线既能传输模拟信号，也能传输数字信双绞线既能传输模拟信号，也能传输数字信号，局域网中的无屏蔽双绞线的传送速率可号，局域网中的无屏蔽双绞线的传送速率可达达100 Mb/s100 Mb/s。 同轴电缆是由中心导体和外部金属网屏蔽层组同轴电缆是由中心导体和外部金属网屏蔽层组成的传输介质。成的传输介质。 同轴电缆抗干

14、扰能力强。同轴电缆抗干扰能力强。 同轴电缆有同轴电缆有5050和和7575两种。两种。5050电缆只用于电缆只用于传输数字信号，称为基带电缆，能达到传输数字信号，称为基带电缆，能达到10 Mb/s10 Mb/s的传送速率。的传送速率。7575公用电缆是公用电缆是CATVCATV系统中使用系统中使用的标准同轴电缆，能传输模拟信号和数字信号。的标准同轴电缆，能传输模拟信号和数字信号。利用频分分路复用技术，可在同轴电缆上传送利用频分分路复用技术，可在同轴电缆上传送多路信号。多路信号。7575电缆又被称为宽带电缆。宽带电缆又被称为宽带电缆。宽带电缆传输距离远，可达几十公里。电缆传输距离远，可达几十公里

15、。 光缆是用超细玻璃纤维制成的能传送光波光缆是用超细玻璃纤维制成的能传送光波的传输介质。的传输介质。 光缆的传送速率高可达光缆的传送速率高可达1000 Mb /s1000 Mb /s。 另外光缆传输频带宽、抗干扰能力强。另外光缆传输频带宽、抗干扰能力强。 随着光缆通信的技术日趋完善，光纤通信随着光缆通信的技术日趋完善，光纤通信已广泛应用于计算机网络通信中。已广泛应用于计算机网络通信中。 工作频率为工作频率为109Hz- 1010 Hz109Hz- 1010 Hz的电磁波称为微波。微波的电磁波称为微波。微波通信具有带宽高、容量大的特点，但也存在抗干扰能力通信具有带宽高、容量大的特点，但也存在抗干

16、扰能力差的特点。差的特点。 红外线是工作频率为红外线是工作频率为 1011Hz- 10141011Hz- 1014的电磁波，通过发的电磁波，通过发射和接收由信号调制的非相干红外线就可形成一条通信射和接收由信号调制的非相干红外线就可形成一条通信链路。只要收发机都处于视线内，不受其它建筑物遮挡，链路。只要收发机都处于视线内，不受其它建筑物遮挡，就可准确地进行通信。红外光通信可实现每秒兆位的速就可准确地进行通信。红外光通信可实现每秒兆位的速率。率。 激光是工作频率为激光是工作频率为 1014Hz- 10151014Hz- 1015的电磁波，激光通信的电磁波，激光通信的原理与红外线通信原理一样，只是调

17、制解调的是相干的原理与红外线通信原理一样，只是调制解调的是相干激光。激光。 红外线和激光通信的距离一般为几公里，比微波通信短。红外线和激光通信的距离一般为几公里，比微波通信短。另外红外线和激光通信受环境影响大。另外红外线和激光通信受环境影响大。 传输同步技术 数字调制技术 多路复用技术 数据交换技术 数据在传输时，为保证发送端发出的信息能够被接数据在传输时，为保证发送端发出的信息能够被接收端正确接收，要求发送端和接收端必须保持严格收端正确接收，要求发送端和接收端必须保持严格的对应关系，即发送端以某一种速率在起止时间内的对应关系，即发送端以某一种速率在起止时间内发送数据，接收端也必须以同一种速率

18、在相同的起发送数据，接收端也必须以同一种速率在相同的起止时间内接收数据，否则，收发端间微小的误差就止时间内接收数据，否则，收发端间微小的误差就会造成失步，使传输数据出错。为避免收发端的失会造成失步，使传输数据出错。为避免收发端的失步，使系统正确地工作，收发端必须采取收发统一步，使系统正确地工作，收发端必须采取收发统一的动作，这种措施称为同步技术。的动作，这种措施称为同步技术。 常见的同步方法有两种：异步传输和同步传输。常见的同步方法有两种：异步传输和同步传输。 异步传输方式实现简单，但传输效率低。异步传输方式实现简单，但传输效率低。1 1 0 0 0 0 0 1 0 起起始始位位校校验验位位数

19、据字符数据字符停止位停止位 同步传输方式下，数据传输时，接收端时同步传输方式下，数据传输时，接收端时钟完全由发送端时钟控制或由同一时钟钟完全由发送端时钟控制或由同一时钟脉冲控制），发送端和接收端时钟严格同脉冲控制），发送端和接收端时钟严格同步。步。 同步传输方式效率高，一般用于高速传输。同步传输方式效率高，一般用于高速传输。 调制就是使载波信号高频正弦波的幅度、频率或相调制就是使载波信号高频正弦波的幅度、频率或相位随发送信号变化的过程。发送信号模拟或数字信号位随发送信号变化的过程。发送信号模拟或数字信号一经调制，就将作为模拟信号已携带发送信号的载波一经调制，就将作为模拟信号已携带发送信号的载波

20、通过介质发送出去。通过介质发送出去。 解调就是从接收的模拟信号中取出发送信号的过程。解调就是从接收的模拟信号中取出发送信号的过程。 调制和解调是相反的处理过程。调制和解调是相反的处理过程。 将模拟数据调制为模拟信号的技术有二种：幅度调制和将模拟数据调制为模拟信号的技术有二种：幅度调制和频率调制。频率调制。 将数字数据变换成模拟信号的常用的技术有幅移键控、将数字数据变换成模拟信号的常用的技术有幅移键控、频移键控、相移键控和正交幅度调制。正交幅度调制频移键控、相移键控和正交幅度调制。正交幅度调制QAM是一种将是一种将ASK和和PSK组合起来的调制技术。组合起来的调制技术。 幅度调制幅度调制简称调幅

21、简称调幅AMAM就是使就是使载波的幅度载波的幅度随原始模拟随原始模拟数据的幅度数据的幅度变化而变化，变化而变化，而载波的频而载波的频率不变。率不变。 频率调制简频率调制简称调频称调频 FMFM就是使载波的就是使载波的频率随原始模频率随原始模拟信号的幅度拟信号的幅度变化而变化，变化而变化，而载波的幅度而载波的幅度不变化。不变化。 幅移键控幅移键控ASKASK是以载波信号的两个步幅值代表是以载波信号的两个步幅值代表二进制的两个数值，如：二进制二进制的两个数值，如：二进制“1 1对应有载波，对应有载波，“0 0对应无载波，或使用两个不同的载波幅度值，对应无载波，或使用两个不同的载波幅度值，每一个相当

22、于一个特定的二进制值。每一个相当于一个特定的二进制值。 频移键控频移键控FSKFSK是用邻近载波频率的两个不同是用邻近载波频率的两个不同的频率代表二进制的两个数值。的频率代表二进制的两个数值。 相移键控相移键控PSKPSK是用载波信号的相位偏移来表示是用载波信号的相位偏移来表示二进制值。二进制值。 多路复用是指利用一个物理信道同时传输多个信多路复用是指利用一个物理信道同时传输多个信号，以提高信道利用率的技术。号，以提高信道利用率的技术。 多路复用技术有频分多路复用技术、时分多路复多路复用技术有频分多路复用技术、时分多路复用技术及统计时分多路复用技术。用技术及统计时分多路复用技术。 为了解决时分

23、多路复用的信道容量浪费问题，采为了解决时分多路复用的信道容量浪费问题，采用动态信道分配的技术，就是统计时分多路复用用动态信道分配的技术，就是统计时分多路复用ATDMATDM技术。技术。 ATDMATDM是一种高效率的是一种高效率的TDMTDM。它只适用于真正的数。它只适用于真正的数字数据。字数据。 频分多路复用频分多路复用FDMFDM技术是指分割频率来区分各技术是指分割频率来区分各个通道，将具有一定带宽的线路划分为若干条子信个通道，将具有一定带宽的线路划分为若干条子信道。多条信道的中心频带不重合，且保持一定距离。道。多条信道的中心频带不重合，且保持一定距离。 频分多路复用技术适用于模拟信号。频

24、分多路复用技术适用于模拟信号。ABCDFDMFDMABCD子通道子通道A子通道子通道B子通道子通道C子通道子通道D 时分多路复用时分多路复用TDMTDM是将一条线路按其工作时间划是将一条线路按其工作时间划分周期，每一周期下再划分为若干固定长度时间片：分周期，每一周期下再划分为若干固定长度时间片：t1t1，t2t2，tntn。每一时间片由复用的路占用。通过。每一时间片由复用的路占用。通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分，来实现由一在时间上交叉发送每一路信号的一部分，来实现由一条物理线路传送多路信息。条物理线路传送多路信息。TDMTDM1112223331 2 3 1 2 3 1 2 31112

25、 2 2333 交换的方法就是建立一个交换中交换的方法就是建立一个交换中心交换机将各个点直接连接心交换机将各个点直接连接到交换中心，由交换中心负责各到交换中心，由交换中心负责各点之间的链路建立。点之间的链路建立。 交换的方式分类如下：交换的方式分类如下：交换交换电路交换电路交换存储交换存储交换空分电路交换空分电路交换时分电路交换时分电路交换报文交换报文交换报文分组交换报文分组交换 电路交换电路交换circuit circuit switchingswitching是由交换机在是由交换机在通信的两个点之间建立一通信的两个点之间建立一条物理信道。条物理信道。 空分电路交换空分电路交换space space division circuit division circuit switchingswitching就是每个用户就是每个用户点都有一条传输信道，交