计算机网络及通信

1、(a)(a)v(t)v(t)tt(b)(b)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b0b1b2b3b4b5b6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)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终止位终止位起始位起始位b0-b6t字节5字节4字节3字节3字节2字节1bbbbbbb终止位(逻辑 0 )起始位(逻辑 1 )6543210数据数据 数据数据开始开始 8位地址位地址 8位控制位控制 数据域数据域 校验校验 结束结束标志标志

2、 标志标志 一个或多个SYN字符控制字符数据字符SYNSYN控制字符+专用信道与公共交换信道专用信道与公共交换信道专用信道专用信道l 固定线路固定线路l 点点- -点连接点连接l 多点连接多点连接l 短距离短距离l 数据传输量大的情况下数据传输量大的情况下2.22.2传输介质及主要特性传输介质及主要特性 屏蔽双绞线（屏蔽双绞线（STP Shielded Twisted STP Shielded Twisted PairPair） 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP Unshielded Twisted (UTP Unshielded Twisted Pair)Pair)五类线五类线-带宽为带宽为

3、100MHz-100MHz-速率速率100Mbps100Mbpsl屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPl 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP铜线绝缘层外屏蔽层外部保护层（a ） 屏蔽双绞线（a ） 屏蔽双绞线铜线绝缘层外部保护层（b ） 非屏蔽双绞线（b ） 非屏蔽双绞线l双绞线的制作分为工作站至工作站和工作站至集线器两双绞线的制作分为工作站至工作站和工作站至集线器两种：工作站至集线器的双绞线，其种：工作站至集线器的双绞线，其8 8芯线一一对应；工作芯线一一对应；工作站至工作站的双绞线，按照图所示的连线制作。站至工作站的双绞线，按照图所示的连线制作。Pin#8Pin#1下面是 PC 机不经过 HUB 直接

4、通过网线相连的参考图橘白绿白蓝蓝白绿褐白褐RJ-45 色序图3 类 UTP 线3.同轴电缆的主要特性(类型类型l75电缆电缆-公用天线电视公用天线电视CATV标准缆标准缆l50电缆电缆-Ethernet使用使用(物理特性物理特性 内导体绝缘层外屏蔽层外部保护层同轴电缆同轴电缆典型的同轴电缆（典型的同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）由一根内导）由一根内导体铜质芯线外加绝缘层、密集网状编织导电金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。属屏蔽层以及外包装保护塑橡材料组成。 (传输特性传输特性l50-基带同轴电缆基带同轴电缆-数字信号的

5、传输。数字信号的传输。l75-宽带同轴电缆宽带同轴电缆-多路复用多路复用-模拟信号模拟信号 1.4M 数字信号数字信号 3M 一条信道一条信道高速数字通信高速数字通信(连通性连通性 点点点连接点连接多点连接多点连接(地理范围地理范围l基带同轴电缆基带同轴电缆几公里几公里l宽带同轴电缆宽带同轴电缆-几十公里几十公里(抗干扰性抗干扰性l抗干扰能力较强。抗干扰能力较强。(价格价格 介于双绞线和光缆之间，维护方便。介于双绞线和光缆之间，维护方便。4.光纤的主要特性光纤的主要特性(物理特性物理特性l光纤是一种直径为光纤是一种直径为50100m的柔软能传导光波的的柔软能传导光波的介质。介质。l光纤芯，光纤

6、芯， 包层（折射率低包层（折射率低 ），外部保护层），外部保护层 光纤包层外部保护层(a)(a)保护层包层光纤(b)(b)包层保护层4.光纤的主要特性光纤的主要特性(传输特性传输特性l光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光纤通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。光信号。l频率在频率在10101414- -1515HzHz的光波导管，覆盖了可见光谱的光波导管，覆盖了可见光谱与部分红外光谱。与部分红外光谱。 l光缆的结构大致可分为缆芯（光缆的结构大致可分为缆芯（Cable CoreCable Core）和保）和保护层（护层（SheathSheath）两大部分，四芯光缆剖面的示意图。）两大

7、部分，四芯光缆剖面的示意图。光纤光纤 l实际上，只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临实际上，只要射到光纤表面的光线的入射角大于某一临界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不同界角度，就可以产生全反射，并且可以存在许多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多角度入射的光线在一条光纤中传输，这种光纤就称为多模光纤（模光纤（Multimode FiberMultimode Fiber），如图所示。），如图所示。 （a）折射角大于入射角）折射角大于入射角 （b）光波在纤芯中传播）光波在纤芯中传播 （c）62.5/125m渐变渐变增强型多模光纤增强型多模光纤 图图2-12 多模光

8、纤多模光纤 4.光纤的主要特性光纤的主要特性l光源：光源：LED 发光二极管（发光二极管（Light-Emitting Diode）ILD 注入型激光二极管（注入型激光二极管（Injection Laser Diode）l接收：接收：PIN 检波器（光电二极管）检波器（光电二极管）便宜便宜 APD 检波器检波器 灵敏灵敏光电转换LED发送端输入输入PIN接收端输出输出光纤光纤光信号光电转换l多模光纤和多模光纤和5 5类双绞线的衰减与频率关系如图所示，当传类双绞线的衰减与频率关系如图所示，当传输频率超过输频率超过100MHz100MHz时，时，5 5类双绞线随着频率的增加衰减愈来类双绞线随着频率

9、的增加衰减愈来愈大；而光纤在愈大；而光纤在300MHz300MHz以内，衰减基本不变。以内，衰减基本不变。 图2.58 光纤与电缆频率衰减关系图62.5/125m渐变增强型多模光纤01101003001000频率(MHz)衰减(dB/km)051015202530355类UTP双绞电缆光纤与电缆频率与衰光纤与电缆频率与衰减关系图减关系图2.3无线与卫星通信无线与卫星通信1.电磁波谱与移动通信电磁波谱与移动通信(电磁波谱电磁波谱l Radio lMicrowavel Infraredl Visible LightlUV(UtraViolet)lX-raysl-rays10010210410610

10、810101012101410161018102010221024无线电微波红外紫外线可见光X-射线-射线1041051061071081091010101110121013101410151016f(Hz)f(Hz)双绞线同轴电缆无线电( A M )无线电( F M )电视频道卫星通信地面微波通信光纤频段LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF(电磁波的传播电磁波的传播l自由空间自由空间-无线方式传播无线方式传播-无线通信无线通信 微波通信微波通信卫星移动通信卫星移动通信蜂窝移动通信蜂窝移动通信l有限空间有限空间-有线方式传播有线方式传播-同轴电缆同轴电缆双绞线双绞线光纤光纤l传输介质的频

11、率传输介质的频率双绞线双绞线-低频与中频信号低频与中频信号同轴电缆同轴电缆低频到特高频信号低频到特高频信号光纤光纤-可见光信号可见光信号2 2 无线电短波通信无线电短波通信 l在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合，在一些电缆光纤难于通过或施工困难的场合，例如，高山、湖泊或岛屿等，即使在城市中挖例如，高山、湖泊或岛屿等，即使在城市中挖开马路敷设电缆有时也很不划算，特别是通信开马路敷设电缆有时也很不划算，特别是通信距离很远，对通信安全性要求不高，敷设电缆距离很远，对通信安全性要求不高，敷设电缆或光纤既昂贵又费时，若利用无线电波等无线或光纤既昂贵又费时，若利用无线电波等无线传输介质在自由空间传播，

12、就会有较大的机动传输介质在自由空间传播，就会有较大的机动灵活性，可以轻松实现多种通信，抗自然灾害灵活性，可以轻松实现多种通信，抗自然灾害能力和可靠性也较高。能力和可靠性也较高。(无线电传输的优点无线电传输的优点l容易产生容易产生l传播很远传播很远l容易穿过建筑物容易穿过建筑物l全方向传播全方向传播(无线电传输的缺点无线电传输的缺点l低频率上能轻易地通过障碍物，但能随距离增大低频率上能轻易地通过障碍物，但能随距离增大而急剧减小。而急剧减小。l高频上趋于直线传播并受障碍物阻挡，受天气影高频上趋于直线传播并受障碍物阻挡，受天气影响，信号幅度变化较大（会被雨水吸收）。响，信号幅度变化较大（会被雨水吸收

13、）。l在所有频率上，易受发动机和其他电子设备的干在所有频率上，易受发动机和其他电子设备的干扰。扰。(传播方式传播方式l高频无线电信号高频无线电信号-近距离近距离-沿地表面传播沿地表面传播l远距离远距离-在地球与地球电离层在地球与地球电离层之间之间来回反射。来回反射。 3.微波通信微波通信微波通信的特点微波通信的特点l只能进行视距传播（视线介质）两微波塔之间无物只能进行视距传播（视线介质）两微波塔之间无物体遮挡且相距不可太远。（体遮挡且相距不可太远。（80km）lf 在在100MHz10GHz，=3m-3cm .在在8GHz频率上频率上为几为几cm容易被水吸收。容易被水吸收。 l安装在室外且方向

14、性强。地面采用点到点方式通信。安装在室外且方向性强。地面采用点到点方式通信。l频率很高，可以获得较大的通信带宽。频率很高，可以获得较大的通信带宽。l与光纤相比不需要路权。相对较便宜。与光纤相比不需要路权。相对较便宜。l无线电数字微波通信系统在长途大容量的数据通信无线电数字微波通信系统在长途大容量的数据通信中占有及其重要的地位，其频率范围为中占有及其重要的地位，其频率范围为300MHz300MHz300GHz300GHz。微波通信主要有两种方式：地面微波接力。微波通信主要有两种方式：地面微波接力通信和卫星通信。通信和卫星通信。 l微波在空间主要是直线传播，并且能穿透电离层进微波在空间主要是直线传

15、播，并且能穿透电离层进入宇宙空间，它不像短波那样经电离层反射传播到入宇宙空间，它不像短波那样经电离层反射传播到地面上其他很远的地方，由于地球表面是个曲面，地面上其他很远的地方，由于地球表面是个曲面，因此其传播距离受到限制且与天线的高度有关，一因此其传播距离受到限制且与天线的高度有关，一般只有般只有50km50km左右，长途通信时必须建立多个中继站，左右，长途通信时必须建立多个中继站，中继站把前一站发来的信号经过放大后再发往下一中继站把前一站发来的信号经过放大后再发往下一站，类似于站，类似于“接力接力”，如果中继站采用，如果中继站采用100m100m高的天高的天线塔，则接力距离可增大到线塔，则接

16、力距离可增大到100 km100 km。 3.微波通信微波通信4 红外线和激光红外线和激光 l红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分红外线通信和激光通信就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，但方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。 5 卫星通信卫星通信 l卫星通信就是利用位于卫星通信就是利用位于3万万6千公里高空的人造地千公里高空的人造地

17、球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫星通信可以克服地面特殊形式的微波接力通信。卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。且通信费用与通信距离无关。 l卫星通信的优点是卫星通信的优点是:卫星通信的频带比微波接力通卫星通信的频带比微波接力通信更宽，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，信更宽，通信容量更大，信号所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠。误码率也较小，通信比较稳定可靠。 l卫星通信的缺点是：传播时延较长

18、。卫星通信的缺点是：传播时延较长。 6 VSAT卫星通信卫星通信 lVSATVSAT（Very Small Aperture TerminalVery Small Aperture Terminal，甚小，甚小口径地球终端）是口径地球终端）是2020世纪世纪8080年代末发展起来并于年代末发展起来并于9090年代得到广泛应用的新一代数字卫星通信系统。年代得到广泛应用的新一代数字卫星通信系统。VSATVSAT网通常由一个卫星转发器、一个大型主站和网通常由一个卫星转发器、一个大型主站和大量的大量的VSATVSAT小站组成，能单双向传输数据、语音、小站组成，能单双向传输数据、语音、图像、视频等多媒体

19、综合业务。图像、视频等多媒体综合业务。lVSATVSAT具有很多优点，如：设备简单、体积小、具有很多优点，如：设备简单、体积小、耗电少、组网灵活、安装维护简便、通信效率高耗电少、组网灵活、安装维护简便、通信效率高等，尤其适用于大量分散的业务量较小的用户共等，尤其适用于大量分散的业务量较小的用户共享主站，所以许多部门和企业多使用享主站，所以许多部门和企业多使用VSATVSAT网来建网来建设内部专用网。设内部专用网。VSAT网络组成网络组成2.4数据编码技术数据编码技术2.4数据编码技术数据编码技术2.4数据编码技术数据编码技术= Manchester编码的优点编码的优点每一位的中间有一次电平跳变

20、，两次电平跳变的时每一位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，提取电平跳变可以做收发双，提取电平跳变可以做收发双方的同步信号。（自同步编码）方的同步信号。（自同步编码） 编码信号不含直流分量。编码信号不含直流分量。=Manchester编码的缺点编码的缺点编码效率低。编码效率低。3. Different Manchester 编码编码 每一每一bit的中间跳变仅做同步之用；的中间跳变仅做同步之用； 每每bit的值根据其开始边界是否发生跳变来决定；的值根据其开始边界是否发生跳变来决定； 每位开始处电平跳变表示每位开始处电平跳变表示0，不发生跳变表示，不发生跳

21、变表示13. 编码编码l是用相应位数的二进制代码表示量是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。化后的采样样本的量级。位数位数=log2k 如如 K=16 4位二进制数位二进制数l缺点：使用缺点：使用二进制位数较二进制位数较多，编码效率低多，编码效率低且低幅值的地方且低幅值的地方容易变形。容易变形。l改进方法：改进方法：采用压缩技术采用压缩技术2.5基带传输基带传输2.5基带传输基带传输2.6频带传输频带传输电话机电话线电话线电话机电话交换网电话交换网计算机计算机ModemModem 通信系统实例通信系统实例2.6频带传输频带传输2.6频带传输频带传输2.6频带传输频带传输2.6频带

22、传输频带传输Modem全双工工作原理全双工工作原理2.6频带传输频带传输2.7 多路复用技术多路复用技术lFDM（Frequency Division Multiplexing)二波分多路复用二波分多路复用WDMWDM三三. .时分多路复用时分多路复用TDMTDMT1T2Tn同步时分多路复用同步时分多路复用(STDM)T1T2Tn控 制 字 段 数 据 字 段 控 制F2.8 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术物理链路VPVC信元wATMATM网的虚连接分为两级，网的虚连接分为两级，VPVP和和VCVC。wVPVP和和VCVC可以是永久虚电路，也可以是交换式虚可以是永久虚电路，也可以

23、是交换式虚电路。电路。w两台两台HOSTHOST一旦建立虚通路一旦建立虚通路VPVP后，就可以自己分后，就可以自己分配虚通道配虚通道VCVC。wVPVP建立路由选择后，建立路由选择后，VCVC不需要新的路由选择。不需要新的路由选择。wVCVC中的数据流可以是单向的，也可以是双向的，中的数据流可以是单向的，也可以是双向的，当双向传输信元时，两个方向的速率可以不同。当双向传输信元时，两个方向的速率可以不同。w举例举例: :信源校验码编码器存储器发送装置传输信道接收装置发发送送端端校验码译码器接接收收端端信宿反馈信号控制器反馈信号控制器w生成多项式生成多项式G G（X)X)由协议规定。如：由协议规定

24、。如：CRC-12 G(X)=XCRC-12 G(X)=X1212+X+X11 11 +X+X3 3 +X+X2 2 +X +1+X +1CRC-16 G(X)=XCRC-16 G(X)=X1616+X+X15 15 +X+X2 2+1+1wCRCCRC校验生成是采用二进制模二算法。即减法不校验生成是采用二进制模二算法。即减法不借位，加法不进位（异或操作）。借位，加法不进位（异或操作）。w举例：举例： 发送数据发送数据 11001100 11001100 生成多项式生成多项式 G(X)=X G(X)=X4 4+X+X3 3 +1 11001 K=4+1 11001 K=4 将发送序列将发送序列

25、 1100110011001100* *2 24 4 =11001100 0000=11001100 0000 将将f(X)f(X)* * 2 24 4/G(X) /G(X) 按模二算法按模二算法11001100000010000111110011000011001100101100110110110011111 Q(x) f(x)*XK R(x)将将R(x)R(x)加到加到f(x)f(x)* *2 24 4中得中得 11001100 111111001100 1111如果在数据传输中无错误，则如果在数据传输中无错误，则110011001111110011001111一定能被一定能被G G（x

26、)x)整除。整除。 R(x) = R(x) R(x) = R(x) 1100110011111000011111001100111100110101110011100111001 0 发发送送端端接接收收端端ACK0ACK1NAKACK2ACK3(a)ACK0ACK1NAKACK2ACK6(b)ACK3ACK4ACK5丢丢弃弃重重传传重重传传01234523456012345234560123452678901234526789发发送送端端接接收收端端丢丢弃弃2.10 小结小结 l数据通信技术是网络技术发展的基础。数据通信是指在数据通信技术是网络技术发展的基础。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、图像的二进制代码进制代码0 0、1 1比特序列的过程；目前数据通信中应用最比特序列的过程；目前数据通信中应用最广泛的编码标准是广泛的编码标准是ASCIIASCII码；码； l信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。按照在信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。按照在传输介质上传输的信号类型，可以分为模拟