8c第八章计算机通讯与网络

1、共30页1八.计算机通讯与网络共30页2（一）数据通信的基本概念信号 有两种形式：模拟信号和数字信号，信息已包含在电信号的特征中。1.信号与信道 模拟信号是一个连续变换的电信号，它的取值有无限多个。 数字信号是一种离散信号，它的取值是有限个数。vvttv0v1共30页3信道 是信号传输的通道，包括通信设备和传输介质。 如：无线信道、有线信道； 数字信道、模拟信道； 专用信道、公用信道。通讯设备 用于发送和接收信号（接收机、发送机、调制器、解调器）传输介质 为信号传递的媒介（有形介质和无形介质）共30页42.数据传送速率和信道容量数据信号速率S：单位时间内传输的信息量，当表示消息的码元是两个状态

2、时，其单位为：bit/sec。调制速率B：单位时间内传输的码元数，单位：Baud（波特）。S=Blog2M 其中M为一个脉冲代表的有效状态数（对于二进制，M=2）。信号频带宽度W：信号所含谐波的最高频率fh和最低频率fe之差。 W=fh-fe信道容量：信道能达到的最大传输能力，即单位时间内可传送的最大比特数。提高信道容量的办法之一是提高信息带宽。共30页53.数据的传送基带传输：由计算机或终端产生的未经调制的数字信号所固有的频带称作基带，这类信号的直接传送称基带传送。频带传输：将二进制信号进行调制，变换成能在信道上传送的模拟信号，通过传输介质送到接收端后，再经过解调将模拟信号还原成二进制信号。

3、通常用正弦波作载波信号。共30页6基带传输中的信号失真：包括幅值畸变，相位畸变，时间延迟和电磁波干扰。原始信号：传输到达信号：其中A0和An是各谐波分量传送到目的地的幅值 。t为传送时间： t=d/v v=3108m/sec由于幅值衰减比率A0/ A0, A1/ A1 , An/ An不等，造成幅值畸变。由于相位移动1=0t, 2=20t, n=n0t不等，造成相位畸变。频带传输的信号失真：例如用正弦波调制后的单频载波信号无幅值相位畸变，接收端加装带通滤波器后，可消除电磁干扰，只剩下传输时限影响。共30页74.数字信号的调制方式用信号调制器（modulator） 实现发信端的数字信号调制 用信

4、号解调器（demodulator）实现接收端的数字信号解调幅值调制：用正弦波幅值大小来区分电平信号频率调制：用正弦波频率的高低来区分电平信号绝对相位调制：0-相位为0度 1-相位为180度相对相位调制：相位不变表示0，相位反相表示1共30页8数字信号幅值调制频率调制：0-cos 1t; 1-cos 2t 1 2绝对相位调制：0cos t; 1cos(t+)相对相位调制： 反相 不变 反相 不变共30页9 各种调制的特点幅值调制易受突发性干扰影响相对于幅值调制，频率调制有较好的抗干扰能力相位调制可实现多相调制（三相制、四相制）共30页105.数据通信方式并行通信与串行通信并行通信是一次同时传送8

5、位（一个字节）数据，从发送端到接收端要8根传输线，并行通讯传输速率高，一般只适用于距离较近的场合。串行通信一次只传送一位数据，从发送端到接收端只要一根传输线，虽然传输速率低，但适合于远距离传输。单工、半双工和双工通信单工：单向通信，单线半双工：双向通信，分时通信，双线双工：双向同时通信，四线共30页116.串行传输中数据同步方式解决串行传输中数据有效和位分割的问题同步传输方式：发送数据前先发送一组同步字符，使受、发双方进入同步，随后发送任意多个字符，直到控制字符指出发送过程结束。同步传送适用于高速传送。位同步方式：采用带位同步的信号传送。 DATA、GND，二线制辅助信号同步方式：DATA、C

6、LK、GND， 三线制共30页12异步传送方式数据分帧发送，每帧数据811位，每帧数据中用起始位同步，用波特率传送进行位分割。设备简单，但传送效率低。以RS232通讯为例说明：123456789起始位T终止位帧1/ T 为波特率TXDRXDGNDRXDTXDGND通讯甲方通讯乙方高(1) 电平4v通讯距离 15米共30页137.多路复用技术利用一个物理信道同时传送多个信号频分多路复用：FDM（frequency division multiplexing ） 将信道的带宽划分为若干段较小的带宽，当有多路信号输入时，发送端分别将各路信号调制到各自所分配的带宽范围的载波上，接收时载波被解调为原来的

7、信号。 为了防止相邻两个频段覆盖造成干扰，在相邻频段间通常留有保护段。共30页14时分多路复用（TDM） 将整体物理信道的传输时间划分为许多时间间隔（时间片），每个时间片被一路信号使用，各个终端循环占用时间片。 对实时信号，采用频分复用；对非实时信号，可采用时分复用，用中间单元暂存需要传送的信号，待在分配到的时间段内送出。共30页158.线路交换方式线路交换与存储交换线路交换： 用户在交换信息前申请建立一条由发送端到接收端的物理通道（电话线路或宽带），在双方进行信息交换的全部时间内，用户始终占用这一通道，直到交换结束。 优点：交换的延迟少，交换过程中信道专用，无冲突。 缺点：信道建立时间长，信

8、道占用后，不传送信息时，其他人不能占用。共30页16存储交换 将输入信息在交换装置的控制下，先存入缓冲存储器暂存，当指定的线路空闲时，再将数据转发出去。网上的每个节点都有存储空间。 报文交换：报文交换的单位是报文，网络将整个报文内容封装起来，加上目的地址和其它控制信息，等线路空闲时发出。 分组交换：将长的报文分组成包，加上控制、差错检测信息发出。共30页179.传输介质双绞线（数百米距离） 两个绝缘导线相互缠绕而成（一对或多对） 屏蔽型：155Mbps 非屏蔽型：1Mbps100Mbps，大部分为10Mbps同轴电缆（10Mbps） 50为基带同轴电缆，仅用作数字信号传送 75为宽带同轴电缆，

9、数字和模拟信号都可以传送 抗干扰能力强，衰减小于双绞线，传送距离数千米共30页18光导纤维 分多模和单模两种，单模光线具有更好的特性。 两头要有光电转换器。 频带宽度大，衰减极低，保密性好，抗干扰。无线通讯无线电波、无线扩频技术、蜂窝网。微波：空间直线传播，由于地面是曲面，50km就要加一个中继站。红外光：作点对点通讯。共30页19（二）网络与网络协议1.网络通讯的基本概念网络通讯：多台计算机通过共用介质进行多机通讯，一般采用串行方式。工业控制网络：用于控制的网络通讯，相比一般网络具有更高的可靠性和实时性。工业控制网分类：局域网和以太网。共30页20局域网：网域分布在有限的地理范围内（10m1

10、0km），有限多的用户共享同一传输介质。传输速率一般在10kbps100Mbps误码率为10-810-11,有较低的时延。自定义多机通讯协议：RS232,RS485,RS488标准协议：canbus, Devicenet, Profibus, Lonbus, IEEE802是使用最广泛的局域网标准工业以太网（Ethernet）：工业以太网有更广泛的地理范围（1km1000km）和更高的传输速率（10Mbps1000Mbps）。用粗缆或光线作为传输介质，是一种总线型网络。共30页21网络硬件设备：网卡：计算机等设备和传输介质间的物理及逻辑连接。调制解调器：数字信号和调制模拟信号的转换设备。中继器

11、：长距离传输中，用于信号放大和再发（去噪）的中间设备。集线器：多计算机与网络连接的管理设备。网桥、网关、路由器传输介质：双绞线，同轴电缆（细缆、粗缆），光线。信道共享技术（多点接入技术）：通过一个公用信道将所有用户连接起来，实现数据传送。信道冲突：当两个或更多用户同时在一个信道上发送信息，通讯失效。共30页22信道共享技术分受控访问和随机访问两大类受控访问：各个用户不能随意使用信道，必须服从网络管理器的统一控制（集中式控制、分散式控制）。随机访问：各个用户可以随机申请发送信息，在获得允许后传送数据。在这类访问中，网络通常配以信道冲突处理方案。受控访问有：主从轮询方式，令牌传递方式。随机访问有：

12、载波侦听方式，令牌申请方式。共30页232.网络协议概述网络协议：网络中信息的内容、格式、传输顺序等的有关规定、标准和约定。它由三个要素组成：语法：数据或控制信息的格式或结构。语义：需要发出何种控制信息，完成何种动作及做出何种应答。同步：事件实现顺序的详细说明。共30页24 网络协议的特点层次化结构，各层次执行自己所承担的任务，相邻层之间提供组合通道（接口）。具有灵活性，层和层之间独立，任何一层修改不影响其它层。有利于标准化，采用开放系统互联模型OSI (Open System Interconnection),指任何系统只要符合OSI标准，就可以和位于任何地方的同一标准的任何系统互联。共30

13、页25分为七层：7.应用层A，6.表示层P，5.会话层S4.传输层T，3.网络层N，2.数据链路层DL，1.物理层PH OSI网络协议分层和数据传递应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层7654321数据用户x应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层数据用户y比特流数据数据数据数据数据数据数据H7H7H7H7H7H7H7H6H6H6H6H6H6H5H5H5H5H5H4H4H4H4H3H3H3H2H2T2T2（物理层不加报头）接口共30页26加报头的工作称为封装，去除报头的工作称为拆装。对应层称作对等实体，对等实体的拆装、封装关系称作第N层协议。上层的数据是下层提供的，上下层关系称

14、作服务（服务是垂直的）。分层是结构概念，非实施通讯的实体。共30页27 物理层功能：保证数据按位正确传送建立、保持、释放相应的物理连接基本特征：机械特性：硬件接插件等。电气特性：信号的电表示方法（电平、速率、编码）。功能特性：各类信号（控制、时钟、控制）的含义。过程特性：信号传递的方式和过程。共30页28 物理层具体标准 RS232 异步串行通信标准机械特性：DB-9,DB-25接插件引脚定义电气特性：高电平4v功能特性：起始位：由高变低的低电平位终止位：高电平，12位每帧数据位：7位8位奇偶校验位：01位过程特性：起始位在先，数据位紧跟，最后是终止位共30页29 数据链路层成帧与帧同步：划分帧和加入帧同步信息链路管理：数据链路的建立、维持和释放流量控制：根据反馈信息协调收发双方的速率差错控制：差错检验的实施和出现差错后的重发区分数据和控制信息寻址