计算机网络基础(第二章)课件

计算机网络基础第二章数据通信基础知识计算机网络基础第二章数据通信基础知识1本章学习任务掌握数据通信的基本概念；特别是熟悉信道容量的计算；掌握数据通信系统的模型；熟悉数据通信的方式，数据传输的方式及各自的特点；掌握数据的调制的基本方法；掌握数据编码的原理及不同编码方法的特点；本章学习任务掌握数据通信的基本概念；特别是熟悉信道容量的计算2数据通信的基本概念信息：任何可用二进制表示的内容；数据：有用的信息；模拟数据：取值连续的数据数字数据：取值离散的数据信号：信息和数据在介质中传递的形式；模拟信号：取值连续的信号数字信号：取值离散的信号基带信号：未经调制的数字信号宽带信号：多路复用的信号数据通信的基本概念信息：任何可用二进制表示的内容；3信道信息传输的必经之路物理信道：用来传送信号的物理通路；逻辑信道：连接，非独占信道信息传输的必经之路4比特和码元比特：信息传送的单位；码元：信号的单位；比特和码元比特：信息传送的单位；5数据传输的速率信息传送的速率为比特率；信息速率R信号传送的速率为波特率；信号速率B，也称为符号速率或调制速率。R＝B×WW：每码元携带的信息位数。误码率：信息传送过程中出错的位数。误码率＝错误比特数/总比特数数据传输的速率信息传送的速率为比特率；信息速率R6信道容量Nyquist公式：理想低通矩形特性的信道下最高码元传输速率C＝2×T（波特）＝2×T×W（bps）T：带宽理想带通信道下最高码元传输速率C＝TShannon公式：在信噪比为S/N时信道的极限传输速率C=T×信道容量Nyquist公式：7数据通信系统的模型数据通信系统的模型8数据通信系统的模型数据终端设备：即数据的生成者和使用者，它根据协议控制通信的功能通信控制器：它的功能除进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还可接收来自多个数据终端设备的信息，并转换信息格式数据通信设备：它的功能是把通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求的信号形式通信信道：通信信道是信息在数据通信设备之间传输的通道噪声：传输过程中受到的干扰。数据通信系统的模型数据终端设备：即数据的生成者和使用者，它根9数据通信方式根据允许的传输方向，数据通信方式可以分为三种：单工：数据只能沿一个方向传输；半双工：允许数据沿两个方向传输，但在任一时刻信息只能在一个方向传输；双工：允许信息同时沿两个方向传输。数据通信方式根据允许的传输方向，数据通信方式可以分为三种：10数据传输的方式并行与串行并行传输：数据以成组的方式在多条并行信道上同时传输。优点：速率高缺点：传输设备投资大串行传输：数据流以串行的方式，在一条信道上依次传输优点：节省设备，费用低缺点：慢数据传输的方式并行与串行11同步与异步异步传输：在发送信息前，要在前面加上起始信号，后面加上终止信号。同步传输：以同步的时钟节拍来收发信息。同步与异步异步传输：在发送信息前，要在前面加上起始信号，后面12模拟数据通信与数字数据通信数字数据通信的优越性：各类信息均可以以数字形式表示数字数据易实现差错检测，保证传输的可靠性数字数据易实现加密，保证传输的安全性。数字技术发展迅速。模拟数据通信与数字数据通信数字数据通信的优越性：13基带信号在模拟信道传输中的问题基带信号含多种频率成分，有些在线路带宽之外，不能全部通过信道，造成信号失真。基带信号的各个频率成分的延迟，衰减不同，又造成失真。干扰信号，波形失真易导致误码，传输速率越快，失真越严重。基带信号在模拟信道传输中的问题基带信号含多种频率成分，有些在14数据的调制和解调调制就是用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使得这些参量随基带信号的变化而变化。基本的调制方式：调幅、调频、调相数据的调制和解调调制就是用基带信号对载波波形的某些参量进行控15幅度键控ASKAmplitude-ShiftKeying幅度键控ASKAmplitude-ShiftKeying16移频键控FSKFrequency-ShiftKeying移频键控FSKFrequency-ShiftKeying17相位键控PSKPhrase-ShiftKeying绝对移相键控相对移相键控相位键控PSKPhrase-ShiftKeying相对移18组合调制方法为了达到更高的传输速率，每一码元要携带更大的信息量，就要将多种调制方法组合使用。................rt组合调制方法为了达到更高的传输速率，每一码元要携带更大的信息19调制解调器包括了发信号用的调制器和收信号用的解调器。如无特殊说明，就是为了一条话路使用的，多条话路合用的是宽带调制解调器。调制器的作用是波形变换，将基带数字信号的波形变换成适于信道传输的波形；解调器就是波形识别器，将信号还原成原来的数字信号。调制解调器包括了发信号用的调制器和收信号用的解调器。20数据的编码不归零码归零码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码数据的编码不归零码21不归零码NoneReturnZero单极性不归零码：零电平表示0，正电平表示1双极性不归零码：负电平表示0，正电平表示1特点：无法判断每一位的开始和结束；有直流分量；

不归零码NoneReturnZero22归零码ReturnZero单极性归零码：零电平表示0，正脉冲表示1；双极性归零码：负脉冲表示0，正脉冲表示1；交替双极性归零码：零电平表示0，正负脉冲交替表示1；特点：无法判断每一位的开始和结束严重的直流分量归零码ReturnZero23曼彻斯特编码ManchesterEncoding双相码，用电平的跳变表示二进制数据。低到高的跳变表示0，高到低的跳变表示1；特点：电平的跳变既表示时钟又表示数据；实现了自同步，不用另外发送同步信号；没有直流分量的累积效应；信号频率提高。曼彻斯特编码ManchesterEncoding24差分曼彻斯特编码DifferentialManchesterEncoding对曼彻斯特编码的改进。每比特中间的跳变仅用作同步；每比特开始的跳变表示数据：有跳变表示0，无跳变表示1；特点：与曼彻斯特编码相似。差分曼彻斯特编码DifferentialMancheste25多路复用技术在一条物理线路上建立多个通信信道的技术。实质：将一个区域的多个用户数据通过发送多路复用器进行汇集，然后将汇集后的数据通过一条物理线路进行传送，接收多路复用器再对数据进行分离，分发到多个用户。多路复用技术在一条物理线路上建立多个通信信道的技术。26数据交换技术电路交换报文交换分组交换数据交换技术电路交换27电路交换建立物理连接，数据传输，拆除连接特点：适于实时和交互通信场合；高速，可靠，数据按发送顺序到达；传输效率低；建立物理连接的过程长；不适用于不同速率的设备相互通信；电路交换建立物理连接，数据传输，拆除连接28报文交换存储转发式工作，发方不考虑传输路径；同一时刻，报文仅占用一段通道，传输效率较高；线路带宽由多个用户按需分配；可以把同一个报文发给多个用户；可以进行速率和编码转换；中间结点易阻塞；要求有大存储容量；报文携带地址信息，增加开销；报文不一定按发送顺序到达。报文交换存储转发式工作，发方不考虑传输路径；29分组交换虚电路方式：通信前建立逻辑连接，通信完毕拆除连接；数据传输过程中无需路由选择；分组按发送顺序到达；数据报方式：分组不一定按发送顺序到达；灵活性高，一条路失效可以走另一条；不用建立连接；头部信息增加开销。分组交换虚电路方式：30交换方式交换特点优点缺点适用场合电路交换建立专用通信线路。建立、维护、拆除连接高可靠、高带宽、无冲突高费用、浪费要求高质量的大量数据传输报文交换报文逐结点分段传送线路效率高收发不用同时工作同时发送到多个目的地传输容量加大不实时、可被截获非交互式通信分组交换数据划分成分组，存储转发。虚电路、数据报方式高效率不同种类的终端可通信高可靠同时发送多个目的传送短报文和灵活的处理报文信元交换定长分组高效率、高可靠实时性强交换方式交换特点优点缺点适用场合电路交换建立专用通信线路。建31差错控制技术产生差错的原因：信号在物理信道传输过程中，由于各种因素会引起信号的失真，使得接收的信息与发送的不一致。内部因素：信号在物理信道中传送时，由于线路本身的电气特性造成的信号衰减，延迟和波形失真，串扰等；外部因素：来自外界的干扰，噪声。差错控制技术产生差错的原因：信号在物理信道传输过程中，由于各32差错编码发方在数据块中加入冗余信息，用于帮助收方判断在传输过程中是否出错，该信息称为差错编码。检错码：只能检查出错误纠错码：不但可以检查出错误，而且还可以改正。编码效率＝有效数据位/整个码长差错编码发方在数据块中加入冗余信息，用于帮助收方判断在传输过33水平奇偶校验在信息字段后加校验位使得该串信息位中1的总数为奇数（奇校验）或为偶数（偶校验）的方法。特点：校验字段在信息字段后，仅占1比特。仅能测出奇数个错，但无法指出出错位。通常在异步方式中用偶校验，同步方式中用奇校验；编码效率＝Q/(Q+1)Q：信息位数信息字段

奇校验码

偶校验码0110001

01100010

01100011水平奇偶校验在信息字段后加校验位使得该串信息位中1的总数为奇34垂直奇偶校验组校验编码效率=PQ/P(1+Q)Q行P列011100100101010101011101010101011011010010信息组奇校验偶校验垂直奇偶校验组校验0111001信息35水平垂直奇偶校验在水平校验的基础上实施垂直校验；编码效率＝PQ/(1+P)(1+Q)0111001000101011010101101010101010100101

偶校验偶校验信息方阵水平垂直奇偶校验在水平校验的基础上实施垂直校验；偶校验偶校验36CRC校验循环冗余校验，是一种应用广泛的检错码，又称为多项式编码；信息多项式，校验多项式，码多项式；生成多项式；模二运算。CRC校验循环冗余校验，是一种应用广泛的检错码，又称为多项式37CRC校验能查出全部单个错；能查出全部离散的二位错；能查出全部奇数个错；能查出全部长度小于或等于K位突发错；CRC16能以99.997％的概率查出长度位17位的突发错。CRC校验能查出全部单个错；38纠错码不仅能查出错误，还能改正错误；典型代表：海明码纠错码不仅能查出错误，还能改正错误；39差错控制方式检错重发：发方发检错码，收方进行差错检测，有错则重发。这种体制称为ARQ（AutomaticRepeatRequest）。适用于非实时系统；前向纠错：发方发纠错码，收方检验并纠正错误。适用于实时系统。混合纠错方式差错控制方式检错重发：发方发检错码，收方进行差错检测，有错则40停止等待协议收方收到数据，校验无错，则交给上层；同时向发方发确认信息ACK，发方收到ACK后才能发下一帧。收方