计算机网络第3章 局域异步通信.ppt

1、第3章 局域异步通信,本章学习要求,掌握：概念（异步传输、波特率、比特 率、传输模式、帧化差错） 理解：RS-232异步字符传输 了解：调制解调器传输流程 应用：DB-25接口,概述,异步传输的必要性 用电流发送位串 RS-232异步字符传输 硬件带宽 数据传输速率与帧化差错 传输模式,3.1 异步传输的必要性,广义上，若发送器与接收器之间在发送数据前无需协调（如发送器和接收器不同步），则这种通信称为异步； 技术上，若发送的电信号中不包含接收器用来确定位串何时结束的信息，则该通信硬件归纳为异步的。,3.2 用电流发送位串,通过在介质链路上（通常是电缆或导线）发送电压脉冲来工作 ，信号的电平由它

2、所代表的比特位决定，一个正电压值代表比特0，而一个负电压值代表比特1。,波形图,1 0 1 0 0 1,3.3 RS-232异步字符传输,存在的问题,解决问题,3.3.1 通信标准,国际电信联盟-电信标准化部 （ITU-T) 电子工业协会 (EIA) 电子电气工程师协会 (IEEE),通信标准,机械特性,电气特性,控制和时序,功能特性,3.3.2 RS-232概要,制定者：电子工业协会EIA，RS-232又称为EIA-232。 内容：定义了数据终端设备（DTE，Data Terminal Equipment）和数据电路终接设备（DCE，Data Circuit-terminating Equi

3、pment）之间接口的机械、电气以及功能特性。,DTE 和 DCE,3.3.2 RS-232概要,版本：从最早在1962年以RS-232（推荐标准）名字发布以来，RS-232标准经历了若干次的修订。最新的一个版本，即RS-232-D，不仅定义了使用的连接头的类型，还定义了具体的电缆和插头以及每一个针脚的功能。 应用：用于在计算机与调制解调器、键盘或终端之类的设备之间传输字符。,RS-232介绍,机械特性 电气特性 控制和时序 功能特性,3.3.3 RS-232机械特性,S-232标准的机械规范规定的接口是两端分别有一个阳性和阴性的DB-25针脚连接头的25线电缆。电缆倡导不可超过50英尺（大约

4、15米）。,3.3.4 RS-232电气特性,标准的电气规范规定了在DTE设备和DCE设备之间任何一个方向上传输数据所采用的电压值和信号类型。 发送数据 起始位、终止位,3.3.4.1 发送数据,RS-232标准指出了所有数据必须以逻辑1和逻辑0（称为传号和空白）形式传输，采用非归零（NRZ-L）编码，其中0对应正电压而1对应负电压。 对应的电压值必须在315V或-3-15V之间,3.3.4.1 发送数据,0,-3,-15,3.3.4.1 发送数据,注意 RS-232允许发送器在任何时刻发送一个字符，并可在发送一个字符前延迟任意长的时间。 一旦开始传输一个字符，发送硬件依次将所有的位全部送出，

5、在位与位之间没有延迟。 RS-232硬件在导线上不存在零伏状态，当发送器不再发送时，它使导线处于一个负电压状态，而这代表1。,3.3.4.2 起始位、终止位,由于接收器并不能对线路的空闲状态（处于1）和一位真正的1做出，RS-232标准要求发送器在传输字符的各位之前先传输一位额外的0，这一附加位就是起始位（start bit）。 在一个字符结束与下一个字符开始之前，RS-232要求发送器必须使线路保持空闲状态至少达到某一最小时间，通常所选定的最小时间就是传输一位所需时间，这一位就是终止位（stop bit） 。,3.3.4.2 起始位、终止位,V,15,-15,t,空闲 开始 1 0 1 1

6、0 1 0 停止 空闲,3.3.5 RS-232控制和时序,在RS-232接口中的25根可用的导线中只有4根用于数据功能，余下的21根都用于诸如控制、时序、接地以及测试等功能。 这些导线上传输的电压超过+3V称为“开”状态，低于-3V称为“关”状态。,RS-232标准中控制信号的电气规范,3.3.6 RS-232功能特性,DB-25 DB-9,DB-25,DB-25针脚定义,DB-9,DB-9针脚定义,3.3.7 RS-232性能归纳,RS-232是在计算机与调制解调器或ASCII终端之间实现短距离异步串行通信的一个流行标准。RS-232在每一字符前用一个起始位作前导，在每个字符后跟随至少一位

7、的空闲周期，并且传输每一位都使用相同的时间。字符之间可以相隔若干空闲周期。,3.4 硬件带宽,硬件限制 带宽,3.4.1 硬件限制,实际上，没有一种电子设备能在瞬间将一个电压转换为另一个电压，而且没有一种导线能从容地传导电流。因此，电压的升降都需要一小段时间。,3.4.2 带宽,每条线路对于可以承载的信号的频率都有一个上限和一个下限，这个限定范围就称之为带宽。,3.5 数据传输速率与帧化差错,数据传输速率 比特率（Bit Rate） 波特率（Baud Rate） 带宽与数据传输速率 奈奎斯特采样定理（Nyquist Sampling Theorem） 香农定理（Shannon Theorem）

8、 误码率 帧化差错（Framing Error）,3.5.1 数据传输速率,比特率是每秒钟传输构成数据代码的二进制数(比特数)，单位为比特/秒（bit/second或bit per second），记作b/s或bps。,3.5.1 数据传输速率,例3.1 早期的RS-232通常以每秒300位的速率工作，而现在每秒9600位和每秒19200位的速率更为常见。试用比特率给予描述。 比特率 300bps；9600bps；19200bps。,3.5.1 数据传输速率,波特率表示传输硬件的工作效率，即每秒传输的信号单元数，其中信号单元由一些比特组成。,比特率和波特率,在讨论计算机的效率的时，比特率更为重

9、要我们想要知道处理每段报文要花费多长时间。但在数据传输方面，我们更关注在两地之间移动的效率，不管是一段段移还是一块块移。需要的信号单元越少，系统效率就越高，传输更多比特所需的带宽就更少；因此我们更重视波特率。波特率决定了发送信号所需的带宽。,比特率和波特率,比特率等于波特率乘以每个信号单元表示的比特数，波特率等于比特率除以每个信号移位表示的比特数。比特率总是大于或等于波特率。,比特率和波特率,例3.2 对简单的RS-232模式来说，每个信号表示一位二进制，因此波特率就等于每秒中的信号数，等于每秒钟传输的二进制位数。这样，9600波特率意味着每秒传输9600位。,比特率和波特率,例3.3 对每个

10、信号携带4比特的一个模拟信号来说如果每秒发送1000个信号单元，求出波特率与比特率？ 解答 波特率 信号单元的个数 每秒1000波特 比特率 波特率 每个信号单元的比特数 1000 4 4000bps,比特率和波特率,例3.4 一个信号的比特率是3000bps，如果每个信号单元携带6比特，问波特率是多少？ 解答 波特率 比特率/每个信号单元的比特数 3000/6 每秒500波特,3.5.2 带宽与数据传输速率,奈奎斯特采样定理 香农定理 两个定律从定量的角度描述了“带宽”与“速率”的关系,奈奎斯特采样定理,在带宽为B的传输系统上，所能达到的最大数据传输速率以每秒位数表示时可达到2B。更为一般地

11、，如果传输系统使用K种不同电压而不是两种，奈奎斯特定理指出，以每秒位数表示的最大数据速率D为： D 2Blog2K D的单位为bps，带宽B单位为Hz。,奈奎斯特采样定理,例3.5 根据奈奎斯特定理，计算RS-232模式下采样两种电压编码数据的传输速率。 D 2Blog2k 2Blog22 2B,香农定理,在有随机热噪声（电子在线路中随机运动所产生的额外信号而不是由发送器发送的原始信号）的信道上传输数据信号时，数据传输速率D与信道带宽B、信号与噪声功率比S/N关系为： D = Blog2( 1+S/N ) 其中，B是信道的带宽，S/N是信噪比，而D是用bps表示的数据传输速度（信道容量，香农容

12、量）。,香农定理,例3.6 考虑一个极端的噪声信道，其中信噪比近似于零，换言之，噪声很强使得信号很微弱。对于该信道，计算它的香农容量. 解答 D = Blog2(1+S/N) = Blog2（10）= Blog2(1) = B0 = 0 这就是说，该信道传输速率（信道容量）是零，与带宽无关。换言之，在该信道上不能发送任何数据。,香农定理,例3.7 计算常规电话线理论上的最高比特率。电话线通常的带宽是3000 Hz（3003300 Hz）。信噪比通常是3162（35dB）。对于该信道，计算香农容量。 解答 D = Blog2(1+S/N) = 3000log2（13162）= 3000log2(

13、3163) = 300011.62 = 34,860bps 这就是说，电话线上的最高比特率是34,860 bps （ 33.6 Kbps）。如果要想更快地发送数据，则应该增加线路的带宽或改进信噪比。,3.5.3 误码率,误码率：指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：Pe=Ne/N，其中N为传输的二进制码元总数，Ne为被传错的码元数。,3.5.3 误码率,注意 误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数之一 对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求 对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进

14、制比特来计算 差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值,3.5.4 帧化差错,为使RS-232硬件适应性更强，制造商通常将每一元件都设计成能在各种波特率下工作。 由于发送端和接收端电压彼此不一致，或停止位并不在期待的时刻出现，造成系统记时器报告错误，这类错误称为帧化差错（framing error）. 应用：BREAK键,3.6 传输模式,传输模式：用来定义两个互相连接设备之间信号流动的方向。 共有三种传输模式：单工、半双工和全双工。,3.6.1 单工模式,一条链路的两个站点中只有一个可以进行发送，另一个只能接收 。,数据流向,主机,显示器,3.6.2 半双工模式,在半双工模式中，每个站点都可以发送和接收，但是不能同时发送和接