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数据通信基础知识

发布日期:2020-03-12 12:27 来源:未知 点击:

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  Networking techno;ogy 2.1 基本概念 ? 是消息或数据的电磁编码。信号的时域特性表 f(t) x(nT) ? 信号 示为时间t的函数,信号的数学描述一般是以时 间t为自变量,以某种物理量(如电压)为因变 t nT 量。 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 (b) 数字信号 ? 分为模拟信号与数字信号。 (a) 模拟信号 ?通信 ?通信的任务是将表示消息的信号从发送方传递到 接收方。 ?分为模拟通信与数字通信。 第二章 数据通信基础知识 1 Networking techno;ogy 2.1.2 模拟通信 ?包括传输介质和介质两端的传输设备 ? 模拟通信:利用模拟信号来传递消息。 信源 调制器 信道 解调器 信宿 噪声 实质上是一种信号变换器,由于信源产生的是模拟 信号,所以调制器的功能是将其调制到某个频段以 便进行远距离传输或多复用。 第二章 数据通信基础知识 2 Networking techno;ogy ? 数字通信:利用数字信号来传递消息。 信 源 信 源 编 码 器 发送端时钟 信 道 编 码 器 调 制 2.1.3 数字通信 是对传输的数字信号进行检错或纠错编码 , 以便接收方能进行差错检测和纠正。 信 道 译 码 器 信 源 译 码 器 信 道 解 调 信 宿 它使变换后的信号能在传输介质 接收端时钟 信源编码器的主要作用:一是进行模 / 数转换;二是 噪声 中传输,或提高信道的传输效率 降低信号的数码率。 ?发送端和接收端使用各自的时钟; ?接收时钟与发送时钟必须保持同步 第二章 数据通信基础知识 3 Networking techno;ogy 数字通信的主要特点 ? 抗干扰能力强,可实现高质量的远距离传输; ? 能适应各种传输业务; ? 能实现高保密传输; ? 传输设备的集成化和微型化; ? 优点 ? 缺点 ? 占用信道的带宽大;而且需要复杂的同步技术。 ? 例子:一模拟电线KHz信道带宽,而一数 字电线Kbps,所需占用的 信道带宽要远远大于4KHz。 第二章 数据通信基础知识 4 Networking techno;ogy 模拟放大与数字再生 第二章 数据通信基础知识 5 Networking techno;ogy 2.2 数据通信基础理论 ? 任何信号通过信道时都会发生衰减;如果所有 2.2.1 信号的频谱和带宽 频率分量被等量衰减,那么结果信号虽在振幅 上有所衰减,但没有畸变。 ? 然而:信道对不同频率的信号其衰减幅度是不 相同的,因而会发生畸变。一般来说,频率越 高的信号,其衰减幅度越大 2.2.2 信道的截止频率与带宽 2.2.3 信道的最大数据传输率 第二章 数据通信基础知识 6 Networking techno;ogy 2.2.1 信号的频谱和带宽 傅立叶已经证明:任何一个周期为 T的函数f(t)都是由 f(t) 无穷多个正弦和余弦函数合成,即: f(t)= C/2 ? ? (anSin2?nft ? bnCos2?nft) ? ? An Cos(2?nft ? ?n) n ?1 n ?0 其中: 2 T an ? ? f(t)Sin(2 ?nftdt ) T 0 2 T bn ? ? f(t)Cos(2 ?nftdt ) T 0 C ? ? f(t)dt 0 T ? ? 2 2 An ? an ? bn ?n= arctg(bn/ an) 此处 f=1/T 是基频, an 和 bn 是 n 次正弦谐波和余弦谐波的振 幅。 第二章 数据通信基础知识 7 Networking techno;ogy 基本概念 ? 频域图(频率-最大振幅图) ? 把f(t)各次谐波的振幅An按照频率高低依次排列 起来所形成谱状图形,称为信号f(t)的频谱图。 ?信号带宽 ?信号频域图所覆盖的频率范围称为信号的带宽 ?我们将信号大部分能量集中的那段频带称为信号的 有效带宽,简称为带宽(Bandwidth); ?任何信号都有一定的带宽。 第二章 数据通信基础知识 8 Networking techno;ogy 绝对带宽和有效带宽 第二章 数据通信基础知识 9 Networking techno;ogy 常见信号的带宽 ? 话音信号 ? 线Hz。 ? 音乐信号(CD音质) ? 要求的带宽是20Hz ~ 20KHz。 ? 电视信号 ? 电视信号的带宽为几Hz~4MHz。 ? 单脉冲信号 ? 其带宽为无穷大 ? 二进制信号 ? 一般情况下,其带宽依赖于“0”、“1”序列的顺序 以及具体的数字编码方式。 第二章 数据通信基础知识 10 Networking techno;ogy 脉冲信号频谱图 信号的脉冲宽度与其带宽成反比,因此信 号的数据率越高,信号的带宽也就越宽。 第二章 数据通信基础知识 11 Networking techno;ogy 2.2.2 信道的截止频率与带宽 ? 信道带宽是指该系统不失真传输信号的频率范围 ? 我们把信号在经过信道时其中某个频率分量的振 幅衰减到原来的0.707(即信号的能量衰减到原来 的一半)时所对应的频率称为信道的截止频率fc。 (cut-off frequency)即低通信道的有效带宽(0~fc) ? 任何信道都有fc,信道的截止频率或带宽是由其 固有的物理特性决定的。 第二章 数据通信基础知识 12 Networking techno;ogy 信道截止频率 A 10lg 2 ? 3 A 1 0.707 1 0.707 f fc (a) ? ? ? ¨? ? ? ¨? ÷ 第二章 数据通信基础知识 f f1 f2 (b) f2 ? ? ? ¨? ? ? ¨? ÷ 13 Networking techno;ogy 结论 ? 信道的带宽决定对其通过信号的带宽,因而对 于有限带宽信道必须信号的带宽,即 信号的数据传输率;否则输出信号就会畸变。 第二章 数据通信基础知识 14 Networking techno;ogy 以01100010为周期信号的频谱 第二章 数据通信基础知识 15 Networking techno;ogy 2.2.3 信道的最大数据传输率 ? 基本概念 ? 码元速率 ? ? 调制速率,波特率,信号单元速率 信号每秒钟传输的脉冲(码元)数: RB ? 1 T ( Baud ) ? 数据传输率 ? ? 信息速率 1 信号每秒钟传输的信息量(比特/秒):Rb ? log 2 V T V为信号的电平级数 比特率 ? 波特率log2 n ? 两者的关系: Rb ? RB log2 n 第二章 数据通信基础知识 16 Networking techno;ogy 码元(Code Cell):时间轴上的一个信号编码单元 码元 码元1 信号 码元2 码元3 码元4 码元5 t 同步脉冲 第二章 数据通信基础知识 17 Networking techno;ogy 信息量的度量 香农:一个消息所荷载信息量I,等于它所表示 事件发生的概率P的倒数的对数。 信息量的计算公式:I=loga(1/P)= -loga(P) 信息量的单位: 如果对数以2为底,单位为比特(b)。 如果对数以e为底,单位为奈特(nat)。 如果对数以10为底,单位为哈特莱(Hartley)。 事件发生的概率越高,信息量越少。 第二章 数据通信基础知识 18 Networking techno;ogy Nyquist ? Nyquist ( 1924 )推导出带宽为 H 的理想 ( 无噪声 ) 信 道的最大数据传输率为 ? Rmax = 2H*log 2V (bps) 其中V为信号电平的量化等级。 公式说明数据传输率随信号编码级数增加而增加。 ? 例子 ? 一个带宽为 3000Hz 的无噪声信道在传输二进制数字信号 其最大数据传输率不超过6000bps。 第二章 数据通信基础知识 19 Networking techno;ogy Shannon ? Shannon(1948)推导出对于带宽为 H,信噪比为 S/N的有噪声信道,其最大数据传输率Rmax为: Rmax = H*log 2 (1 + S/N) (bps) 其中信号功率与噪声功率的比值称为信噪比 (Signal-toNoise Ratio);我们一般使用分贝(dB)来表示信噪比。 S/NdB = 10 log10 S/N ? 例子:一个带宽为3000Hz信噪比为30dB的信道其 最大数据传输率不超过C=3000*log2(1+1000) ≈30Kbps 第二章 数据通信基础知识 20 Networking techno;ogy 结论 ? 若把信息传输速率增加到信息容量以上,哪怕超 过一点,那么被正确接受的概率就会趋于零。 ? 在实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农 的极限传输速率低不少。这是因为在实际的信道 中,信号还要受到其他损伤,如各种系统外的噪 声干扰以及在传输和处理中产生的其他失真等。 ? 当信噪比太小,不能通信质量时,可用增加 带宽来提高信道容量,即以带宽换功率。 ? 无论信号编码分多少级,香农公式给出了信道能 达到的最高传输速率,原因是噪声的存在将使编 码级数不可能无限增加。 第二章 数据通信基础知识 21 Networking techno;ogy 2.3 传输介质 ? 数据传输总是通过某种传输在发送设备和接 收设备之间进行。传输可以划分为导线的或 无导线的两类。无论属于哪一种类别,通信都以 电磁波的形式发生。使用导线,波的被 到一条物理通;导线的例子有双绞线 、同轴电缆和光导纤维。无导线提供发射电 磁波的手段,但不约束的通;无导线 的例子有通过空气、真空和海水的通信。常用的 无线通信系统有无线电、微波、卫星、红外线、 激光等等。 第二章 数据通信基础知识 22 Networking techno;ogy 2.3.1 双绞线 ? 双绞线由两条互相绝缘的铜线组成,其典型粗细为直 径1mm,这两条线像螺纹一样拧在一起,这样可以 减少邻近线的电气干扰。双绞线最常见的应用是电 话系统。 ? 虽然双绞线主要是用来传输模拟声音信息的,但同样 适用于数字信号的传输,特别适用于较短距离的信息 传输。采用双绞线的局域网的带宽取决于所用导线的 质量、长度、铜线的粗细及传输技术。一般可以在几 公里内达到几兆bps的传输率。 ? 双绞线可分为屏蔽双绞线STP(IBM)和非屏蔽双绞线 UTP( EIA/TIA) 第二章 数据通信基础知识 23 Networking techno;ogy 双绞线 橘 白 绿 蓝 褐 白 蓝 白 绿白 褐 橘 RJ-45 色序图 下面是 PC 机不经过 HUB 直接通过网线 类 UTP 线 第二章 数据通信基础知识 24 Networking techno;ogy 双绞线 ? EIA/TIA为双绞线电缆定义了五种不同质量的型号。 计算机网络综合布线使用第三、四、五类。这五种 型号如下: ? 第一类:主要用于传输语音(一类标准主要用于八十年代 初之前的电话线缆),不用于数据传输。 第二类:传输频率为1MHz,用于语音传输和最高传输速 率4Mbps的数据传输,常见于使用4Mbps规范令牌传递协 议的旧的令牌网。 第三类:指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。 该电缆的传输频率为16MHz,用于语音传输及最高传输速 率为10Mbps的数据传输,主要用于10base-T。 第二章 数据通信基础知识 25 Networking techno;ogy 双绞线 ? 第四类:该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最 高传输速率16Mbps的数据传输,主要用于基于令牌的局 域网和10base-T/100base-T。 第五类:该类电缆增加了绕线密度,外套一种高质量的绝缘 材料,传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为 100Mbps的数据传输,主要用于100base-T和10base-T网 络,这是最常用的以太网电缆。 ? 3类和5类UTP的关键差别在于单位距离上的螺旋的数目。5 类旋得较紧,一般为每英寸3-4转,而3类则一般是每英尺 3-4转;旋得越紧,价格越贵,但性能也好得多。 ? 另外还有超5类双绞线电缆,通过对其“信道”性能测试 结果表明,与普通5类双绞线电缆比较,它的近端串扰、 衰减和结构回波等主要性能指标都有很大提高。 第二章 数据通信基础知识 26 Networking techno;ogy 屏蔽双绞线 ? 以铝箔屏蔽以减少干扰和串音需要配有支持屏蔽功能的特殊连接 器和相应的安装技术。100m内可达155Mbps,但价格高。 ? 主要用于IBM网络产品(16Mbps速率),并未普遍流行起来。 第二章 数据通信基础知识 27 Networking techno;ogy 2.3.2 同轴电缆 第二章 数据通信基础知识 28 Networking techno;ogy 同轴电缆 ? 特性50欧姆,主要用于传输数字信号,可作 ? 基带电缆 为计算机局域网的传输介质,速率可达10Mbps 有可分为粗缆和细缆,粗缆无中继传输距离可达 500m,安装难度大,但可靠。细缆无中继传输 距率185m,安装时需切断电缆,不可靠。 ? 宽带电缆(CATV电缆) ? 特性为75欧姆,主要用于传输模拟信号,可 用于电视的传输线MHz或 更高,传输距离可达100km。 第二章 数据通信基础知识 29 Networking techno;ogy 光纤及光缆构成 第二章 数据通信基础知识 30 Networking techno;ogy 光反射原理 第二章 数据通信基础知识 31 Networking techno;ogy 2.3.3 光纤 ? Compution:每10年增长1个数量级 ? Communication:每10年增长2个数量级 ? 传输与计算的比较 ? 带宽 ? 频率范围:180~370 THz ? 数据传输率:100*10Gbps = 1 Tbps ? 原因:光/电、电/光转换的速度跟不上 ? 光电子技术/光子技术 ? 通过光纤中光的波长 ? 0.85μm/1.3μm/1.55 μm (250~ 300THz) 第二章 数据通信基础知识 32 Networking techno;ogy 单模光纤和多模光纤 ? 使用普通发光二极管作为光源 ? 中继距离2公里 ? 内芯直径稍大 ? ? 多模光纤(multi-mode fiber) 直径为62.5μ m/125μ m ? 单模光纤(single-mode fiber) ? 使用激光源 ? 中继距离100公里 ? 内芯直径与光源波长相近 ? 直径为8~10μ m 第二章 数据通信基础知识 33 Networking techno;ogy 光纤示意图 第二章 数据通信基础知识 34 Networking techno;ogy 单模光纤与多模光纤的比较 ?? ? à ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ì ? ? ? ???? ¤ ? ? · ¤? ? ? ? ? ? ? ? ? ? · ? à??? ? ? ? ? ? ? · ? ? ? ? ? ? ? ó ? ? ? ? × ? ? 第二章 数据通信基础知识 35 Networking techno;ogy 光纤信道的一般组成 第二章 数据通信基础知识 36 Networking techno;ogy 光纤的特点 ? 高带宽、高数据传输率,衰减小 ? 对电磁干扰EMI、不(安全、可靠) ? 抗腐蚀 ? 重量轻,原料丰富,生产成本低。 ? 优点 ? 缺点 ? 单向传输 ? 光纤接口价格昂贵 ? 工艺复杂、安装技术复杂 第二章 数据通信基础知识 37 Networking techno;ogy 2.3.4 无线介质 ? 无线介质是指信号通过空气传输,信号不被约束 在一物理导体内。 ? 由无线介质组成无线传输系统,主要包括: ? 无线电 ? 微波(地面微波、卫星微波) ? 红外线 ? 激光 第二章 数据通信基础知识 38 Networking techno;ogy 无线THz 语音 无线电、微波、卫星 红外线 光 紫外 X、伽玛射线 第二章 数据通信基础知识 Networking techno;ogy 无线电 ? 无线通信就是利用地面发射的无线电波通过电离 层的反射而到达接收端的一种远距离通信方式。 无线MHz。 ? 无线电波的特性与频率有关。在低频上,无 线电波能轻易地绕过一般障碍物,但其能量随着 距离的增大而急剧递减。在高频上,无线电 波趋于直线并易受障碍物的,还会被雨 水吸收。 第二章 数据通信基础知识 40 Networking techno;ogy 微波 ? 对于频率在100MHz以上的无线电波,其能量将集 中于一点并沿直线,这就是微波。 ? 微波通信是利用无线电波在对流层的视距范围内 进行信息传输的一种通信方式,它使用的频率范 围一般在300MHz至3GHz左右。 ? 由于微波只能沿直线,所以微波的发射天线 和接收天线必须精确对准,而且每隔一段距离就 需要一个中继站。 ? 中继站之间的距离与微波塔的高度成正比例。对 于100m高的微波塔,中继站之间的距离可以达到 80km。 第二章 数据通信基础知识 41 Networking techno;ogy 地面微波接力 地面站之间的线 ? 两个地面站之间传送 ? 距离:50 -100 km 微波传送塔 地球 第二章 数据通信基础知识 42 Networking techno;ogy 地球同步卫星 35860 公里 ? 与地面站相对固定 ? 使用3个卫星覆盖全球 ? 传输延迟时间长 地球 第二章 数据通信基础知识 43 Networking techno;ogy 卫星通信 的同步卫星为中继站,实现地球上18000km 范围内的多点之间的连接。主要由卫星、 地球站、上下行线GHz 卫星频带(GHz) 波段 C Ku Ka L 下行线 上行线 ?卫星通信:微波通信的特殊形式,它以距地面 35860km 3.7~4.2 11.7~12.2 17.7~21 1.545~1.5585 第二章 数据通信基础知识 5.925~6.425 14~14.5 27.5~31 1.6465~1.66 44 Networking techno;ogy 甚小口径地球终端VSAT VSAT网通常由一个卫星转发器、一个大型主站和大量的VSAT小站 组成,能单双向传输数据、语音、图像、视频等多综合业务。 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VSAT网来建设内部专用网。 第二章 数据通信基础知识 45 Networking techno;ogy 多复用 复用——多个信息源共享一个公共信道 主要目的-减少线成本,提高线利用率 共享信道 MUX DEMUX 复用器 解复用器 第二章 数据通信基础知识 46 Networking techno;ogy 2.4 多复用 ? 频分多复用FDM(Frequency Division Multiplexing) ? 主干线的频带被划分为若干逻辑信道,每个用户独占某 些频段; ? 调频以及电视。 ? 波分多复用WDM(Wave Division Multiplexing) ? FDM在光纤介质中的应用; ? 光纤系统使用的衍射光栅可以是无源的。 ? 时分多复用TDM(Time Division Multiplexing) ? 每个用户轮流瞬间地占有主干线的整个带宽; ? 在数字通信系统中,对主干线的多复用只能采用 TDM,因为数字信号的频谱有可能占居整个信道带宽。 第二章 数据通信基础知识 47 Networking techno;ogy 多复用 ? 统计(异步)TDM:用户不固定占用某个通 道,有空槽就将数据放入,可节省带宽。 第二章 数据通信基础知识 48 Networking techno;ogy FDM 通道(1) 源1 源2 源3 源4 源5 源6 多 复 用 器 MUX 目标1 多 复 用 器 MUX 目标2 目标3 目标4 目标5 目标6 通道(2) 通道(3) 通道(4) 通道(5) 通道(6) 第二章 数据通信基础知识 49 Networking techno;ogy 频分多复用FDM图 第二章 数据通信基础知识 50 Networking techno;ogy FDM 第二章 数据通信基础知识 51 Networking techno;ogy WDM 第二章 数据通信基础知识 52 Networking techno;ogy 时分多复用TDM图 第二章 数据通信基础知识 53 Networking techno;ogy 统计时分多复用 TDM的缺点:某用户无数据发送,其他用户也不能占用该通道,将会 造成带宽浪费。 改进:统计时分多复用(STDM),用户不固定占用某个通道,有空 槽就将数据放入。 带宽浪费 t1 t2 t3 A B C D 待发数据 同步 TDM A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2 周期1 周期2 可用带宽 统计TDM A1 B1 周期1 第二章 数据通信基础知识 B2 周期2 C2 54 Networking techno;ogy 电话通信网的传输技术 通信卫星 市 内 用户线 交 换 设 用户 备 长 途 交 换 设 备 多 复 用 设 备 地 球 站 微 波 站 终 端 增 音 设 备 地 球 站 微 波 站 终 端 增 音 设 备 多 复 用 设 备 长 途 交 换 设 备 市 内 交 换 设 备 用户线 用户 光纤 电缆 明线 基 站 移 动 交 换 局 增 音 设 备 光纤 电缆 明线 移 动 交 换 局 基 站 基 站 基 站 第二章 数据通信基础知识 55 Networking techno;ogy CCITT标准(T,E系列) ×24 ×5 ×4 日本 64kbps 单 PCM 24 1544kbps 96 6312 kbps 日本 480 32064kbps 672 44736kbps ×4 ×7 1920 480 120 30 13926kbps 34368kbps 2048kbps 8448kbps ×4 ×4 ×4 7680 564992kbps 欧 洲 第二章 数据通信基础知识 56 Networking techno;ogy PDH数字传输系统 系统类型 中国及欧洲 A 律体制 符号 话数 数据率(Mb/s) 符号 话数 数据率(Mb/s) 数据率(Mb/s) 一次群 E1 30 2.048 T1 24 1.544 1.544 二次群 E2 120 8.448 T2 96 6.312 6.312 三次群 E3 480 34.368 T3 672 44.736 32.064 四次群 E4 1920 139.264 T4 4032 274.176 97.728 五次群 E5 7680 565.148 ? 律体制 日本 第二章 数据通信基础知识 57 Networking techno;ogy T1线帧格式 第二章 数据通信基础知识 58 Networking techno;ogy E1帧格式 125 ms = 32 时隙 = 2.048 Mbps 0 帧同步 1 2 16 信令信道 31 30 线 控制信道 第二章 数据通信基础知识 59 Networking techno;ogy 同步数字体系SDH ? 最早由美国贝尔通信所提出,称为SONET,1988 年CCITT改名为SDH,了标准光信号多 复用的数字业务同步帧结构和传输速率的系列等 级、信号格式操作规程。它在帧结构内安排了丰 富的比特开销用于网络,操作和管理采用大 量的软件进行智能化便于实现低速信号的分流和 插入。新研制的SONET标准则是OC-192(大约 10 Gbps)以及更高的级别。两种标准几乎同等 第二章 数据通信基础知识 60 Networking techno;ogy SONET/SDH复用级别 第二章 数据通信基础知识 61 Networking techno;ogy 第二章 数据通信基础知识 62 Networking techno;ogy SONET多复用 第二章 数据通信基础知识 63 Networking techno;ogy 2.5 数据交换技术 ? 传统电话网 ? 电交换(Circuit Switching) ? 报文交换(Message Switching) ? 报文指具有完整消息含义的数据单元。例如电 报,电子邮件,数据文件等。 ? 分组交换(Packet Switching) ? 分组大小有严格的上限。例如,X.25网。 第二章 数据通信基础知识 64 Networking techno;ogy 电交换节点 Node incoming links outgoing links 第二章 数据通信基础知识 65 Networking techno;ogy 电交换 ? 在采用电交换技术的网络中,传输双方在传输之前 ? 原理 通过呼叫建立一条物理线,该线的带宽是固定的 而且该物理线一直保持到双方通话结束才。 ? 特点 ? 电交换技术有两大优点,第一是传输延迟小,唯一 的延迟是物理信号的延迟;第二是一旦线建立 便不会发生冲突。 ? 电交换的缺点首先是建立物理线所需的时间比较 长;其次是在电交换系统中,物理线的带宽是预 先分配好的。 第二章 数据通信基础知识 66 Networking techno;ogy 报文(Message)交换 ? 报文交换不事先建立物理电,当发送方有数据要发 ? 原理 送时,它把要发送的数据当作一个整体交给中间交换 设备,中间交换设备先将报文存储起来,然后选择一 条合适的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备, 如此循环往复直至将数据发送到目的结点。 ? 特点 ? 不报文的大小,这就要求各个中间结点必须使用 磁盘等外设来缓存较大的数据块。 ? 报文转发可能会长时间占用线,导致报文在中间结 点的延迟非常大,这使得报文交换技术不适合交互式 通信。 第二章 数据通信基础知识 67 Networking techno;ogy 分组交换 ? 是报文交换技术的改进; ? 在分组交换网中,将用户的数据划分成一个个分组 ? 原理 (packet),而且分组的大小有严格的上限,这样使得分 组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中。 ? 特点 ? 吞吐率较高,非常适合于交互式通信。 ? 实现方式 ? 数据报(Datagram) ? 每个Packet单独寻址 ? 虚电(Virtual Circuit) ? 在传输双方先建立一条虚电,所有Packet沿着同一条虚电 到达目的地:X.25实例 第二章 数据通信基础知识 68 Networking techno;ogy 分组交换节点 incoming links Node Memory outgoing links 第二章 数据通信基础知识 69 Networking techno;ogy 电和分组交换示意图 第二章 数据通信基础知识 70 Networking techno;ogy 三者的比较 第二章 数据通信基础知识 71 Networking techno;ogy 电交换和分组交换的比较 ? 电交换技术静态预留带宽(物理线);而分组交 ? 带宽分配 换技术动态申请和带宽(虚电)。 ? 透明性 ? 电交换是完全透明的。发送方和接收方可以使用任 何速率(当然是在物理线支持的范围内)、帧格式来进 行数据通信。而在分组交换中,发送方和接收方按一 定的数据速率和帧格式进行通信。 ? 计费方式 ? 在电交换中,通信费用取决于通话时间和距离,而 与通话量无关;而在分组交换中,通信费用主要按通 信流量(如字节数)来计算,适当考虑通话时间和距离。 第二章 数据通信基础知识 72 Networking techno;ogy 信号变换 模拟信号,模拟信号 话音 模拟 模拟传输 模拟信号,数字信号 模拟 编码解码 数字 数字信号,模拟信号 数字 1010 数字信号,数字信号 1010 调制解调 模拟 数字 数字编码 数字 第二章 数据通信基础知识 73 Networking techno;ogy 2.6 调制解调器 ? 计算机发出的二进制数据在模拟用户线上直接传输 时会发生信号的衰减和畸变;因此在计算机与用户 电话线之间必须引入Modem; ? 拨号Modem就是对数字信号进行调制以便数字信 号能够在普通模拟话音信道上进行传输的设备 ? 调制就是用载波的一个参量的变化来反映调制信号 变化的过程,实现调制过程的设备叫做调制器;从 已调制信号恢复出原始信号的过程叫解调,相应的 设备叫解调器。 第二章 数据通信基础知识 74 Networking techno;ogy 调制原理 第二章 数据通信基础知识 75 Networking techno;ogy 相位调制解调原理 第二章 数据通信基础知识 76 Networking techno;ogy 2.6.1 调制方式 0 1 0 0 1 1 1 0 0 基带传输信号 调 幅 调 频 调 相 第二章 数据通信基础知识 77 Networking techno;ogy 多级调制方法1 -单参量多级调制 +900 01 +1800 10 4v 2v -2v -4v 00 01 10 11 4-PSK 00 00 +2700 11 0 +90 +180 +270 ? 数据率 = 信号速率 × log2M M:调制级数 第二章 数据通信基础知识 78 Networking techno;ogy 正交幅度QAM调制 第二章 数据通信基础知识 79 Networking techno;ogy 多级调制方法2 –多参量多级调制 90 135 45 16-QAM(正交振幅调制) :使用振幅和相位的16种组合 180 0 225 315 270 16-QAM的星座图 第二章 数据通信基础知识 80 Networking techno;ogy 2.6.2 Modem标准 ? 传输速率( 9600bps, 14.4kbps, 33.6kbps, 56kbps) ? 调制方式(调幅、调频、调相、正交幅度调制) ? 数据压缩 ? CCITT规范:CCITT V.42bis规范,使用Huffman编码技术 ? MNP(Microcom Networking Protocol)规范:MNP 5可以实 现2:1的压缩比,MNP 7的压缩比可以达到3:1。 ? 差错控制 ? CCITT规范:CCITT V.42规范 ? MNP 规范:MNP 10级是功能非常齐全的差错控制协议, 用于向蜂窝电话这样的噪声。 ? 物理接口(RS-232-C,RS-449,V.35) 第二章 数据通信基础知识 81 Networking techno;ogy ITU有关Modem的标准 ? ? ? ? ? ? ? ? ITU V.22 bis ITU V.27 ITU V.32 ITU V.32bis ITU V.34 ITU V.34bis ITU V.42bis ITU V.90 2400bps 4800bps 9600bps 14.4kbps 28.8kbps 33.6kbps Compress 56kbps QAM (16points) QAM (64points) 12bits/Sample 14bits/Sample 第二章 数据通信基础知识 82 Networking techno;ogy 2.6.3 Modem的分类 ? 电话拨号Modem(人工呼叫/应答、自动呼叫/应答) ? 专线线) ? 射频Modem(Cable Modem) ? 按调制信号 ? Optical Modem(光调制解调器) ? 按调制方式 ? 调幅/调频/调相/正交幅度调制 ? 按数据传输方式 ? 同步Modem/异步Modem ? 按传输方式 ? 单工/半双工/全双工 第二章 数据通信基础知识 83 Networking techno;ogy 模/数转换 原始信号 3.2 3.9 2.8 3.4 1.2 3 4 4.2 PAM脉冲 PCM 脉冲 (有量化误差) PCM 输出 3 4 3 1 011 100 011 011 001 100 100 第二章 数据通信基础知识 84 Networking techno;ogy PCM 转换波形图 PAM 信号 PCM 信号 数字化声音 模拟话音 采样电 量化和编码 A B 采样时钟 C D A B C D 第二章 数据通信基础知识 85 Networking techno;ogy 脉码调制PCM(Pulse Coded Modulation) 采样时钟 PAM 信号 PCM 信号 模拟话音 采样电 量化和编码 数字化 声音 --线KHz --采样时钟频率:8KHz ( 2倍话音最大频率) --量化级数:256级 (8位二进制码表示) --数据率:8000次/s*8bit = 64Kb/s ∴每PCM信号的速率 = 64000bps 第二章 数据通信基础知识 86 Networking techno;ogy 三种数字编码的波形图 0 时钟 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 NRZ Manchester 差分 Manchester 第二章 数据通信基础知识 87 Networking techno;ogy 曼彻斯特编码 高 →低的跳变——0,低→高的跳变——1 在每个码元的中间发生跳变: ∵每个码元中间都要发生跳变,接收端可将此变 化提取出来作为同步信号,使接收端的时钟与发 送设备的时钟保持一致。 ∴曼彻斯特编码也称为自同步码(Self-Synchronizing Code)。它具有自同步机制,无需外同步信号。 缺点:需要双倍的传输带宽(即信号速率是数据 速率的2倍)。 第二章 数据通信基础知识 88 Networking techno;ogy 差分曼彻斯特编码 ?差分曼彻斯特编码(Differancial Manchester code) 与曼彻斯特编码相同,在每个码元的中间,信 号都会发生跳变;不同之处在于: 用在码元开始处有无跳变来表示0和1 : 码元开始处有跳变——0 码元开始处无跳变——1 第二章 数据通信基础知识 89 Networking techno;ogy 小结(1) ? 信号是消息(或数据)的一种电磁编码,信号按其 因变量的取值是否连续可分为模拟信号和数字信 号,相应的将通信分为模拟通信和数字通信。 ? 傅立叶已经证明:任何信号(不管模拟信号还是数 字信号)都是由各种不同频率的谐波组成的,任何 信号都有相应的带宽。而且任何信道在传输信号 时都会对信号产生衰减,因此,任何信道在传输 信号时都存在一个数据传输率的,这就是奈 奎斯特Nyquist和香农Shannon所要告诉 我们的结论。 第二章 数据通信基础知识 90 Networking techno;ogy 小结(2) ? 传输介质是计算机网络与数据通信的最基本的组 成部分。为了提高传输介质的利用率,我们可以 使用多复用技术,多复用技术有频分多复 用、波分多复用和时分多复用三种,它们用 在不同的场合。 ? 数据交换技术包括电交换、报文交换和分组交 换三种,它们有各自的优缺点。 ? Modem是用于在模拟电话网上传输计算机的二进 制数据,Modem的调制方式有调幅、调频、调相 以及正交幅度调制,而且Modem还支持数据压缩 和差错控制。 第二章 数据通信基础知识 91 Networking techno;ogy 小结(3) ? 脉码调制PCM将模拟信号变换为数字信号, 通常分为三个过程:采样、量化和编码。 Networking techno;ogy 第三章 物理层协议 DCE A ? 计算机或终端与调制解调器间的接口是物理层协议的 DTE 一个实例。物理层协议必须详细说明机械、电气、功 (调制解调器) (调制解调器) 能和过程性接口。 公用电 公用电 公用电话网 话网 话网 B DCE DTE RS-232 RS-232 ? RS-232-C 是美国电子工业协会(Electrical Industrial Association)于1973年提出的串行通信接口标准,主要 用于模拟信道传输数字信号的场合。RS-232-C是用于 DTE与DCE之间的接口标准。属于ISO所制订的 系统互联OSI七层参考模型中的最低层--物理层所 定义的内容。 第三章 物理层接口 1 第二章 数据通信基础知识 92