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数据通信的基本概念

发布日期:2020-05-25 08:30 来源:未知 点击:

  计算机网络技术 学习情境一 网络通信协议 任务3 制作网线 制作网线 ? 任务描述:计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结 合的产物,计算机之间要通过传输介质才能够实现数据通 信。那么计算机之间是如何连接的?使用什么样的传输介 质呢?通过下面的学习来实现常用网线 数据通信的基本概念 ? 1.信息:是客观事物属性和相互联系特性的表征,它反映了 客观事物的存在形式和运动状态,是对客观事物存在形式的 一种反应。例如我们常说的文字信息、语音信息、图像像信 息和数据信息等。 2.数据:是数字化的信息。分为模拟数据和数字数据:模拟 数据取值是连续的,如语音强度、电压高低、温度等;数字 数据取值是离散的,如文本信息和整数值。 3.信号:是数据的电、磁、光等形式的编码形式。信号可分 为数字信号和模拟信号。 – 模拟信号是指在时间上和幅度取值上都连续变化的信号。 – 数字信号是指在时间上离散的、在幅值上经过量化的信号。 如计算机输出的脉冲信号是数字信号,电话机输出的信号 就是频率和振幅连续改变的模拟信号。 ? ? 3 ? 4.信源是指在通信的过程中产生和发送信号的设备或计算机。 ? 5.信宿是指在通信的过程中接收和处理信息的设备或计算机。 ? 6.信道是指信源和信宿之间的传输线和传输设备,分为物理信道 和逻辑信道。在同一物理信道上可以提供多条逻辑信道,而在每一逻 辑信道上只允许一信号通过。 ? 7.信号变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上传输 的信号,如编码器、调制器、译码器或解调器等。 ? 8.码元是承载信息的基本信号单位。模拟信号的一个波形单元称为 一个码元。若用脉冲信号表示数据的有效值状态,一个单位脉冲就是 一个码元。 4 ? 9.信号传输速率B(波特率):指在有效带宽上单位时间 传送的码元数,单位波特(baud)。 ? 10.数据传输速率S(比特率):指单位时间内所传送的 二进制代码的有效位数,单位bit/s或bps,另外常用的还 有kbps,mbps等。 ? 11.带宽是指物理信道的频带宽度,即信道允许的最高频 率和最低频率之差,单位为赫兹(Hz)。有效带宽是指单 位大小的信号通过信道时,幅度衰减至原信号的0.707倍 ()时,最高频率和最低频率之差。通常所说的带宽是指 有效带宽。 5 ? 12.信道容量是用来表征一个信道传输数字信号的能力,它以数据传 输速率作为指标,即信道所能支持的最大数据传输速率。 ? (1)无噪声时的信道容量公式:C=2Flog2N ? 其中,N为每个码元所能携带的离散值的个数,即二进制数的位数。 ? (2)有噪声时的信道容量公式:C=F· log2(1+S/N) ? 其中各项参数如下: ? F为信道带宽,单位赫兹(Hz);S/N为信噪比,单位分贝(dB); S为信道上所传送信号的平均功率,单位为瓦特(W);N为信道内 部的噪声功率,单位为瓦特(W)。在实际应用中信噪比一般表示为: 10lg(S/N),单位分贝(dB)。 6 ? 13.误码率:二进制码元在数据传输中被传错的概率。它是衡量系统 可靠性的指标。它以接收信息中错误位数占总传输位数的比例来衡量。 网络中要求误码率低于10-6。 ? 14.传输效率是指原始数据量与整个传送数据的比率,数值上等于数 据包中数据的长度与整个包长度的比值。 ? 15.吞吐量指单位时间内整个网络能够处理的信息总量,单位是B/s 或b/s。在单信道总线型网络里,吞吐量=信道容量×传输效率。 ? 这里信道容量指信道上的最大的数据传输率。 ? 16.网络负荷量是指单位面积中数据在网络中的分布量,即数据在网 络中分布密度。 ? 17.信道的延迟是指信号在信道中,从源端到达目的端所需 要的时间。 7 2.1.2 数据的传输形式 ? 1.数据通信系统的组成 ? 数据通信系统是通过数据电将分布在异地的数据终端设 备与计算机系统连接起来,实现数据传输、交换、存储和 处理的系统。 通 信 控 制 器 通 信 控 制 器 数据终端 设备 (DTE) 信号变换 器 (DCE) 通信信道 信号变换 器 (DCE) 数据终端 设备 (DTE) 噪声源 8 ? 一个完整的数据通信系统一般由以下几部分组成: ? (1)数据终端设备(DTE)。在数据通信系统中,用于发送和接收 数据的设备称为数据终端设备。最常见的数据终端设备就是计算机。 ? (2)通信控制器。该设备主要进行通信状态的连接、和拆除等 操作,另外它还可接收来自多个数据终端设备的信息,并进行信息格 式的转换。如网卡就是通信控制器。 ? (3)通信信道。它是数据在信号变换器之间传输所经过的通道,如 电话线、专用数字通信信道、CATV电缆和光纤等。 ? (4)信号变换器(DCE)。它的功能是把通信控制器提供的数据变 换成适合在通信信道进行传输的信号形式,或者把信道中传来的信号 变换成可供数据终端设备使用的数据,以传输质量,同时也为用 户设备提供入网的连接点。最常见用的信号变换器是调制解调器和光 纤通信网中的光电转换器。 9 ? 2.数据通信的基本方式 ? 通信所使用的信号分为模拟信号和数字信号,所以数据通信的方式也 分为模拟数据通信和数字数据通信两种。 – (1)模拟数据通信 – 模拟数据通信用来传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号。例 如当前广泛使用的电话系统和电视系统就是典型的模拟数据通信。 – (2)数字数据通信 – 数字数据通信是利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据 或模拟数据对应的数字信号。由于计算机自身使用二进制的数字 信号,所以计算机与其外部设备以及计算机局域网、城域网大多 数直接采用数字数据进行通信。 10 ? 数字数据通信具有以下特点: – ●声音、视频和其他各类数据都可统一为数字信号的形式,并通 过数字通信系统进行传输。 – ●数字设备能较容易地通过集成电来实现,并与计算机直接相 结合。目前由于超大规模集成电技术的迅速发展,数字设备的 集成度大大提高而成本却大幅下降,性价比很高。 – ●在数据的传送中以帧为单位,并能通过检错编码和重发数据帧 来发现与纠正通信当中的错误,了通信的可靠性。 – ●使用加密技术可充分通信的安全性。 – ●在远距离数字通信中可利用中继器放大和整形来数字信号 的完整性。 11 ? 3.数据通信的方向 ? 通信线可由一个或多个信道组成,根据信道中某一时间 信息传输的方向,可以分为单工、半双工和全双工三种方 式。 ? (1)单工通信 信号只能向一个方向传输,任何时候都不 能改变信号的传送方向,发送方不能接收,接收方也不能 发送。信道的全部带宽都用于由发送方到接收方的数据传 送。如听和看电视就是单工通信 。 数据流 发送机 信号 接收机 12 ? (2)半双工通信 信号可以双向传送,但必须交替进行, 即某一时刻只能向一个方向传输。平时的对讲机就是这种 方式。 数据流 发送设备 发送设备 接收设备 信号 接收设备 13 ? (3)全双工通信 信号可以双向同时传送。要求信道能够 提供双向传输的双倍带宽。例如计算机与计算机之间的通 信。 数据流 发送设备 信号 接收设备 数据流 信号 发送设备 接收设备 14 ? 4.基带传输与频带传输 ? (1)基带传输 ? 计算机中二进制比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉 冲信号。将矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带,简称 基带。 ? 在数字通信信道上,直接传送基带信号(数字信号)的方 法就是基带传输。基带传输一般用在较近距离的数据通信 中,如在计算机局域网中。 ? (2)频带传输即用占据小范围带宽的模拟信号作为载波 来传送数字信号方式,它是一种利用模拟信道传输数字信 号的传输方式。 15 2.1.3 数据的传输介质 ? 传输介质是组成信道的主要部分,信号的传输质量不仅与数据信号和 收发特性有关,而且还与传输介质的特性密切相关。 ? 传输介质的特性有以下几个: – ①物理特性:它主要说明传输的特性。 – ②传输特性:它主要说明是使用模拟信号传输还是使用数字信号 传输、调制技术、传输的容量和传输的频率范围。 – ③地理范围:在不使用中间设备并将失真控制在允许范围内的情 况下,整个网络所能传输的最大距离。 – ④抗干扰性:防止噪声、电磁干扰对传输影响的能力。 – ⑤连通性:使用点到点连接还是多点连接。 – ⑥相对价格:元器件、安装和等方面的价格。 16 ? 1.)双绞线 ? 双绞线(Twisted Pair Cable)也称为双扭线,它价格便宜而 且安装十分方便,是最常用的传输介质。双绞线是由一对 绝缘铜线绞在一起形成的有规则的螺旋形线,采用扭绞结 构是为了减小在一根导线流发射的能量对另一根导线的干 扰,也有助于减少其他导线中的信号对这根导线的干扰。 所以扭绞得越密,抗干扰就越强,性能也越好,但是价格 就越高。 17 ? 双绞线分为非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair) 和屏蔽双绞线STP(ShieldedTwisted Pair)两大类。STP外 面有一圈层,可大大提高抗干扰能力,但成本较高。 UTP外面没有层,易受各种电信号的干扰,但成本较 低。电话系统中使用的双绞线一般是一对双绞线,而计算 机网络中使用的双绞线 ? 双绞线类线,Catl):一对线,用于模拟电话线和低速数字传输,这 一类电缆没有固定的性能要求,不用于数据传输。在UTP中1类是最 低档次。 ? 2类线对双绞线,用于数字电话用户线线类线对双绞线Mbps以太网及ISDN话音线等,它是大多数电 话系统的标准电缆。 ? 4类线对双绞线Mbps大型以太网等。 ? 5类线对双绞线Mbps以上令牌环网和100Mbps以太网等,还支持异步传输模式 ATM。 ? 还有超5类线)同轴电缆 ? 同轴电缆是由一根空心的外圆柱形的导体围绕着单根内导 体构成的。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆,外导体为 硬金属或金属网。内外导体之间有绝缘材料隔离,外导体 外还有外皮套或屏蔽物。 20 ? (3)光导纤维 ? 光导纤维(简称光纤)是采用超纯的熔凝石英玻璃拉成的 比人头发丝还细的芯线。一般的做法是在给定的频率下以 光的出现和消失分别代表两个二进制数字,就像在电中 用通电和不通电来表示二进制数一样。光纤通信就是通过 光纤传递光脉冲进行通信的。 21 ? 光纤可以分为多模光纤和单模光纤。所谓单模光纤是指直 径小到只有单个波长的光纤,此种光纤形成了一种波导管, 光线不需经过多次反射而是一直向前;而多模光纤是 指可以多条光线的光纤,因为只要光线到达光纤表面 的入射角大于临界角,就产生全反射,因此只要入射角不 同,多条光线可以在同一条光纤中。 22 ? ? ? ? ? ? ? ? 光纤传输具有如下优点: ①光纤的传输速率高,能超过千兆位/秒。 ②光纤传输频带非常宽,因而通信容量大。 ③光纤的误码率极低,传输衰减小,无中继距离长,特别适合远距离 传输。 ④光纤无串音干扰和辐射,不易被或截取数据,因而安全保密性 好。 ⑤光纤不受和电磁波的干扰,适合在电气干扰严重的中 应用。 ⑥光纤的体积小,重量轻,成缆后弯曲性能较好。 但光纤也有缺点,光纤价格较贵;连接两根光纤时需要专用设备,施 工要求精确高,技术难度大,需要专业技术人员操作。另外,由于光 的传输是单向的,双向传输需要两根光纤或一根光纤上的两个频段。 23 ? ? ? ? ? 2.无线传输 无线传输是利用空气等作为传输介质实现信号。 (1)无线)微波通信 微波通信的载波频率为2~40GHz。 (3)卫星通信 卫星通信可以克服地面微波通信距离的 ,三个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域。 ? (4)红外通信和激光通信 红外通信及激光通信有很强 的方向性,都是沿直线的。红外通信和激光通信要把 传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号后才能 的在空间沿直线,它们难以被、插入数据和干扰, 但是它们对雨雾比较。 24 任务完成:双绞线的制作 ? 在将网线条线排序。根据EIA/TIA接 线接口制作有两种排序标准:EIA/TIA 568B 标准和EIA/TIA 568A标准。8条线根据颜色从左到右排列 顺序如图所示。 ? EIA/TIA 568B标准的线序为:白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、 棕(a)。 ? EIA/TIA 568A标准的线序为:白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、 棕(b)。 25 ? 根据双绞线两端线序的不同,有两种不同的连接法:直接 连接法和交叉连接法。 ? 直接连接法是线缆的两端使用同一种线序。直接连接法通 常用于不同类型的设备的相互联接。如计算机连接集线器、 计算机连接交换机等。 ? 交叉连接法是线缆的两端使用不同的线序。这种排序用于 连接同种设备,如两台计算机直接之间相连。我们这里用 到的就是交叉双绞线 ? 制作双绞线通常要用到两种工具:网线钳和测线仪 (a)网线 ? 双绞线制作过程如下: ? ①用网线mm)剥去,按前面介 绍的线序为网线排序。 ? ②将排好序的网线并拢,注意并拢时不要使线序发生变化。 ? ③将排好序的网线mm)。 ? ④将网线插入水晶头,注意插入时使水晶头有金属片的一端对着自己。 ? ⑤将网线插入水晶头后,将水晶头放入网线钳的压线槽中,合拢钳子, 将其压紧。 ? 这样,网线也就制作好了。网线作好后,需要用测线仪测试是否连通。 测试的方法是将制作好的网线的两端插入测线仪的接口,打开电源开 关后观察灯是否按顺序点亮:若8条线对应的灯都按顺序点亮, 说明网线已连通;若有哪个灯不亮,则此条线