網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

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1、單擊此處編輯母版標(biāo)題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級(jí),第三級(jí),第四級(jí),第五級(jí),*,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),基本概念,數(shù)據(jù)、信息和信號(hào),數(shù)據(jù)：,是把時(shí)間的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式，可被識(shí)別、也可被描述。1）數(shù)據(jù)的內(nèi)容是事件的反映或描述；2）數(shù)據(jù)以某種媒體為載體，即數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在媒體上的,信息：,是人對(duì)現(xiàn)實(shí)世界事物存在方式或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的某種認(rèn)識(shí)。以數(shù)值、文字、圖形、聲音以及動(dòng)畫等方式表示；是人們對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工整理以后所得到的有用的數(shù)據(jù),信號(hào)：,是數(shù)據(jù)的具體無(wú)力表現(xiàn)，具有確定的物理描述,數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體體現(xiàn)形式,學(xué)習(xí)要點(diǎn),信道帶寬與信道容量,信道復(fù)用技術(shù),同步與異步

2、傳輸,數(shù)據(jù)編碼,信道帶寬與信道容量,(1),基本概念,通信系統(tǒng)模型,信道的概念：傳送信息的通路,電路是,物理上,的通路，信道是,邏輯上,的通路,信道從傳輸?shù)男盘?hào)類型來(lái)分可以分為數(shù)字信道和模擬信道,信道從傳輸?shù)慕橘|(zhì)來(lái)分可以分為有線信道和無(wú)線信道,(2),信道的通訊方式,單工方式：數(shù)據(jù)傳送只能,單方向,進(jìn)行,半雙工方式：數(shù)據(jù)傳送可以雙向進(jìn)行，但,同一時(shí)間只能由一方發(fā)往另一方向,全雙工方式：數(shù)據(jù)傳送可以雙向進(jìn)行，,同一時(shí)間可以雙向地傳送數(shù)據(jù),(2),信道的通訊方式,串行通信：數(shù)據(jù)在一個(gè)信道上一位一位依次傳輸。,特點(diǎn)：1.通信線路數(shù)小，線路利用率高適合于遠(yuǎn)距離傳輸。2.在發(fā)送端和接收端需要并/串轉(zhuǎn)換和

3、串/并轉(zhuǎn)換。3.需要實(shí)施同步措施，以確保不產(chǎn)生錯(cuò)字。,(2),信道的通訊方式,并行通信：數(shù)據(jù)在多個(gè)信道上同時(shí)傳輸。,特點(diǎn)：1.不需要對(duì)傳輸代碼進(jìn)行時(shí)序轉(zhuǎn)換2.需要數(shù)據(jù)線數(shù)目多。3.傳輸速率高。,(3),信道帶寬與信道容量,信道帶寬：在信道內(nèi)不存在噪聲和干擾的情況下，收發(fā)設(shè)備能夠傳送的,最大信號(hào)數(shù),，單位為Hz，除了信道帶寬，還有信號(hào)帶寬和通頻帶寬。信道帶寬由傳輸介質(zhì)、接口部件、傳輸設(shè)備、傳輸協(xié)議及傳輸信息的特性等因素所決定。,信道容量：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)信道上在理想情況下所能傳輸?shù)?最大比特?cái)?shù),，單位bps,信道帶寬與信道容量的關(guān)系,香農(nóng)定律 C=W*Log,2,(1+S/N),其中D為信道容量，W為

4、信道帶寬，k為信道傳輸?shù)倪壿嫈?shù)值;其中C為信道容量，W為信道帶寬，S/N為信號(hào)噪聲功率之比,當(dāng)N接近于0時(shí)，適用奈奎斯特定律 D=2W*Log,2,k,傳輸延遲,傳輸延遲=,發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的處理時(shí)間,+,電信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間,+,介質(zhì)中轉(zhuǎn)時(shí)間,電信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間：,信道復(fù)用,多路復(fù)用是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)源共享同一個(gè)傳輸介質(zhì)，就像每一個(gè)數(shù)據(jù)源都有自己的信道一樣，在信號(hào)的接收端必須可以將復(fù)合信號(hào)分離出來(lái)。,目前有四種技術(shù)：,頻分多路復(fù)用（,FDMA）,波分多路復(fù)用（,WDMA）,時(shí)分多路復(fù)用（,TDMA）,碼分多路復(fù)用（,CDMA）,（1）,頻分多路復(fù)用,在物理信道能提供比單個(gè)原始信

5、號(hào)寬得多的帶寬的情況下，我們就可,將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)和傳輸?shù)膯蝹€(gè)信道帶寬相同（或略為寬一點(diǎn)）的子信道,，每一個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用。,（2）,波分多路復(fù)用,在光纖信道上使用的波分多路復(fù)用（WDM）是頻分多路復(fù)用的一個(gè)擴(kuò)展。,（3）,時(shí)分多路復(fù)用,時(shí)分多路復(fù)用是,將一條物理線路按時(shí)間分成一個(gè)個(gè)的時(shí)間片,，每個(gè)時(shí)間片常稱為一幀，每幀長(zhǎng)125s，幀再分為若干時(shí)隙，輪換地為多個(gè)信號(hào)所使用。每一個(gè)時(shí)隙由一個(gè)信號(hào)（也即一個(gè)用戶）占用，在占有的時(shí)隙內(nèi)，該信號(hào)使用通信線路的全部帶寬。,（4）,碼分多路復(fù)用,前向和反向采用頻分多路復(fù)用，在同一載波的碼分信道上,使用不同的碼型與用戶

6、對(duì)應(yīng),，實(shí)現(xiàn)時(shí)間上的共享。,同步與異步通信,同步，就是接收端要按發(fā)送端所發(fā)送的每個(gè)碼元的重復(fù)頻率以及起止時(shí)間來(lái)接收數(shù)據(jù)。,在通信時(shí)，接收端要校準(zhǔn)自己的時(shí)間和重復(fù)頻率，以便和發(fā)送端取得一致，這一過(guò)程稱為同步過(guò)程。,目前，傳輸信息的同步方式有,異步方式,和,同步方式,兩種。,（1）,異步方式,異步方式又稱為起止同步方式，它把各個(gè)字符分開傳輸，字符之間插入同步信息。它在要傳輸?shù)淖址?設(shè)置起始位,，在信息代碼和校驗(yàn)位（一般總共為8比特）結(jié)束以后，再,設(shè)置12位比特的終止位,，表示該字符已結(jié)束。終止位也反映了平時(shí)不進(jìn)行通信時(shí)的狀態(tài)。,各字符之間的間隔是任意的、不同步的，但在一個(gè)字符時(shí)間之內(nèi)，收發(fā)雙方各

7、數(shù)據(jù)位必須同步,，所以這種通信方式又稱為起止同步方式。,（2）,同步式,同步式要求不管是否傳輸信息代碼，,每個(gè)比特位必須在收發(fā)兩端始終保持同步,，中間沒有間斷時(shí)間，即為比特位同步。,當(dāng)不傳送信息代碼時(shí)，在線路上傳送的是全1或其他特定代碼，在傳輸開始時(shí)用,同步字符SYN（編碼為01111110）,使收發(fā)雙方進(jìn)入同步。當(dāng)搜索到SYN同步字符時(shí)，接收端開始接收信息，此后就從傳輸信息中檢測(cè)同步信息。一般在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中采用同步式。,數(shù)據(jù)信號(hào)編碼,(1),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成,從計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的組成部分來(lái)看，一個(gè)完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，一般有以下幾個(gè)部分組成：,數(shù)據(jù)終端設(shè)備，通信控制器，通信信道，信號(hào)變換

8、器,。,(2),數(shù)字信號(hào)編碼,1,）,單極性碼,表示信號(hào)的電壓或電流是單極性的，即邏輯“1”用高電平或正向電流表示，而邏輯“0”用0電平表示。,單極性碼有,不歸零型（NRZ）和歸零型（RZ）,兩種。,(2),數(shù)字信號(hào)編碼,2,）,雙極性碼,用正負(fù)電平來(lái)分別代表邏輯“1”和邏輯“0”。,同樣也有歸零型和不歸零型之分，常用的RS-232就是一種典型的不歸零型雙極性二元碼接口電路。比起單極性碼來(lái)，雙極性碼的可靠性要高，抗干擾性強(qiáng)。,(2),數(shù)字信號(hào)編碼,3,）,曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼,曼徹斯特碼：,在每一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi)，,當(dāng)發(fā)送0時(shí)，在間隔的中間時(shí)刻電平從低向高跳變；當(dāng)發(fā)送1時(shí)，在間隔的中間時(shí)

9、刻電平從高向低跳變,。,這類碼元的特點(diǎn)是,在每一碼元的時(shí)間間隔內(nèi)，至少有一次跳變,。,(2),數(shù)字信號(hào)編碼,3,）,曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼,差分曼徹斯特碼：,在每一個(gè)碼元的時(shí)間間隔內(nèi)，無(wú)論發(fā)1或發(fā)0，,在間隔的中間都有電平的跳變,。,發(fā)送1時(shí)，間隔開始時(shí)刻電平不跳變，發(fā)送0時(shí)，間隔開始時(shí)刻電平會(huì)跳變。,(3),模擬信號(hào)編碼,1,）,幅移鍵控（ASK）,振幅調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)幅制，也就是用數(shù)字的基帶信號(hào)控制正弦載波信號(hào)的振幅。它是把頻率和相位定為常量，而振幅為變量，,每一種振幅值代表一種信息元,。這個(gè)方法叫做幅移鍵控ASK。,(3),模擬信號(hào)編碼,2,）,頻移鍵控（FSK）,頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)頻制，是用

10、數(shù)字的基帶信號(hào)控制正弦載波信號(hào)的頻率。它把振幅和相位定為常量，而頻率為變量，,每一種頻率值代表一種信息元,。這個(gè)方法叫做頻移鍵控FSK。,(3),模擬信號(hào)編碼,3,）,相移鍵控（PSK）,相位調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)相制，是用數(shù)字的基帶信號(hào)控制正弦載波信號(hào)的相位。它把振幅和頻率定為常量，而相位為變量，,每一種相位值代表一種信息元,。這個(gè)方法叫做相移鍵控PSK。,(3),模擬信號(hào)編碼,3,）,相移鍵控（PSK）,上述中只有兩種相位的調(diào)相方式稱為兩相調(diào)制。為了提高信息的傳輸速率，還經(jīng)常采用,四相調(diào)制,和,八相調(diào)制,方式。這兩種調(diào)制方式的數(shù)字信息的相位分配情況如圖所示。,(4),基帶傳輸與寬帶傳輸,終端設(shè)備把數(shù)字

11、信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈沖電信號(hào)時(shí)，這個(gè)原始的電信號(hào)所固有的頻帶，稱為基本頻帶，簡(jiǎn)稱基帶。,在信道中直接傳送基帶信號(hào)時(shí)，稱為基帶傳輸,。,采用模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，往往只占有有限的頻譜，對(duì)應(yīng)基帶傳輸將其稱為頻帶傳輸。,經(jīng)過(guò)高頻調(diào)制后的信號(hào)為數(shù)字基帶信號(hào)，,在信道中傳送數(shù)字基帶信號(hào)稱為寬帶傳輸,。,(5),數(shù)據(jù)編碼技術(shù),脈沖調(diào)制（,PCM）,采樣、量化、編碼,增量調(diào)制（,DM）,(6),調(diào)制與解調(diào),調(diào)制就是,用基帶脈沖對(duì)載波波形某個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制，形成適合于線路傳送的信號(hào),。,當(dāng)已調(diào)制信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)，再進(jìn)行解調(diào)，,即將經(jīng)過(guò)調(diào)制器變換過(guò)的模擬信號(hào)去掉載波恢復(fù)成原來(lái)的基帶數(shù)字信號(hào),。,實(shí)際使用時(shí)，常將調(diào)制器和解調(diào)

12、器合裝在一個(gè)設(shè)備，使線路的一端同時(shí)具有調(diào)制和解調(diào)功能，稱此設(shè)備叫調(diào)制解調(diào)器（MODEM）。它與遠(yuǎn)程終端或計(jì)算機(jī)之間的接口用V.24或RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。,(7),模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)比較,(7),模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)比較,數(shù)據(jù)交換技術(shù),一般交換網(wǎng)絡(luò),H1,H2,H3,H4,H5,H6,A,B,C,D,E,F,網(wǎng)絡(luò)終端,中間節(jié)點(diǎn),電路交換,是一種直接交換方式，,是多個(gè)輸入線和多個(gè)輸出線之間直接形成傳輸信息的物理鏈路，一般分為,電路建立,、,數(shù)據(jù)傳送,和,電路釋放,三個(gè)階段,特點(diǎn)：,呼損,不同速率和不同電碼之間的用戶不能進(jìn)行交換,信息延時(shí)短，且固定不變,用于連續(xù)、大批量數(shù)據(jù)傳輸,報(bào)文交換,又稱為,存儲(chǔ)

13、轉(zhuǎn)發(fā),，報(bào)文是交換的單位，主要包括報(bào)文的正文信息，發(fā)和收節(jié)點(diǎn)的地址信息以及各種控制信息。,要求網(wǎng)絡(luò)每個(gè)節(jié)點(diǎn)有較大的存儲(chǔ)空間，延時(shí)性強(qiáng)，多條報(bào)文可以共享一條通信通道,不同速率的節(jié)點(diǎn)可以連接，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，建立報(bào)文傳輸優(yōu)先權(quán)。,缺點(diǎn)：不利于實(shí)時(shí)交互通信,分組交換,又稱為：,包交換,，是針對(duì)報(bào)文交換的缺點(diǎn)而提出的改進(jìn)方式,屬于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，以比保溫更短的“分組”為單位進(jìn)行交換傳輸,數(shù)據(jù)報(bào)傳輸分組交換,和,虛擬電路傳輸分組交換,數(shù)據(jù)報(bào)傳輸分組交換,報(bào)文分組交換方式是把長(zhǎng)的報(bào)文分成若干個(gè)較短的報(bào)文組，報(bào)文組是交換單位，交換要包括分組編號(hào)，各組報(bào)文可按不同的路徑進(jìn)行傳輸，到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)后，重新組

14、成報(bào)文。,較報(bào)文傳輸優(yōu)點(diǎn)：,數(shù)據(jù)傳輸靈活,轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)性降低,轉(zhuǎn)發(fā)差錯(cuò)少，對(duì)差錯(cuò)容易進(jìn)行恢復(fù)處理,便于控制轉(zhuǎn)發(fā),增加了目的節(jié)點(diǎn)對(duì)報(bào)文的加工處理時(shí)間和復(fù)雜性,虛電路傳輸分組交換,源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間建立一條邏輯通路。,每個(gè)分組除了包含數(shù)據(jù)以外還包括一個(gè)虛電路標(biāo)識(shí)符。在榆縣建立好的這個(gè)路徑上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，,不再需要路由選擇判定。,該通路是虛擬的，不是專用的。,三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)性能比較,1.電路交換,需設(shè)置完全的通路，在釋放前被獨(dú)占,2.報(bào)文交換,采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，報(bào)文需排隊(duì)，不適合交互式通信,3.分組交換,與報(bào)文交換類似，但報(bào)文被分成分組傳送，使數(shù)據(jù)網(wǎng)中最廣泛使用的交換技術(shù),

15、傳輸誤差與檢測(cè),(1),傳輸誤差的原因,在實(shí)際通信系統(tǒng)中，,誤差主要來(lái)自通信設(shè)備和傳輸媒質(zhì)兩個(gè)方面。,對(duì)數(shù)字通信設(shè)備而言，有很好的可靠性和穩(wěn)定性，其本身產(chǎn)生差錯(cuò)的可能性是很少的。至于傳輸媒質(zhì)，由于干線采用了光纜，也很少有差錯(cuò)。因此差錯(cuò)主要來(lái)自傳輸媒質(zhì)中的模擬本地環(huán)路以及無(wú)線通信環(huán)境。原因在兩個(gè)方面：,一是媒質(zhì)的傳輸特性限制，使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)產(chǎn)生幅度失真、相位失真和頻率偏移，導(dǎo)致碼間干擾；二是各種外界干擾（雷電、火花）引起突發(fā)差錯(cuò)，造成一串?dāng)?shù)據(jù)信息的破壞。,通常電話專線的信道誤碼率（含Modem）是10,-4,10,-5,，電話交換網(wǎng)的信道誤碼率是10,-3,10,-4,，而數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)要求誤碼

16、率小于10,-9,。在改進(jìn)信道各部分如媒質(zhì)選擇，均衡、濾波措施、提高M(jìn)odem質(zhì)量等不奏效或經(jīng)濟(jì)上不能承受的情況下，必須在數(shù)據(jù)鏈路兩端采用差錯(cuò)控制技術(shù)。,誤差控制技術(shù)的核心是采用高效的糾錯(cuò)檢錯(cuò)編碼方法,，將這些冗余碼附加在信息中一起傳送。,(2),奇偶校驗(yàn)碼,奇偶校驗(yàn)碼有奇數(shù)校驗(yàn)碼和偶數(shù)校驗(yàn)碼兩種。無(wú)論信息位有多少，校驗(yàn)位總是1位。,奇偶校驗(yàn)碼能夠檢測(cè)奇數(shù)個(gè)錯(cuò)碼。設(shè)為一個(gè)字符或分組，當(dāng)校驗(yàn)位直接位于字符后面時(shí)，稱垂直校驗(yàn)碼。,(3),校驗(yàn)和方式,將數(shù)據(jù)幀中的信息按一定位數(shù)分組，然后順序相加，有進(jìn)位則最后將進(jìn)位放到數(shù)據(jù)后面一起相加,，最后生成校驗(yàn)碼。,Hello FrienD.,4865,+6c6c,=b4de,+6f20,=123f1,48 65 6c 6c 6f 20 46 72 65 69 6e 64 2e,02,123f1,+4672,=16a63,+6569,=1cfcc,1cfcc,+6e64,=,2,3e30,3e30,+2e,02,=6c32,(4),循環(huán)碼,CRC,校驗(yàn),如果一個(gè)碼組的每一次循環(huán)移位是另一碼組，這種碼組叫做循環(huán)碼。,循環(huán)碼可以用線性方程確定，且可以用代數(shù)