數(shù)據(jù)通信技術(shù)

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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,第三級,第四級,第五級,*,第,2,講,數(shù)據(jù)通信技術(shù),1.,教學(xué)內(nèi)容,概要介紹本章學(xué)習(xí)內(nèi)容,2.,教學(xué)要求,闡明本章要求掌握的內(nèi)容,1,2,4,5,數(shù)據(jù)通信的基本知識,數(shù)據(jù)傳輸,數(shù)據(jù)交換技術(shù),信道的多路復(fù)用技術(shù),7,差錯控制技術(shù),6,傳輸介質(zhì),3,數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù),1,3,掌握：,數(shù)據(jù)通信基本知識，數(shù)據(jù)交換技術(shù)，信道的多路復(fù)用技術(shù)。,理解：,數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制技術(shù)，差錯控制技術(shù)的應(yīng)用,。,了解：,傳輸介質(zhì)種類及性能。,2,2.,1,數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng),2.,1.1,信息、數(shù)據(jù)和信號,2.,1.3,通信信道的分類,2.,

2、1.2,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成,2.,1.4,數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo),1,信息、數(shù)據(jù)及信號的概念,信息與數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)是信息的載體，它是信息的表示形式，可以是數(shù)字、字符、符號等。單獨的數(shù)據(jù)沒有實際的含義。數(shù)據(jù)和信息既有區(qū)別又有聯(lián)系，數(shù)據(jù)是獨立的，雖然數(shù)據(jù)本身并沒有含義，但把數(shù)據(jù)按一定規(guī)則、形式組織起來時，就可以傳達(dá)某種意義，這種具有某種意義的數(shù)據(jù)集合就是信息。,信號,信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的具體物理表示形式，具有確定的物理描述，如電壓、磁場強度等。,信號一般有模擬信號和數(shù)字信號兩種表示方式。,2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成,數(shù)據(jù)終端設(shè)備（,DTE,）:,可以是計算機(jī)、數(shù)據(jù)輸入/輸出設(shè)備及數(shù)據(jù)終端。通信控制器

3、負(fù)責(zé)和通信線路的連接，并完成數(shù)據(jù)緩沖、流量控制、差錯檢驗等功能，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用的網(wǎng)卡就是通信控制器。,數(shù)據(jù)通信設(shè)備（,DCE,）:,數(shù)據(jù)通信設(shè)備（,DCE）,的功能是把通信控制器發(fā)出的信號轉(zhuǎn)換為適合于在通信信道傳輸?shù)男盘枴?傳輸信道：傳輸信道是傳輸數(shù)據(jù)的通道，包括傳輸媒體和通信設(shè)備,。,3,通信信道的分類,通信信道就是傳輸數(shù)據(jù)的通道。,有線信道和無線信道,模擬信道與數(shù)字信道,專用信道與公共信道,4數(shù)據(jù),通信的技術(shù)指標(biāo),信道帶寬:信道帶寬是描述信道傳輸能力的技術(shù)指標(biāo)，它的大小是由信道的物理特性決定的。信道上傳輸?shù)氖请姶挪ㄐ盘?，信道能夠傳送電磁波的有效頻率范圍就是該信道的帶寬，帶寬的單位為赫茲（

4、,Hz）。,數(shù)據(jù)傳輸速率:數(shù)據(jù)傳輸速率也稱為比特率，是指信道每秒所傳輸?shù)亩M(jìn)制比特數(shù)，記為,bps。,信道的容量：信道傳輸數(shù)據(jù)速率的上限，稱為信道的容量。信道容量一般表示為單位時間內(nèi)最多可傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù),。,香農(nóng)（,shannon,）,定理用下列公式表示：,CWlog,2,(1+S/N),（bps）,式中,C,為信道容量，,W,為信道帶寬，,N,為噪聲功率,S,為信號功率,。,2.2,數(shù)據(jù)的傳輸,2.2.,1,串/并行通信,2.2.,3,信道的通信方式,2.2.,2,數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù),2.2.,4,信號的傳輸方式,2.2.5,通信線路的連接方式,1,串/并行通信,串行通信,并行通信,

5、2,數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù),收、發(fā)雙方在時間基準(zhǔn)上保持一致，這種協(xié)調(diào)一致的通信過程稱為同步。,異步傳輸,異步傳輸?shù)奶攸c是：,1）每個字符作為一個獨立的整體進(jìn)行傳送；,2）字符之間的時間間隔是任意的；,3）為了進(jìn)行字符同步，每個字符的第一位前加1位起始位，字符的最后加上1、1.5或2位的終止位，在需要的情況下，再加一個校驗位。,同步傳輸,同步傳輸不是以字符為單位而是以數(shù)據(jù)塊(幀，一組字符或比特流)為單位進(jìn)行傳輸?shù)?。同步傳輸不再為?shù)據(jù)塊內(nèi)的每個字符添加起始位和停止位，而是在數(shù)據(jù)塊之前加上一個或多個同步字符,SYN。,接收端接收到,SYN,字符，并根據(jù),SYN,來實現(xiàn)二進(jìn)制位的同步和確定數(shù)據(jù)塊的起始位,

6、。,3,信道的通信方式,按照信號傳送方向和時間的關(guān)系，信道的通信方式可以分為三種：單工、半雙工和全雙工通信。,單工通信,半雙工通信,全雙工通信,4,通信的傳輸方式,基帶傳輸,在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機(jī)二進(jìn)制比特序列0和1的數(shù)字信號是典型的矩形脈沖信號，該矩形脈沖信號的固有頻帶稱為基帶，矩形脈沖信號稱為基帶信號。,頻帶傳輸,利用模擬信號進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是一種比較普遍的通信方式，即頻帶傳輸方式。,5,通信線路的連接方式,點到點連接方式,.多點連接方式,2.3,數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù),2.3.1,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸,2.3.2,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號傳輸,2.3.3,模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸,1,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)

7、字信號傳輸,基帶信號在基帶傳輸方式中雖然不需要調(diào)制，但卻要經(jīng)過一定的編碼才能傳輸，經(jīng)過編碼的數(shù)字信號一般具有便于識別、自帶時鐘同步、傳輸效率更高等特點。最常用的數(shù)字信號編碼方法有不歸零編碼（,NRZ)、,曼徹斯特（,Manchester,）,編碼,等。,曼徹斯特（,Manchester）,編碼,曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一，曼徹斯特編碼的特點是：,1,）每比特的周期,T,分為前,T/2,和后,T/2,兩部分；,2,）前,T/2,傳送該比特的反碼，后,T/2,傳送該比特的原碼。,2,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號傳輸,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號傳輸是借助于載波信號實現(xiàn)的。載波是頻率和幅值固定的周期信號

8、，通常是正（余）弦周期信號。,載波的正（余）弦信號可用下列公式表示：,u（t）=,u,m,sin,(,t,+),載波,u（t）,中有三個參量：振幅,u,m,、,角頻率,t,及相位,。,可以通過改變?nèi)齻€參量的方法實現(xiàn)模擬數(shù)據(jù)信號編碼。,振幅鍵控（,Amplitude Shift Keying,ASK）,頻移鍵控（,Frequency Shift Keying,FSK）,移相鍵控（,Phase Shift Keying,PSK）,3,模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸,模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化主要通過脈沖碼調(diào)制技術(shù)（,Pulse Code Modulation,PCM）,來實現(xiàn)。,PCM,工作包括采樣、量化及編碼三部

9、分操作。,.采樣:采樣是在一定的時間間隔內(nèi)，將模擬信號的電平幅值取出作為樣本，代表這一區(qū)間原信號的幅值。,.量化:量化就是把采樣所得的信號幅值按轉(zhuǎn)換器的量級分級取整。,.編碼:編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。,2.4,數(shù)據(jù)交換技術(shù),2.4.1,電路交換,2.4.2,存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換,1,電路交換,1建立電路:電路交換在數(shù)據(jù)傳輸之前，必需先建立一條點到點的電路。,2傳輸數(shù)據(jù):在站點,A,與站點,B,通過通信子網(wǎng)的物理線路建立連接以后，站點,A,與站點,B,就可以通過該連接實時、雙向地交換信息。,3電路拆除:數(shù)據(jù)傳輸完畢，就要終止電路連接。,2,存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換,報文交換：報文交換

10、方式是以報文為單位發(fā)送信息。報文包括三部分內(nèi)容：報頭、報文正文和報尾。報頭由發(fā)信站地址、收信站地址及其他輔助信息組成。,報文分組交換：報文分組交換方式與報文交換方式相比，它采用了較短的格式化信息單位，稱為報文分組。,報文分組交換又分為數(shù)據(jù)報交換和虛電路交換。,1）數(shù)據(jù)報交換,2）虛電路分組交換,虛電路分組交換就是兩個用戶的終端設(shè)備在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(wǎng)建立邏輯上的路徑。虛電路不是一條專用線路，它可以與其他連接共享。,2.5,多路復(fù)用技術(shù)技術(shù),2.5.,2,時分多路復(fù)用,2.5.,1,頻分多路復(fù)用技術(shù),2.5.,3,波分多路復(fù)用,2.5.,4,碼分多路復(fù)用,1,多路復(fù)用技術(shù),

11、在廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)的通信中，一些高容量的傳輸介質(zhì)如同軸電纜、光纜、地面微波及衛(wèi)星通信等可傳輸?shù)念l帶很寬，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復(fù)用技術(shù)，即在一條物理線路上建立多條通信信道，使多路數(shù)據(jù)信號共用一條電路進(jìn)行傳輸。按照使用技術(shù)的不同有分為：,頻分多路復(fù)用、時分多路復(fù)用及波分多路復(fù)用。,2.頻分多路復(fù)用,頻分多路復(fù)用(,Frequency Division Multiplexing,FDM),是將具有一定帶寬的線路劃分為多條占有較小帶寬的信道，各條信道中心頻率不重和，每個信道之間相距一定的間隔，每條信道供一個用戶使用。,3.時分多路復(fù)用,時分多路復(fù)用（,Time Division Mult

12、iplexing,TDM）,是將線路用于傳輸?shù)臅r間劃分成若干個時間片（時隙），每個用戶分得一個時間片，在其占有的時間片內(nèi)，用戶使用通信線路的全部帶寬。,4,波分多路復(fù)用,波分多路復(fù)用（,Wave Division Multiplexing,WDM）,技術(shù)主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。波分多路復(fù)用是指在一根光纖上能同時傳送多個波長不同的光載波的復(fù)用技術(shù)，如圖所示。,2.6,傳輸介質(zhì),2.6.2,無線傳輸介質(zhì),2.6.,1,有線傳輸介質(zhì),1,有線傳輸介質(zhì),(1)雙絞線,1）屏蔽雙絞線,2）非屏蔽雙絞線,同軸電纜,光纖,2,無線傳輸,微波通信:微波通信就是利用地面微波進(jìn)行通信。微波是一種頻率很高

13、的電磁波，其頻率范圍為300,MHz300GHz,微波通信主要使用的是240,GHz,的頻率范圍。微波的重要特點是在空間沿直線傳播，不能繞射，因而微波在地面的傳輸距離有限，一般為4060,km。,紅外通信:紅外通信使用波長約為750,nm10m,的紅外線傳送數(shù)據(jù)，有較強的方向性，受太陽光的干擾大。紅外通信是一種廉價、近距離、無連線、低功耗和保密性較強的通信方案。,衛(wèi)星通信:衛(wèi)星通信是利用地球同步衛(wèi)星作為中繼，來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號的一種遠(yuǎn)距離的特殊微波通信方式。當(dāng)?shù)厍蛲叫l(wèi)星位于36000,km,高空時，其發(fā)射角可以覆蓋地球上的1/3的區(qū)域。只要在赤道上空的同步軌道上等距離地放置三顆間隔120,o,衛(wèi)

14、星，就能實現(xiàn)全球的通信。,2.7,差錯控制技術(shù),2.7.2,差錯的控制方法,2.7.,1,差錯的產(chǎn)生,1,差錯的產(chǎn)生,傳輸差錯是指通過通信信道傳輸后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。由于任何通信信道總是不可避免地存在一定程度的噪聲干擾，這些噪聲的干擾可能導(dǎo)致傳輸差錯的產(chǎn)生，如圖所示。通信信道的噪聲分為兩類：一類是熱噪聲，另一類是沖擊噪聲。,2,差錯的控制,方法,差錯檢測,1)前向糾錯方式:前向糾錯（,Forward Error Correction,FEC）,方式的基本原理是：發(fā)送端將信息編成具有檢錯和糾錯能力的碼字并發(fā)送出去，接收端檢測到接收信息有錯后，通過一定的運算，確定差錯的具體位置，

15、并自動加以糾正，然后把糾錯后的數(shù)據(jù)送到接收端，如圖2-34所示。,2)自動請求重發(fā)方式:自動請求重發(fā)（,Automatic Repeat request,ARQ）,方式的基本原理是：發(fā)送端對所發(fā)送的序列進(jìn)行差錯編碼，接收端根據(jù)檢驗序列的編碼規(guī)則判決有無誤碼，若發(fā)現(xiàn)有誤碼，則利用反饋信道要求發(fā)送端將有錯的信息重發(fā)一次或多次，直至接收端檢測認(rèn)為無誤為止，從而達(dá)到糾正差錯的目的，如圖所示。,差錯編碼,常用的差錯檢測編碼有奇偶校驗碼、水平垂直奇偶校驗碼、循環(huán)冗余校驗碼,CRC,等。,1)奇偶校驗碼,采用奇偶校驗碼時，在每個字符代碼傳輸之前，先檢測并計算出數(shù)據(jù)位中,“,1,”,的個數(shù)（奇數(shù)或偶數(shù)），并根

16、據(jù)使用的是奇校驗還是偶校驗來確定奇偶校驗位的值，然后將其附加在數(shù)據(jù)位之后進(jìn)行傳輸。,2）循環(huán)冗余校驗碼（,Cyclic Redundancy Check,CRC）,循環(huán)冗余校驗碼是一種比較復(fù)雜的校驗方法。它是先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個通信雙方共同約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運算，并由余數(shù)得出一個校驗碼序列也稱為冗余碼，然后將這個校驗碼序列附加在信息數(shù)據(jù)之后發(fā)送出去。接收端接收數(shù)據(jù)之后，將包括校驗碼序列在內(nèi)的數(shù)據(jù)幀與約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運算，若余數(shù)為,“,0,”,，則表示接收的數(shù)據(jù)正確，若余數(shù)不為,“,0,”,，則表明數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中出錯。,實訓(xùn)1,網(wǎng)絡(luò)線纜的制作,（必做）,實訓(xùn)目的：,了解與布線有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與標(biāo)準(zhǔn)組織。,掌握三類,UTP,線纜的作用與制作。,掌握三類,UTP,線纜制作工具的使用方法。,了解,UTP,線纜測試的主要指標(biāo)，并掌握簡單網(wǎng)絡(luò)線纜測試儀的使用。,了解光纖線纜的制作過程。,實訓(xùn)2：直連兩臺計算機(jī)（,RJ-45,通信線的制作）,（必做）,實訓(xùn)題目：直連兩臺計算機(jī)（,RJ-45,通信線的制作）,實訓(xùn)目的：掌握制作,UTP,交叉線的方法。,掌握兩臺操作系統(tǒng)相同的,PC,機(jī)進(jìn)行直連的方