數(shù)據(jù)通信技術

單擊此處編輯母版標題樣式,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,1.,教學內(nèi)容,概要介紹本章學習內(nèi)容,2.,教學要求,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,信道的多路復用技術,7,差錯控制技術,6,傳輸介質(zhì),3,數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術,1,3,掌握：,數(shù)據(jù)通信基本知識，數(shù)據(jù)交換技術，信道的多路復用技術。,理解：,數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制技術，差錯控制技術的應用,。,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.,1.2,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成,2.,1.4,數(shù)據(jù)通信的技術指標,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)終端設備（,DTE,）:,可以是計算機、數(shù)據(jù)輸入/輸出設備及數(shù)據(jù)終端。通信控制器負責和通信線路的連接，并完成數(shù)據(jù)緩沖、流量控制、差錯檢驗等功能，計算機網(wǎng)絡中使用的網(wǎng)卡就是通信控制器。,數(shù)據(jù)通信設備（,DCE,）:,數(shù)據(jù)通信設備（,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),通信的技術指標,信道帶寬:信道帶寬是描述信道傳輸能力的技術指標，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（,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,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,2,數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g,收、發(fā)雙方在時間基準上保持一致，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行傳送；,2）字符之間的時間間隔是任意的；,3）為了進行字符同步，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)二進制位的同步和確定數(shù)據(jù)塊的起始位,。,3,信道的通信方式,按照信號傳送方向和時間的關系，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，表示計算機二進制比特序列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,2.3.1,數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸,2.3.2,數(shù)字數(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)字數(shù)據(jù)的數(shù)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)字數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸,數(shù)字數(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，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（,Pulse Code Modulation,PCM）,來實現(xiàn)。,PCM,工作包括采樣、量化及編碼三部分操作。,.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:編碼是用相應位數(shù)的二進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,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,多路復用技術技術,2.5.,2,時分多路復用,2.5.,1,頻分多路復用技術,2.5.,3,波分多路復用,2.5.,4,碼分多路復用,1,多路復用技術,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，通常采用多路復用技術，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行傳輸。按照使用技術的不同有分為：,頻分多路復用、時分多路復用及波分多路復用。,2.頻分多路復用,頻分多路復用(,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.時分多路復用,時分多路復用（,Time Division Multiplexing,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,波分多路復用,波分多路復用（,Wave Division Multiplexing,WDM）,技術主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。波分多路復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用技術，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行通信。微波是一種頻率很高的電磁波，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)微波信號的一種遠距離的特殊微波通信方式。當?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)星，就能實現(xiàn)全球的通信。,2.7,差錯控制技術,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，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，直至接收端檢測認為無誤為止，從而達到糾正差錯的目的，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1,網(wǎng)絡線纜的制作,（必做）,實訓目的：,了解與布線有關的標準與標準組織。,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，并掌握簡單網(wǎng)絡線纜測試儀的使用。,了解光纖線纜的制作過程。,實訓2：直連兩臺計算機（,RJ-45,通信線的制作）,（必做）,實訓題目：直連兩臺計算機（,RJ-45,通信線的制作）,實訓目的：掌握制作,UTP,交叉線的方法。,掌握兩臺操作系統(tǒng)相同的,PC,機進行直連的方