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1、计算机网络技术及应用（第2版）,第二章,第 2 章 数据通信基础,本章重点：通信方式；传输媒体；信号调制技术；差错控制技术,2.1 数据通信基本知识,本讲重点：通信方式；数字通信与模拟通信。,一、通信方式,单向传输且固定传输方向,任一时刻只能单向传输但可以改变传输方向,允许同时进行双向传输,二、数字通信和模拟通信,数字信号和模拟信号的区别,数字信号和模拟信号失真原因,数字信号再生和模拟信号放大过程,数字信号优于模拟信号的地方,数字信号适用环境,数字信号和模拟信号的区别,用两种电平表示数字0和1的信号。,幅度连续的信号。,二、数字通信和模拟通信,数字和模拟信号失真的原因,失真从字义上理解是指信号
2、发生了变化。但这里是指构成信号的各次谐波之间关系发生变化。,简单的放大无法解决失真问题。,二、数字通信和模拟通信,数字信号再生过程,发送和处理设备大多是数字设备。数字信号容易再生，在存在中继电路的情况下，远距离传输不失真。有些物理链路，如光纤适合传输数字信号。,二、数字通信和模拟通信,数字信号适用环境,数字信号也是由多 次谐波信号构成。,同样存在失真，而且传输速率越高、传输距离越远，失真越严重。,适合高带宽线路，近距离传输环境。,不适合低带宽线路，远距离传输环境：用户线。,无噪声情况下，单次谐波信号只有衰减，没有失真：可用于低带宽线路、远距离传输环境。,二、数字通信和模拟通信,2.2 传输媒体
3、,本讲主要内容：同轴电缆；双绞线；光纤。,主要内容同轴电缆；双绞线；光纤；三种传输媒体的性能区别；传输媒体和网络特性。,2.2 传输媒体,一、同轴电缆,用于总线形以太网；较好的频率特性；不易布线。,中心导体传输信号；外导体屏蔽层作为地线；接地好坏影响信号传输质量。,二、双绞线,用于星形以太网。支持全双工通信方式。容易布线。,目前常见双绞线有：5类：100Mbps；5e类：1000Mbps；6类：1000Mbps。,纽绞在一起的两个导线成为一对双绞线；一对双绞线构成单个信道；4对双绞线构成线缆；双绞线抗干扰。双绞线质量取决于：导线、纽绞密度、绝缘层和外套材料,三、光纤,单模光纤用于高速、远距离；
4、多模光纤用于低速、近距离；适合全双工通信。,光纤传输光信号过程,光线在光导纤维中全反射；有光脉冲/无光脉冲表示1/0；多模单模光纤的本质是光纤直径；光纤直径大，多束光进入，导致色散。,三、光纤,双绞线费用低。距离短（100m)。,光纤适合户外铺设；无中继传输距离远；费用高。,四、三种传输媒体比较,随着综合布线系统的兴起和普及，星形和树形网络结构成为主流，同轴电缆及对应的总线形网络结构已退出市场；双绞线便宜、铺设方便，但无中继传输距离短、易受电磁干扰；光纤不受电磁干扰、无中继传输距离远、传输速率高，但费用高。,五、传输媒体和网络特性,传输媒体和网络拓扑结构；传输媒体和通信方式；传输媒体和网络通信
5、距离。,传输媒体和网络拓扑结构,同轴电缆,总线形,星形树形,可靠性低冲突域轻负荷,双绞线光纤,可靠性高交换式交换到无限,五、传输媒体和网络特性,距离远抗电磁干扰好抗压、抗渗透强,传输媒体和网络传输距离,同轴电缆双绞线,距离短电磁环境要求高抗压、抗渗透差,范围小室内低速率,光纤,城域网校园网高速率,五、传输媒体和网络特性,全双工,传输媒体和通信方式,双绞线光纤,半双工,冲突域距离短轻负荷,同轴电缆,交换式光纤远距离交换到无限综合布线系统,五、传输媒体和网络特性,2.3 信号调制技术,本讲主要内容引入信号调制技术的原因；振幅键控调制技术；移频键控调制技术；移相键控调制技术；正交幅度调制技术。,一、
6、引入信号调制技术的原因,基带信号由多次谐波信号组成；多次谐波信号构成的带宽和基带信号传输速率成正比；信号失真与信号频率范围与传输距离成正比。,低带宽、远距离信道不适合传输基带信号！,将数字信号转换成单次谐波信号后，通过类似用户线这样的低带宽、远距离线路进行传输。,数字通信由于失真问题，只适合高带宽线路，近距离传输环境。,存在需要较远距离无中继通信且线路带宽较低的应用环境，如：用户线。,无噪声情况下，单次谐波信号只有衰减，没有失真：可用于低带宽线路、远距离传输环境。,这种将数字信号转换成单次谐波信号的技术就是信号调制技术。,一、引入信号调制技术的原因,调制解调技术调制技术是将数字信号转换成模拟信
7、号的技术，解调技术则是将模拟信号转换成数字信号的过程。数字信号是直接表示二进制数0和1的信号，它具有两种不同的状态。而用于调制数字信号的模拟信号是正弦波信号（这里被称为载波信号），它具有三个基本特征：幅值、频率和相位。因此，可用两个基本特征不同的模拟信号表示数字信号的两种不同的状态，因而引出三种基本调制技术：调幅、调频和调相。,一、引入信号调制技术的原因,移幅键控调制技术(ASK),数字信号1和0两种状态。,用一种幅值的载波信号表示1对应的状态。,用另一种幅值的载波信号表示0对应的状态。但两种载波信号的其他两种特征：频率和相位相同。,如果载波信号频率2400Hz,如何计算数字信号的传输速率？,
8、二、移幅键控调制技术,三、移频键控调制技术,移频键控调制技术(FSK),数字信号1和0两种状态。,用一种频率的载波信号表示1对应的状态。,用另一种频率的载波信号表示0对应的状态。但两种载波信号的其他两种特征：幅值和相位相同。,四、移相键控调制技术,移相键控调制技术(PSK),数字信号1和0两种状态。,用一种相位的载波信号表示1对应的状态。,用另一种相的载波信号表示0对应的状态。两种载波信号的相位差为180，但其他两种特征：幅值和频率相同。,调相有绝对相位和相对相位之分。,五、正交幅度调制技术,如果采用上述三种调制方法，数字信号的传输速率是无法提高的。如果将在幅度调制方法中，将信号幅值分为4级，
9、则可以表示4种不同的状态中的一种。而2位数字信号可以组合成4中不同的状态，因此，一次信号变化可以传输两位二进制数。,C=Wlog2L C：数字信号传输速率W：载波信号带宽L：信号级数,可以推广到频率调制和相位调制技术中，但由于4kHz带宽限制，频率调制的信号级数无法增加。真能够通过无限增加信号级数来增加数字信号传输速率？能否通过同时改变幅值和相位增加信号级数？,用4种不同相位和4种不同的幅值构成16种不同的信号状态，用来表示4位二进制数。,五、正交幅度调制技术,2.4 差错控制技术,本讲重点差错控制概述；检错码与数据检错；停止等待算法；连续ARQ。,一、差错控制概述,邮政服务系统并不可靠，如何
10、在不可靠的邮政服务系统的基础上，保证寄信人至收信人之间的可靠通信：差错控制技术,寄信人,寄信人,邮政服务系统,信件中途丢失。信件损坏。,收信人检验确认。寄信人定时重发。,检错、纠错码。可靠传输机制。,二、检错码与数据检错,常见检错码奇偶效验码：奇数位错。检验和：连续多位错。循环冗余码：多处偶发性连续多位错,网络传输错误类型连续多位错多处偶发性错,适用网络通信的检错码检验和循环冗余码,检错码是一组添加的冗余信息；检错码和数据之间存在关联，可以简单表示成：检错码F（数据）；接收端通过检测检错码和数据的关联是否改变来判别数据是否出错。,二、检错码与数据检错,奇偶校验码,二、检错码与数据检错,如果数据
11、传输过程中出现单位错，或者奇数位错，1的位数的奇偶特性将改变，接收端以此检验数据传输是否出错，由于网络传输的特性是连续多位错，因此，奇偶校验码的检错作用在网络传输中有限,将数据分成等长的多段，一般16位为一段，各段数据按照反码运算规则求和，求和结果取反，为检错码；接收端将数据重新求反后按照反码规则求和，并与检验和相加，将相加结果求反，如果求反结果为0，表示数据传输中没有出错。能检测出单段数据中的多位错，有可能检测不出分布在多段数据中的多位错。,二、检错码与数据检错,数据“0123”=00110000 00110001 00110010 00110011,11001111 11001110,11
12、001101 11001100,10011101 10011010,1,10011101 10011011 01100010 01100100 检错码,检验和,循环冗余检验码,二、检错码与数据检错,11010011表示成函数X7+X6+X4+X+1假定数据M(X)，生成函数G(X)，G(X)最高阶数rR(X)是Xr M(X)/G(X)的余数，R(X)作为检错码如果传输过程中没有出错，则(XrM(X)R(X)/G(X)的余数为0通过精心选择G(X)，可以检测出极大多数连续多位错和其他出错情况。,三、停止等待算法,检错和确认。定时重发。序号防止重复接收。,效率问题！,三、停止等待算法,源终端至目的
13、终端往返时延20ms。源终端和目的终端连接网络链路传输速率1Gbps。数据长度1KB。求连接网络链路传输效率：（传输效率实际传输的字节数/能够传输的字节数）(103X8)/(109X20X10-3)=4X10-4。,传输效率计算举例,四、连续ARQ,发送窗口的含义。序号范围。不是按序到达的数据帧的处理。接收窗口的含义。,连续ARQ允许发送端在接收到确认应答之前连续发送多个数据,发送窗口,确认前允许发送的数据序号范围链路效率；序号位数；接收端处理能力；网络带宽。,四、连续ARQ,接收窗口,允许接收的未按序到达的数据序号范围选择重传；序号位数。,四、连续ARQ,小结,普遍采用数字通信，但在低带宽、远距离信道上实现模拟通信；采用模拟通信需要将数字信号调制成模拟信号；差错控制采用检错、确认和重传机制；检错通过附加的检错码实现。,
