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计算机网络基础教案 第2章


电子工业出版社

计算机网络基础

李志球编著

第2章 数据通信基础 章
本章要点: 本章要点:
◆ 了解数据通信的基本概念和主要技术指标 ◆ 了解数据通信系统的组成 ◆ 掌握数字和模拟数据的编码和调制方法 ◆ 了解数据并行和串行传输方式 ◆ 掌握同步和异步传输技术 ◆ 掌握FDM、TDM和WDM三种多路复用技术及适应 场合

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◆了解有线传输介质和无线传输技术 Lizq98@xzcat.edu.cn

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第2章 数据通信基础 章

2.1 数据通信的基本概念 2.2 数据编码和调制 2.3 数据传输方式 2.4 同步传输和异步传输 2.5 多路复用技术 2.6 传输介质



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2.1 数据通信的基本概念
2.1.1 数据通信基本概念 1. 数据 分为模拟数据和数字数据两种。 2. 信息 以某种格式组织起来的数据。 3. 信号 是数据的具体物理表现。分为模拟信号和数
字信号两种,如图所示。

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2.1 数据通信的基本概念
2.1.1 数据通信基本概念
传输信息时信号沿发送端到接收端的通路。 4. 信道 5. 通信和数据通信 通信是信息的传输与交换。数据通信 是以传送数据为业务的通信。

6. 数据通信网 7. 码元和码字 8. 数据分组

是数据通信系统的网络形式 。 码元是一个信号编码单元。码字由若干码 元组成的字符串序列。

把较大的数据块分成较小的数据段。 不同的网络或层中,分组名称也不同,如 帧 (frame)、信元(cell)、IP数据报等。通常数据 分组也称为数据包。

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2.1 数据通信的基本概念
2.1.2 数据通信的主要技术指标
比特(bit)率 1. 比特(bit)率S
指单位时间内所传送的二进位序列的位(bit)数,是度量通信系统 每秒传送的信息量。用每秒比特数(bit/s或bps)表示 。 常用的单位换算关系式如下: Kbps=1024bps; Mbps=1024Kbps; Gbps=1024 1024bps 1024Kbps 1024Mbps 1Kbps=1024bps;1Mbps=1024Kbps;1Gbps=1024Mbps

波特(Baud)率 2. 波特(Baud)率B
指数字信号经过调制后的传输速率,或者是说每秒传输的脉冲(波 形)信号个数(通过信道传输的码元数)。 B=1/T;其中, 为每个脉冲(波形)信号的持续时间,单位为秒。 B=1/T;其中,T为每个脉冲(波形)信号的持续时间,单位为秒。

比特率和波特率的关系:S=B*log 2 n 3. 误码率Pe 误码率Pe


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指数据位被传错的概率,也称出错率。 Pe=Ne/N;N 为传输的码元总数,Ne为接收码元中被传错的码元数。

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2.1 数据通信的基本概念
2.1.2 数据通信的主要技术指标 4. 信道容量
指物理信道能达到的最大传输能力,用比特率S表示。 。

5. 带宽(Bandwidth) 带宽(Bandwidth)
指信道所能传送的信号的频率宽度,也就是可传送信号 的最高频率与最低频率之差,单位是Hz(赫)、kHz(千 赫)、MHz(兆赫)。

带宽、 6. 带宽、数据传输速率和信道容量的区别 7. 延迟、抖动、呑吐量和丢包率。 延迟、抖动、呑吐量和丢包率。
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2.1 数据通信的基本概念
2.1.3 数据通信系统
1. 数据通信系统基本模型

2. 模拟通信系统和数字通信系统
数字通信系统是比模拟通信系统费用低,抗干扰能力强,不易失真; 但数字信号比模拟信号易衰减;模拟信号比数字信号传输距离要远。

3. 信号衰减的克服
数字信号衰减的克服办法是使用中继器,把数字信号“0”、“1” 整形恢复为标准电平后继续传输。

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2.2 数据编码和调制
2.2.1 数字数据的数字信号编码
1. 单极性不归零编码 (NRZ)
单极性不归零编码只使用一个电压值,用高电平表示1, 没电压表示0。

2.双极性不归零码 (BNRZ)
用正电平和负电平分别表示二进制数据的1和0,正和负的 幅值相等 。

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2.2 数据编码和调制
2.2.1 数字数据的数字信号编码
3.双极性归零编码(BRZ) 双极性归零编码(BRZ)
使用了正、负和零三个电平,信号本身携带同步信息, 解决了同步问题。缺点是编码一个比特,需要两次信号变化, 增加了占用带宽,且线路上的平均电压值还不为零。

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2.2 数据编码和调制
2.2.1 数字数据的数字信号编码
双相位编码( 4. 双相位编码(biphase encoding)
信号在每个比特内部的中间发生改变,但不归零而是将电压变为相反。 ◆ 曼彻斯特编码(Manchester encoding) ◆ 差分曼彻斯特编码(differential Manchester encoding)

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2.2 数据编码和调制
2.2.2 模拟数据的数字信号编码
脉冲振幅调制(PAM) 1. 脉冲振幅调制(PAM)
对原始的模拟信号每间隔一个相等的时间进行采样一次

2. 脉码调制(PCM) 脉码调制(PCM)
将PAM所产生的采样结果修改成完全数字化的信号。
24 00011000 3. 采样频率 38 00100110 -15 -80 52 127 10001111 11010000 00110110 01111111 125 110 88 77 01111101 01101110 01011000 01001101

是原始的有效信号中最高频率分量或其带宽的2倍。 48 00110000 -50 10110010 90 01011010
39 26 00100111 00011010

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2.2 数据编码和调制
2.2.3 数字数据的模拟调制
1.幅移键控法(ASK) 1.幅移键控法(ASK) 幅移键控法 2.频移键控法(FSK) 2.频移键控法(FSK) 频移键控法 3.相移健控法(PSK) 3.相移健控法(PSK) 相移健控法 4.正交调幅(QAM) 4.正交调幅(QAM) 正交调幅

(a)3振幅,12相位

(b)4振幅,8相位 (c)2振幅,8相位

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2.2 数据编码和调制
2.2.4 模拟数据的模拟调制
1.调幅 1.调幅

2.调频 2.调频
在调相传输技术中, 在调相传输技术中,原始模拟载波信号 的相位随调制信号电压(振幅) 的相位随调制信号电压(振幅)的改变而调 振幅和频率,保持不变。 整,振幅和频率,保持不变。调相技术和调 频技术的分析类似。 频技术的分析类似。 Lizq98@xzcat.edu.cn

3.调相 3.调相
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2.3 数据传输方式
2.3.1 并行传输
概念 并行传输是指数据以成组方式在多个并行的信道上 同时传输,相应地需要若干根传输线。一般用于计算机 内部或近距离设备的数据传输,如计算机和打印机之间 的通信,一次传送一个字节的信号,所以传输信道需要 8根数据线,同时还需要其它的控制信号线。 优缺点 并行传输优点是速度快,缺点是费用高。因为并行 传输需要一组传输线,所以并行传输一般用在短距离范 围且传输速度要求高的场合。

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2.3 数据传输方式
2.3.2 串行传输
串行传输是指数据在信道上一位一位的逐个传输, 从发送端到接收端只需一根传输线,成本少,易于实现, 是计算机网络中普遍采用的传输方式。数据通信采用串 行传输方式时,发送端需要通过并/ 串转换装置将并行 数据位流变为串行数据位流,然后送到信道上传输,在 接收端再通过串/并转换, 还原成8位并行数据流。PC 机和外界进行串行通信是通过串行端口(COM)完成的。 ◆ 串行传输可以用两种方式进行: 串行传输可以用两种方式进行: 同步传输 异步传输(下一节介绍) 异步传输 Lizq98@xzcat.edu.cn

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2.3 数据传输方式
2.3.2 串行传输
串行信号在传输线上的传送方向有以下三种方式:

1.单工通信(双线制) 单工通信(双线制)
单工(simplex)通信只允许传送的信息始终向一个方向流动。实际 应用中,单工通信的信道采用双线制。

例如,广播、电视系统;BP机 道路交通单行道。 例如,广播、电视系统;BP机;道路交通单行道。 半双工通信(双线制+开关) 2.半双工通信(双线制+开关)
半双工(half duplex)通信允许信息流向两个方向的都可传输,但 同一时刻只能朝一个方向传输。

例如,无线电对讲机就是半双工通信。 例如,无线电对讲机就是半双工通信。 全双工通信(四线制) 3.全双工通信(四线制)
全双工(full duplex)通信是指在同一时刻,能同时进行双向通信。

例如,常用的电话系统就是全双工通信。 例如,常用的电话系统就是全双工通信。

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2.4 同步传输和异步传输
2.4.1 同步传输
同步传输方式传输时是将一个大的数据块一起发送。 传输时,需要在数据块前放上两个或以上的同步信号字 符SYN,在数据块结束加上后同步信号。 同步传输线路利用率高,多用于字符信息块的高速 传送。但这种方式收发双方控制复杂。

2.4.2 异步传输
异步传输也叫做起止式传输,它以字符为单位,在 每个字符前增加一个起始位,字符代码后增加1、1.5、 2位停止位。它允许码字之间存在不确定的空闲时间。 异步传输设备简单,费用不高,但速率较低。 17 Lizq98@xzcat.edu.cn

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2.5 多路复用技术
2.5.1 频分多路复用技术(FDM)
FDM把信道的频谱分割成若干个互不重叠的子信道, 各相邻子信道间留有保护带,每个子信道传送一路信号

2.5.2 时分多路复用(TDM)
TDM将物理信道按时间分成许多等长的时间片,轮流、 交替地分配给多路信源。分为同步和异步TDM两种。

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2.5 多路复用技术
2.5.3 波分多路复用(WDM)
WDM的原理同FDM相似,用于光纤通信。光信号用波 长而不是频率来表示所使用的光载波。WDM和FDM不同之 处是光波频率很高。 密集波分多路复用DWDM可在一根光纤上复用80路以 上的光信号。

2.5.4 三种复用技术的比较
FDM适合于传输模拟信号,TDM适合于传输数字信号, 而WDM传输的是光波信号。TDM和FDM相比,技术上比较复 杂,但有抗干扰能力强,可以逐级再生整形,避免干扰 的积累等优点,而且数字信号较容易实现自动转换,易 于集成化。计算机通信中广泛使用TDM和WDM。 19 Lizq98@xzcat.edu.cn

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2.6 传输介质
2.6.1 有线传输媒体
1. 双绞线(TP) 双绞线( 分为非屏蔽双绞线UTP 和屏蔽双绞线STP两种。 1类线 1对线,用于模拟电话线和低速数字传输 对线, 2类线 4对双绞线,用于数字电话、ISDN和T1线路等。 对双绞线,用于数字电话、ISDN和T1线路等。 线路等 3类线 对双绞线,用于电话线、令牌环网、以太网等。 4对双绞线,用于电话线、令牌环网、以太网等。 4类线 4对双绞线,用于语音、令牌环网、以太网等。 对双绞线,用于语音、令牌环网、以太网等。 5类线 4对双绞线,用于令牌环网、以太网、ATM等。 对双绞线,用于令牌环网、以太网、ATM等 类线更高级别的版本。目前使用最多。 超5类线 是5类线更高级别的版本。目前使用最多。 对双绞线,目前还很少使用于网络中。 6类线 4对双绞线,目前还很少使用于网络中。 STP 用于、令牌环网、以太网及全息图像传输等。 用于、令牌环网、以太网及全息图像传输等。 Lizq98@xzcat.edu.cn

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2.6 传输介质
2.6.1 有线传输媒体
双绞线( 1. 双绞线(TP) 2. 同轴电缆 同轴电缆具有较高的抗干扰能。以太网使用二种规格: 一种是粗缆构建的10Base-5 ,称为标准以太网。另一种是细 缆构建的10Base-5,称为廉价以太网。 3.光纤 光纤通信是利用光纤传递光脉冲信号实现的。
无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像,也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机,然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”,则可能需要删除该图像,然后重新将其插入。 无法显示图像。计算机可能没有足够的内存以打开该图像,也可能是该图像已损坏。请重新启动计算机,然后重新打开该文件。如果仍然显示红色 “x”,则可能需要删除该图像,然后重新将其插入。

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室外非金属光缆 室内单芯单模光缆

室外金属光缆 室内多芯多模光缆 Lizq98@xzcat.edu.cn

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2.6 传输介质
2.6.2 无线传输
1.无线电波段分配 1.无线电波段分配 2.微波通信 2.微波通信 3.卫星通信 3.卫星通信 4.红外通信和激光通信 4.红外通信和激光通信
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