1、第二章 数据通信与广域网技术,2.1 数据通信的基本概念 2.2 数据传输技术 2.3 数据通信技术 2.4 数据交换技术 2.5 差错控制技术 2.6 传输介质,2.1.1 基本概念,1、数据、信号 数据是对客观事物特征的描述。是信息的载体，可以是各种进制的数或字符、图象等。在计算机中用2进制数来表示数据。 信号是数据的具体物理表现。如电压、磁场强度，在计算机中用电位的高低表示0，1,2.1.1 基本概念,2、模拟信号与数字信号 数据通过信号可以进行传播-数据通信 数据通信可以用模拟信号，也可以用数字信号 模拟信号：信号随时间连续的变化,模拟信号,2.1.1 基本概念,数字信号,数字信号：在
2、单位时间内，用几个不连续的物理状态代表数据。 在计算机中，用两种不同的电平表示0和1，而用0、1的不同组合表示不同的数据,2.1.1 基本概念,3、信道 传输信息的通路，有物理信道和逻辑信道之分 物理信道：传送数据或信号的物理通路。也叫通信链路。由传输介质和相关设备组成。 逻辑信道：在信号发送、接收点之间并没有物理上的传输介质而是在物理信道的基础上，通过结点的内部连接（低层服务）来实现。,2.1.1 基本概念,4、带宽 指信道所能传送的信号的最高频率与最低频率之差。 它由传输介质、接口部件、传输协议等因素决定。 带宽一定程度上体现了信道的传输性能，是衡量传输系统的重要指标。 信道容量、传输速率
3、、抗扰性能等指标均与带宽有密切的关系,2.1.1 基本概念,5、数据传输速率 每秒传输的比特数 单位 b/s 或bps 或：S=1/t（bps） t为传输一个比特的时间 6、误码率 码元传输出错的概率 Pe=Ne/N N：传输码元总数 Ne：出错码元数,2.2 数据传输方式,2.2.1 模拟数据在模拟信道上传输 2.2.2 数字数据用模拟信号传输 2.2.3 模拟数据用数字信号传输 2.2.4 数字数据用数字信号传输,2.2 数据传输方式,由于信号可以分成模拟信号和数字信号，所以数据通信有以下四种类型 模拟数据以数字信号传输 数字数据以数字信号传输 模拟数据以模拟信号传输 数字数据以模拟信号传
4、输,2.2.1模拟数据在模拟信道上传输,如果用模拟数据在模拟信道上传输，在发送端，需要将一个模拟信号驮载在一个正玄信号上-载波，在接收端，需要将有用的信号从正玄波中取出-检波 例如：电话,2.2.2数字数据用模拟信号传输,一、调制解调器的工作原理 如果将数字数据用模拟信号传输，在发送端需要将数字信号转换成模拟信号-调制，在接收端需要做相反的变换-解调,通信子网,2.2.2 数字数据用模拟信号传输,调制 以一个正玄波为载波，用基带脉冲去改变载波信号得某个参数，使这个参数随基带脉冲变化。 解调 通过带通滤波器使不同频率的信号，走不同的路径，再通过滤波器将其转换为二进制信号。,2.2.2 数字数据用
5、模拟信号传输,1270Hz,1070Hz,1001,组合器,频率调制的原理,2.2.2 数字数据用模拟信号传输,组合器,1001,1270Hz 带通滤波器,1070Hz 带通滤波器,解调 原理,2.2.2 数字数据用模拟信号传输,二、几种调制方式 设载波信号为 s(t)=Asin(2f t +)，因为正玄信号有三个要素：振幅、频率、初始相位。所以就有三种调制得方法。振幅调制、频率调制和相位调制。,2.2.2 数字数据用模拟信号传输,1、振幅调制（ASK） 用基带脉冲控制载波信号的振幅，当脉冲为1时，振幅为A，脉冲为零时振幅为0,2.2.2 数字数据用模拟信号传输,2、频率调制（FSK） 用基带
6、脉冲控制载波信号的频率，当脉冲为1时，载波信号的角频率为2f1，当脉冲为0时，载波信号的角频率为2f2,2.2.2 数字数据用模拟信号传输,3、相位调制（PSK） 用基带脉冲控制载波信号的初始相位，分为绝对相位调制、相对相位调制和多项调制等,2.2.3 模拟数据用数字信号传输,一般经过采样、量化、编码三个过程,2.2.4 数字数据用数字信号传输,如果用数字信号传输，为便于传输，在发送端需也要将数字信号进行波形变换-编码，在接收端需要做相反的变换-解码,通信子网,2.2.4 数字数据用数字信号传输,例 0 1 1 0 1 0 0 1,1、不归零编码 当传输的数据为1时有正电压，0时负电压 需要有
7、同步信号,2.2.4 数字数据用数字信号传输,2、曼彻斯特编码 设二进制信号周期（码元时间）为T，在每个周期内都产生一次跳变用做同步，由高到低代表零，反之代表1（前半个周期用反码后半个周期用原码）,例 0 1 1 0 1 0 0 1,2.2.4 数字数据用数字信号传输,3、差分曼彻斯特编码 在每个脉冲中间产生跳变，起同步作用，若传输数据为1则在脉冲的开始不跳变，为0则产生跳变,例 0 1 1 0 1 0 0 1,2.3 数据通信方式,2.3.1 并行通信与串行通信 2.3.2 通信方向 2.3.3 同步 2.3.4 多路复用,2.3.1 并行通信与串行通信,1、并行通信 是利用并行端口（LPT
8、）在两台设备间进行通信，一次可以传输8位数据,发送端,接收端,12345678,11001011,12345678,2.3.1 并行通信与串行通信,2、串行通信 是利用串行端口（LPT）在两台设备间进行通信，一次可以传输1位数据。由于计算机内部总线上传输的是并行数据，所以在发送端要做并/串转换，在接收端要做串/并转换。使用COM口，由计算机内部的串行通信适配器进行转换。在局域网中也采用串行通信，由网卡负责串/并转换。,发送端,接收端,并串转换,串并转换,2.3.2 通信方向,1、单工通信 传送的信息始终是一个方向。如BP机,发送端,接收端,报文,检测信号,2.3.2 通信方向,2、半双工通信信
9、息可以双向传递，但不能同时进行。如：步话机,接收端,报文,发送端,接收端,接收端,2.3.2 通信方向,3、全双工 同一时刻，在两个方向同时通信。如电话,报文,接收端,发送端,接收端,接收端,2.3.3 同步,1、什么是同步 让接收方知道一位数据的开始和结束 让接收方知道个字符或一组数据的开始和结束 2、位同步 位同步使接收端知道一位的开始和结束 内同步：如曼彻斯特、差分曼彻斯特 外同步方式：归零、不归零编码 3、字符同步： 用于确定字符的开始和结束 一般在一个字符或一组数据前加若干特殊字符实现,2.3.4 多路复用,多路复用：把多路信号复用在一个传输介质上传输 1、频分多路复用（FDM）,如
10、果介质的频带很宽，信号的带宽很窄，可以使用这种方法。,2.3.4 多路复用,2、时分多路复用（TDM） 是将物理信道按时间分成时间片，在不同的时段传输不同的信号。 同步时分多路复用：在固定的时间内，只能传输固定的设备信号，不管该设备是否有信号发送。 异步时分多路复用：允许动态的分配时间片，某终端不发送信息，其时间片可以被其他终端占用。,可以将FDM与TDM结合使用,2.4 数据交换技术,2.4.1 线路交换方式 2.4.2 报文交换方式 2.4.2 数据报交换方式 2.4.3 虚电路交换方式,2.4 数据交换技术,数据交换的概念 在广域数据通信系统中，需要有一个公用的交换网络在两点间进行转接。
11、两台计算机通信时，信号需要通过某种方式经过公共交换网中的多个网络结点，我们把把信号通过网络结点的方式称为数据交换。,2.4.1 线路交换,1、原理：在两个通信站点之间建立一条物理通路，将要发送的数据发送出去。,1,2,5,6,4,7,3,2.4.1 线路交换,电路交换分三个阶段： 1、建立电路阶段：呼叫-应答 如长途电话 2、发送数据 3、电路拆除 主要特点： 线路专用、速度快 各结点不能存储数据 不能进行差错检验，线路利用率低 适合大量数据传输、交互式会话类的通信,2.4.2 报文交换方式,1、原理：将要发送的数据、控制信息（同步、差错检验信息）、源地址、目的地址等按一定格式组装成一个报文，
12、在通信子网上逐站的传递，有空闲线路就向下站传递，否则就存储起来。 2、主要特点 不需要建立专线连接，线路利用率高 能进行差错检验 有存储转发功能，可以对不同速率的线路进行转换。 不能进行实时、交互式的通信,2.4.2 报文交换方式,报文格式,2.4.3 数据报方式,1、原理： 将报文切割成多个较小的分组（一般为1千到几千位），将报文号、分组号、控制信息（同步、差错检验信息）、源地址、目的地址等按一定格式组装起来（如图） 采用存储转发方式在通信子网上逐站传递，不同的分组可以经过不同的路径，到达的顺序也可以不同，到达目的地后再将报文重新组装起来 报文分组格式示意图,2.4.3 数据报方式,主要特点
13、 不需要建立专线连接，线路利用率高 有存储转发功能，能进行差错检验 不能进行实时、交互式的通信 同一报文的多个分组可能经过不同的路径到达目的地 有可能出现乱序、分组丢失、重复等现象 由于每个分组都要携带完整的附加信息，所以用于控制、处理数据传输的软件较复杂。,2.4.3 数据报方式,2.4.4 虚电路方式,1、原理 将报文分组，发送数据前先在通信的双方之间建立一条连接，与电路交换方式不同，该连接不是独占的，所以称为虚电路。将所有分组按顺序沿虚电路逐站传递。,2.4.4 虚电路方式,2.4.4 虚电路方式,2、主要特点 分组发送前在发送端和接收端之间建立逻辑连接 多分组经同一路径传输，分组传输过
14、程中，各节点不再有路径选择问题，各分组不需要源地址目的地址 各节点均有纠错功能，不会出现乱序、分组丢失、重复等现象。 任一结点可以连接多条虚电路。 由此可见，虚电路综合了其他数据交换方式的优点，是一种较好的数据交换方式。虚电路方式被认为是一种可靠的交换方式。,2.5 差错控制,2.5.1 差错产生的原因与差错类型 2.5.2 常用的检错方法 2.5.3 差错控制机制,2.5.1差错产生的原因与差错类型,1、出现差错的必然性 外部电磁场的干扰 由传输导体内部电子热运动产生的热噪声 2、避免出错的方法 提高通信系统的通信质量 检测错误并加以纠正 检错常用的方法是在发送数据时加入校验码,2.5.2
15、常用的检错方法,一、奇偶校验 基本原理： 发送端在数据位后加一位校验位，接收端检验收到的数据（含校验位）中1的个数。 奇偶校验分为奇校验和偶校验 1、奇校验 在接收端，若收到的数据1的个数位奇数，无错。 在发送端，若数据位1的个数为偶数，加校验位为1，反之为0。,2.5.2 常用的检错方法,2、偶校验 在接收端，若收到的数据1的个数位偶数，无错。 在发送端，若数据位1的个数为偶数，加校验位为0，反之为1。,2.5.2 常用的检错方法,例：要发送的数据是：1000001 在奇校验中发送的8位代码为10000011 在偶校验中发送的8位代码为10000010 3、奇偶校验的评价 能检查出奇数个错误
16、，若出错次数位偶数个，则查不出来。 这种方法在信道干扰不严重及传送的数据不是很长时经常使用。,2.5.2 常用的检错方法,二、循环冗余校验 1、将要发送的数据序列，当作一个多项式f(x)的的系数 如：数据序列 1101代表的f(x)=1*X3+1*X2+0*X1+1 X=2 2、选择一个生成多项式，设g(x）的最高幂次为r 3、用g(x）去除f(x)*xr将f(x)左移r位，得余数多项式(冗余码)r(x) 4、将冗余码加在f(x)的后面：f(x)*xr+ r(x)，发送 5、在接收断收到f(x) 6、用g(x）去除f(x)，得余数多项式r(x) 7、若r(x)=0，则无错。,2.5.3 差错控
17、制机制,1、停止等待,2.5.3 差错控制机制,2、连续工作方式（滑动窗口，连续ARQ） 允许发送方连续发送数据帧，接收放对收到的数据帧检验，然后向发送方发送应答帧。若检查出错，发送方停止发送新的数据帧，重发出错的帧。重发的方式有拉回方式和选择重发方式。 设发送方发送了1、2、3、4、5帧，接收方检查2号帧出错， 拉回方式：发送方重发2、3、4、5帧 选择重发方式：只重发2号帧,2.6 传输介质,2.6.1 双绞线 2.6.2 同轴电缆 2.6.3 光纤 2.6.4 无线通信,2.6 传输介质,传输媒体的特性： 物理特性：结构、接口等 传输特性：信号形式、传输速率、带宽等 连通性：点点连接或一
18、点对多点连接 地理范围：连接的最大长度 抗干扰性：防噪声、电磁干扰的能力 相对价格：元件本身及安装维护的成本,2.6.1 双绞线,双绞线 1、物理特性 2、传输特性：可以传输模拟信号和数字信号，传输距离与具体型号有关 3、连通性：用于点点连接，也可用作多点连接 4、地理范围：可以在15公里内进行传输（模拟信号），用于局域网，长度不超过100米 5、抗干扰性能：低频时好 6、价格：便宜,2.6.2 同轴电缆,同轴电缆的特性 1、物理特性 2、传输特性：基带同轴电缆（阻抗）只传输数字信号，传输速率100M。宽带同轴电缆（75 ）可以传输模拟信号和数字信号，带宽300450M 3、连通性：用于点点连
19、接，也可用作多点连接 4、地理范围：基带电缆在几公里内，宽带电缆可答几十公里 5、抗干扰性能：好 6、价格：比双绞线贵,分单膜光纤和多模光纤 1、物理特性 2、传输特性：带宽大，可传输1014-1015Hz的光波，速度快：超过1000Mbps 3、连通性：用于点点连接，多点连接尚在实验 4、地理范围：可达几十公里 5、抗干扰性：抗干扰能力强：不受电磁干扰，不易被窃听和截获数据 6、价格、安装、维护：复杂，价格贵。,2.6.3 光纤,2.6.4 无线通信,1、微波通信 微波是频率在2GHz-40GHz的信号，波长为3M3CM 微波在空间是直线传输 长途通信时必须建立多个中继站 主要特点： 频率高，频率范围宽，信道容量大 受工业干扰和雷电干扰小 直线传播，没有绕射功能，中间不能有障碍物 隐蔽性和保密性差,2.6.4 无线通信,2、红外线通信和激光通信 就是把要传输的信号分别转换成红外光信号和激光信号直接在自由空间沿直线进行传播，它比微波通信具有更强的方向性，难以窃听、插入数据和进行干扰，但红外线和激光对雨雾等环境干扰特别敏感。,2.6.4 无线通信,3、卫星通信 卫星通信就是将信号发射到卫星上，经放大在转发给地面接收站。 特点 覆盖面积大 通信容量更大 信号所受到的干扰也较小，误码率也较小，通信比较稳定可靠。 缺点是：传播时延较长,
