1、网络数据通信基础 基本概念 学习要点 信道带宽与信道容量 信道复用技术 同步与异步传输 数据编码 信道带宽与信道容量 传输延迟 信道复用 同步与异步通信 数据信号编码 数据交换技术 一般交换网络 电路交换 是一种直接交换方式，是多个输入线和多个输出线之间直接形成传输信息的物理链路，一般分为电路建立、数据传送和电路释放三个阶段 特点： 呼损 不同速率和不同电码之间的用户不能进行交换 信息延时短，且固定不变 用于连续、大批量数据传输 报文交换 又称为存储转发，报文是交换的单位，主要包括报文的正文信息，发和收节点的地址信息以及各种控制信息。 要求网络每个节点有较大的存储空间，延时性强，多条报文可以共
2、享一条通信通道 不同速率的节点可以连接，可以进行数据格式转换，建立报文传输优先权。 缺点：不利于实时交互通信 分组交换 又称为：包交换，是针对报文交换的缺点而提出的改进方式 属于存储转发交换方式，以比保温更短的“分组”为单位进行交换传输 数据报传输分组交换和虚拟电路传输分组交换 数据报传输分组交换 报文分组交换方式是把长的报文分成若干个较短的报文组，报文组是交换单位，交换要包括分组编号，各组报文可按不同的路径进行传输，到达目的节点后，重新组成报文。 较报文传输优点： 数据传输灵活 转发延时性降低 转发差错少，对差错容易进行恢复处理 便于控制转发 增加了目的节点对报文的加工处理时间和复杂性 虚电
3、路传输分组交换 源节点和目的节点之间建立一条逻辑通路。每个分组除了包含数据以外还包括一个虚电路标识符。在榆县建立好的这个路径上，每个节点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需要路由选择判定。 该通路是虚拟的，不是专用的。 三种数据交换技术性能比较 1.电路交换 需设置完全的通路，在释放前被独占 2.报文交换 采用存储转发方式，报文需排队，不适合交互式通信 3.分组交换 与报文交换类似，但报文被分成分组传送，使数据网中最广泛使用的交换技术 传输误差与检测 H1 H2 H3 H4 H5 H6 A B C D E F 网络终端 中间节点 1 传输误差的原因 在实际通信系统中，误差主要来自通信设备和传输
4、媒质两个方面。对数字通信设备而言，有很好的可靠性和稳定性，其本身产生差错的可能性是很少的。至于传输媒质，由于干线采用了光缆，也很少有差错。因此差错主要来自传输媒质中的模拟本地环路以及无线通信环境。原因在两个方面：一是媒质的传输特性限制，使传输的数据信号产生幅度失真、相位失真和频率偏移，导致码间干扰；二是各种外界干扰（雷电、火花）引起突发差错，造成一串数据信息的破坏。通常电话专线的信道误码率（含Modem）是 10-410-5，电话交换网的信道误码率是 10-310-4，而数据通信业务要求误码率小于 10-9。在改进信道各部分如媒质选择，均衡、滤波措施、提高 Modem 质量等不奏效或经济上不能
5、承受的情况下，必须在数据链路两端采用差错控制技术。 误差控制技术的核心是采用高效的纠错检错编码方法，将这些冗余码附加在信息中一起传送。 2 奇偶校验码 奇偶校验码有奇数校验码和偶数校验码两种。无论信息位有多少，校验位总是 1 位。奇偶校验码能够检测奇数个错码。设为一个字符或分组，当校验位直接位于字符后面时，称垂直校验码。 3 校验和方式 将数据帧中的信息按一定位数分组，然后顺序相加，有进位则最后将进位放到数据后面一起相加，最后生成校验码。 Hello FrienD. 4865 +6c6c b4de +6f20 123f1 48 65 6c 6c 6f 20 46 72 65 69 6e 64
6、2e 02 123f1 +4672 16a63 +6569 1cfcc 1cfcc +6e64 23e30 3e30 +2e02 6c32 * 数据、信息和信号 数据：是把时间的某些属性规范化后的表现形式，可被识别、也可被描述。1）数据的内容是事件的反映或描述；2）数据以某种媒体为载体，即数据是存储在媒体上的 信息：是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。以数值、文字、图形、声音以及动画等方式表示；是人们对数据进行加工整理以后所得到的有用的数据 信号：是数据的具体无力表现，具有确定的物理描述 数据是信息的载体，信息是数据的内涵，信号是数据的具体体现形式 1 基本概念 ? 通信系统模型
7、信道的概念：传送信息的通路 电路是物理上的通路，信道是逻辑上的通路 信道从传输的信号类型来分可以分为数字信道和模拟信道 信道从传输的介质来分可以分为有线信道和无线信道 2 信道的通讯方式 ? 单工方式：数据传送只能单方向进行 ? 半双工方式：数据传送可以双向进行，但同一时间只能由一方发往另一方向 ? 全双工方式：数据传送可以双向进行，同一时间可以双向地传送数据 2 信道的通讯方式 串行通信：数据在一个信道上一位一位依次传输。 特点：1.通信线路数小，线路利用率高适合于远距离传输。2.在发送端和接收端需要并/串转换和串/并转换。3.需要实施同步措施，以确保不产生错字。 2 信道的通讯方式 并行通
8、信：数据在多个信道上同时传输。 特点：1.不需要对传输代码进行时序转换2.需要数据线数目多。3.传输速率高。 3 信道带宽与信道容量 信道带宽：在信道内不存在噪声和干扰的情况下，收发设备能够传送的最大信号数，单位为 Hz，除了信道带宽，还有信号带宽和通频带宽。信道带宽由传输介质、接口部件、传输设备、传输协议及传输信息的特性等因素所决定。 ? 信道容量 ：单位时间内信道上在理想情况下所能传输的最大比特数，单位 bps 信道带宽与信道容量的关系 ? 香农定律? C W*Log2 1+S/N ? ? ? ? 其中 D 为信道容量，W 为信道带宽，k 为信道传输的逻辑数值 ;其中 C 为信道容量，W
9、为信道带宽，S/N为信号噪声功率之比 ,当 N 接近于 0 时，适用奈奎斯特定律? D 2W*Log2k 传输延迟? ?发送和接收数据的处理时间?+?电信号的响应时间?+?介质中转时间 电信号的响应时间： 多路复用是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每一个数据源都有自己的信道一样，在信号的接收端必须可以将复合信号分离出来。 目前有四种技术： 频分多路复用（FDMA） 波分多路复用（WDMA） 时分多路复用（TDMA） 码分多路复用（CDMA） （1）频分多路复用 在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该物理信道的总带宽分割成若干个和传输的单
10、个信道带宽相同（或略为宽一点）的子信道，每一个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。 （2）波分多路复用 在光纤信道上使用的波分多路复用（WDM）是频分多路复用的一个扩展。 （3）时分多路复用 时分多路复用是将一条物理线路按时间分成一个个的时间片，每个时间片常称为一帧，每帧长 125s，帧再分为若干时隙，轮换地为多个信号所使用。每一个时隙由一个信号（也即一个用户）占用，在占有的时隙内，该信号使用通信线路的全部带宽。 （4）码分多路复用 前向和反向采用频分多路复用，在同一载波的码分信道上使用不同的码型与用户对应，实现时间上的共享。 同步，就是接收端要按发送端所发送的每个码元的重复频率以及起止时
11、间来接收数据。 在通信时，接收端要校准自己的时间和重复频率，以便和发送端取得一致，这一过程称为同步过程。 目前，传输信息的同步方式有异步方式和同步方式两种。 （1）异步方式 异步方式又称为起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。它在要传输的字符前设置起始位，在信息代码和校验位（一般总共为 8 比特）结束以后，再设置12 位比特的终止位，表示该字符已结束。终止位也反映了平时不进行通信时的状态。各字符之间的间隔是任意的、不同步的，但在一个字符时间之内，收发双方各数据位必须同步，所以这种通信方式又称为起止同步方式。 （2）同步式 同步式要求不管是否传输信息代码，每个比特位必须在收发
12、两端始终保持同步，中间没有间断时间，即为比特位同步。 当不传送信息代码时，在线路上传送的是全 1 或其他特定代码，在传输开始时用同步字符 SYN（编码为 01111110）使收发双方进入同步。当搜索到 SYN 同步字符时，接收端开始接收信息，此后就从传输信息中检测同步信息。一般在高速传输数据的系统中采用同步式。 1 数据通信系统构成 从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信系统，一般有以下几个部分组成：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器。 2 数字信号编码 1）单极性码 表示信号的电压或电流是单极性的，即逻辑“1”用高电平或正向电流表示，而逻辑“0”用 0 电平表示。 单
13、极性码有不归零型（NRZ）和归零型（RZ）两种。 2 数字信号编码 2）双极性码 用正负电平来分别代表逻辑“1”和逻辑“0” 。同样也有归零型和不归零型之分，常用的 RS-232 就是一种典型的不归零型双极性二元码接口电路。比起单极性码来，双极性码的可靠性要高，抗干扰性强。 2 数字信号编码 3）曼彻斯特码和差分曼彻斯特码 曼彻斯特码： 在每一个码元时间间隔内，当发送 0 时，在间隔的中间时刻电平从低向高跳变；当发送 1 时，在间隔的中间时刻电平从高向低跳变。 这类码元的特点是在每一码元的时间间隔内，至少有一次跳变。2 数字信号编码 3）曼彻斯特码和差分曼彻斯特码 差分曼彻斯特码： 在每一个码元的时间间隔内
