计算机网络技术与应用(清华)02.ppt

1、第 2章 数据通信基础 本章主要介绍数据通信基础知识，常见的数据传输介质以及多路复用、数据交换等数据通信技术。 2.1 数据通信基础知识 2.2 多路复用技术 2.3 数据交换技术 2.4 传 输 介 质 Return 2.1 数据通信基础知识 1. 数据、信息和信号 信息的载体可以是数字、文字、语音、图形和图像，我们常称它们为数据。数据是对客观事实进行描述与记载的物理符号。 信息是数据的集合、含义与解释。 信号（ Signal）是数据的电磁波表示形式。 模拟信号是随时间连续变化的信号 数字信号是离散信号 图 2-1 【 模拟信号与数字信号 】 2. 通信系统模型 图 2-2 【 通信系统的模

2、型 】 通信系统的三个基本要素： 信源是产生和发送信息的一端 信道一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体 信宿是接受信息的一端 3. 数据传输方式 （ 1） 模拟传输 模拟传输指信道中传输的为模拟信号。当传输的是模拟信号时，可以直接进行传输。当传输的是数字信号时，进入信道前要经过调制解调器调制，变换为模拟信号。 （ a） 信源为模拟数据 （ b） 信源为数字数据 其主要优点在于信道的利用率较高，但是其在传输过程中信号会衰减，会受到噪声干扰，且信号放大时噪声也会放大。 （ 2） 数字传输 数字传输指信道中传输的为数字信号。当传输的信号是数字信号时，可以直接进行传输。当传输的是模拟信号时，进入信道

3、前要经过编码解码器编码，变换为数字信号。 （ a） 信源为模拟数据 （ b） 信源为数字数据 4. 物理信道的连接方式 （ 1） 点到点连接方式 终端（或计算机）与计算机之间可以直接地或者通过调制解调器，用线路（拨号线路或专用线路）进行连接。当两者之间的通信量较大时，可采用这种点到点的连接方式。 （ 2） 多点连接方式 多点方式即多个终端（或计算机）通过一条公用总线直接或通过调制解调器与计算机相连。 （ 3） 集中式连接 将多个相距不远的终端连接到多路复用器或集线器上，再用一条传输线路将复用器或集线器与计算机相连。 （ b） 集中式连接 5. 串行通信与并行通信 （ 1） 并行通信 在并行数据

4、传输中有多个数据位，同时在两个设备之间传输。 图 2-6 【 并行通信 】 （ 2） 串行通信 串行数据传输时，先由具有 8位总线的计算机内的发送设备，将 8位并行数据经并一串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以便的使用。 图 2-7 【 串行通信 】 6. 数据通信方式 （ 1） 单工、半双工与全双工通信 通信方式 传输方向 信道个数 收发方的限制 优缺点 应用 单工 固定单向 1 一方只能发送，一方只能接收 结构简单、效率低、只能单向传输信息 广播、电视 半双工 限时双向 2 通信双方在不同时刻可分别发送或接收信息 效率

5、低 对讲机等 全双工 双向 2 通信双方在同一时刻既可发送信息又可接收信息 结构复杂、成本高、性能最好 计算机之间 （ 2） 异步传输和同步传输 图 2-8 【 异步传输 】 图 2-9 【 同步运输 】 传输方式 传输单位 优点 缺点 异步传输 字符 控制简单、成本低 效率低、速度慢 同步传输 报文或分组 传输效率高 误码率较高、控制复杂 7. 数据通信的主要技术指标 （ 1） 信道带宽和信道容量 通信系统中传输信息的信道具有一定的频率范围（即频带宽度），称为信道带宽。信道容量是指信道允许的最大数据传输速率，它与采用的传输介质、信号的调制解调方法、交换器的性能等密切相关，是描述信道的主要指标

6、之一。 （ 2） 传输速率 数据传输速率是指通信系统单位时间内传输的二进制代码的位（比特）数，通常使用“位 /秒”（ bps）、“千位/秒”（ Kbps）、“兆位 /秒”（ Mbps）、“千兆位 /秒”（ Gbps）作为计量单位。 （ 3）误码率 误码率是衡量通信系统在正常的工作情况下传输可靠性的指标。误码率是指二进制码元在传输过程中被传错的概率。它等于错误接收的码元数在所传输的总码元中所占的比例。 在实际的通信系统中，系统对误码率的要求应权衡通信的可靠性和有效性两个方面的因素，误码率越低，设备要求越高。 （ 4） 传输延迟 信息传输的延迟指数据从信源（源计算机）到信宿（目的计算机）所花费的时

7、间。信息传输的延迟时间主要与发送和接收处理时间、电信号响应时间、中间转发时间以及信道传输延迟时间有关。 Return 2.2 多路复用技术 计算机网络中，传输线路的成本占整个系统相当大的比例。为了提高传输线路的利用率，采用的方法是使多个数据通信合用一条传输线，这就是多路复用技术。 1. 频分多路复用 频分多路复用（ FDM）是将具有一定带宽的信道分割为若干个有较小频带的子信道，每个子信道供一个用户使用。 图 2-10 【 频分多路复用 FDM】 2. 时分多路复用 时分多路复用 TDM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（ Frame），每帧长125s，再分为若干时隙

8、，轮换地为多个信号所使用。 图 2-11 【 同步时分多路复用 】 图 2-12 【 异步时分多路复用 】 表 2-3 频分多路复用和时分多路复用的比较 分类 特点（共享信道 方式） 优点 缺点 频分多路复用 同一时间传送多路信号，采用带宽划分方法 适用于传输模拟信号，无延时，费用低 速率低 时分多路复用 多个信号分时使用一个信道，采用时间片轮转方法 速率高，适用于传输数字信号传输效率高 有一定的延时，费用较高 3. 光波分多路复用 光波分多路复用 WDM技术是在一根光纤中能同时传播多个光波信号的技术。光波分多路复用的原理如图 2-13所示，在发送端将不同波长的光信号组合起来，复用到一根光纤上

9、，在接受端又将组合的光信号分开（解复用），并送入不同的终端。 图 2-13 【 光波分多路复用单纤传输 】 Return 2.3 数据交换技术 图 2-17 【 交换通信子网 】 图 2-17中，若 H1与 H5通信，则 A与 E分别称源结点与宿结点。通信子网必须能为所有进网的数据流提供从源结点到宿结点的通路，而实现这种数据通路的技术就称为数据交换技术，或数据交换方式。 1. 线路交换 线路交换方式是把发送方和接收方用一系列链路直接连通。电话交换系统就是采用这种交换方式。 经由线路交换而实现的通信包括以下三个阶段。 （ 1）线路建立：通过呼叫完成逐个结点的接续过程，建立起一条端到端的直通线路。

10、 （ 2）数据传输：在端到端的直通线路上建立数据链路连接并传输数据。 （ 3）线路拆除：数据传输完成后，拆除线路连接，释放结点和信道资源。 利用图 2-17来说明线路交换方式下通信三阶段的工作过程。假设用户 H1要求连接到 H5进行一次数据通信。 2. 报文交换 报文交换属存储转发交换方式，不要求交换网为通信双方预先建立一条专用数据通路，也就不存在建立线路和拆除线路的过程。 在这种交换网中，配有大容量存储设备的计算机。 通信用的主机把需要传输的数据组成一定大小的报文，并附有目的地址，以报文为单位经过公共交换网传送。 交换网中的结点计算机再接收和存储各个结点发来的报文，待该报文的目的地址线路有空

11、闲时，再将报文转发出去。一个报文可能要通过多个中间结点（交换分局）存储转发后才能达到目的站。 交换网络有路径选择功能。 利用图 2-17来说明用户 H1要求连接到 H5进行一次数据通信过程。 3. 分组交换 交换网把对进网的任一个分组都当作单独的“小报文”来处理，而不管它是属于哪个报文的分组，就像在报文交换方式中把一份报文进行单独处理一样。这种单独处理和传输单元的“小报文”或“分组”，即称为数据报。这种分组交换方式称为数据报传输分组交换方式。 （ 1） 数据报传输分组交换 （ 2） 虚线路传输分组交换 类似前述的线路交换方式，报文的源发站在发送报文之前，通过类似于呼叫的过程使交换网建立一条通往

12、目的站的逻辑通路。然后，一个报文的所有分组都沿着这条通路进行存储转发，不允许结点对任一个分组做单独的处理和另选路径。 图 2-18 【 虚电路传输分组交换 】 上述这种分组交换方式称为虚线路传输分组交换方式。为建立虚线路的呼叫过程称为虚呼叫，通过虚呼叫建立起来的逻辑通路称为虚拟线路，简称虚线路或虚通路。 表 2-4 数据报与虚线路的比较 数 据 报 虚 线 路 端到端的连接 不要 必须有 目的站地址 每个分组均有目的站的全地址 仅在连接建立阶段使用 分组的顺序 到达目的站是可能不按发送顺序 总是按发送顺序到达目的站 端到端的差错控制 由用户端主机负责 由通信子网负责 端到端的流量控制 由用户端

13、主机负责 由通信子网负责 Return 2.4 传 输 介 质 传输介质是网络中传输信息的物理通道，它的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及网络中的节点数和可靠性都有很大影响。因此，必须根据网络的具体要求，选择适当的传输介质。 常见的网络传输介质有很多种，可分为两大类： 1、一类是有线传输介质，如双绞线、同轴电缆、光纤； 2、另一类是无线传输介质，如微波和卫星通信等。 1. 双绞线 双绞线由两根相互绝缘的导线绞合成匀称的螺纹状，作为一条通信线路。将两条、四条或更多这样的双绞线捆在一起，外面包上护套，就构成双绞线电缆。 图 2-19 【 双绞线 】 屏蔽双绞线是在一对双绞线外面有金属筒缠绕，用

14、作屏蔽，最外层再 包上一层具有保护性的聚乙烯塑料。与无屏蔽双绞线相比，其误码率明显下降，约为 10-6 10-8，价格较贵。 无屏蔽双绞线除少了屏蔽层外，其余均与屏蔽双绞线相同，抗干扰能力较差，误码率高达 10-5 10-6，但因其价格便宜而且安装方便，故广泛用于电话系统和局域网中。 （ 1）屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线 （ 2）双绞线还可以按其电气特性进行分级或分类 局域网中常用第 5类和第 6类双绞线，它们都为无屏蔽双绞线，均由 4对双绞线构成一条电缆。 5类双绞线传输速率可达 100Mbps，常用于局域网 100Base-T的数据传输或用作话音传输等。 6类双绞线比 5类双绞线有更好的传输特

15、性，传输速率可达1000Mbps，可用于 100Base-T、 1000Base-T等局域网中。 7类双绞线也可用于 1000Base-T、千兆以太网中。 2. 同轴电缆 同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层所组成，如图 2-20所示。 图 2-20 【 同轴电缆 】 （ 1） 基带同轴电缆 基带同轴电缆的特性阻抗为 50，仅用于传输数字信号，并使用曼彻斯特编码方式和基带传输方式，即直接把数字信号送到传输介质上，无需经过调制，故把这种电缆称为基带同轴电缆。 （ 2）宽带同轴电缆 宽带同轴电缆的特性阻抗为 75，宽可达 300 500MHz，用于传输模拟信号。它是公用天线电视系统 CATV中的标准传输电缆，目前在有线电视中广为采用。在这种电缆上传送的信号采用了频分多路复用的宽带信号，故 75同轴电缆又称为宽带同轴电缆。