第2章数据通信与广域网技术优秀PPT.ppt
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1、第2章数据通信与广域网技术现在学习的是第1页,共102页本章学习要求:l掌握:物理层与物理层协议的基本概念。掌握:物理层与物理层协议的基本概念。l掌握:掌握:数据通信的基本概念。数据通信的基本概念。l了解:无线与卫星通信技术的基本概念。了解:无线与卫星通信技术的基本概念。l掌握:数据编码的类型和基本方法。掌握:数据编码的类型和基本方法。l了解:基带传输的基本概念。了解:基带传输的基本概念。l掌握:频带传输的基本概念。掌握:频带传输的基本概念。l掌握:多路复用的分类与特点。掌握:多路复用的分类与特点。l掌握:广域网中的数据交换技术。掌握:广域网中的数据交换技术。l掌握:同步数字体系掌握:同步数字
2、体系SDH的基本概念。的基本概念。2现在学习的是第2页,共102页2 物理层与物理层协议的基本概念物理层的基本概念 l通信子网分为点通信子网分为点-点通信线路通信子网与广播信道通信子网点通信线路通信子网与广播信道通信子网;l广域网主要采用点到点通信线路,局域网与城域网一般采用广域网主要采用点到点通信线路,局域网与城域网一般采用广播信道广播信道;l由于技术上存在较大的差异,因此在物理层和数据链路层由于技术上存在较大的差异,因此在物理层和数据链路层协议上出现了两个分支,一类是基于点协议上出现了两个分支,一类是基于点-点通信线路,另一点通信线路,另一类是基于广播信道。类是基于广播信道。3现在学习的是
3、第3页,共102页物理层基本服务功能l物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传物理层设计时主要考虑的是如何在连接开放系统的传输介质上传输各种数据的比特流;输各种数据的比特流;l计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大计算机网络可以利用的物理传输介质与传输设备存在着很大的差异,设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信技的差异,设计物理层的主要目的是向数据链路层屏蔽通信技术的差异性;术的差异性;l数据链路实体通过与物理层的接口,将数据传送给物理数据链路实体通过与物理层的接口,将数据传送给物理层,通过物理层按比特流的顺序,将信号传输到另一个层,通过物理层按比特流的顺序,
4、将信号传输到另一个数据链路实体。数据链路实体。4现在学习的是第4页,共102页物理层向数据链路层提供的服务 l物理连接的建立、维护与释放物理连接的建立、维护与释放;l物理连接分为点物理连接分为点-点连接与多点连接点连接与多点连接;l数据传输分为全双工、半双工与单工方式数据传输分为全双工、半双工与单工方式;l数据传输分为串行传输方式与并行传输方式数据传输分为串行传输方式与并行传输方式;l串行传输方式的物理数据服务单元是位;串行传输方式的物理数据服务单元是位;并行传输方式的物理数据服务单元是并行传输方式的物理数据服务单元是N位,位,N为并行连接为并行连接的物理通道数。的物理通道数。5现在学习的是第
5、5页,共102页2.1 数据通信的基本概念2.1.1 信息、数据与信号1.1.信息的基本概念信息的基本概念信息的基本概念信息的基本概念l通信的目的是交换信息,通信的目的是交换信息,信息的载体可以是数字、文字、语音、信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像,计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图图形或图像,计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合;形或图像的组合;l为了传送这些信息,首先要将字母、数字、语音、图形或图像为了传送这些信息,首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示;用二进制代码的数据来表示;l为了传输二进制代码的数据,必须将它们用模拟或数字
6、信号为了传输二进制代码的数据,必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示;编码的方式表示;l数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程。比特序列的模拟或数字信号的过程。6现在学习的是第6页,共102页信息编码标准信息编码标准lASCII 码被国际标准化组织码被国际标准化组织ISO接受,成为国际标准接受,成为国际标准ISO 646,又称为国际又称为国际5号码号码;l它用于计算机内码,也用做数据通信中的编码标准它用于计算机内码,也用做数据通信中的编码标准;lASCII码采用码采用
7、7位二进制比特编码,可以表示位二进制比特编码,可以表示128个字符个字符;l字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。字母、运算符号、商用符号等。7现在学习的是第7页,共102页多媒体网络应用l利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重要内容之一;重要内容之一;l与文本、图形信息传输相比较,语音、图像信息传输要求数与文本、图形信息传输相比较,语音、图像信息传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性;据通信系统具有高速率与低延时的特性;l多媒
8、体技术在网络中的应用,将对数据通信系统提出更高的多媒体技术在网络中的应用,将对数据通信系统提出更高的要求。要求。8现在学习的是第8页,共102页2.2.信号的概念信号的概念 l信号是数据在传输过程中电信号的表示形式;信号是数据在传输过程中电信号的表示形式;l模拟信号(模拟信号(analog signal)的信号电平是连续变化的;的信号电平是连续变化的;l数字信号(数字信号(digital signal)是用两种不同的电平去表示是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示;比特序列的电压脉冲信号表示;l按照在传输介质上传输的信号类型,通信系统分为模拟通信系统按照在传输介质上传输的信号
9、类型,通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。与数字通信系统两种。9现在学习的是第9页,共102页l模拟信号波型模拟信号波型l数字信号波型数字信号波型10现在学习的是第10页,共102页2.1.1.1 数据传输类型与通信方式 网络中两台计算机的通信过程网络中两台计算机的通信过程 11现在学习的是第11页,共102页网络通信系统设计中要解决的几个基本问题网络通信系统设计中要解决的几个基本问题l数据传输类型数据传输类型 模拟通信模拟通信 数字通信数字通信l数据通信方式数据通信方式 串行通信、并行通信串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信单工通信、半双工或全双工通信l同步方式同步方式
10、同步通信同步通信 异步通信异步通信12现在学习的是第12页,共102页串行通信与并行通信串行通信与并行通信 13现在学习的是第13页,共102页单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信 14现在学习的是第14页,共102页同步通信与异步通信同步通信与异步通信15现在学习的是第15页,共102页同步技术同步技术1)位同步(要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率,来校正自己的时间基准与时钟频率。)(1)内同步n从数字信号波形中提取同步信号。n采用曼彻斯特或差分曼彻斯特编码 接收信号中分离同步时钟(因为每一位中间都有跳变)。(2)外同步 n在发数据之前,发送端先向接收端发一串同步时
11、钟,接收端按这一时钟脉冲频率,调整接收时序,把接收时钟重复频率锁定在同步频率上,从而始终保持同步。16现在学习的是第16页,共102页字符字符1起始起始位位数据数据位位0数据数据位位1数据数据位位2数据数据位位3数据数据位位4数据数据位位5数据数据位位6校验校验位位终止终止位位终止终止位位字符字符2字符字符3字符字符4任意间隔任意间隔任意间隔2)字符同步(1)异步式(群同步)所谓“群”是以字符为单位,在字符前加起始位,在结束处加上停止位。17现在学习的是第17页,共102页异步方式(群同步)的特点:l每个字符代码前后的起始和停止位标识字符的开始和结束;l起始和停止位兼作线路两端的同步时钟,不再
12、需要额外时钟同步;l字符之间间隔任意;l速率较低,适合于误码率高及对数据速率低的线路。(101500字符/秒)18现在学习的是第18页,共102页(2)同步方式发送端连续发送一串字符(即数据块),一个字符紧接在另一个字符之后,字符间没有间隔。每个数据块用一个同步字符SYN(即01111110)开始,用一个SYN结束。SYNABXSYN可变长度的字符数据块可变长度的字符数据块19现在学习的是第19页,共102页2.1.2 传输介质的主要类型l双绞线双绞线l同轴电缆同轴电缆l光纤电缆光纤电缆l无线与卫星通信信道无线与卫星通信信道20现在学习的是第20页,共102页1.1.双绞线的主要特性双绞线的主
13、要特性l 屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPl 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP21现在学习的是第21页,共102页双绞线双绞线双绞线屏蔽双绞线(STP Shielded Twisted Pair)非屏蔽双绞线(UTP Unshielded Twisted Pair)抗干扰性好,性能高,但成本也较高,被广泛使抗干扰性好,性能高,但成本也较高,被广泛使用,用于远程中继线时,可以达到十几千米用,用于远程中继线时,可以达到十几千米。性能价格比好,传输距离一般为性能价格比好,传输距离一般为100米。米。22现在学习的是第22页,共102页双绞线双绞线Twisted-pairTwisted-pair八芯四对,两
14、两成对,相互缠绕只有四根芯工作,两根发送,两根接收双绞的目的是抵消串扰UTP有1、2、3、4、5五类,常用3类和5类线传输距离100米用于10兆(3类线)、100兆网络(5类线以上)23现在学习的是第23页,共102页Pc-hubPc-hub10兆网线序一致就可以,100兆要求规范橙橙白白-橙橙-绿绿白白-兰兰-兰兰白白-绿绿-棕棕白白-棕棕(568B)24现在学习的是第24页,共102页Pc-pcPc-pc、hub-hubhub-hub交叉交叉线线568A现在的hub有集联口25现在学习的是第25页,共102页2.2.同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性 26现在学习的是第26页,共102页
15、l传输特性:基带和宽带l连通性:点点和多点连接l地理范围:几公里到几十公里l抗干扰性:较强l价格:位于双绞线和光缆之间27现在学习的是第27页,共102页光缆光缆光纤是网络传输介质中性能最好应用前途最广泛的一种。光纤是网络传输介质中性能最好应用前途最广泛的一种。光纤光纤单模单模多模多模指光纤做得极细,接近光波波长,光指光纤做得极细,接近光波波长,光信号只能与光纤轴成单个可辨认角度信号只能与光纤轴成单个可辨认角度传输,成本较高,在几千米内能以几传输,成本较高,在几千米内能以几千兆位每秒的速率传输。千兆位每秒的速率传输。比单膜的纤芯粗,与光纤轴成多个可比单膜的纤芯粗,与光纤轴成多个可辨认角度舆,成
16、本较低,但性能差一辨认角度舆,成本较低,但性能差一些些28现在学习的是第28页,共102页光纤通信原理光纤通信原理29现在学习的是第29页,共102页3.光纤电缆的主要特性30现在学习的是第30页,共102页单模光纤与多模光纤的比较单模光纤与多模光纤的比较 31现在学习的是第31页,共102页无线通信与卫星通信电磁波普与移动通信英国物理学家Maxwell德国物理学家Hertz32现在学习的是第32页,共102页 地面微波通信 卫星通信 光纤 无线电AM 无线电FM双绞线 同轴电缆 电视频道 可见光可见光红外微波无线 紫外X射线射线100 104 106 108 1010 1012 1014 1
17、016 1020 1022 1024通信医疗、科研等33现在学习的是第33页,共102页4.无线与卫星通信技术l电磁波的传播有两种方式:电磁波的传播有两种方式:以无线方式一种是在自由空间中传播;以无线方式一种是在自由空间中传播;以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。以有线方式在同轴电缆、双绞线、光纤中传输。l目前目前以无线方式进行以无线方式进行通信的主要有:通信的主要有:无线(无线(radio););微波(微波(microwave););红外(红外(infrared););可见光(可见光(visible light)。)。34现在学习的是第34页,共102页无线通信:易受天气等因素影响,信
18、号幅度变化大,容易被干扰;技术成熟,应用广泛,能用较小的发射功率传输到较远的距离。微波通信:只能进行视距传输,大气对微波信号的吸收与散射影响较大;可以用很小的功率进行远距离通讯,可以获得较大的通信带宽。卫星通信:特殊微波通信形式,可克服地面微波距离限制,3个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域。红外通信和激光通信:和微波一样,有很强的方向性,沿直线传播;需要将传输信号事先转换成红外光信号和激光信号。35现在学习的是第35页,共102页(1 1)微波通信)微波通信 l视距传播视距传播l电离层反射电离层反射36现在学习的是第36页,共102页(2 2)蜂窝无线通信蜂窝无线通信 多址接入方法:多址接入
19、方法:l频分多址接入(频分多址接入(FDMA)l时分多址接入(时分多址接入(TDMA)l码分多址接入(码分多址接入(CDMA)37现在学习的是第37页,共102页(3 3)卫星通信)卫星通信 38现在学习的是第38页,共102页2.3 数据编码技术2.3.1 数据编码类型39现在学习的是第39页,共102页2.3.1.1 模拟数据编码方法 40现在学习的是第40页,共102页l传传统统的的电电话话通通信信信信道道是是为为传传输输语语音音信信号号设设计计的的,只只适适用用于于传传输输音音频频范范围围(300Hz3400Hz)的的模模拟拟信信号号,无无法法直直接接传传输输计计算算机机的数字信号;的
20、数字信号;l为为了了利利用用模模拟拟语语音音通通信信的的电电话话交交换换网网实实现现计计算算机机的的数数字字数数据信号的传输,必须首先将数字信号转换成模拟信号;据信号的传输,必须首先将数字信号转换成模拟信号;l将将发发送送端端数数字字数数据据信信号号变变换换成成模模拟拟数数据据信信号号的的过过程程称称为为调调制制,将调制设备称为调制器(将调制设备称为调制器(modulator););l将将接接收收端端模模拟拟数数据据信信号号还还原原成成数数字字数数据据信信号号的的过过程程称称为为解解调调,将解调设备称为解调器(将解调设备称为解调器(demodulator););l同时具备调制与解调功能的设备称
21、为调制解调器(同时具备调制与解调功能的设备称为调制解调器(modem)。41现在学习的是第41页,共102页l在调制过程中,选择音频范围内的某一角频率在调制过程中,选择音频范围内的某一角频率的正(余)弦信的正(余)弦信号作为载波,该正(余)弦信号可以写为:号作为载波,该正(余)弦信号可以写为:u(t)=umsin(t+0)l3个可以改变的电参量:个可以改变的电参量:振振 幅幅 um 角频率角频率 相相 位位 l可以通过变化可以通过变化3个电参量,来实现模拟数据信号编码的目的。个电参量,来实现模拟数据信号编码的目的。42现在学习的是第42页,共102页1.1.振幅键控(振幅键控(amplitud
22、e shift keying,ASKamplitude shift keying,ASK)u um msinsin(1 1t+t+0 0)数字数字1 1 u u(t t)=0 0 数字数字0 0l振幅键控振幅键控ASKASK信号实现容易,技术简单,但抗干扰能力较差。信号实现容易,技术简单,但抗干扰能力较差。43现在学习的是第43页,共102页2.移频键控(frequency-shift keyingfrequency-shift keying ,FSK FSK)u um msinsin(1 1t+t+0 0)数字数字1 1 u u(t t)=u um msinsin(2 2t+t+0 0)数字
23、数字0 0l移频键控移频键控FSK信号实现容易,技术简单,抗干扰能力较强,是目信号实现容易,技术简单,抗干扰能力较强,是目前最常用的调制方法之一。前最常用的调制方法之一。44现在学习的是第44页,共102页3.移相键控(phase-shift keyingphase-shift keying,PSKPSK)l绝对调相绝对调相 u um msinsin(t+0t+0)数字数字1 1 u u(t t)=u um msinsin(t+t+)数字数字0 0l移相键控可以分为移相键控可以分为:绝对调相绝对调相 相对调相相对调相 二相调相二相调相 多相调相多相调相 45现在学习的是第45页,共102页1、
24、振幅键控ASK(amplitude-shift keying)通过改变载波信号振幅来表示数字信号0、1容易实现,技术简单,抗干扰能力差。2、移频键控FSK(frequency-shift keying)通过改变载波信号角频率来表示数字信号0、1实现容易,技术相对简单,抗干扰能力较强。3、移项键控PSK(phase-shift keying)通过改变载波信号相位值来表示数字信号0、11)绝对调项:相位的绝对值2)相对调项:相位的相对偏移值3)多项调制:实际应用中可采用多项调制,抗干扰能力强,技术较复杂,速率高。数据:0 146现在学习的是第46页,共102页2.3.3.2 数字数据编码方法l基带
25、传输在基本不改变数字数据信号频带(即波形)基带传输在基本不改变数字数据信号频带(即波形)的情况下直接传输数字信号,可以达到很高的数据传的情况下直接传输数字信号,可以达到很高的数据传 输速率与系统效率输速率与系统效率;l在基带传输数字数据信号的编码方式主要有:在基带传输数字数据信号的编码方式主要有:非归零码非归零码NRZ;曼彻斯特(曼彻斯特(manchester)编码;编码;差分曼彻斯特差分曼彻斯特(difference manchester)编码。编码。47现在学习的是第47页,共102页数据非归零码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 1 0 1 1 0 0 0 1 48现在学习的是第48页,共10
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