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1、第第2章章 數(shù)據(jù)通信基礎知識數(shù)據(jù)通信基礎知識目錄 2.1 數(shù)據(jù)通信的概念數(shù)據(jù)通信的概念 2.2 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型 2.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要構成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要構成 2.4 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式 2.5 模擬信號和數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號 2.6 數(shù)據(jù)信息編碼數(shù)據(jù)信息編碼 2.7 交換技術交換技術 2.8 通信錯誤檢測與糾錯通信錯誤檢測與糾錯2.1 數(shù)據(jù)通信的概念數(shù)據(jù)通信的概念 廣義地講，不管用任何方法、通過任何媒體將信息從一地傳送到另一地的過程，均可稱為通信。2.2 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)(Data)是一種承載信息的實體，它涉及到事物的具體形式。是一種承載信息的實

2、體，它涉及到事物的具體形式。 信息信息(Information)是對數(shù)據(jù)的解釋，是該數(shù)據(jù)的內容和含義。是對數(shù)據(jù)的解釋，是該數(shù)據(jù)的內容和含義。 信號信號(Signal)是數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，是數(shù)據(jù)的表示形式。是數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，是數(shù)據(jù)的表示形式。 關系：通信的根本目的是傳輸信息，而信息往往以具體的數(shù)據(jù)形關系：通信的根本目的是傳輸信息，而信息往往以具體的數(shù)據(jù)形式來表現(xiàn)，數(shù)據(jù)通過媒體傳送時又必須轉換為一定形式的信號，式來表現(xiàn)，數(shù)據(jù)通過媒體傳送時又必須轉換為一定形式的信號，因此，通信歸根結底是在一定的傳輸媒體上傳送電信號，從而實因此，通信歸根結底是在一定的傳輸媒體上傳送電信號，從而實現(xiàn)傳送數(shù)據(jù)，

3、交換信息的目的?，F(xiàn)傳送數(shù)據(jù)，交換信息的目的。2.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要構成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要構成 有線的通信信道：同軸電纜、雙絞線、光纖等。無線的通有線的通信信道：同軸電纜、雙絞線、光纖等。無線的通信信道：微波、無線電、紅外線和激光等。信信道：微波、無線電、紅外線和激光等。 中繼器：防止遠距離傳輸時的信息衰減。中繼器：防止遠距離傳輸時的信息衰減。 交換機：在公共傳輸系統(tǒng)上實現(xiàn)暫時連接并傳輸數(shù)據(jù)的設交換機：在公共傳輸系統(tǒng)上實現(xiàn)暫時連接并傳輸數(shù)據(jù)的設備。備。雙絞線內導體芯線內導體芯線絕緣絕緣箔屏蔽箔屏蔽銅屏蔽銅屏蔽外套外套-典型連接距離典型連接距離100m（LAN）-RJ45插座、插頭插座、插頭-

4、優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 成本低成本低 密度高、節(jié)省空間密度高、節(jié)省空間 安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）安裝容易（綜合布線系統(tǒng)） 平衡傳輸（高速率）平衡傳輸（高速率） 抗干擾性一般抗干擾性一般 連接距離較短連接距離較短同軸電纜l基帶同軸電纜基帶同軸電纜 一條電纜只用于一個信道，50，用于數(shù)字傳輸l寬帶同軸電纜寬帶同軸電纜 一條電纜同時傳輸不同頻率的多路模擬信號，75 ，用于模擬傳輸，300450MHz，100km，需要放大器銅芯銅芯絕緣層絕緣層外導體外導體屏蔽層屏蔽層光纜玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃內芯玻璃內芯玻璃內芯玻璃內芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外殼外殼 單工通信 單工通信方式就是數(shù)據(jù)信

5、號只能從信道的一端單方向地傳送到另一端；一端固定為發(fā)送方，一端固定為接受方。 2.4 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式 2.4 半雙工通信半雙工通信 半雙工通信方式就是數(shù)據(jù)可從信道的一端到另一端，也可反方向來傳輸，但是不能在兩個方向上同時傳輸。 2.4 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式 全雙工通信 全雙工通信方式就是數(shù)據(jù)信號可以從信道的一端傳到另一端同時可反方向來傳輸，也就是支持數(shù)據(jù)信號在兩個方向上同時進行傳輸。 2.4 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式2.5 模擬信號和數(shù)字信號調制解調器2.6 數(shù)據(jù)信息編碼普通二進制編碼用高電平表示0,低電平表示1曼徹斯特編碼方法在編碼時把每個比特持續(xù)的時間分為均等的兩半：比特“0

6、”的前半時間電平為高，而后一半時間電平為低，比特“1”的前半時間電平為低，而后一半時間電平為高。差分曼徹斯特編碼是對基本曼徹斯特編碼改進而來，在比特持續(xù)時間的開始處有電平的跳變來表示“0”，無跳變來表示“1”。三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖2.7 計算機網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)的交換方式 電路交換 報文交換 報文分組交換電路交換的特點 電路交換必定是面向連接的。 電路交換的三個階段： 建立連接 通信 釋放連接電路交換舉例 A 和 B 通話經(jīng)過四個交換機 通話在 A 到 B 的連接上進行(交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換舉例 C 和 D 通話只經(jīng)過一個本地交換機 通話

7、在 C 到 D 的連接上進行(交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低 計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。 這導致通信線路的利用率很低。報文分組交換的原理（一） 在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報文分組交換的原理（二） 每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構成分組。首部首部首部分組 1分組 2分組 3請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”分組交換的原理（三） 分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。 依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在

8、左邊）。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3分組首部的重要性 每一個分組的首部都含有地址等控制信息。 分組交換網(wǎng)中的結點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉發(fā)到下一個結點交換機。 用這樣的存儲轉發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。分組交換的原理（四） 接收端收到分組后剝去首部還原成報文。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3收到的數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)分組交換的原理（五） 最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復成為原來的報文。 這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉發(fā)時也沒有被丟棄。報文1101000110101010110101011100010

9、011010010分組交換網(wǎng)的示意圖H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組H2 向 H6 發(fā)送分組注意分組路徑的變化！結點交換機主機注意分組的存儲轉發(fā)過程H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組結點交換機主機在結點交換機 A 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口在結點交換機 C 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口在結點交換機 E 暫存查找轉發(fā)表找到轉發(fā)的端口最后到達目的主機 H5分組交換的優(yōu)點 高效 動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 靈活 以分組為傳送單位和查找路由。 迅速 不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組；充分使用鏈路的帶寬。 可靠 完

10、善的網(wǎng)絡協(xié)議；自適應的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡有很好的生存性。 分組交換帶來的問題 分組在各結點存儲轉發(fā)時需要排隊，這就會造成一定的時延。 分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開銷。 三種交換的比較 P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文A B C D A B C DA B C D報文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放電路交換與分組交換結合舉例-IP電話狹義的 IP 電話就是指在 IP 網(wǎng)絡上打電話。廣義的 IP 電話則不僅僅是電話通信，而且還可以是在IP網(wǎng)絡上進行交互式多媒體實時通信（包括話音、視像等），甚至還包括即時通知 IM (In

11、stant Messaging)。 2.8 通信錯誤檢測與糾錯 奇偶校驗碼 垂直水平奇偶校驗碼 CRC(循環(huán)冗余校驗碼):能發(fā)現(xiàn)99.99% 下面我們用奇校驗進行說明 ASCII碼為7位編碼，存儲和傳輸時用一個字節(jié)表示，最高位可用于校驗位。則字符A和C的編碼分別為： 1000001 11000001 1000011 01000011 可以發(fā)現(xiàn)，傳送過程中任何一位碼元（包括校驗碼元）出錯，碼組中“1”的個數(shù)都會變?yōu)榕紨?shù)，就可發(fā)現(xiàn)傳輸出錯。但出現(xiàn)偶數(shù)個錯誤時，碼組中“1”的個數(shù)仍為奇數(shù)，無法發(fā)現(xiàn)錯誤。偶校驗原理相同，只是在附加校驗碼時，使碼組中“1”的個數(shù)為偶數(shù)。奇偶校驗實現(xiàn)方法簡單，但只能發(fā)現(xiàn)奇數(shù)個錯誤，不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個錯誤，檢錯能力較低。 2.8 通信錯誤檢測與糾錯 垂直水平奇偶校驗碼習題 1、簡述數(shù)據(jù)、信息、信號的關系 2、簡述調制解調器（Modem）的工作原理 3、完成下列的垂直水平奇偶校驗(都采用偶校驗) 4、完成下列CRC校驗,其中,信息位為：100110100 生成多項式為：G(x)=x3+x2+1