第二章赢在通信.

第二章赢在通信——数据通信基础第2章赢在通信-----数据通信基础•2.1通信的各个阶梯--------通信基础2.2通信的百宝箱-------数据传输2.3信息王国的神奇代码-------编码与调制2.4神龙见首不见尾-------信息交换技术2.5通信的立体交通-------多路复用技术•2.6自我批评很重要-------差错控制技术•2.7通信兵-------传输介质简介2.8水晶头的华山论剑-------网线的制作（实训）2.1通信的各个阶梯-----通信基础•2.1.1数据通信的基本概念•2.1.2数据通信模型•2.1.3数据通信的主要质量指标2.1.1数据通信的基本概念•1．信息、数据、信号、信道•2．调制、解调1．信息、数据、信号、信道•信息是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。事物的运动状态、结构、温度、颜色等都是信息的不同表现形式；而人造通信系统中传送的文字、话音、图像、符号、数据等也是一些包含一定信息内容的不同信息形式。由于信息形式与信息内容的对立统一，有时也直接把它们看成为一些不同的信息类型，简称文字信息、话音信息、图像信息和数据信息等。1．信息、数据、信号、信道•数据是承载信息的物理符号。数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量。数字数据是指离散的不连续的量。模拟数据(AnalogData)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。数字数据(DigitalData)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。1．信息、数据、信号、信道•信号:信号是数据的具体物理表现，即数据的编码。例如电压、磁场强度等。在数据通信系统中，人们关注得更多的是数据和信号。信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。主要形式有：模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变换的电信号，它的取值可以是连续值。例如，声音大小和温度高低。数字信号是一种离散信号，它的取值是离散的。例如，计算机内部处理的信号都是数字信号。•模拟信号和数字信号–模拟信号•时间上连续，包含无穷多个信号值–数字信号•时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号ta)模拟信号tb)数字信号1．信息、数据、信号、信道•信道是数据传输的通路。在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路，它由传输介质与有关通信设备组成；逻辑信道指在物理信道的基础上，同一物理信道上可以走过不只一路信号，此时每一路信号所占用的信道被称作逻辑信道。物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和无线信道；也可按传输数据类型的不同分为数字信道和模拟信道。信息、数据和信号三者关系•信息-----→数据-----→信号•2.调制、解调•普通电话线是针对话音通话而设计的模拟信道，主要适用于模拟信号的传输。如果要在模拟信道上传输数字信号，就必须在信道两端分别安装调制解调器(Modem)，用数字脉冲信号对模拟信号进行调制和解调。在发送端，将数字脉冲信号转换成能在模拟信道上传输的模拟信号，此过程称为调制(Modulate)；在接收端，再将模拟信号转换还原成数字脉冲信号，这个反过程称为解调(Demodulate)。把这两种功能结合在一起的设备称为调制解调器(Modem)ModulatorDemodulator数字或模拟数据模拟信号m(t)s(t)m(t)数字或模拟数据载波模拟信道发送方接收方调制和解调2.1.2.数据通信模型•通信系统的基本作用是在发送方(信源)和接收方(信宿)之间传递和交换信息。根据通信系统是利用模拟信号还是数字信号来传递消息，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。2．数据通信系统的模型模拟通信系统示意图数字通信系统示意图数据通信系统的一般结构•DTE英文全称DataTerminalEquipment，数字终端设备，指一般的终端或是计算机。可能是大、中、小型计算机，也可能是一台只接收数据的打印机。•DCE英文全称DataCircuit-terminatingEquipment，数字通信设备，通常指调制解调器，多路复用器或数字设备。DTE通过DCE与通信传输线路相连DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施•数字通信与模拟通信–数字通信•在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输–模拟通信•在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输•数字通信的优点–抗噪声（干扰）能力强–可以控制差错，提高了传输质量–便于用计算机进行处理–易于加密、保密性强–可以传输语音、数据、影像，通用、灵活–计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。2.1.3数据通信系统的主要质量指标•1.带宽•信号在通信线路上传输时最高频率与最低频率之差叫信号的频带宽度，简称带宽或称为通频带。数字信号带宽与脉冲宽度成反比。2.1.3数据通信系统的主要质量指标•2.信道容量•单位时间内最大可传输信息的位数，是信道传输信息的最大能力的指标。无噪声理想信道容量与信道的带宽的关系如下：•C=2Hlog2N其中：C为信道容量，H为信道带宽(信道能够传输信号的最大频率范围)，N为传输时为一个码元所取的离散值个数。本公式也称为奈奎斯特公式或无噪信道传输能力公式。•对有噪声的实际信道，其关系如下：•C=Hlog2(1+S/N)其中：S/N为接收端的信噪比。本公式也称为香农公式。2.1.3数据通信系统的主要质量指标•3.位速率•位速率也称比特率，常用S表示，位速率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位数来表示，其单位为位每秒(bps)。2.1.3数据通信系统的主要质量指标•4.波特率也称调制速率，也称码元速率。单位时间内通过信道传输的波形个数。单位为波特，记作Baud。•位速率和波特率之间有如下关系：•S=Blog2N•其中N是一个脉冲信号所表示的有效状态，在二进制方式中，N=2，故S=B。即数据传输速率和调制速率相等。波特率和比特率区别•波特率（调制速率）和比特速率（数据传输速率）是两个最容易混淆的概念，但它们在数据通信中确很重要。两者的区别与联系，如图：波特率和比特率区别•数据传输速率＝波特率×log2N•(N--调制的线路状态数）•二相调制：两种相位变化表示0，1，表示1位（1比特）数据传输速率＝波特率•四相调制：四种相位变化表示00,01,10,11,（2比特）数据传输速率≠波特率•八相调制：八种相位变化表示000,001,010...,111（3比特）数据传输速率≠波特率•2.1.3数据通信系统的主要质量指标•5.误码率•误码率指信息传输的错误率，是衡量传输系统可靠性的指标。误码率以在接收的码元中的错误码元占总传输码元的比例来衡量，通常应低于10-6。2.1.3数据通信系统的主要质量指标•6.时延(delay/latency)•一个报文(分组)从网络(链路)一端传送到另一端的时间。时延包括发送时延、传播时延、处理时延三部分。仔细观察•结合你有关对数据通信系统的了解，谈谈你对家庭上网的原理的理解？未来家庭上网的趋势是什么？疑难问题•什么时候波特率等于比特率？2.2.通信的百宝箱-----数据传输•2.2.1并行传输和串行传输•2.2.2单工、半双工和全双工通信•2.2.3基带传输和宽带传输•2.2.4异步传输和同步传输2.2.1并行传输和串行传输•依据传输线数目的多少，可以将数据传输方式分为：并行传输和串行传输。并行传输用于短距离、高速率的通信，串行传输用于长距离、低速率的通信。并行传输•并行传输是指数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输，数据由多条数据线同时传送与接收，每个比特使用单独的一条线路。串行传输•串行传输就是将比特流逐位在一条信道上传送。需要解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题。2.2.2单工、半双工和全双工通信•在串行通信中，根据数据流的方向可以将通信分为单工、半双工和全双工通信3种方式。单工通信•单工通信是指在两个通信设备间，信息只能沿着一个方向被传输。半双工通信•半双工通信是指两个通信设备间的信息交换可以双向进行，但不能同时进行。也就是说，在同一时间内仅能使信息在一个方向上传输。全双工通信•全双工通信是指两个通信设备间可以同时进行两个方向上的信息传输。2.2.3基带传输和宽带传输•数据传输方式依其数据在传输线上原样不变地传输还是调制变样后再传输，可以分为基带传输和频带传输两大类。•⑴基带信号与基带传输•二进制数字脉冲信号称为基带信号•基带传输是将数据直接转换为脉冲信号加到电缆上进行传送的数据传输方式。•⑵频带信号与频带传输•频带信号是将多组基带信号分别调制不同频率的载波，并由这些载波分别占用不同频段的调制载波组成。•频带传输是将数据加载到载波信号上进行传送的数据传输方式。2.2.4异步传输和同步传输•异步传输•异步传输方式又称为起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以为任意。异步传输和同步传输•同步传输•同步传输方式是以固定的时钟节拍来连续串行发送数字信号的一种方法。同步传输的帧疑难问题•小明刚办的网通4M的业务,就是想图个网络畅快,可是到家感觉网速很不满意,在IE普通下载的时候(不用任何下载工具),大多数的时候连100KB/s都不到,而且在网络测试在线网站测速(世界各地)的时候,距离最近的测试点就在唐山,但是显示的数据连2M都不到。为什么？（提示：从理论速度和实际速度、线路、服务器情况分析）2.3信息王国的神奇代码-------编码与调制•用数字信号承载数字或模拟数据就是编码；用模拟信号承载数字或模拟数据就是调制。在实际应用中我们不得不进行编码与调制。具体包括数字数据的数字信号编码、数字数据的模拟信号调制、模拟数据的数字信号编码、模拟数据的模拟信号调制四个方面2.3数据编码技术•不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种情况数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信道：模拟信道、数字信道2.3数据编码技术•2.3.1数字数据的数字信号编码•2.3.2数字数据的模拟信号编码•2.3.3模拟数据的数字信号编码•2.3.4模拟数据的模拟信号调制2.3数据编码技术2.3.1数字数据的数字信号编码2.3.1数字数据的数字信号编码•把数字数据转换成某种数字脉冲信号–常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码•不归零码(NRZ，Non-ReturntoZero)–二进制数字0、1分别用两种电平来表示。–常常用－5V表示1，＋5V表示0。–缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；–不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。2.3.1数字数据的数字信号编码•曼彻斯特编码(ManchesterCode)–用电压的变化表示0和1。•规定在每个码元的中间发生跳变：•高→低的跳变代表0，低→高的跳变代表1–每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种编码也称为自同步码(Self-SynchronizingCode)。–缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。2.3.1数字数据的数字信号编码•差分曼彻斯特编码(Differential～)–每个码元的中间仍要发生跳变–用码元开始处有无跳变来表示0和1，有跳变代表0，无跳变代表1•三种数字编码的波形图01001100011时钟NRZManchester差分Manchester2.3.2数字数据的模拟信号编码•三种常用的调制技术：–幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)–频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)–相移键控PSK(PhaseShiftKeying)•基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波S(t)=Acos(t+)•S(t)的参量包括：幅度A、频率、初相位–调制就是要使A、或随数字基带信号的变化而变化–ASK：用载波的两个不