2第二章数据通信技术.

数据通信技术1第二章数据通信技术2.1数据通信基本概念2.2数据编码技术2.3多路复用技术2.4数据交换技术2.5关于信道共享2.6传输媒体☞数据通信技术22.1数据通信基本概念1.通信模型简单的通信模型和通信实例产生数字信号接收信号发送信号接收数字信号传送信号数据通信技术3数据通信系统的模型传输系统输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器PC机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号正文正文数据通信系统源系统目的系统传输系统输出信息PC机数据通信技术42.1数据通信基本概念通信系统的任务包括：1）保障传输系统利用率有效地分配传输介质的容量2）接口使信源信号的特征适应传输系统的传输，以及能在接收端对数据解释。3）同步何时开始？何时结束？每个信号的间距？4）交换管理两个实体进行通信时各种协调和管理。5）差错检测、校正和恢复传输中断时，需要对系统进行恢复。6）寻址和路由决定信号到达目的地的路径7）报文格式转换进行协商，使报文格式一致。8）安全管理正确、完整、不被泄密9）网络管理通信系统的配置、监控和故障处理等实体：发送或接收数据的硬件或软件进程。数据通信技术52.1数据通信基本概念2.信道及通信系统信号数据的电磁波或电编码，是数据的具体表现形式。信道传输电（光）信号的一条道路。模拟信号信号取值是连续的，如电压、电流信号。数字信号信号的取值是离散的。模拟信道传送模拟信号数字信道传送数字信号物理介质通信的物理线路（双绞线、光纤、空间）噪声信号在传输过程中受到的干扰。数据通信技术62.1数据通信基本概念数据通信技术72.1数据通信基本概念信号带宽信号所占据的频率范围。f（t）=∑aisin（ωit+θi）信道通频带宽信道能够通过的信号的频率范围。信道通频带宽信号带宽模拟信号传输1）直接通过模拟通信系统---模拟通信2）模/数转换数字通信系统数/模转换----数字通信数字信号传输1）数/模转换模拟通信系统模/数转换2）直接通过数字通信系统传输数据通信数据通信技术8模拟的和数字的数据、信号模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号PCM编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号数字发送器数据通信技术92.1数据通信基本概念时延(delay或latency)总时延=发送时延+传播时延+处理时延发送时延=数据块长度（比特）数据率（比特/秒）发送时延:数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。传播时延:电磁波在信道中传播而花费的时间。传播时延=信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米/秒）信号发送速率与在信道上的传播速率是一样吗？数据通信技术10处理时延：交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。有时可用排队时延作为处理时延。2.1数据通信基本概念——时延数据通信技术11三种时延所产生的地方1011001…发送器队列在链路上产生传播时延结点B结点A在发送器产生发送时延(即传输时延)在队列中产生处理时延数据从结点A向结点B发送数据链路数据通信技术12容易产生的错误概念对于高速网络链路，我们提高的是数据的发送速率还是比特在链路上的传播速率？（发送速率）提高链路带宽减小了数据的发送时延还是传输系统的处理延时？（发送时延）减少处理延时的手段？（提高节点处理速度，减少网络流量）数据通信技术132.1数据通信基本概念3.数据通信方式按照使用的信道数划分：串行通信、并行通信（1）将待传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺序依次发送（2）在信源和信宿之间只建立一条通道利用多条并行的通信线路，将待传送的每个字符的8位二进制代码通过8条对应的通信信道同时发送出去数据通信技术142.1数据通信基本概念——3.数据通信方式按照信道上传送信号的类别：基带传输将基带信号直接送到线路上传输频带传输将频带信号送到线路上去传输宽带传输将多路基带信号、音频信号和视频信号的频谱分别移到一条电缆的不同频段进行传输，称为宽带传输。宽带传输不仅各路信号不会互相干扰，还提高了线路的利用率。基带信号就是将数字信号“1”或“0”直接用两种不同的电平表示，然后送到线路上去传输频带信号是将基带信号进行调制后形成的模拟信号。数据通信技术152.1数据通信基本概念——3.数据通信方式按照通信双方的交互时序划分：只能向一个方向传输双向交替，某一时段只能向一个方向传输信号可以同时双方向传输单工无线广播半双工对讲机全双工数据通信技术162.1数据通信基本概念什么是同步发送端以某一种速率在一定的起止时间内发送数据，接收端也必须以同一速率在相同的起止时间内接收数据。常用的同步方法有两种：(1)异步方式(2)同步方式4.数字数据通信同步数据通信技术172.1数据通信基本概念以识别起始位和终止位并按相同的接收时钟（或位宽）来实现收发双方在一个字符内各位的同步。不传输字符时，线路上的信号一直处于高电平发送端在每个传送字符的首部设置一个起始位1.5或2位停止位异步方式数据通信技术182.1数据通信基本概念同步式为了提高传输效率，将连续的若干字符组成一组，连续发送，每组之间采用与异步制相同的思路，加入一个或多个确定的同步字符（SYN）。接收端用检测同步字符的模式获得同步。连续的若干字符组成一组同步字符SYN同步方式数据通信技术192.1数据通信基本概念5.通信系统的组成数据处理系统（计算机和终端）数据传输系统数据通信技术202.1数据通信基本概念6.数据通信系统的主要技术指标1)数据传输速率每秒传输二进制代码的位数又称为比特率。单位是b/s或bps电压00.51.01.52.02.53.03.5二进制数0000010100111001011101112)调制速率（波特率、码元速率）是数据信号经过调制后的传输速率，表示每秒传输多少电信号单元。单位是波特。两者的关系：比特率＝波特×log2NN为电脉冲信号所有可能的状态。若N=8则：比特率＝波特×log28＝3×波特数据通信技术212.1数据通信基本概念3）信道带宽W信道能够通过的信号的频率范围。由介质的质量、性能决定。4）信道容量信道的最大数据传输速率•理想的低通无噪声条件下，矩形特征的信道极限速率：Smax=2Wlog2L（bps）---奈奎斯特准则W-理想低通信道的带宽L-信道上传输信号可取的离散值个数•随机噪声干扰条件下，信道极限速率：Smax=Wlog2（1＋S/N）（bps）---香农公式S/N为信道上信号的平均功率与噪声功率的比值，简称信噪比。分贝(db)=10lg(S/N)。例：30db=10lg(S/N)，S/N=1000数据通信技术222.1数据通信基本概念5)信道的传播速率：信号在单位时间内传送的距离称为传播速率。传播速率接近于电磁波的速度(或光速)，接近的程度随传输媒体而异。例如，电信号在电缆中的传播速度约为光速的77%。6)吞吐量：吞吐量是信道或网络性能的一个参数，数值上等于信道在单位时间内成功传输的总信息量，单位为bps。7)出错率：也称误码率，被定义为二进制位在传输中被传错的概率P。若传输的总位数为N，传错的位数为NE，则P=NE/N在计算机网络中，要求误码率低于10-6。数据通信技术23第二章数据通信技术2.1数据通信基本概念2.2数据编码技术2.3多路复用技术2.4数据交换技术2.5关于信道共享2.6传输媒体☞数据通信技术242.2数据编码技术1.基本概念数字信号不能直接在模拟信号传输系统（如电话传输系统）传送，反之亦然。数据编码将数据原始存在的形式变换成某种适合于处理、存储或传输的表示形式。三种编码方法数字信号编码－－数字数据在数字信道上传送调制编码－－数字数据在模拟信道上传送采样编码－－模拟数据在数字信道上传送数据通信技术252.2数据编码技术2.数字数据的数字信号编码用两个电压电平来表示两个二进制数（基带数字信号编码）位中间跳变仅作为同步时钟，用每位周期开始时有无跳变来表示0（1）每位的中间有一个跳，表示0，表示1。同时跳变又作为同步时钟。数据通信技术263.数字数据的模拟信号调制数字数据能否在模拟信道上传输？2.2数据编码技术出现差错010010100还原后的数据t接收到的失真信号010011100t发送的基带信号t采样时刻数据通信技术273.数字数据的模拟信号调制模拟信号传输的基础－－载波信号Asin（ωt+Φ）通过调制载波信号的三种载波特性（振幅、频率、相位）之一来对数字数据进行编码。频移键控法（FSK）幅移键控法（ASK）相移键控法（PSK）2.2数据编码技术数据通信技术282.2数据编码技术幅移键控法（ASK，调幅）载波信号的两个不同振幅来表示两个二进制数。特点：易受增益变化的影响，效率低，音频线路上通常只能达到1200bps。频移键控法（FSK，调频）载波信号附近的两个不同频率来表示两个二进制数。特点：和ASK相比，不容易受干扰影响，适合在一对电话线上进行双向传输。数据通信技术292.2数据编码技术相移键控法（PSK，调相）利用载波信号的相位相位移动来表示两个二进制数。特点：具有较高的干扰能力，在音频线路上传输速率能达到9600bps。数据通信技术30（1）采样每隔一定的时间对连续模拟信号测量，得到一系列随时间变化的“离散”模拟信号，形成一组采样值序列。采样定理：采样频率2倍模拟信号的最高频率。实际采样周期：125μs(取样频率8kHz，因为标准的电话信号最高频率为3.4KHz)（2）量化将采样样本幅度按量化级进行分级的过程。（3）编码将采样序列量化后的量化幅度用一定的二进制码表示。2.2数据编码技术4.模拟数据的数字信号编码(语音数字化)脉冲编码调制（PCM-PulseCodeModulation）用于对模拟（如声音）信号进行编码，基础：采样定理。数据通信技术312.2数据编码技术0.50.360.350.40.340.3以0.05为单位量化数据通信技术32数据通信技术33第二章数据通信技术2.1数据通信基本概念2.2数据编码技术2.3多路复用技术2.4数据交换技术2.5关于信道共享2.6传输媒体☞数据通信技术342.3多路复用技术1.概述多路复用的目的多路复用器接收n个模拟输入信号通过1条线路上的n个子信道传输复用器接收多路复用信号，并把每个子信道传送到其相应的输出端充分利用通信线路的容量多路复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道的技术。数据通信技术352.3多路复用技术多路复用的优点多路复用的基本形式提高线路的利用率降低了设备费用对用户是透明的SDM－空分多路复用FDM－频分多路复用TDM－时分多路复用WDM－波分多路复用数据通信技术362.3多路复用技术2.频分多路复用（FDM）FDM起源把多路电话合并在一起，在一对电缆上传输。基本思路：语音频率在300Hz~3.3KHz，双绞线可用带宽为100kHz。FDM的本质把传输介质的可用带宽分割成一个个“频段”，以便每个输入装置都分配到一个“频段”，每个“频段”就是一个子信道。FDM的应用FDM适用于模拟信号的传输，典型的例子是多路电话在一条线路上的传输。下图反映了电话系统如何使用FDM实现多路复用的。数据通信技术372.3多路复用技术——2.频分多路复用（FDM）FDM多路复用示意图每一部话机的话音频率。低通滤波器把话音信号调频成一个高频模拟信号带通滤波器滤掉包含话音信息频率之外的所有频率数据通信技术382.3多路复用技术——2.频分多路复用（FDM）数据通信技术392.3多路复用技术3.时分多路复用（TDM）TDM的本质采用分时技术，把传输介质的可用时间分成时间片，每个时间片—时隙由一路信道占用。(传输介质的位传输速率大于单一信号所要求的数据传输率)。每个终端分配一个时隙（1）对每个终端进行扫描，以确定它是否有一个字符要传送；（2）没有字符要传送，便发送一个空（零）字符，以保持序列顺序。数据通信技术40时间BCDBCDBCDBCDA