第第2章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)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(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要構(gòu)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(shù)交換技術(shù) 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(nèi)容和含義。是對數(shù)據(jù)的解釋，是該數(shù)據(jù)的內(nèi)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(guān)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(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換為一定形式的信號，因此，通信歸根結(jié)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(jié)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)，交換信息的目的。現(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(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要構(gòu)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(shè)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(shè)備。備。雙絞線內(nèi)導(dǎo)體芯線內(nèi)導(dǎo)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-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(dǎo)體外導(dǎo)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(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)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(diào)制解調(diào)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”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(luò)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(dǎo)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(gòu)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(jié)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(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機。 用這樣的存儲轉(zhuǎn)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?nèi)ナ撞窟€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(fù)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(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。報文1101000110101010110101011100010011010010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(jié)點交換機主機注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組結(jié)點交換機主機在結(jié)點交換機 A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點交換機 C 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點交換機 E 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)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 完善的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；自適應(yīng)的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。 分組交換帶來的問題 分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)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(jié)合舉例-IP電話狹義的 IP 電話就是指在 IP 網(wǎng)絡(luò)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(luò)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 (Instant 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(xí)題 1、簡述數(shù)據(jù)、信息、信號的關(guān)系 2、簡述調(diào)制解調(diào)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