网络技术基础》课程讲义 6页共24页 引言·第一章计算机网络概论 网|MAN 交换机 DDN 光纤、双绞线|路由器 高速数据 64kbps 10Gbps) DDN WAN 交换机 双绞线、光纤路由器 中高速数据 PDH 资料来源:《宽带IP网络技术及其应用实例》万博通公司技术部编海洋出版社2000P2 1.2数据通信的基本概念参见教材第13节 1.21信号与信道 1、信号( signal)P8 计算机内部的数据(文字数值/图像声音等)均要转换为通信线路上电信号或光信号才能传送。 通信信号一般可分为两类: 1∧⌒ 时间 (a)模拟信号 b)数字信号 ·模拟信号( analog signal)—一连续变化值(如数学中之实数) 自然界产生的物理量一般均为模拟信号。 数字信号( digital signal)—离散变化值(如数字中之整数 计算机内部传输和处理的均为矩形脉冲形式的数字信号(1和0),又称为“基带信号 信号的特性有:振幅(变化的大小)、频率(变化的快慢)、相位(变化的时间) 振幅越大、频率越高,信号传送的距离越远。(如高音喇叭) 2、信道( channe l) 所谓“信道”,顾名思义,就是通信信号传输的“通道”。信道与实际通信线路并不等同。一条通信线 路往往包括一条发送信道和一条接收信道。信道一般也可分为两类: 模拟信道:专用于传送模拟信号 数字信道:专用于传送数字信号 信道的主要技术指标:P9-P11 ·数据率(数据传输率,比特率):每秒传输多少二进制代码位数,单位:bpS。 ·调制速率(波特率):数字信号经调制后的传输速率(每秒传送的码元个数,即调制后模拟电信号 每秒钟的变化次数),单位:Baud 信道容量:信道能够传送的最大数据率,当信道上传送的数据率大于信道允许的数据率时,信道 上根本就不能传送信号(超出时会带来各种失真)。 信道的传输速率:信号在单位时间内传送的距离(电信号在电缆中的传播速度约为光速的77%) 吞吐量:信道在单位时间内成功传输的总信息量,bps 出错率(误码率):计算机网络中要求低于106,即平均每传送1兆位,才错1位。 3、调制( Modulat ion) 通信信号在类型不匹配的信道上传输时,必须进行调制( Modulation) 数字信号在模拟信道上传输时要进行数模转换,以解决失真等问题:P13/P14 莆田高等专科学校计算机教研室2002年2月
《网络技术基础》课程讲义 第 6 页 共 24页 引言·第一章 计算机网络概论 莆田高等专科学校计算机教研室 2002 年 2 月 机 网 MAN 交换机 FDDI DDN PDH 光纤、双绞线 路由器 中高速数据 (64kbps～10Gbps) WAN 交换机 DDN PDH 双绞线、光纤 路由器 中高速数据 (64kbps～2.5Gbps) 资料来源：《宽带 IP 网络技术及其应用实例》万博通公司技术部编 海洋出版社 2000 P2 1.2 数据通信的基本概念 参见教材第 1.3 节 1.2.1 信号与信道 1、信号（signal） P8 计算机内部的数据（文字/数值/图像/声音等）均要转换为通信线路上电信号或光信号才能传送。 通信信号一般可分为两类： （a）模拟信号 (b) 数字信号 ·模拟信号（analog signal）——连续变化值（如数学中之实数） 自然界产生的物理量一般均为模拟信号。 ·数字信号（digital signal）——离散变化值（如数字中之整数） 计算机内部传输和处理的均为矩形脉冲形式的数字信号（1 和 0），又称为“基带信号”。 信号的特性有：振幅（变化的大小）、频率（变化的快慢）、相位（变化的时间） 振幅越大、频率越高，信号传送的距离越远。（如高音喇叭） 2、信道（channel） P8 所谓“信道”，顾名思义，就是通信信号传输的“通道”。信道与实际通信线路并不等同。一条通信线 路往往包括一条发送信道和一条接收信道。信道一般也可分为两类： ·模拟信道：专用于传送模拟信号 ·数字信道：专用于传送数字信号 信道的主要技术指标： P9-P11 ·数据率（数据传输率，比特率）：每秒传输多少二进制代码位数，单位：bps。 ·调制速率（波特率）：数字信号经调制后的传输速率（每秒传送的码元个数，即调制后模拟电信号 每秒钟的变化次数），单位：Baud。 ·信道容量：信道能够传送的最大数据率，当信道上传送的数据率大于信道允许的数据率时，信道 上根本就不能传送信号（超出时会带来各种失真）。 ·信道的传输速率：信号在单位时间内传送的距离（电信号在电缆中的传播速度约为光速的 77%） ·吞吐量：信道在单位时间内成功传输的总信息量，bps ·出错率（误码率）：计算机网络中要求低于 10-6，即平均每传送 1 兆位，才错 1 位。 3、调制（Modulation） 通信信号在类型不匹配的信道上传输时，必须进行调制（Modulation）。 数字信号在模拟信道上传输时要进行数模转换，以解决失真等问题： P13/P14
网络技术基础》课程讲义 第7页共24页 引言·第一章计算机网络概论 回 数一模 通信线路(电话线等) Modem Model 调制机理:信号+载波 幅移键控(调幅)用载波的不同振幅分别代表1和0 频移键控(调频)用两个不同频率的载波分别代表1和0 相移键控(调相)用载波的相位变化代表1和0 模拟信号在数字信道上传输时,要先进行脉冲编码调制PCM( Pulse code modulation):P18 取样:按信号最高频率fmax的两倍频率取样可精确还原( Nyquist Theorem,奈奎斯特定理) 量化:将取样获得的脉冲信号在振幅上进行数值分级(我国标准中量化分为256个等级) 脉码调制:将量化后的数值转换为对应的二进制编码 wh 几数宇传输 模拟信号 采样 PC编码 (sampling)(quantization) (coding) 4、带宽( bandwidth) 信号所占据的频率范围称为信号的带宽。信道能传送的频率范围称为信道的带宽 信道带宽必须大于被传送的信号的带宽,否则就会出现失真。 对模拟信号,带宽为通信信道所能提供的频率宽度(范围); 对数字信号,带宽为通信信道每秒能传送的二进制位数(bps) 般认为具有8~10Mbps及以上数据传输速率的网络称为“宽带( wideband)网”。 最新发展还有所谓“广带( broadband)无线接入技术,其传输速率≥10兆位/秒 高质量的欣赏型电影点播需要6M以上带宽。低质量的网络新闻型视频点播只需几十到几百bpS 5、编码( coding) 计算机内部的数据不宜直接送到信道上作信号传输,一般需要先进行编码转换,以保证数据传输的正 确性(同步等)。常用编码方式有: ·不归零(NRz,non- return to zero)编码两个不为零的电压表示1和0(零电平表示无信号) 缺点:接收方无法判断每个比特起始位置 曼彻斯特( Manchester)编码1:高→低0:→高Pl5 微分曼彻斯特( Differential Manchester)编码1:同前0:P15 缺点:每个比特两次跳变,10Mbps→20M波特,编码效率只有50%(常用于LAN中) 4B/5B编码 以4个比特为一组进行编码,编码位数为5个。(从25=32个可能的编码中取出24=16个来表示0~F, 使每组编码中0的个数不超过3个,1的个数不少于2个)。 编码效率达80%(100Mbps→125M波特) 4B/5B用于百兆位以太网,8B/10B用于千兆位以太网。 1.2.2数据通信系统模型 【数据通信】计算机与计算机或与终端之间经通信线路联接起来而进行的信息交流与传送的通信方式 教材P11强调“专指信源和信宿中数据的形式是数字的 莆田高等专科学校计算机教研室2002年2月
《网络技术基础》课程讲义 第 7 页 共 24页 引言·第一章 计算机网络概论 莆田高等专科学校计算机教研室 2002 年 2 月 调制机理：信号+载波 ·幅移键控（调幅） 用载波的不同振幅分别代表 1 和 0 ·频移键控（调频） 用两个不同频率的载波分别代表 1 和 0 ·相移键控（调相） 用载波的相位变化代表 1 和 0 模拟信号在数字信道上传输时，要先进行脉冲编码调制 PCM（Pulse Code Modulation）： P18 ·取样：按信号最高频率 fmax 的两倍频率取样可精确还原（Nyquist Theorem，奈奎斯特定理） ·量化：将取样获得的脉冲信号在振幅上进行数值分级（我国标准中量化分为 256 个等级） ·脉码调制：将量化后的数值转换为对应的二进制编码 4、带宽（bandwidth） 信号所占据的频率范围称为信号的带宽。信道能传送的频率范围称为信道的带宽。 信道带宽必须大于被传送的信号的带宽，否则就会出现失真。 对模拟信号，带宽为通信信道所能提供的频率宽度（范围）； 对数字信号，带宽为通信信道每秒能传送的二进制位数（bps）。 一般认为具有 8～10Mbps 及以上数据传输速率的网络称为“宽带（wideband）网”。 最新发展还有所谓“广带（broadband）无线接入技术，其传输速率≥10 兆位/秒） 高质量的欣赏型电影点播需要 6M 以上带宽。低质量的网络新闻型视频点播只需几十到几百 bps。 5、编码（coding） 计算机内部的数据不宜直接送到信道上作信号传输，一般需要先进行编码转换，以保证数据传输的正 确性（同步等）。常用编码方式有： ·不归零（NRZ，non-return to zero）编码 两个不为零的电压表示 1 和 0（零电平表示无信号） 缺点：接收方无法判断每个比特起始位置 ·曼彻斯特（Manchester）编码 1：高→低 0：→高 P15 ·微分曼彻斯特（Differential Manchester）编码 1：同前 0：P15 缺点：每个比特两次跳变，10Mbps→20M 波特，编码效率只有 50%（常用于 LAN 中） ·4B/5B 编码 以 4 个比特为一组进行编码，编码位数为 5 个。（从 2 5=32 个可能的编码中取出 2 4=16 个来表示 0～F， 使每组编码中 0 的个数不超过 3 个，1 的个数不少于 2 个）。 编码效率达 80%（100Mbps→125M 波特）。 4B/5B 用于百兆位以太网，8B/10B 用于千兆位以太网。 1.2.2 数据通信系统模型 【数据通信】计算机与计算机或与终端之间经通信线路联接起来而进行的信息交流与传送的通信方式。 教材 P11 强调“专指信源和信宿中数据的形式是数字的” 数—模 模—数 通信线路（电话线等） PC Modem Modem PC
网络技术基础》课程讲义 8页共2 引言·第一章计算机网络概论 噪声源 信源]≯编码器μ变换器≯[信道↓丶反变换器}≯译码羅}≯信宿 数据通信系统模型 DTE( Data Terminal Equipment,数据终端设备)如连网的微机(信源或信宿) DCE( Data Circuit-terminal Equipment,数据电路端接设备)如 MODEM DTE ICE 数据终端设备 数据终端设备 数据通信系统的基本构成 12.3基带传输P9 使用数字信号传输数据时,数字信号几乎要占用了传输电缆所允许的整个频段(0至最高允许频率), 所以同一时间同一电缆中只能传送一种信号(基带信号均为数字脉冲信号,不经调制直接输送) 基带传输需要解决两个问题: 基带数字信号的编码 收发两端之间的同步问题 基带传输常用编码方法:曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码,后者技术复杂,但抗干扰性强 基带传输在局域网上用得较多,信号频率高,传输速度也大大快于频带传输(通常10-50Mbps) 传输电缆:509同轴电缆或双绞线等 124频带传输P9 使用模拟信号传输数据时,往往只占用有限的频谱,故称频带传输。其传输信号可通过“多路复用技 术”在同一电缆中形成多个传输频道,所以同一时间同一电缆可由不同频道分别传送数据、声音、图 形、图像等不同信号,又称“宽带传输”。 频带传输的优点是可在同一线路或信道上同时传送几路数据,使信道利用率提高 传输电缆:759同轴电缆、光缆等 1.2.5数据同步方式 同步的目的是使收发双方能以同样的速率接收数据,即使接收端校准自己的时间和每个码元的重复频 率,以便与发送端一致。同步方式通常有两种 ·位同步P17 使接收端接收的每一位数据信息都与发送端准确保持同步(适用于位流)。实现的方法有 a.自同步法从接收的数字信号波形中提取同步信号(如采用曼彻斯特/差分曼彻斯特编码,每- 位中间都有跳变) b.外同步法发送方在发送数据前先发一串同步时钟脉冲,接收方按这个时钟频率调整采样频率 字符同步P16 发送时在每个字符前/后分别设置起始位/停止位(字符间隔可随机) 即起止位间各位的收发是同步的(每位位宽相同),但各字符的发送时间间隔可以是任意的(异步) 异步方式实现简单,设备低廉,但传输效率低(每个字符须加2~3位作起止位),适用于低速(每秒 10~1500个字符)的终端或对话操作。 12.6通信方式P9 莆田高等专科学校计算机教研室2002年2月
《网络技术基础》课程讲义 第 8 页 共 24页 引言·第一章 计算机网络概论 莆田高等专科学校计算机教研室 2002 年 2 月 数据通信系统模型 DTE（Data Terminal Equipment，数据终端设备） 如连网的微机（信源或信宿） DCE（Data Circuit-terminal Equipment，数据电路端接设备） 如 MODEM 数据通信系统的基本构成 1.2.3 基带传输 P9 使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占用了传输电缆所允许的整个频段（０至最高允许频率）， 所以同一时间同一电缆中只能传送一种信号（基带信号均为数字脉冲信号，不经调制直接输送）。 基带传输需要解决两个问题： ·基带数字信号的编码 ·收发两端之间的同步问题 基带传输常用编码方法：曼彻斯特编码/差分曼彻斯特编码，后者技术复杂，但抗干扰性强 基带传输在局域网上用得较多,信号频率高,传输速度也大大快于频带传输(通常 10～50Mbps) 传输电缆：５０Ω同轴电缆或双绞线等 1.2.4 频带传输 P9 使用模拟信号传输数据时，往往只占用有限的频谱，故称频带传输。其传输信号可通过“多路复用技 术”在同一电缆中形成多个传输频道，所以同一时间同一电缆可由不同频道分别传送数据、声音、图 形、图像等不同信号，又称“宽带传输”。。 频带传输的优点是可在同一线路或信道上同时传送几路数据,使信道利用率提高。 传输电缆：７５Ω同轴电缆、光缆等 1.2.5 数据同步方式 同步的目的是使收发双方能以同样的速率接收数据，即使接收端校准自己的时间和每个码元的重复频 率，以便与发送端一致。同步方式通常有两种： ·位同步 P17 使接收端接收的每一位数据信息都与发送端准确保持同步（适用于位流）。实现的方法有： a.自同步法 从接收的数字信号波形中提取同步信号（如采用曼彻斯特/差分曼彻斯特编码，每一 位中间都有跳变） b.外同步法 发送方在发送数据前先发一串同步时钟脉冲，接收方按这个时钟频率调整采样频率。 ·字符同步 P16 发送时在每个字符前/后分别设置起始位/停止位（字符间隔可随机）。 即起止位间各位的收发是同步的（每位位宽相同），但各字符的发送时间间隔可以是任意的（异步）。 异步方式实现简单，设备低廉，但传输效率低（每个字符须加 2～3 位作起止位），适用于低速（每秒 10～1500 个字符）的终端或对话操作。 1.2.6 通信方式 P9