工 业 控 制 网 络 （现场总线） 主讲教师：张士磊 15837306024,第2章 数据通信及计算机网络体系结构,2.1 数据通信的基 2.6 计算机网络标准 本概念 化组织 2.2 常见传输介质 2.7 计算机网络体系 2.3 数据传输技术 结构 2.4 数据交换方式 2.8 OSI参考模型 2.5 差错检验和控制 2.9 TCP/IP参考模型,本章主要内容,第2章 数据通信及计算机网络体系结构,2.1 数据通信的基本概念,本章主要内容,2.1.1 信息、数据与信号,信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识; 数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式; 信号是数据的具体的物理表现。,雪 六角形 凉 白色,信息,数据,信号,例子,2.1 数据通信的基本概念,信息：人对雪花和马的认识 数据：二进制数，十进制数 信号：电压，光，磁场强度,2.1 数据通信的基本概念,信息( Information)：字母、数字、语音、图象的组合。 数据(Data)：传递信息的实体，常是二进制代码序列。 信号(Signal)：数据在传输过程中的电信号表示形式。 -模拟信号与数字信号 数据通信即是指在计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码序列的模拟或数字信号的过程。 信道(Channel)：传送信息的线路（或通路）。一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道，也可包含许多个信道。,2.1 数据通信的基本概念,数字信道和模拟信道, 数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。 模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据的信道。,2.1 数据通信的基本概念,两种不同类型的量：,A.时间、温度、电波、声音,B.字符，二进制数，电脉冲,信号中没有断开或不连续的的地方；,信号仅取一些有限数目的值；,2.1.2 数据传输类型与通信方式,2.1 数据通信的基本概念,模拟信号和数字信号,模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值 数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值,t,a) 模拟信号,b) 数字信号,2.1 数据通信的基本概念,串行通信 串行通信是指用一条数据线传送比特流，一次只传送一个比特。 并行通信 并行通信是指同时有多条数据通道，可同时传送多个比特。,2.1 数据通信的基本概念,2.1 数据通信的基本概念,通信方式按数据流动的方向, 单工：数据单向传输（无线电广播） 半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机） 全双工：数据可同时双向传输（电话） 两个方向的信号共享链路带宽： 1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输,2.1 数据通信的基本概念,数据通信的操作方式,2.1 数据通信的基本概念,数据通信中的主要技术指标 1）数据传输速率 指每秒能传送的二进制信息位数，也叫比特率。 单位：位/每秒，记作bps或bit/s。 2）信号传输速率 单位时间里通过信道传输的码元个数，也叫波特率。 单位：波特，记作Baud。,2.1 数据通信的基本概念,码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。 同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始。,2.1 数据通信的基本概念,3）信道容量 指1个信道的最大数据传输速率。 单位：位/每秒。 4）误码率 指二进制数据位传输时出错的概率，是衡量信道传输 可靠性的指标。 在计算机网络中，一般要求误码率低于106 。 P= 错误的位数 / 传输的总位数。,2.1 数据通信的基本概念,传输介质的主要类型：,2.2 常见传输介质及特性,传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，也是通信中实际传送信息的载体。,传输介质的特性对网络中数据通信质量影响很大，这些特性主要包括： 物理特性：传输介质物理结构的描述； 传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号以及调制技术、传输容量、传输的频率范围； 连通特性：允许点-点或多点连接； 地理范围：传输介质最大传输距离； 抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响能力； 相对价格：器件、安装与维护费用。,2.2 常见传输介质及特性,（1）双绞线：最常用的传输介质。 非屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted-Pair） ：无屏蔽层，由护套和线对组成。 屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted-Pair） ：有屏蔽层，抗噪性好。 用于网络的双绞线和用于电话系统的双绞线是有差别的。 双绞线使用RJ-45接头连接计算机的网卡或集线器等通信设备。,2.2 常见传输介质及特性,非屏蔽双绞线电缆(UTP),屏蔽双绞线电缆(STP),双绞线可以分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线两大类。 非屏蔽双绞线UTP 非屏蔽双绞线(Unshielded twisted pair；UTP)由多对双绞线对和一层塑料外皮构成，如上图所示。 现在最常用的UTP是5类线和超5类线。 5类线：支持100Mbit/s的速率，广泛用于现代局域网中。 超5类线：通常采用高质量的铜线，更高的缠绕，并使用先进的方法以减少串扰。超5类线能支持高达200Mbit/s的速率，时常规5类线容量的2倍。 6类线：包括4个线对。每对电线被箔绝缘体包裹，另一层箔绝缘体包裹在所有线对的外面，同时一层防火塑料封套包裹在第二层箔层外。箔绝缘体对串扰起了很好的抵抗作用，使得6类线能支持的吞吐量是常规5类线的6倍。 非屏蔽双绞线相对便宜、灵活且易于安装，无屏蔽外套较细小，节省空间，非常适合于结构化布线，其连接的网络结构属于星型拓扑结构。,2.2 常见传输介质及特性,屏蔽双绞线STP 为了提高双绞线的外界抗干扰性，在双绞线的外面再加上一个金属屏蔽层，就是屏蔽双绞线。如右图所示。 屏蔽双绞线具有非屏蔽双绞线的所有优点和缺点。同时，它比UTP电缆能更好的隔离外部的各种干扰，具有更高的传输速率。通常，STP电缆比UTP电缆更贵一些。所以，屏蔽双绞线常用于一些特殊环境。,物理特性：双绞线由按规则螺旋结构排列的两根或四根绝缘线组成。一对线可以作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是使各线对之间的电磁干扰最小。 传输特性：双绞线最普遍的应用是语音信号的模拟传输。在一条双绞线上使用频分多路复用（multiplexing）技术可以进行多个音频通道的多路复用。,2.2 常见传输介质及特性,双绞线的主要特性,连通性：双绞线可以用于点-点连接，也可用于多点连接。 地理范围：双绞线用作远程中继线时，最大距离可达15km；用于10Mb/s局域网时，与集线器的距离最大为100m（单网段）。 抗干扰性：双绞线的抗干扰性取决于一束线中相邻线对的扭曲长度及适当的屏蔽。在低频传输时，其抗干扰能力相当于同轴电缆。在10100 kHz时，其抗干扰能力低于同轴电缆。 价格：价格低，并且安装、维护方便。,2.2 常见传输介质及特性,双绞线的使用 直连线 直连线也叫直通线或平行线，如图所示。 交叉线 网线两端的线序排列不同，呈交叉状态，如图所示。,2.2 常见传输介质及特性,直通双绞线与交叉双绞线,1. 双绞线1236通信规则 在用双绞线做传输介质的以太网中，除了100Base-T和1000Base-T以外，其余均只使用四对绞线中的两对。当信号通过双绞线电缆传输时，在电缆内的四对(八根)铜线(芯线)中，实际起作用的只有其中的两对，分别是1-2脚和3-6脚。比如，对应网卡接口如表2-1，1-2脚负责发送数据(TX+，TX-)，而3-6脚负责接收数据(RX+，RX-)。,表2-1 网卡接口各引脚定义,2.2 常见传输介质及特性,2. 568A与568B定义的双绞线的连接规则 在568A与568B中所定义的RJ-45连接头各脚与双绞线各芯线排列的对应方式，如表2-2所示。 其中1-2脚和3-6脚是对绞的两对芯线。对绞的电缆因为其中传输的信号方向相反，从而使彼此的电磁辐射相互抵消，因此使收、发数据之间的干扰降到最小。,表2-2 568A和568B标准定义的双绞线色线的排列规定,2.2 常见传输介质及特性,（2）同轴电缆： 抗干扰性较强，早期局域网常用的传输介质。,2.2 常见传输介质及特性,同轴电缆连接器类型,2.2 常见传输介质及特性,物理特性：同轴电缆由内导体（电缆铜芯）、绝缘层、外导体（铜网）及外部保护层（外绝缘层）组成。同轴介质的特性参数由内、外导体及绝缘层的电参数和机械尺寸决定。 传输特性：基带同轴电缆一般仅用于数字数据信号传输。宽带同轴电缆可以使用频分多路复用方法，支持多路传输。只用于一条通信信道的高速数字通信，此时称之为单通道宽带。特征阻抗，50，Ethernet使用，基带传输，10Mb/s；75，CATV使用，模拟信号传输，400 MHz，使用频分多路复用FDM(frequency-division multiplexing)技术，也可以传输数字信号。,2.2 常见传输介质及特性,同轴电缆的主要特性,连通性：支持点-点连接，也支持多点连接。宽带同轴电缆可支持数千台设备的连接；基带同轴电缆可支持数百台设备的连接。 抗干扰性：它的结构使得它的抗干扰能力较强，远高于双绞线，适于工业应用场合。 地理范围：基带同轴电缆最大距离限制在几公里范围内，而宽带同轴电缆最大距离可达几十公里。 价格：同轴电缆造价介于双绞线与光缆之间，维护方便。,2.2 常见传输介质及特性,同轴电缆的主要特性,2.2 常见传输介质及特性,同轴电缆总结,（3）光纤：性能最好，应用前途最广泛的传输介质。 利用折射定律和全反射规律，传播光信号。 低损耗、高带宽、高数据传输速率、安全性好。,2.2 常见传输介质及特性,光缆连接器类型 ST与SC,2.2 常见传输介质及特性,物理特性：光纤是一种直径为50100m的柔软、能传导光波的介质，各种玻璃和塑料可以用来制造光纤，其中用超高纯度石英玻璃纤维制作的光纤可以得到最低的传输损耗。在折射率较高的单根光纤外面用折射率较低的包层包裹起来，就可以构成一条光纤通道，多条光纤组成一束就构成光纤电缆。 传输特性：光导纤维通过内部的全反射来传输一束经过编码的光信号。光纤传输速率可达几千Mb/s。单模光纤是指光纤的光信号仅与光纤轴成单个可分辨角度的单光纤传输，而多模光纤的光信号与光纤轴成多个可分辨角度的多光线传输。单模光纤性能优于多模光纤。,2.2 常见传输介质及特性,光纤的主要特性,多模光纤,单模光纤,2.2 常见传输介质及特性,光纤的主要特性,单模光纤使用的光源是激光二极管，所以，单模光纤的带宽宽、衰减小、容量大，能以很高的速率进行长距离传输。 多模光纤采用普通的发光二极管作光源，传输距离不如单模光纤长，容量也比单模光纤小。但是多模光纤成本低，常应用于建筑物内或地理位置相邻的环境下。,连通性：普遍采用点-点方式，在某些实验系统中也采用多点连接方式 。 地理范围：光纤信号衰减极小，它可以在68km距离内不使用中继器，实现高速率数据传输。 抗干扰性：光纤不受外界电磁干扰与噪声的影响，能在长距离、高速率传输中保持低误码率。双绞线典型的误码率在10-510-6之间，基带同轴电缆为10-7，宽带同轴电缆为10-9，而光纤误码率可以低于10-10。光纤传输的安全性与保密性极好。 价格：目前光纤价格高于同轴电缆与双绞线。由于光纤具有低损耗、宽频带、高数据传输速率、低误码率、安全保密性好等特点，因此，它是一种最有前途的传输介质。,2.2 常见传输介质及特性,光纤的主要特性,2.2 常见传输介质及特性,光纤总结,2.2 常见传输介质及特性,光纤相对同轴电缆的特性,传输介质的选择要从以下因素来考虑：网络拓扑的结构、实际需要的通信容量、可靠性要求、能承受的价格范围。 双绞线的显著特点是价格便宜，但与同轴电缆相比，其带宽受到限制。对于单个建筑物内的低通信容量网络来说，双绞线性能价格比可能是最好