计算机通信与网络 Computer Telecommunications & Networks南京邮电大学计算机学院 “计算机通信与网络”国家精品课程组第第2 2章章 数据通信技术基础数据通信技术基础数据传输是实现数据通信的基 础。数据通信是为了实现计算机与计 算机或计算机与终端之间信息交互而 产生的一种通信技术，是计算机与通 信相结合的产物。数据通信着重于数据的传输， 不涉及数据所表示的原始信息，而计 算机通信则着重于信息的交互。内容概要内容纲要n 数据通信的基本概念n 数据传输方式n 数据传送技术n 多路复用技术n 数据交换技术n 差错控制技术n 数据通信接口特征内容纲要n 数据通信的基本概念n 数据传输方式n 数据传送技术n 多路复用技术n 数据交换技术n 差错控制技术n 数据通信接口特征2.1数据通信的基本概念1、数据、信息和信号2、数据通信系统3、传输媒体4、数据通信系统的性能指标2.1数据通信的基本概念1 1、 数据、信息和信号数据、信息和信号n数据(data)通常是指预先约定的具有某种含义 的数字、符号和字母的组合。n信号(signal)数据在传输过程中的电磁波的表 示形式。 n“模拟的”(analogous)连续变化的。n“数字的”(digital)取值是离散的。n调制把数字信号转换为模拟信号的过程。n解调把模拟信号转换为数字信号的过程。n信道表示向某一方向传送数据的传输介质。2.1数据通信的基本概念 数据和信号模拟数据数字数据信息数据模拟信号数字信号有意义的实体涉及数据的 内容和解释在某个区间产生连续的值产生离散的值是数据的电磁 (或电子)编码涉及到事 物的形式是一种连续变化的电磁波是一系列的电压脉冲信号1 1、 数据、信息和信号数据、信息和信号2.1数据通信的基本概念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1 1、 数据、信息和信号数据、信息和信号2.1数据通信的基本概念2 2、 数据通信系统数据通信系统2.1数据通信的基本概念2 2、 数据通信系统数据通信系统信源和信宿：信源就是信息的发送端，是发 出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收 端，是接收所传送信息的设备。信号转换设备：是将信源发出的信息转换成 适合于在信道上传输的信号的设备。2.1数据通信的基本概念2 2、 数据通信系统数据通信系统传输 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2.1数据通信的基本概念2 2、 数据通信系统数据通信系统 数据通信系统举例2.1数据通信的基本概念2 2、 数据通信系统数据通信系统 数据通信系统举例(b) 局域网用户通过Internet上网通信2.1数据通信的基本概念双绞线同轴电缆光缆地面微波卫星微波无线电波红外线技术3 3、 传输媒体传输媒体3 3、传输媒体、传输媒体 双绞线铜线铜线聚氯乙烯 套层聚氯乙烯 套层屏蔽层绝缘层 绝缘层无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线 STP2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n把两根互相绝缘的铜导线并排放置， 再用规则的方法绞合起来。绞合的导 线可以减少相邻线对的相互干扰。多 对绞合导线构成了双绞线电缆。n双绞线可用于模拟传输和数字传输。n价格低，安装方便，但带宽窄，抗干 扰性能较差。 双绞线2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 双绞线A扭绞距线径0.41.4 mmB近端串扰远端串扰白绿 绿白橙 蓝白蓝 橙白棕 棕12345678局域网 EIA/TIA 568A UTP内4对8线的编号与线色2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体类型 阻抗 返回损耗 近端 串扰1Mhz 100m 100m n3类UTP 100 12db 43dbn4类UTP 100 12db 58dbn5类UTP 100 12db 64db 双绞线2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 同轴电缆外导体屏蔽层绝缘层绝缘保护套层内导体2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股 绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以 及保护塑料外层组成。n由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有较好的 抗干扰特性（特别是高频段），适合高速数据传 输。n通常按特性阻抗数值不同，可分为两类： 50 同轴电缆：数据通信中传输基带信号 75 同轴电缆：模拟传输系统（CATV） 同轴电缆2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体nRG-8/RG-11 10Base5 阻抗50 粗缆 0.4” nRG-58A/U 10Base2 阻抗50 细缆 0.18” nRG-59U 10Broad3600 阻抗75 CATV 0.25” nRG-63 ARCnet 阻抗93 0.25” (0.635cm) 同轴电缆传输特性2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 光缆远供电源光纤及包层填充物外护套包带层包层纤芯 （a）光缆结构剖面图（b）光波在纤芯中传播2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主 要由纤芯和包层构成。纤芯很细，直径为8 100um，且折射率较高，包层相对折射率较低 。多根光纤构成光缆。n光波利用光的全反射原理通过纤芯传导。通过 传递光脉冲进行通信。n光纤通信衰耗小，距离长，抗干扰能力强，传 输容量大，保密性好。 多模光纤：多条不同入射角光线在一条光纤中传输。 单模光纤：直径只有一个光波长大小，直线传输。 光缆2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 光线在光纤中的折射折射角入射角包层 （低折射率的媒体）包层 （低折射率的媒体）纤芯 （高折射率的媒体） 包层 纤 芯2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 光缆高折射率 (纤芯)低折射率 (包层)光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 光纤输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n在交通不便、施工不便的地方（高山、海 洋、城市），或距离较远的情况下，使用 无线传输方式，成本较低。n信息技术的发展，人们要求在运动中进行 电话通信或计算机通信。n无线电波可以在自由空间各个方向传播， 实现多种通信。这种通信不使用前述的各 种导向传输媒体，故称为“非导向传输媒 体”。2.1数据通信的基本概念电信领域使用的电磁波的频谱电信领域使用的电磁波的频谱无线电微波红外线可见光紫外线X射线射线双绞线同轴电缆卫星地面微波调幅 无线电调频 无线电海事 无线电光纤电视(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024移动 无线电 2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n无线传输所使用的频段很广，人们可以根 据需要使用不同频段特性进行通信。n传统无线电：长波、中波、短波甚高频、特高频、超高频、极高频n微波通信（240GHz，直线传播) 地面接力微波：在地面建立若干微波中继站， 中继站将前一站信号接收，放大后转发到下一 站，实现“接力”式传输。 卫星通信：将微波中继站放在卫星上实现。通 信建立远，覆盖面积大。2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n地面微波的工作频率范围一般为120 GHz，其特点是直线传播，因此只能 在视距范围内进行传输。由于受到地 形和天线高度的限制，两微波站间的 通信距离一般为3050 km。 地面微波2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n 卫星通信的最大特点是通信距离远， 且通信费用与通信距离无关。同步卫 星发射出的电磁波能辐射到地球上的 通信覆盖区的跨度达18000多公里。只 要地球赤道上空的同步轨道上，等距 离地放置3颗相隔120度的卫星，就能基 本上实现全球的通信。 卫星微波2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 卫星微波波段频率 (GHz)下行(GHz)上行(GHz)问题C4/63.74.25.9256.42 5地面上的干扰Ku11/1411.712.214.014.5降雨Ka20/3017.721.727.530.5降雨，设备 价 格高2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n无线电波是一个广义的概念，从含义 上讲，无线电波是全向传播，而微波 是定向传播。n 无线电波不同频段用于不同通信方式3 30 MHz，用于短波通信；30300MHz，用于数据通信；蜂窝无线电移动通信。 无线电波2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体n 红外线技术已经在计算机通信中得到 了应用，例如两台笔记本电脑对着红 外接口，可传输文件。n 红外线链路只需一对收发器，可调制 不相干的红外光，在视线距离的范围 内传输，具有很强的方向性。 红外线技术 2.1数据通信的基本概念3 3、传输媒体、传输媒体 红外线技术 调制非相干红外线光 2.1数据通信的基本概念2.1数据通信的基本概念4 4、 数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标n传码速率：传码速率又称为调制速率、波特率， 记作NBd，是指在数据通信系统中，每秒钟传输信 号码元的个数，单位是波特（Baud）。n传信速率：又称为比特率，记作Rb，是指在数据通信系统中，每秒钟传输二进制码元的个数，单 位是比特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。 数据传输速率2.1数据通信的基本概念4 4、 数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标 数据传输速率2.1数据通信的基本概念4 4、 数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标n例2-1若信号码元持续时间为110-4秒 ，试问传送8电平信号，则传码速率和 传信速率各是多少？解：由于T=110-4秒，所以传码速率 NBd=1/T=10000波特由于传送的信号是8电平，所以，M=8 。则传信速率Rb = NBdlog2 M =30000bit/s 。 数据传输速率2.1数据通信的基本概念4 4、 数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标 信道带宽n信号带宽：(bandwidth)是指信号具有 的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆 赫、吉赫等）。n模拟信道：表示通信线路允许通过的 信号频带范围就称为线路带宽(通频带) 。 n数字信道：“带宽”是所能传送的“最高 数据率”同义语，单位是“比特每秒”。2.1数据通信的基本概念4 4、 数据通信系统的技术指标数据通信系统的技术指标 信道带宽n