计算机网络与数据通信基础

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第二章 数据通信基础

• 2.1 数据通信系统
  • 1、通信系统模型
    • 三要素：信源、信道、信宿
  • 2、数据通信系统模型
    • 数据链路=数据电路+通信控制器（DTE和DCE之间的同步数据传输提供时钟信号）
  • 3、数据通信方式
    • （一）按数字信号排顺分
      • （a）串行通信
      • （b）并行通信
    • （二）信息传递的方向时间分
      • （a）全双工通信
      • （b）半双工通信
      • （c）单工通信
  • 4、主要技术指标
    • （一）有效性：在给定的信道内所传输的信息内容的多少，解决的是信息传输的“速度”问题 （二）可靠性:接受信息的准确程度，解决的是传输信息的“质量”问题（差错率来衡量）
      • （一）数据传输速率的度量单位
        • （a）波特率 RB（调制速率）
          • RB=1/Ts（单位B）
            • Ts：传输码元（携带数据信息的单元）长度
        • （b）比特率 Rb（信息传输速率）
          • Rb=RB·H(单位bit/s)
            • H:每个符号所含的平均信息量
      • （二）差错率
        • （a）码元差错率 Pe，简称误码率
          • 错误码元数/传输总码元数
        • （b）信息差错率 Pb，简称误信率
          • 错误比特数/传输总比特数
      • （三）信道容量
        • 信道中每个符号所能传送的信息量为信息传输速率，此信息量最大时的信息传输速率就是信道容量
        • 无噪声干扰
        • 高斯白噪声干扰
        • 公式
      • （四）带宽
        • 电子电路中存在的一个固有通频段（频率）
• 2.2 数据编码与数据传输
  • 数据编码：将要传输的数据表示成某种特殊的信号形式，一边数据在相应的信道上可靠地传输
    • 模拟信号：在传输一定距离会衰减，克服衰减的办法用放大器来增强信号的能量，但噪声分量也会增加，可能会引起信号畸变
    • 数字信号：在长距离传输中衰减，克服的办法是使用中继器，把数字信号恢复为“0”“1”的标准电平后再继续传输
  • 数字数据的模拟传输
    • 媒介是双绞线电缆、同轴电缆、光缆
    • （一）振幅键控 (ASK)
    • （二）移频键控 (FSK)
    • （三）移相键控 (PSK)
  • 数字数据的数字传输
    • （一）单极性归零码
    • （二）单极性不归零
    • （三）双极性归零
    • （四）双极性不归零
    • （五）曼彻斯特码
    • （六）差分曼彻斯特码
  • 模拟数据的数字传输（三个步骤）
    • （一）抽样
      • (采样频率)f s≥2f H（上限截至频率）
    • （二）量化
    • （三）编码
  • 数据同步与异步传输
    • 同步传输（基准信号有2048kbit/s和2048kHz）
    • 异步传输
• 2.3 传输介质及特性
  • 有线传输介质
    • （一）双绞线(双绞线对、屏蔽外套、保护套){RJ45接头}
      • 局域网首选
      • 屏蔽双绞线 STP
      • 非屏蔽双绞线 UTP
    • （二）同轴电缆（内导体、绝缘材料、外导体、绝缘套）
      • 细同轴电缆：D=1.02cm，10mbit/s 每段185m，4中断，5段（185×5=925m）
      • 粗同轴电缆：D=2.54cm，10mbit/s，每段500m，4中断，5段（2500m）
      • 宽带同轴电缆是75Ω电缆，用于模拟信号传输
    • （三）光纤（玻璃或塑料）
      • 优点：频段宽、损耗低、抗干扰能力强、安全、保密性高
      • 单模光纤
      • 多模光纤
  • 无线传输介质
    • （一）微波通信（灵活、适应性强、建设快、投资小）
      • 频率100MHz以上的电磁波，沿直线传播，具有方向性，使用频率范围1~20GHz，通常称为“超高频电磁波”
      • （a）地面微波通信系统
        • 计算机网络的中继链路，实现两个或多个局域网互联
      • （b）卫星微波通信系统
        • 适合1~10GHz频段、即微波频段
    • （二）红外通信
      • 波长为0.75um~1mm的电磁波，频率高于微波低于可见光，所以人眼看不到
    • （三）激光通信
      • 激光（一种光波，具有电磁波的性质，方向性极好的单色相干光）
        • 特点：定向发光性、亮度极高、颜色极纯、能量密度极高
      • 优 点：容量大、保密性强、结构轻便、设备经济 缺 点：对设备的稳定性和精度要求高，操作复杂
• 2.4 数据交换技术
  • 电路交换（三个阶段）
    • 源于传统电话交换原理发展而成的
    • 建立
    • 通话
    • 连接释放
  • 报文交换
    • 以报文为数据交换的单位，报文中含有目标节点的地址，完整的报文在网络中一站一站地向前传送
  • 分组交换
    • 报文分组交换（使用最广泛的一种交换技术）（报文交换的一种改进）
      • 虚电路分组交换（面向连接的分组交换）
      • 数据报分组交换（无连接分组交换）
  • 其他数据交换
    • ATM交换技术（异步传输模式）
    • 光交换（不经过任何光/电转换，将输入端的光信号号直接交换到任意的光输出端）
    • 多协议标记交换（用于快速数据包交换和路由的体系）
    • 软交换（功能实体）
• 2.5 多路复用技术
  • 频分多路复用技术 FDM
  • 时分多路复用技术 TDM
  • 码分多路复用技术 CDM
  • 波分多路复用技术 WDM
• 2.6 差错控制技术
• 噪声
  • 信道固有持续存在的随机噪声
  • 由外界特定的短暂原因造成的冲击噪声
• 通信目的是实现信息传递，基本三要素：终端、传输、交换