第三章通信子网

第三章通信子网 • 3.1 通信基本原理 • 3.2 计算机网互联的硬件设备 • 3.3 网络拓扑结构与分类 • 3.4 网络的传输介质 • 3.5 网络互联设备产品

3.1 通信基本原理 计算机网络的两大基本功能：数据通信与数据处理。数据通信本身是一门独立的学科。

数据通信就是依照通信 协议，利用数据传输技术在两个功能单元之间传递数据信息。

数据通信与传统电报或电话 • 相比的特点： • 实现的计算机之间或计算机与人 • 之间的通信，需要定义严格的通信 • 协议或标准。 • 数据传输的准确性和可靠性高。 • 误码率要求小于10－8，而语音和 • 电视系统只有10－2。

传输速率高。 • 通信持续时间差异较大。 • 数据通信具有灵活的接口功能 • 以满足各式各样的计算机和终端 • 间的相互通信。 • 例如：通信速率、编码格式、 • 同步方式和通信规程等。

通信子网： 传输信道：传输线，逻辑信道。交换单元：一种特殊的计算机，用于连接两个或更多条传输线。（常被称为分组交换结点、中介系统、数据开关交换、路由器等。）

传输介质与信道的关系： • 两者是不同的。 • 传输介质是用来连接两个或多个 • 网络结点的物理电路。 • 信道是建立在传输介质之上的 • 包括传输信道和设备，还有逻辑 • 信道的含义。 • 在同一条物理传输介质上可以 • 建立多条通信信道。

3.1.1 数据通信的基本概念 信息：数据的内容和解释。数据：信息的表现形式。信道：信号传输的通道。

计算机终端上使用的信息 一般是字母、数字和符号的组合。这些信息首先要转化为二进制代码。 ASCII码：美国信息交换用标准代码成为国际通用的信息交换标准代码。

信道分类 按传输介质：有线信道：有形的电路作为传输介质。无线信道：以电磁波在空间传输方式传送信息的信道。

按传输信号类型： 模拟信道：传输模拟信号的信道。数字信道：传输数字信号的信道。

按使用方式： 专用信道：连接用户设别之间的固定电路，可以由用户自己架设或向电信部门租用。公共交换信道：通过交换机转换，为大量用户提供服务的信道。

信道带宽：信道的发送和接受两端传输比特信号的最大速率称为信道的带宽。单位为赫兹Hz。信道容量：单位时间内信道上所传输的最大比特数。单位为每秒比特数b/s。信道带宽与信道容量之间的关系满足香浓定理。信道带宽：信道的发送和接受两端传输比特信号的最大速率称为信道的带宽。单位为赫兹Hz。信道容量：单位时间内信道上所传输的最大比特数。单位为每秒比特数b/s。信道带宽与信道容量之间的关系满足香浓定理。

数据通信系统的基本结构 数据通信的基本目的是在接受方与发送方之间交换信息。

发送方 输入设备和发送系统接受方接受系统和输出设备传输媒体干扰源

3.1.2 数据信号表示方式 • 数据编码技术模拟数据编码：振幅键控ASK，移频键控FSK，移项键控PSK。数字数据编码：非归零码NRZ，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码

调制：将发送端数字数据信号 变换成模拟数据信号的过程。调制器解调：将接收端模拟数据信号变换成数字数据信号的过程。解调器

2. 模拟数据编码方法 载波u(t) u(t)=Umsin(ω t+Φ) Um：振幅 ω ：角频率 Φ：相位

振幅键控ASK：用载波信号的振幅表示数字信号。振幅键控ASK：用载波信号的振幅表示数字信号。 • Umsin(ω t+Φ) 数字1 • U(t)= • 0 数字0 • 实现容易，技术简单，抗干扰能力差。

(2) 移频键控FSK：通过改变载波信号角频率的方法表示数字信号。 Umsin(ω1 t+Φ0) 数字1 U(t) = Umsin(ω2 t+Φ0) 数字0 实现容易，技术简单，抗干扰能力强，目前使用较多。

(3) 移项键控PSK：改变载波信号的相位值表示数字信号。绝对调相：用相位的绝对值表示信号 Um sin(ω t+0) 数字1 U(t) = Um sin(ωt+π) 数字0

相对调相 在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。简单的方法是：2比特信号交接处遇“0”载波信号相位不变，遇“1”，载波信号相位偏移π。

（4）多相调制 在模拟数据通信中，为了提高数据传输速率，采用多相调制的方法。例如用两个二进制比特表示4种组合： 00，01，10，11。用4个不同的相位值去表示4组双比特码元称为4相5调制。

3. 数字数据编码方法 宽带传输：在数据通信技术中，利用模拟通信信道，通过调制解调器传输模拟数据信号的方法称为宽带传输。基带传输：利用数字通信信道直接传输数字信号的方法称为基带传输。

(1) 非归零码NRZ 用负电平表示逻辑0，用正电平表示逻辑1。缺点：收发双方不能同步。必须在发送NRZ码的同时，用另一个信道同时传送同步时钟信号。

(2)曼彻斯特编码（目前广泛使用的一种编码） 每一比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分。前T/2传送该比特的反码，后T/2传送该比特的原码。

优点：在每一个比特的中间有一次电平的跳变，可以提取这个跳变作为收发双方的同步信号。优点：在每一个比特的中间有一次电平的跳变，可以提取这个跳变作为收发双方的同步信号。不含直流分量。缺点：编码效率较低。

(3) 差分曼彻斯特编码 与曼彻斯特编码的区别在于：每比特的中间跳变仅做同步之用。每比特的值，根据其开始边界是否发生跳变来决定。每一比特的开始处出现电平跳变表示“0”，不发生跳变表示“1”。

4. 脉冲编码调制PCM方法 是模拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真小，误码率低，数据传输速率高，因此在网络中传输的语音、图像信息都要经过数字化处理后传送。

PCM技术的典型应用是语音 数字化。语音信号需要在发送端通过PCM 编码器变换成数字化数据。接收方再通过PCM解码器还原成模拟信号。

PCM工作原理包括： 采样量化编码以一个具体的波形图来解释模拟信号数字化的过程。

采样隔一定的时间间隔，将模拟信号的电平幅度值取出来作为样本。

采样的频率很重要，一般 f>=2B或1/T>=2fMAX B为通信信道带宽，T为采样周期，fMAX为信道允许通过的信号最高频率。

量化将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。量化后的样本幅度为离散的量级值，已不是连续值。

编码用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。量化级K与二进制位数的关系是如果有K个量化级，则二进制的位数为Log2K。

PCM用于数字化语音系统， 将声音分为128个量化级。采用 7位二进制编码表示。

3.1.3 数据通信类型 模拟数据，模拟信号，模拟传输。例子：收音机数字数据，数字信号，数字传输。例子：家庭上网数据成功传输的因素：信号的质量和传输媒体的性能。

3.1.4 数据传输方式 串行通信：数据流依时间顺序，一比特接一比特的在信道上传输。存在同步问题。收发双方只需要一条传输信道，易于实现，是目前广为使用的一种传输方式。

并行通信：数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。并行通信：数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。例如将构成一个字符的几个二进制比特分别通过几个并行的信道进行传输。收发双方不存在同步问题。

按照信号传送方向与时间的 关系，信道可以分为3种：单工半双工双工

单工通信：数据信号仅沿一个方向传输。例如无线广播和电视广播。单工通信：数据信号仅沿一个方向传输。例如无线广播和电视广播。半双工通信：信号可沿两个方向传送，但同一时刻只允许单方向传送。例如警察的对讲机。

全双工通信：信号可以同时沿两个方向传送。 例如电话机通信。

同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元起止时刻和速率来接收数据。同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元起止时刻和速率来接收数据。异步通信：每传送一个字符都要求在字符码前面加一个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码和校验码后面加一个停止位，表示字符结束。适用于低速终端设备。

同步通信：在发送字符之前先发送一组同步字符，使收发双方进入同步。同步通信：在发送字符之前先发送一组同步字符，使收发双方进入同步。适用于高速传输数据的系统。

3.1.5 数据交换方式 电路交换报文交换存储交换数据报存储转发虚电路

电路交换：为一对需要进行通信的装置之间提供一条临时的专用通道，即可是物理通道又可是逻辑通道。电路交换：为一对需要进行通信的装置之间提供一条临时的专用通道，即可是物理通道又可是逻辑通道。例如：公用电话网三个阶段：电路建立、数据传输、电路拆除。

电路交换 • 在通信双方建立电路 • 在建好的电路上依次传输报文 • 拆除电路

A 2 B 1 3 6 5 4

电路建立 通过源站点请求完成交换网中相应节点的连接过程，这个过程建立起一条由源站到目的站的传输通道。

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