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《现代通信技术课件》第四章 数据通信.ppt

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第四章 数据通信,本章内容: 数据通信概述 数据链路传输控制规程 数据传输 数据交换技术 数据通信网,本章重点: 数据通信概念 数据传输技术 数据交换技术,数据通信概述,数据通信是依照一定的通信协议,利用数据传输技术在两个终端之间传递数据信息的一种通信方式和通信业务。它可实现计算机和计算机、计算机和终端以及终端与终端之间的数据信息传递。是继电报、电话业务之后的第三种最大的通信业务。,数据,是信息的实体,是把事件的属性规范后的表现形式,它能被描述,也可以被描述。数据可以分为模拟数据和数字数据。 声音、视频、图像、温度、整数,信号,信号是数据的电磁编码,信号中包含了所要传递的数据。信号一般以时间为自变量,以表示消息(或数据)的某个参量(振幅、频率或相位)为因变量。信号按其自变量时间的取值是否连续,可分为连续信号和离散信号;按其因变量的取值是否连续,又可分为模拟信号和数字信号,信号,傅立叶已经证明:任何信号(不管是模拟信号还是数字信号)都是由各种不同频率的谐波组成的,任何信号都有相应的带宽,而且任何信道在传输信号时都会对信号产生衰减。,信号,信号中的大部分能量都集中在一个相对较窄的频带范围之内,因此我们将信号大部分能量集中的那段频带称为有效带宽,简称带宽。任何信号都有带宽。一般来说,信号的带宽越大,利用这种信号传送数据的速率就越高,要求传输介质的带宽也越大。,声音信号,声音信号的频谱大致在20 Hz~2000 kHz的范围(低于20 Hz的信号为次声波,高于2000 KHz的信号为超声波 ),但用一个窄得多的带宽就能产生可接受话音的重现 。 话音信号的标准频谱为300 Hz~3400 Hz,其带宽为3 kHz。电视信号的频谱为0~4 MHz,因此其带宽为4 MHz。,问题,数据通信和语音通信有什么不同?,数据通信,数据通信不同于电报、电话通信,它所实现的主要是“(通过终端)-机(计算机)”通信与“机-机”通信,但也包括“人(通过智能终端)-人”通信。,数据通信的特点,1、实现的是计算机之间或者人与计算机之间的通信,需要定义严格的通信协议 数据传输的准确性和可靠性高 误码率要求比语音、电视系统小得多 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。,交换机连接,交换机级联,交换机级联就是交换机与交换机之间通过交换端口进行扩展,这样一方面解决了单一交换机端口数不足的问题,另一方面也解决离机房较远距离的客户端和网络设备的连接。建议最多部署三级交换机,那就是核心交换机-二级交换机-三级交换机。,交换机级联,三者区别,集线器的内部只有一根通信线路,所以带宽平分,交换机上连的PC在通信时会在通信的双方之间建立起一条虚拟的链路。不会被其他PC间的通信所影响,所以每个口都能独享带宽 。单从组建局域网来说,交换机的速度最快,其次是路由器,最后是HUB。而价格是路由器最贵,然后是交换机和HUB。,三者区别,集线器,它的作用可以简单的理解为将一些机器连接起来组成一个局域网。而交换机(又名交换式集线器)作用与集线器大体相同。但是两者在性能上有区别:集线器采用的式共享带宽的工作方式,而交换机是独享带宽。路由器与以上两者有明显区别,它的作用在于连接不同的网段并且找到网络中数据传输最合适的路径,讨论,某宿舍有一个八孔路由器,10个人要上网 ,怎么组网?需要哪些设备?,总线型的终端器,总线结构是指各工作站和服务器均挂在一条总线上,各工作站地位平等,没有中心节点控制,其传递方向是从发送信息的节点开始向两端扩散,各节点在接受信息时,均进行地址检查,相符则接受信息。在总线两端安装终端器,防止信号反射和噪声。,4.2 数据传输,1、并行传输和串行传输 2、异步传输和同步传输 3、基带传输和频带传输,1 并行传输和串行传输,并 行 传 输,00110111 00110101 00100010 00110011 采用串行传输: 00110111 00110101 00100010 00110011 采用并行传输 0 0 0 00 0 0 0 1 1 1 1 ········ 1 1 0 1,串 行 传 输,并行传输,并行传输 局域网 距离近,至少有8位数据同时传输。计算机内部的数据多是并行传输,计算机总线结构,串行传输,距离较远的情况,每次由源到目的传输的数据只有一位,如图(b)。成本因素,远距离通信一般采用串行传输技术,,串行通信,RS-232-C是美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)制定的一种串行物理接口标准 ,一般用于20m以内的通信。 RS-485总线,在要求通信距离为几十米到上千米时,广泛采用RS-485 串行总线,COM口,COM口即串行通讯端口。微机上的com口通常是9针,也有25针的接口 。一般主板外部只有一个COM口,机箱后面和并口一起的那个九孔输出端(梯形),就是COM1口,COM2口一般要从主板上插针引出。并口是最长的那个梯形口。,RS232接口—COM接口,COM口的接口标准规范和总线标准规范是RS-232,有时候也叫做RS-232口。,USB接口,USB(Universal Serial Bus)(通用串行总线)接口 USB逐步成为PC机的标准接口。USB接口,用一个4针插头作为标准插头两边长的是电源线,中间短的是数据线,常见的USB接口,公头 母头,公头就是凸出来的接头一方 母头就是凹进去准备被接的一方 相应的接口也叫公口和母口,并行接口,并行接口,简称并口,是采用并行通信协议的扩展接口。并口的数据传输率比串口快8倍,标准并口的数据传输率为1Mbps,以前常用来连接打印机、扫描仪等。现在打印机已经开始采用USB口。,串行和并行传输速度,并行数据传输是以计算机的字长,通常是8位、16位、32位为传输单位 。在相同频率下,并口传输的效率是串口的几倍。但随着传输频率的提高,并行传输线中信号线与信号线之间的串扰越加明显,所以这也制约了并行通讯传输频率的提高(达到100MHz已经是很难了)。而串行通信则不然,信号线只有一根(或两根),没有串扰(或不明显),所以传输频率可以进一步提高,足够可以将传输速度超过并行通讯。,单工、双工与半双工,串行数据通信的方向性结构有三种,即单工、半双工和全双工。 单工数据传输只支持数据在一个方向上传输,半双工数据传输允许数据在两个方向上传输(注:在某一时刻,只允许数据在一个方向上传输,它实际上是一种切换方向的单工通信),全双工数据通信允许数据同时在两个方向上传输,全双工通信是两个单工通信方式的结合,它要求发送设备和接收设备都有独立的接收和发送能力。,2.同步传输和异步传输,必须严格保证发送端和接收端动作同步! 异步传输 同步传输 内容包括:码元开始时间和出现频率,异步传输和同步传输,数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一位的开始时间和持续时间。满足上述要求的办法有两类:异步传输和同步传输。,同步与异步传输,同步传输,同步传输方式不是对每个字符单独进行同步,而是对一组字符组成的数据块进行同步。,曼彻斯特编码,异步传输,每个字节作为一个单元独立传输,字节之间的传输间隔任意。为了标志字节的开始和结尾,在每个字符的开始加一位起始位,结尾加1位或2位停止位,构成一个个的“字符”。这里的“字符”指异步传输的数据单元,不同于“字节”,一般略大于一个字节。,异步传输,同步传输和异步传输区别,1、异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。 2、异步传输对时序的要求较低,同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。 3、异步传输相对同步传输,效率较低。 4、异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会,而同步传输则是以数据中抽取同步信息。,3、基带传输和频带传输,基带信号由计算机或终端等数字设备直接发出的二进制数字信号形式称为方波,即“1”或“0”,人们把方 波固有的频带称为基带 ,方波电信号称为基带信号。计算机内部总线上传输的就是基带信号 。,基带传输,在数据通信中,计算机内部并行总线上的信号都是基带信号 ,基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号,例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号;基带传输是一种最基本的数据传输方式。,基带传输,举个简单的例字:在有线信道中,直接用电传打字机进行通信时传输的信号就是基带信号。而传送数据时,以原封不动 的形式,把基带信号送入线路,称为基带传输。基带传输不需要调制解调器,设备化费小,适合短距离的数据输,比如一个企业、工厂,就可以采用这种方式将大量 终端连接到主计算机。,频带传输,频带传输就是先将基带信号变换(调制)成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的信号(称为频带信号),再将这种频带信号在模拟信道中传输。计算机网络的远距离通信通常采用的是频带传输。 基带信号与频带信号的转换是由调制解调技术完成的。,为了利用廉价的公共电话交换网实现计算机之间的远程通信,必须将发送端的数字信号变换成能够在公共电话网上传输的音频信号,经传输后再在接收端将音频信号逆变换成对应的数字信号。,5.数字调制技术,如何在传输语音信号的信道上,传输数字信号? 采用调制技术! ASK、FSK、PSK、DPSK,4.3 数据链路传输控制规程,数据在链路的传输过程当中会有什么问题?遇到这些问题我们如何解决?,电路交换,电路交换的原理是:在数据传输时,源节点和目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用物理链路,此线路将一直保持到数据传输结束。若是这两个节点之间的通信量很大,则可同时建立多条连接。,电路交换,这种传输自然是相互的。数据经过节点时几乎没有延迟和阻塞,除非线路有意外或节点出现故障。数据传输完成后,由通信的某一方发出拆除电路请求,对方作出相应释放链路。 电路交换的有点在于数据传输可靠、迅速,且保持原有序列。但是,一旦通信双方占有一条通道后,即使不传送数据,其他用户也不能使用,造成资源浪费。 电路交换适于数据传输要求质量高,批量大的情况。典型的是电话通信网络。,1.电路交换的特点,面向连接:呼叫建立、信息传递和连接释放 在连接建立过程中,有一定的连接建立时延。 实现实时信息传送,传输时延小(呼叫建立时延)。 数字程控电话交换采用同步时分交换 通信信道独享,线路的利用率低。 采用串行传输方式,任何故障均可能引起中断。 信息“透明”传输(不存储、不分析、不处理),对信息传输不采用控制机制,可靠性不高(透明传输),存在着严重的呼损。 网络互连困难:不同速率、协议、代码的终端互通难。,报文交换,为解决电路交换占用通道的缺陷,报文交换产生。其原理是:数据以报文为单位传输,长度不限且可变。数据传送过程采用存储-转发的方式。发送方在发送一个报文时把目的地址附加在报文上,途径的节点根据报文上的地址信息,将报文转发到下一个节点,接力式的完成整个传送过程。,2.分组交换,分组交换,将数据信息分割成若干个数据段,加上分组头,以“存储---转发”的方式传送,到达收信端,再把数据段组合还原成原数据信息。,分组交换的技术特征,可靠性高:逐段链路差错和流量控制,传输路由可变。 通信环境灵活:实现不同速率,不同编码格式,不同同步方式,不同通信规程终端之间的通信。 动态分配系统资源:系统利用率高 费用低 网络功能复杂(X.25协议),信息传输时延大。,三种交换方式的比较(时延),其他数据交换技术,帧中继技术(Frame Relay) ATM技术 ATM信元 ATM虚电路,交错传输技术,4.5 数据通信网,中国公用分组交换数据网(CHINAPAC) 中国公用数字数据网(CHINADDN) 中国公用帧中继网(CHINAFRN) 互联网(Internet),通信班作业,一、填空题 1、从总体上来讲,通信系统包括五部分,分别是: 、 、 、 、 。 2、光纤通信是利用 材料传送信息的通信技术,利用了光的 原理。,3、 我国电话网目前采用的是 级网络结构,正朝着 网的技术发展。 4、模拟信号在经过抽样后,时间上是 信号,幅度上是 信号 5、模拟信号的量化方法有 和 两种,其中我国采取的A律13折线中:各段折线的斜率代表什么,6、编码是把抽样量化的量化值变换为一组 位的二进制码组,此信号称为 ,简称 信号。 7、在时分多路复用PCM30/32系统中,每一路时隙的时间为 ,每一帧的信息传输率为 bps。,,8、缩位拨号、热线服务等用户服务性能都是由 提供的。 9、计算机串行通信的接口有 和 两种。 10、基带传输转化为频带传输时,要经过 过程。,通信作业,二、简答题 1、简述网状网和星型网各自的优缺点。 3、简述时分多路复用。 4、简述PCM30/32系统的时隙分配和帧结 构。 5、简述缩位拨号、热线服务、闹钟服务的具体内容。,通信作业,三、问答题 1、为什么要采用非均匀量化?简述A律十三折线的含义。 2、说明数字复接、二次复接概念,以及复接和 复用的区别。 3、比较串行和并行通信速度区别。 4、已知八进制数字通信系统,一分钟传输了120000个码元,在收端半小时测得了200个误 码,试求系统的码元传输率、信息传输率、 误码率。,通信作业,四、思考题PCM30/32系统一帧中有30路语音信号,只有一个路时隙传输一路语音信号的信令,怎么实现30路语音信号的信令传输的?,,现在中国有三种3G的标准:分别为 WCDMA (欧洲3G标准 联通运营) 、CDMA2000 (美国3G标准 电信运营) 、TD-SCDMA (中国自主3G标准 移动运营)。,,3G理论速度: 移动3G上网-TD-SCDMA 3G 的下行理论峰值是2.8Mbps。 电信3G上网-CDMA200 EVDO理论峰值则是3.1Mbps。 联通3G上网-WCDMA理论峰值高达7.2Mbps。,,中国3G目前的情况是:中国移动实力最强,但是技术不成熟,属于边研发边发展边布属网络。中国联通实力较差,但技术最成熟、网速最快,但网络建设最慢。,,中国电信使用的是最老的标准,好处是中国电信收购了联通老的CDMA2.5业务,可以很容易的将现有网络升级到CDMA2000。中国电信可能是目前3G网络覆盖最广,更可能是最早覆盖全国的3G运营商。,,3G上网价格_套餐_计费方式: 基本上目前的计费方式大体如下:中国移动3G-按流量计算;中国电信天翼3G-按时间计算;中国联通3G-按类型和流量计算。,,中国移动3G上网资费分别为50元包月/500MB流量、100元包月/2GB流量、200元包月/5GB流量以及300元包月/10GB流量。每月超出的部分按0.01元/KB收取.,,中国电信3G上网资费分别是:160元包300小时本地上网和5小时国内漫游上网;200元包200小时上网时长(不区分本地和漫游);300元包360小时上网时长(不区分本地和漫游).,,中国联通3G套餐中的语音资费并不是指本地通话,而是指本地通话、漫游费、长途电话的统一价格。也就是说,无论在哪里用联通3G手机,均是一个价格。而且,联通实施全国统一定价,这首次打破了三大运营商此前的定价惯例。,,中国联通的WCDMA网络首期只覆盖了55个城市,根据中国联通的WCDMA建网规划,第二个阶段是到9月底前,将试商用扩大到284个城市,年底前,全国284个开通3G业务的城市将全部开始正式商用。,而中国电信截至7月底,中国电信2009年一期无线网工程基站建设任务已经提前完成。天翼3G网络CDMA2000已实现全国所有县级城市的全面覆盖。这意味着,中国电信已经在三大运营商中率先做好了3G全国覆盖的“基本功”。,,由于CDMA在向3G升级上的技术优势,因此中国电信占据了网络覆盖的先机。去年10月中国电信从中国联通手中接过CDMA网络至今,还不到一年时间。,,中国电信已在近400个城市开通CDMA2000网络,中国联通已在100个城市开通WCDMA网络,中国移动TD二期工程基本完成,已经在38个城市开通业务。,
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