数据通信基础知识

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1、9/29/20239/29/2023数据通信的基础知识数据通信的基础知识本章内容信道信道 传输介质传输介质数据编码数据编码多路复用技术多路复用技术数据交换技术数据交换技术差错控制及检错差错控制及检错19/29/20239/29/20231.1 基本概念基本概念数据及计算机通信术语数据及计算机通信术语数据（数据（Data）：传递（携带）信息的实体。传递（携带）信息的实体。信息（信息（Information）：是数据的内容或解释。是数据的内容或解释。信号（信号（Signal）：数据的物理量编码数据的物理量编码（通常为电编码）（通常为电编码），数据以信号的，数据以信号的形式在介质中传播。形式在介质中

2、传播。模拟信号模拟信号、数字信号数字信号基带基带（Base band）、宽带（、宽带（Broad band）基带传输是指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或数据通信终端产生的0或1数字脉冲信号。大多数局域网(LAN)使用的都是基带传输。直接使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占用整个频带。频带越宽，传输线路的电容电感等对传输信号波形衰减的影响越大。基带传输的距离一般不超过2km，超过时需通过称为中继器的设备对信号进行放大，以延长传输距离。宽带传输是指传输介质在信息传输时能够支持较宽的频带，一般在300MHz400MHz左右。系统设计时将此频带分割成若干个子频带，通过使用多路复用方法，在一个信

3、道中可以同时传播声音、图像和数据多种信息，使系统具有多种用途。29/29/20239/29/2023数据、信息 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。39/29/20239/29/2023数据通信的基本概念雪六角形凉白色信息数据信号例子 49/29/20239/29/2023数据通信的基本概念信息：人对雪花和马的认识数据：文字，二进制数，十进制数信号：电压，光，磁场强度59/29/20239/29/2023信道信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）。：传送信息的线路（或通路）。比特（比特（bit）：即

4、一个二进制位。比特率为每秒传：即一个二进制位。比特率为每秒传输的比特数（即输的比特数（即数据数据传送速率）。传送速率）。码元（码元（Code cell）：时间轴上的一个信号编码：时间轴上的一个信号编码单元。单元。69/29/20239/29/2023同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元从何时开始同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元从何时开始 同步脉冲也可位于码元的中部同步脉冲也可位于码元的中部 一个码元也可有多个同步脉冲相对应一个码元也可有多个同步脉冲相对应t码元码元1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号同步脉冲同步脉冲t79/29/20239/29/2023波特（波特（Bau

5、d）：码元传输的速率单位。波特率码元传输的速率单位。波特率为每秒传送的码元数（即信号传送速率）。为每秒传送的码元数（即信号传送速率）。比特率、波特率和信号编码级数的关系如下：比特率、波特率和信号编码级数的关系如下：Rbit=Rbaud log2M 上式中：上式中：M-信号的编码级数，信号的编码级数，Rbit-比特率比特率，Rbaud-波特率波特率一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。话说，一个码元中可以传送多个比特。例如：当

6、波特率为例如：当波特率为9600时时若M=2，数据传输率为9600b/s若M=16，数据传输率为38.4kb/s89/29/20239/29/2023误码率误码率：信道传输可靠性指标，是一个概率值。：信道传输可靠性指标，是一个概率值。传输中的误码传输中的误码/所传输的总码数所传输的总码数信息编码信息编码：将信息用二进制数表示的方法。将信息用二进制数表示的方法。例如：例如：ASCII编码、编码、BCD编码等编码等数据编码数据编码：将数据用物理量表示的方法。：将数据用物理量表示的方法。例如：字符例如：字符A的的ASCII编码为编码为01000001，其数据编码可能，其数据编码可能为为0100000

7、1t99/29/20239/29/2023带宽（带宽（Band width，BW）信道传输能力的度量。信道传输能力的度量。在传统的通信工程中：BW fmax fmin 单位：赫兹（Hz）100 300 500 700 900频率带宽带宽=900-100=800=900-100=800109/29/20239/29/2023在计算机网络中，一般用每秒允许传输的二进制位数作为带宽的计量单位。主要单位：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。例如：传统以太网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽为10Mb/s。在理解带宽这个概念之前，我们首先来看一个公式：带宽=时钟频率x总线位数/8，从公式中我们可以

8、看到，带宽和时钟频率、总线位数是有着非常密切的关系的。其实在一个计算机系统中，不仅显示器、内存有带宽的概念，在一块板卡上，带宽的概念就更多了，完全可以说是带宽无处不在。那到底什么是带宽呢？带宽的意义又是什么？简单的说，带宽就是传输速率，是指每秒钟传输的最大字节数（MB/S），即每秒处理多少兆字节，高带宽则意味着系统的高处理能力。为了更形象地理解带宽、位宽、时钟频率的关系，我们举个比较形象的例子，工人加工零件，如果一个人干，在大家单个加工速度相同的情况下，肯定不如两个人干的多，带宽就象是加工零件的总数量，位宽仿佛工人数量，时钟工作频率相当于加工单个零件的速度，位宽越宽，时钟频率越高则总线带宽越大

9、,其好处也是显而易见的。119/29/20239/29/2023时延（时延（Delay）：信息从网络的一端传送到另一端所需的信息从网络的一端传送到另一端所需的时间。时间。时延时延=处理时延处理时延+排队时延排队时延+发送时延发送时延+传播时延传播时延处理时延处理时延=对数据进行处理和错误校验所需的时间排队时延排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间发送时延发送时延=数据位数/信道带宽传播时延传播时延=d/s d:距离，s:介质中信号传播速度(0.7c)129/29/20239/29/2023q延迟延迟q在每个步跳中产生的在每个步跳中产生的延迟可分为延迟可分为四四种种q处理时延处理时延:q校验

10、错误校验错误q确定输出链路确定输出链路q排队时延排队时延:q在输出链路中等待被发送在输出链路中等待被发送 q取决于路由器的拥塞程度取决于路由器的拥塞程度ABpropagationtransmissionnodalprocessingqueueing139/29/20239/29/2023发送时延发送时延:qR=链路带宽链路带宽(b/s)qL=分组长度分组长度(bits)q将分组位流发送到链路将分组位流发送到链路上的时间上的时间=L/R传播时延传播时延:qd=物理链路的长度物理链路的长度qs=介质中的信号传播速度介质中的信号传播速度(2x108 m/s)q传播延迟传播延迟=d/s注意注意:s 和

11、和 R 是完全不同是完全不同的两个概念的两个概念!ABpropagationtransmissionnodalprocessingqueueing149/29/20239/29/2023时延带宽乘积：时延带宽乘积：某一信道所能容纳的比特数。时延带宽乘积=带宽传播时延例如，某信道的时延带宽乘积为100万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。信道信道带宽带宽传播时延传播时延管道体积管道体积=时延带宽乘积时延带宽乘积159/29/20239/29/2023往返时延（往返时延（Round-Trip Time，RTT）：从发送端发送数据开始，到发送端收到接收端的确认所经历的时间

12、RTT2传播时延传输可靠性传输可靠性两个含义：数据能正确送达数据能有序送达（当采用分组交换时）169/29/20239/29/20231.数据通信的一般概念数据通信的一般概念通信的三个要素：通信的三个要素：信源信源、信宿信宿和和信道信道噪声噪声信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目的系统目的系统任何信道都不是完美无缺的，因此会对传输的信任何信道都不是完美无缺的，因此会对传输的信号产生干扰，称为号产生干扰，称为“噪声噪声”。外界：闪电、串扰、电气设备外界：闪电、串扰、电气设备内部：介质特性（衰减、延迟与频率有关）内部：介质特性（衰减、延迟与频率有关）179/29/2023

13、9/29/2023信息通过数据通信系统的传输过程信息通过数据通信系统的传输过程把携带把携带信息信息的的数据数据用物理用物理信号信号形式通过信道传送到目的地形式通过信道传送到目的地信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输编码编码：数据：数据适合传输的数字信号适合传输的数字信号便于同步、识别、纠错便于同步、识别、纠错调制调制：数字信号：数字信号适合传输的形式适合传输的形式按频率、幅度、相位按频率、幅度、相位解调解调：接收波形：接收波形数字信号数字信号解码解码：数字信号：数字信号原始数据原始数据信息信息数据数据信号信号在信道上传输在信道上传输信号信号数据数

14、据信息信息数据编码数据编码调制调制解调解调数据解码数据解码01000001A01000001A信道信道189/29/20239/29/20232.数据通信系统的构成数据通信系统的构成数据传输系统数据传输系统传输线路传输线路有线介质、无线介质有线介质、无线介质传输设备传输设备调制解调器、中继器、多路复用器、交换机等调制解调器、中继器、多路复用器、交换机等调制解调器等网络接入设备也称为调制解调器等网络接入设备也称为DCE（Data Circuit Equipment）数据处理系统数据处理系统：计算机、终端等：计算机、终端等又分为：又分为：源系统（信源发送器）：发出数据的计算机源系统（信源发送器）：

15、发出数据的计算机目的系统（信宿接收器）：接收数据的计算机目的系统（信宿接收器）：接收数据的计算机计算机、终端等设备也称为计算机、终端等设备也称为DTE（Data Terminal Equipment）DCEDTEDTEDCE199/29/20239/29/2023数据通信基本过程数据通信基本过程5个阶段个阶段包含两项内容：包含两项内容：数据传输数据传输和和通信控制通信控制 过程过程 与打电话比较与打电话比较建立物理连接建立物理连接 拨号，拨通对方拨号，拨通对方 建立逻辑连接建立逻辑连接 互相确认身份互相确认身份数据传输数据传输 互相通话互相通话断开逻辑连接断开逻辑连接 互相确认要结束通话互相确

16、认要结束通话断开物理连接断开物理连接 双方挂机双方挂机*注意，并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段。209/29/20239/29/20231.2 信道及其主要特征信道及其主要特征1.数字信道和模拟信道数字信道和模拟信道数字信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。传输数据的信道。计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网局域网模拟信道模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据：以连续模拟信号形式传输数据的信道。的信道。CATV、无线电广播无线电广播、电话拨号线路电话拨号线路2

17、19/29/20239/29/2023模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号模拟信号模拟信号时间上连续，包含无穷多个信号值时间上连续，包含无穷多个信号值数字信号数字信号时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号二值信号ta）模拟信号tb）数字信号229/29/20239/29/2023周期信号和非周期信号周期信号和非周期信号周期信号周期信号信号由不断重复的固定模式组成信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）（如正弦波）非周期信号非周期信号信号没有固定的模式和波形循环信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）（如语音的音波信号）。tT

18、TTtTTT周周期期信信号号非非周周期期信信号号tt239/29/20239/29/2023数字通信与模拟通信数字通信与模拟通信数字通信数字通信在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输模拟通信模拟通信在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输数字通信的优点数字通信的优点抗噪声（干扰）能力强抗噪声（干扰）能力强可以控制差错，提高了传输质量可以控制差错，提高了传输质量便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理易于加密、保密性强易于加密、保密性强可以传输语音、数据、影像，通用、灵活可以传输语音、数据、影像，通用、灵活计算机通

19、信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。如通过电话线拨号上网。249/29/20239/29/20232.信道的最大数据传输率信道的最大数据传输率Nyquist公式公式：用于无噪声理想低通信道用于无噪声理想低通信道Nyquist公式为公式为估算已知带宽信道的最高数估算已知带宽信道的最高数据传输速率据传输速率提供了依据。提供了依据。例如，话音级线路的带例如，话音级线路的带 宽约为宽约为3.1kHz，根据上根据上 式计算的信道最大数据式计算的信道最大数据 传输率如右表所示传输率如右表所示C=2W log2 MC =数据传输率，单

20、位数据传输率，单位b/s W=带宽，单位带宽，单位HzM=信号编码级数信号编码级数M 最大数据率最大数据率26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/s259/29/20239/29/2023非理想信道非理想信道实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。损耗损耗引起信号强度减弱，导致信噪比信噪比S/N降低降低。延迟延迟会使接收端的信号产生畸变信号产生畸变。噪声噪声会破坏信号，产生误码破坏信号，产生误码。例如：数据传输速率为56kb/s时，持续时间0.01s的干扰会破坏约560个比特。269/29/20239/29/2023

21、Shannon公式公式：用于有噪声干扰信道用于有噪声干扰信道例：信道带宽例：信道带宽W=3.1kHz，S/N=2000，则则 C=3100log2（1+2000）34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s。信噪比的单位也可用分贝(dB)表示：S/NdB=10log10 S/N所以，若S/NdB=30dB，则S/N=1000。C=W log2（1+S/N）C:传输率，单位传输率，单位b/sW:带宽，单位带宽，单位HzS/N:信噪比信噪比279/29/20239/29/2023Nyquist公式和公式和Shannon公式的比较公式的比较C=2W

22、log2M用于理想信道（这样的信道存在吗？）用于理想信道（这样的信道存在吗？）数据传输率随信号编码级数增加而增加。数据传输率随信号编码级数增加而增加。C=W log2（1+S/N）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）！）无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。289/29/20239/29/20233.通信网络中站点的连接方式通信网络中站点的连接方

23、式点-点连接主站交换连接集线式连接次站次站次站中心站集中器交换机多点连接299/29/20239/29/20234.串行通信与并行通信串行通信与并行通信串行通信串行通信指数据流一位一位地传送，从发送端到接收端只要一根传指数据流一位一位地传送，从发送端到接收端只要一根传输线即可，易于实现。输线即可，易于实现。并行通信并行通信是一次同时传送一个字节（字符）是一次同时传送一个字节（字符）,即即8个码元。并行传送个码元。并行传送传输速率高，但传输设备要增加传输速率高，但传输设备要增加7倍，一般用于近距离范围要求快速倍，一般用于近距离范围要求快速传送的地方传送的地方.如计算机与输出设备打印机如计算机与输

24、出设备打印机 的通信一般是采用并行传送。的通信一般是采用并行传送。串行传送虽然速率低，但节省设备，是目前主要采用的一种传串行传送虽然速率低，但节省设备，是目前主要采用的一种传 输方输方式，特别是在远程通信中一般采用串行通信方式。式，特别是在远程通信中一般采用串行通信方式。309/29/20239/29/20235.数据传输方式数据传输方式单单/双工通信双工通信单单/双向传输双向传输单工单工：数据单向传输：数据单向传输（例：无线电广播）（例：无线电广播）半双工半双工：数据可以双向交替传输，但不能在同：数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输一时刻双向传输（例：对讲机）（例：对讲机）全双工全

25、双工：数据可以双向同时传输：数据可以双向同时传输（例：电话）（例：电话）需要具有两条物理上独立的传输线路；需要具有两条物理上独立的传输线路；或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不同方向的信号传输。于不同方向的信号传输。319/29/20239/29/2023发送器发送器接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器单工方式：单工方式：半双工方式：半双工方式：全双工方式：全双工方式：A站站B站站可同时不可同时329/29/20239/29/2023基带基带/频带频带/宽带传

26、输宽带传输基带传输基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。直接在信道上传送。例如：以太网（局域网）例如：以太网（局域网）频带传输频带传输：数字信号调制成音频：数字信号调制成音频(:20Hz-20KHz)模拟信号后再传送，接收方需要解调。模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：通过电话网络传输数据例如：通过电话网络传输数据宽带传输宽带传输：把信号调制成频带为几十：把信号调制成频带为几十MHZ到几到几百百MHZ的模拟信号后再传送，接收方需要解调。的模拟信号后再传送，接收方需要解调。例如：闭路电视的信号传输例如：闭路电视的信号传输339/29/202

27、39/29/2023DNS写入脉冲读出脉冲缓冲存储器数字交换网络数字网示意图从输入数字码流中提取本局时钟在通信信号的传输过程中，在通信信号的传输过程中，同步是十分重要的，如果同步是十分重要的，如果不能同步，就会在数字交不能同步，就会在数字交换机的缓存器中产生信息换机的缓存器中产生信息比特的溢出和取空，导致比特的溢出和取空，导致数字流的滑动损伤，造成数字流的滑动损伤，造成数据出错。数据出错。349/29/20239/29/2023数据同步方式数据同步方式目的是使接收端与发送端在时间基准上一致：目的是使接收端与发送端在时间基准上一致：同步脉冲频率同步脉冲频率数据从什么时候开始，什么时候结束数据从什

28、么时候开始，什么时候结束位边界位边界数据块边界数据块边界数据通信中需要在三个层次上实现同步：数据通信中需要在三个层次上实现同步：位位位同步位同步字符字符字符同步字符同步帧帧(Frame)帧同步帧同步359/29/20239/29/2023位同步位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，发送端保持同步，2种同步方法：种同步方法：外同步外同步发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步自同步通过特殊编码（如曼彻斯特

29、编码），使数据编码信号通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。己的时钟脉冲频率。369/29/20239/29/2023在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示0。还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示0或1，有跳变为0，无跳变为1。379/29/20239/29/2023字符同步字符同步：找到正确的字符边界。：找到正确的字符边界。常用的为

30、起止式（异步式）。在这种方式中，每个字常用的为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字符的传输需要：符的传输需要：1个起始位、个起始位、58个数据位、个数据位、1、1.5或或2个停止位个停止位采用这种同步方式的通信也称采用这种同步方式的通信也称“异步通信异步通信”。起止式的优缺点：起止式的优缺点：频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步；频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新获得同步；每两个字符之间的间隔时间不固定；每两个字符之间的间隔时间不固定；增加了辅助位，所以传输效率低；增加了辅助位，所以传输效率低；例如，采用例如，采用1个起始位、个起始位、8个数据位、个数据位、2个停止位时

31、，其传输效个停止位时，其传输效率为率为8/1173起始位起始位数据位数据位停止位停止位字符间隔不固定字符间隔不固定1个字符时间个字符时间逻辑逻辑“0”逻辑逻辑“1”389/29/20239/29/2023帧同步帧同步：识别一个帧的起始和结束：识别一个帧的起始和结束。帧（帧（Frame）：数据链路中的传输单位数据链路中的传输单位包含数据和包含数据和控制信息的数据块控制信息的数据块面向字符面向字符的的以同步字符（以同步字符（SYN，16H）来标识一个来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧帧的开始，适用于数据为字符类型的帧面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH，即，即01111

32、110）来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧帧帧起始起始控制信息控制信息数据数据帧帧结束结束校验和校验和0 n bit8bit8bit8-32m7EH7EH399/29/20239/29/20231.3 传输介质传输介质l磁介质磁介质高带宽、低费用、高带宽、低费用、高延时（小时）高延时（小时）在通信在通信中很少使用中很少使用 l金属导体金属导体双绞线、双绞线、同轴电缆同轴电缆(粗、细粗、细)l光纤光纤l无线介质无线介质无线电、微波、卫星、红外线无线电、微波、卫星、红外线409/29/20239/29/2023双绞线双绞线（Twist Pair，T

33、P）-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线-每根每根4对、对、25对、对、1800对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点：成本低成本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短应用领域：电话网络、计算机局域网应用领域：电话网络、计算机局域网内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套419/29/20239/29/2023双绞线（TwistedPair）双绞线减少相互间的干扰电缆常常包括多对双绞线

34、双绞线分为两类：屏蔽双绞线STP（ShieldedTwistedPair）非屏蔽双绞线UTP（UnshieldedTwistedPair）3类UTP：常用来传输话音5类UTP：可以100Mbps传输数据超5类UTP：支持的数据速率更高429/29/20239/29/2023物理层中的传输媒体(a)Category3UTP.(b)Category5UTP.双绞线439/29/20239/29/2023物理层中的传输媒体双绞线449/29/20239/29/2023平行线的噪声干扰平行线的噪声干扰459/29/20239/29/2023双绞线的噪声干扰双绞线的噪声干扰469/29/20239/29

35、/2023双绞线小结 一般在一根线内有多对，常在21800对之间；双绞线分为：UTP（非屏蔽双绞线）成本低，安装容易，易受外部 或附近双绞线的干挠；STP（屏蔽双绞线）：在线的外层加上金属包层来屏蔽 外界的干挠，成本高，安装难度大；根据1995年的电子工业协会EIA公布的标准EIA-586-A，其中100的3类UTP和5类UTP，STP是150，其中CAT3和CAT5的区别在于旋绞次数，CAT5一般是34次/英寸，而CAT3则是34次/英尺；479/29/20239/29/2023489/29/20239/29/2023UTP的主要性能参数和用途499/29/20239/29/2023EIA/

36、TIA 568B EIA/TIA 568B 的标准双绞线的标准双绞线脚位12345678颜色白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕10BaseT/100 BaseT 脚位菜单脚脚 位位功功 能能简简 称称1传输数据正极（Transmit Data+）TX+2传输数据负极（Transmit Data-）TX-3接收数据正极（Receive Data+）RX+4未使用5未使用6接收数据负极（Receive Data-）RX-7未使用8未使用509/29/20239/29/20239/29/2023双绞网线的正线反线制作方法及应用场合双绞网线的正线反线制作方法及应用场合 从性价比和可维护性出发，大多数局域网使用非

37、屏蔽双绞线(UTPUnshieldedTwistedPair)作为布线的传输介质来组网。网线由一定距离长的双绞线与网线由一定距离长的双绞线与RJ45头组成。头组成。双绞线双绞线RJ45头头519/29/20239/29/20239/29/2023双绞线做法有两种国际标准：双绞线做法有两种国际标准：EIA/TIA568A和EIA/TIA568B如图：双绞网线的正线反线制作方法及应用场合双绞网线的正线反线制作方法及应用场合 529/29/20239/29/20239/29/2023双绞网线的正线反线制作方法及应用场合双绞网线的正线反线制作方法及应用场合 T568A标标准和准和T568B标标准准线线

38、序序表表539/29/20239/29/20239/29/2023双绞网线的正线反线制作方法及应用场合双绞网线的正线反线制作方法及应用场合 双绞线的连接方法：双绞线的连接方法：直通线缆和交叉线缆。直通线缆直通线缆的水镜头两端都遵循568A或568B标准，双交线的每组线在两端是一一对应的，颜色相同的在两端水晶头的相应槽中保持一致。它主要用在交换机（或集线器）Uplink口连接交换机（或集线器）普通端口或交换机普通端口连接计算机网卡上。549/29/20239/29/20239/29/2023双绞网线的正线反线制作方法及应用场合双绞网线的正线反线制作方法及应用场合 交叉线缆交叉线缆的水晶头一端遵循

39、568A，而另一端则采用568B标准，即A水晶头的1、2对应B水晶头的3、6，而A水晶头的3、6对应B水晶头的1、2，它主要用在交换机（或集线器）普通端口连接到交换机（或集线器）普通端口或网卡连网卡上。559/29/20239/29/2023水晶头的八根针脚的定义（拿着水晶头，头部朝向自己，塑料弹片朝下，从右到左依次为1、2、3、4、5、6、7、8）569/29/20239/29/20239/29/2023双绞网线的正线反线制作方法及应用场合双绞网线的正线反线制作方法及应用场合 网线的制作：网线的制作：主要用到的工具RJ-45工具工具钳钳579/29/20239/29/20239/29/202

40、3双绞网线的正线反线制作方法及应用场合双绞网线的正线反线制作方法及应用场合 测线器的使用测线器的使用 网线测试仪网线测试仪在把水晶头的两端都做好后即可用网线测试仪进行测试，如果测试仪上8个指示灯都依次为绿色闪过，证明网线制作成功。如果出现任何一个灯为红灯或黄灯，都证明存在断路或者接触不良现象。注：注：直通线测试仪上的灯应该是依次顺序的亮。交叉双绞线那测试仪的一段的闪亮顺序应该是3、6、1、4、5、2、7、8。589/29/20239/29/2023光纤光纤（Optical Fiber）依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播优缺点：优缺点：传输带宽高：传

41、输带宽高：仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好、误码率低，保密性好抗干扰性能极好、误码率低，保密性好轻便轻便价格较高价格较高需要光电转换需要光电转换纤芯材料：纤芯材料：塑料塑料二氧化硅二氧化硅 （高纯玻璃）（高纯玻璃）599/29/20239/29/2023光纤（OpticalFiber）光纤传送电信号的过程单模光纤：直线，距离更长，数据速率更高多模光纤：折射609/29/20239/29/2023光纤 光纤是宽带网络中多种传输媒介中最理想的一种，它的特点是传输容量大，传输质量好，损耗小，中继距离长等

42、。而光纤通信系统的构成如图所示：619/29/20239/29/2023光纤的组网范例629/29/20239/29/2023光纤物理特性 物理成份：5100um芯，超纯 SiO2，成本高，生产工艺难度大，传输距离远；多塑纤维，成本低，但传输距离短 构成：根据光纤的波长分为多模和单多模光纤；多模是光线沿着光纤以多种角度不断被包层反射而向前传播，多模指反射角的多样性；其波长为0.85um，单模是指光纤的芯缩小到与波长相当，此时相当于光沿直线在光纤的轴芯上传播。单模光纤由于减少了反射过程中光能量被包层材料吸收，故损耗小，能传输的更远；但由于要把光纤的芯拉的更细；1.3um，所以工艺难度大，成本高。

43、（光纤芯直径是单模8.3um，多模是50um和 62.5um两种）速度：2.4G，5G，10G在推广，20G正在研制，无中继达20Km以上；影响光纤的因素：衰减和色散639/29/20239/29/2023传输原理 用10141015HZ的光，利用光的折射和全反射原理;折射率作为衡量它的一个标准。其定义为：cos(a)/cos(b)649/29/20239/29/2023利用不同的介质密度的差异，引起全反射659/29/20239/29/2023传输过程 电信号驱动器光源光纤信号（光纤）光检波器放大器电信号 发送端：发光二极管LED，可见光，多模；注入型激光二极管ILD，激励性电效应，单模，昂

44、贵，有稳态和激发态 接收端：光检测 PIN检测器，PN结中加纯硅，价格低，灵敏度低 APP检测器，雪崩光电二极管，灵敏度高 光调制：ASK调制，复用技术（WDM，DWDM）光纤传输的优点：轻便、低衰减和大容量669/29/20239/29/2023传输模式传输模式ModeSinglemodeStep-indexMultimodeGraded-index679/29/20239/29/2023传输模式传输模式-多模突变多模突变Multimode step-index fiber689/29/20239/29/2023传输模式传输模式-多模渐变多模渐变Multimode graded-index

45、fiber699/29/20239/29/2023传输模式传输模式-单模单模Single-mode fiber709/29/20239/29/2023同轴电缆同轴电缆（Coaxial Cable）计算机网络中使用基带同轴电缆计算机网络中使用基带同轴电缆阻抗50，有粗同轴和细同轴两种应用：总线局域网（以太网）应用：总线局域网（以太网）性能：性能：10Mb/s，500米米/185米米铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套719/29/20239/29/2023无线介质无线介质（信号在大气或外层空间自由传播）信号在大气或外层空间自由传播）使用电磁波或光波携带信息使用电磁波或光波携带

46、信息优缺点：优缺点：无需物理连接适用于长距离或不便布线的场合易受干扰反射，为障碍物所阻隔主要类型主要类型：无线电、地面微波通信卫星红外线729/29/20239/29/2023无线电无线电基站与终端之间通信采用无线链路应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端739/29/20239/29/2023地面微波地面微波通过地面站之间接力传送通过地面站之间接力传送接力站之间距离：接力站之间距离：50-100 km速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地球地球地球地球地面站之间的直视线路地面站之间的直视线路 微

47、波传送塔微波传送塔749/29/20239/29/2023地球同步卫星地球同步卫星与地面站相对固定位置使用3颗卫星即可覆盖全球传输延迟时间长（270ms）广播式传输应用领域：电视传输长途电话专用网络广域网35,784公里公里地球地球759/29/20239/29/2023常用传输常用传输介质介质的比较的比较（p46表表2.1）传输介质传输介质传输方式传输方式速率速率/工作频带工作频带传输距离传输距离性能性能价格价格应用应用双绞线双绞线宽带宽带基带基带1Gb/s模拟模拟:10km数字数字:500m较好较好低低模拟模拟/数字数字信号传输信号传输50同轴电缆同轴电缆基带基带10Mb/s3km较好较好

48、较低较低基带数字信基带数字信号号75同轴电缆同轴电缆宽带宽带450MHz100km较好较好较低较低模拟电视、模拟电视、数据及音频数据及音频光纤光纤基带基带40Gb/s20km以上以上很好很好较高较高远距离高速远距离高速数据传输数据传输微波微波宽带宽带4-6GHz几百几百km好好中等中等远程通信远程通信卫星卫星宽带宽带1-10GHz18000km很好很好高高远程通信远程通信769/29/20239/29/20231.4 数据编码数据编码不同类型的信号在不同类型的信道上传输不同类型的信号在不同类型的信道上传输有有4种情况：种情况：数据数据：模拟数据：模拟数据 数字数据数字数据信号信号：模拟信号：模

49、拟信号 数字信号数字信号 信道信道：模拟信道：模拟信道 数字信道数字信道779/29/20239/29/2023模拟传输和数字传输所使用的技术模拟传输和数字传输所使用的技术话音话音移频移频,调制调制模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟PCM编码编码数字数字数字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制调制789/29/20239/29/2023编码与调制的区别编码与调制的区别编码编码：用数字信号承载数字或模拟数据：用数字信号承载数字或模拟数据调制调制

50、：用模拟信号承载数字或模拟数据：用模拟信号承载数字或模拟数据EncoderDecoder数字或数字或模拟数据模拟数据数字信号数字信号数字信号数字信号x(t)g(t)数字或数字或模拟数据模拟数据编码与解码编码与解码数字信道数字信道数字信道数字信道发送方发送方接收方接收方g(t)编码编码解码解码799/29/20239/29/2023调制与解调调制与解调数字或数字或模拟数据模拟数据ModulatorDemodulator数字或数字或模拟数据模拟数据模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号g(t)s(t)g(t)载波模拟信道模拟信道模拟信道模拟信道发送方发送方接收方接收方调制调制解调制解调制809/29/2

51、0239/29/20231.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码使数字数据能在数字信道上传输使数字数据能在数字信道上传输把数字数据转换成某种数字脉冲信号把数字数据转换成某种数字脉冲信号常见的有两类：常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码不归零码和曼彻斯特编码不归零码（不归零码（NRZ，Non-Return to Zero）二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示；分别用两种电平来表示；常用常用5V表示表示1，5V表示表示0；缺点：缺点：存在直流分量，传输中不能有变压器或电容存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。不具备自同步机制，传输时必须使

52、用外同步。819/29/20239/29/2023曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester Coding）用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。规定在规定在每个码元的中间发生跳变每个码元的中间发生跳变：高高低的跳变代表低的跳变代表0，低，低高的跳变代表高的跳变代表1每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种化提取出来作为同步信号。这种编码也称为自编码也称为自同步码（同步码（Self-Synchronizing Code）。）。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率据速率的

53、的2倍）。倍）。差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Differential）每个码元的中间每个码元的中间仍要发生跳变。仍要发生跳变。用用码元开始处码元开始处有无跳变来表示有无跳变来表示0和和1，有跳变代，有跳变代表表0，无跳变代表，无跳变代表1。829/29/20239/29/2023三种数字编码的波形图三种数字编码的波形图0 01 10 00 01 11 10 00 00 01 11 1 时钟时钟时钟时钟NRZNRZManchesterManchester差分差分差分差分ManchesterManchester839/29/20239/29/20232.数字数据的调制数字数据的调制使数字数

54、据能在模拟信道上传输使数字数据能在模拟信道上传输三种常用的调制技术三种常用的调制技术：幅移键控ASK（AmplitudeShiftKeying）频移键控FSK（FrequencyShiftKeying）相移键控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波信号载波信号 S(t)=Acos(t+)S(t)的参量包括：的参量包括：幅度幅度A、频率频率 、初相位初相位 调制就是要调制就是要使使A、或或 随数字基带信号的变化而变化随数字基带信号的变化而变化849/29/20239/29/2023ASK：用载波的两个不同

55、振幅表示用载波的两个不同振幅表示0和和1FSK：用载波的两个不同频率表示用载波的两个不同频率表示0和和1PSK：用载波的起始相位的变化表示用载波的起始相位的变化表示0和和10 00 01 11 10 01 10 00 00 01 10 0ASKASKFSKFSKPSKPSK859/29/20239/29/20233.模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码使模拟数据能在数字信道上传输使模拟数据能在数字信道上传输采样定理：采样定理：如果模拟信号的最高频率为如果模拟信号的最高频率为F，若以若以2F的采样频率对的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢其采样，则从采样得到的离散信

56、号序列就能完整地恢复出原始信号。复出原始信号。要转换的模拟数据主要是电话语音信号要转换的模拟数据主要是电话语音信号模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。三个步骤：数字信号。三个步骤：采样采样：按一定间隔对语音信号进行采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化量化：把每个样本舍入到最接近的量化级别上：把每个样本舍入到最接近的量化级别上编码编码：对每个舍入后的样本进行编码：对每个舍入后的样本进行编码编码后的信号称为编码后的信号称为PCM信号（脉码调制信号（脉码调制,Pulse Coded Modulation）。）。869/29/20239/29

57、/2023语音信号的数字化语音信号的数字化语音带宽语音带宽f2倍语音最大频率）倍语音最大频率）样本量化级数：样本量化级数：256级（级（8bit/每样本）每样本）数据率：数据率：8000次次/s*8bit=64kb/s每路每路PCM信号的速率信号的速率=64kb/s模拟模拟模拟模拟语音信号语音信号语音信号语音信号采样时钟采样时钟采样时钟采样时钟PCM PCM 信号信号信号信号采样电路采样电路量化和编码量化和编码 数字化数字化数字化数字化语音信号语音信号语音信号语音信号f4kHzf4kHzf fs s=8kHz=8kHz879/29/20239/29/2023PCM采样信号：基于nyquist理

58、论3.23.23.93.92.82.83.43.41.21.24.24.23 34 43 33 31 14 4011011100100011011011011001001100100 原始信号原始信号 PAMPAM脉冲（脉冲（采样采样）PCM PCM 脉冲（脉冲（量化量化）有量化差错有量化差错011100011011001100011100011011001100 PCM PCM 输出（输出（输出（输出（编码编码编码编码）889/29/20239/29/20231.5 1.5 多路复用技术多路复用技术多路复用技术就是将多路信号组合在一条物理 信道上进行传输，到接收端再用专门的设备将 各路信号分

59、离开来。这样使一条物理信道资源 被多路信号共享。多路复用技术包括:频分多路复用(FDM)时分多路复用(TDM)波分多路复用(WDM)码分多址(CDMA)899/29/20239/29/2023Multiplexing vs.No Multiplexing909/29/20239/29/2023多路复用技术多路复用技术频分多路复用频分多路复用(FDM)时分多路复用时分多路复用(TDM)波分多路复用波分多路复用(WDM)码分多址码分多址(CDMA)919/29/20239/29/2023频分多路复用频分多路复用 (FDM)频分多路复用 FDM（FrequencyDivisionMultiplexi

60、ng）当传输介质的可用带宽超过各路给定信号所需带宽的总和时，可以把多个信号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现同时传送多路信号，这就是频分多路复用。929/29/20239/29/2023频分多路利用（FDM）图939/29/20239/29/2023频分多路复用频分多路复用(续续)949/29/20239/29/2023频分多路复用带宽分配例频分多路复用带宽分配例fA959/29/20239/29/2023FDM 多路复用过程例多路复用过程例FDM多适用于模拟信号传输多适用于模拟信号传输 969/29/20239/29/2023FDM解多路复用过程例解多路复用过程例979/29/20

61、239/29/2023FDM中的移频与叠加（频谱）989/29/20239/29/2023FDM 多路复用与解复用全过程例多路复用与解复用全过程例999/29/20239/29/2023多路复用技术多路复用技术频分多路复用(FDM)时分多路复用(TDM)波分多路复用(WDM)码分多址(CDMA)1009/29/20239/29/2023时分多路复用时分多路复用(TDM)时分多路复用TDM（TimeDivisionMultiplexing）：当传输介质所能达到的数据传输速率超过各路信号的数据传输速率的总和时，可以将物理信道按时间分成若干时间片轮换地分配给多路信号使用，每一路信号在自己的时间片内独

62、占信道传输，这就是时分多路复用。时分多路复用可分为同步TDM和异步TDM。1019/29/20239/29/2023时分多路利用1029/29/20239/29/2023时分多路复用时分多路复用 (续续)时分多路复用TDM多用来传输数字信号，但并不局限于传输数字信号，有时也可以用来分时传输模拟信号。另外，对于模拟信号，有时可把TDM和FDM结合起来一起使用，比如第二代移动电话的GSM标准中，将一个传输系统的可用频带频分成许多子信道，每个子信道再利用时分多路复用来细分。1039/29/20239/29/2023时分多路复用时分多路复用 (续续)TDM多适用于数字信号传输多适用于数字信号传输104

63、9/29/20239/29/2023时分多路复用时分多路复用 (续续)1059/29/20239/29/2023统计统计(异步异步)TDM STDMTDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该 通道，将会造成带宽浪费。通道，将会造成带宽浪费。改进：改进：使用统计时分多路复用（使用统计时分多路复用（STDM），），用户不固用户不固 定占用某个通道，有空时间片就将数据放入。定占用某个通道，有空时间片就将数据放入。统计统计TDM各数据之前要附有该路地址，各数据之前要附有该路地址，以便接收方能分出各路信号以便接收方能分出各路信号1069/29/20

64、239/29/2023TDM和和STDM的比较的比较ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM带宽浪费带宽浪费A1B1C2B2周期周期1周期周期2可用带宽可用带宽统计统计TDM(数据之前附有该路地址数据之前附有该路地址)1079/29/20239/29/2023多路复用技术多路复用技术频分多路复用(FDM)时分多路复用(TDM)波分多路复用(WDM)码分多址(CDMA)1089/29/20239/29/2023波分多路复用波分多路复用(WDM)目前一根单模光纤的传输速率可达到2.5Gb/s，如能采用色散补偿技术解决光纤传输中的色

65、散问题(指光脉冲中由于不同频率分量传输速率不同导致信号失真产生误码的现象)，则一根单模光纤的传输速率可达到10Gb/s，这已是当前单个光载波信号传输的极限值。1099/29/20239/29/2023波分多路复用波分多路复用(续续)波分多路复用波分多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）是光的频分复用。不同的信源使用不同波长的光波来传输是光的频分复用。不同的信源使用不同波长的光波来传输数据，各路光波经过一个棱镜（或衍射光栅）合成一个光数据，各路光波经过一个棱镜（或衍射光栅）合成一个光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同的设备将各路光束在光纤干道上传输

66、，在接收端利用相同的设备将各路光波分开。这样复用后，可以使光纤的传输能力成几倍几十波分开。这样复用后，可以使光纤的传输能力成几倍几十倍的提高。倍的提高。1109/29/20239/29/2023多路复用技术多路复用技术频分多路复用(FDM)时分多路复用(TDM)波分多路复用(WDM)码分多址(CDMA)1119/29/20239/29/2023码分多址码分多址(CDMA)每个比特时间分成m个码片，每个站分配一个唯一的m比特码片序列。当某个站欲发送“1”时，它就在信道中发送它的码片序列，当欲发送“0”时，就发送它的码片序列的反码。满足条件：不同的码片序列之间是相互正交的。由于原始数字信号的频率被扩展，这种通信方式又叫做扩频通信。1129/29/20239/29/2023码片序列码片序列每个站被指派一个唯一的m 位码片序列。如发送比特1，则发送自己的m位码片序列如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码例如，S站的8位码片序列是00011011。发送比特1时，就发送序列00011011发送比特0时，就发送序列11100100为数学运算方便，将S站的码片序列表示成(111+1+11+1+1)