1、第03章網絡介質與數據通信要點教學內容教學內容3.1 網絡傳輸介質網絡傳輸介質3.2 數據通信基礎數據通信基礎第3章 網絡介質與數據通信23.1 網絡傳輸介質網絡傳輸介質 為了使計算機能夠與其它計算機進行通信，傳送為了使計算機能夠與其它計算機進行通信，傳送已編碼的信息，它們之間必須建立物理連接，所有的已編碼的信息，它們之間必須建立物理連接，所有的連接材料都可以稱為網絡傳輸介質，它決定著網絡傳連接材料都可以稱為網絡傳輸介質，它決定著網絡傳輸的性能輸的性能( (可靠性、數據傳輸率可靠性、數據傳輸率) )。 網絡傳輸介質主要有兩類：網絡傳輸介質主要有兩類： 有線介質有線介質( (bounded me

2、dia) )：雙絞線、同軸電纜、：雙絞線、同軸電纜、光纖光纖 無線介質無線介質( (unbounded media) )：無線電波、微波、：無線電波、微波、通信衛星通信衛星第3章 網絡介質與數據通信3 雙絞線由兩條互相絕緣的銅線組成，這雙絞線由兩條互相絕緣的銅線組成，這兩條線像螺紋一樣扭絞在一起，兩條導線的兩條線像螺紋一樣扭絞在一起，兩條導線的信號相位相差信號相位相差180o，可以將外界的電磁干擾，可以將外界的電磁干擾相互抵消。相互抵消。一、雙絞線一、雙絞線3.1 網絡傳輸介質4一、雙絞線一、雙絞線3.1 網絡傳輸介質雙絞線結構示意圖 雙絞線通常被捆扎起來，并裹上保護層。雙絞線通常被捆扎起來，

3、并裹上保護層。 紐絞的螺旋數目越多，抗干擾能力越強。紐絞的螺旋數目越多，抗干擾能力越強。 廣泛用于廣泛用于 系統，也常用于計算機終端等低速設備連入系統，也常用于計算機終端等低速設備連入高速網絡。高速網絡。5雙絞線的類型雙絞線的類型 非屏蔽雙絞線：非屏蔽雙絞線：UTP, Unshielded Twisted Pair 屏蔽雙絞線：屏蔽雙絞線：STP, Shielded Twisted Pair一、雙絞線6非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線( (UTP) ) UTP只依賴于扭絞的線對產生的相互抵消效應只依賴于扭絞的線對產生的相互抵消效應來避免電磁和射頻干擾引起的信號惡化，扭絞數來避免電磁和射頻干擾引起的信號

4、惡化，扭絞數目遵循一定的規范。目遵循一定的規范。 優點：細小；容易安裝；便宜。優點：細小；容易安裝；便宜。 缺點：容易受電子噪聲和干擾的影響。缺點：容易受電子噪聲和干擾的影響。一、雙絞線7UTP一、雙絞線8UTP的分類的分類 3類：用于語音傳輸和最高傳輸速率類：用于語音傳輸和最高傳輸速率10Mbps的網絡，的網絡，目前已退出市場目前已退出市場。 4類：用于語音傳輸和最高傳輸速率類：用于語音傳輸和最高傳輸速率15Mbps的網絡，的網絡，目前應用很少目前應用很少。 5類：增加了繞線密度，外套一種高質量的絕緣材料，用類：增加了繞線密度，外套一種高質量的絕緣材料，用于語音傳輸和最高傳輸速率為于語音傳輸

5、和最高傳輸速率為100Mbps的網絡。是目前網絡的網絡。是目前網絡布線的主流。布線的主流。 超超5類：類：與普通與普通5類類UTP比較，它的近端串擾、衰減比較，它的近端串擾、衰減和結構回波等主要性能更佳，目前廣泛應用于和結構回波等主要性能更佳，目前廣泛應用于100Mbps的網絡。的網絡。一、雙絞線9屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線( (STP) ) 以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，能夠抵抗所有類型以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，能夠抵抗所有類型的外部干擾。但價格昂貴，且需要配有支持屏蔽功能的外部干擾。但價格昂貴，且需要配有支持屏蔽功能的特殊連接器和相應的安裝技術，主要用于的特殊連接器和相應的安裝技術，主要用于IB

6、M網絡產網絡產品。品。一、雙絞線10二、同軸電纜二、同軸電纜 無中繼，傳輸距離比雙絞線遠，但安裝麻煩且成本高。無中繼，傳輸距離比雙絞線遠，但安裝麻煩且成本高。 分為基帶和寬帶兩種，前者可用于局域網分為基帶和寬帶兩種，前者可用于局域網( (目前已不目前已不用用) )，后者用于有線電視的模擬信號傳輸。，后者用于有線電視的模擬信號傳輸。3.1 網絡傳輸介質11三、光纖三、光纖 一種能夠進行調制的光信號傳輸的網絡傳輸介質，一種能夠進行調制的光信號傳輸的網絡傳輸介質，利用光脈沖的出現與不出現表示利用光脈沖的出現與不出現表示0和和1。 光纖不受電子噪聲的干擾，數據傳輸率高光纖不受電子噪聲的干擾，數據傳輸率

7、高( (理論上可以理論上可以獲得超過獲得超過5000Gbps的帶寬，實際使用為的帶寬，實際使用為10Gbps是是因為光電轉換速度限制因為光電轉換速度限制) )，直徑小，直徑小( (重量輕，可安裝在重量輕，可安裝在狹窄的地方狹窄的地方) )。3.1 網絡傳輸介質12光纖的結構光纖的結構三、光纖13光纖的工作原理光纖的工作原理全反射定理全反射定理 在折射率小于在折射率小于1時，當光線在玻璃上的入射角大于某一時，當光線在玻璃上的入射角大于某一臨界值時，光線將完全反射回玻璃，而不會漏入空氣，臨界值時，光線將完全反射回玻璃，而不會漏入空氣，這樣可以保證光線在光纖中幾乎無損耗的傳播。這樣可以保證光線在光纖

8、中幾乎無損耗的傳播。三、光纖14光波的傳播過程光波的傳播過程 在光纖的一端放置一個光源，如發光二極管在光纖的一端放置一個光源，如發光二極管( (LED) )或或激光，產生一定頻率的光波脈沖。激光，產生一定頻率的光波脈沖。 光波以各種不同的角度進入光芯，根據全反射定理向前光波以各種不同的角度進入光芯，根據全反射定理向前傳播。傳播。 在光纖的另一端放置一個傳感器，通過檢測光波在光纖的另一端放置一個傳感器，通過檢測光波脈沖的出現脈沖的出現/不出現來識別不出現來識別0/1。 最后光波脈沖將被保護層吸收，以防止外泄而干擾臨近最后光波脈沖將被保護層吸收，以防止外泄而干擾臨近光纖。光纖。三、光纖15光纖的特

9、點光纖的特點 傳輸數據快。傳輸數據快。 阻抗極低：傳輸距離遠。阻抗極低：傳輸距離遠。 抗干擾能力強：光波。抗干擾能力強：光波。 對濕氣等環境因素具有很強的抵抗力。對濕氣等環境因素具有很強的抵抗力。 需進行光電信號轉換。需進行光電信號轉換。 安裝困難：分接和接合。安裝困難：分接和接合。三、光纖16四、無線電波四、無線電波 利用地面發射的無線電波通過電離層的反射而利用地面發射的無線電波通過電離層的反射而到達接收端的一種遠距離通信方式。到達接收端的一種遠距離通信方式。3.1 網絡傳輸介質17o 兩個地面站之間傳送兩個地面站之間傳送o 距離：距離：50-100km 利用微波在對流層的視距范圍內進行信息

10、傳輸。利用微波在對流層的視距范圍內進行信息傳輸。五、微波五、微波3.1 網絡傳輸介質18o 與地面站相對固定位置與地面站相對固定位置o 使用使用3個衛星覆蓋全球個衛星覆蓋全球( (3星定位星定位) )六、地球同步衛星六、地球同步衛星3.1 網絡傳輸介質193.2 數據通信基礎數據通信基礎第3章 網絡介質與數據通信3.2.1 數據通信的基本概念數據通信的基本概念3.2.2 模擬信號和數字信號模擬信號和數字信號3.2.3 數據傳輸模式數據傳輸模式3.2.4 信道復用技術信道復用技術3.2.5 數據交換技術數據交換技術203.2.1 數據通信的基本概念數據通信的基本概念一、信息、數據與信號一、信息、

11、數據與信號二、什么是數據通信二、什么是數據通信三、數據通信系統模型三、數據通信系統模型3.2 數據通信基礎21 信息信息( (Information) )：客觀事物屬性和相互聯系特性：客觀事物屬性和相互聯系特性的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運動狀態。的表征，它反映了客觀事物的存在形式和運動狀態。 數據數據( (Data) )：一般可以理解為：一般可以理解為“信息的數字化形式信息的數字化形式”或或“數字化的信息形式數字化的信息形式”。狹義的。狹義的“數據數據”是指具有一是指具有一定數字特性的信息，如統計數據、氣象數據及計算機中定數字特性的信息，如統計數據、氣象數據及計算機中區別于程序的計算

12、數據等。但在計算機網絡系統中，區別于程序的計算數據等。但在計算機網絡系統中，“數據數據”通常被廣義地理解為在網絡中存儲、處理和傳通常被廣義地理解為在網絡中存儲、處理和傳輸的二進制數字編碼。輸的二進制數字編碼。一、信息、數據與信號一、信息、數據與信號3.2.1 數據通信的基本概念22 信號信號( (Signal) )：以其：以其某種特性參數某種特性參數的變化來攜帶信息的變化來攜帶信息的物理量，是數據的具體物理表現，比如電磁波信號、的物理量，是數據的具體物理表現，比如電磁波信號、脈沖信號、光信號等。脈沖信號、光信號等。 信號一般以時間為自變量，以表示信息的某個參量為信號一般以時間為自變量，以表示信

13、息的某個參量為因變量。因變量。一、信息、數據與信號一、信息、數據與信號3.2.1 數據通信的基本概念23二、什么是數據通信二、什么是數據通信 通信通信( (Communication) )的目的是交換信息，信息的的目的是交換信息，信息的載體可以是數字、文字、語音、圖形或圖像，計算機載體可以是數字、文字、語音、圖形或圖像，計算機產生的信息一般是字母、數字、語音、圖形或圖像的產生的信息一般是字母、數字、語音、圖形或圖像的組合；組合； 為了傳送這些信息，首先要將字母、數字、語音、為了傳送這些信息，首先要將字母、數字、語音、圖形或圖像用二進制代碼的數據來表示；圖形或圖像用二進制代碼的數據來表示； 為了

14、傳輸二進制代碼的數據，必須將它們用信號為了傳輸二進制代碼的數據，必須將它們用信號編碼的方式表示；編碼的方式表示； 數據通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數數據通信是指在不同計算機之間傳送表示字母、數字、符號的二進制代碼字、符號的二進制代碼( (0/1比特序列比特序列) )的信號的過程。的信號的過程。3.2.1 數據通信的基本概念24三、數據通信系統模型三、數據通信系統模型3.2.1 數據通信的基本概念 通信系統：為完成通信任務所需的一切設備和傳輸介通信系統：為完成通信任務所需的一切設備和傳輸介質的總和。質的總和。 信源：產生要發送數據的設備。信源：產生要發送數據的設備。 信宿：接收數據的設

15、備。信宿：接收數據的設備。 信道：傳輸信號的通道，通常指傳輸介質。信道：傳輸信號的通道，通常指傳輸介質。 變換器變換器/反變換器：進行信號的轉換和復原。反變換器：進行信號的轉換和復原。25 模擬信號模擬信號( (Analog Signal) )：一種連續變化的電磁波，：一種連續變化的電磁波，如電視圖像信號，語音信號等；如電視圖像信號，語音信號等； 數字信號數字信號( (Digital Signal) )：一系列電壓脈沖，如計算：一系列電壓脈沖，如計算機輸出的機輸出的“0/1”的電壓脈沖信號。的電壓脈沖信號。3.2.2 模擬信號和數字信號模擬信號和數字信號3.2 數據通信基礎 x(nT)(b)

16、數字信號數字信號(a) 模擬信號模擬信號 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 f(t) tnT1 0 0 1 1 0 0 1 1 126一、模擬數據的傳輸一、模擬數據的傳輸3.2.2 模擬信號和數字信號 模擬數據經模擬信道傳輸時不需要變換，但通常要模擬數據經模擬信道傳輸時不需要變換，但通常要調制成高頻信號，可采用調頻或調幅技術。調制成高頻信號，可采用調頻或調幅技術。 模擬數據經數字信道傳輸時要進行數字化，一般在發模擬數據經數字信道傳輸時要進行數字化，一般在發送端放置一個模送端放置一個模/數轉換器數轉換器( (編碼器編碼器) )，將模擬信號轉換，將模擬信號轉換為數字信號后再發送；在接收端放置

17、一個數為數字信號后再發送；在接收端放置一個數/模轉換器模轉換器( (解碼器解碼器) )，將接收到的數字信號轉換為模擬信號。通常采用，將接收到的數字信號轉換為模擬信號。通常采用PCM( (Pulse Code Modulation, 脈沖編碼調制脈沖編碼調制) )技術進技術進行模行模-數信號間的轉換數信號間的轉換27一、數字數據的傳輸一、數字數據的傳輸3.2.2 模擬信號和數字信號 數字數據經數字信道傳輸時要進行編碼，通常用不數字數據經數字信道傳輸時要進行編碼，通常用不連續的電壓或電流的脈沖序列來表示連續的電壓或電流的脈沖序列來表示0/1，每個脈沖代，每個脈沖代表一個信號單元，稱為碼元。常用的編

18、碼方式有歸零制、表一個信號單元，稱為碼元。常用的編碼方式有歸零制、曼徹斯特編碼等。曼徹斯特編碼等。 數字數據經模擬信道傳輸時要調制，通常采用輻移鍵控法數字數據經模擬信道傳輸時要調制，通常采用輻移鍵控法( (ASK) )、頻移鍵控法、頻移鍵控法( (FSK) )和相移鍵控法和相移鍵控法( (PSK) )。28信源信源調制器調制器信道信道解調器解調器信宿信宿噪聲噪聲模擬通信：利用模擬信號來傳遞信息模擬通信：利用模擬信號來傳遞信息 實質上是一種信號變換器，由于實質上是一種信號變換器，由于信源產生的信源產生的是模擬信號，所以調制器的功能是將其調制是模擬信號，所以調制器的功能是將其調制到某個頻段以便進行

19、遠距離傳輸到某個頻段以便進行遠距離傳輸。用來傳輸表示消息的信號的介質或通路，包括傳輸用來傳輸表示消息的信號的介質或通路，包括傳輸介質和介質兩端的傳輸設備。介質和介質兩端的傳輸設備。三、數據通信系統模型29 信源編碼器 噪聲 發送端時鐘 信 源 信道編碼器 信 宿 調 制 信 道 解 調 信道譯碼器 信源譯碼器 接收端時鐘 數字通信：利用數字信號來傳遞信息數字通信：利用數字信號來傳遞信息 對傳輸的數字信號進行檢錯或糾錯編碼對傳輸的數字信號進行檢錯或糾錯編碼, ,以以便接收方能進行差錯檢測和糾正。便接收方能進行差錯檢測和糾正。 信源編碼器的主要作用：一是進行模信源編碼器的主要作用：一是進行模/ /

20、數轉換；數轉換；二是降低信號的誤碼率。二是降低信號的誤碼率。 使變換后的信號能在傳輸介質使變換后的信號能在傳輸介質中傳輸，或提高信道的傳輸效率。中傳輸，或提高信道的傳輸效率。l 發送端和接收端使用各自的時鐘；發送端和接收端使用各自的時鐘；l 接收時鐘與發送時鐘必須保持同步接收時鐘與發送時鐘必須保持同步三、數據通信系統模型303.2.3 數據傳輸模式數據傳輸模式一、串行和并行傳輸一、串行和并行傳輸二、同步和異步傳輸二、同步和異步傳輸三、通三、通 信信 方方 式式3.2 數據通信基礎31一、串行和并行傳輸一、串行和并行傳輸3.2.3 數據傳輸模式 串行傳輸：使用一串行傳輸：使用一條線路，逐個傳送比

21、條線路，逐個傳送比特位。特位。 并行傳輸：使用并行傳輸：使用多條線路，同時傳多條線路，同時傳送一組比特位。送一組比特位。32串行傳輸和并行傳輸的比較串行傳輸和并行傳輸的比較一、串行和并行傳輸 串行傳輸：傳輸速度相對較慢，但長距離傳輸時較可串行傳輸：傳輸速度相對較慢，但長距離傳輸時較可靠，發送方和接收方必須在數據的收發順序上達成一致。靠，發送方和接收方必須在數據的收發順序上達成一致。 并行傳輸：傳輸速度相對較快，但成本較高，特別并行傳輸：傳輸速度相對較快，但成本較高，特別是長距離傳輸時，可靠性較差，還會產生比特位到達是長距離傳輸時，可靠性較差，還會產生比特位到達順序不一致的問題。順序不一致的問題

22、。33 在數據通信過程中，要求接收方知道它所接收的每一位在數據通信過程中，要求接收方知道它所接收的每一位的開始時間和持續時間，才能正確地接收數據。的開始時間和持續時間，才能正確地接收數據。 異步傳輸異步傳輸( (Asynchronous Transmission) ) 同步傳輸同步傳輸( (Synchronous Transmission) )二、同步和異步傳輸二、同步和異步傳輸3.2.3 數據傳輸模式34 異步傳輸以字符為單位傳送數據，把每個字符看作一異步傳輸以字符為單位傳送數據，把每個字符看作一個獨立的信息，用起始位和停止位作為字符開始和結束個獨立的信息，用起始位和停止位作為字符開始和結束

23、的標志。的標志。二、同步和異步傳輸二、同步和異步傳輸3.2.3 數據傳輸模式35 同步傳輸以數據塊為數據傳送單位，多個字符組成同步傳輸以數據塊為數據傳送單位，多個字符組成的數據塊使用公共的同步位組合或同步字符，字符之的數據塊使用公共的同步位組合或同步字符，字符之間沒有間隙。間沒有間隙。二、同步和異步傳輸二、同步和異步傳輸3.2.3 數據傳輸模式36三、通信方式三、通信方式單工通信半雙工通信雙工通信3.2.3 數據傳輸模式373.2.4 信道復用技術信道復用技術 信道的傳輸容量往往大于一路信號傳輸單一信道的傳輸容量往往大于一路信號傳輸單一信息的需求。信息的需求。 問題：如何提高信道的利用率？問題

24、：如何提高信道的利用率？ 解決：在同一傳輸介質上，同時傳輸多個解決：在同一傳輸介質上，同時傳輸多個有限帶寬信號有限帶寬信號多路復用多路復用( (Multiplexing) )技術技術。3.2 數據通信基礎38信道復用技術示意圖信道復用技術示意圖3.2.4 信道復用技術39兩種典型的信道復用技術兩種典型的信道復用技術 頻分多路復用頻分多路復用( (FDM, Frequency Division Multiplexing) )：將一個信道可用帶寬的頻率劃分將一個信道可用帶寬的頻率劃分為多個更細的帶寬，每一分帶寬分給一個信號源。為多個更細的帶寬，每一分帶寬分給一個信號源。 時分多路復用時分多路復用( (TDM, Time Division Multiplexing) )：將信道按時間段分配給各個信號源，將信道按時間段分配給各個信號源，通過多個信號源共享一條信