计算机网络第二章网站开发基础.docx

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计算机网络第二章网站开发基础

第二章数据通信基础

第一节通信系统和数据通信系统

一、数据通信概述：

1、数据（data）：

有意义的实体。

数据是事物的形式，信息是数据的内容。

2、信号（signal）：

数据的载体，一般为电磁波或电脉冲。

可分为模拟信息与数据信号。

3、信源与信宿：

（1）信源：

数据源，发出待传送信息的设备；

（2）信宿：

接收传输信息的设备

4、发送设备：

使信源与信道相匹配的信号变换设备

5、接收设备：

完成发送设备的反变换（解调/译码/解密）

6、信道（Channel）：

传送信息的媒体。

（干扰/噪声/衰减）

信道分为数字信道和模拟信道

二、通信系统分类

1、模拟通信系统/数字通信系统

2、基带传输系统/调制传输系统

3、PCM：

PulseCodeModulation,脉冲编码调制

三、数据通信系统

1、除利用模拟信号传输模拟数据的通信方式的其它数据通信系统

2、数字信号的模拟传输/数字信号的数字传输/模拟信号的数字传输

（一）数据通信定义：

1、将携带信息的数据从信源（发送方）传输到信宿（接收方）。

2、在发送方将数据处理成适于信道传输的信号

3、在信道中传输信号

（1）可靠性

（2）快速性（3）保密性

4、在接收方从信号中恢复数据

四、通信系统的性能指标特点

1、有效性：

使用信息速率和码元速率表示。

（2）比特率（bps）与波特率（baud）的关系

如果：

波特率为B，电平数为V，

则比特率为：

b=Blog2V

2、可靠性：

传输信息的质量

（1）模拟通信系统用信噪比衡量（信噪比：

db分贝）

（2）数据通信系统用错误率衡量

（3）误比特率Pb:

错误比特数/传输总比特数

（4）误码元率Ps:

错误码元数/传输总码元数

3、适应性：

使用时的环境条件

4、经济性：

分摊到每一个用户的成本（铱星系统）

5、保密性：

系统对所传信号的加密措施

6、标准性：

接口、结构及协议合乎国家、国际标准

7、维护性：

是否维修方便

8、工艺性：

各种工艺要求

五、通信系统的性能指标：

数字信道和模拟信道

（一）模拟信号

1、振幅：

波形信号强度的度量

2、频率：

波形重复的频度

3、相位：

该波形相对于参照波形信号的位置关系

（二）数字信号

（三）信道分类

1、模拟信道

（1）适于模拟信号传输

（2）模拟信号：

时间和幅度连续

2、数字信道

（1）适于数字信号传输

（2）数字信号：

时间和幅度离散

（四）信道容量

1、信道带宽：

信道所能传送电磁波的有效频率范围。

人耳20~20000Hz

2、数据传输速率：

信道每秒能传输的二进制位数，bps（比特每秒），KbpsMbpsGbps

3、信道最大传输速率（信道容量）：

与信道的带宽有直接联系

（五）傅里叶变换与频谱分析

信道上传输的电磁波信号可将其表示成若干个正弦/余弦函数之和的形式。

1、其频率为f,2f,3f,...,mf

2、信道的带宽限制,只能传输f,2f,3f,....,nf的频率

3、当m>n时只有部分谐波通过，高于nf的频率被丢弃。

（六）带宽和数据率的关系

信道带宽一定的情况下：

数据传输速率越高,f越大,信道所能通过的谐波数就越少，信号失真就大，直到信息无法识别为止

（七）奈奎斯特（Nyquist）抽样定理

1、定义：

在理想的无噪声信道，若f是传输媒体的最大传输频率，采样频率为2*f时，接收方才可以从采样脉冲信号中完全恢复原信号。

2、对有限带宽（截止频率为）fc的信号进行时间抽样，如果采样频率fs的选择满足以下条件：

fs2fc，则此抽样信号可以唯一恢复。

3、无噪音信道的最大传输速率

由抽样定理：

fs2fc

由信道对信号的限制：

fcB

信号频率大于B的成分会被信道过滤掉

选择fs2B无意义

信道带宽B：

B=fs

信道容量C：

C=2Blog2V（bps）（lb表示log2）

（八）香农（Shannon）定理：

1、有噪音信道的最大传输速率

（1）不论信号的电平V是多少，当考虑信道噪声干扰时，信道的最大传输速率由信道的带宽和信噪比决定。

（2）Shannon公式：

Cmax=Blog2V（1+S/N）（bps）S/N是信号与噪声的功率之比，单位dB。

采用10lgS/N单位为分贝

第二节数据通信方式

1、并行与串行传输

2、异步传输与同步传输

3、连接方式

4、基带与频带传输

一、通信线路的连接方式

1、点到点连接方式

2、分支连接方式

3、集线连接方式

二、信道的通信方式：

据信号在通信线路上的传方向，数据通信方式有：

1、单工通信

2、半双工通信

3、全双工通信

三、数据的传输方式

1、基带传输：

信道上原封不动地传输0或1的数字脉冲信号。

（1）传输线中的电容电感对信号波形衰减影响大

（2）距离<2Km（3）速率高/误码率低

（4）计算机网络通信中被广泛采用

2、频带传输：

已调制的信号通过线路传输到接收端，然后经过解调恢复为原始基带脉冲，称之为频带传输。

（1）可实现多路复用

（2）可利用现有的大量模拟信道

（3）价格便易，易实现

3、数据传输模式比较（异步传输与同步传输）

（1）共同要求：

发送方和接收方时钟同步

（2）异步传输：

每次发送数据相互独立，发送间隔不确定

每次发送的数据需要有明显的起始和终止（当数据不定长度时）标识

（3）同步传输

不间断地发送数据流

随时间变化的数据块用帧来区分，需要定义帧格式，并对帧的头尾做标识

四、数据同步方式

1、同步：

接收端严格地按照发送端所发送的每个码元的重复频率以及起止时间来接收数据。

可分为：

（1）位同步

（2）字符同步

（3）帧同步

2、自同步法：

从数据信息波形中提取同步信号。

曼彻斯特编码（每一位都有跳变）

3、字符同步：

将各个字符正确地识别出来

4、字符同步方式：

异步式/同步式

（1）异步式：

字符起止式，实现容易/发送端时钟频率的漂移不会积累/效率低/多用于低速信道

（2）同步式：

成组传送/同步字符/控制字符

5、帧同步

（1）帧的划分

（2）HDLC

①7FH（01111110），为不使信息位中出现的该特定模式被误判为帧的首尾标志，可以采用比特填充的方法来解决

②“0”比特插入删除技术，在传送的数据信息中每遇到5个连续的1在其后加，例：

0110111111011111001在网络中传送时表示为：

0111111001101111101011111000101111110

第三节传输介质

1、传输介质：

（1）同轴电缆

（2）双绞线（3）光纤（单模/多模）（4）无线

2、传输媒体

（1）磁介质

（2）金属导体（3）双绞线、同轴电缆（4）光纤

（5）无线媒体（6）无线电、短波、微波、卫星、光波

一、同轴电缆

1、基带：

一条电缆只用于一个信道，50，用于传输基带数字信号

2、频带：

一条电缆同时传输不同频率的几路模拟信号，75，用于模拟传输，300—450MHz，100km，需要放大器。

二、双绞线（TwistedPair）：

1、屏蔽双绞线（STP）：

以箔屏蔽以减少干扰和串音

2、非屏蔽双绞线（UTP）：

双绞线外没有任何附加屏蔽（3类、5类）。

三、UTP

1、长距离的并行导体中传输信号会产生串扰（相邻线对间的信号干扰）

2、严格控制导体绞距

（1）3.8cm~14cm

（2）相邻线对绞距差1.27cm以上

3、3类线/5类线/超5类线/6类线

4、UTP优点：

（1）轻便，节省空间，容易安装

（2）平衡传输，避免外界干扰

（3）线对间串扰小（4）支持高速数据应用

（5）标准化和开放性，适用于结构化综合布线

四、光纤（FiberOptics）

（一）光纤特点

1、依靠光波承载信息2、高传送速率，通信容量大

3、传输损耗小，适合长距离传输4、抗干扰性能好，保密性好

5、轻便

（二）光纤传送原理：

全反射

（三）多模光纤与单模光纤

1、多模光纤：

短距离

中心玻璃芯较粗（50或62.5μm），可传多种模式的光。

但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重

2、单模光纤：

长距离

中心玻璃芯很细（芯径一般为9或10μm），只能传一种模式的光。

因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好

（四）光纤的特性

1、不会泄漏信号，不易受外界的信号干扰

2、不易分支，常用于点对点链路

五、无线媒体

1、使用电磁波2、无需物理连接

3、适用于长距离4、允许设备移动

5、无线传输媒体有两类：

定向的和全方位的

（一）无线电

1、全方位2、固定终端点（基站）和终端之间是无线链路

3、频率：

3kHz--300GHz

（二）地面微波接力

1、两个地面站之间传送2、距离：

50-100km；频率：

2G--40GHz

3、依赖于天气和频率4、应用：

长距离传输话音和电视信号；大厦之间LAN互连

（三）通信卫星：

微波中继站

1、使用微波2、使用转发器接收和转发3、可支持点到多点传送

（四）地球同步卫星

1、与地面站相对固定位置2、使用3个卫星覆盖全球

（五）红外线（Infrared）和毫米波（MillimeterWaves）

1、用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控

2、也可用于无线LAN

3、缺点：

不能穿透固体

（六）光波（lightwave）传输

1、应用：

在屋顶用激光连接两个建筑物的LAN

2、缺点：

不能穿透雨和浓

（七）选择传输媒体要考虑的因素：

价格、带宽/数据率、传输距离

第四节数据编码技术

一、数字数据的调制编码

二、数字数据的信号编码

1、编码的必要性

（1）直流分量为零

（2）含有时钟分量或经过简单变换就含有位定时时钟分量

（3）具有一定的误码检测能力（4）设备的经济性

三、基带数字信号的编码方法

四、模拟数据-数字信号

第五节数据复用技术

一、多路复用（Multiplexing）概念：

多个信号同时占用信道进行数据传输

二、多路复用方式的分类：

1、频分复用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）

（1）频分复用举例：

数据频谱（话音）3KHz

一路话音的带宽：

分配给一路话音的带宽（4KHz）

2、时分复用WDM（WavelengthDM）

（2）时分复用举例：

①电话系统

用户本地电话系统（local）

电话主干系统（backbone）

②数字主干线路

T1E1SONET/SDH

（3）统计时分复用

3、波分复用TDM（TimeDM）

（1）与频分复用概念相同，为每路信号分配相互隔离的光谱频带。

（2）波分复用的物理概念

4、码分复用（CDMA）

（1）CDMA所有用户使用同一频率

（2）需要有足够多的地址码

（3）地址码需要完全同步

（4）扩展频谱（扩频）技术

5、址码要求两两正交

（1）内积为0

（2）A:

00010B:

11000C:

00101码片

（3）A站向B站发数据1:

11000发零则为反码

第六节数据交换技术

一、线路交换（CircuitSwitching）：

1、建立连接2、数据传输3、拆除连接

4、优点:

（1）传输可靠

（2）延迟小（3）实时性好

5、缺点:

（1）建立连接时间长

（2）线路利用率低

二、报文交换（MessageSwitching）：

1、存储转发（存储交换）2、报头/正文/报尾

3、优点:

（1）无需预先建立通路

（2）线路利用率高

（3）传输可靠（进行差错检测/冗余通路）

4、缺点:

（1）时延较大（与报文长度/转发路径有关）

（2）缓冲器分配困难

（3）出错重传整个报文,效率低

三、分组交换（Packetswitching）

1、把要传输的报文分成若干个小的数据块,称为分组（Packet）,然后以分组为单位按照与报文交换同样的方法进行传输。

2、分组头部包含分组编号，各分组到达目的节点后，目的结点按编号重组报文。

3、分组交换方式

（1）数据报方式（Datagram）

①优点：

短报文效率高/通信开销小/故障适应能力强

②缺点：

分组时延大/不能保证按序到达

（2）虚电路方式（VirtualCircuit）

①有建立和拆除连接操作，不适合短报文传输

②建立连接时各交换设备已预留缓存等资源，不会发生网络拥塞现象

③类别：

永久虚电路PVC交换虚电路SVC