1、1张立云清华大学出版社北京交通大学出版社计算机网络基础教程课件2u 掌握计算机网络的基础知识u 掌握局域网及局域网组网技术u 掌握网络互连技术u 掌握广域网连接技术u 熟悉网络互联协议TCP/IPu 掌握Internet信息服务的工作原理u 熟悉基本信息服务客户端软件的使用方法教学目标教学目标3第第3 3章章 数据通信基础数据通信基础主要内容主要内容 通信系统和数据通信系统 数据通信方式 传输介质 数据编码技术 数据复用技术 数据交换技术 数据通信服务43.1 3.1 数据通信系统数据通信系统 概述-几个基本概念 通信系统的性能指标 信道容量 主要内容主要内容53.1.1 3.1.1 概述概述
2、1.信息与数据1）信息n信息是对客观物质的反映，可以是物质的形态、大小、结构、性能等全部或部分的描述，也可以是物质与外部的联系。n信息可以是文字、声音、图象等各种形式n信息是人们要通过通信系统传递的内容。62）数据n信息总是与一定的形式相联系，这种形式实体就是数据 n数字化的信息称为数据n数据是装载信息的实体，信息是数据的内容或解模拟数据数字数据3.1.1 3.1.1 概述概述72.信号 信号是数据的表示形式，是数据的电气或电磁编码、电编码或光编码。1)模拟信号 模拟信号的某个参量（比如振幅）与数据相对应而连续取值，即连续变化的电磁波，信号的振幅、频率等是连续的 语音信号 电视信号3.1.1
3、3.1.1 概述概述82）数字信号 数字信号的参量是离散取值的，它是一串电压脉冲序列。计算机的二进制信号 电报信号3.1.1 3.1.1 概述概述93.通信系统 通信系统是信息的传输系统电报网、电话网、计算机网 通信系统的组成部分发送设备 信道 接收设备 通信系统的分类模拟通信系统数字通信系统 基带传输系统调制传输系统（频带）3.1.1 3.1.1 概述概述10 通信系统基本模型 3.1.1 3.1.1 概述概述信源发送器信道接收器信宿噪声源输入数据发送信号接收信号输出数据信号信息信号信息111)信源和信宿信源-就是数据源，是发出待传送信息的设备信宿-接收传输信息的设备2）发送设备基本功能是将
4、信源和信道相匹配 将信源产生的数据进行变换编码为便于传送的信号形式，送往信道进行传输。3.1.1 3.1.1 概述概述123）信道传输信号的通道，用于传输发送设备输出的信号。传输线路 网络 信道种类传输介质:无线信道 有线信道复用技术:物理信道逻辑信道信号类型:模拟信道数字信道3.1.1 3.1.1 概述概述134）接收设备基本功能是完成发送设备的反变换，即进行解调、译码、解密等 从传输系统接收信号，并将其转换成信宿能处理的形式。完成发送设备的反变换，从带有干扰的信号中，正确恢复出原始信息3.1.1 3.1.1 概述概述144.数据通信系统 数据通信系统是通信系统的子集，其主要提供数据服务，传
5、送的是数据信息3.1.1 3.1.1 概述概述发送设备发送机信道接收设备接收机图3-3 数据传输系统模型信息信息信号信号编码器调制器信道译码器解调器比特流比特流信号信号151.有效性 有效性是指消息传输的速度 1）传输速率（信息速率）单位时间内传送的二进制数据位个数（比特数）单位：bps,bit/s 1Kbps=1024bps 1Mbps=1024Kbps 1Gbps=1024Mbps 3.1.2 3.1.2 通信系统的性能指标通信系统的性能指标 162）码元速率（调制速率，波特率）信号在调制过程中，单位时间内调制信号波形的变换次数。即单位时间内所能调制的次数 单位：波特（baud）信息速率码
6、元速率log2 信息速率码元速率lb3.1.2 3.1.2 通信系统的性能指标通信系统的性能指标 171.可靠性 可靠性指传输信息的质量 1）信噪比(模拟通信系统)信号功率与信号传输过程中引起的失真和各种干扰、噪声的比例 单位：分贝(dB)电话系统:2040dB 电视系统:40dB以上3.1.2 3.1.2 通信系统的性能指标通信系统的性能指标 182)错误率 误比特数(Pb)=错误比特数/传输总比特数误码元率(Ps)=错误码元数/传输总码元数 3.1.2 3.1.2 通信系统的性能指标通信系统的性能指标 19信道带宽信道上传输的是电磁波信号，信道所能够传送电磁波的有效频率范围就是信道带宽信道
7、带宽=最高信号频率-最低信号频率人耳所能感受的声波频率范围是20Hz到20000Hz 人类听觉系统的带宽=20000Hz-20Hz话音频率范围是300Hz 到 3400Hz 话音信道带宽=3400Hz-300H3.1.3 3.1.3 信道容量信道容量 20信道容量信道容量是信道允许的最大数据传输速率，即信道传输信息的最大能力。傅立叶分析奈奎斯特定理(Nyquist)香农定理（Shannon）3.1.3 3.1.3 信道容量信道容量 211.傅立叶分析任何一个周期函数G(t)（周期为T）可以用（无数个）正弦函数和余弦函数的和形式表达数据通信的理论基础借助于电压或电流之类物理量的变化，就能够在线路
8、上传输信息。即用电压或电流表示成时间的单值函数f(t)，来表示信号的变化。3.1.3 3.1.3 信道容量信道容量22 傅立叶分析的表达式 G(t)(1/2)c ansin(2nft)bncos(2nft)其中：T周期 f=1/T 基频率 n 自然数 an bn 第n次谐波的幅值 c对G(t)取积分得的一个常数3.1.3 3.1.3 信道容量信道容量N=1N=1233.1.3 3.1.3 信道容量信道容量0111100000时间原始二进制数据n=1 通过1次谐波的波形n=2 通过2次谐波的波形n=4 通过4次谐波的波形n=8 通过8次谐波的波形(a)(b)(c)(d)(e)242.奈奎斯特定理
9、有限带宽无噪音信道的最大容量计算公式：C=2Blog2V(bps)C=2BlbV(lb log2)其中：C 信道容量 B 信道带宽 V 信号有效状态的数量3.1.3 3.1.3 信道容量信道容量25 当V=2 时，计算公式是：C=2B(bps)V=2，是二进制数据信号，它仅有“0”和“1”两种有效状态3.1.3 3.1.3 信道容量信道容量262.香农定理有噪声信道的最大传输速率与带宽的关系计算公式C=Blog2(1+S/N)（bps)C=Blb(1+S/N)其中：C 信道容量S 信号能量 B 信道的带宽 N 噪声能量 S/N 信噪比3.1.3 3.1.3 信道容量信道容量273.2 3.2
10、数据通信方式数据通信方式并行与串行传输 异步与同步传输 基带与频带传输连接方式 通信方式 主要内容主要内容28 根据数据传送的基本单位并行传输 串行传输1.并行传输 数据在多条信道上同时传输的方式称为并行传输。在并行传输中至少有8个数据位（一个字节）同时从一个设备传到另一个设备 3.2.1 3.2.1 并行与串行传输并行与串行传输 29 特点：n在终端装置与线路之间不需要对传输代码作时序变换，简化了终端装置的结构n成本高，一个字符有几个bit，就要几条数据传输线n传输速率快n收发双方不存在同步问题3.2.1 3.2.1 并行与串行传输并行与串行传输 30 2.串行传输数据在一条信道上按位依次传
11、输的方式每次由源传到目的地的数据只有1位 特点：n只需要一根数据线，线路利用率高。投资小n需要进行串行-并行和并行-串行的转换n传输速率低 n发送端和接收端必须同步3.2.1 3.2.1 并行与串行传输并行与串行传输 313.2.1 3.2.1 并行与串行传输并行与串行传输 32 根据串行传输的同步方式 同步传输异步传输1 1异步传输异步传输以字节(字符）为单位进行同步每个字符的开始加起始位，结束加停止位 起止同步法：起始位：1位，“0”数据位：7位 8位停止位：1位 1.5位 2位3.2.2 3.2.2 异步与同步传输异步与同步传输 33 特点：n字符同步，以字苻为单位进行同步n每个字符代码
12、前后的起始和停止位标识字符的开始和结束n起始和停止位兼作线路两端的同步时钟，不再需要额外时钟同步；n字符之间间隔任意n开销大、效率低、传输速度慢n纠错控制简单,奇偶校验3.2.2 3.2.2 异步与同步传输异步与同步传输343.2.2 3.2.2 异步与同步传输异步与同步传输起始位数据位0数据位1数据位2数据位3数据位4数据位5数据位6校验位停止位停止位字符2字符1字符3字符4任意间隔任意间隔任意间隔12345678起止字符数据位352.2.同步传输同步传输同步传输方式是对一组字符组成的数据块进行同步.同步的方法：n在数据块前面加特殊模式的位组合（如01111110）或同步字符（SYN）n位同
13、步内同步某些编码技术内含时钟信号 外同步由通信线路设备提供同步时钟信号 3.2.2 3.2.2 异步与同步传输异步与同步传输36 同步传输的特点：n同步传输方式由字符同步和位同步共同构成。n是开销少、效率高，传输速率快n适合以较高的速率传输数据n整个数据块一旦有一位错传，就必须重传整个数据块的内容n纠错控制复杂3.2.2 3.2.2 异步与同步传输异步与同步传输37n n 3.2.2 3.2.2 异步与同步传输异步与同步传输01111110 01111110BAX.01111110SYNSYNBAX.SYN同步字符(一个或多个)同步位模式(一个或多个)可变长度的位数据块可变长度的字符数据块38
14、1 1点到点连接方式点到点连接方式 3.2.3 3.2.3 连接方式连接方式 计算机计算机调制解调器调制解调器公共交换电话网392.2.多点连接方式多点连接方式 3.2.3 3.2.3 连接方式连接方式 图3-9 多点连接通信服务器终端终端终端403.3.通信方式通信方式1）单工（Simplex)数据只能沿信道的一个固定方向传送2）半双工(half Duplex)允许数据沿两个方向传输，但在每一时刻信息只能在一个方向传输数据3）全双工(Full Duplex)允许数据同时沿两个方向传输3.2.3 3.2.3 连接方式连接方式 41根据被传输的数据信号的特点基带传输 频带传输宽带传输1.1.基带
15、传输基带传输 在信道上原封不动地传输由计算机或终端产生的0或1数字脉冲信号，即直接传输基带信号基带信号：由计算机输出的，未经过任何频率变换的电压或电流信号，及“0”或“1”的数字信号未经调制的数字信号称作基带信号3.2.4 3.2.4 基带与频带传输基带与频带传输 42基带传输的特点：以信号原有的形式，不经任何调制的进行传输 传输距离有限,一般不超过2Km 传输速率高 误码率低 信号占用信道的整个带宽 双向传输技术 要求信道有较宽的频率特性3.2.4 3.2.4 基带与频带传输基带与频带传输43 2.2.频带传输频带传输 将基带信号（数字信号）经调制后，再通过传输信道进行传输的方式，称为频带传
16、输。频带传输的最主要技术是调制与解调频带传输的最主要技术是调制与解调 特点：n可以利用现有的大量模拟信道通信，价格便宜，容易实现 n能够实现多路复用，提高线路利用率3.2.4 3.2.4 基带与频带传输基带与频带传输443.3 3.3 传输介质传输介质同轴电缆 双绞线 光纤微波 卫星 主要内容主要内容45传输介质是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通路，信号在介质中以电磁波或光波的形式进行传输传输介质的特性对信道甚至整个传输系统的性能有决定性的影响 种类：有线传输介质：同轴电缆 双绞线 光纤 无线传输介质：微波 卫星 红外线3.3 3.3 传输介质传输介质46同轴电缆同轴电缆 (Coaxi
17、al cable)(Coaxial cable)由绕同一轴线的内外两个导体组成，内外导体之间用绝缘层隔开3.3.1 3.3.1 同轴电缆同轴电缆绝缘层绝缘层内导体(铜芯)外导体(编织状)外保护层(塑料)外保护层(塑料)外导体(编织状)47 同轴电缆类型同轴电缆类型 基带同轴电缆 宽带同轴电缆 1）基带同轴电缆（50）用于传输单路信号，应用于总线型局域网特征阻抗：50 根据电缆直径基带同轴电缆有分为：细同轴电缆(RG-58)粗同轴电缆(RG8/RG11)3.3.1 3.3.1 同轴电缆同轴电缆48细同轴电缆细同轴电缆 粗同轴电缆粗同轴电缆传输速率：10Mbps 10Mbps 传输距离：185米-
18、925米500米-2500米可靠性：较差高抗干扰能力：强强3.3.1 3.3.1 同轴电缆同轴电缆49 2）宽带同轴电缆（RG59/RG62）主要应用于宽带数据通信,用于传输模拟信号 长途电话 CATV电视支持多路复用，传输多路信号特征电阻：753.3.1 3.3.1 同轴电缆同轴电缆50常用的同轴电缆型号 RG-8或RG-1150粗缆RG-58/U或58C/U50细缆RG-5975CATV电缆RG-6293 IBM3270系统使用3.3.1 3.3.1 同轴电缆同轴电缆51双绞线双绞线(TP(TPTwisted Pair)Twisted Pair)由按一定密度互相绞在一起的两条相互绝缘的铜导
19、线组成。每根铜线的直径约为1mm双绞线电缆双绞线电缆 是将一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中，包上保护套，制成双绞线电缆 21800对3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）52双绞线类型双绞线类型屏蔽双绞线（STP）无屏蔽双绞线（UTP）3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）53屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)(STP)STPShielded Twisted Pair屏蔽双绞线在线对外采用铝箔包裹(屏蔽层)特点特点：抗干扰性好性能高成本高安装比较复杂3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）54无屏蔽双绞线（无屏蔽双绞线（UTP)UTP)UTPUnshielded
20、 Twisted Pair无金属屏蔽材料，只有一层绝缘胶皮包裹特点：特点：抗干扰能力比STP差性能价格比好具有独立性和灵活性，适用于结构化综合布线被广泛应用3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）55无屏蔽双绞线标准与应用无屏蔽双绞线标准与应用EIA（国家电气工业协会）规定按传输质量级别分为1-7类，8类正在研究category 1 2 3 4 5 category 1 2 3 4 5 5 5e 6 6e 7 8e 6 6e 7 8局域网常用局域网常用 Cat3 Cat5 CatCat3 Cat5 Cat5 5e Cat6e Cat63.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）
21、563 3类类UTPUTP（category 3/Cat3)category 3/Cat3)带宽：16MHz 衰减：2.320sqrt(f)db最高传输速率：10Mbps传输距离：100米 传输信号：语音 数据 局域网应用：10Base-T 目前主要应用：电话3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）575 5类类UTP UTP（Category 5/Cat5Category 5/Cat5）带宽：100MHz衰减：1.9267sqrt(f)dB 24dB(100MHz)传输距离：100米 最高传输速率：100Mbps、155Mbps、1Gbps传输信号：语音 数据局域网应用：10/10
22、0Base-T ATM CDDI 3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）58超超5 5类类UTP UTP（Category 5e/Cat5eCategory 5e/Cat5e）带宽：100MHz衰减：1.9267sqrt(f)db 24.0dB(100MHz)传输距离：100米 高传输速率：1Gbps传输信号：语音 数据局域网应用：10/100/1000Base-T 3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）59超超5 5类类UTP UTP（Category 5e/Cat5eCategory 5e/Cat5e）Cat5e的优点：近端串扰和串扰总和小衰减小信噪比高3.3.2
23、3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）606 6类类UTP UTP（Category6/Cat6Category6/Cat6）带宽：1-250MHz 350MHz 衰减：19.8 dB(100MHz)最高传输速率：1Gbps传输信号：语音 数据 局域网应用：1000Base-T 目前主要应用：高速数据传输 3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）61超超6 6类类UTP UTP（Category6e/Cat6eCategory6e/Cat6e）带宽：1550MHz 1600MHz(10G标准)传输距离100米 7 7类类UTP UTP（Category7/Cat7Category7/
24、Cat7）带宽：600MHz 1200MHz传输距离100米3.3.2 3.3.2 双绞线双绞线 （TPTP）62光纤线缆光纤线缆(Optical Fiber)(Optical Fiber)光纤光纤光纤是光导纤维的简称，是一种细微而柔韧并能传输光信号的介质。3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆63光缆（光纤线缆）光缆（光纤线缆）光缆由多条光纤组成光缆的纤芯:41000芯/根8001000芯/根（高密度）4000芯/根3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆641.1.光纤的传输原理光纤的传输原理光纤通信的原理是基于光线由光密介质进入光疏介质时，在入射角足够大的情况下会发生全反射的特性。3.
25、3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆入射光1122折射光折射光反射光3光密介质光疏介质652.2.光纤结构光纤结构纤芯 包层 外保护层 1 1）纤芯）纤芯(core)(core)芯径：8-10m/50-62.5m 材料：超纯二氧化硅石英玻璃纤维塑料纤维 作用：折射率较高，传输光信号3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆填充物填充物纤芯/包层1062.5微米125微米保护层(塑料)保护层(塑料)66 2 2）包层（）包层（coatingcoating）纤芯外面包围着一层折射率比芯低的玻璃封套，直经为125m，是纤芯的外包层。3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆纤芯包层保护套67 3 3）外
26、保护层（）外保护层（jacketjacket）在封套的外面是一层塑料外套，用来保护封套3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆683.3.光缆结构光缆结构光纤加强构建填充物外壳（护套）3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆694.4.光纤的特点光纤的特点n高带宽,通信容量大n线路损耗低,信号衰减小n高抗干扰性 n误码率低n传输距离远n无光漏，保密性好3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆70 5.5.光纤的分类光纤的分类按光纤的传输模式分类n单模光纤（Single-Mode）n多模光纤（Multi-Mode3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆71多模光纤多模光纤(Multi Mode
27、Fiber)(Multi Mode Fiber)芯径粗 50m 62.5m光源用发光二极管传输速率低传输距离短成本低 3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆72单模光纤单模光纤(Single Mode Fiber)(Single Mode Fiber)芯径小 8.3m 9m 10m 光源用激光 带宽高、容量大 传输距离远 传输速率高 10Gbps 40Gbps 成本高 3.3.3.3.3.3.光纤线缆光纤线缆73 无线传输介质无线传输介质利用大气和外层空间作为传播电磁波的通路 微波 卫星1.1.微波通信微波通信用频率在2GHz-40GHz的微波信号进行通信要求两站之间的可视性强投资少，见效快
28、传输距离 几千米 3.3.4 3.3.4 无线传输介质无线传输介质 742.2.卫星通信卫星通信 利用人造卫星进行中转的通信方式覆盖范围广,传输距离远，一个卫星可覆盖地球表面1/3(18000公里）延迟时间长：250ms-300ms,500ms工作频带宽，通信容量大传输速率高，且与距离无关3.3.4 3.3.4 无线传输介质无线传输介质75 非屏蔽双绞线 基带同轴电缆 光 纤 卫 星 分类 3类 5类 粗缆 细缆 单模 多模 同步 低轨 传输速率 3类 UTP 最大 16Mbps，5类 UTP 最大 155Mbps 因种类、距离不同，变化较大(但总要高于UTP)几千 Mbps 根据租用费用变化
29、较大 地理范围 100米左右 细缆小于 800米，粗缆小于 2500米 几千米到几十千米 很大 差错率 一般(10-510-6)中等(10-710-9)最低(10-10)高 成本 低 中 较高 高 3.3.5 3.3.5 几种传输介质的比较几种传输介质的比较 763.4 3.4 编码技术编码技术调制/解调非归零编码 曼彻斯特 差分曼彻斯特4B/5B 8B/10B 64B/66B脉码调制（PCM)主要内容主要内容77 数字数据转换为模拟信号（调制编码）调制 解调 数字数据转换为数字信号(数字信号编码）非归零编码 曼彻斯特 差分曼彻斯特 4B/5B 8B/10B 64B/66B 模拟数据转换为数字
30、信号（采样编码）脉码调制（PCM)3.4 3.4 编码技术编码技术78 数字数据在模拟信道上传输，必须把数字信号转换为模拟信号。调制-将数字数据调制为模拟信号解调-将模拟信号还原为数字数据 使用载波信号，通过对载波函数的某些参量进行调制，实现将数字数据调制为模拟信号。3.4.1 3.4.1 数字数据的调制编码数字数据的调制编码 79载波载波载波信号是一个连续的、频率恒定的正弦信号，其正弦函数的表达式是u(t)=usin(t+)其中可调制的参量有：u 幅度 频率 相位3.4.1 3.4.1 数字数据的调制编码数字数据的调制编码80调制方法调制方法幅移键控（ASK，调幅）频移键控（FSK，调频）相
31、移键控（PSK，调相）1.1.幅移键控（幅移键控（ASKASK）ASKASKAmplitude Shift KeyingAmplitude Shift Keying通过改变载波信号的振幅来表示数字信号0或1 3.4.1 3.4.1 数字数据的调制编码数字数据的调制编码812.2.频移键控法（频移键控法（FSKFSK）FSK-Frequency Shift Keying FSK-Frequency Shift Keying 通过改变载波信号的频率来表示数字信号的0和13.3.相移键控法（相移键控法（PSK PSK）PSK-phase Shift Keying PSK-phase Shift Ke
32、ying 通过改变载波信号的相位来表示数字信号0和13.4.1 3.4.1 数字数据的调制编码数字数据的调制编码823.4.1 3.4.1 数字数据的调制编码数字数据的调制编码0 1 1 0 1数字数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK绝对调相(d)PSK相对调相0+00+0083常用的基带传输编码常用的基带传输编码 非归零编码（NRZ）曼彻斯特编码（Manchester）差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）1.1.非归零编码（非归零编码（NRZNRZ）用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻辑“1”的编码方式 3.4.2 3.4.2 数字数据的数字编码数字数据的数字
33、编码842.2.曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Manchester)Manchester)用电平的跳变表示二进制数每比特(位）的中间有一次跳变跳变得两个作用：表示二进制数据信号内部时钟3.4.2 3.4.2 数字数据的数字编码数字数据的数字编码85由低电平到高电平跳变，表示“1”由高电平到低电平跳变，表示“0”3.4.2 3.4.2 数字数据的数字编码数字数据的数字编码 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0数字数据NRZ编码的同步时钟(b)曼彻斯特编码高变低 0低变高 1863.3.差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Difference Difference
34、Manchester)Manchester)每个比特中间必有一次跳变(位同步时钟）用两比特之间有没有跳变表示二进制数下一位是“0”，则在两比特之间有跳变下一位是“1”，则在两比特之间无跳变3.4.2 3.4.2 数字数据的数字编码数字数据的数字编码87下一位是“0”，则在两比特中间边界有跳变下一位是“1”，则在两比特中间边界无跳变3.4.2 3.4.2 数字数据的数字编码数字数据的数字编码 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0数字数据NRZ编码的同步时钟差分曼彻斯特编码下一位下一位“0 0”有跳变有跳变下一位下一位“1 1”无跳无跳变变883.4.2 3.4.
35、2 数字数据的数字编码数字数据的数字编码 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0数字数据(a)NRZ编码NRZ编码的同步时钟(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码高变低高变低 0 0低变高低变高 1 1下一位下一位0 0 有跳变有跳变下一位下一位1 1 无跳变无跳变低电平低电平 0 0高电平高电平 1 189脉冲编码调制技术（脉冲编码调制技术（PCMPCM）PCM-Pulse Code Modulation 将模拟信号改变为数字信号 采样量化编码3.4.3 3.4.3 模拟数据的采样编码模拟数据的采样编码901.1.采样采样 每隔一定时间，把模拟信号的值取出来
36、作为样本根据采样定理，采样频率f为：f2fmax其中：f 采样频率 fmax 模拟信号的最高频率或带宽采样周期为T=1/2B=1/f f=2B B=信道带宽3.4.3 3.4.3 模拟数据的采样编码模拟数据的采样编码91采样周期为T=1/2B=1/f f=2B B=信道带宽3.4.3 3.4.3 模拟数据的采样编码模拟数据的采样编码1.51.00.5D2:0.240.2D3:0.220.2D4:0.250.3D5:0.340.3D6:0.690.7D7:1.00D8:0.260.3D1:0.320.3时间t幅度12B922.2.量化量化 我们将采样获得的模拟信号的值人为地分成若干个级别，将每个
37、样本按照其幅度归为某个量化级别，并按量化级取整，这个过程叫做量化。量化后的样板幅度为离散的整数值量化的级别的确定 级别越多，获得的数据越精确，失真越小 编码位数越长3.4.3 3.4.3 模拟数据的采样编码模拟数据的采样编码933.3.编码编码编码是各个量化级别用二进制代码表示的过程，即用相应位数的二进制码表示已量化的采样样本的量级 8个量化级别，用3位二进制编码 16个量化级别，用4位二进制编码 32个量化级别，用5位二进制编码 128个量化级别，用7位二进制编码3.4.3 3.4.3 模拟数据的采样编码模拟数据的采样编码94脉码调制的实例脉码调制的实例 话音信号信道带宽：4KHz 采样频率
38、：4000 x2=8000/s(125s/次）量化级别：128 编码位数：7T1量化级别：256 编码位数：83.4.3 3.4.3 模拟数据的采样编码模拟数据的采样编码953.4.3 3.4.3 模拟数据的采样编码模拟数据的采样编码1.51.00.5D2:0.240.2D3:0.220.2D4:0.250.3D5:0.340.3D6:0.690.7D7:1.00D8:0.260.3D1:0.320.3时间t幅度12B样本量 化 级二进制编码D130011D220010D320010D430011D530011D670111D7101010D830011963.5 3.5 多路复用技术多路复用
39、技术频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）统计时分多路复用（STDM）波分多路复用（WDM)主要内容主要内容97多路复用技术（多路复用技术（MultiplexingMultiplexing）是实现在同一传输线路上同时传输多路不同信号而互不干扰的技术，可用来共享信道资源，提高通信线路的利用率。频分多路复用（FDM）时分多路复用（TDM）统计时分多路复用（STDM）波分多路复用（WDM)3.5 3.5 多路复用技术多路复用技术98频分多路复用频分多路复用(FDM)(FDM)FDM-Frequency Division Multiplexing频分多路复用是把信道带宽分割成若干个频段,每个频段
40、是一路独立的通信信道（逻辑信道）每路信号以不同的载波频率进行调制，各个载波频率完全独立，即载波形成的信号不互相重叠。各路信号可以成功地在介质上传输。实现多路信息同时在一条物理信道上传输。3.5.1 3.5.1 频分多路复用频分多路复用(FDM)(FDM)99频分多路复用原理示意图频分多路复用原理示意图3.5.1 3.5.1 频分多路复用频分多路复用(FDM)(FDM)信道1信道2信道3信道1 信道2 信道3300Hz 3400Hz60kHz 64kHz 68kHz 72kHz60kHz 64kHz 68kHz 72kHz(a)(b)(c)100一个广泛采用的标准一个广泛采用的标准3.5.1 3
41、.5.1 频分多路复用频分多路复用(FDM)(FDM)名 称 频率范围(kHz)复用的原始信道路数 载波基群(Group)60108 12 载波超群(Super Group)312552 60 载波主群(Master Group)8122044 300 101时分多路复用（时分多路复用（TDMTDM）TDM-Time Division Multiplexing时分多路复用是把时间分为若干个时间槽(Slot)，每个用户分得一个时间槽，在其占用的时间槽内，该用户可以独享信道的全部带宽。3.5.2 3.5.2 时分多路复用（时分多路复用（TDMTDM）102时分复用原理时分复用原理 T1T1信道数：
42、24每幀数据：193位一幀传输时间：125s3.5.2 3.5.2 时分多路复用（时分多路复用（TDMTDM）.信道1信道2信道3信道4信道24一帧数据(193比特)信道5017位数据帧开始位校验位时间信道1信道2信道3信道4信道24第三帧数据193比特第二帧数据193比特第一帧数据193比特.信道1信道2信道3信道4信道24信道1信道2信道3信道4信道24.第三帧开始位第二帧开始位第一帧开始位信道1内容：ABCD.信道2内容：abcd.信道3内容：1234.信道4内容：!#$.举例(信道内容标记在信道号下方)：C c 3#B b 2 A a 1 !103时分多路应用实例：时分多路应用实例：T
43、1 E1T1 E13.5.2 3.5.2 时分多路复用（时分多路复用（TDMTDM）应用地区 一次群 二次群 三次群 名 称 T1 T2(=T14)T3(=T27)原始信道路数 24 96 672 北美 数据速率(Mbps)1.544 6.312 44.736 名 称 E1 E2(=E14)E3(=E24)原始信道路数 30 120 480 欧洲及中国 数据速率(Mbps)2.048 8.448 34.368 104时分多路应用实例：时分多路应用实例：SONET/SDHSONET/SDH 3.5.2 3.5.2 时分多路复用（时分多路复用（TDMTDM）SONET SDH 总数据速率(Mbps
44、)电传输 光传输 光传输 STS-1 OC-1 51.84 STS-3 OC-3 STM-1 155.52 STS-9 OC-9 STM-3 466.56 STS-12 OC-12 STM-4 622.08 STS-18 OC-18 STM-6 933.12 STS-24 OC-24 STM-8 1244.16 STS-36 OC-36 STM-12 1866.24 STS-48 OC-48 STM-16 2488.32 105统计时分复用（统计时分复用（STDMSTDM）STDMSTDMStatistical Time Division Statistical Time Division M
45、ultiplexingMultiplexing 在发送端，若某个子信道有信息要发送则为它分配一个时间槽，若没有就跳过。这样，统计时分多路复用能动态地分配时间槽3.5.3 3.5.3 统计时分复用（统计时分复用（STDMSTDM）106波分多路复用（波分多路复用（WDM WDM、DWDM)DWDM)WDMWavelength Division Multiplexing在一根光纤上使用不同的波长传输多路光信号,它把光纤波长划分为多个波段，即若干个逻辑信道，每个用户可独占通道。CWDM(稀疏波分复用或粗波分复用)DWDM(密集波分复用)3.5.4.3.5.4.波分多路复用（波分多路复用（WDMWDM
46、）107波分复用波分复用3.5.4.3.5.4.波分多路复用（波分多路复用（WDMWDM）共享光纤光栅光栅光纤1光纤2光纤1光纤21081.CWDM CWDMCoarse wavelength division multiplexing 信道间隔:20nm信道数：18个每个信道传输速率：100Mbps2.5Gbps传输距离：80公里3.5.4.3.5.4.波分多路复用（波分多路复用（WDMWDM）1092.DWDMDWDMDense Wavelength Division Multiplexing 信道间隔:0.2nm 1.2nm信道数：160256传输速率：2.5Gbps10Gbps/每个信
47、道传输距离：4500Km 3.5.4.3.5.4.波分多路复用（波分多路复用（WDMWDM）1103.6 3.6 数据交换技术数据交换技术数据交换技术数据交换技术线路交换（Circuit Switching)/电路交换报文交换（Message Switching)分组交换（Packet Switching)/数据包交换主要内容主要内容111数据交换技术数据交换技术线路交换（Circuit Switching)/电路交换报文交换（Message Switching)分组交换（Packet Switching)/数据包交换3.6 3.6 数据交换技术数据交换技术112线路交换线路交换通过呼叫在交换
48、装置的输入与输出之间直接形成可传送信息的物理通道。在两个节点开始通信前需建立一条源端到目的端专用的直通线路 3.6.1 3.6.1 线路交换线路交换113n3.6.1 3.6.1 线路交换线路交换通信的三个阶段通信的三个阶段线路建立阶段 呼叫 拨号 建立连接数据传输阶段 通话 数据传输线路释放阶段 挂机 断网交换节点4时间轴 交换节点1交换节点2交换节点3线路建立数据传输线路释放呼叫请求呼叫应答数据传输数据释放请求释放应答114n3.6.1 3.6.1 线路交换线路交换特点特点n通信之前须呼叫建立连接n线路接通时间较长，可能因为等待线路而花费较长等待时间n线路接通后，数据可直接传输，传输延迟短
49、，n线路接通后，独占信道，不利于提高线路利用率115报文交换报文交换 在发送方和接收方之间不需要预先建立一条专用的物理通道。而是在发送端将要发送的数据分割成报文，再把目的地址附加在报文中。每个节点接受并存储整个报文并转发到下一个交换节点，一次一级的中转，一直传到目的节点。3.6.2 3.6.2 报文交换报文交换116报文交换报文交换 3.6.2 3.6.2 报文交换报文交换交换节点1交换节点2交换节点3交换节点4报文报文报文117报文交换特点报文交换特点n是一个存储转发系统n不需要预先建立线路连接n线路利用率高n中间节点可以进行差错校验和代码转换 n延时大，且有抖动n每个中间节点必须有较大的存
50、储容量 3.6.2 3.6.2 报文交换报文交换118n3.6.3 3.6.3 分组交换分组交换分组交换分组交换(数据包交换）数据包交换）分组交换仍采用“存储-转发”技术。交换形式上非常像报文交换，但交换单位不是整个报文，而是将一个报文分为若干个“段”，即分组（数据包），其最大长度是有限制的 119n3.6.3 3.6.3 分组交换分组交换分组交换分组交换 交换节点1交换节点2交换节点3交换节点4数据包数据包数据包数据包数据包数据包数据包数据包数据包120分组交换的特点：分组交换的特点：n交换节点不需要太大的存储空间n交换节点可进行差错控制，提高传输可靠性n分组交换类似流水线方式，减少时延且n
