笫2章 传输介质和数据编码
数据通信原理
数据通信原理数据通信是指在计算机及网络领域中，通过合适的介质将信息从一个地方传输到另一个地方的过程。
数据通信原理是数据传输的基本理论和技术方法，它涉及到数据的编码、传输介质、传输速率、信道复用等方面的内容。
一、数据编码数据编码是指将信息转换为适合传输的信号的过程。
常见的数据编码方法有二进制编码、八进制编码和十六进制编码等。
二进制编码是将信息转换为只包含两种状态的信号，它是计算机中最基本也是最常用的编码方法。
八进制编码和十六进制编码则是将信息转换为8位或16位的信号，它们相对于二进制编码来说能够更有效地表示大范围的数据。
二、传输介质传输介质是指用于传输信息信号的物理媒介。
常见的传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤等。
双绞线是应用最广泛的传输介质，它由两根绞合在一起的导线组成，能够较好地抵御干扰。
同轴电缆则由内导体、绝缘层、外导体和外护套组成，适用于高频率信号的传输。
光纤是最先进的传输介质，它利用光的传播特性进行信息传输，具有带宽大、传输距离远和免受干扰等优势。
三、传输速率传输速率是指在单位时间内传输的数据量。
数据传输速率常用的单位有bps（比特/秒）、Kbps（千比特/秒）、Mbps（兆比特/秒）和Gbps（千兆比特/秒）等。
传输速率的选择需要根据实际需求和传输介质的性能来确定。
在实际应用中，常见的传输速率包括10Mbps、100Mbps和1Gbps等。
四、信道复用信道复用是指将不同的信号通过同一物理通道进行传输的技术。
常见的信道复用技术有频分复用（FDM）和时分复用（TDM）等。
频分复用是将不同频率范围的信号分配到不同的子信道上进行传输，从而实现多个信号同时在一个物理通道上传输的目的。
时分复用则是将不同信号按照时间片的方式依次传输，使得多个信号在不同的时间段内共享一个物理通道。
总结：数据通信原理是实现数据传输的基本理论和技术方法。
其中包括数据编码、传输介质、传输速率和信道复用等方面的内容。
在实际应用中，根据需求和资源情况选择适合的编码方法、传输介质、传输速率和信道复用技术，能够有效地实现数据的传输和通信。
《计算机网络技术基础》课件第2章
C = 2W lbn 其中，W为信道的带宽(以Hz为单位)，n为一个脉冲信 号代表的有效状态数。
奈氏准则描述的是有限带宽、无噪声信道的最大数据 传输速率与信道带宽之间的关系。如考虑信道噪声问题， 可用香农(Shannon)定律来表述，它描述了有限带宽、有随 机热噪声信道的最大数据传输速率与信道带宽、信号噪声 功率比之间的关系。信道的最大信息传输速率为C：
模拟数据反映的是连续消息，如话音和图像等。话音 的声压是时间的连续函数。数字数据反映的是离散消息， 就是用一系列符号代表的消息，而每个符号只可以取有限 个值。数字数据在传送时，一段时间内传送一个符号，因 此在瞬间内数据是离散的。因此，用来反映取值上离散的 文字或符号的数据是数字数据。
信号(Signal)是数据的电编码或电磁编码。它分为两种： 模拟信号和数字信号。模拟信号是一种连续变化的电信号， 它用电信号模拟原有消息。
在数据通信系统中，传输信息的通路称为“信道”。 信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。在 计算机网络中，有物理信道和逻辑信道之分。根据传输介 质是否有形，物理信道可以分为有线信道和无线信道。如 果按照信道中传输的数据信号的类型来分，物理信道又可 以分为模拟信道和数字信道。模拟信道传输的是模拟信号， 而数字信道直接传输二进制数字脉冲信号。
图2-5 异步方式字符结构
(2) 同步方式。如图2-6所示。发送前，发送端和接收端 应先约定同步字符的个数及每个同步字符的代码，以便实 现接收与发送的同步。
图2-6 同步传输
4．数据传输类型 1) 基带传输 由计算机或数字终端产生的信号是一连串的脉冲信号，它 包含有直流、低频和高频等组成分量。
模拟信道的容量指信道传输信号的可接收频率范围， 其带宽为传输信号的最高频率和最低频率的差值。如话音 电路接收的语音频率为300～3400 Hz，则其带宽为3400 300 = 3100 Hz(一般话音电路带宽取4 kHz)。
第2章 数据通信基础
通道容量 带宽 log2 (1 SNR) 即：C W log2 (1 SNR) W SNRdB C 3
2013-7-18 10
在实际应用中，两者结合使用： Shannon 容量定理是确定噪声通 道理论上最高的数据速率; Nyquist 给出所需的信号电平的数量。
2013-7-18
2013-7-18 27
2.4 无线介质
无线介质即空间传输介质；电磁波传输 和卫星传输都是在空间进行。 空间传输电磁波有三种技术：微波、 红外线和激光。这三种技术都需要在发 送方和接收方之间有一条视线通路。 卫星通信是利用人造地球卫星作为中 继站转发无线电信号，在多个地面站之 间进行通信。卫星线路最突出的优点是 数据传输成本不随传输距离的增加而增 加。
提示：卫星信道的延迟大约是270ms，有些题目 中把这个值当做一个常量
2013-7-18 13
在相隔2000km的两地间通过电缆以 4800b/s的速率传送3000比特长的数据包， 从开始发送到接收完数据需要的时间是 （19） 。如果用50kb/s的卫星信道传送， 则需要的时间是 （20） 。 （19）A．480ms B．645ms C．630ms D．635ms （20）A．70ms B．330ms C．500ms D．600ms
21
2013-7-18
2013-7-18
22
图
2. 3 光纤
光导纤维简称光纤，是利用光的全反射原理——任何 以大于临界角入射的光线，在介质边界都能完全地反 射回介质内——制成的。通过光在光纤中不断被反射， 被调制的光脉冲信号可以携带信息从光纤一端传送到 另一端。（如图）
2013-7-18
24
光纤组成的光缆由四部分组成： 1、缆芯：通常是高纯的石英玻璃纤维。 在多模光纤中，芯的直径是15mm～ 50mm，单模光纤直径为8mm～10mm。 2、封套：光纤外面包裹的一层材料，它 对光的折射率低于光纤。 3、外套：厚的塑料外套，用来保护封套。 4、防护层：对整个光缆起保护作用。 按照光纤缆芯的物理特性光纤可分为 两类：
第二章数据通信基础知识数据通信原理
•学习要求
• 1. 了解信号分类方式，掌握信号频谱与带宽的概念。 • 2. 了解调制解调的基本原理 • 3. 了解信道噪声的种类及特点，掌握信道容量公式。 • 4. 了解各种信道的特点。 • 5. 了解话音信道传输数据信号的基本要求。 • 6. 掌握频分复用、时分复用技术的基本原理。 • 7. 掌握语音压缩比编码和数据压缩编码的基础知识。 • 8. 掌握数据通信系统同步类型及其实现方式
• 奈奎斯特研究了理想信道(无噪声、无码间干扰)时带宽与速率的 关系，并得到以下结论：
•其中 B为带宽单位是Hz， • M为传输时数据信号的取值状态，即采用M进制传输
•2. 香农信道容量公式•
• 香农研究了用模拟信道传输数字信号时的信道容量问题，并得出 了著名的香农公式：
•其中B为带宽，单位是Hz，S/N为信噪功率比 。
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.3 信道噪声 •3. 高斯白噪声
• 可以从以下两方面对高斯白噪声下定义 ： 其任意维概率密度函数都服从高斯分布(即正态分布)——高斯噪声 在整个频域具有均匀分布的功率谱密度——白噪声
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.4 信道容量
•1.奈奎斯特信道容量公式
其对应的误码率公式为:
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •1. 双绞线
双绞线由两根相互绝缘的铜线以均匀的扭矩对称扭绞在一起形成。
绞合的目的: (1) 减少线对之间的相互干扰， (2) 同时还增强了机械和电气稳定性
分类
第二章数据通信基础知识数据通信原 理
•2.2.2 传输介质 •2. 同轴电缆
•调制信道 •编码信道 •有线信道
第2章 计算机网络通信原理
第2章计算机网络通信原理本章首先简单介绍数据通信的基本概念和原理，然后介绍各种传输介质、数据传输方式、数据交换技术、数据编码技术、多路复用技术和差错控制技术等。
通过本章学习，要求掌握数据传输方式，掌握数据交换技术，掌握差错控制技术；熟悉多路复用技术，了解传输介质，了解数据编码技术。
理解数数据据通信的基本概念和原理。
2.1 数据通信基本知识2.1.1信息、数据、信号和信道在计算机网络中，通信的目的就是为了交换信息。
1．信息信息是对客观事物属性和特性的描述，可以是对事物的形态、大小、结构、性能等全部或部分特性的描述，也可以是对事物与外部联系的描述。
信息是字母、数字、符号的集合，其载体可以是数字、文字、语音、视频和图像等。
2．数据数据是指数字化的信息。
在数据通信过程中，被传输的二进制代码（或者说数字化的信息）称为数据。
数据是信息的表现形式或载体。
数据分为数字数据和模拟数据。
数字数据的值是离散的，如电话号码、邮政编码等；模拟数据的值是连续变换的量，如身高、体重、温度、气压等。
数据与信息的区别在于，数据是信息的载体或表现形式，而信息则是数据的内在含义或解释。
3．信号数据通信中，信号是数据在传输过程中的电磁波的表示形式，因此数据只有转换为信号才能传输。
信号是运输数据的工具，是数据的载体，是数据的表现形式，信号使数据能以适当的形式在介质上传输。
从广义上讲，信号包含光信号、声信号和电信号，人们通过对光、声、电信号的接收，才知道对方要表达的消息。
信号从形式上分为模拟信号和数字信号。
模拟信号指的是在时间上连续不间断，数值幅度大小也是连续不断变化的信号，如传统的音频信号、视频信号等。
数字信号指的是在时间轴上离散，幅度不连续的信号，可以用二进制1或0表示，如计算机数据、数字电话、数字电视等输出的都是数字信号。
4．信道信道是信息从发送端传输到接收到的一个通路，它一般有传输介质（线路）和相应的传输设备组成。
在数据通信系统中，信道为信号的传输提供了通路。
第二章-数据通信基础
23.03.2022
9
zhuxh
▪ 不同类型的信号在不同类型的信道上传输 有4种情况：
数据：模拟数据 数字数据
信号：模拟信号 数字信号
信道：模拟信道 数字信道
23.03.2022
10
zhuxh
▪ 模拟传输和数字传输所使用的技术
模拟数据，模拟信号
语音
模拟
移频,调制
模拟数据，数字信号
模拟
数字
PCM编码
8
zhuxh
▪ 信息通过数据通信系统进行传输的过程
➢ 把携带信息的数据用物理信号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
“A” 01000001
01000001 “A”
信息→数据→信号→在信道信道上传输→信号→数据→信息
信息编码 数据编码 调制
解调 数据解码 信息解码
➢ 编码：数据→适合传输的数字信号——便于同步、识别、纠错 ➢ 调制：数字信号→适合传输的形式——按频率、幅度、相位 ➢ 解调：接收波形→数字信号 ➢ 解码：数字信号→原始数据
➢ 例如：通过电话网络传输数据
▪ 宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ 到几百MHZ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
23.03.2022
25
zhuxh
码元1 码元2 码元3 码元4 码元5
第2章_数据通信基础
2.误码率和误比特率 误码率是指码元在传输过程中，错误码元占 总传输码元的比率，可用如下公式表示： 误码率=传输出错的码元数/传输的总码元数 误比特率是指在传输过程中，传输出错的比 特数占传输的总比特数的比率，可用如下公 式表示： 误比特率=传输出错的比特数/传输的总比特 数
3.信道带宽和信道容量 信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的 情况下所占用的频率范围，通常称为信道的 通频带，单位用赫兹(Hz)表示。信道带宽是 由信道的物理特性所决定的，例如，电话线 路的频率范围为300～3 400 Hz，则它的带宽 范围也是300～3 400 Hz。
2.线路交换方式的特点 通信通道利用率很低，连接期间该通道完全 被用于整个连接过程，即使没有数据传送， 别人也无法使用。 实时性好，连接期间无延迟，一旦线路建立， 网络对于用户实际上是透明的。 交换设备简单(纯硬件)，收发速度快。 线路交换方式适用于远程成批处理和发送大 量数据的场合。
2.3.2报文交换 通道可复用，线路效率较高，多个报文可分 时共享一条通道。 能够建立报文的优先权。 可实现一对多通信，而这在线路交换中是办 不到的。 实时性差，延迟时间较长，不适用于声音和 图像之类实时或交互性要求较高的通信需求。
1.传输介质的分类 通信介质分为有线介质和无线介质两大类。 网络中常用的有线介质是双绞线、同轴电缆 和光纤；常用的无线介质是无线电波、微波 和红外线等
2.传输介质的特性 （1）物理特性：指传输介质的特征。 （2）传输特性：传输信号调制技术、信道容 量及传输的频带范围。 （3）覆盖地理范围：指在不用中继设备情况 下，无失真传输所能达到的最大距离。 （4）抗干扰特性：指防止噪声对传输信息影 响的能力。 （5）价格：指线路安装、维护等费用总和。
三种数据交换技术总结如下： (1)线路交换：在数据传送之前需建立一条物 理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被 一对用户完全占有。 (2)报文交换：报文从发送方传送到接收方采 用存储转发的方式。在传送报文时，只占用一 段通路：在交换节点中需要缓冲存储，报文需 要排队。因此，这种方式不满足实时通信的要 求。 (3)分组交换：此方式与报文交换类似，但报 文被分成组传送，并规定了分组的最大长度， 到达目的地后需重新将分组组装成报文。这是 网络中采用最广泛的一种交换技术。
数据通信原理
数据通信原理数据通信原理是指通过传输介质将数据从一个地点传递到另一个地点的过程。
在数据通信中，数据被分割为一系列的数据包，并通过网络传输到目的地。
数据通信原理主要涉及以下几个方面：1.调制解调：调制解调是将要传输的数据从数字信号转换为模拟信号的过程，然后将模拟信号传输到接收方后再进行解调还原为数字信号。
调制的目的是将数字信号转换为适合传输的频率范围内的模拟信号，解调则是将接收到的模拟信号转换为可供使用的数字信号。
2.传输介质：数据通信中使用的传输介质有多种，包括电缆、光纤、无线信号等。
不同的传输介质具有不同的特点和适应场景，如电缆传输适合短距离高带宽传输，光纤传输适合长距离高速传输等。
3.编码和解码：为了提高数据传输的可靠性和效率，数据在传输过程中会进行编码和解码。
编码将原始数据转换为特定编码格式，使其具备一定的容错能力，能够纠正一定数量的传输错误；解码则是将接收到的编码数据转换为原始数据。
4.传输协议：数据通信中使用的传输协议规定了数据在网络中的传输方式和规则。
常见的传输协议包括TCP/IP协议，用于互联网传输；以太网协议，用于局域网传输等。
5.差错控制：在数据通信过程中，可能会因为传输噪声、干扰等原因导致数据传输错误。
差错控制技术可用于检测和纠正传输过程中的错误，常见的差错控制技术包括奇偶校验、CRC校验等。
6.流量控制：为了保证数据传输的平稳进行，需要对数据的传输速度进行控制。
流量控制技术可用于调节发送方的传输速度，防止接收方无法及时处理数据导致的数据丢失或堆积等问题。
7.路由选择：在数据通信中，如果传输路径有多个选择，需要选择最佳的传输路径。
路由选择技术可用于确定数据传输的最佳路径，提高数据传输的效率和稳定性。
数据通信原理包括调制解调、传输介质、编码和解码、传输协议、差错控制、流量控制和路由选择等方面的内容，对于数据的可靠传输和高效传输起着重要的作用。
笫2章 传输介质和数据编码
同轴电缆（阻抗50Ω） • 宽带（broadband） 同轴电缆（阻抗为 75Ω）
图2.9 同轴电缆
2.2.2 同轴电缆（续）
同轴电缆与双绞线比较，价格贵，但带宽、 数据速率高、传输距离长和抗干扰能力强 连接器
图2.10 同轴电缆连接器
2.3 光纤
光纤是一根很细的可传导光线的纤维媒体，其半径仅几微米 至一、二百微米。制造光纤的材料可以是超纯硅、合成玻璃 或塑料 • 用超纯硅制成的光纤损耗最小，但制作工艺很难 • 合成玻璃制成的光纤虽然损耗相对较大，但更为经济， 性能也不错 • 塑料光纤更便宜，可用于短距离、较大损耗也可接受的 场合 每根光纤都有自己的包层，而后一根或多根光纤再由外皮包 裹构成光缆
卫星（satellite）通信：
• 一种特殊的微波通信 • 与一般地面微波通信的
不同在于使用地球同步 卫星作为中继站来转发 微波信号
图2.14 卫星通信
2.4.2 卫星通信（续）
国际上卫星可使用的频段： • C波段
–
使用3.7~4.2 GHz的频段作为下行信道，5.925~6.425 GHz的频 段作为上行信道
2.4.3无线局域网
无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的 产物。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线 构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。 无线网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在 墙里，并且可以随需移动或变化。 WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用 WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好 地构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络 的技术体系、熟悉构建无线网络的设备的功能。
WIFI总体拓扑结构
第2章-数据通信基础知识
同步 TDM
带宽浪费
A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
周期1 统计TDM
周期2 可用带宽
A1 B1 B2 C2
周期1
周期2
2.5 差错控制与流量控制
1.差错的产生
1）差错的定义
通过通信信道后接收的数据与发送的数据不 一致的现象。
2）差错产生的原因和类型
差错产生的原因是热噪声。主要有信道固有 的随机热噪声和外界因素引起的冲击热噪声。
外护套
加固材料 塑料屏蔽层
玻璃纤维和包层
图2-4光缆结构
（4）无线通信
电磁波传播方式有两种：无线、有线 常用的有微波、红外线和可见光。 无线通信系统有：微波通信、蜂窝移动通信和卫星通信。
微波只能沿直线传播，在地面一般采用点对点方式通信。 蜂窝移动通信是广播式传输，采用多址接入技术区分用户。
卫星通信覆盖面积大，通信距离远，通信费用和距离无关， 有传输延迟。
• 单工：数据单向传输（无线电广播）
• 半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输
（对讲机） • 全双工：数据可同时双向传输（电话）
两个方向的信号共享链路带宽： 1）链路具有两条物理上独立的传输线路，或 2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输
数据通信的操作方式
3.数据通信中的主要技术指标
统计时分多路复用（ATDM）－也叫异步时分多路复用
根据用户对时间片的需要来分配时间片，没有数据传 输的用户不分配时间片，同时，对每一个时间片加上用户 标识，以区别该时间片属于哪一个用户。提高了通信线路 利用率。
该技术为异步传输模式ATM的研究奠定了理论基础。
t1 t2 t3
A B C D
待发数据
计算机网络知识精讲 第二章 物理层
第二章物理层(一) 通信基础1. 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念2. 奈奎斯特定理与香农定理3. 编码与调制4. 电路交换、报文交换与分组交换5. 数据报与虚电路(二) 传输介质1. 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质2. 物理层接口的特性(三) 物理层设备1. 中继器2. 集线器2.1 通信基础2.1.1 信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念（1）信道：向某一个方向传送信息的媒体。
（2）信号：数据的电磁或电气表现。
（3）带宽：媒介中信号可使用的最高频率和最低频率之差，或者说是频带的宽度，Hz；另一定义是信道中数据的传送速率，bps。
（4）码元：在使用时间域（简称时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
（5）波特：单位时间内传输的码元数。
（6）比特率：单位时间内传输的比特数。
（7）信源（8）信宿计算机网络的性能计算1. 速率比特（bit）是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。
一个比特就是二进制数字中的一个1 或0。
速率即数据率(data rate)或比特率(bit rate)是计算机网络中最重要的一个性能指标。
速率的单位是b/s（bps），kb/s, Mb/s, Gb/s 等“带宽”(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。
现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或b/s (bit/s)，bps。
更常用的带宽单位是千比每秒，即kb/s （103 b/s）兆比每秒，即Mb/s（106 b/s）吉比每秒，即Gb/s（109 b/s）太比每秒，即Tb/s（1012 b/s）请注意：在计算机界，K = 210 = 1024M = 220, G = 230, T = 240。
3. 时延(delay 或latency)传输时延（发送时延）发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。
第二章 数据通信技术基础
公共交换 电话网 计算机 调制解调器 调制解调器 计算机
2）多点的连接方式（交换网络 ）
通信
计算机
终端
终端
终端
3）集中式连接方式
17
2.3 数据通信方式-同步处理
数据通信的同步传输方式由字符同步和位同步共同构成。 字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收。 同步传输方式中发送方和接收方的时钟是统一的、字符与 字符间的传输是同步无间隔的。 异步传输方式并不要求发送方和接收方的时钟完全一样， 字符与字符间的传输是异步的。
2.4
• 双绞线
内导体芯线 绝缘 内屏蔽 外屏蔽
传输介质
外套
--螺旋绞合的双导线，≈1mm --每根4对、25对、1800对 --典型连接距离100m（LAN） --RJ45插座、插头 --优缺点： 成本低 组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率） 抗干扰性一般 连接距离短 应用领域：电话网络、局域网
数据通信方式-字符同步
例如，一般不发字符时线路保持“1”状态，当发送一个 字符代码时，字符前面要加一个起始信号，极性为“0”，即 空号极性，预告字符的信息代码即将开始。在数据位和校验 位结束后面要加一个终止符号，极性为“1”，即传号极性， 表示该字符已结束。
异步方式实现起来简单容易，每个字符都为该字符的位同步 提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。缺点是通信开销较 大，线路效率低，数据传输速率多在1.2kb/s以下。 20
7
2.1
数据传输速率
数据通信的基本概念
是指信道每秒所能传输的二进制比特数，记作bps（比特 每秒）。常见单位：Kbps、Mbps、Gbps。它与信道带宽紧密 相连的，即信道带宽越宽，数据传输速率越高。 波特率：每秒传送的码元数。它与数据传输速率成正比关 系。 1 Baud = （log2M） bps 其中M是信号的编码级数,即一个脉冲信号所表示的 有效状态数 Rbit = Rbaud log2M （比特率=波特率X信号所含比特数 ）
数据通信技术基础的知识点整理
数据通信技术基础的知识点整理数据通信技术基础是计算机科学与技术中的重要领域，主要研究计算机之间的数据传输，包括信号传输、数字编码、调制解调、传输介质、网络传输协议等方面。
以下是对数据通信技术基础的知识点整理。
一、数字信号传输数字信号传输是指将数据转换成数值信号后，以数字模式传输。
在数字信号传输过程中，需要选择合适的传输介质、信号调制方式，以及正确的信号编码方式等。
数字信号传输的主要知识点有：1.二进制编码二进制编码是将数据转换为二进制形式的编码方式。
二进制编码有 ASCII码、BCD码、格雷码等形式。
2.信号调制信号调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，主要有模拟调制和数字调制两种方式。
在数字调制中，常用的调制方式有ASK、FSK和PSK等。
3.传输介质传输介质是数字信号传输的物理媒介，包括电缆、光纤、无线电波、卫星、载波等。
不同的传输介质具有不同的传输速度、误码率等特性。
4.差错控制差错控制是数据传输过程中一种重要的技术，它主要是指如何在传输过程中检测和纠错错误，以保证数据的可靠传输。
常用的差错控制方式有循环冗余检验（CRC）和海明码等。
二、模拟信号传输模拟信号传输是指将连续的信号以模拟的方式传输。
在模拟信号传输过程中，需要选择合适的传输介质、信号调制方式，以及正确的信号编码方式等。
模拟信号传输的主要知识点有：1.模拟调制模拟调制是将模拟信号经过调制器调制为可以传输的信号形式。
在模拟调制中，常用的调制方式有调幅、调频和调相等。
2.传输介质传输介质也是模拟信号传输的物理媒介，常用的传输介质包括电缆、无线电波等。
3.信噪比信噪比是指传输信号和噪声信号之间的比例。
在模拟信号传输中，信号的质量主要是通过信噪比来衡量的。
4.线路衰减线路衰减是指随着传输距离的增加，信号的功率逐渐减弱的现象。
在模拟信号传输中，最容易受到线路衰减影响的是高频信号。
三、计算机网络计算机网络是连接两台或多台计算机的互联网络，主要分为局域网、广域网和互联网三大类。
网络传输介质
第2章 网络传输介质
为了确定正在使用的电缆的等级，可以向生产商 咨询，或通过检查电缆上的记号来进行分辨。表2.1示 出了NEC第800条通信电缆代码和它们的意义。
第2章 网络传输介质
表2.1 NEC第800条通信电缆代码和它们的意义
代码 MPP MPR MP MPG CMP CMR CM CMG CMX
第2章 网络传输介质
2.2.2 双绞线的分类 1．按绝缘层的不同分类 按照绝缘层外部是否有金属屏蔽层，双绞线可以
分为UTP(非屏蔽双绞线)和STP(屏蔽双绞线)两大类， 如图2.2和图2.3所示。在这两大类中又分为100 Ω电缆、 双体电缆、大对数电缆和150 Ω屏蔽电缆，具体型号有 多种。
第2章 网络传输介质
CMUC
意义 多用途通风道电缆 多用途竖井电缆 多用途普通电缆 多用途普通电缆 通信通风道电缆 通信竖井电缆 通信通用电缆 通用通信电缆 有限使用的通信电缆
地毯下敷设的通信缆线
允许的替代物 没有替代物 MPP MPP、MPR MPP、MPR MPP MPP、CMP、MPR MPP、CMR、MPG、MP MPP、CMR、MPG、MP CMG、CM、MPP、CMR、MPG、MP
应用需求日益提高，作为网络的通信平台——综合布 线系统，它的带宽也在不断增加。
新的568-B标准从结构上分为3部分：568-B1(综合 布线系统总体要求)、568-B2(平衡双绞线布线组件)和 568-B3(光纤布线组件)。
● 568-B1(综合布线系统总体要求)。 ● 568-B2(平衡双绞线布线组件)。 ● 568-B3(光纤布线组件)。
第2章 网络传输介质
● 提供了坚实的网络基础，便于转移、更新网络技术。 ● 能够满足大多数应用的要求，并且满足低偏差和低串
数据通信基础知识
模拟的和数字的数据、信号
模拟数据 模拟数据 数字数据 数字数据
放大器 调制器
PCM 编码器
调制器
数字 发送器
模拟信号 数字信号 模拟信号 数字信号
模拟信号和数字信号
模拟信号 时间上连续，包含无穷多个信号值
数字信号 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的 是二值信号
t
t
a） 模拟信号
b） 数字信号
• 1 数据传输速率
–比特（bit）：即一个二进制位。
数据的传输速率
–比特率：为每秒传输的比特数bps或b/s。 –码元（Code cell）：时间轴上的一个信号编码单元。 –波特：每秒传送的码元数，又称波特率。单位为波特
信号的传输速率
Baud。
码元1 码元2 码元3 码元4 码元5
信号
t
同步脉冲
• 原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。 载波信号 S(t) = Acos(t+)
• S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、初相位
– 调制就是要使A、 或随数字基带信号的变化而变化
–ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1 –FSK：用载波的两个不同频率表示0和1 –PSK：用载波的起始相位的变化表示0和1
• 2 数字通信与模拟通信
–数字通信 • 在数字信道上实现模拟数据或数字数据的传输
–模拟通信 • 在模拟信道上实现模拟数据或数字数据的传输
• 数字通信的优点
– 抗噪声（干扰）能力强 – 可以控制差错，提高了传输质量 – 便于用计算机进行处理 – 易于加密、保密性强 – 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活
宽带线路 A 窄带线路 A
错误的概念
在宽带线路上比特传播得快
第2章数据编码技术
2.4 数据编码技术2.4.1 数据编码类型根据数据通信类型，用于数据通信的数据编码方法分为两类：模拟数据编码与数字数据编码。
网络中基本的数据编码方法可以归纳如图2-11所示：图2-11 数据编码方法数据编码方法模拟数据编码数字数据编码振幅键控ASK移频键控FSK 移相键控PSK非归零码NRZ曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码2.4.2 模拟数据编码方法数字调制就是将数字符号变成适合于信道传输的波形。
所用载波一般是余弦信号，调制信号为数字基带信号。
利用基带信号去控制载波的某个参数，就完成了调制。
调制的方法主要是通过改变余弦波的幅度、相位或频率来传送信息。
其基本原理是把数据信号寄生在载波的上述三个参数中的一个上，即用数据信号来进行幅度调制、频率调制或相位调制。
分别对应“幅移键控”（ASK）、“相移键控”（PSK）和“频移键控”（FSK）三种数字调制方式。
三种调制方法如图2-12所示。
1．幅移键控（ASK ） 2．频移键控（FSK ） 3．相移键控（PSK ） 4．幅度相位复合调制表2-3 幅度相位复合调制图2-12 模拟数据编码方法1010ωωππππ+0+π+0+0+0ω2ω1ω2+π数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(d)PSK(相对)ω1ω2ω12.4.3 数字数据编码方法在基带传输中，数字数据信号的编码方法主要有以下几种，如图2-15所示。
图2-14 QAM1111○1110○1101○1100○1011○ 1010○1001○ 1000 ○0111○0110○0101 ○ 0100○0011 ○0010○ 0001 ○ 0000○图2-13 V.29 Modem 的星座0 1 1 0 1 0 0 1单极性码极性码双极性码归零码双向码不归零码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编多电平编图2-15 数字数据信号的编码方法1．单极性码2．极性码3．归零码4．不归零码5．双相码双相码要求每一比特中都要有一个电平转换，因而这种编码的最大优点是自定时，同时双相码也有检测错误的功能，如果某一位中间缺少了电平翻转，则被认为是违例代码。
网络技术基础数据通信基础PPT课件
带宽与速度：1.54Mb/s
11
2.2信息及主要特点
1、数据信道和模拟信道
0
1
0
0
1
1
1
0
0
12
数据信道和模拟信道
1、模拟信道传送
13
数字信道传送
数字通信系统的任务是传输数字信息，数 字信息可能来自数据终端设备的原始数据信号， 也可能来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码 信号。 频带信号：指音频模拟信号，即带宽为300Hz3400Hz的普通电话信号。 基带信号：在计算机数据通信中，主要指数字 信号，它是一种矩形波，其分量的频率范围相差 很大。
21
字节级同步
两端每次以字节为单位传输数据，并在字 节两端加特殊记号，作为开始与结束。 优点： 接收方按字节来接收，虽然会出现时钟差 异，但由于字节短，差错较少。 异步机制与同步机制。
22
同步传输与异步传输
同步传输：接收端与发送端具有共同时钟。
方式
位级同步与帧级同步采用同步控制
异步传输：接收端与发送端不需要严格的时间
24
基本概念 信息及其主要特性 传输介质 数据编码 多路复用技术 数据交换技术 差错控制及检错
3
本章学习目标
➢记忆数据通信的基本概念 ➢了解数据通信的主要构成与信息主要特性 ➢记忆主要传输介质的特性 ➢理解数据编码 ➢了解多路复用技术、交换技术 ➢理解差错控制
4
2.1基本概念
通信系统模型
5
(1)信息（Information）是客观事物属性和相互联系特 性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。
(2)数据（Data）一般可以理解为“信息的数字化形式” 或“数字化的信息形式”。狭义的“数据”通常是指具 有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量 数据及计算机中区别于程序的计算数据等。但在计算机 网络系统中，数据通常被广义地理解为在网络中存储、 处理和传输的二进制数字编码。
数据传输和数据编码技术详解
ASCII 对照表
计算机
0100000 1
字符A的传输
计算机
2.1.3 数据通信方式
按传输信道分类：并行传输和串行传输
数据通信的分类
按传输时钟分类：同步传输和异步传输 按传输方式分类：单工、半双工、全双工
按信号类型分类：数字传输和模拟传输
2.1.3 数据通信方式
1. 并行传输和串行传输
并行传输：
手机
打印机
计算机
雷达
2.1 数据通信基础知识
2.1.1 数据通信模型
➢ 计算机－－计算机 ➢ 计算机－－终端 ➢ 终端－－终端
usb连线 010110 1
2.1 数据通信基础知识
2.1.1 数据通信模型
➢ 计算机－－计算机 ➢ 计算机－－终端 ➢ 终端－－终端 数据通信：将信息从原站传输到目的站的过程 信息：声、像、图、文 数据：信息在计算机的表现形式，实质二进制代码 在网络中，声像图文等信息是转换为二进制代码进行传输
按传输信道分类：并行传输和串行传输
数据通信的分类
按传输时钟分类：同步传输和异步传输 按传输方式分类：单工、双工、全双工
按信号类型分类：数字传输和模拟传输
2.1.3 数据通信方式
4. 模拟传输和数字传输
（Analog Transmission and Digital Transmission ） 信号：将数据进行电磁编码 按照编码格式，分为模拟信号和数字信号
1v
2Л - 1v
2.1.3 数据通信方式
4. 模拟传输和数字传输
信号：将数据进行电磁编码 按照编码格式，分为模拟信号和数字信号
模拟信号： 数字信号：
定义：用不同电平的电信号表示数据
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
并且金属包层良好地接地，安装也困难
2.2.1 双绞线（续）
双绞线实际上是分类(category) 的。类越高则性能也 越好，也就是说在一定距离内可传输更高数据速率的 信号，但价格也越贵。下面是常用的几类双绞线的性 能和主要用途： • Category 3：支持数据速率可达10Mbps，常用于传 输话音和普通以太网（Ethernet） • Category 5 (100 MHz)：支持数据速率可达 100Mbps，常用于快速以太网(Fast Ethernet) • Category 5e(350 MHz)：数据速率可达1000Mbps ， 常用于千兆以太网(Gigabit Ethernet) • 上面的Category 5e就是通常说的超5类线，所有支 持的数据速率都是指在一定的距离内，如不超过80 米。现在已有更高性能的6类非屏蔽双绞线(UTP6) ， 可用来支持千兆以太网
300GHz，微波通信使用的频率范围通常是3GHz～30GHz。
实际微波设计中的设备是从7GHZ～38GHZ，频率越高，传输 距离越短。
根据微波传播的特点，可视其为平面波。 平面波沿传播方向是没有电场和磁场纵向分量的，电场和 磁场分量都是与传播方向垂直的，所以称为横电磁波，记
为TEM波
站站接力式的中继方式完成传输
2.4.3无线局域网
无线局域网是计算机网络与无线通信技术相结合的 产物。它利用射频（RF）技术，取代旧式的双绞线 构成局域网络，提供传统有线局域网的所有功能。 无线网络所需的基础设施不需再埋在地下或隐藏在 墙里，并且可以随需移动或变化。 WLAN已经成为宽带接入的有效手段之一，使用 WLAN的区域及其承载的业务愈来愈多。为了更好 地构建理想中的无线网络，我们需要了解无线网络 的技术体系、熟悉构建无线网络的设备的功能。
在每个频段中定义了多种子频率范围，多种收发间隔和波道间 隔。
频率范围
低频段 保护 间隔 收发间隔 收发间隔 f0(中心频率) 高频段
波道 间隔
相邻收 发间隔
f1
f2
fn
f1 ’
波道 间隔
f2 ’
fn ’
分体式微波设备
射频部分（ODU） 在室外，中频、信 号处理、复接等单 元（IDU）在室内， 之间通过中频电缆 连接。 ODU可直接和天线连 接或通过一根很短 的软波导连接，避 免了馈线损耗。 容量相对较小，安 装维护方便，便于 快速建网，是目前 应用最广泛的微波
2.4.2 卫星通信（续）
卫星通信特点：
• 缺点是传播延迟时间长 • 卫星通信的传播延迟时间（270 ms）是和端地面
站间的距离无关的，因而特别适合于远距离的通 信
2.4.2 卫星通信（续）
卫星通信的新发展 ：
• 低成本的微型地面
站的出现，又称甚 小口径终端VSAT （Very Small Aperture Terminal） 系统
图2.11 光缆
2.2.3 光纤(续)
2.12 光纤传送电信号的过程
2.2.3 光纤（续）
在光纤中光线从光源进入硅或塑料光导体后有两种不 同的传输方式 • 多模（multimode）光纤：光线沿着光纤以多种角 度不断被包层反射而向前传播 • 单模（single mode）光纤：光线主要沿着光纤的 轴心向前传播
现代通信网中的传输手段
光纤通信 微 波 端 站 微 波 端 站
复用设备
复用设备
微波通信
卫星通信
2.2 金属导体
2.2.1 双绞线
双绞线(twisted pair)特点：
最经常使用的物理媒体 相对于其它有线物理媒体（同轴电缆和光纤）来说，价
格便宜也易于安装与使用 其性能一般也较差 （指它的传输距离、抗干扰性能和带 宽或数据速率而言 ）
图2.4 双绞线
2.2.1 双绞线（续）
图2.5 大对数电缆（粗的电缆）
2.2.1 双绞线（续）
双绞线分类： 非屏蔽UTP（Unshielded Twisted Pair）
普通电话线 UTP易受外部的干扰，包括来自环境噪声和附近其它双
绞线的干扰。
屏蔽 STP（Shielded Twisted Pair）
可靠性高，在开放性区域，通讯距离可达305米，在封闭性 区域，通讯距离为76米到122米，方便与现有的有线以太网 络整合，组网的成本更低。
WLAN和Wi-Fi（WiFi）区别？ WLAN是无线局域网。
WIFI是无线网络中的一个标准，比如说那些IEEE 802.11a、 b、g之类的都属于WIFI这个标准。
ODU供电。
IDU：完成业务接入、业务调度、复接和调制解调等功能。
分体式微波－安装
分离式安装 直扣式安装
标准天线 （集成式安装） 标准天线（分 离式安装） 室外单元 (ODU) 软波导 室外单元 (ODU)
中DU） 中频口
室内单元（IDU）
中频口
2.4.2 卫星通信
由于微波频率很高，波长很短(1－10cm),电波沿地面传播时衰减很大，遇到 障碍物时绕射能力很弱，投射到高空电离层不能反射。因此，这一波段电波只能 在视距内直线传播，所以叫视距传播。 由于微波必须要求为视距传输，所以把信息从一地传到另一地，只能靠接力，一 段段地传下去。故又叫微波接力通信
微波频段选择和射频波道配置
WIFI总体拓扑结构
企业内部网 Enterprise Intranet VPN 网关 RADIUS 服务器 Radius Server
北京无线信息共用网
无线接入点 Access Point
网管服务器 计费服务器 NMS Server Billing Server
接入控制器 Access Controllor
• Ku波段 – 使用11.7~12.2 GHz下行作为信道，14~14.5 GHz作为上行信道 • Ka波段 – 使用17.7~21.7 GHz下行作为信道，27.5～30.5 GHz作为上行信 道
2.4.2 卫星通信（续）
几个波段的特点：
• C波段最早被用于商用通信卫星，目前已相当拥
挤 • Ku波段相对来说还不太拥挤，但这个波段的微波 易被雨水吸收 • Ka波段也有类似Ku波段问题，且设备造价昂贵， 政府和军用的通信卫星一般使用这个波段
卫星（satellite）通信：
• 一种特殊的微波通信 • 与一般地面微波通信的
不同在于使用地球同步 卫星作为中继站来转发 微波信号
图2.14 卫星通信
2.4.2 卫星通信（续）
国际上卫星可使用的频段： • C波段
–
使用3.7~4.2 GHz的频段作为下行信道，5.925~6.425 GHz的频 段作为上行信道
凡是自由空间均可连接网络，不受限于线缆和端口位置。
无线让网络使用更自由
办公大楼
候机大厅
渡假山庄
商务酒店
无线让网络建设更经济，通信更便利
终端与交换设备之间省去布线，有效降低布线成本。 适用于特殊地理环境下的网络架设，如隧道、港口码头、高速公路。
地理环境不适合 布设有线网络 终端与设备之间 不方便通过线缆 连接
2.2.1 双绞线（续）
双绞线的连接器也已标准 化，最常用的是RJ （Registered Jack）11(3 pairs)和RJ45(4 pairs)，如 图2.6所示
图2.6 RJ 45和RJ 11
2.2.2 同轴电缆
同轴电缆（coaxial cable）也像双绞线 那样由一对导体组成， 但它们是按“同轴” 的形式构成线对 分类：
•
•
单模光纤中由于减少了反射过程中光能量被包层材料的吸 收，损耗小，通常能传输更长的距离和达到更高的数据速 率 单模光纤较多模光纤更细
从双绞线开始，基带同轴电缆、宽带同轴电缆、多模 光纤直至单模光纤，性能是由低至高、价格也从廉到 贵
2.4 无线通信
2.4.1 微波通信
微波的定义
微波是一种电磁波，从广义上讲，频率范围为300MHz～
INTERNET or International Wireless ISP
2.4.4蓝牙
蓝牙是一种支持设备短距离通信（一般10m内） 的无线电技术。能在包括移动电话、PDA、无线耳机、 笔记本电脑、相关外设等众多设备之间进行无线信 息交换。利用“蓝牙”技术，能够有效地简化移动 通信终端设备之间的通信，也能够成功地简化设备 与因特网Internet之间的通信，从而数据传输变得 更加迅速高效，为无线通信拓宽道路。蓝牙采用分 散式网络结构以及快跳频和短包技术，支持点对点 及点对多点通信，工作在全球通用的2.4GHz ISM （即工业、科学、医学）频段。其数据速率为1Mbps。
第二章 传输介质和数据编码
2.1 概述
物理传输媒体
medium，在这里指的是通信中实际传送信息的物理载体，
早期有的书中也译为介质 计算机网络中采用的物理传输媒体可分为导向(guided) 和 非导向(unguided)两大类，俗称有线和无线
• •
双绞线、同轴电缆和光纤是常用的三种导向媒体 无线电通信、微波通信、红外通信、激光通信以及卫星传送信息 的载体都是属于非导向媒体 （无形的，不占用空间 ，统称为 space free的媒体 ）
蓝牙标准的发展
天 线 (Antenna Unit)
中频电缆 (IF Cable)
室外单元ODU (Outdoor Unit)
室内单元IDU (Indoor Unit)
分体式微波设备（续）
各组成部分的作用：
天线： 聚焦ODU发送的射频信号，加大信号增益。