第三章 数据通信网络和处理方法

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二、通信介质
• 传递信息的物理载体 • 通信介质的种类
– 有线介质、无线介质
• 通信介质的物理特性
– 构造特性材质、导电性、纯度等 – 传输特性：频率特性、容量、传输距离等 – 抗干扰性：热噪声、串扰、雷电脉冲等
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有线传输介质
• 发送器和接收器之间的物理通路
– 介质的物理性质对信号传输质量有决定性的影 响 – 传输介质对信号传输的影响主要有：
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调制和解调
• 数/模转换
– 要通过窄带介质（电话线）传送数字信号，必 须将数字信号转化成模拟信号（调制）。 – 宽带介质（5类双绞线、光纤）可以直接传送 数字信号。 – 要使用无线介质传送数字信号，必须将数字信 号转换成模拟信号 – 携带数字信号的模拟信号必须转换成数字信号 （解调），否则接收端计算机无法识别。
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一、数据通信技术指标
• 数据传输率
– 波特率（Baud）：每秒传输的字节数（B/s） – 比特率（bps） ：每秒传输的位数（b/s）
• 信道划分
– 低速信道：300~9600b/s – 中速信道：9600~256,000b/s – 高速信道：256Kb/s以上
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通信方式（按数据传输方向划分）
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无线传输
• 微波
– 波长1米~1毫米的电磁波，传输容量大。 – 雷达微波频率一般在3GHz~10GHz。 – 传播方式
• 微波中继（中继站距离50公里左右，位置越高越好） • 平流层反射（厘米波，500公里左右），容易受到 水雾的影响
– 缺点：容易被干扰、窃听、容易在空气中衰减。
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无线传输
– 数据分布在地理位置不同的多台主机上 – 任务分散处理，减轻服务器负担 – 每台主机可以保有本地所需的最大数据集合， 也可以查询系统中其他主机的数据 – 系统服务器保存数据全集并发布数据子集 – 优点：全局和局部协调统一，高效、健壮 – 缺点：病毒易传播、数据备份困难、管理复杂
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二、网络特点和数据处理模式
– 来自多个终端的信号通过复用设备送入一条线 路，接收端的专用设备将信号分离再送到各个 接收终端。
信道
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多路复用
• 频分多路复用（FDM）
– 条件
• 物理信道的带宽比单个信号的带宽大的多。
– 办法
• 将信道的物理带宽分成略大于原始信号带宽 的多个频段（子频带）。 • 用不同频率的载波携带原始信号（调制）。 • 接收方识别不同频率的信号，从载波中取出 原始信号（解调）。
• 报文交换（message switching）
– 不建立专用的物理链路，对数据块的大小没有限制， 数据存储在第一个交换局然后转发到下一个交换局 （store-and-forward）。 – 例如：电报、传真 – 占用线路时间长，不能用于交互式通信。
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信息交换方式
• 报文分组交换（分组交换）
– 将数据分组发送 – 途中的数据块被存放在路由设备的内存中，条 件具备就会立即转发，减少了延迟 – 任何用户都不会长时间占用线路，避免拥堵 – 只有在需要时才申请占用线路随后释放它，线 路利用率高 – 适合交互式通信
• 单工、半双工、双工
A
发
B
收
A
收
发
B
A
B
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信道传输模式
• 同步通信
– 通信双方以相同的时钟频率按位发送，具有时 间一致性，例如：IP电话、视频会议 – 传送效率高，线路利用率低，适合高速传送
• 异步通信
– 字符作为最小发送单元，字符之间用规定的标 记分开，间隔时间是任意的，例如：电报、电 子邮件 – 传送效率低、线路利用率高，适合非实时传送
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调制和解调
• 模/数转换
– 模拟信号转换成数字信号（编码） – 例如：语音信号的转换 – 在接收端，用比特流重建模拟数据（解码）
模拟信号 数字信号 宽带介质
数字信号
短距 离
编/解码
模拟信号
解/解码 数字信号 调制解调 器
短距离
调制解调 窄带介质 器 长距离
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多路复用
• 多个数据源合用一条传输线
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网络的特点和数据处理模式 网络的服务功能和分类方法
第二节 计算机网络概述
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一、网络的形成和发展
• 第一阶段（50年代）
– 单机连接、主机-多终端系统
• 第二阶段
– 多主机互联为用户服务，用户完全控制本机
• 第三阶段
– 标准化，OSI参考模型，公共数据网、局域网
• 第四阶段
– Internet、异步传输模式、信息高速公路
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信道传输模式
• 位同步
– 内同步：接收端根据发送方数据中含有的时钟 信号校正自己的时钟频率，并接收数据 – 外同步：发送方发送数据的同时，使用专线发 送时钟信号，实现收发双方的同步
• 字符同步
– 异步式：以字符为最小发送单元，字符间用标 志位区分，单元之间的时间间隔任意 – 同步式：以字符组为传送单位，组间用标志位 区分，实现同步传输
• 网络的数据处理模式
– 集中式、分布式、协作式
• 集中式数据处理
– 大型主机连接多个终端（用户），终端只有输 入输出作用，处理和保存均由主机担任 – 优点：总费用低、便于资源管理、数据安全 – 缺点：效率不高、数据过于集中、扩展困难
• 瘦客户机系统的构想
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二、网络特点和数据处理模式
• 分布式数据处理
• 光纤的类别
– 单模：单条光通路，衰减极小，长距离大容量传输 – 多模：光线发散为多路光波传送，衰减大于单模
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有线传输介质
• 光线的传输特性
– – – – 不能分叉，用于点到点连接 衰减小，能长距离传输光信号 采用半导体发光元件或激光作为光源 带宽潜力巨大，价格昂贵
• 光纤传输过程
方波 节点A 转换器
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二、网络特点和数据处理模式
• 网络的特点
– 软、硬件资源共享 – 单个计算机即可独立工作、也可联网工作，既 可以是主机、也可以是用户。 – 统一的网络通信规则-网络协议
• 协议：信息表示、信息交换规范、信号规范等 • 解决不同设备、不同网络结构、不同的信息形式的 通信问题
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二、网络特点和数据处理模式
字符中1的个数为偶数， 所以校验位为0。接收 端将核对校验位。
停止位到达接收端时，定时机构复位，准备接收下 一个字符。
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串行通信和并行通信
• 串行
– 使用一条线路，依次发送每一位二进制码 – 速度慢，线路造价低 – ADSL、双绞线 – 适合远程通信
• 并行
– 同时使用多条线路，每条线发送一位二进制码 – 速度快，线路造价高 – 数据总线
第三章 数据通信和计算机网络
计算机网络技术基础 网络在管理中的应用
数据通信技术指标 通信介质
第一节 数据通信和通信介质
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一、数据通信技术指标
• 通信
– 点到点的信息传递 信源 反馈 信宿 编码 信道 解码
干扰
• 信息
– 有效数据 – 多媒体信息（交互性） – 文本、图形、图像、动画、视频
• 通信系统
– 信源、传输介质、信宿构成的闭环系统
Shannon 信息传播理论
主机 发送数据
发送设备
传输链路
接收设备
主机 接收数据
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一、数据通信技术指标
• 信道
– 信息的物理通道 – 有线（导线、光纤）、无线（微波、红外）
• 频谱
– 信号所包含的频率范围 – 人耳：20Hz~20000Hz
• 带宽
– 频谱的宽度叫做带宽 – 人耳（接收设备） ：20000-20=19980Hz – 电话线（传输介质）：3400KHz
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多路复用
• 频分复用适用于模拟信号，复用可达到数 千路。 • 时分复用适合于数字信号，各路信号在宏 观上是并行的，在微观上（字节）是串行 的。 • 数字传输系统使用复用技术传输数字信号， 提高了传输效率。
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信息交换方式
• 线路交换
– 两点间建立专用物理链路，电话网 – 没有数据传送时也占用线路，信道利用率低
– 统计时分
• 发送端循环扫描各个子信道（用集中器），发现某 个信道请求发送数据，就为他分配一个时槽。同时 在每个时槽插入控制域，指明信号是属于哪个信道 的。
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TDM总线交换
与 设 备 相 连
总 线 总线的传输率决定了可以通信的链路数量， 例如：2Mb/s的总线可以连接200台速率为 19.2kb/s的设备。 总线不能缓存数据，所以只有具备相同速 率的设备才能够连接。 受控门
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有线传输介质
双绞线的连接
1，2用于发送信号 3，6用于接收信号 1 2 3 4 5 6 7 8 1 2 3 4 5 6 7 8 从网卡连接到接线设备 RJ-45接头
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橙白 橙 绿白 蓝
1
2
3
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5
6
7
8
绿白 绿 橙白 蓝 蓝白 橙 棕白 棕
网 卡
蓝白
绿 棕白 棕
交 换 机 或 集 线 器
有线传输介质
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多路复用
• 时分多路复用的一个实例
– 1992年发射的通信卫星
• 4个110Mb/s的TDM信道 • 每个信道由1ms的帧构成，每帧分成1728个 时隙，每个时隙内有64比特的有效载荷，因 此每个时隙的容量是64kb/s（一个声音信 道）。
• CCITT的E1标准
– 脉冲调制载波标准
32路×8000次/s×8b=2.048Mb/s
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比特流
1
0
0
0
1
0