ch3-数据通信基础与计算机网络
计算机网络(第3章)
码元 基本波形
编码
信号
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不同的编码方案
表示不同数字数据的码元的形式不同，产生出 不同的编码方案。 1.单极性遍码 2.双极性编码 3.曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
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1.单极性编码
所谓单极性编码，是指在每一码元时间间隔内，有电流发出表 示二进制“1”，无电流发出表示二进制“0”。 （1）如果整个码元时间内维持有效电平，则属于全宽码，称 为单极性不归零型编码（NRZ）； （2）如果逻辑“1”只在该码元时间维持一段时间就变成0电 平，称为单极性归零型编码（RZ）。
量、数据通信的基本方式、 多路复用技术、 数据交换 方式和差错校验和控制等技术。
信息 信源
信息 传输媒体与通信技术
信息 信宿
数据通信系统构成与功能示意图
4
3、数据通信系统的模型
数据通信系统的模型 1、一个数据通信系统可以划分为三大部分：源系统、传输系统
和目的系统；
2、源系统一般包括源点和发送器两部分；目的系统一般包括接 收器和终点两部分。
振幅
f1
f2 频率
振幅频谱图
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10、基带信号和宽带信号
直接来自信源的、没有经过调制（进行频谱搬移和变 换）的原始电信号称为基带信号，即基本频率信号。
调制分为基带调制和带通调制。 1.仅对基带信号的波形进行交换，使它能够与信道特 性相适应，变换后的信号还是基带信号，称为基带调 制； 2.利用载波信号将基带信号搬移到较高频段进行传输， 调制后的信号称为带通信号（也称宽带信号），这类 调制称为带通调制。 3.基本的调制方法有调幅（AM）、调频（FM）和调 相（PM）。
清华大学的《计算机通信与网络教程》：从高到低的跳变是 1 从 低到高的跳变是 0 。
数据通信基础教案
ATM是一种面向连接的交换技术，它采用小的固定长度的信息交换单元（一个53Byte的信元），话音、视频和数据都可由信元的信息域传输。
它综合吸取了分组交换高效率和电路交换高速率的优点，针对分组交换速率低的弱点，利用电路交换完全与协议处理几乎无关的特点，通过高性能的硬件设备来提高处理速度，以实现高速化。
数据报传输是一种面向无连接的传输方式；
虚电路传输是一种面向连接的传输方式。
分组交换的优点：
高效动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。
灵活以分组为传送单位和查找路由。
迅速必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使用链路的带宽
可靠完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有很好的生存性
五、信元交换技术
信道按传输介质可分为有线信道、无线信道和卫星信道。
信道按传输信号的种类可分为模拟信道和数字信道。
3．信道容量
信道容量是指信道传输信息的最大能力，通常用数据传输率来表示。即单位时间内传送的比特数越大，则信息的传输能力也就越大，表示信道容量大。
C=Blog2(1+S/N)
B为信道带宽，S为接受端信号的平均功率，N为信道内噪声平均功率，C为信道容量。
采用奇偶校验时，若其中两位同时发生错误，则会发生没有检测出错误的情况。
校验方法
奇校验：就是让原有数据序列中（包括你要加上的一位）1的个数为奇数
1000110（0）你必须添0这样原来有3个1已经是奇数了所以你添上0之后1的个数还是奇数个。
偶校验：就是让原有数据序列中（包括你要加上的一位）1的个数为偶数
1、说出下列符号代表什么含义
PM FM AM DCE DTE
计算机网络课件CH3-5ed 数据链路层-WYJ
用字节填充法解决透明传输的问题
帧开始符 原始数据
SOH EOT SOH ESC SOH EOT
帧结束符
字节填充
SOH ESC EOT
字节填充
ESC SOH
字节填充
ESC ESC
字节填充
ESC SOH EOT
经过字节填充后发送的数据 发送 在前
3. 差错检测
在传输过程中可能会产生比特差错： 在传输过程中可能会产生比特差错：1 可能会变 比特差错 成 0 而 0 也可能变成 1。 。 在一段时间内， 在一段时间内，传输错误的比特占所传输比特总 数的比率称为误码率 数的比率称为误码率 BER (Bit Error Rate)。 。 误码率与信噪比有很大的关系。 误码率与信噪比有很大的关系。 为了保证数据传输的可靠性， 为了保证数据传输的可靠性，在计算机网络传输 数据时，必须采用各种差错检测措施。 数据时，必须采用各种差错检测措施。
接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验
(1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有 ， 差错， 接受(accept)。 差错，就接受 。 (2) 若余数 R ≠ 0，则判定这个帧有差错，就 ，则判定这个帧有差错， 丢弃。 丢弃。 但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或 哪几个比特出现了差错。 哪几个比特出现了差错。 只要经过严格的挑选， 只要经过严格的挑选 ， 并使用位数足够多的 除数 P， 那么出现检测不到的差错的概率就 ， 很小很小。 很小很小。
帧开始 开始 发送 帧首部 IP 数据报 帧结束
帧的数据部分 ≤ MTU 数据链路层的帧长
帧尾部
用控制字符进行帧定界的方法举例
帧开始符
SOH
帧结束符
EOT
装在帧中的数据部分 帧
[计算机软件及应用]计算机网络CH3-5ed 数据链路层
![[计算机软件及应用]计算机网络CH3-5ed 数据链路层](https://img.taocdn.com/s3/m/2f428de0ce2f0066f533227d.png)
冗余码的计算举例
现在 k = 6, M = 101001。 设 n = 3, 除数 P = 1101， 被除数是 2nM = 101001000。 模 2 运算的结果是：商 Q = 110101，
余数 R = 001。 把余数 R 作为冗余码添加在数据 M 的后面发
送出去。发送的数据是：2nM + R 即：101001001，共 (k + n) 位。
主机 H1 向 H2 发送数据
主机 H1
路由器 R1
电话网
局域网
路由器 R2
广域网
路由器 R3
主机 H2
局域网
H1
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
仅从数据链路层观察帧的流动
R1 网络层 链路层 物理层
R2 网络层 链路层 物理层
R3 网络层 链路层 物理层
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
2019/5/13
零比特填充
PPP 协议用在 SONET/SDH 链路时，是 使用同步传输（一连串的比特连续传 送）。这时 PPP 协议采用零比特填充方 法来实现透明传输。
在发送端，只要发现有 5 个连续 1，则 立即填入一个 0。接收端对帧中的比特 流进行扫描。每当发现 5 个连续1时，就 把这 5 个连续 1 后的一个 0 删除，
3.1.2 三个基本问题
(1) 封装成帧 (2) 透明传输 (3) 差错控制
2019/5/13
1. 封装成帧
封装成帧(framing)就是在一段数据的前后分别 添加首部和尾部，然后就构成了一个帧。确定 帧的界限。
首部和尾部的一个重要作用就是进行帧定界。
帧开始
IP 数据报
计算机网络CH3-6ed 数据链路层2
2019/11/16
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接收端对收到的每一帧进行 CRC 检验
(1) 若得出的余数 R = 0，则判定这个帧没有差 错，就接受(accept)。
(2) 若余数 R 0，则判定这个帧有差错，就丢 弃。
但这种检测方法并不能确定究竟是哪一个或哪 几个比特出现了差错。
只要经过严格的挑选，并使用位数足够多的除 数 P，那么出现检测不到的差错的概率就很小 很小。
计算机网络（第 6 版）
第 3 章 数据链路层
2019/11/16
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第 3 章 数据链路层
3.1 使用点对点信道的数据链路层 3.1.1 数据链路和帧 3.1.2 三个基本问题
3.2 点对点协议 PPP 3.2.1 PPP 协议的特点 3.2.2 PPP 协议的帧格式 3.2.3 PPP 协议的工作状态
H2
应用层 运输层 网络层 链路层 物理层
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3.1 使用点对点信道的数据链路层
3.1.1 数据链路和帧
链路(link)是一条无源的点到点的物理线 路段，中间没有任何其他的交换结点。
一条链路只是一条通路的一个组成部分。
数据链路(data link) 除了物理线路外，还必须 有通信协议来控制这些数据的传输。若把实现 这些协议的硬件和软件加到链路上，就构成了 数据链路。
2019/11/16
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2. PPP 协议不需要的功能
纠错 流量控制 序号 多点线路 半双工或单工链路
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3. PPP 协议的组成
1992 年制订了 PPP 协议。经过 1993 年 和 1994 年的修订，现在的 PPP 协议已 成为因特网的正式标准[RFC 1661]。
数据通信基础
数据有两种类型：数字数据和模拟数据，前者的值是离散，如电 话号码、邮政编码等；而后者的值则是连续变化的量，如身高、体重 等。
3、信号
信号简单地说就是携带信息的传输介质。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。根据信号参量取值不同， 信号有两种表示形式：模拟信号(Analog Signal)与数字信号 (Digital Signal)
(2)调制速率 调制速率又称为码元速率，所谓码元是承载信息的基本
信号单位。码元速率是指单位时间内信号波形的变换次数， 即通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T，则码元 速率B=1/T。码元速率也叫波特率，通常用来表示调制解调 器之间传输信号的速率。
R=Blog2n (bps)
其中：R表示信号速率，B表示调制率，n为一个码元所携带的 信息量。当在二元调制方式中，码元所携带的信息量n =2， 即只有0和1两个离散值时，信号速率和调制速率相等( R=B)。
2.2 数据传输 介质
一般的，物理介质可大致分为有线介质（铜 线和光纤）和无线介质（电波和光波）。
有线介质是最常用也最简便的通信介质，一 直有大量的铜线和光纤应用于电话系统中。在广 域网领域，利用现成的电话系统线路进行通信传 输几乎是最实际也最简便的方式，而在局域网领 域，利用改进的专用线缆进行通信传输也简便易 行。常见的有线介质有双绞线、同轴电缆、光纤 等。
光纤和同轴电缆外形相似只是没有网状屏蔽层，光 纤由纤芯、封套及外套组成。纤芯由一玻璃或塑料组成， 封套是玻璃的，使光信号可以反射回去，沿着光纤进行 传输，外套则由塑料组成，用于防止外界的伤害和干扰。
根据传输点模数的不同，光纤分为单模 光纤（single-mode fiber）和多模光纤 （multi-mode fiber）两种(“模”是指以 一定角速度进入光纤的一束光)。单模光 纤采用激光二极管LD作为光源，而多模光 纤采用发光二极管LED为光源。
计算机网络 CH3 物理层
第 3 章 物理层பைடு நூலகம்
第 3 章 物理层
3.1 物理层基本功能 3.2 常用传输介质的接口特性
3.2.1 RJ-45的接口特性 3.2.2 BNC接口特性 3.2.3 常用光纤接口的特性
3.3 宽带接入技术
3.3.1 xDSL技术 3.3.2 光纤同轴混合网（HFC 网） 3.3.3 FTTx 技术
(2) HFC 网采用结点体系结构
放大器 光纤结点 模拟光纤
头端
服务区
同轴电缆
分路器
服务区
引入线 服务区
(3) HFC 网具有比 CATV 网更宽 的频谱，且具有双向传输功能
下行信道 上行 信道 5 40 50 原有模拟电视 550 数字信号 750 保留 频率(MHz) 1000
(4) 每个家庭要安装一个用户接口盒
3.2.3 常用光纤接口的特性
光纤接口是用来连接光纤线缆的物理接口。通常有SC、 ST、FC等几种类型，它们由日本NTT公司开发。FC 是Ferrule Connector的缩写，其外部加强方式是采用 金属套，紧固方式为螺丝扣。ST接口通常用于 10Base-F，SC接口通常用于100Base-FX。 根据光纤从内部可传导光波的不同，分为单模 （传导长波长的激光）和多模（传导短波长的激光） 两种。单模光缆的连接距离可达10公里，多模光缆的 连接距离要短的多，是300米或500米（主要看激光的 不同，产生短波长激光的光源一般有两种，一种是 62.5的，一种是50的） 另外，光缆的接头部分也有两种，一种SC接口为 1GB接口还有一种为LC接口为2GB接口。
3.2.2 BNC的接口特性
BNC 端口输入：通常用于工作站和同轴电缆连 接的连接器，标准专业视频设备输入、输出端口。 BNC电缆有5个连接头用于接收红、绿、蓝、水 平同步和垂直同步信号。BNC接头有别于普通 15针D－SUB标准接头的特殊显示器接口。由R、 G、B三原色信号及行同步、场同步五个独立信 号接头组成。主要用于连接工作站等对扫描频率 要求很高的系统。BNC接头可以隔绝视频输入 信号，使信号相互间干扰减少，且信号频宽较普 通D－SUB大，可达到最佳信号响应效果。
计算机网络与Internet应用基础教程 第3章 数据通信与通信网基础
图3-7同步传输方式 内同步指某些编码技术内含时钟信号。外同步指由 通信线路设备提供同步时钟信号，该同步信号与数 据编码一同传输，以保证线路两端数据传输同步。 总之，同步传输方式由字符同步和位同步共同构成。 它的优点是开销少、效率高，适合以较高的速率传 输数据；缺点是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。
3.2 数据通信方式
3.2.1 并行传输方式与串行传输方式
数据传输有并行与串行两种方式。在计算机中，通 常是用8位的二进制代码来表示一个字符。在数据 通信中，人们可以按图3-5（a）所示的方式，将待 传送的每个字符的二进制代码按由低位到高位的顺 序依次发送，这种工作方式称为“串行传输”。在 数据通信中，人们也可以按图3-5（b）所示的方式， 将表示一个字符的8位二进制代码通过8条并行的通 信信道同时发送出去，每次发送一个字符代码，这 种工作方式称为“并行传输”。
数据传输是数据通信系统的基础，其系统模型如图 3-4所示。数据通信系统除了数据传输之外还包括 数据链路和规程控制、数据在传输前后的处理等。 数据通信中的链路控制等功能牵涉到了OSI物理层 以上的协议。
图3-4 数据传输系统模型
3.1.2 信道带宽与信道最大传输速率
信道在通信系统中具有非常重要的地位，其中信道 带宽与信道最大传输速率是影响信道质量的两个主 要因素。 在数据通信系统中，信道是传送电信号的通路。广 域网包含了通信子网和资源子网，而通信子网又包 括传送线路和交换设备两部分。这里，我们将在机 器之间传输比特流的传送线路叫做信道。提到信道 的概念，首先要说明它的应用范围。本章我们要讨 论的信道，主要是指数据通信中广义的信道概念。
第3章 数据通信与通信网基础
3.1 数据通信的基本概念 3.2 数据通信方式 3.3 传输介质 3.4 通信网简介 习题3
数据通信与计算机网络（第2版）习题6
数据通信与计算机网络（第2版）第6章习题第1 页共1 页一、填空题1.通信网的硬件系统一般由、和转换交换系统等3部分通信设备构成，这是构成通信网的物理实体。
2.现代通信网除了有传递各种用户信息的业务网之外，还需要若干支撑网，如、、和管理网。
3.SONET 定义了线路速率的等级结构，其传输速率以为基础进行倍乘，这个速率对于电信号就称“第1级同步传送信号”，记为STS-1;SDH 速率为，称为“第1级同步传送模块”，记为STM-1STM-1。
4.ITU 对第三代移动通信系统确定了3个无线接口标准，分别是、和。
其中，是由我国所提出的标准。
5.ITU 在2012年1月通过了4G 4G（（IMT-Advanced IMT-Advanced）的）的4种标准，分别是、、和。
6.广域网为用户所提供的服务可以分为两大类，即的网络服务和的网络服务。
这两种服务的具体实现就是通常所谓的数据报服务和虚电路服务。
7.帧中继是在OSI/RM 的层上使用的方式传送和交换数据单元的一种方式。
8.帧中继是一种简化的技术，帧中继业务兼有业务和的长处，实现上又比ATM 技术简单。
9.ISDN 定义了一些标准化的信道，定义了一些标准化的信道，并分别用一个英文字母来表示，并分别用一个英文字母来表示，并分别用一个英文字母来表示，其其中最常见的是信道（信道（64kbit/s 64kbit/s 的数字PCM 话音或数据信道）和 信道（信道（信道（16kbit/s 16kbit/s 或64kbit/s 用作公共信道信令的信道）。
10.ISDN 有两种接口方式：即 （BRI BRI））接口和接口和 （PRI PRI））接口。
11.ISDN 一次群速率的结构是nB+D,n 的数值对应于2.048Mbit/s 2.048Mbit/s（（E1系统）和1.544Mbit/s （T1系统）的基群，分别为分别为 或或 。
12.ATM 的分层参考模型是一个立体模型，在逻辑上可按以下3个层面进行描述，分别是进行描述，分别是 平面、平面、平面、 平面和平面和平面和 平面。
计算机网络通信基础
通信基础一、基本概念数据通信是指在不同的计算机或设备之间传输及表示二进制位序列的模拟信号或数字信号的过程。
通信中产生和发送信号的一端叫做信源，接受信号的一端叫做信宿，信源和信宿之间的通信线路称为信道。
☆模拟和数字在数据通信系统中，数据可以用模拟信号和数字信号两种方式表示。
模拟信号和数字信号都有两种表示形式：周期信号与非周期信号。
使周期信号函数重复的最小时间间隔称为基波周期T。
☆波特率、码元速率与比特率波特率是指单位时间内信号波形所能达到的最大变换次数，单位为波特/秒（Baud/s Bps Hz）；在数字信号中，一个数字脉冲称为一个码元，一次脉冲的持续时间称为码元的宽度。
码元速率表示单位时间内信号波形的最大变换次数，即单位时间内通过信道的码元个数；单位时间内在信道上传送的数据量（即位数）称为数据数率，又称为比特率，单位为bps。
☆频谱与带宽信号频谱是信号的所有分量的频率的集合。
带宽是频谱的宽度，即频谱中最高频率与最低频率的差值。
☆介质带宽与有效带宽传输介质在传送信号时只能传送某个频率范围内的信号，这个频率范围的宽度便是介质带宽，即介质所能传送信号的最高频率与最低频率的差值。
介质带宽是有介质本身所决定的，它是介质的一个物理特质。
数字信号与模拟信号的频谱包括不同振幅的多个频率。
但在传输过程时不一定能够传输原始信号频谱的全部频率，而只能传输那些具有重要振幅的分量。
这一部分被传输分量的频率组成的频谱叫做有效频谱，其带宽称为有效带宽。
☆信道容量传输介质在单位时间内所能传送的最大信息量（即传输介质的最大比特率）称为信道容量。
信道容量的大小是由介质带宽和调制技术决定的。
☆传输模式☆通信模式＊傅立叶分析＊尼奎斯特定理＊香农公式用信号功率与噪声功率的比值来衡量噪声，该比值称为信噪比。
在实际情况中，由于信噪比的值太大，通常用分贝（dB）描述。
？香农总结出有噪声信道的最大数据传输率：一条带宽为H Hz、信噪比为S/N的有噪声信道的最大数据传输率V为？三、传输介质传输介质大致上可以分为有线介质和无线介质。