----揭示數(shù)據(jù)通信原理基本概念----揭示鏈路兩端通信的原理----局域網(wǎng)鏈路和廣域網(wǎng)鏈路數(shù)據(jù)通信原理基礎(chǔ)與數(shù)據(jù)鏈路層本章大綱數(shù)據(jù)通信原理基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)鏈路層的基本概念差錯(cuò)檢測(cè)和糾錯(cuò)技術(shù)多路訪問(wèn)協(xié)議的原理MAC地址和ARP協(xié)議以太網(wǎng)技術(shù)局域網(wǎng)設(shè)備廣域網(wǎng)鏈路與PPP協(xié)議一、數(shù)據(jù)通信原理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信的產(chǎn)生與基本概念碼元、帶寬、奈氏準(zhǔn)則與香農(nóng)定理數(shù)據(jù)傳輸方式1.數(shù)據(jù)通信的產(chǎn)生電子計(jì)算機(jī)問(wèn)世微電子技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)大量應(yīng)用，任何信息均可轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)形式（二進(jìn)制格式）計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)結(jié)合促使數(shù)據(jù)通信飛速發(fā)展——擴(kuò)大計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍，推進(jìn)人類社會(huì)信息化進(jìn)程——通信領(lǐng)域的飛躍——人－人通信——人－機(jī)通信、機(jī)－機(jī)通信數(shù)據(jù)通信的概念數(shù)據(jù)：為某種意義的數(shù)字信號(hào)的組合（字母、數(shù)字和符號(hào)）數(shù)據(jù)通信：傳輸?shù)男畔閿?shù)據(jù)形式的通信方式數(shù)據(jù)通信編碼標(biāo)準(zhǔn)用于將字符信息翻譯成二進(jìn)制代碼的標(biāo)準(zhǔn)——最廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)為ASCII碼（美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)信息交換碼）字符信息數(shù)據(jù)ASCII碼數(shù)據(jù)信息傳輸示意圖字符信息光電信號(hào)二進(jìn)制代碼字符信息二進(jìn)制代碼光電信號(hào)數(shù)字通信系統(tǒng)信號(hào)的概念與分類信號(hào)的定義：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。信號(hào)的分類：模擬信號(hào)：連續(xù)變化的連續(xù)信號(hào)數(shù)字信號(hào)：離散的信號(hào)數(shù)模信號(hào)的相互轉(zhuǎn)化調(diào)制數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槟M信號(hào)解碼、平滑解調(diào)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)抽樣、量化模擬信號(hào)通過(guò)抽樣、量化編碼等步驟

通過(guò)解碼、平滑等步驟

數(shù)字信號(hào)最基本的調(diào)制方法調(diào)幅(AM)：振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。調(diào)頻(FM)：頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。調(diào)相(PM)：初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。正交振幅調(diào)制QAM可供選擇的相位有12種，而對(duì)于每一種相位有1或2種振幅可供選擇。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種4bit的編碼。若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。r

(r,)基帶信號(hào)和帶通信號(hào)基帶信號(hào)（即基本頻帶信號(hào)）將數(shù)字信號(hào)1或0直接用兩種不同的電壓來(lái)表示基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。這些信道需要對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。帶通信號(hào)(寬帶信號(hào))把基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸數(shù)字通信系統(tǒng)模型傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào)輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機(jī)2.碼元的概念碼元(code)——在使用時(shí)間域（或簡(jiǎn)稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。碼元傳輸率的單位是波特(baut)1波特=1碼元/秒物理帶寬和網(wǎng)絡(luò)帶寬物理帶寬：物理鏈路的頻率范圍，單位Hz網(wǎng)絡(luò)帶寬：網(wǎng)絡(luò)每秒能通過(guò)的最高數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/s碼元傳輸率與帶寬BW的關(guān)系:BW=Baud*log2V(V表示信號(hào)的識(shí)別狀態(tài)）物理帶寬和網(wǎng)絡(luò)帶寬的關(guān)系：奈氏準(zhǔn)則（奈奎斯特第一準(zhǔn)則）奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則低通信道：信號(hào)在小于某個(gè)頻率時(shí)都能通過(guò)，否則不能通過(guò)低通信道的奈氏準(zhǔn)則理想低通信道的最高碼元傳輸速率=2WBaudW是理想低通信道的帶寬，單位為赫茲(Hz)不能通過(guò)能通過(guò)0頻率(Hz)W(Hz)另一種形式的奈氏準(zhǔn)則帶通信道：信號(hào)在某個(gè)頻率范圍內(nèi)時(shí)都能通過(guò)，否則不能通過(guò)帶通信道的奈氏準(zhǔn)則理想帶通信道的最高碼元傳輸速率=WBaudW是理想帶通信道的帶寬，單位為赫茲(Hz)不能通過(guò)能通過(guò)0頻率(Hz)W(Hz)不能通過(guò)數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際的信道有失真，但可識(shí)別失真大，無(wú)法識(shí)別實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號(hào)波形接收信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形香農(nóng)定理香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無(wú)差錯(cuò)的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為:C=Wlog2(1+S/N)b/sW為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。3.串、并行傳輸并行傳輸多條線路同時(shí)傳輸一組二進(jìn)制代碼一組數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)在一條線路上一位一位地傳送并、串行傳輸討論討論：哪種傳輸方式更適合遠(yuǎn)距離傳輸并行傳輸?shù)膯?wèn)題：時(shí)滯、串?dāng)_時(shí)滯（ClockSkew）

串?dāng)_（Crosstalk）并行線路之間的干擾同步傳輸和異步傳輸同步傳輸以同步的時(shí)鐘節(jié)拍來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)信號(hào)數(shù)據(jù)一般以組（幀）為單位，幀內(nèi)各數(shù)據(jù)位的相對(duì)位置固定能確保接收方的采樣速度和比特的到達(dá)速度一致異步傳輸以字符或字節(jié)組成字符幀為單位傳輸發(fā)送端和接收端可以由各自的時(shí)鐘來(lái)控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，這兩個(gè)時(shí)鐘源彼此獨(dú)立，互不同步。本質(zhì)是按照每個(gè)字符同步同步傳輸與異步傳輸特點(diǎn)異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn):對(duì)線路適用性好，收發(fā)雙方的時(shí)鐘信號(hào)不需要嚴(yán)格同步。缺點(diǎn)是對(duì)每一字符都需加入“起、止”數(shù)據(jù)位，使傳輸效率降低。適用于較低的低速數(shù)據(jù)傳輸。同步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：傳輸效率較高，但對(duì)線路適用性較差。在一段數(shù)據(jù)鏈路中，只能有一個(gè)設(shè)備作為時(shí)鐘源。單工、半雙工與全雙工單工只有一個(gè)信道，傳輸方向只能是單向的類似尋呼機(jī)半雙工只有一個(gè)信道，在同一時(shí)刻，只能是單向傳輸類似對(duì)講機(jī)全雙工雙信道，同時(shí)可以有雙向數(shù)據(jù)傳輸類似電話本節(jié)小結(jié)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)基帶信號(hào)與帶通(寬帶)信號(hào)調(diào)制解調(diào)奈奎斯特準(zhǔn)則與香農(nóng)定理串行通信與并行通信同步通信與異步通信單工、半雙工、全雙工二、網(wǎng)絡(luò)有線傳輸介質(zhì)雙絞線同軸電纜光纖1.雙絞線(twistedpair)屏蔽雙絞線(STP):抗干擾性好，但不易安裝布線非屏蔽雙絞線(UTP):抗干擾性較差，但容易安裝布線，目前使用最廣泛雙絞線根據(jù)性能的分類根據(jù)電氣性能分為：3類，5類，超5類，6類，7類3類用于10Mb/s以太網(wǎng)，5類用于100Mb/s以太網(wǎng)，超5類用于千兆網(wǎng)6類，7類的標(biāo)準(zhǔn)已制定目前的布線建議采用超5類線以上UTP使用RJ-45水晶頭作為連接器UTP的接線標(biāo)準(zhǔn)T568B接線方式對(duì)主機(jī)而言:1,2引腳發(fā)數(shù)據(jù)3,6引腳收數(shù)據(jù)1,3高電平2,6低電平T568B接線原則：1236橙綠藍(lán)棕半全半全直通線和交叉線直通線：兩端都使用T568B連線，一般用于不同設(shè)備之間。交叉線：一端使用T568B，一端使用T568A，一般用于相同或相近設(shè)備之間。交叉線直通線交叉線的演示1,2引腳發(fā)數(shù)據(jù)1,2引腳發(fā)數(shù)據(jù)3,6引腳收數(shù)據(jù)3,6引腳收數(shù)據(jù)UTP制作失敗的例子反接開路短路UTP的性能討論衰減由距離決定，理論上不能超過(guò)100m距離過(guò)長(zhǎng)導(dǎo)致衰減過(guò)大串繞線對(duì)之間的干擾，在水晶頭上尤為突出（因?yàn)闆](méi)有絞和)水晶頭上串?dāng)_最大回波損耗(反射)當(dāng)信號(hào)遇到不連續(xù)的阻抗會(huì)朝相反方向反射，產(chǎn)生干擾線歪曲過(guò)度容易產(chǎn)生較強(qiáng)的回波損耗(反射干擾)水晶頭制作的優(yōu)劣下面哪個(gè)水晶頭做的好，為什么？使用雙絞線安裝的鏈路HUB或交換機(jī)跳線配線架水平電纜插座跳線站點(diǎn)配線間工作區(qū)CP*CP*固定連接點(diǎn)（可選的）2.同軸電纜(COAXIALCABLE)50Ω同軸，多用于早期以太網(wǎng)75Ω同軸，用于有線電視屏蔽較好，不容易安裝，目前在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用不多屏蔽網(wǎng)銅芯導(dǎo)體塑料外套絕緣體3.光纖工作原理通過(guò)光的全反射傳輸信號(hào)特性抗干擾性強(qiáng)，衰減小，傳輸距離長(zhǎng)分成多模光纖和單模光纖隨著價(jià)格的不斷下降應(yīng)用日益普及高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷涠嗄９饫w和單模光纖輸入脈沖輸出脈沖單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖單模光纖核心直徑小，光以一種模式無(wú)散射傳輸,高帶寬，使用激光光源，長(zhǎng)距離傳輸（可達(dá)50公里）,在1310nm和1550nm波長(zhǎng)下測(cè)量。多模光纖核心直徑大，光以多路徑或多模式傳輸,低帶寬,通常使用LED光源，短距離鏈路，通常在一個(gè)建筑物內(nèi)（小于100米,在850nm或1300nm波長(zhǎng)下測(cè)量。光纖注意事項(xiàng)可以歪曲，不能折兩根成對(duì)實(shí)