1、第二章第二章 數據通信技術數據通信技術 本章學習要點：本章學習要點： 數據通信的基本概念數據通信的基本概念 傳輸介質的主要特性和應用傳輸介質的主要特性和應用 無線通信技術無線通信技術 數據交換技術數據交換技術 數據傳輸技術數據傳輸技術 數據編碼技術數據編碼技術 差錯控制技術差錯控制技術 2.1 數據通信數據通信的基本概念的基本概念 2.1.1 信息、數據與信號信息、數據與信號 l 信息信息是人對現實世界事物存在方式或運動狀態的某種認識。任何事是人對現實世界事物存在方式或運動狀態的某種認識。任何事物的存在，都伴隨著相應的信息的存在，信息不僅能反映事物的特征、物的存在，都伴隨著相應的信息的存在，信

2、息不僅能反映事物的特征、運動和行為，而且還能夠借助媒體（如空氣、光波、電磁波等）傳播運動和行為，而且還能夠借助媒體（如空氣、光波、電磁波等）傳播和擴散。信息的載體可以是數值、文字、圖形、聲音、圖像以及動畫和擴散。信息的載體可以是數值、文字、圖形、聲音、圖像以及動畫等。等。l 數據數據是指把事件的某些屬性規范化后的表現形式，它能被識別，也是指把事件的某些屬性規范化后的表現形式，它能被識別，也可以被描述。數據按其連續性可分為可以被描述。數據按其連續性可分為模擬數據模擬數據與與數字數據數字數據。l 信號信號是數據的電磁波表示形式，一般以時間為自變量，以表示信息是數據的電磁波表示形式，一般以時間為自變

3、量，以表示信息（數據）的某個參量（振幅、頻率或相位）為因變量。（數據）的某個參量（振幅、頻率或相位）為因變量。l 模擬信號模擬信號是是隨時間連續變化的信號，如圖隨時間連續變化的信號，如圖 2-1（a）所示，這種信號所示，這種信號的某種參量，如振幅和頻率，可以表示要傳送的信息。例如，電視圖的某種參量，如振幅和頻率，可以表示要傳送的信息。例如，電視圖像信號、語音信號、溫度壓力傳感器的輸出信號等。像信號、語音信號、溫度壓力傳感器的輸出信號等。 l 數字信號數字信號是指離散的信號是指離散的信號,如圖如圖2-1（b）所示，如計算機使用的由）所示，如計算機使用的由“0”和和“1”組成的信號。數字信號在通信

4、線路上傳輸時要借助電信組成的信號。數字信號在通信線路上傳輸時要借助電信號的狀態來表示二進制代碼的值。因為電信號可呈現兩種狀態，可以號的狀態來表示二進制代碼的值。因為電信號可呈現兩種狀態，可以分別表示分別表示“0”和和“1”。圖圖2-1 模擬信號和數字信號波形模擬信號和數字信號波形 2.1.2 基帶信號與寬帶信號基帶信號與寬帶信號 l 基帶信號基帶信號是指信源發出的沒有經過調制的原始電信號，其特點：是指信源發出的沒有經過調制的原始電信號，其特點：l 寬帶信號寬帶信號又稱為頻帶信號，主要用于網絡電視和有線電視的信又稱為頻帶信號，主要用于網絡電視和有線電視的信號傳輸，并且頻帶信號在傳輸過程中通常要采

5、用多路復用技術來號傳輸，并且頻帶信號在傳輸過程中通常要采用多路復用技術來提高傳輸介質的帶寬利用率。提高傳輸介質的帶寬利用率。 頻率較低頻率較低; 信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式信號頻譜從零頻附近開始，具有低通形式; 計算機網絡通常都采用基帶傳輸方式。計算機網絡通常都采用基帶傳輸方式。2.1.3 信道及信道的分類信道及信道的分類 信道信道（information channels）是信號傳輸的必經之路，包括傳輸媒）是信號傳輸的必經之路，包括傳輸媒體和通信設備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜、光纖等，也可以體和通信設備。傳輸媒體可以是有形媒體，如電纜、光纖等，也可以是無形媒體，如傳輸電磁波的

6、空間。是無形媒體，如傳輸電磁波的空間。1、信道的概念、信道的概念 2、信道的分類、信道的分類 常見的分類有以下一些：常見的分類有以下一些： （1）有線信道和無線信道）有線信道和無線信道 （2）物理信道和邏輯信道）物理信道和邏輯信道 l 有線信道有線信道是指使用有線傳輸介質的信道主要包括雙絞線、同軸電是指使用有線傳輸介質的信道主要包括雙絞線、同軸電纜和光纜等。纜和光纜等。 l 無線信道是指無線信道是指以電磁波在空間傳播的方式傳送信息的信道，主要包以電磁波在空間傳播的方式傳送信息的信道，主要包括長波信道、短波信道和微波信道等。括長波信道、短波信道和微波信道等。l 物理信道物理信道是指用來傳送信號或

7、數據的物理通路，物理信道由傳輸是指用來傳送信號或數據的物理通路，物理信道由傳輸介質及有關設備組成。介質及有關設備組成。 l 邏輯信道邏輯信道也是一種通路，但一般是指人為定義的信息傳輸通路，也是一種通路，但一般是指人為定義的信息傳輸通路，在信號收、發點之間并不存在一條物理傳輸介質，通常把邏輯信道在信號收、發點之間并不存在一條物理傳輸介質，通常把邏輯信道稱為稱為“連接連接”。l 數字信道數字信道是用來傳輸離散數字信號的。離散的數字信號在計算機中是用來傳輸離散數字信號的。離散的數字信號在計算機中指由指由“0”和和“1”的二進制代碼組成的數字序列，當利用數字信道傳的二進制代碼組成的數字序列，當利用數字

8、信道傳輸數字信號時不需要進行變換，通常需要進行數字編碼。輸數字信號時不需要進行變換，通常需要進行數字編碼。（3）數字信道和模擬信道）數字信道和模擬信道l 模擬信道模擬信道是用來傳輸模擬信號的。模擬信號的電平隨時間連續變化，是用來傳輸模擬信號的。模擬信號的電平隨時間連續變化，語音信號就是典型的模擬信號。如果利用模擬信道傳送數字信號，則語音信號就是典型的模擬信號。如果利用模擬信道傳送數字信號，則必須經過數字與模擬信號之間的變換（必須經過數字與模擬信號之間的變換（A/D變換器）。調制解調器就變換器）。調制解調器就是完成這種變換的。是完成這種變換的。2.1.4 數據通信的技術指標數據通信的技術指標 l

9、 傳輸速率傳輸速率是指通信線路上傳輸信息的速度是指通信線路上傳輸信息的速度,它是描述數據傳輸系統它是描述數據傳輸系統的重要技術指標之一。傳輸速率一般有兩種表示方法，即信號速率和的重要技術指標之一。傳輸速率一般有兩種表示方法，即信號速率和調制速率。調制速率。 l 信號速率信號速率是指單位時間內所傳送的二制位代碼的有效位數，以每秒是指單位時間內所傳送的二制位代碼的有效位數，以每秒多少比特數計，單位為比特多少比特數計，單位為比特/秒（秒（bit/s）。數字信號的速率通常用。數字信號的速率通常用“比比特特/秒秒”來表示來表示 l 調制速率調制速率是指每秒傳送的脈沖數，單位為波特是指每秒傳送的脈沖數，單

10、位為波特/秒（秒（Baud/s），），是指是指信號在調制過程中，調制狀態每秒鐘轉換的次數。模擬信號的速率通信號在調制過程中，調制狀態每秒鐘轉換的次數。模擬信號的速率通常用常用“波特波特/秒秒”來表示。來表示。1. 傳輸速率傳輸速率注意：注意： “波特波特”與與“比特比特”的意義是不同的，每一的意義是不同的，每一“波特波特”，即模，即模擬信號的一個狀態不僅僅表示一位數據，而是代表了多位數據。擬信號的一個狀態不僅僅表示一位數據，而是代表了多位數據。（2）信道帶寬）信道帶寬 l 信道帶寬信道帶寬是指信道中傳輸的信號在不失真的情況下所占用的頻率是指信道中傳輸的信號在不失真的情況下所占用的頻率范圍，單位

11、用赫茲（范圍，單位用赫茲（Hz）表示。）表示。 l 數據通信系統的信道傳輸的是電磁波（包括無線電波、微波、光數據通信系統的信道傳輸的是電磁波（包括無線電波、微波、光波等），其帶寬就是所能傳輸電磁波的最大有效頻率減去最小有效波等），其帶寬就是所能傳輸電磁波的最大有效頻率減去最小有效頻率所得到的值。頻率所得到的值。 （3）信道容量）信道容量 l 信道容量信道容量，即單位時間內信道上所能傳輸的最大比特數，單位為，即單位時間內信道上所能傳輸的最大比特數，單位為比特比特/秒（秒（bit/s），它是某個信道傳輸數據速率的一個上限。），它是某個信道傳輸數據速率的一個上限。 注意注意：信道的：信道的容量容量與

12、與信道帶寬信道帶寬成正比關系，即信道帶寬越寬，信道容成正比關系，即信道帶寬越寬，信道容量就越大，所以人們有時愿意將量就越大，所以人們有時愿意將“帶寬帶寬”作為信道所能傳送的作為信道所能傳送的“最高最高速率速率”的同義語，盡管這種叫法不太嚴格。的同義語，盡管這種叫法不太嚴格。l 傳輸數據的速率都不可能超過信道容量上限，否則信號就會失真傳輸數據的速率都不可能超過信道容量上限，否則信號就會失真 2.1.5 通信方式通信方式 通信方式是指通信雙方的信息交互的方式，在設計一個通信系統時，通信方式是指通信雙方的信息交互的方式，在設計一個通信系統時，還要回答以下還要回答以下 3 個問題。個問題。 l 是采用

13、單工通信方式，還是采用半雙工或全雙工通信方式？是采用單工通信方式，還是采用半雙工或全雙工通信方式？ l 是采用串行通信方式，還是采用并行通信方式？是采用串行通信方式，還是采用并行通信方式？ l 是采用同步通信方式，還是采用異步通信方式？是采用同步通信方式，還是采用異步通信方式？ 單工通信是指數據信號僅沿一個方向傳輸，發送方只能發送不能接單工通信是指數據信號僅沿一個方向傳輸，發送方只能發送不能接收，接收方只能接收而不能發送，任何時候都不能改變信號傳送方向。收，接收方只能接收而不能發送，任何時候都不能改變信號傳送方向。如圖如圖2-2所示：所示：發發送送端端接接收收端端數據的單方向性數據的單方向性主

14、機主機顯示器顯示器圖圖2-2 單工通信示意圖單工通信示意圖l 單工通信單工通信1、單工、半雙工與全雙工通信、單工、半雙工與全雙工通信 l 半雙工通信半雙工通信 半雙工通信是指信號可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只半雙工通信是指信號可以沿兩個方向傳送，但同一時刻一個信道只允許單方向傳送，即兩個方向的傳輸只能交替進行，而不能同時進行。允許單方向傳送，即兩個方向的傳輸只能交替進行，而不能同時進行。如圖如圖2-3所示：所示：發送端/接收端發送端/接收端不同時刻的數據雙向傳輸不同時刻的數據雙向傳輸對講機對講機對講機對講機圖圖2-3 半雙工通信示意圖半雙工通信示意圖l 全雙工通信全雙工通信 全雙工通

15、信是指數據可以同時沿相反的兩個方向作雙向傳輸，比如，全雙工通信是指數據可以同時沿相反的兩個方向作雙向傳輸，比如，電話通話。電話通話。全雙工通信需要兩條信道，一條用來接收信息，一條用來全雙工通信需要兩條信道，一條用來接收信息，一條用來發送信息，因此其通信效率很高。如圖發送信息，因此其通信效率很高。如圖2-42-4所示所示。發送端接收端任何時刻的數據雙向傳輸電話機電話機圖圖2- 4 全雙工通信示意圖全雙工通信示意圖 2、串行通信和并行通信、串行通信和并行通信 l 串行通信串行通信 串行通信串行通信，是將待傳送的每個字符的二進制代碼按由低到高的順，是將待傳送的每個字符的二進制代碼按由低到高的順序，依

16、次發送，如圖序，依次發送，如圖2-5所示。其優點是：收、發雙方只需要一條所示。其優點是：收、發雙方只需要一條傳輸信道，易于實現，成本低；缺點是：速度比較慢。在遠程數據傳輸信道，易于實現，成本低；缺點是：速度比較慢。在遠程數據通信中，一般都采用串行通信方式。通信中，一般都采用串行通信方式。圖圖2- 5 串行通信示意圖串行通信示意圖 l 并行通信并行通信 并行通信并行通信，是指數據以成組的方式在多個并行信道上同時進行傳，是指數據以成組的方式在多個并行信道上同時進行傳輸，如圖輸，如圖2-6所示。其優點是速度快，但發送與接收端之間有若干條所示。其優點是速度快，但發送與接收端之間有若干條線路，費用高，僅

17、適合于近距離和高速數據通信的環境下使用。線路，費用高，僅適合于近距離和高速數據通信的環境下使用。圖圖2- 6 并行通信示意圖并行通信示意圖 3、同步技術、同步技術 同步同步，就是要求通信的收發雙方在時間基準上保持一致，它是數，就是要求通信的收發雙方在時間基準上保持一致，它是數字通信中必須要解決的一個重要問題。字通信中必須要解決的一個重要問題。 在數據通信過程中，常用的同步技術有以下兩種。在數據通信過程中，常用的同步技術有以下兩種。l 異步通信方式異步通信方式 每傳送每傳送1個字符都要在每個字符碼前加個字符都要在每個字符碼前加1個個起始位起始位，以表示字符代碼，以表示字符代碼的開始；在字符代碼和

18、校驗位后面加的開始；在字符代碼和校驗位后面加1或或2個個停止位停止位，表示字符結束。，表示字符結束。 接收方根據接收方根據起始位起始位和和停止位停止位來判斷一個新字符的開始和結束，從來判斷一個新字符的開始和結束，從而起到通信雙方的同步作用。異步通信方式如圖而起到通信雙方的同步作用。異步通信方式如圖2-7所示。所示。 圖圖2- 7 異步通信方式異步通信方式 異步方式的實現比較簡單，但每傳輸一個字符都需要多使用異步方式的實現比較簡單，但每傳輸一個字符都需要多使用2到到3位，所以適合于低速通信。位，所以適合于低速通信。 l 同步通信方式同步通信方式 該方式中，傳輸的信息格式是一組字符或一個二進制位組

19、成的數該方式中，傳輸的信息格式是一組字符或一個二進制位組成的數據塊（幀）。據塊（幀）。 對這些數據，不需要附加起始位和停止位，而是在發送一組字符或對這些數據，不需要附加起始位和停止位，而是在發送一組字符或數據塊之前先發送一個同步字符數據塊之前先發送一個同步字符SYN（以（以01101000表示）或一個同步表示）或一個同步字節（字節（01111110），用于接收方進行同步檢測，從而使收發雙方進入），用于接收方進行同步檢測，從而使收發雙方進入同步狀態。同步狀態。 在同步字符或字節之后，可以連續發送任意多個字符或數據塊，發在同步字符或字節之后，可以連續發送任意多個字符或數據塊，發送數據完畢后，再使用

20、同步字符或字節來標識整個發送過程的結束，送數據完畢后，再使用同步字符或字節來標識整個發送過程的結束，如圖如圖2-8所示。所示。 返回本節首頁返回本節首頁返回本章首頁返回本章首頁圖圖2- 8 同步通信方式同步通信方式 在同步傳送時，由于發送方和接收方將整個字符組作為一個單位傳在同步傳送時，由于發送方和接收方將整個字符組作為一個單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數據傳輸的效率。這種方法一般送，且附加位又非常少，從而提高了數據傳輸的效率。這種方法一般用在高速傳輸數據的系統中，例如，計算機之間的數據通信。用在高速傳輸數據的系統中，例如，計算機之間的數據通信。2.2 傳輸介質的主要特性和應用傳輸介質

21、的主要特性和應用 2.2.1 傳輸介質的主要類型傳輸介質的主要類型 常用的網絡傳輸介質可分為兩類：一類是有線的，一類是無線常用的網絡傳輸介質可分為兩類：一類是有線的，一類是無線的。有線傳輸介質主要有雙絞線（的。有線傳輸介質主要有雙絞線（Twisted Pair，包括屏蔽雙絞線，包括屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線）、同軸電纜（和非屏蔽雙絞線）、同軸電纜（Coaxial Cable）及光纖（）及光纖（Fiber Optics），如圖），如圖2-9所示；無線傳輸介質有無線電和微波等。所示；無線傳輸介質有無線電和微波等。圖圖2- 9 常用的有線傳輸介質常用的有線傳輸介質 2.2.2 雙絞線（雙絞線（Twis

22、ted-pair） 1、雙絞線的物理特性、雙絞線的物理特性 l 雙絞線是由相互絕緣的兩根銅線按一定扭距相互絞合在一起的類似雙絞線是由相互絕緣的兩根銅線按一定扭距相互絞合在一起的類似于電話線的傳輸媒體，為了減少信號傳輸中串擾及電磁干擾（于電話線的傳輸媒體，為了減少信號傳輸中串擾及電磁干擾（EMI）影響的程度，通常將這些線按一定的密度互相纏繞在一起。每根銅線影響的程度，通常將這些線按一定的密度互相纏繞在一起。每根銅線加絕緣層并有顏色來標記，如圖加絕緣層并有顏色來標記，如圖2-10所示：所示： 圖圖2-10 雙絞線結構示意圖雙絞線結構示意圖l 雙絞線雙絞線的價格在傳輸媒體中是最便宜的，并且安裝簡單，

23、所以得的價格在傳輸媒體中是最便宜的，并且安裝簡單，所以得到廣泛的使用。到廣泛的使用。l 雙絞線雙絞線是模擬和數字數據通信最普通的傳輸媒體，它的主要應用是模擬和數字數據通信最普通的傳輸媒體，它的主要應用范圍是電話系統中的模擬話音傳輸，最適合于較短距離的信息傳輸，范圍是電話系統中的模擬話音傳輸，最適合于較短距離的信息傳輸，當超過幾千米時信號會發生衰減，這時就要使用中繼器來放大信號當超過幾千米時信號會發生衰減，這時就要使用中繼器來放大信號和再生波形。和再生波形。l 在局域網中一般都采用雙絞線作為傳輸媒體。雙絞線可分為非屏在局域網中一般都采用雙絞線作為傳輸媒體。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線（蔽雙絞線（UT

24、P）和屏蔽雙絞線（）和屏蔽雙絞線（STP），如圖），如圖2-11所示。所示。兩者的兩者的差異在于屏蔽雙絞線在雙絞線和外皮之間增加了一個鉛箔屏蔽層，差異在于屏蔽雙絞線在雙絞線和外皮之間增加了一個鉛箔屏蔽層，如圖如圖2-11(a)所示，目的是提高雙絞線的抗干擾性能所示，目的是提高雙絞線的抗干擾性能。圖圖2-11 STP與與UTP（a）屏蔽雙絞線）屏蔽雙絞線STP （b）非屏蔽雙絞線）非屏蔽雙絞線UTP 2非屏蔽雙絞線的類型非屏蔽雙絞線的類型 按照按照EIA/TIA（電氣工業協會電氣工業協會/電信工業協會）電信工業協會）568A標準，共分為標準，共分為16 類。類。l 1類線類線 可用于電話傳輸，但

25、不適合數據傳輸，這一級電纜沒有固定的可用于電話傳輸，但不適合數據傳輸，這一級電纜沒有固定的性能要求。性能要求。l 2類線類線 可用于電話傳輸和最高為可用于電話傳輸和最高為4Mbit/s的數據傳輸，包括的數據傳輸，包括4對雙絞線。對雙絞線。l 3類線類線 可用于最高為可用于最高為10Mbit/s的數據傳輸，包括的數據傳輸，包括4對雙絞線，常用于對雙絞線，常用于10BaseT以太網的語音和數據傳輸。以太網的語音和數據傳輸。l 4類線類線 可用于可用于16Mbit/s的令牌環網和大型的令牌環網和大型10BaseT以太網，包括以太網，包括4對對雙絞線。其測試速度可達雙絞線。其測試速度可達20Mbit/

26、s。l 5類線類線 既可用于既可用于100Mbit/s的快速以太網連接又支持的快速以太網連接又支持150Mbit/s的的ATM數據傳輸，包括數據傳輸，包括4對雙絞線，是連接桌面設備的首選傳輸介質。對雙絞線，是連接桌面設備的首選傳輸介質。l 6類線類線 在外形上和結構上與在外形上和結構上與5類和超類和超5類雙絞線都有一定的差別，與類雙絞線都有一定的差別，與5類和超類和超5類線相比，它具有傳輸距離長、傳輸損耗小、耐磨、抗干擾能類線相比，它具有傳輸距離長、傳輸損耗小、耐磨、抗干擾能力強等特性，常用在千兆位以太網和萬兆位以太網中。力強等特性，常用在千兆位以太網和萬兆位以太網中。 注意注意：計算機網絡常

27、用的是：計算機網絡常用的是3類線（類線（CAT3）、）、5類線（類線（CAT5）、超）、超5類類線（線（CAT5e）和）和6類線（類線（CAT6）。）。5類線和類線和3類線的最主要區別就是類線的最主要區別就是5類線類線大大增加了每單位長度的絞合次數，并在線對間的絞合度和線對內兩根大大增加了每單位長度的絞合次數，并在線對間的絞合度和線對內兩根導線的絞合度都經過了精心的設計，這樣大大提高了線路的傳輸質量。導線的絞合度都經過了精心的設計，這樣大大提高了線路的傳輸質量。6類線類線增加了絕緣的十字骨架，電纜的直徑更粗，將雙絞線的增加了絕緣的十字骨架，電纜的直徑更粗，將雙絞線的4對線分別對線分別置于十字骨

28、架的置于十字骨架的4個凹槽內，保持個凹槽內，保持4對雙絞線的相對位置，如圖對雙絞線的相對位置，如圖2-12所示，所示，從而提高了電纜的平衡特性和抗干擾性，而且傳輸的衰減也更小。從而提高了電纜的平衡特性和抗干擾性，而且傳輸的衰減也更小。3. 雙絞線組網常用的連接設備雙絞線組網常用的連接設備圖圖2-13 RJ-45水晶頭水晶頭 圖圖2-14 集線器集線器/交換機交換機 圖圖2-12 6類類UTP 2.2.3 同軸電纜（同軸電纜（Coaxial cable） 1同軸電纜的物理特性同軸電纜的物理特性l 同軸電纜是由繞同一軸線的兩個導體所組成，即內導體（銅芯導線）同軸電纜是由繞同一軸線的兩個導體所組成，

29、即內導體（銅芯導線）和外導體和外導體(屏蔽層屏蔽層)，外導體的作用是屏蔽電磁干擾和輻射，兩導體之，外導體的作用是屏蔽電磁干擾和輻射，兩導體之間用絕緣材料隔離，如圖間用絕緣材料隔離，如圖2-14所示。同軸電纜具有較高的帶寬和極好所示。同軸電纜具有較高的帶寬和極好的抗干擾特性。的抗干擾特性。圖圖2-14 同軸電纜結構示意圖同軸電纜結構示意圖l 同軸電纜的規格是指電纜粗細程度的度量，按射頻級測量單位（同軸電纜的規格是指電纜粗細程度的度量，按射頻級測量單位（RG）來度量，來度量，RG越高，銅芯導線越細，越高，銅芯導線越細，RG越低，銅芯導線越粗。越低，銅芯導線越粗。l 同軸電纜又可分為兩類：粗纜和細纜

30、。經常提到的同軸電纜又可分為兩類：粗纜和細纜。經常提到的10BASE-2和和10Base-5以太網就是分別使用細同軸電纜和粗同軸電纜組網的。用同軸以太網就是分別使用細同軸電纜和粗同軸電纜組網的。用同軸電纜組網，需要在兩端連接電纜組網，需要在兩端連接50的反射電阻，這就是通常所說的終端匹的反射電阻，這就是通常所說的終端匹配器。配器。l 使用同軸電纜同軸電纜組網的其它連接設備，細纜與粗纜的不盡相使用同軸電纜同軸電纜組網的其它連接設備，細纜與粗纜的不盡相同，即使名稱一樣，其規格、大小也是有差別的。同，即使名稱一樣，其規格、大小也是有差別的。 2.2.4 光纜（光纜（Fiber Optical Cab

31、le） 1光纖的物理特性光纖的物理特性 l 光纖是一種由石英玻璃纖維或塑料制成的，直徑很細，能傳導光信光纖是一種由石英玻璃纖維或塑料制成的，直徑很細，能傳導光信號的媒體，如圖號的媒體，如圖2-16所示。所示。 一根光纜中至少應包括兩條獨立的導芯，一根光纜中至少應包括兩條獨立的導芯，一條發送，另一條接收。一條發送，另一條接收。2. 細纜組網常用的連接設備細纜組網常用的連接設備圖圖2-15 細纜常用連接設備細纜常用連接設備圖圖2-16 光纖結構示意圖光纖結構示意圖l 一根光纜可以包括二至數百根光纖，并用加強芯和填充物來提高機一根光纜可以包括二至數百根光纖，并用加強芯和填充物來提高機械強度。光束在玻

32、璃纖維內傳輸，防磁防電，傳輸穩定，質量高。因械強度。光束在玻璃纖維內傳輸，防磁防電，傳輸穩定，質量高。因此光纖多適用于高速網絡和骨干網。此光纖多適用于高速網絡和骨干網。l 根據使用的光源和傳輸模式，光纖可分為根據使用的光源和傳輸模式，光纖可分為多模光纖多模光纖和和單模光纖單模光纖。l 單模光纖單模光纖采用注人式激光二極管作為光源，激光的定向性強。單模采用注人式激光二極管作為光源，激光的定向性強。單模光纖的芯線直徑非常接近光波的波長，當激光束進人玻璃芯中的角度光纖的芯線直徑非常接近光波的波長，當激光束進人玻璃芯中的角度差別很小時，光線則不必經過多次反射式的傳播，而是一直向前傳播差別很小時，光線則

33、不必經過多次反射式的傳播，而是一直向前傳播能以單一的模式無反射地沿直線傳播，如圖能以單一的模式無反射地沿直線傳播，如圖2-17所示。所示。 玻璃芯的直徑大于光波波長玻璃芯的直徑大于光波波長 玻璃芯的直徑接近光波波長玻璃芯的直徑接近光波波長圖圖 2-17 單模光纖傳播示意圖單模光纖傳播示意圖圖圖 2-18 多模光纖傳播示意圖多模光纖傳播示意圖l 多模光纖多模光纖采用發光二極管產生可見光作為光源，當光纖芯線的直徑采用發光二極管產生可見光作為光源，當光纖芯線的直徑比光波波長大很多時，由于光束進入芯線中的角度不同傳播路徑也不比光波波長大很多時，由于光束進入芯線中的角度不同傳播路徑也不同，這時光束是以多

34、種模式在芯線內不斷反射而向前傳播，如圖同，這時光束是以多種模式在芯線內不斷反射而向前傳播，如圖2-18所示。所示。2光纖的特點光纖的特點 l 光纖有較大的帶寬，通信容量大。光纖有較大的帶寬，通信容量大。l 光纖的傳輸速率高，能超過千兆位光纖的傳輸速率高，能超過千兆位/ /秒。秒。l 光纖的傳輸衰減小，連接的范圍更廣。光纖的傳輸衰減小，連接的范圍更廣。l 光纖不受外界電磁波的干擾，因而電磁絕緣性能好，適宜在電氣光纖不受外界電磁波的干擾，因而電磁絕緣性能好，適宜在電氣干擾嚴重的環境中干擾嚴重的環境中使用。使用。l 光纖無串音干擾，不易被竊聽和截取數據，因而安全保密性好。光纖無串音干擾，不易被竊聽和

35、截取數據，因而安全保密性好。 3光纖的規格光纖的規格 返回本節首頁返回本節首頁返回本章首頁返回本章首頁2.3 無線通信技術無線通信技術 2.3.1 電磁波譜電磁波譜 描述電磁波的參數有三個：描述電磁波的參數有三個：波長波長 、頻率頻率f 和和光速光速C。三者間的關系三者間的關系為：為：C=f 電磁波的傳播有兩種方式：一種是在有限空間領域內傳播，電磁波的傳播有兩種方式：一種是在有限空間領域內傳播，如利用如利用雙絞線、同軸電纜和光纖來傳輸電磁波雙絞線、同軸電纜和光纖來傳輸電磁波；另一種方式是在自由空間中另一種方式是在自由空間中傳播，即通過無線方式傳播。傳播，即通過無線方式傳播。1. 電磁波電磁波2

36、. 電磁波的頻譜圖電磁波的頻譜圖 按照頻率由低到高的順序排列，不同頻率的電磁波可以分為無線電按照頻率由低到高的順序排列，不同頻率的電磁波可以分為無線電、紅外線紅外線、可見光可見光、紫外線紫外線、X射線和射線和射線射線,如圖如圖2-19所示。所示。 圖圖2-19 電磁波譜與通信類型關系示意圖電磁波譜與通信類型關系示意圖 2.3.2 無線電通信無線電通信 無線電通信無線電通信主要有以下一些特點：主要有以下一些特點：l 傳播距離較遠，容易穿過建筑物，而且無線電波是全方向傳播的，因傳播距離較遠，容易穿過建筑物，而且無線電波是全方向傳播的，因此無線電波的發射和接收裝置不必要求精確對準。此無線電波的發射和

37、接收裝置不必要求精確對準。 l 無線電波極易受到電子設備的各種電磁干擾無線電波極易受到電子設備的各種電磁干擾 ，并且其傳播特性與頻率，并且其傳播特性與頻率密切相關。密切相關。 l 中、低頻（頻率在中、低頻（頻率在1MHz以下）無線電波沿地球表面傳播，能輕易以下）無線電波沿地球表面傳播，能輕易地繞過一般障礙物，但其能量隨著傳播距離的增大而急劇下降，且通地繞過一般障礙物，但其能量隨著傳播距離的增大而急劇下降，且通信帶寬較低，如圖信帶寬較低，如圖2-20(a)所示。所示。l 高頻和甚高頻（頻率在高頻和甚高頻（頻率在3MHz1GHz之間）無線電波趨于直線傳播，之間）無線電波趨于直線傳播，易受障礙物的阻

38、擋并將被地球表面吸收。但是到達離地球表面大約易受障礙物的阻擋并將被地球表面吸收。但是到達離地球表面大約100km500km高度的帶電粒子層的無線電波將被反射回地球表面，高度的帶電粒子層的無線電波將被反射回地球表面，如圖如圖2-20(b)所示。所示。我們可以利用無線電波的這種特性來進行數據通信。我們可以利用無線電波的這種特性來進行數據通信。 圖圖2- -20 無線電波傳播示意圖無線電波傳播示意圖 2.3.3 微波通信微波通信 微波通信主要有以下一些特點：微波通信主要有以下一些特點：l 微波的頻率范圍為微波的頻率范圍為2GHz400GHz，其典型的工作頻率為其典型的工作頻率為2GHz、4GHz、8

39、GHz和和12GHz。微波在空間主要是直線傳播，。微波在空間主要是直線傳播，所以微波的發所以微波的發射天線和接收天線必須精確對準。又射天線和接收天線必須精確對準。又由于微波會穿透電離層而進入宇由于微波會穿透電離層而進入宇宙空間，因此它不像無線電通信可以經電離層反射傳播到地面上很遠宙空間，因此它不像無線電通信可以經電離層反射傳播到地面上很遠的地方。的地方。l 微波經長距離傳送后會發生衰減，因此每隔一段距離就需要架設一微波經長距離傳送后會發生衰減，因此每隔一段距離就需要架設一個微波中繼站，兩個中繼站之間的距離一般為個微波中繼站，兩個中繼站之間的距離一般為30km50km，如圖如圖2-21所示。所示

40、。圖圖2-21 微波通信示意圖微波通信示意圖2.3.4 衛星通信衛星通信 l 微波微波波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很波段頻率很高，其頻段范圍也很寬，因此其通信信道的容量很大，大，可同時傳送大量的信息，且傳輸質量也比較穩定。可同時傳送大量的信息，且傳輸質量也比較穩定。與相同容量和與相同容量和長度的電纜載波通信比較，微波通信建設投資少、見效快。長度的電纜載波通信比較，微波通信建設投資少、見效快。l 微波通信的缺點是它在雨雪天氣傳輸時會被吸收，從而造成損耗，微波通信的缺點是它在雨雪天氣傳輸時會被吸收，從而造成損耗，而且微波的保密性也不如電纜和光纜好，對于保密性要求比較高的應而

41、且微波的保密性也不如電纜和光纜好，對于保密性要求比較高的應用場合需要另外采取加密措施。用場合需要另外采取加密措施。 衛星通信實質上就是在地面站之間利用地球上空三萬六千公里的同衛星通信實質上就是在地面站之間利用地球上空三萬六千公里的同步地球衛星作為中繼器的一種微波接力通信。步地球衛星作為中繼器的一種微波接力通信。 衛星通信主要有以下一些特點：衛星通信主要有以下一些特點：l 通信距離遠、通信距離遠、容量大、質量穩定、容量大、質量穩定、可靠性高。在電波覆蓋范圍內，可靠性高。在電波覆蓋范圍內，任何一處都可以通信，且通信費用與通信距離無關。任何一處都可以通信，且通信費用與通信距離無關。 l 衛星通信可以

42、克服地面微波通信距離的限制。一個同步衛星可以覆衛星通信可以克服地面微波通信距離的限制。一個同步衛星可以覆蓋地球的三分之一以上的表面蓋地球的三分之一以上的表面只要在地球赤道上空的同步軌道上等距只要在地球赤道上空的同步軌道上等距離地放置三顆相隔離地放置三顆相隔120度的衛星，就能基本上實現全球的通信，如圖度的衛星，就能基本上實現全球的通信，如圖2-22所示。所示。l 信號信號受陸地災害影響小，易于實現廣播通信和多址通信。受陸地災害影響小，易于實現廣播通信和多址通信。l 衛星通信的缺點是衛星通信的缺點是通信費用高，延時較大，通信費用高，延時較大，不管兩個地面站之間的不管兩個地面站之間的地面距離是多少

43、，傳播的延遲時間都為地面距離是多少，傳播的延遲時間都為270ms，這這比比地面電纜地面電纜的的傳播傳播延遲時間要延遲時間要高高幾個數量級。幾個數量級。圖圖 2-22 衛星通信示意圖衛星通信示意圖2.3.5 移動通信移動通信 l 移動通信移動通信只要是指移動物體與固定物體，移動物體與移動物體之只要是指移動物體與固定物體，移動物體與移動物體之間的通信。移動物體之間的通信通常依靠移動通信系統（間的通信。移動物體之間的通信通常依靠移動通信系統（Mobile Telecommunications System，MTS）來實現。）來實現。l 目前實際應用的移動通信系統主要有：蜂窩移動通信系統、無繩電目前實

44、際應用的移動通信系統主要有：蜂窩移動通信系統、無繩電話系統、無線電尋呼系統、話系統、無線電尋呼系統、AdHoc網絡系統以及衛星移動通信系統等網絡系統以及衛星移動通信系統等 1. 移動通信的含義移動通信的含義2. 移動通信系統的發展移動通信系統的發展 移動通信系統通常分為以下幾代：移動通信系統通常分為以下幾代： 返回本節首頁返回本節首頁返回本章首頁返回本章首頁l 1G（The First Generation）。）。1G 系統又稱為類比式移動電話系系統又稱為類比式移動電話系統（統（AMPS），自），自20世紀世紀80年代起開始使用。該系統的通話方式是年代起開始使用。該系統的通話方式是蜂窩電話標準

45、，僅限語音的傳送。蜂窩電話標準，僅限語音的傳送。l 2G（The Second Generation）。）。2G系統又稱為數字移動通信系統，系統又稱為數字移動通信系統，對語音以數字化方式傳輸，除具有通話功能外，還引入了短信功能。對語音以數字化方式傳輸，除具有通話功能外，還引入了短信功能。l 3G（The Third Generation）。）。3G系統又稱為多媒體移動通信系系統又稱為多媒體移動通信系統，它是一種將無線通信與互聯網多媒體通信相結合的新一代移動統，它是一種將無線通信與互聯網多媒體通信相結合的新一代移動通信系統。通信系統。3G系統能夠處理圖像、聲音、視頻等多媒體信息，提供系統能夠處理

46、圖像、聲音、視頻等多媒體信息，提供網頁瀏覽、電話會議、電子商務信息等多種服務。網頁瀏覽、電話會議、電子商務信息等多種服務。l 4G（The Forth Generation）。目前的移動通信系統剛剛步入）。目前的移動通信系統剛剛步入4G時時代，代，4G系統的主要目標是多功能集成的寬帶移動通信系統，并提高系統的主要目標是多功能集成的寬帶移動通信系統，并提高移動裝置無線訪問互聯網的速度。移動裝置無線訪問互聯網的速度。2.4 數據交換技術數據交換技術 2.4.1 電路交換（電路交換（Circuit Switching） 一般我們按照通信子網中的網絡結點對進入子網的數據所實施的轉發一般我們按照通信子網

47、中的網絡結點對進入子網的數據所實施的轉發方式的不同來分類，可將數據交換的方式分為以下兩大類：方式的不同來分類，可將數據交換的方式分為以下兩大類：l 電路交換電路交換l 存儲轉發交換存儲轉發交換 電路交換也稱為線路交換，是一種直接的交換方式，與電話交換方電路交換也稱為線路交換，是一種直接的交換方式，與電話交換方式的工作過程很類似。兩臺計算機通過通信子網交換數據之前，首先式的工作過程很類似。兩臺計算機通過通信子網交換數據之前，首先要在通信子網中通過一個一個交換設備間的線路連接，建立一條實際要在通信子網中通過一個一個交換設備間的線路連接，建立一條實際的專用的物理通路。的專用的物理通路。 電路交換實現

48、數據通信需經過電路交換實現數據通信需經過建立連接、數據傳輸、釋放連接建立連接、數據傳輸、釋放連接三個三個步驟，如圖步驟，如圖2-23所示所示圖圖2-23 電路交換示意圖電路交換示意圖電路交換的優、缺點：電路交換的優、缺點：l 實時性好，實時性好，適用于實時或交互式會話類通信，如數字語音，傳真等適用于實時或交互式會話類通信，如數字語音，傳真等通信業務。通信業務。 l 呼叫時間大大長于數據的傳送時間，通信線路的利用率不高，并且呼叫時間大大長于數據的傳送時間，通信線路的利用率不高，并且整個系統也不具備存儲數據的能力，無法發現與糾正傳輸過程中發生整個系統也不具備存儲數據的能力，無法發現與糾正傳輸過程中

49、發生的數據差錯，系統效率較低的數據差錯，系統效率較低。l 對通信雙方而言，必須做到雙方的收發速度、編碼方法、信息格式對通信雙方而言，必須做到雙方的收發速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。和傳輸控制等一致才能完成通信。2.4.2 存儲轉發交換（存儲轉發交換（Store-and-forward Switching） 存儲存儲/轉發式交換是指網絡結點先將途經的數據按傳輸單元接受并存轉發式交換是指網絡結點先將途經的數據按傳輸單元接受并存儲下來，然后選擇一條適當的鏈路轉發出去。根據轉發的數據單元的儲下來，然后選擇一條適當的鏈路轉發出去。根據轉發的數據單元的不同，存儲不同，存儲/轉發方式

50、交換又可分為兩類：轉發方式交換又可分為兩類：l 報文交換報文交換l 分組交換分組交換1. 報文交換（報文交換（Message Switching） l 報文交換是指網絡中的每一個結點先將整個報文（報文交換是指網絡中的每一個結點先將整個報文（Message）完整地）完整地接收并存儲下來，然后選擇合適的鏈路轉發到下一個結點。每個結點都接收并存儲下來，然后選擇合適的鏈路轉發到下一個結點。每個結點都對報文進行如此存儲轉發，最終到達目的地，如圖對報文進行如此存儲轉發，最終到達目的地，如圖2-24所示。所示。 圖圖2-24 報文交換示意圖報文交換示意圖 l 源結點和目標結點在通信時不需要建立一條專用的通路

51、，與電路交源結點和目標結點在通信時不需要建立一條專用的通路，與電路交換相比，報文交換沒有建立連接和釋放連接所需的等待和時延。換相比，報文交換沒有建立連接和釋放連接所需的等待和時延。l 線路的利用率高，線路的利用率高，任何時刻一份報文只占用一條鏈路的資源，不必任何時刻一份報文只占用一條鏈路的資源，不必占用通路上的所有鏈路資源，提高了網絡資源的共享性占用通路上的所有鏈路資源，提高了網絡資源的共享性。l 數據傳輸的可靠性高，每個結點在存儲轉發中，都進行差錯控制，即數據傳輸的可靠性高，每個結點在存儲轉發中，都進行差錯控制，即進行檢錯和糾錯。進行檢錯和糾錯。l 在報文交換中，每一個報文由在報文交換中，每

52、一個報文由報頭報頭和和要傳輸的數據要傳輸的數據組成，報頭中有組成，報頭中有源地址和目標地址。結點根據報頭中的目標地址為報文進行路徑選擇，源地址和目標地址。結點根據報頭中的目標地址為報文進行路徑選擇，并且對收發的報文進行相應的處理。并且對收發的報文進行相應的處理。 報文交換的優、缺點：報文交換的優、缺點：l 由于每一個結點都采用了對完整報文的存儲由于每一個結點都采用了對完整報文的存儲/轉發，因此傳輸時延較轉發，因此傳輸時延較長，長，不適用于不適用于實時實時或或交互式通信。交互式通信。2. 分組交換（分組交換（Packet Switching） 分組交換又稱分組交換又稱包交換包交換，與報文交換同屬

53、于存儲，與報文交換同屬于存儲/轉發式交換，它們之轉發式交換，它們之間的差別在于參與交換的數據單元長度不同。分組交換不像報文交換間的差別在于參與交換的數據單元長度不同。分組交換不像報文交換以以“整個報文整個報文”為單位進行交換傳輸，而是以更短的、標準的為單位進行交換傳輸，而是以更短的、標準的“報文報文分組分組”（Packet）為單位進行交換傳輸。為單位進行交換傳輸。 根據網絡中傳輸控制協議和傳輸路徑的不同，分組交換又可分為兩種根據網絡中傳輸控制協議和傳輸路徑的不同，分組交換又可分為兩種方式：方式：l 數據報分組交換數據報分組交換l 虛電路分組交換虛電路分組交換（1）數據報分組交換）數據報分組交換

54、 l 每個分組被稱為一個每個分組被稱為一個數據報數據報（datagram），），若干個數據報構成一次若干個數據報構成一次要傳送的報文或數據塊。要傳送的報文或數據塊。l 每個數據報在傳輸的過程中，都要進行路徑選擇，各個數據報可以每個數據報在傳輸的過程中，都要進行路徑選擇，各個數據報可以按照不同的路徑到達目的地。按照不同的路徑到達目的地。l 各數據報不能保證按發送的順序到達目的結點，有些數據報甚至還各數據報不能保證按發送的順序到達目的結點，有些數據報甚至還可能在途中丟失。在接收端，再按分組的順序將這些數據報組重新合可能在途中丟失。在接收端，再按分組的順序將這些數據報組重新合成一個完整的報文。如圖成

55、一個完整的報文。如圖2-25所示。所示。 圖圖2-25 數據報分組交換示意圖數據報分組交換示意圖 數據報分組交換的特點：數據報分組交換的特點：l 傳輸延遲較大，適用于突發性通信，不適用于長報文、會話式通信。傳輸延遲較大，適用于突發性通信，不適用于長報文、會話式通信。l 同一報文的分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網，到達目的結點同一報文的分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網，到達目的結點時可能出現亂序、重復或丟失現象。時可能出現亂序、重復或丟失現象。l 每個分組都必須帶有數據、源地址和目的地址，其長度受到限制，一每個分組都必須帶有數據、源地址和目的地址，其長度受到限制，一般為般為2000比特以

56、內，典型長度為比特以內，典型長度為128個字節。個字節。（2 2）虛電路分組交換）虛電路分組交換 l 虛電路方式結合了數據報方式與線路交換方式的優點，達到最佳的虛電路方式結合了數據報方式與線路交換方式的優點，達到最佳的數據交換效果。數據交換效果。l 虛電路是為了傳送某一報文而設立和存在的，它是兩個用戶結點虛電路是為了傳送某一報文而設立和存在的，它是兩個用戶結點在開始互相發送和接收數據之前需要通過通信網絡建立的一條邏輯在開始互相發送和接收數據之前需要通過通信網絡建立的一條邏輯上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的這條虛電路傳輸，用戶上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的這條虛電路傳輸，用戶在不需

57、要發送和接收數據時清除該連接。在不需要發送和接收數據時清除該連接。 l 整個通信過程分為三個階段：整個通信過程分為三個階段：虛電路的建立虛電路的建立、數據傳輸數據傳輸、虛電路虛電路的釋放的釋放三個步驟。如圖三個步驟。如圖2-26所示。所示。圖圖2-26 虛電路分組交換示意圖虛電路分組交換示意圖 數據報分組交換的特點：數據報分組交換的特點：l 虛電路在每次報文分組發送之前，必須在源結點與目的結點之間建立虛電路在每次報文分組發送之前，必須在源結點與目的結點之間建立一條邏輯連接。一條邏輯連接。l 報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需要攜帶虛電路報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需

58、要攜帶虛電路標識號。報文分組到達目的結點時也不會出現丟失、重復或亂序的現標識號。報文分組到達目的結點時也不會出現丟失、重復或亂序的現象。象。l 報文分組通過每個虛電路上的結點時，結點只需要做差錯檢測，而不報文分組通過每個虛電路上的結點時，結點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇。需要做路徑選擇。（3）分組交換與報文交換相比的優點）分組交換與報文交換相比的優點l 數據出錯時，只需要重傳錯誤分組，而不要重發整個報文，數據出錯時，只需要重傳錯誤分組，而不要重發整個報文，這樣有利這樣有利于迅速進行數據糾錯，于迅速進行數據糾錯，大大減少每次傳輸發生錯誤的概率以及重傳信息大大減少每次傳輸發生錯誤的概率以及

59、重傳信息的數量。的數量。l 分組交換把數據的最大長度限制在較小的范圍內，這樣每個結點所需分組交換把數據的最大長度限制在較小的范圍內，這樣每個結點所需要的存儲量減少了，要的存儲量減少了，有利于提高結點存儲資源的利用率。有利于提高結點存儲資源的利用率。l 分組交換比報文交換減少了時間延遲。因為，當第一個分組發送給第分組交換比報文交換減少了時間延遲。因為，當第一個分組發送給第一個結點后，接著可發送第二個分組，隨后可發送其他分組，這樣多個一個結點后，接著可發送第二個分組，隨后可發送其他分組，這樣多個分組可同時在網中傳播，總的延時大大減少，分組可同時在網中傳播，總的延時大大減少，網絡信道的利用率大大提網

60、絡信道的利用率大大提高高 。l 易于重新開始新的傳輸。可讓緊急報文迅速發送出去，不會因傳輸優易于重新開始新的傳輸。可讓緊急報文迅速發送出去，不會因傳輸優先級較低的報文而堵塞。先級較低的報文而堵塞。（4）三種交換技術的比較）三種交換技術的比較返回本節首頁返回本節首頁返回本章首頁返回本章首頁2.5 數據傳輸技術數據傳輸技術 2.5.1 基帶傳輸技術基帶傳輸技術 基帶傳輸基帶傳輸是指在通信線路上原封不動地傳輸由計算機或終端產生的是指在通信線路上原封不動地傳輸由計算機或終端產生的0或或1數字脈沖信號。這樣一個信號的基本頻帶可以從直流成分到數兆數字脈沖信號。這樣一個信號的基本頻帶可以從直流成分到數兆赫，