計算機網絡教案

武漢大學博士生導師楊曉麗

數據傳輸

數據通信是兩個實體間數據

的傳輸和交換。數據傳輸是將源

站的數據編碼成信號，沿傳輸介

質傳播至目的站。數據傳輸的品

質取決于被傳輸信號的品質和傳

輸介質的特性。

本章學習要點

1.數據通信模型及其關鍵成份

2.數據調制與編碼的概念及常用方法

3.數字數據傳輸方式

4.多路復用技術及常用的數字信號分級

5.傳輸介質的特性

6.銅環接入技術（XDSL寬帶）

數據通信模型

源系統目的系統

A

/

傳輸

源發送器系統］接收器目的站

(a)通信模型

工作站謂制J一^詢制

解調器公共電話網解調器服務器

(b)通信系統實例

簡單的通信模型

模型中關鍵部分

■源：產生要發送的數據的設備。

■發送器：對信號進行轉換或編碼以產生

能在特定傳輸系統中傳輸的電磁信號。

■傳輸系統：連接源和目的地的傳輸線或

復雜的網絡。

■接收器：從傳輸系統接收信號并轉換成

目的站設備能處理的信號。

■目的站：：從接收器輸入數據的設備。

數據通信關鍵任務

■傳輸系統利用率

■接口

■同步

■交換管理

■差錯檢測和校正

■尋址和路由

■恢復

■報文格式

■安全

■網管

數據率和頻帶的關系

i--

■頻譜：一個信號包含的頻率范圍

■絕對頻寬：一個信號的頻譜的寬度

■有效頻帶：信號的大部分能量集中的頻

譜寬度

■信號數據率越高，所需有效頻帶越寬

數據調制與編碼

幾個術語

■數據：數據是有意義的實體的量化形式,

而信息涉及的是這些數據的內容和解釋。

■信號和信號發送：信號是數據的電磁或

電子編碼，信號發送是指沿傳輸介質傳

播信號的動作。

■傳輸：指傳播和處理信號的數據通信。

模擬倍日用連續變化的電磁波未表示數據

模擬數助

聲盲

電話—*-模擬信號

波）

數『數據

一進制模授信制

調制解調器

出jKak；??中（載波頻率）

數個信號—用電壓脈沖序列.未表示數據

模擬數據

模擬信號一編碼解碼器數字信號

數,/數抱

直接表示或編碼

模擬和數字數據的模擬和數字信號

調制與編碼

■調制是載波信號的某些特性

根據輸入信號而變化的過程

■編碼是將模擬數據或數字數

據變換成數字信號，以便通

過數字通信介質傳輸出去

模擬數據的模擬信號調制

11------——----------

■幅度調制是一種載波的幅度會隨著原始

模擬數據的幅度變化而變化的技術

■頻率調制是一種高頻載波的頻率會隨著

原始模擬信號的幅度變化而變化的技術

原始模擬信號

時間〈S)

幅度調制

原始模擬信號

WWWWWWWW載波信號

WW1WWW1調頻信號

時間（S）

頻率調制

數字數據的模擬信號調制

■幅移鍵控(ASK)是用載波頻率的兩個

高俅不同的振幅來表示兩個二進制值

■頻移鍵控(FSK)是用載波頻率附近的

兩個不同頻率來表示兩個二進制值

■相移鍵控(PSK)是利用載波信號的相

位移動來表示數據

OOL￡O±OOO1O

—/wv^w-----w-

巾高收錐f/

OO11OiOOO1o

"WVWVX/VWVX/WX/

C,)頻蘆卷^攔1￡與去

OOI1O1C<><51<>

wvwvvvwwvvww

9）本口毛多錢莖春公士

數字數據的模擬信號調制

數字數據的數字信號編碼

■不歸粵制編碼

■曼徹斯特編碼

■差動曼徹斯特編碼

數字信號的編碼

模擬數據的數字信號編碼

■脈沖代碼調制(PCM)是以采樣

定理為基礎

■采樣定理：

如在規則的時間間隔內，以高于兩

倍最高有效信號頻率的速率對信號

f(t)進行采樣，那么，這些采樣

值包含了原始信號的全部信息

數一等效二進制數脈沖代位父皮形

Ooono

10001n

20(11(>.|n!

30O11nn

4010<：>in!；

1

5O1OJ1in

1n

60JJ01n1

in

7(1111innn

810OOnil：

?

91001n_?in

1O1()1<>n?

1n1

11IO11n?nn

??

12110()___ELn??

1311(>1nnn

141IIOnnn!

151111nnnn

(b)

脈沖代碼調制

數字數據傳輸方式

>---------------------------------

■串行傳輸與笄行傳輸

■異步傳播和同步傳輸

串行傳輸與并行傳輸

>~~--

■單工

■半雙工

■全雙工

(a)單工

<b>半雙工

<c>全雙工

數據流的方向

異步傳輸和同步傳輸

■異步傳輸：一次傳輸一個字符，用

起始位引導，用停止位結束

■面向字符的同步傳輸：每個數據塊

以一個或多個同步字符作為開始，

以惟一的后文字符結束

■面向位的同步傳輸（HDLC、

SDLC）：數據塊作為位流來處理

起始位字符之間的不確定延遲

停止

位

111111111111111111111

(a)異步傳輸

一個或多個同步字符

SYNC和其他控制字符結束控制字符

多個數據字符、

(b)同步傳輸(面向字符)

異步傳輸和同步傳輸

傳輸介質

■傳輸介質特性

■常用的傳輸介質

雙絞線

同軸電纜

光導纖維

無線介質

■傳輸損耗

夕卜部損耗和內部損耗

信噪比

傳輸介質特性

>---------------

■物理描述：說明傳輸介質的特征。

■傳輸特性：包括是使用模擬信號發送還是數字信號

發送，調制技術、傳輸容量及傳輸的頻率范圍。

■連通性：點到點或者多點連接。

■地理范圍：網上各點間的最大距離，是在建筑物內、

建筑物之間或擴展到整個城市。

■抗干擾性：防止噪音對傳輸數據影響的能力。

■相對價格：以元件、安裝和維護的價格為基礎。

多路復用

>--------------------------

■頻分多路復用

■時分多路復用

■統計時分多路復用

■波分復用

九個輸入端笳個輸出端

報文A報文A

報文B報文B

報文C報文C

報文D報文D

報文E報文E

報文F報文F

條線路兀個信道

報文G1報文G

報文H報文H

報文I報文I

多路復用器多路復接器

(1)多路復用器接收九個模擬輸入信號

(2)然后通過1條線路上的布個子信道傳輸

(3)多路復接耨接收多路復用信號，并把每個子信道傳

送到其相應的輸出端

多路復用

>----頻--分多路復用

■傳輸介質的可用帶寬分隔

成一個頻段

■適用于模擬信號

■數字數據首先經調制解調

器轉換成模擬信號

時分多路復用

■傳輸介質的可用時間分成時隙

■適用于數字信號

■時分多路復用類型

隔位掃描

隔字符掃描

■數字信號分級

DTE

時分多路復用技術

（即RS422）卿RS422）

火輸入信號可以是原始的數字數據或數字化的話音信號。

T1多路復用器

統計時分多路復用

空

I

時間

Ca）時分多路復用】所有的時隙都永久地分配給相應的輸入端口

尋址和控制用的附加位

3）統計時分多路復用《固定幀）、時隙只分配給傳送的端口

TDM與STDM的比較

1

建

建

建

建

統計時分多路復用

波分多路復用(WDM)

■不同波長的光載波信號在同一根光纖中傳輸

■波分多路復用光纖通信系統

單向系統

雙向系統

■復用器主要性能指標

插入損耗

串擾衰減

■光纖帶寬達2乂101°-----3x1010Hz

銅環接入技術(XDSL)

■數字用戶線DSL提供用戶方便地用

數字形式接入網絡

■所有的DSL系列統稱XDSL

■XDSL技術已標準化

不對稱數字用戶線ADSL

對稱的高速數字用戶線HDSL

甚高速數字用戶線VDSL

分路器D$L接入交換機路由器

機也多路復用

ADSL體系結構

務

器

服

Internet/企業網

由

器

路

換機

交

分路器DSL接入

機柜多路電用

ADSL“Lite”體系結構

本地LAN

3對用『El

HDSL體系結構

寬帶接入技術

寬帶接入是人們向往的一種接入Internet的方

法，也是一些正蓬勃發展的接入技術。根據中國互

聯網絡信息中心(CNNIC)于2008年工月17日在北

京發布《第21次中國互聯網絡發展狀況統計報告》

顯示，截止2007年12月31日，中國國內上網網

民總人數達到2?1億人。其中使用xDSL、Cable

Modem、專線等寬帶網民數達到L63億人。

寬帶網接入的類型

----------------------------------

帶網及寬帶接入技術現在發展得很快，寬帶網劃分為很多類型：

長城寬帶、藍波萬維推廣的小區局域網方案LAN；

中國電信、中國網通、中國鐵通推廣的數字用戶線方案有ADSL、HDSL、

SDSL、VDSL；

廣播電視系統推廣采用的CableModem；

中國網通推廣的無線寬帶接入方式LMDSo

ADSL（AsymmetricDigitalSubscriberLine,非對稱數字用戶線）---

使用ADSL技術，通過一條電話線，以比普通MODEM快工00倍的速度瀏覽

互聯網，通過上網學習、娛樂、購物，享受到先進的數據服務；

CableMODEM——利用有線電視的同軸電纜把家庭與Internet連起來。

通過寬帶ADSL接入Internet

對于光纖到戶（FTTH）接入網，近年來人們提出了多

項過渡性的寬帶接入網技術，其中俗稱為“個人寬帶流行風”

的ADSL是最具前景及競爭力的一種。非對稱數字用戶線路

ADSL是一種能夠通過普通電話線來提供寬帶數據業務，進

行高速網際網絡上網服務的調制/解調技術，也是目前極具

發展前景的一種接入技術。ADSL的關鍵觀念在于其上行與

下行的帶寬是不對稱的。事實上，從網絡服務提供者（ISP）

到用戶（俗稱下載）的帶寬是比較高的，使用者接收的資料

量遠比其送出的資料量多。

ADSL接入技術示意如下圖所示。ADSL方案的最大特點是不需要改造

信號傳輸線路，完全可以利用普通銅質電話線作為傳輸介質，配上專

用的MODEM即可實現數據高速傳輸。它以比普通MODEM快100多

桔的速度瀏覽互聯網，通過網進行學習、娛樂、購物，享受到先進的

數據服務，如視頻會議、視頻點播、網上音樂等等。在ADSL接入方

案中，每個用戶都有單獨的一條線路與ADSL局端相連，它的結構可

以看作是星形結構，數據傳輸帶寬是由每一個用戶獨享的。

電話線

ADSL的主要特點

丁⑴具有很高的傳輸速率：ADSL在普通電話線上支

持的上傳速率為640Kbps?1Mbps,下載速率為

lMbps-8Mbps,有效傳輸距離為3km?5km。

■⑵上網和打電話互不干擾：ADSL更為吸引人的地方

是可以與普通電話共存于一條電話線上。在撥打電

話的同時進行ADSL傳輸而又互不影響。數據信號并

不通過電話交換設備，這則意味著使用ADSL上網不

需要交納電話費并且不需要撥號，一直在線，屬于

專線上網方式。

-⑶安裝使用方便快捷：ADSL安裝由局端服務商將

用戶原有的電話線接入ADSL局端設備，在用戶端

只要將電話線接上濾波器，濾波器與ADSL和

Modem之間用一條2芯電話線連上，ADSL和

Modem與計算機網卡之間用一條雙絞線連接即可

完成硬件安裝。再將TCP/IP協議中的IP、DNS和

網關參數項設置好，便完成了安裝工作。

-ADSL的使用更加簡易，由于ADSL一直在線而不

需要撥號，用戶只需接上電源便可。

r⑷提供多種先進服務：目前的ADSL線路已經提供了

Internet高速寬帶接入的服務，用戶只要訪問相應的站點便

可免費享受多種寬帶的多媒體服務（例如網上游戲）。

■ADSL的個人用戶還具有一個靜態IP地址，ADSL的局域網用

戶具有四個靜態IP地址，個人用戶可用來建立個人主頁，讓

其他網友一睹自己的風采；局域網用戶可以在中國多媒體公

眾信息網上架設自己的網站，提供WWW、FTP、E-mail等

服務。隨著ADSL技術的進一步推廣應用，ADSL接入還可以

提供點對點遠程醫療、遠程教學、遠程可視會議等服務。

■ADSL通過向終端用戶提供512kbps、1Mbps或2Mbps接入

速率業務，效益高，覆蓋范圍大，安全性好，速率快，可滿

足各類用戶的要求。

ADSL對用戶的要求

ADSL的技術是通過對電話線進行分頻,

所以用戶必須已經安裝了電話。電話線所

接入的市話機房必須是ADSL節點，而且安

裝ADSL的地點與電信局的ADSL節點之間

的距離不得超過3?5公里，以上條件缺一

不可。安裝ADSL的用戶電話線必須是直接

連接的市話線路ADSL設備的安裝。

ADSL的硬件安裝

'RADSL安裝包括局端的線路調整和用戶端的設備安裝。在局端方面，由

服務商將用戶原有的電話線接入ADSL局端設備，只需2?3分鐘；用戶

端的ADSL安裝也非常簡易方便，只要將電話線連上分離器，分離器與

ADSLModem之間用一條兩芯電話線連上，再把ADSLModem與計算

機的網卡之間用一條雙絞線（RJ45接頭）連通即可完成硬件安裝。