【正文】 e5 (粗纜以太網(wǎng) ) （ 3）光纖 傳輸頻帶寬 ， 通信容量大 。 損耗低 ， 中繼距離長(zhǎng) 。 抗干擾能力強(qiáng) 。 保密性好 。 重量輕 、 體積小 。 節(jié)省有色金屬 ， 抗腐蝕能力強(qiáng) 。 光纖的結(jié)構(gòu) 用光纖來(lái)傳輸電信號(hào)時(shí)，在發(fā)送端先要將其轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，而在接收端又要由光檢波器還原成電信號(hào)，其傳送過(guò)程如圖。光源可以采用兩種不同類型的發(fā)光管：發(fā)光二極管和注入型激光二極管。從而形成了 多模光纖和單模光纖。 多模光纖（ Multimode Fiber） 多模光纖使用的材料是發(fā)光二極管。 發(fā)光二極管是一種固態(tài)器件，電流通過(guò)時(shí)就發(fā)光，價(jià)格較便宜，它產(chǎn)生的是可見(jiàn)光，但定向性較差，是通過(guò)在光纖石英玻璃媒體內(nèi)不斷反射而向前傳播的。 ，其中 ，而 125μm是反射層的直徑。 單模光纖（ Single Mode Fiber） 單模光纖使用的材料是注入型二極管。 采用激光（ LD）作為光源，它根據(jù)激光器原理進(jìn)行工作，它產(chǎn)生一個(gè)窄帶的超輻射光束，產(chǎn)生的是激光。由于激光的定向性好，它可沿著光導(dǎo)纖維傳播，減少了折射也減少了損耗，效率更高，也能傳播更長(zhǎng)的距離，而且可以保持很高的數(shù)據(jù)傳輸率。但是激光二極管要比發(fā)光二極管價(jià)格貴得多，這種光纖稱為單模光纖。 光信息只有一種波長(zhǎng)，典型的單模光纖尺寸為8μm/125μm 多模光纖 單模光纖 無(wú)線傳輸介質(zhì) 無(wú)線傳輸介質(zhì)都不需要架設(shè)或鋪埋電纜或光纖，而是通過(guò)大氣傳輸，目前有三種技術(shù)：微波、紅外線和激光。 （ 1）微波 微波通信是在對(duì)流層視線距離范圍內(nèi)利用無(wú)線電波進(jìn)行傳輸?shù)囊环N通信方式，頻率范圍為 2 GHz40GHz。 （ 2）紅外線和激光 紅外通信和激光通信也像微波通信一樣，有很強(qiáng)的方向性，都是沿直線傳播的。 （ 3）衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是以人造衛(wèi)星為微波中繼站，它是微波通信的特殊形式。 第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) 第一節(jié) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 二、數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)：是一種承載信息的實(shí)體， 定義為有意義的實(shí)體 .由數(shù)字、字符、符號(hào)等組成。模擬數(shù)據(jù)是在某區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是離散的值 。 信息：是對(duì)數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。有具體含義。 信號(hào)：是數(shù)據(jù)的表示形式 ,或稱數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，它使數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸。 信源：通信過(guò)程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)。 信宿：通信過(guò)程中接收和處理信息的設(shè)備或計(jì)算機(jī)。 信道：信源和信宿之間的通信線路。 ? 信號(hào)變換器 ? 信號(hào)變換器的作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào) 。 ? 由于網(wǎng)絡(luò)中絕大多數(shù)信息都是雙向傳輸?shù)?，所以在大多?shù)情況下，信源也作信宿，信宿也作信源；編碼器也具有譯碼功能，譯碼器也應(yīng)能編碼，因此合并通稱為編碼譯碼器 數(shù)據(jù)通信：通過(guò)計(jì)算機(jī)與通信線路相結(jié)合，對(duì)各種數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行傳輸、變換和處理的過(guò)程。 模擬通信：以模擬信號(hào)形式在信道上傳送數(shù)據(jù)。 數(shù)字通信：以數(shù)字信號(hào)形式在信道上傳送數(shù)據(jù)。 三、數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo) 1．信道帶寬和信道容量 信道帶寬：信道上能夠傳送的信號(hào)的最大頻率范圍。 如：電話： 300HZ——3400HZ 信道容量：信道在單位時(shí)間可傳輸?shù)淖畲蟠a元數(shù)。 *信道帶寬越寬，一定時(shí)間內(nèi)信道上傳輸?shù)男畔⒘烤驮蕉?，信道容量就越大? 2．傳輸速率 單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的位數(shù)。 3．誤碼率 二進(jìn)制碼元在傳輸過(guò)程中被傳錯(cuò)的概率。 （錯(cuò)誤接收的碼元數(shù)在所傳輸?shù)目偞a元數(shù)中所占的比例） 4 ．傳輸延遲 發(fā)送和接收設(shè)備存在響應(yīng)時(shí)間，及中間轉(zhuǎn)發(fā)等待時(shí)間等。 ? 數(shù)據(jù)通信的連接方法有兩種，即點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式和多點(diǎn)連接方式。 四、 數(shù)據(jù)通信方式 一、并行通信 ? 特點(diǎn)： ? （ 1）傳輸速度快 :一位（比特）時(shí)間內(nèi)可傳輸一個(gè)字符； ? （ 2）通信成本高 :每位傳輸要求一個(gè)單獨(dú)的信道支持；因此如果一個(gè)字符包含 8個(gè)二進(jìn)制位，則并行傳輸要求 8個(gè)獨(dú)立的信道的支持； ? （ 3）不支持長(zhǎng)距離傳輸 :由于信道之間的電容感應(yīng)，遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，可靠性較低。 ? 演示 : ? 串行通信方式 將組成字符的各位串行地發(fā)往線路。 ? 特點(diǎn)： ? （ 1）傳輸速度較低，一次一位； ? （ 2）通信成本也較低，只需一個(gè)信道。 ? （ 3）支持長(zhǎng)距離傳輸，目前計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所用的傳輸方式均為串行傳輸。 ? 方式： 串行傳輸有兩種傳輸方式： ? 同步傳輸 ? 異步傳輸 二、單工、半雙工、雙工 單工：設(shè)備簡(jiǎn)單、造價(jià)低，但傳輸效率也低。 半雙工：該方式在通信中要不斷的改變傳輸通道的方向，因此控制復(fù)雜，傳輸效率極低。 雙工：傳輸效率高，控制簡(jiǎn)單，但造價(jià)高。 ? 單工： ? 半雙工： ? 全雙工： 三、基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸 基帶傳輸：在信道上直接傳輸基帶信號(hào)，而基帶信號(hào)是指在通信電纜上原封不動(dòng)的傳輸由計(jì)算機(jī)或終端產(chǎn)生的 0、 1數(shù)字脈沖信號(hào)。 頻帶傳輸：將基帶信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻率表示的模擬信號(hào)來(lái)傳輸。 寬帶傳輸：將信道分成多個(gè)子信道，分別傳送各種信號(hào)。 第三節(jié) 數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 一、模擬數(shù)據(jù)編碼： 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中用模擬信號(hào)表示，需要進(jìn)行調(diào)制。調(diào)制方法有 3種。 調(diào)幅（ AM） “ 1‖有載波輸出，“ 0‖無(wú)載波出現(xiàn)。 技術(shù)簡(jiǎn)單，但抗干擾能力差。 調(diào)頻（ FM） “ 1‖使用的頻率和“ 0‖使用的頻率不一致。 技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)。 調(diào)相（ PM） 數(shù)字信號(hào)“ 1‖對(duì)應(yīng)相位 180度，“ 0‖對(duì)應(yīng)相位 0度。 技術(shù)復(fù)雜，抗干擾能力強(qiáng)。 例題： 二、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼： 在數(shù)字信道中傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，要對(duì)計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)重新編碼，進(jìn)行基帶傳輸。 1）不歸零編碼（ NRZ） 低電平表示“ 0” ，高電平表示“ 1” 。 2）曼徹斯特編碼 用電平跳變來(lái)表示，每一個(gè)比特的中間均有一個(gè)跳變，這個(gè)跳變既做時(shí)鐘信號(hào)，又做數(shù)據(jù)信號(hào)。 電平從高到低的跳變表示“ 1” ，從低到高的跳變表示“ 0” 。 3）差分曼徹斯特編碼 對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。 比特?zé)o跳變表示“ 1” ，有跳變表示“ 0” 。 a)單極性不歸零碼，無(wú)電壓表示 0，恒定正電壓表示1，每個(gè)碼元時(shí)間的中間點(diǎn)是采樣時(shí)間，判決門(mén)限為半幅電平 數(shù)據(jù)的編碼 數(shù)據(jù)的編碼 b)雙極性不歸零碼， 1碼和 0碼都有電流， 1為正電流， 0為負(fù)電流，正和負(fù)的幅度相等，判決門(mén)限為零電平。 數(shù)據(jù)的編碼 例題： 第四節(jié) 多路復(fù)用技術(shù) 一條物理信道同時(shí)傳輸多路信息，提高信道利用率。 （ FDM） 將一定帶寬的信道分割為若干個(gè)較小頻帶的子通道，每個(gè)子通道可供一個(gè)用戶使用（各信道之間有保護(hù)頻帶）。 條件：信道帶寬遠(yuǎn)大于每個(gè)子信道帶寬。 2．時(shí)分多路復(fù)用（ TDM） 頻分多路復(fù)用較適用于模擬信號(hào)，而時(shí)分多路復(fù)用更適合用于數(shù)字信號(hào)，將信道的傳輸時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地給多個(gè)信號(hào)源使用，每個(gè)時(shí)間片被復(fù)用的一路信號(hào)占用。 條件：信道的傳輸速度遠(yuǎn)大于各信源所要求的傳輸速度。 3．波分多路復(fù)用 4．碼分多路復(fù)用 ? 三、波分多路復(fù)用 WDM技術(shù)原理 ? 整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。 F2 F3 光譜 F1 F2 F3 共享光纖的光譜 ? 光纖 2 光纖 3 光纖 1 共享光纖 ? ? ? 棱柱 /衍射光柵 第五節(jié) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)間不一定相鄰，通過(guò)一個(gè)或多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的中間網(wǎng)絡(luò)來(lái)交換轉(zhuǎn)發(fā)。 (1)電路建立：在傳輸數(shù)據(jù)之前，要經(jīng)過(guò)呼叫過(guò)程以建立一條端到端（站到站）的電路。 (2) 數(shù)據(jù)傳輸：沒(méi)有延遲，沒(méi)有阻塞的問(wèn)題 (因?yàn)槭菍Ｓ镁€路 )。 (3) 電路拆除： 演示： 優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，不丟失且保持原來(lái)的序列 缺點(diǎn)：信道容量造成浪費(fèi)，而且當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸階段的持續(xù)時(shí)間很短暫，電路建立和拆除所用的時(shí)間也得不償失。 工作原理 :不需在兩個(gè)站點(diǎn)之間建立一條專用通路，數(shù)據(jù)傳輸?shù)膯挝皇菆?bào)文（數(shù)據(jù)塊），長(zhǎng)度不限。傳送過(guò)程采用存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)方式。在同一時(shí)間內(nèi)，報(bào)文的傳輸只占用兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的一段線路。而在兩個(gè)通信用戶間的其它線路段，可傳輸其它用戶的報(bào)文。實(shí)時(shí)性不高 優(yōu)點(diǎn) :線路效率較高 。 暫存報(bào)文，可以進(jìn)行差錯(cuò)控制。 可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地。 缺點(diǎn)：延遲長(zhǎng)，不能用于傳送聲音和圖像數(shù)據(jù) 。 報(bào)文交換的改進(jìn)，是線路和報(bào)文的結(jié)合 .每個(gè)分組的長(zhǎng)度有一個(gè)上限，因此，一個(gè)較長(zhǎng)的報(bào)文必須分成若干個(gè)分組。 ? 分組交換采用兩種不同的方法來(lái)管理被傳輸?shù)姆纸M流：數(shù)據(jù)報(bào)和 虛電路 。 ? 數(shù)據(jù)報(bào)（ Datagram) ? 面向無(wú)連接的數(shù)據(jù)傳輸 ,工作過(guò)程類似于報(bào)文交換。采用數(shù)據(jù)報(bào)方式傳輸時(shí)，被傳輸?shù)姆纸M稱為數(shù)據(jù)報(bào) .數(shù)據(jù)報(bào)的前部增加地址信息的字段 ,每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)均被獨(dú)立地傳輸和路由 ,站點(diǎn)必須具有存儲(chǔ)和重新排序的能力 . 特點(diǎn)： a. 存儲(chǔ)容量降低，降低傳輸延遲。 b. 只有出錯(cuò)的分組才會(huì)被重發(fā)，提高了交換效率。 演示： ? 虛電路（ Virtual Circuit)的概念 ? 虛電路是面向連接的數(shù)據(jù)傳輸，工作過(guò)程類似于線路交換，不同之處在于此時(shí)的電路是虛擬的。 占用相鄰兩節(jié)點(diǎn)的信道 ? 采用虛電路方式傳輸時(shí)，物理媒體被理解為由多個(gè)子信道（稱之為邏輯信道 LC）組成，子信道的串接形成虛電路（ VC），利用不同的虛電路來(lái)支持不同的用戶數(shù)據(jù)的傳輸。 ? 采用虛電路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程 ? （ 1）虛電路建立： 發(fā)送方發(fā)送含有地址信息的特定的控制信息塊（如：呼叫分組），該信息塊途經(jīng)的每個(gè)中間結(jié)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)前的邏輯信道（ LC）使用狀況，分配 LC，并建立 LC映射表，所有中間結(jié)點(diǎn)分配的 LC的串接形成虛電路（ VC）。 ? （ 2）數(shù)據(jù)傳輸： 站點(diǎn)發(fā)送的所有分組均沿著相同的 VC傳輸，分組的發(fā)收順序完全相同； ? （ 3）虛電路釋放： 數(shù)據(jù)傳輸完畢，采用特定的控制信息塊（如：拆除分組），釋放該虛電路。通信的雙方都可發(fā)起釋放虛電路的動(dòng)作。 ? 演示 : ? 三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)總結(jié) : ? 線路交換 :在數(shù)據(jù)傳送之前需建立一條物理通路 ,在線路補(bǔ)釋放之彰 ,謹(jǐn)言慎行通路將一直被一對(duì)用戶完全占有 ,適宜兩節(jié)點(diǎn)間的負(fù)載較重且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) ,實(shí)時(shí)性強(qiáng)的交互式傳輸 ,租用線路是很合算的 . ? 報(bào)文交換 :從發(fā)送方傳送到接收方采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式 ,只占用一段通路 ,需要緩沖存儲(chǔ)器 ,需要排除 .間歇式或較輕負(fù)載合算 . ? 分組交換 :把報(bào)文分成組傳送 ,規(guī)定了分組的最大長(zhǎng)度 ,到達(dá)終點(diǎn)后需重新分組組裝成報(bào)文 ,對(duì)中等或稍重的負(fù)載 ,有較好效果 ,是目前應(yīng)用最為廣泛的一種交換技術(shù) . 第五節(jié) 差錯(cuò)控制技術(shù) 一、差錯(cuò)：通信時(shí)接收端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實(shí)際發(fā)出的數(shù)據(jù)不一致。 二、差錯(cuò)控制：通信中發(fā)現(xiàn)檢測(cè)差錯(cuò)，對(duì)差錯(cuò)進(jìn)行糾正，從而把差錯(cuò)限制在數(shù)據(jù)傳輸所允許范圍內(nèi)。 三、差錯(cuò)包括：傳輸中位丟失；發(fā)送“ 1‖，而接收“ 0‖；發(fā)送“ 0‖而接收“ 1‖。 四、差錯(cuò)產(chǎn)生原因 線路本身的信號(hào)幅度頻率的變化和衰減 信號(hào)在線路上產(chǎn)生反射造成的 相領(lǐng)線路的串抗 外界電磁干擾 五、差錯(cuò)控制的核心是在要傳送的數(shù)據(jù)信息碼上加上冗余碼，形成符合一定規(guī)律的發(fā)送序列。 ? 能發(fā)現(xiàn)并能自動(dòng)糾錯(cuò)的編碼，稱糾錯(cuò)碼。 ? 能發(fā)現(xiàn)但不能自動(dòng)糾錯(cuò)的編碼，稱檢錯(cuò)碼。 六、簡(jiǎn)單介紹兩種檢錯(cuò)碼 1．奇偶校驗(yàn)碼 2．循環(huán)冗余校驗(yàn)碼 ? 發(fā)送端發(fā)送 1101001 G(X)=X4+X3+1 ? 發(fā)送端發(fā)送 11100011 G(X)=x5+X4+X+1 ? 目的是使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致 (包括開(kāi)始時(shí)間、位邊界、重復(fù)頻率等 ) ? 按方式分 :異步傳輸 與 同步傳輸 ? 實(shí)現(xiàn)的方