《因特网实践》 第二章 计算机网络基础知识

第章计算机网络基础知识 学习要点 数据的传输方式 计算机网络的体系结构 网络传输介质的特性 计算机网络的拓扑结构

第2章 计算机网络基础知识 学习要点： • 数据的传输方式 • 计算机网络的体系结构 • 网络传输介质的特性 • 计算机网络的拓扑结构

第2管计算机网络基础知恢 21数据通信基础 2,2数据交换 23计算机网络的体系结构 24数据的传输媒体 25网络的拓扑结构 26网络互连设备 退出

第2章 计算机网络基础知识 2.1 数据通信基础 2.2 数据交换 2.3 计算机网络的体系结构 2.4 数据的传输媒体 2.5 网络的拓扑结构 退出 2.6 网络互连设备

2.1数据通信基础 21,1数据通信的基本概念 212模拟数据与数字数据的传输形 21.3数据传输中的检错与纠错 214多路复用 返回

2.1 数据通信基础 2.1.1 数据通信的基本概念 2.1.2 模拟数据与数字数据的传输形 2.1.3 数据传输中的检错与纠错 2.1.4 多路复用 返回

1数据通信的基本概念 数据 数据是定义为有意义的实 图像等。数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个 区间连续变化的物理量,例如声音的大小和温度的变化等。数字数据 是指离散的不连续的量,例如文本信息和整数。 信号 信号是数据的电磁或电子编码。信号在通信系统中可分为模拟信号和 数字信号。其中模拟信号是指一种连续变化的电信号,例如:电话线 上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波信号。数字信号是指一种 离散变化的电信号,例如计算机产生的电信号就是“03和“1的电压 脉冲序列串。 信道 信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。一般来说,一条通信 线路至少包含两条信道,一条用于发送的信道和一条用于接收的信道 和信号的分类相似,信道也可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适 合传送数字信号的数字信道两大类

2.1.1 数据通信的基本概念 数据 数据是定义为有意义的实体，是表征事物的形式，例如文字、声音和 图像等。数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个 区间连续变化的物理量，例如声音的大小和温度的变化等。数字数据 是指离散的不连续的量，例如文本信息和整数。 信号 信号是数据的电磁或电子编码。信号在通信系统中可分为模拟信号和 数字信号。其中模拟信号是指一种连续变化的电信号，例如：电话线 上传送的按照话音强弱幅度连续变化的电波信号。数字信号是指一种 离散变化的电信号，例如计算机产生的电信号就是“0”和“1”的电压 脉冲序列串。 信道 信道是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。一般来说，一条通信 线路至少包含两条信道，一条用于发送的信道和一条用于接收的信道。 和信号的分类相似，信道也可分为适合传送模拟信号的模拟信道和适 合传送数字信号的数字信道两大类

212模拟数据与数字数据的传输形式 1.模拟数据在模拟信道上传输 典型的例子是话音信号在普通的电话系统中传输。一般人的语 音频率范围是300-3400Hz,为了进行传输,在线路上给它分配 定的带宽,国际标准取4KⅣz为一个标准话路所占用的频带宽 度。在这个传输过程中:语音信号以300-3400Hz频率输入,发 送方的电话机把这个语音信号转变成模拟信号,这个模拟信号经 过一个频分多路复用器进行变化,使得线路上可以同时传输多路 模拟信号,当到达接收端以后再经过一个解频的过程把它恢复到 原来的频率范围的模拟信号,再由接收方电话机把模拟信号转换 成声音信号

2.1.2 模拟数据与数字数据的传输形式 典型的例子是话音信号在普通的电话系统中传输。一般人的语 音频率范围是300—3400Hz，为了进行传输，在线路上给它分配 一定的带宽，国际标准取4KHz为一个标准话路所占用的频带宽 度。在这个传输过程中：语音信号以300—3400Hz频率输入，发 送方的电话机把这个语音信号转变成模拟信号，这个模拟信号经 过一个频分多路复用器进行变化，使得线路上可以同时传输多路 模拟信号，当到达接收端以后再经过一个解频的过程把它恢复到 原来的频率范围的模拟信号，再由接收方电话机把模拟信号转换 成声音信号。 1．模拟数据在模拟信道上传输

2.数字数据在模拟信道上传输 计算机和终端设备都是数字设备,它们只能接收和发送 数字数据,而电话系统只能传输模拟信号,所以这个数字数 据要进入到模拟信道以前要有一个变换器进行数字信号到模 拟信号的转换,以便它能在模拟信道上传输,这样的一个变 换过程叫调制(注意:这个调制过程并不改变数据的内容, 仅是把数据的表示形式进行了改变)。这个变换器又叫做调 制器。而当调制后的模拟信号传到接收端以后,在接收端也 有一个变换器再对这个信号进行反变换,即又把它变回数字 信号,这样的一个变换过程叫解调。这个变换器又叫解调器 由于计算机和终端设备之间的数据通信一般是双向的,因此 在数据通信的双方既有用于发送信号的调制器又有用于接收 信号的解调器,所以把这两个设备合在一起形成我们通常所 说的调制解调器( Modem)。调制解调器就是使用一条标准 话路(3.IkHz的标准话路带宽)提供全双工的数字信道

2．数字数据在模拟信道上传输 计算机和终端设备都是数字设备，它们只能接收和发送 数字数据，而电话系统只能传输模拟信号，所以这个数字数 据要进入到模拟信道以前要有一个变换器进行数字信号到模 拟信号的转换，以便它能在模拟信道上传输，这样的一个变 换过程叫调制（注意：这个调制过程并不改变数据的内容， 仅是把数据的表示形式进行了改变）。这个变换器又叫做调 制器。而当调制后的模拟信号传到接收端以后，在接收端也 有一个变换器再对这个信号进行反变换，即又把它变回数字 信号，这样的一个变换过程叫解调。这个变换器又叫解调器。 由于计算机和终端设备之间的数据通信一般是双向的，因此 在数据通信的双方既有用于发送信号的调制器又有用于接收 信号的解调器，所以把这两个设备合在一起形成我们通常所 说的调制解调器（Modem）。调制解调器就是使用一条标准 话路（3.1kHz的标准话路带宽）提供全双工的数字信道

调制解调器最基本的调制方法有以下几种(在图2-1中给出了这几种波形传 输数据的波形的示意图): (1)调幅(AM)即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如,0对应于无 载波输出,而1对应于有载波输出。 (2)调频(FM)即载波的频率随基带数字信号而变化。例如,0对应于频 率们,而1对应于频率。 (3)调相(PM)即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如,0对应 于相位0度,而1对应于180度。 基带传输信号 W

调制解调器最基本的调制方法有以下几种（在图2-1中给出了这几种波形传 输数据的波形的示意图）： （1）调幅（AM） 即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0对应于无 载波输出，而1对应于有载波输出。 （2）调频（FM） 即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0对应于频 率f1，而1对应于频率f2。 （3）调相（PM） 即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0对应 于相位0度，而1对应于180度

3.模拟数据在数字信道上传输 用数字信道传输模拟数据时,需要对模拟数据进行脉冲编 码调制(PCM)。PCM最初并不是为传送计算机数据所设计 的,它的目的是为了能使电话局之间的一条中继线不只传送 路电话而是可以同时传送几十路电话所设计的。PCM是将 模拟电话信号转变为数字信号,所以首先要对电话信号进行 取样。根据取样定理,只要取样频率不低于电话信号最高频 率的2倍,就可以从取样的脉冲信号中无失真地恢复出原来的 电话信号。标准的电话信号的最高频率为34KHz,为方便起 见,取最高频率为4KHz,那么取样频率就是8KHz,相当于 取样周期为125μs,即每秒钟采样8000次。下一步是进行编码。 在我国使用的PCM体制中,电话信号是采用8bit编码,也就是 说,将取样后的模拟电话信号量化为256个不同等级中的一个

3．模拟数据在数字信道上传输 用数字信道传输模拟数据时，需要对模拟数据进行脉冲编 码调制（PCM）。PCM最初并不是为传送计算机数据所设计 的，它的目的是为了能使电话局之间的一条中继线不只传送 一路电话而是可以同时传送几十路电话所设计的。PCM是将 模拟电话信号转变为数字信号，所以首先要对电话信号进行 取样。根据取样定理，只要取样频率不低于电话信号最高频 率的2倍，就可以从取样的脉冲信号中无失真地恢复出原来的 电话信号。标准的电话信号的最高频率为3.4KHz，为方便起 见，取最高频率为4KHz，那么取样频率就是8KHz，相当于 取样周期为125μs，即每秒钟采样8000次。下一步是进行编码。 在我国使用的PCM体制中，电话信号是采用8bit编码，也就是 说，将取样后的模拟电话信号量化为256个不同等级中的一个

4.数字数据在数字信道上传输 这种方式最典型的例子是在两个装有 Windows98操作系统的计算机上,利 用 Windows98中自带的“直接电缆连接”功能把两个计算机通过串行口或 并行口直接相连。在这种情况下通信的双方发出的数据和接收的数据以及 在信道上所传输的全部都是数字信号 对于数字数据在数字信道上传输来说,最普遍而且最容易的办法是用 两个不同的电压电平来表示两个二进制数字。例如,无电压(也就是无电 流)常用来表示0,而恒定的正电压用来表示1。另外,使用负电压(低) 表示0,使用正电压(高)表示1也是很普遍的。后一种技术称为不归零制 NRz ( Non-Return to Zero 基带数字 0 0 〔a 曼彻斯特 编码信号 (b) 几几L 曼彻斯特 编码信号 机几

4．数字数据在数字信道上传输 这种方式最典型的例子是在两个装有Windows 98操作系统的计算机上，利 用Windows 98中自带的“直接电缆连接”功能把两个计算机通过串行口或 并行口直接相连。在这种情况下通信的双方发出的数据和接收的数据以及 在信道上所传输的全部都是数字信号。 对于数字数据在数字信道上传输来说，最普遍而且最容易的办法是用 两个不同的电压电平来表示两个二进制数字。例如，无电压（也就是无电 流）常用来表示0，而恒定的正电压用来表示1。另外，使用负电压（低） 表示0，使用正电压（高）表示1也是很普遍的。后一种技术称为不归零制 NRZ（Non—Return to Zero）

使用这种不归零制NRZ信号的最大问题就是难以确定一位的结束和另 位的开始,并且当出现一长串连续的1或连续的0时,在接收端无法从收 到的比特流中提取位同步信号。曼彻斯特编码则可解决这一问题。它的编 码方法是将每个码元再分成两个相等的间隔,码元1是由高至低电平转换, 即其前半个码元的电平为高电平,后半个码元的电平为低电平。码元0则 正好相反,从低电平到高电平的变换,即其前半个码元的电平为低电平, 后半个码元的电平为高电平。这种编码的好处是可以保证在每一个码元的 正中间出现一次电平的转换,即这个位中间跳变提供了时钟定时,这对接 收端提取同步信号是非常有利的。但是从曼彻斯特编码的波形图不难看出 其缺点,就是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍。 基带数字 0 0 〔a 曼彻斯特 编码信号 (b) 几几L 曼彻斯特 编码信号 机几

使用这种不归零制NRZ信号的最大问题就是难以确定一位的结束和另 一位的开始，并且当出现一长串连续的1或连续的0时，在接收端无法从收 到的比特流中提取位同步信号。曼彻斯特编码则可解决这一问题。它的编 码方法是将每个码元再分成两个相等的间隔，码元1是由高至低电平转换， 即其前半个码元的电平为高电平，后半个码元的电平为低电平。码元0则 正好相反，从低电平到高电平的变换，即其前半个码元的电平为低电平， 后半个码元的电平为高电平。这种编码的好处是可以保证在每一个码元的 正中间出现一次电平的转换，即这个位中间跳变提供了时钟定时，这对接 收端提取同步信号是非常有利的。但是从曼彻斯特编码的波形图不难看出 其缺点，就是它所占的频带宽度比原始的基带信号增加了一倍