通信技术基础第1章.ppt
通信技术基础,主 讲：宋 娟 软件学院,2,课程相关,地位软件工程专业的限选课任务在已有的计算机基础知识的基础上，系统地掌握数据通信和计算机网络的新技术和新方法；通过实验具备开发简单通信系统的能力。课时38学时+16学时,3,课程相关,参考书目数据与计算机通信（第八版）W.Stallings著，王海等译；通信原理（第五版）樊昌信等著。Xilinx FPGA设计基础(VHDL版)，李云松等考核方式平时成绩 30%实验 30%期末考试 40%,第 一 部分 概述,第一章 数据通信、数据网络和因特网,5,数据通信和网络构成要点,数据通信信号传输传输媒体信号编码接口数据链路控制及复用网络构成LAN&WAN因特网,6,现代企业的数据通信及网络构成,趋势通信量的上升新服务的发展技术的进步数据传输和网络容量需求高速局域网的出现企业广域网的需求数字电器,7,通信模型,源点（Source）生成传输数据发送器（Transmitter）信息转化并编码成为可传输的电磁信号传输系统（Transmission System）携带数据接收器（Receiver）转化接收的数字信号为模拟信号终点（Destination）获取数据,8,简化的通信模型,9,表述更详细的通信模型,10,思考题,根据通信模型，试回答以下问题：通信的基本目的？数据通信模型各基本要素的内涵及作用？系统收发双方为何需要同步通信系统的噪声是否只存在于信道？为什么说它只是一个原理性的抽象模型，实际通信系统与它相比主要有哪些差别？,11,通信模型解述,通信的基本目的是由信源向信宿传送消息,12,信源,顾名思义，指信息产生的源头，可以是人或设备。其发出的信息也可以是多种多样的，如语音、文字、图像、数据等。这些信息可以是离散的，也可以是连续的。,13,发送器,发送器的基本作用是将信源发出的信息转换成便于传输的某种信号。发送器含有与传输线路匹配的接口。发送器种类及其功能多样化，如编码、调制、放大、滤波、发射等。模拟与数字通信系统两者的发送器功能有很大差异。,14,信道,即信息传输通道，也是传递物质信号的媒体。信道可以是明线、电缆、光纤、无线电波等。,15,是整个系统噪声与干扰的总折合，用以表征信息在信道中传输时遭受的干扰情况。在任何通信系统中，干扰的性质与强弱都是影响系统性能的重要因素。,噪声源,16,接收器,其作用主要是接收信道中的信号，并转换成发送前相同表示形式的信息传递给信宿，与发送器功能正好相反。对接收器的要求是尽可能地从受干扰的信号中精确地提取和还原来自信源的信息。,17,信宿,信息传输的目的地，即接收消息的人或机器。,18,同步,狭义地讲，是信息在通信系统传输过程中，其数据信号在系统各部分的收发时序上保持一致，包括比特同步、帧同步、网同步。更广的意义是信息在通信系统中保持时间、空间、内容以及它们之间的同步。,19,噪声,噪声的干扰实际存在于整个通信系统中，为便于分析，并考虑到信道上的干扰最为严重，故通信模型把噪声干扰集中在信道上表示为n(t)。,20,通信模型示意图表面上描述的是一个一对一的单向通信系统概括地反映了各种通信系统实际应用中的共性适于各种通信系统的一个抽象模型实际应用中的通信系统往往是双向的，而且可能是多个信源与多个信宿间的通信。传输系统一般不是简单的点对点的关系，而是涉及比较复杂的网络结构，包含交换技术、路由选择等内容,通信模型与实际系统的差别,21,信源,发送器,信宿,传输媒体,接收器,信道,噪声源,调制器,解调器,非电/电变换器,发信者,电/非电变换器,收信者,A.简单的通信系统模型,输入数据g(t),输出数据g(t),发送信号S(t),接收信号r(t),B.模拟通信系统,信道,噪声源,解调器,C.数字通信系统,调制器,加密器,二次解码器,解密器,二次编码器,一次解码器,一次编码器,非电/电变换器,电/非电变换器,收信者,发信者,22,思考题,一个通信系统要完成的主要任务有哪些？,23,通信任务(Communications Tasks),24,通信主要任务,传输系统的利用充分合理利用传输设施复用：在多个用户之间分配传输系统的总传输能力拥塞控制：保证传输系统不因传输请求过量而超载接口设备与传输系统之间的连接信号的产生按某种格式产生具有一定强度的电磁波信号能够在传输系统上传播能够被接收器转换为数据,25,通信主要任务,同步在发送器与接收器之间达成某种同步接收器能够判断信号的起始、结束和信号单元的持续时间交换的管理通信双方为交换数据而建立连接通信双方数据处理设备的其它协商工作差错控制：检测或纠正因信号失真或信道噪声等原因而产生的传输差错流量控制：保证信宿设备不会因信源设备发送太快以至无法及时接收和处理这些数据而导致超载,26,通信主要任务,寻址当传输设施被两个以上设备共享时，信源必须给出信宿的标识路由选择当传输系统是不只一条路径的网络时需要确定路由恢复信息交换过程中因通信系统某处出现故障而致使传输中断，需要从中断处恢复工作，或者把系统被涉及部分恢复到数据交换开始之前的状态报文格式化数据交换双方必须就传输的数据格式达成一致协议交换代码转换、压缩、加密,27,通信主要任务,安全措施发送方希望确保只有它期望的接收者接收到数据接收方希望保证收到的数据来自正确的发送方，且数据在传输过程中未被改变网络管理数据通信设施是一个复杂系统，需要合理地规划和配置，需要对系统运行状态进行监控，并处理拥塞、死锁、故障等引发的问题,28,数据通信,以一种可靠且高效的方式来传输数据数据通信及计算机通信 数据通信过程,29,数据通信及计算机通信,数据通信是指信源产生的数据，按一定通信协议，通过模拟传输信道或者数字传输信道，形成数据流传送到信宿的过程。数据通信是为了实现计算机与计算机之间或者终端与计算机之间的信息交互而产生的一种通信技术。目前数据通信与计算机通信界定日益模糊。从某种意义上说，数据通信是计算机通信的组成部分，数据通信着重于数据的传输，而不涉及数据所表示的原始信息；而计算机通信则着重于信息的交互。,30,数据通信过程,简化的数据通信模型,31,内容概述,信号编码技术第5-7章传输媒体第3-4章提高传输媒体使用效率第8章,32,数据通信网络的构成,数据通信的传输系统点到点数据链路（专用线路）数据通信网络都使用点到点通信不现实设备相距太远大批设备需要的连接线难以估量(全连通结构中N个节点需要N(N-1)/2条线路)采用通信网络是实用的解决方案广域网（WAN）局域网（LAN）,33,广域网（WAN）,覆盖地理范围大穿越公众设施依靠公共电信运营公司建立的电路广域网建立所采用的技术电路交换（Circuit switching）分组交换（Packet switching）帧中继（Frame relay）异步传输方式ATM（Asynchronous Transfer Mode）,34,广域网,35,广域网,36,广域网,37,电路交换,两个站点在会话期间需建立专用的通信路径通过网络节点（包括端节点和路由节点）和连接节点的一连串链路构成特点独占性实时性线路利用率不高e.g.telephone network,38,分组交换,把数据分成若干块，每次传送一小块（packets，包或报文分组），即分组交换分组交换中，报文的数据可以不按序到达常用于终端-计算机通信或计算机-计算机通信X.25 典型的公众分组交换数据网标准（ITU-T）特点：线路利用率高 尽力而为，不保证服务质量,39,帧中继,FR-Frame Relay分组交换机制中各交换节点为纠正差错需要大量额外开销当今电信系统越来越可靠，交换节点不必进行差错控制帧中继是在分组交换的基础上发展起来的，大多数用于差错控制的额外开销被抛弃，因此传输速率大幅度提高,40,异步传输模式,ATM-Asynchronous Transfer Mode FR的演进，分组交换与电路交换的结合几乎没有差错控制的额外开销固定的分组（称为信元，cell）长度没有太多额外的差错控制开销；吸取了电路交换的特点，面向连接的；采用了异步时分复用技术，线路利用率高,41,局域网（LAN）,覆盖范围较小一栋楼或者是一小片楼群相连接的设备属于同一组织要求大量资金用于采购和维护网管完全用户负责较高的数据率,42,局域网的几种配置,交换局域网交换以太局域网一个交换机多个互连的交换机ATM局域网光纤通道无线局域网移动性安装配置的简易性,43,局域网,44,骨干网,45,校园局域网Campus Area Network,46,1.2.4 因特网时代,因特网的基础结构大体上经历了三个阶段的演进。但这三个阶段在时间划分上并非截然分开而是有部分重叠的，这是因为网络的演进是逐渐的而不是突然的。,47,因特网发展的第一阶段,第一个分组交换网 ARPANET 最初只是一个单个的分组交换网。ARPA 研究多种网络互连的技术。1983年TCP/IP 协议成为标准协议。同年，ARPANET分解成两个网络：ARPANET进行实验研究用的科研网MILNET军用计算机网络19831984年，形成了因特网Internet。1990年 ARPANET 正式宣布关闭。,48,因特网发展的第二阶段,1986 年，NSF 建立了国家科学基金网。NSFNET。它是一个三级计算机网络：主干网地区网校园网1991 年，美国政府决定将因特网的主干网转交给私人公司来经营，并开始对接入因特网的单位收费。1993 年因特网主干网的速率提高到 45 Mb/s（T3 速率）。T1=24*64=1.544Mbps,E1=30*64=2.048Mbps,T2=4T1=6.312Mbps,T3=7T2=44.736Mbps,T4=6T3=274.176Mbps,49,三级结构的因特网,各网络之间需要使用路由器来连接。有时在结构图中可不画出路由器。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,50,三级结构的因特网,主机到主机的通信可能要经过多种网络。,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,校园网,国家主干网,51,因特网发展的第三阶段,从1993年开始，由美国政府资助的 NSFNET逐渐被若干个商用的 ISP 网络所代替。1994 年开始创建了 4 个网络接入点 NAP(Network Access Point)，分别由 4 个电信公司经营。NAP 就是用来交换因特网上流量的结点。在NAP 中安装有性能很好的交换设施。到本世纪初，美国的 NAP 的数量已达到十几个。从 1994 年到现在，因特网逐渐演变成多级结构网络。,52,多级结构的因特网,大公司,地区 ISP,网络接入点NAP（对等点）,公司,主干服务提供者,本地 ISP,地区 ISP,地区 ISP,地区 ISP,本地 ISP,本地 ISP,大公司,大公司,网络接入点NAP（对等点）,主机到主机的通信可能经过多种 ISP。,53,今日的多级结构的因特网,大致上可将因特网分为以下五个接入级 网络接入点 NAP国家主干网（主干 ISP）地区 ISP本地 ISP校园网、企业网或 PC 机上网用户,54,思考题(应掌握的要点),1.1 简要说明数据通信系统模型包含哪些组成部分？1.2 列出并简述数据通信的主要任务。1.3 简要描述数据通信过程。1.4 简述构成传输系统的网络类型。,
