3.3传输技术（教学设计）-《计算机网络基础(第2版)》同步教学(机械工业出版社）

课题 第3章 3.3传输技术 授课人 课型 新课 课 时 2课时 教学目标    通过本节的学习，能理解传输技术和数据交换技术，从而为将来进行计算机网络中交换机和路由器的配置做好理论上的准备。 教学重点 1数据传输的过程 2模拟传输与数字传输 3基带传输和宽带传输 4 并行传输和串行传输 5 单工、半双工和全双工 6 异步传输和同步传输 7 多路复用技术 教学难点 1并行传输和串行传输 2 单工、半双工和全双工 3 异步传输和同步传输 4 多路复用技术 教学方法 以课堂讲授为主，对本节难点进行讨论 教学手段和教具 微机 板 书 设 计 课 后 记 教学过程 教师活动 学生活动 组织教学 复习提问、导入新课 讲授新课 在数据通信系统中，通信信道为数据的传输提供了各种不同的通路。对应于不同类型的信道，数据传输采用不同的方式。 3.3.1数据传输的过程 数据传输是数据通信的基础。在计算机网络中，两台计算机之间的数据传输首先要将信息用二进制代码来表示，其次还要将二进制代码以一定的信号形式（如电压、电流、脉冲等）来表示，然后将信号经由信道进行传输，到达接收方后，再将这些信号恢复为代码，从而得到发送端的信息。其过程如图3-23所示。 图3-23 数据传输过程 3.3.2模拟传输与数字传输 传输系统分为模拟传输系统和数字传输系统。在模拟传输系统中,信号以连续变化的电磁波在媒体中传输。在数字系统中,信号以不连续的电压脉冲传输(即正电压表示二进制1,负电压表示二进制0),以bit/s计量。 模拟传输是一种不考虑其内容的模拟信号的传输。在传输过程中由于噪声的干扰和能量的损失总会发生畸变和衰变。在模拟传输中，每隔一定的距离就要通过放大器来放大信号的强度，但在放大信号强度的同时也放大了由噪声引起的信号失真。随着传输距离的增大，多级放大器的串联会引起失真的叠加，从而使信号的失真越来越大。如果模拟信号所代表的原本就是模拟的信息，如声音，只要失真在一定范围内还是可以忍受的，接受方仍可识别原来的模拟信息（声音）。 数字传输则不一样，关心的是信号的内容。不论传输的是数字信号或模拟信号，只要它代表了0和1变化模式的数据，就可以采用数字传输。在数字传输中，每隔一定的距离不是采用放大器来放大衰减和失真的信号，而是采用转发器来代替。转发器可以通过阈值判断等手段，识别并恢复其原来的0和1变化的模式，并重新产生一个新的完全消除了衰减和畸变的信号传输出去。这样多级的转发不会累积噪声引起的失真。 数字传输比模拟传输具有以下四个优点：①抗干扰能力强。②适合远距离传输。③安全保密性好。④适合多媒体信息传输。 正因为数字传输具有以上优点，在长距离传输中，数字传输技术已逐步取代早先的模拟传输技术。另一方面，在许多传输媒体中，长距离直接传输数字信号是不合适的或不可行的。这样就出现了一种奇怪的现象：数据通信中首先要通过调制解调器将数字信号调制到模拟信号的载波上再通过信道发送，但在信道传输过程中采用的又是数字传输技术。如图3-24所示。常用的数字调制技术有：幅度调制(ASK)、频率调制(FSK)和相位调制(PSK)，分别简称为调幅、调频和调相。如图3-25所示。 图3-24 远程系统中的调制解调器 图3-25 数字调制的三种基本形式 3.3.3基带传输和宽带传输 信号的传输方式分为两大类：基带传输和宽带传输。 1．基带传输 在数据通信中，表示计算机中二进制数据比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号。人们把矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带，简称基带。这种矩形脉冲信号就叫做基带信号。在数字信道上，直接传送基带信号的方法，称为基带传输。 在基带传输中，发送端将计算机中的二进制数据经编码器变换为适合在信道上传输的基带信号，例如曼彻斯特编码等；在接收端，由解码器将收到的基带信号恢复成与发送端相同的数据。 基带传输是一种最基本的数据传输方式，一般用在较近距离的数据通信中。在计算机局域网中，主要就是采用这种传输方式。 2．宽带传输 宽带信号是用多组基带信号1和0分别调制不同频率的载波，并由这些载波分别占用不同频段的调制载波组成。 宽带传输是将数据加载到载波信号传送出去。载波是指导可以用来传送数据的信号，一般以正弦波作为载体，并根据内容是0或1来改变载波的特性。 注意：平常所说的宽带上网的“宽带”与宽带传输的“宽带”是完全不同的概念。前者意思是说数据传输速率快，后者是指导数据传输的一种方式。 3.3.4 并行传输和串行传输 依据传输线数目的多少，可以将数据传输方式分为：并行传输和串行传输。 1．并行传输 并行传输是指利用多条数据传输线将一个资料的各位同时传送。它的特点是传输速度快，适用于短距离通信，但要求通讯速率较高的应用场合。 并行传输的优点在于传送速率高，发收双方不存在字符同步的问题。缺点是需要多个并行信道，增加了设备的成本，并且并行线路的电平相互干扰也会影响传输质量，不适合做长距离的通信。所以并行传输主要用于计算机内部或同一系统设备间的通信。如图3-26所示。 图3-26 并行数据传输 图3-27 串行数据传输 2．串行传输 串行传输是将比特流逐位在一条信道上传送。串行数据传输的速度要比并行传输慢得多，但对于覆盖面极其广阔的公用电话系统来说具有更大的现实意义。相对于并行传输，串行传输的效率低，传输速度慢。但由于只有一条信道，减少了设备的成本，且易于实现和维护，因此，是目前计算机网络通信采取的主要方式，它适合于长距离传输。如图3-27所示。 3.3.5 单工、半双工和全双工 在串行通信中，根据数据流的方向可分为单工、半双工和全双工三种模式。 1．单工 所谓单工，是指在两个通信设备间，信息只能沿着一个方向被传输，如图3-27(a)所示。如广播和电视节目的传送就是单工通信的例子。 2．半双工 半双工通信是指在两个通信设备间的信息交换可以双向进行，但不能同时。即在同一时间内仅能使信息在一个方向上传输。如图3-27(b)所示。典型的例子是对讲机或计算机与终端的通信。 3．全双工 全双工通信是指同时可以在两个通信设备间进行两个方向上的信息传输。如图3-27(c)所示。如电话系统就是全双工的一个例子。 图3-27 单工、半双工、全双工 3.3.6 异步传输和同步传输 数据通信时，发送端将数据转换为信号，通过介质传送出去，接收端收到后，再将其转换为原来的数据。在这个过程中，需要有一个同步的问题，即接收方必须要按照发送方发送每个信号的起止时刻和速率来接收，否则收发间便不能正确通信。解决这个问题通常可以采用两种方式：异步传输和同步传输。 1．异步传输 异步传输又称为起止式同步方式，它是以字符为单位进行的，且第一个字符的起始时刻可以任意。异步传输方式中，一次只传输一个字符。每个字符用一位起始位引导、一到二位停止位结束。在没有数据发送时，发送方可发送连续的停止位。 异步传输方式的优点是每一个字符本身就包括了本字符的同步信息，不需要在线路两端设置专门的同步设备。其缺点是每发一个字符就要添加一对起止信号，传输效率低。异步传输方式常用于1200bps以下的低速率数据传输中。如图3-28所示。 图3-28 异步传输方式 2．同步传输 同步传输方式是以固定的时钟节拍来连续串行发送数字信号的一种方法，它是以帧为单位进行的。同步传输时，为使接收双方能判别数据块的开始和结束，还需要在每个数据块的开始处和结束处各加一个帧头和一个帧尾，加有帧头、帧尾的数据称为一帧。帧头和帧尾是两个或两个以上的同步字符Sync，帧内每个字符前后不加起止位，如图3-29所示。 图3-29 同步传输的帧 同步传输方式具有较高的效率，但实现起来比较复杂，该方式常用于速率大于2400bps的传输。 3.3.7多路复用技术 多路复用技术就是把许多个单个信号在一个信道上同时传输的技术。频分多路复用FDM、时分多路复用TDM和波分多路利用WDM是三种最常用的多路复用技术。 1．频分多路利用FDM 频分多路复用将信道的可用带宽划分为若干个小频带，每个小频带传送一路信号，形成一个子信道。 如图3-30所示。 频分多路复用常用于模拟信号的传输，如收音机、电视机等，FDM也用于宽带网络。载波电话通信系统是频分多路复用的典型例子。 图3-30 频分多路利用的子信道 2．时分多路利用TDM 时分多路复用技术是将通信信道传输数据的时间划分为若干个时间段，每一路信号占用一个时间段，在其占用的一段时间内，信号独自使用信道的全部带宽。如图3-31所示。 时分多路复用通常用于数字数据的传送，也可用于模拟信号的传送。时分多路复用在任一时刻，只传送一种信号，多路信号分时地在信道中传送，而频分多路复用是在任一时刻，同时传送多路信号，各路信号占用的频带不同。 图3-31 时分多路利用子信道 3．波分多路利用WDM 波分多路利用是把光波波长分割使用，在一根光纤中同时传输多波长光信号的一项技术。从本质上讲，WDM是光域上的波分多路利用技术。 小结 作业 3-3-1选择题 3-3-2填空题 3-3-3简答题 1) 简述数据传输的过程。 2) 常用的数字调制技术有哪三种？ 学科网（北京）股份有限公司 $$