工业网络数据通信PPT文档格式.ppt
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如果利用模拟信道传送数字信号,则必须经过数字与模拟信号之间的变换(A/D变换器)。
调制解调器就是完成这种变换的。
能传输离散数字信号的信道称为数字信道。
离散的数字信号在计算机中指由“0”和“1”的二进制代码组成的数字序列。
当利用数字信道传输数字信号时不需要进行变换,通常需要进行数字编码。
数据通信基础知识,专用信道和公用信道信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道。
专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路,它可以由用户自己架设或向电信部门租用。
公用信道也称公共交换信道,它是一种通过交换机转接、为大量用户提供服务的信道。
数据通信基础知识,数据通信速率数据通信速率分为两种:
码元速率和信息速率。
码元速率(RB)定义为每秒中传送的码元数,单位为波特/秒(Baud/s),又称为波特率;
信息速率(Rb)定义为每秒中传送的信息量,单位为比特/秒(bit/s),又称为比特率;
对于一个用二进制表示的信号(两级电平),每个码元包含1个比特信息,其信息速率与码元速率相等;
对于一个用四进制表示的信号(四级电平),每个码元包含了2个比特信息,因此,它的信息速率应该是码元速率的2倍。
数据通信基础知识,一般来说,对于采用M进制电平传输信号时,信息速率和码元速率之间的关系是:
Rb=RBlog2M,数据通信基础知识,数据通信速率数据通信速率分为两种:
数据通信基础知识,误码率和误比特率误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的重要参数。
误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率,误比特率是指在传输中出错比特的概率。
公式为:
在实际的数据传输系统中,电话线路在3002400bps传输速率时,平均误码率在10-210-6之间,在48009600bps传输速率时平均误码率在10-210-4之间。
而计算机通信的平均误码率要求低于10-9。
数据通信基础知识,信道带宽与信道容量信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所占用的频率范围,通常称为信道的通频带,单位用赫兹(Hz)表示。
信道带宽是由信道的物理特性所决定的,例如,电话线路的频率范围在3003400Hz,则它的带宽为3003400Hz。
信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。
信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特数,用每秒比特数(bps)表示。
当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时,就会产生失真。
数据通信基础知识,通信线路的连接方式点对点连接点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线路连接,使用的线路可以是专用线路、租用线路或交换线路。
使用租用或交换线路的连接方式,适合于在地理上比较分散的站点之间传输数据,比如通过公用电话交换网,实现点-点的连接。
数据通信基础知识,通信线路的连接方式多点线路连接多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。
在多点线路连接方式中,一条线路被所有的站点共享,若所有的站点可以同时发送数据,则这条线路在空间上是共享的,通常采用频分复用或波分复用技术传输数据;
若所有的站点只能轮流使用线路发送数据时,那么它在时间上是共享的,通常采用时分复用技术传输数据。
数据通信基础知识,数据流传送方式并行通信并行通信是数据流以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
并行通信的优点是速度快,但发端与收端之间有若干条线路,导致费用高,仅适合于近距离和高速率的通信。
数据通信基础知识,数据流传送方式串行通信串行通信是数据流以串行方式在一条信道上传输,由于计算机内部都采用并行通信,因此,数据在发送之前,要将计算机中的字符进行并/串变换,在接收端再通过串/并变换,还原成计算机的字符结构,才能实现串行通信。
串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道,易于实现,成本低,但速度比较低。
数据通信基础知识,信道的通信方式单工通信单工方式指通信信道是单向信道,数据信号仅沿一个方向传输,发送方只能发送不能接收,接收方只能接收而不能发送,任何时候都不能改变信号传送方向。
无线电广播和电视都属于单工通信。
数据通信基础知识,半双工通信半双工通信是指信号可以沿两个方向传送,但同一时刻一个信道只允许单方向传送,即两个方向的传输只能交替进行,而不能同时进行。
当改变传输方向时,要通过开关装置进行切换。
半双工信道适合于会话式通信,比如通常使用的“对讲机”和军队使用的“步话机”。
半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。
数据通信基础知识,全双工通信全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向作双向传输。
比如电话通话。
数据通信基础知识,信号的传输方式基带传输就数字信号而言,基带传输是一个离散的方波,“0”代表低电平,“1”代表高电平。
这种方波固有的频带称为基带,方波信号称为基带信号,因此,基带实际上就是数字信号所占用的基本频带。
基带传输是在信道中直接传输数字信号,且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用,双向地传输信息。
数据通信基础知识,信号的传输方式频带传输所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再发送和传输,到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。
可见,在采用频带传输方式时,要求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。
在实现远距离通信时,经常借助于电话线路,此时就需要利用频带传输方式。
利用频带传输,不仅解决了利用电话系统传输数字信号的问题,而且可以实现多路复用,以提高传输信道的利用率。
数据通信基础知识,信号的传输方式宽带传输宽带传输采用75的CATV电视同轴电缆或光纤作为传输媒体,带宽为300MHz。
使用时通常将整个带宽划分为若干个子频带,分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。
宽带同轴电缆原是用来传输电视信号的,当用它来传输数字信号时,需要利用电缆调制解调器(CableModem)把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到几百兆赫兹的模拟信号。
可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一体化传输,这也是通常所说的“三网合一”,即语音网、数据网和电视网合一。
数据通信基础知识,数据传输的同步技术在数据通信系统中,当发送端与接收端采用串行通信时,通信双方要交换数据,需要有高度的协同动作,彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同,这就是同步问题。
同步就是要接收方按照发送方发送的每个码元/比特起止时刻和速率来接收数据,否则,收发之间会产生误差,即使是很小的误差,随着时间增加的逐步累积,也会造成传输的数据出错。
实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之一,通常使用的同步技术有两种:
异步方式和同步方式。
数据通信基础知识,数据传输的同步技术异步传输方式在异步传输方式中,每传送1个字符(7位或8位)都要在每个字符码前加1个起始位,以表示字符代码的开始,在字符代码和校验码后面加1或2个停止位,表示字符结束。
接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始。
从而起到通信双方的同步作用。
异步方式实现比较容易,但每传输一个字符都需要多使用23位,所以适合于低速通信。
数据通信基础知识,数据传输的同步技术同步传输方式同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块(帧)。
对这些数据,不需要附加起始位和停止位,而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN(以01101000表示)或一个同步字节(01111110),用于接收方进行同步检测,从而使收发双方进入同步状态。
在同步字符或字节之后,可以连续发送任意多个字符或数据块,发送数据完毕后,再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束。
这种方法一般用在高速传输数据的系统中,比如计算机之间的数据通信。
数据通信基础知识,数据的编码和调制技术,数据通信基础知识,数据的编码和调制技术数字数据的调制发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制(Modulation)。
数据通信基础知识,数字数据的调制幅移键控ASK(AmplitudeShiftKeying)ASK是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号“1”、“0”,以幅度A1表示数字信号的“1”,用载波幅度A2表示数字信号的“0”(通常A1取1,A2取0),而载波信号的参数f和恒定。
频移键控FSK(FrequencyShiftKeying)FSK是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号“1”、“0”,用f1表示数字信号“1”,用f2表示数字信号“0”,而载波信号的A和不变。
数据通信基础知识,数字数据的调制相移键控PSK(PhaseShiftKeying)PSK是通过改变载波信号的相位值表示数字信号“1”、“0”,而载波信号的A和f不变。
PSK包括两种类型:
绝对调相和相对调相。
绝对调相使用相位的绝对值,为0表示数字信号“1”,为表示数字信号“0”。
相对调相使用相位的相对偏移值,当数字数据为0时,相位不变化,而数字数据为1时,相位要偏移。
数据通信基础知识,混合调制为了达到更高的信息传输速率,可以采用多元制的振幅相位混合调制技术,比如正交振幅调制QAM(QuadratureAmplitudeModulation),它不但使用相位,而且还使用幅度:
8-QAM使用了幅度与相位的8种组合,由于使用3个比特可以表示8种组合,因此,每一种组合代表一个码元,每个码元3个比特。
16-QAM的幅度和相位有16种组合,每个组合代表一个码元,每个码元4个比特。
数据通信基础知识,数字数据的编码利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基带传输,而数字数据在传输之前,需要进行数字编码。
数字数据的编码方式有三种:
不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
数据通信基础知识,模拟数据的调制在模拟数据通信系统中,信源的信息经过转换,形成电信号,比如人说话的声音经过电话转变为模拟的电信号,这也是模拟数据的基带信号。
模拟数据的调制包括幅度调制(AM)、频率调制(FM)和相位(PM)调制,即对这三要素进行符合实际需要的放大或转换。
例如,模拟数据的基带信号具有比较低的频率,不宜直接在信道中传输,需要对信号进行调制,从而将信号搬移到适合信道传输的频率范围内,接收端将接收的已调信号再搬回到原来信号的频率范围内,恢复成原来的消息,比如无线电广播。
数据通信基础知识,模拟数据的编码脉冲编码调制PCM(PulseCodeModulation)是模拟数据数字化的主要方法。
由于数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高,因此在网络中除计算机直接产生的数字信号外,语音、图像信息必须数字化才能经计算机处理。
PCM技术的典型应用是语音数字化。
在发送端通过PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号,通过通信信道传送到接收方,接收方再通过PCM解码器还原成模拟语音信号。
数据通信基础知识,PCM的工作原理脉冲编码调制包括三部分:
采样、量化和编码。
(1)采样每隔一定的时间间隔,采集模拟信号的瞬时电平值做为样本,表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。
(2)量化量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。
量化级可以分为8级、16级,或者更多的量化级,这取决于系统的精确度要求。
(3)编码编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。
数据通信基础知识,PCM的工作原理,数据通信基础知识,通信接口协议标准目前广泛使用的通信设备接口协议标准有:
EIARS-232C;
EIARS-422/485。
20mA电流环接口IEEE-488总线接口方式USB总线接口以太网络接口,数据通信基础知识,EIARS-232C接口在串行通信中,EIARS-232C是应用最为广泛的标准。
RS-232C接口的特性:
RS-232C使用9针或25针的D型连接器DB-9或DB-25。
目前,绝大多数计算机使用的是9针的D型连接器。
RS-232D规定使用25针的D型连接器。
RS-232C采用的信号电平515V代表逻辑“1”,515V代表逻辑“0”。
在传输距离不大于15米时,最大速率为19.2kbps。
数据通信基础知识,RS232接口DB-9和DB-25的对应关系,数据通信基础知识,RS-232接口的应用:
异步通信两个DTE(计算机)设备通过DCE(调制解调器)或直接连接进行异步通信,须设置开始和停止位。
同步通信两个DTE设备通过RS-232C进行同步通信,使用DB-25针接口的第17和第24针脚提供外同步的时钟信号,实现数据的收发。
由于9针的RS-232C接口不能提供时钟信号,因而不能进行同步通信。
数据通信基础知识,RS-232接口的空Modem连接当近距离的两个DTE之间进行通信时,可以不使用Modem,而是采用空Modem直接连接。
数据通信基础知识,RS232最简单连接DTE与DCE相连时,DTE和DCE对应的针脚直连,且只需要使用发送TD、接收RD和信号地SIG。
对于DTE与DTE相连时,相对的发送和接收针脚需要交叉相连,因此,有时也把空Modem线称为串口交叉线。
数据通信基础知识,RS-422、RS-485与RS-232不一样,数据信号采用差分传输方式,也称作平衡传输,其发送驱动器使用一对双绞线,将其中一线定义为A,另一线定义为B。
通常情况下,发送驱动器A、B之间的正电平在+2+6V,是一个逻辑状态,负电平在-26V,是另一个逻辑状态。
另有一个信号地C,可不接。
在RS-485中还有一“使能”端,而在RS-422中这是可用可不用的。
“使能”端是用于控制发送驱动器与传输线的切断与连接。
当RS485采用二线制半双工方式时起作用。
数据通信基础知识,接收器也有与发送端相对的规定,收、发端通过平衡双绞线对应相连,当在收端AB之间有大于+200mV的电平时,输出正逻辑电平,小于-200mV时,输出负逻辑电平。
接收器接收平衡线上的电平范围通常在200mV至6V之间,数据通信基础知识,RS-422电气规定:
RS-422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”,它定义了接口电路的特性。
RS-422采用四线制接口。
实际上还有一根信号地线,共5根线。
允许在相同传输线上连接多个接收节点,最多可接10个节点。
即一个主设备(Master),其余为从设备(Salve),从设备之间不能通信,所以RS-422支持点对多的双向通信。
数据通信基础知识,RS-422的最大传输距离为1219米,最大传输速率为10Mb/s。
其平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能达到最大传输距离。
只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。
一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-422需要接一终端电阻,要求其阻值约等于传输电缆的特性阻抗。
在矩距离传输时可不需终端电阻,即一般在300米以下不需终端电阻。
终端电阻接在传输电缆的最远端。
数据通信基础知识,RS-485电气规定:
由于RS-485是从RS-422基础上发展而来的,所以RS-485许多电气规定与RS-422相仿。
如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。
RS-485可以采用二线与四线方式,如图a、b所示。
其中四线制接口方式与RS422完全一致,二线制则是由RXD+与TXD+合并为D+,RXD-与TXD-合并为D-。
数据通信基础知识,二线制可实现真正的多点双向通信。
而采用四线连接时,与RS-422一样只能实现点对多的通信,即只能有一个主(Master)设备,其余为从设备,但它比RS-422有改进,无论四线还是二线连接方式在总线上都可接到32个设备。
数据通信基础知识,RS-485与RS-422一样,其最大传输距离约为1219米,最大传输速率为10Mb/s。
平衡双绞线的长度与传输速率成反比,在100kb/s速率以下,才可能使用规定最长的电缆长度。
一般100米长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-485需要接2个终端电阻,其阻值要求等于传输电缆的特性阻抗。
终端电阻接在传输总线的两端。
数据通信基础知识,20mA电流环接口采用电流控制,而不像RS232C标准那样用电压控制。
电流控制是把20mA电流作为逻辑“1”,零电流作为逻辑“0”。
电流环在许多方面比RS232C接口优越。
它内在的双端传输具有对共模噪音的抑止作用,而且由于他采用隔离技术能消除接地回路引起的一些问题,因而他的连接距离比RS232C长的多。
EIA把RS232C接口作为正式标准,而20mA电流环的文件在目前还只是非正式标准。
所以,大多说制造厂商都提供RS232C串行接口。
因为RS232C和电流接口之间只在电气连接上存在差别,所以两者可共用I/O接口,设计师常常为串行口提供2个不同的连接器来利用这个公共口。
一个接到电流环,另一个接到RS232C。
数据通信基础知识,IEEE-488总线接口方式IEEE-488总线是并行总线接口标准,IEEE-488总线用来连接系统,如微机、数字电压表、数码显示器等设备。
它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号,连接方式为总线方式,仪器设备直接并联于总线上而无需中介单元,总线上最多可连接15台设备,最大传输距离为20m,信号传输速度一般为500Kb/s,最大传输速度为1Mb/s.,数据通信基础知识,IEEE-488总线接口方式IEEE-488总线是并行总线接口标准,IEEE-488总线用来连接系统,如微机、数字电压表、数码显示器等设备。
它按照位并行、字节串行双向异步方式传输信号,连接方式为总线方式,仪器设备直接并联于总线上而无需中介单元,总线上最多可连接15台设备,最大传输距离为20m,信号传输速度一般为500Kb/s,最大传输速度为1Mb/s.,数据通信基础知识,USB总线接口方式通用串行总线USB(UniversalSerialBus)是由Intel、Compaq、Digital、IBM、Microsoft、MEC、NorthernTelecom等7个家著名的计算机和通信公司共同推出的一种新型接口标准。
它基于通用连接技术,实现外设的简单、快速连接,达到方便用户、降低成本、扩展PC连接外设范围的目的。
它可以为外设提供电源,而普通的使用串、并口的设备往往需要单独的供电系统。
USB技术的突出特点是快速,USB的最高传输率可达12Mb/s。
数据通信基础知识,RJ45型网线接口RJ45型插头又称水晶头,是各种不同接头的一种类型(RJ11也是接头的一种类型,不过它是电话上用的),共有八芯做成,广泛应用于局域网和ADSL宽带上网用户的网络设备间网线(称作五类线或双绞线)的连接。
在具体应用时,RJ45型插头和网线有两种连接方法(线序),分别称作T568A线序和T568B线序。
数据通信基础知识,RJ45型网线接口T568A线序线序从18分别对应绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕。
T568B线序从18分别对应橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。
数据通信基础知识,使用RJ45接头的两个设备之间网线接法也有两种:
交叉式和直通式。
所谓交叉式是指网线的一端和另一端与RJ45网线插头的接法不同,一端按T568A线序连接,另一端按T568B线序连接,即有几根网线在另一端是先做了交叉才接到RJ45插头上去的。
适用的连接场合有:
1.电脑电脑,对等网连接,即两台电脑之间只通过一条网线连接就可以互相传递数据;
2.集线器集线器;
3.交换机交换机。
数据通信基础知识,所谓直通式是指网线的两端与RJ45网线插头都按T568B线序连接。
1.电脑ADSL调制解调器2.ADSL调制解调器ADSL路由器的WAN口3.电脑ADSL路由器的LAN口4.电脑集线器或交换机,数据通信基础知识,10或100basetxRJ45接口引脚定义如下:
数据通信基础知识,差错控制技术根据数据通信系统的模型,当数据从信源发出,经过通信信道传输,由于信道总存在着一定的噪声,数据到达信宿端后,接收的信号实际上是数据信号和噪声信号的叠加。
接收端在取样时钟作用下接收数据,并根据阈值电平判断信号电平。
如果噪声对信号的影响非常大时,就会造成数据的传输错误。
数据通信基础知识,差错产生的原因在通信过程中出现的传输差错,是由随机差错和突发差错共同构成的,而造成差错可能的原因包括:
在数据通信中,信号在物理信道上的线路本身的电气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和衰减;
电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应;
相邻线路之间的串线干扰;
大气中的闪电、电源开关的通断、自然界磁场的变化以及电源的波动等外界因素。
数据通信基础知识,差错的控制目前差错控制常采用冗余编码方案,检测和纠正信息传输中产生的错误。
冗余编码思想就是:
把要发送的有效数据在发送时按照所使用的某种差错编码规则加上控制码(冗余码),当信息到达接收端后,再按照相应的校验规则检验收到的信息是否正确。
差错编码主要分为差错检测编码和差错纠错编码两种。
其中差错检测编码主要有奇偶校验码和CRC循环冗余码。
差错纠错编码主要有汉明码和卷积码等。
数据通信基础知识,奇偶校验码奇偶校验有两种类型:
偶校验与奇校验。
选择偶校验时,如果一组给定数据位中1的个数是奇数,那么校验位就置为1,从而使得总的1的个数是偶数。
如果给定一组数据位中1的个数是偶数,那么校验位就置为0,使得总的1的个数还是偶数。
奇校验原理和偶校验一样,只是凑出1的个数必须是奇数。
接收机接收数据后重新计算收到字符的奇偶性,并确定该字符是否出现传输差错。
奇偶校验只能发现单个比特差错,如果有两个或两个以上比特出错,奇偶校验位无效。
异步传输和面向字符的同步传输均采用奇偶校验技术。
数据通信基础知识,循环冗余码CRC循环冗
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