3.1-2 基带传输与曼彻斯特编码慕课视频播放-网络技术与应用-MOOC慕课视频教程-柠檬大学

下面我们来详细学习总线形以太网物理层的实现方法

基带传输和曼彻斯特编码

内容包括什么是基带传输如何用基带信号表示和还原数据

什么是曼彻斯特编码如何用曼彻斯特编码实现位同步

首先我们来看第一个问题什么是基带传输

基带传输就是用基带信号来实现数据传输的方式

在第二讲当中我们曾经说过

基带信号就是幅度只有两种离散值的数字信号

用其中的一种离散值表示1 用另一种离散值表示0

比如用0.7伏表示表示1 用-0.7伏表示表示0

那么基带传输需要解决什么问题呢

它的核心问题就是如何用基带信号表示和还原数据

那么我们说二进制数的单位是二进制位

而基带信号的单位是码元

对于基带信号来说码元就是一个二进制位所对应的信号

那么对于基带信号它有两个参数非常重要

一个就是幅度第二个是宽度

幅度很容易确定我们可以人工地确定一个数字

比如说正负0.7伏

那么宽度怎么来确定呢

也就是码元的长度怎么来确定呢

我们说码元的长度不是一个固定的量它是变化的

它与数据的传输速率有关

比如说总线形以太网的数据传输速率是10Mbps

那么就意味着每秒要传输10M个二进制位

那么基带信号需要每秒要产生10M个码元

这样一来码元的长度就等于是10M分之一秒

这是10Mbps以太网要求的码元的长度

那么接下来的问题怎么样来精确地控制

发送端和接收端码元的长度等于10兆分之一秒

我们可以通过在发送端和接收端设置一个时钟

用这个时钟来控制码元的长度

所谓时钟就是时间间隔相同的一串方波

那么每秒产生的方波数称称为时钟频率

方波的宽度称为时钟周期

我们让时钟周期和码元长度相同

这样就用时钟周期控制码元长度

那么我们刚才说对于传输速率为10M的以太网来说

码元的长度刚才已经算出来是10兆分之一秒

如果要让时钟周期等于码元长度

那么时钟周期的长度也等于10兆分之一秒

转换成时钟频率就是10MHz

也就是说,对于一个传输速率10Mbps的以太网来说

就需要产生一个10MHz的时钟频率

下面我们就用基带信号表示和还原数据

举个例子

假设这是10MHz的时钟频率

需要发送的数据是011010 这样一个二进制位流

然后我们把这个二进制位流转换成基带信号

那么这有两个问题一个是幅度还有一个是宽度

幅度呢我们可以把0转换成一个低电平

把1转换成一个高电平

另外用时钟周期控制码元长度

这是宽度和幅度两个问题都解决了

按照这样一个转换的方法

011010这样一个二进制位流对应的基带信号就这样产生了

那么对于接收端来说

我们假定也是有这样一个10MHz的时钟

这个时钟与发送端的时钟是完全同步的

然后在接收端用时钟的正跳变检测总线上的状态

把总线上的基带信号还原为二进制位流

还原为正确的一个二进制位流有两个前提

一是能够精确地把信号分割为码元

二是能够从码元的幅度得出码元所表示二进制数值

那么如何精确地从信号当中分割出码元

这就需要发送端的发送时钟和接收端的接收时钟完全一致

并且接收端的时钟周期的起始位置与码元的起始位置一致

要做到发送端和接收端的频率完全一致是非常困难的

而且这种不一致会造成严重的后果

比如发送端和接收端的发送频率和接收频率不一致的情况

如果接收端的频率比发送端的频率要高

那么使得发送端的时钟周期长度就比接收端的时钟周期要长

那么这样

我们在接收端接收的数据

就在发送端第4个发送到0这个位置

接收端因为有两个正跳变所以接收到两个0这样的数字

就还原成了两个0

因此发送端发送了6个二进制数

而接收端接收到了7个二进制数

那么造成这个问题的原因就是误差累积

怎么样来消除这个误差累积呢

我们打个比方

这是现实生活中的一个石英钟
我们打个比方

这是现实生活中的一个石英钟

如果一个礼拜它时间能够慢了一分钟

那么我们每天如果对一下这个时钟的话

那么它这个误差可能控制在几秒之内

按照这样一个思想

也可以处理接收端和发送端发送的时钟频率不一致的问题

我们也可以在接收端每隔几位校正一次时钟周期

那么校正是指得让接收端的时钟周期的起始位置

和总线上码元的起始位置在同一个位置上一致

那么怎么样让码元的起始位置

和接收端时钟周期起始位置一致呢

我们可以让码元起始位置有一个跳变

然后让接收端能够检测到这个跳变

然后再来同步接收端的时钟

那么怎么样让总线上的码元能有跳变呢

如果一直发送0和一直发送1

那么它始终处于同样一个变频的状态

曼彻斯特编码就是来解决这个问题的

什么是曼彻斯特编码呢？

它就是把一个数字信号的电平分为前后两部分

一部分为高电平另外一部分为低电平

比如数字信号0 让前半部分是0后半部分是1

对数字信号1 可以让前半部分是0后半部分是1

这样就使得每个信号中间都有一个跳变

我们可以用这个跳变来同步接收端的时钟

下面我们来看一下怎么样用曼彻斯特编码来实现位同步

这个是刚才由于发送端和接收端时钟不一致

造成数据错误的图

下面我们再用曼彻斯特编码进行同步

曼彻斯特编码就把发送的基带信号用曼彻斯特编码来表示

也就是说原来1的位置用前半部分是低电平后半部分是高电平

也就是把它分成两部分

0这个地方前半部分是高电平后半部分是高电平

那么按照这样一个思路

把原来发送的基带信号变成为用曼彻斯特编号表示的基带信号

然后用曼彻斯特编码的中间跳变的位置

来同步我们接收端的时钟周期

因为由这样一个同步的结果

接收端接收到的信号和发送端的数字信号就完全一致

那么因为用曼彻斯特产生的这个基带信号

每一个数字中间都有一个跳变

因此在总线状态上只要有跳变的信号

我们就知道这个状态就是有数据信号在传输

如果说一直没有跳变那么说明总线是空闲的

由此可以判断总线上的状态

什么时候是有数据什么时候是空闲的

但是因为曼彻斯特编码把一个二进制位变成两个码元

所以它的波特率就是原来数据传输速率的两倍

这样波特率的提高就对信道的宽度的要求就提高了

因此当传输速率提高到100Mbps以上以后

总线形以太网就不再用曼彻斯特编码了

这个在这里就不详细介绍了

网络技术与应用课程列表：

先导语

-课程先导语

--先导语

第1讲概论

-1.1 网络内涵

--网络内涵

-1.2 互联网发展过程

--互联网发展过程

-1.2 互联网发展过程--作业

-1.3 交换方式

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-1.3 交换方式--作业

-1.4 计算机网络体系结构和协议

-1.4 计算机网络体系结构和协议--作业

-第一讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第2讲数据通信基础

-本讲内容简介

--2.0 数据通信基础

-2.1 数据传输系统

--2.1 数据传输系统

-2.1 数据传输系统--作业

-2.2 信号

--2.2 信号

-2.2 信号--作业

-2.3 编码和调制

--2.3-1 编码

--2.3-2 调制

-2.3 编码和调制--作业

-2.4 差错控制

--2.4-1 差错控制—检错码

--2.4-2 差错控制—确认和重传

-2.4 差错控制--作业

-2.5 传输媒体

--2.5 传输媒体

-2.5 传输媒体--作业

-2.6 Packet Tracer6.2使用说明

--2.6 Packet Tracer6.2使用说明

-第二讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第3讲以太网

-以太网发展过程与内容简介

--3.1 以太网发展过程和本讲内容简介

-以太网发展过程与内容简介--作业

-3.1 总线形以太网

-3.1 总线形以太网--作业

-3.2 网桥与冲突域分割

--3.2-1 网桥与冲突域分割

--3.2-2 网桥工作过程演示

-3.2 网桥与冲突域分割--作业

-3.3 交换式以太网与VLAN

--3.3-1 VLAN与广播域分割

--3.3-2 单交换机VLAN划分过程

--3.3-3 跨交换机VLAN划分

--3.3-4 跨交换机VLAN划分配置过程演示

-3.3 交换式以太网与VLAN--作业

-3.4 以太网标准

--3.4 以太网标准

-3.4 以太网标准--作业

-第三讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-案例设计

--案例设计

-测验--作业

第4讲无线局域网

-本讲内容简介

--无线局域网

-4.1 无线局域网概述

--4.1-1 无线数据传输

--4.1-2 无线局域网体系结构

-4.1 无线局域网概述--作业

-4.2 无线局域网应用方式

--4.2 无线局域网组网方式

-4.2 无线局域网应用方式--作业

-4.3 无线局域网MAC层

--4.3-1 无线局域网的MAC帧

--4.3-2 DCF和CSMA/CA

-4.3 无线局域网MAC层--作业

-4.4 终端接入无线局域网过程

--4.4 终端接入无线局域网过程

-4.4 终端接入无线局域网过程--作业

-4.5 无线局域网设计和分析

--4.5-1 无线局域网设计

--4.5-2 无线局域网设计演示实验

-第四讲内容的启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第5讲 IP和网络互连

-本讲内容简介

-- IP与网络互连

-5.1 网络互连机制

--5.1 网络互连机制

-5.1 网络互连机制--作业

-5.2 网际协议

--5.2-1 IP-分类编址

--5.2-2 IP-无分类编址

--5.2-3 IP-分组格式

-5.2 网际协议--作业

-5.3 IP分组传输过程

--5.3 IP分组传输过程

-5.3 IP分组传输过程--作业

-5.4 路由表建立过程

--5.4-1 人工配置静态路由项

--5.4-2 路由协议与动态路由项

-5.4 路由表建立过程--作业

-5.5 IP over以太网

--5.5 IP Over以太网

-5.5 IP over以太网--作业

-5.6 三层交换机与VLAN间通信过程

--5.6-1 多端口路由器实现VLAN间通信过程

--5.6-2单臂路由器实现VLAN间通信过程

--5.6-3 三层交换机实现Vlan间通信过程

--5.6-4 三层交换机实现VLAN间通信过程演示实验

--5.6-5 互联设备之间的区别

-5.7 Internet控制报文协议

--5.7 Internet控制报文协议

-5.7 Internet控制报文协议--作业

-第五讲内容启示

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-案例设计

-例题分析

-测验--作业

第6讲 Internet接入技术

-本讲内容简介

--本讲内容简介

-6.1 Internet接入控制机制

--6.1 Internet接入控制机制

-6.1 Internet接入控制机制--作业

-6.2 以太网和ADSL接入技术

--6.2-1 通过以太网接入Internet过程

--6.2-2 通过ADSL接入Internet过程

-6.2 以太网和ADSL接入技术--作业

-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器

--6.3-1 家庭局域网接入方式

--6.3-2 家庭无线路由器的配置

-6.3 家庭局域网接入方式与无线路由器--作业

-6.4 接入综合演示实验

--6.4 接入综合演示实验

-6.4 接入综合演示实验--作业

-第六讲内容的启示

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-例题分析

--第六讲例题分析

-测验--作业

第7讲传输层

-本讲内容简介

--传输层

-7.1 传输层服务特性

--传输层服务特性

-7.1 传输层服务特性--作业

-7.2 端口号

--端口号

-7.3 用户数据报协议UDP

--用户数据报协议UDP

-7.3 用户数据报协议UDP--作业

-7.4 传输控制协议TCP

-7.4 传输控制协议TCP--作业

-第七讲内容启示

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-例题分析

--例题分析

-测验--作业

第8讲应用层

-本讲内容简介

-- 应用层

-8.1 应用结构

--应用结构

-8.1 应用结构--作业

-8.2 域名解析

--8.2-1 域名结构与资源记录

--8.2-2 域名解析过程

--8.2-3 DNS演示实验

-8.2 域名解析--作业

-8.3 动态主机配置协议

--8.3-1 动态主机配置协议

--8.3-2 DHCP无中继演示实验

--8.3-3 DHCP中继演示实验

-8.3 动态主机配置协议--作业

-8.4 万维网

-- 万维网

-8.4 万维网--作业

-8.5 电子邮件

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-8.6 文件传输协议

--html

-例题分析

--例题分析

-案例设计

--CH8 案例设计

-应用层启示

--html

-测验--作业

第9讲网络安全

-本讲内容简介

-9.1 网络安全概述

-9.1 网络安全概述--作业

-9.2 网络安全基础

--9.2-1 数据加密

--9.2-2 报文摘要和数字签名

-9.2 网络安全基础--作业

-9.3 病毒检测与防御技术

--9.3 病毒检测与防御技术

-9.3 病毒检测与防御技术--作业

-9.4 以太网安全技术

--9.4-1 以太网安全技术

--9.4-2 防DHCP欺骗演示实验

-9.4 以太网安全技术--作业

-9.5 无线局域网安全技术

--9.5 无线局域网安全技术

--9.5-2 无线局域网安全演示实验

-9.5 无线局域网安全技术--作业

-9.6 防火墙

--9.6-1 无状态分组过滤器

--9.6-2 有状态分组过滤器

-9.6 防火墙--作业

-9.7 安全协议

--9.7 安全协议

-9.7 安全协议--作业

-例题分析

--例题分析

-防火墙演示实验

-- 防火墙演示实验

-案例设计

--案例设计

-网络安全的启示

--html

-测验--作业

附录

-附录1：综合应用分析

--综合应用分析

-附录2：Cisco实际设备网络构建与配置

--Cisco实际设备网络构建与配置

期末考试

-期末考试--考试试题

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