第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ).ppt

1、第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),2,本章學(xué)習(xí)目標(biāo),數(shù)據(jù)通信的基本概念； 數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 傳輸介質(zhì)及其主要特性 多路復(fù)用的分類(lèi)及各自特點(diǎn)； 數(shù)據(jù)交換方式與技術(shù) 三種數(shù)據(jù)交換方式 異步傳輸與同步傳輸 差錯(cuò)控制,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),3,2.1 基本概念,2.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號(hào) 2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型 2.1.3 數(shù)字通信、數(shù)字通信和模擬通信 2.1.4 數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo) 2.1.5 數(shù)據(jù)通信技術(shù) 2.1.6 數(shù)據(jù)通信過(guò)程,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),4,數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),通 信,計(jì) 算 機(jī),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),5,2.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號(hào),通

2、信的目的是交換信息。 信息則是數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容和解釋,有具體含義. 信息的形式可以是多媒體，包含語(yǔ)音、音樂(lè)、圖形圖像、文字和數(shù)據(jù)等 計(jì)算機(jī)的終端產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字和符號(hào)的組合。為了傳送這些信息，首先要將每一個(gè)字母、數(shù)字或括號(hào)用二進(jìn)制代碼表示。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),6,2.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號(hào),被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱(chēng)為數(shù)據(jù)（Data）,是信息的表示形式。 信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的電信號(hào)的表示形式。主要形式有： 模擬信號(hào)：連續(xù)變換的電信號(hào)，它的取值可以是無(wú)限個(gè)。 數(shù)字信號(hào)：是一種離散信號(hào)，它的取值是有限的。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),7,2.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號(hào),模擬與數(shù)字的特點(diǎn),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),8

3、,2.1.1 信息、數(shù)據(jù)和信號(hào),模擬與數(shù)字的特點(diǎn),雪 六角形 涼 白色,信息,數(shù)據(jù),信號(hào),信道：傳輸信號(hào)的通路，由傳輸介質(zhì)和相應(yīng)的中間通信設(shè)備組成。 傳輸信道為數(shù)據(jù)信號(hào)提供了通路，同時(shí)會(huì)帶來(lái)干擾。造成數(shù)據(jù)差錯(cuò)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),9,數(shù)據(jù)傳輸：指用電信號(hào)把數(shù)據(jù)從發(fā)送端傳送到接收端的過(guò)程。 傳輸信道為數(shù)據(jù)信號(hào)從發(fā)送端傳送到接收端提供了電通路。 以模擬信號(hào)在信道上傳輸數(shù)據(jù)稱(chēng)為模擬傳輸。 以數(shù)字信號(hào)在信道上傳輸數(shù)據(jù)稱(chēng)為模擬傳輸。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),10,模擬信號(hào)在傳輸過(guò)程中會(huì)發(fā)生信號(hào)衰減，克服衰減的辦法是在模擬傳輸系統(tǒng)中使用放大器將信號(hào)放大。 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接表示成數(shù)字信號(hào)傳輸 為適合信道上傳輸，需對(duì)數(shù)字信

4、號(hào)進(jìn)行編碼 受干擾影響，使用中繼器把信號(hào)再生后再傳。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),11,基帶傳輸： （1）一種載波頻率的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 （2）基帶信號(hào) （3）基帶：信號(hào)所占的基本頻率,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),12,頻帶傳輸： （1）把數(shù)字信號(hào)調(diào)制成能在電話(huà)線(xiàn)上傳輸?shù)囊纛l模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸?shù)募夹g(shù)。 （2）調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制：數(shù)字模擬 轉(zhuǎn)換 解調(diào)：模擬數(shù)字 轉(zhuǎn)換 （3）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程通信都為頻帶傳輸。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),13,寬帶傳輸： （1）在一根電纜上多路復(fù)用多個(gè)獨(dú)立信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。 （2）寬帶傳輸所傳送的信號(hào)都是經(jīng)過(guò)調(diào)制后的模擬信號(hào) （3）常用于LAN中。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),14,碼元 碼元是承載信息的基本信號(hào)單

5、位。是對(duì)于網(wǎng)絡(luò)中傳送的二進(jìn)制數(shù)字中的每一位的統(tǒng)稱(chēng)。也常稱(chēng)作“位”。 一個(gè)碼元能承載的信息量多少是由脈沖信號(hào)所能表示的數(shù)據(jù)有效值狀態(tài)個(gè)數(shù)決定的,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),15,數(shù)據(jù)傳輸速率 （1）是指每秒所能傳輸?shù)奈粩?shù)，單位為b/s或bps 公式： S=（1/T）log2 N T :脈沖寬度或脈沖周期 N:一個(gè)脈沖所能表示的有效狀態(tài),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),16,調(diào)制速率：碼元傳輸速率的單位 誤碼率：二進(jìn)制碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率。 pe=Ne/N,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),17,信源：信息產(chǎn)生和出現(xiàn)的發(fā)源地 信宿：接收信息的目的地 信道：信源和信宿之間的通信線(xiàn)路,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),18,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),19,調(diào)制解調(diào)器,P

6、C 機(jī),公用電話(huà)網(wǎng),調(diào)制解調(diào)器,數(shù)字比特流,數(shù)字比特流,模擬信號(hào),模擬信號(hào),正文,正文,PC 機(jī),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型,數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是指通過(guò)通信線(xiàn)路和通信控制處理設(shè)備將分布在各處的數(shù)據(jù)終端設(shè)備連接起來(lái)，執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng)。,通信信道 有線(xiàn)信道。電纜線(xiàn)和光纖 無(wú)線(xiàn)信道。微波信道、衛(wèi)星信道 以信息多路復(fù)用分類(lèi)。頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用 信道傳輸?shù)男畔⒎诸?lèi)。模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),20,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),21,數(shù)據(jù)通信、數(shù)字通信和模擬通信,不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)以不同類(lèi)型的信號(hào)形式傳輸有4種組合,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),22,數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo),1.信道帶寬與信道容量 信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占

7、用的頻率范圍，通常稱(chēng)為信道的通頻帶，單位用赫茲（Hz）表示。 信道帶寬是由信道的物理特性所決定的，例如，電話(huà)線(xiàn)路的頻率范圍在3003400Hz，則它的帶寬3003400Hz。 信道容量是衡量一個(gè)信道傳輸數(shù)字信號(hào)的重要參數(shù)。信道容量是指單位時(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)，用每秒比特?cái)?shù)（bps）表示。當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)速率超過(guò)信道的最大信號(hào)速率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生失真。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),23,誤碼率,誤碼率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的重要參數(shù)。誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率。 在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，電話(huà)線(xiàn)路在3002400bps傳輸速率時(shí)，平均誤碼率在10-210-6之間，

8、在48009600bps傳輸速率時(shí)平均誤碼率在10-210-4之間。而計(jì)算機(jī)通信的平均誤碼率要求低于10-9。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),24,時(shí)延,時(shí)延是指一個(gè)報(bào)文或分組從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或一條鏈路）的一端傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)另一端所需的時(shí)間。通常來(lái)講，時(shí)延是由以下幾個(gè)不同的部分組成： （1）發(fā)送時(shí)延（傳輸時(shí)延） （2）傳播時(shí)延 （3）處理時(shí)延,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),25,數(shù)據(jù)通信技術(shù),1.數(shù)據(jù)傳輸形式 (1)并行通信 數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸。 并行通信的優(yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)端與收端之間有若干條線(xiàn)路，導(dǎo)致費(fèi)用高，僅適合于近距離和高速率的通信。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),26,(2)串行通信,數(shù)據(jù)流以串行方式在一條

9、信道上傳輸，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部都采用并行通信，因此，數(shù)據(jù)在發(fā)送之前，要將計(jì)算機(jī)中的字符進(jìn)行并/串變換，在接收端再通過(guò)串/并變換，還原成計(jì)算機(jī)的字符結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)串行通信。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),27,(2)串行通信,通常串行傳輸順序?yàn)橛傻臀坏礁呶?，傳完這個(gè)字符再傳下一個(gè)字符，因此收、發(fā)雙方必須保持字符同步，以使接收方能夠從接收的數(shù)據(jù)比特流中正確區(qū)分出與發(fā)送方相同的字符，這是串行傳輸必須解決的問(wèn)題。 串行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，但速度比較低。 是目前遠(yuǎn)程通信主要采用的一種傳輸方式。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),28,數(shù)據(jù)通信的方式,(1) 單工方式 單工方式指通信信道是單向信道，數(shù)

10、據(jù)信號(hào)僅沿一個(gè)方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)傳送方向。 無(wú)線(xiàn)電廣播和電視都屬于單工通信。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),29,(2)半雙工通信,半雙工通信是指信號(hào)可以沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送，即兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行，而不能同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)改變傳輸方向時(shí)，要通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行切換。 半雙工信道適合于會(huì)話(huà)式通信，比如公安系統(tǒng)使用的“對(duì)講機(jī)”和軍隊(duì)使用的“步話(huà)機(jī)”。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),30,(3) 全雙工通信,全雙工通信是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)沿相反的兩個(gè)方向作雙向傳輸。比如，電話(huà)通話(huà)。,2.2 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),數(shù)據(jù)編碼是將數(shù)據(jù)表示成適當(dāng)?shù)男盘?hào)形式

11、，以便于數(shù)據(jù)的傳輸和處理。 數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)編碼類(lèi)型主要取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類(lèi)型。 （1）兩種通信信道 模擬通信信道 數(shù)字通信信道 （2）兩種數(shù)據(jù)通信編碼 模擬數(shù)據(jù)編碼 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),31,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)編碼,將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸 調(diào)制就是波形轉(zhuǎn)換-頻譜變換 通常使用3種調(diào)制方式、 （1）調(diào)幅 （2）調(diào)頻 （3）調(diào)相,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),32,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),33,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼,對(duì)于傳輸數(shù)字信號(hào)來(lái)說(shuō)，最普通且最容易的方法是用兩個(gè)不同的電壓值來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制值。例如， 用無(wú)電壓來(lái)表示0，用恒定的正電壓表示1； 也有用正電壓表示1，而用

12、負(fù)電壓表示0。 常用的數(shù)字化編碼有： 不歸零NRZ(Non-Return to Zero)編碼 曼徹斯特(Manchester)編碼 差分曼徹斯特(Differential Manchester)編碼。這種編碼技術(shù)的主要目的是實(shí)現(xiàn)通信雙方數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐健?計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),34,3. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方式有三種：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼 。 不歸零編碼（Non-Return to Zero，NRZ） NRZ編碼規(guī)定可用負(fù)電平表示邏輯“1”，用正電平表示邏輯“0”，反之亦然。 曼徹斯特編碼（Manchester） 曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一，其

13、特點(diǎn)是每一位二進(jìn)制信號(hào)的中間都有跳變，若從低電平跳變到高電平，就表示數(shù)字信號(hào)“1”，若從高電平跳變到低電平，就表示數(shù)字信號(hào)“0”； 差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester） 差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。其特點(diǎn)是每一位二進(jìn)制信號(hào)的跳變依然提供收發(fā)端之間的同步，但每位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的取值，要根據(jù)其開(kāi)始邊界是否發(fā)生跳變來(lái)決定，若一個(gè)比特開(kāi)始處存在跳變則表示“0”，無(wú)跳變則表示“1”。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),35,3. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼,曼徹斯特編碼（Manchester） 在曼徹斯特編碼中，用電壓跳變的相位不同來(lái)區(qū)分1和0，即用正的電壓跳變表示0；用負(fù)的電壓跳變表示1。

14、因此，這種編碼也稱(chēng)為相位編碼。 由于跳變都發(fā)生在每一個(gè)碼元的中間，接收端可以方便地利用它提取位同步時(shí)鐘，因此，也稱(chēng)為自同步編碼。通信雙方利用每位中間的跳變來(lái)區(qū)分0和1的取值，并作為同步時(shí)鐘信號(hào)。 在以太(Ethernet)局域網(wǎng)中采用的就是這種編碼技術(shù)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),36,3. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼,差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester） 差分曼徹斯特編碼是在曼徹斯特編碼基礎(chǔ)上進(jìn)行修改而得到的編碼。其不同之處在于：每位中間的跳變只用作通信雙方的同步時(shí)鐘信號(hào)；而取值是0還是1則根據(jù)每一位起始處有無(wú)跳變來(lái)判斷(若有跳變則為0；若無(wú)跳變則為1。) 這種編碼的特點(diǎn)是每一位

15、均用不同電平的兩個(gè)半位來(lái)表示，因而始終能保持直流的平衡。 令牌環(huán)(Token-Ring)局域網(wǎng)中采用的就是這種差分曼徹斯特編碼。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),37,數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼的示例,2.3 傳輸介質(zhì)-有線(xiàn),1、雙絞線(xiàn) （1）是綜合布線(xiàn)工程中最常用的一種傳輸介質(zhì)。 （2）廉價(jià)、易用，一直用于電話(huà)系統(tǒng)中傳輸模擬信號(hào) （3）可分為：屏蔽雙絞線(xiàn)和非屏蔽雙絞線(xiàn) 非屏蔽雙絞線(xiàn)：沒(méi)有屏蔽層 屏蔽雙絞線(xiàn)：包有一網(wǎng)狀金屬層?？捎糜谶B接LAN設(shè)備,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),38,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),39,屏蔽雙絞線(xiàn) (STP) 非屏蔽雙絞線(xiàn) (UTP),以金屬絲編制的屏蔽網(wǎng)以減少干擾和串音,雙絞線(xiàn)外沒(méi)有任何附加屏蔽,雙絞線(xiàn),2、同軸電纜

16、 分類(lèi)：50歐姆同軸電纜和75歐姆同軸電纜 基帶同軸電纜 寬帶同軸電纜 主要傳輸數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),40,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),同軸電纜,同軸電纜由同心的內(nèi)導(dǎo)體、電絕緣體、屏蔽層、保護(hù)外套組成。,3、光纖 （1）原料：玻璃或塑料 （2）組成：纜芯、包殼、吸收外殼、防護(hù)層 （3）單模光纖和多模光纖 （4）優(yōu)缺點(diǎn),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),42,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),光纖,光纖所用材料為玻璃，外層有包層和緩沖涂覆層,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),光纖,原理：基于光在兩種介質(zhì)交界面上的全反射現(xiàn)象，把以光形式出現(xiàn)的能量約束在波導(dǎo)內(nèi)，并引導(dǎo)光沿著軸線(xiàn)平行的方向傳播。,高折射率 (纖芯),低折射率 (包層),光線(xiàn)在纖芯中傳輸

17、的方式是不斷地全反射,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),光纖,多模光纖：芯徑大，多個(gè)入射角，光源可以用LED，成本低。 單模光纖：芯徑小，只有一個(gè)入射角，光源必須用激光，成本高，帶寬高。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),46,高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),光纖,特點(diǎn) 衰減少，無(wú)中繼傳輸距離遠(yuǎn) 帶寬寬，傳輸速率高，傳輸能力強(qiáng) 不受電磁干擾，抗干擾能力強(qiáng)，無(wú)輻射，保密性好 重量輕，容量大，十分適合多媒體通信 光纖斷裂的檢測(cè)和修復(fù)都很困難。,2.3 傳輸介質(zhì)-無(wú)線(xiàn),1、無(wú)線(xiàn)電短波通信 2、微波通信 3、紅外線(xiàn),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),48,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),49,2.4 多路復(fù)用技術(shù),信道復(fù)用的目的是讓不同的計(jì)算機(jī)連接到相同的信道上

18、，共享信道資源。同時(shí)傳送多路信號(hào)。 三種信道復(fù)用方式：頻分復(fù)用FDM、時(shí)分復(fù)用TDM、波分復(fù)用WDM。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),50,1. 頻分多路復(fù)用FDM,頻分復(fù)用(FDM)是將信道分成若干個(gè)相等的頻段，每個(gè)頻段分給不同的用戶(hù)，傳輸時(shí)，先將各個(gè)用戶(hù)的信號(hào)調(diào)制到不同的頻段，然后進(jìn)行傳輸，接收的時(shí)候再按不同的頻率接收。頻分復(fù)用技術(shù)常用于模擬信號(hào)傳輸，如無(wú)線(xiàn)電廣播、電視和載波電話(huà)等，必須與調(diào)制解調(diào)技術(shù)結(jié)合使用。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),51,2. 時(shí)分多路復(fù)用TDM,時(shí)分多路復(fù)用（Time Division Multiplexing,TDM) ：當(dāng)信道能達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸率大于各路信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率總和時(shí)，可以將使用

19、信道的時(shí)間分成一個(gè)個(gè)的時(shí)間片，按一定規(guī)則將這些時(shí)間片分配給各路信號(hào)，每一路信號(hào)只能在自己的時(shí)間片內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行傳輸。,D3,D2,D1,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),52,3. 波分多路復(fù)用WDM,WDM主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)。波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。人們借用傳統(tǒng)的載波電話(huà)的頻分復(fù)用的概念，可以做到使用一根光纖來(lái)同時(shí)傳輸多個(gè)頻率很接近的光載波信號(hào),提高了光纖的傳輸能力。 最初，在一根光纖上只能復(fù)用兩路光載波信號(hào)，隨著技術(shù)的發(fā)展，在一根光纖上復(fù)用的路數(shù)越來(lái)越多?，F(xiàn)在已達(dá)到在一根光纖上復(fù)用80路或更多路數(shù)的光載波信號(hào)，這種復(fù)用方式就是密集波分復(fù)用DWDM (Dense Wavelength Divis

20、ion Multiplexing)。,4.碼分多路復(fù)用CDM,每一個(gè)用戶(hù)可以在同樣的實(shí)踐使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。 主要用于無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),53,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),54,2.5 數(shù)據(jù)交換技術(shù),通信子網(wǎng)由傳輸線(xiàn)路和中間節(jié)點(diǎn)組成，當(dāng)信源和信宿間沒(méi)有線(xiàn)路直接相連時(shí)，信源發(fā)出的數(shù)據(jù)先到達(dá)與之相連的中間節(jié)點(diǎn)，再?gòu)脑撝虚g節(jié)點(diǎn)傳到下一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，直至到信宿，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為交換。 交換系統(tǒng)的基本功能是提供用戶(hù)通信接口之間的連接。在不同的交換方式中，其連接可以是物理的，也可以是邏輯的。 物理連接，是指用戶(hù)通信過(guò)程中，不論用戶(hù)有無(wú)信息傳送，交換網(wǎng)絡(luò)始終按預(yù)先分配的方法保持其專(zhuān)用的接續(xù)通路； 邏輯連接則只

21、有在用戶(hù)有信息傳送時(shí)，才按需分配提供接續(xù)通路。因此，邏輯連接也稱(chēng)之為虛連接(Virtual Connection)。,（1）電路交換,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)站之間建立一條專(zhuān)用的通信線(xiàn)路。 保證在兩個(gè)站之間一個(gè)實(shí)際的物理連接 典型例子：電話(huà)交換系統(tǒng) 三個(gè)階段 （1）電路建立階段 （2）數(shù)據(jù)傳輸階段 （3）電路拆除階段,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),55,2002年,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),56,電路交換舉例,A 和 B 通話(huà)經(jīng)過(guò)四個(gè)交換機(jī) 通話(huà)在 A 到 B 的連接上進(jìn)行,(,(,(,(,交換機(jī),交換機(jī),交換機(jī),交換機(jī),用戶(hù)線(xiàn),用戶(hù)線(xiàn),中繼線(xiàn),中繼線(xiàn),B,D,C,A,2002年,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),57,電路交換舉例,C 和 D

22、 通話(huà)只經(jīng)過(guò)一個(gè)本地交換機(jī) 通話(huà)在 C 到 D 的連接上進(jìn)行,(,(,(,(,交換機(jī),交換機(jī),交換機(jī),交換機(jī),用戶(hù)線(xiàn),用戶(hù)線(xiàn),中繼線(xiàn),中繼線(xiàn),B,D,C,A,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),58,報(bào)文交換和分組交換,存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（Store and Forward Switching） 報(bào)文存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 報(bào)文分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換 數(shù)據(jù)報(bào) 虛電路,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),59,報(bào)文交換和分組交換,早在20世紀(jì)40年代，電報(bào)通信系統(tǒng)就采用了報(bào)文交換方式。 報(bào)文交換(Message Switch)與電路交換的工作原理不同，每個(gè)報(bào)文傳送時(shí)，沒(méi)有連接建立和釋放這兩個(gè)階段。在報(bào)文交換節(jié)點(diǎn)接收一份份報(bào)文，予以存儲(chǔ)，再按報(bào)文的報(bào)頭(內(nèi)含

23、收?qǐng)?bào)人地址、流水號(hào)等)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),60,對(duì)于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信，廣泛使用報(bào)文交換技術(shù); 在報(bào)文交換中，每一個(gè)報(bào)文由傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和報(bào)頭組成，報(bào)頭中有源地址和目標(biāo)地址。 節(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)頭中的目標(biāo)地址為報(bào)文進(jìn)行路徑選擇。并且對(duì)收發(fā)的報(bào)文進(jìn)行相應(yīng)的處理。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),61,分組交換,分組交換屬于“存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)”交換，它不像報(bào)文交換以報(bào)文為單位進(jìn)行交換、傳輸，而是以更短的、標(biāo)準(zhǔn)的“報(bào)文分組”（Packet）為單位進(jìn)行交換傳輸。 假如A站有一份比較長(zhǎng)的報(bào)文要發(fā)送給C站。則它首先將報(bào)文按規(guī)定長(zhǎng)度劃分成若干分組，每個(gè)分組附加上地址及糾錯(cuò)等其他信息，然后將這些分組順序發(fā)送到交換網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)C。 分組交換又分為

24、： 數(shù)據(jù)報(bào)交換 虛電路交換,2002年,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),62,報(bào)文,（3）報(bào)文分組交換,在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。,數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),數(shù) 據(jù),每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部（header）構(gòu)成分組（packet）。,首部,首部,首部,2002年,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),63,分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。 依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。,（3）報(bào)文分組交換,每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。 分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。 用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。,2002年,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),6

25、4,接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,數(shù) 據(jù),首部,收到的數(shù)據(jù),（3）報(bào)文分組交換,最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來(lái)的報(bào)文。 這里我們假定分組在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒(méi)有被丟棄。,2002年,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),65,分組交換網(wǎng)的示意圖,H1,A,分組交換網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,H2 向 H6 發(fā)送分組,注意分組路徑的變化！,結(jié)點(diǎn)交換機(jī),主機(jī),2002年,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),66,注意分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程,H1,A,分組交換網(wǎng),B,D,E,C,H5,H6,H4,H2,H3,H1 向 H5 發(fā)送分組,結(jié)點(diǎn)交換機(jī),

26、主機(jī),在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) A 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) C 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,在結(jié)點(diǎn)交換機(jī) E 暫存 查找轉(zhuǎn)發(fā)表 找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口,最后到達(dá)目的主機(jī) H5,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),67,三種交換的比較,A B C D,A B C D,A B C D,報(bào)文交換,電路交換,分組交換,t,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),68,虛電路分組交換,虛電路就是兩個(gè)用戶(hù)的終端設(shè)備在開(kāi)始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的虛電路傳輸，用戶(hù)不需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)清除連接。 虛電路方式具有分組交換與線(xiàn)路交換兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛的應(yīng)用。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)

27、絡(luò)基礎(chǔ),69,電路交換、報(bào)文交換和分組交換比較,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),70,2.6 差錯(cuò)控制技術(shù),根據(jù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型，當(dāng)數(shù)據(jù)從信源發(fā)出，經(jīng)過(guò)通信信道傳輸，由于信道總存在著一定的噪聲，數(shù)據(jù)到達(dá)信宿端后，接收的信號(hào)實(shí)際上是數(shù)據(jù)信號(hào)和噪聲信號(hào)的疊加。接收端在取樣時(shí)鐘作用下接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)閾值電平判斷信號(hào)電平。如果噪聲對(duì)信號(hào)的影響非常大時(shí)，就會(huì)造成數(shù)據(jù)的傳輸錯(cuò)誤，,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),71,數(shù)據(jù)通信中的實(shí)際情況,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),72,通信信道中的噪聲,通信信道中的噪聲分為熱噪聲和沖擊噪聲。 熱噪聲 是由傳輸媒體的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是時(shí)刻存在，幅度小，干擾強(qiáng)度與頻率無(wú)關(guān)，但頻譜很寬，屬于隨機(jī)噪聲。 由熱

28、噪聲引起的差錯(cuò)屬于一種隨機(jī)差錯(cuò)。 沖擊噪聲 是由外界電磁干擾引起的，與熱噪聲相比，沖擊噪聲的幅度較大，是引起差錯(cuò)的主要原因。沖擊噪聲持續(xù)時(shí)間與數(shù)據(jù)傳輸中每個(gè)比特的發(fā)送時(shí)間相比，可能較長(zhǎng)，因而沖擊噪聲引起的相鄰多個(gè)數(shù)據(jù)位出錯(cuò)呈突發(fā)性。 沖擊噪聲引起的傳輸差錯(cuò)稱(chēng)為突發(fā)差錯(cuò)。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),73,差錯(cuò)的控制,在數(shù)據(jù)通信中，原發(fā)送信息，不具備抗干擾性能，如果引入冗余度后，就可以使新的碼組具有一定的抗干擾能力。 例如，兩個(gè)碼元構(gòu)成四種碼組00、01、10、11，無(wú)法檢錯(cuò)，而使用三個(gè)碼元，有用碼組為000、011、101和110； 目前差錯(cuò)控制常采用冗余編碼方案，檢測(cè)和糾正信息傳輸中產(chǎn)生的錯(cuò)誤。 冗余編

29、碼思想就是：把要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)在發(fā)送時(shí)按照所使用的某種差錯(cuò)編碼規(guī)則加上控制碼（冗余碼），當(dāng)信息到達(dá)接收端后，再按照相應(yīng)的校驗(yàn)規(guī)則檢驗(yàn)收到的信息是否正確。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),74,差錯(cuò)編碼,差錯(cuò)檢測(cè)編碼： 奇偶校驗(yàn)碼； CRC循環(huán)冗余碼等；,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),75,奇偶校驗(yàn)碼,奇偶校驗(yàn)是一種最基本的校驗(yàn)方法，其規(guī)則是在原始數(shù)據(jù)位后附加一個(gè)校驗(yàn)位，構(gòu)成一個(gè)帶有校驗(yàn)位的碼組，使得碼組中“1”的個(gè)數(shù)成為偶數(shù)（稱(chēng)為偶校驗(yàn)）或者奇數(shù)（稱(chēng)為奇校驗(yàn)），并把整個(gè)碼組一起發(fā)送出去。 接收端在收到信號(hào)后，對(duì)每一個(gè)碼組檢查其中“1”的個(gè)數(shù)是否為偶數(shù)（對(duì)奇校驗(yàn)則檢查“1”的個(gè)數(shù)是否為奇數(shù)），如果檢查通過(guò)就認(rèn)為收到的數(shù)據(jù)正確

30、，否則發(fā)回一個(gè)信號(hào)給發(fā)送端，要求重新發(fā)送該數(shù)據(jù)。奇偶校驗(yàn)又可分為垂直奇偶校驗(yàn)、水平奇偶校驗(yàn)和水平垂直奇偶校驗(yàn)。 （1）垂直奇偶校驗(yàn),計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),76,奇偶校驗(yàn)碼,（2）水平奇偶校驗(yàn) 為了降低對(duì)突發(fā)錯(cuò)誤的漏檢率，可以采用水平奇偶校驗(yàn)的方法。水平奇偶校驗(yàn)又稱(chēng)為橫向奇偶校驗(yàn)，它是對(duì)各個(gè)信息段的相應(yīng)位橫向進(jìn)行編碼，產(chǎn)生一個(gè)奇偶校驗(yàn)冗余位。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),77,循環(huán)冗余碼CRC,循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（Cycle Redundancy Check，簡(jiǎn)稱(chēng)CRC）是一種被廣泛采用的多項(xiàng)式編碼。所謂多項(xiàng)式碼，就是將二進(jìn)制形式的碼元看作是僅具有“0”或“1”兩種取值的多項(xiàng)式的系數(shù)，k個(gè)碼元看做是k項(xiàng)多項(xiàng)式xk-1

31、+x0表達(dá)式的系數(shù)。例如101101對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式是x5+x3+x2+1,而多項(xiàng)式x5+x3+x2+x+1對(duì)應(yīng)的代碼為101111。 CRC的原理為：假設(shè)要傳送的信息有k位，則發(fā)送端會(huì)自動(dòng)加上r位的校驗(yàn)序列，然后再傳送出去，這k+r位數(shù)可以被某個(gè)事先設(shè)定好的數(shù)整除。當(dāng)接收端收到數(shù)據(jù)后用原先那個(gè)設(shè)定好的數(shù)來(lái)除，若沒(méi)有余數(shù)出現(xiàn)，則表示數(shù)據(jù)傳送正確，相反地，若有余數(shù)出現(xiàn)，則表示數(shù)據(jù)傳送有誤。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),78,循環(huán)冗余碼CRC,CRC碼在發(fā)送端編碼和接收端校驗(yàn)碼時(shí)，都可以利用生成多項(xiàng)式G（x）來(lái)得到。K位要發(fā)送的信息可對(duì)應(yīng)（k-1）次的多項(xiàng)式K（x），r位的冗余位則對(duì)應(yīng)于一個(gè)（r-1）次的多項(xiàng)式R

32、（x），由k位信息位加r位冗余位組成的n=k+r位碼字則對(duì)應(yīng)于一個(gè)（n-1）次的多項(xiàng)式p（x）= xrm（x） +R（x）。 由信息位產(chǎn)生冗余位的編碼過(guò)程，就是已知m（x）求R（x）的過(guò)程。在CRC碼中可以通過(guò)找到一個(gè)特定的r次多項(xiàng)式G（x），然后用xrm（x）去除以G（x），得到的余式就是R（x）。,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ),79,循環(huán)冗余碼CRC,例如：要發(fā)送的信息位101011011，雙方約定G(x)=x4+x3+x2+1作為生成多項(xiàng)式,求出CRC碼的校驗(yàn)序列碼，并驗(yàn)證收到的碼字的正確性。 編碼 信息序列101011011對(duì)應(yīng)的碼多項(xiàng)式為K（x）=x8+x6+x4+x3+x+1；xrm（x）=x12+x10+x8