第4章41 數(shù)字通信入門

1、第第4章章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)4.1 數(shù)字通信入門數(shù)字通信入門4.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)4.3 因特網(wǎng)的組成因特網(wǎng)的組成4.4 因特網(wǎng)提供的服務(wù)因特網(wǎng)提供的服務(wù)4.5 網(wǎng)絡(luò)信息安全網(wǎng)絡(luò)信息安全24.1 數(shù)字通信入門數(shù)字通信入門 4.1.1 通信的基本原理通信的基本原理 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)模型 有線通信與無線通信有線通信與無線通信 調(diào)制解調(diào)技術(shù)調(diào)制解調(diào)技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 4.1.2 交換技術(shù)交換技術(shù)34.1.1 數(shù)字通信的基本原理數(shù)字通信的基本原理(1) 通信的基本模型通信的基本模型4什么是通信什么是通信(communication)？n 廣而言之，通信

2、就是信息的廣而言之，通信就是信息的(遠(yuǎn)距離遠(yuǎn)距離)傳遞與交換傳遞與交換n 現(xiàn)代通信現(xiàn)代通信使用使用電電波或波或光光波波傳遞信息傳遞信息的技術(shù)，也稱為電的技術(shù)，也稱為電信（信（telecommunication），如電報(bào)、電話、傳真、電子郵），如電報(bào)、電話、傳真、電子郵件、件、QQ等，電視也可看作是一對多的單向通信等，電視也可看作是一對多的單向通信n 通信的發(fā)展歷史：通信的發(fā)展歷史：n 1836年，英國建成第一條電報(bào)線路年，英國建成第一條電報(bào)線路(Morse電報(bào)電報(bào))n 1876年，美國人年，美國人A.G.Bell研制成可供實(shí)用的電話研制成可供實(shí)用的電話n 20世紀(jì)初，馬可尼實(shí)現(xiàn)了跨越大西洋的無

3、線電報(bào)通信世紀(jì)初，馬可尼實(shí)現(xiàn)了跨越大西洋的無線電報(bào)通信n 1918年，出現(xiàn)收音機(jī)和無線電廣播年，出現(xiàn)收音機(jī)和無線電廣播n 1938年，第一個(gè)電視臺開始播出年，第一個(gè)電視臺開始播出n 1940s 出現(xiàn)彩色電視出現(xiàn)彩色電視n 1960s 出現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)5對通信系統(tǒng)的一般要求對通信系統(tǒng)的一般要求n 遠(yuǎn)距離：傳輸距離要遠(yuǎn)遠(yuǎn)距離：傳輸距離要遠(yuǎn)n 低成本：傳輸成本要低低成本：傳輸成本要低n 高速度：從發(fā)生到接收的延遲時(shí)間要短高速度：從發(fā)生到接收的延遲時(shí)間要短n 可靠：傳輸?shù)男畔⒉荒苡绣e(cuò)誤可靠：傳輸?shù)男畔⒉荒苡绣e(cuò)誤n 方便：任何時(shí)間和地點(diǎn)都能通信方便：任何時(shí)間和地點(diǎn)都能通信n 安全：傳輸?shù)男畔?/p>

4、要保密，不能泄漏安全：傳輸?shù)男畔⒁Ｃ?，不能泄?通信系統(tǒng)的模型通信系統(tǒng)的模型n 通信的三要素：通信的三要素：信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)信信號號信信號號n 舉例舉例:信道的任務(wù)是迅速、可靠而信道的任務(wù)是迅速、可靠而準(zhǔn)確地將信號從信源傳輸?shù)綔?zhǔn)確地將信號從信源傳輸?shù)叫潘扌潘薇粋鬏數(shù)男畔⒍急仨氁员粋鬏數(shù)男畔⒍急仨氁阅撤N電某種電(或光或光)信號的形信號的形式才能進(jìn)行傳輸式才能進(jìn)行傳輸發(fā)送信息發(fā)送信息的設(shè)備的設(shè)備接收信息接收信息的設(shè)備的設(shè)備有線電話有線電話移動(dòng)電話移動(dòng)電話計(jì)算機(jī)通信計(jì)算機(jī)通信信源信源/信宿信宿電話座機(jī)電話座機(jī)手機(jī)手機(jī)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)信號形式信號形式話音經(jīng)電話機(jī)轉(zhuǎn)話音經(jīng)電話機(jī)轉(zhuǎn)

5、換成為變化的電換成為變化的電流信號流信號話音經(jīng)電話機(jī)轉(zhuǎn)換成為話音經(jīng)電話機(jī)轉(zhuǎn)換成為壓縮編碼后的數(shù)字信號壓縮編碼后的數(shù)字信號編碼并打包后的數(shù)字信編碼并打包后的數(shù)字信號號信道構(gòu)成信道構(gòu)成電話線和中繼器電話線和中繼器等傳輸設(shè)備等傳輸設(shè)備無線電波、基站等無線電波、基站等雙絞線、集線器、路由雙絞線、集線器、路由器、光纖等器、光纖等7模擬信號與數(shù)字信號模擬信號與數(shù)字信號n 通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種通信系統(tǒng)中被傳輸?shù)男畔⒈仨氜D(zhuǎn)換成某種電信號電信號(或光信號或光信號) 才能進(jìn)行傳輸才能進(jìn)行傳輸t數(shù)字信號數(shù)字信號信號信號強(qiáng)度強(qiáng)度模擬信號模擬信號信號信號強(qiáng)度強(qiáng)度tn 電信號電信號(或光信號或光信號) 有

6、兩種形式：有兩種形式：n 模擬信號模擬信號形式形式: 通過連續(xù)變化的物理通過連續(xù)變化的物理量（如信號的幅度）來表示信息，例量（如信號的幅度）來表示信息，例如人們打電話或者播音員播音時(shí)聲音如人們打電話或者播音員播音時(shí)聲音經(jīng)話筒經(jīng)話筒(麥克風(fēng)麥克風(fēng))轉(zhuǎn)換得到的電信號；轉(zhuǎn)換得到的電信號；n 數(shù)字信號數(shù)字信號形式形式: 使用有限個(gè)狀態(tài)使用有限個(gè)狀態(tài)(一般一般是是2個(gè)狀態(tài)個(gè)狀態(tài))來表示（編碼）信息，例來表示（編碼）信息，例如電報(bào)機(jī)、傳真機(jī)和計(jì)算機(jī)發(fā)出的信如電報(bào)機(jī)、傳真機(jī)和計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號都是數(shù)字信號號都是數(shù)字信號 0 0 1 1 0 1 0 0 0 18什么是數(shù)字通信？什么是數(shù)字通信？n 數(shù)字通信數(shù)字通

7、信通信終端之間以數(shù)字信號的形式進(jìn)行通信通信終端之間以數(shù)字信號的形式進(jìn)行通信n 數(shù)字通信有數(shù)字通信有2種情況：種情況：n 終端設(shè)備發(fā)出和接收的都是數(shù)字信號，例如：計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的終端設(shè)備發(fā)出和接收的都是數(shù)字信號，例如：計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信、手機(jī)與手機(jī)之間的通信通信、手機(jī)與手機(jī)之間的通信n 發(fā)送方發(fā)出的是模擬信號，但把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再進(jìn)行傳輸；接發(fā)送方發(fā)出的是模擬信號，但把它轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后再進(jìn)行傳輸；接收方把收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后再予以處理和使用收方把收到的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后再予以處理和使用n數(shù)字通信技術(shù)的數(shù)字通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：n抗干擾能力強(qiáng)，差錯(cuò)可控制，無噪聲積累，

8、傳輸質(zhì)量高抗干擾能力強(qiáng)，差錯(cuò)可控制，無噪聲積累，傳輸質(zhì)量高n靈活性好，能適應(yīng)多種應(yīng)用需求，聲音、圖像、數(shù)據(jù)均可傳輸靈活性好，能適應(yīng)多種應(yīng)用需求，聲音、圖像、數(shù)據(jù)均可傳輸n傳輸?shù)臄?shù)字信號可以直接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲、管理和處理傳輸?shù)臄?shù)字信號可以直接由計(jì)算機(jī)進(jìn)行存儲、管理和處理n數(shù)字信號的加密比模擬信號容易，所以通信的安全性高數(shù)字信號的加密比模擬信號容易，所以通信的安全性高n數(shù)字電路容易用超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，有利于通信設(shè)備的小型化、數(shù)字電路容易用超大規(guī)模集成電路實(shí)現(xiàn)，有利于通信設(shè)備的小型化、微型化，也降低了功耗微型化，也降低了功耗 9數(shù)字?jǐn)?shù)字調(diào)制調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)字解調(diào)解調(diào)編碼器編碼器解碼器解碼器電磁波電磁

9、波電視信號電視信號發(fā)射器發(fā)射器電視信號電視信號接收器接收器載波載波載波載波電視圖像電視圖像及其伴音及其伴音電視機(jī)電視機(jī)人造衛(wèi)星人造衛(wèi)星數(shù)字通信技術(shù)數(shù)字通信技術(shù)模擬模擬信號信號模擬模擬信號信號數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（1）n 衛(wèi)星電視和數(shù)字有線電視：用數(shù)字通信技術(shù)傳輸模擬音視頻信號衛(wèi)星電視和數(shù)字有線電視：用數(shù)字通信技術(shù)傳輸模擬音視頻信號 數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復(fù)數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復(fù)用后由天線發(fā)送至衛(wèi)用后由天線發(fā)送至衛(wèi)星，再由衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)星，再由衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，被衛(wèi)星地面接收發(fā)，被衛(wèi)星地面接收站所接收；或者經(jīng)過站所接收；或者經(jīng)過光纖和同軸電纜進(jìn)行光纖和同軸電纜進(jìn)行傳輸傳輸電視臺的節(jié)目在傳輸之

10、電視臺的節(jié)目在傳輸之前，先要把圖像和伴音前，先要把圖像和伴音信號進(jìn)行數(shù)字化，還要信號進(jìn)行數(shù)字化，還要進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮 地面站對接收到的信號地面站對接收到的信號進(jìn)行解調(diào)、解碼后（或進(jìn)行解調(diào)、解碼后（或同軸電纜送來的數(shù)字信同軸電纜送來的數(shù)字信號經(jīng)機(jī)頂盒處理后）恢號經(jīng)機(jī)頂盒處理后）恢復(fù)為模擬信號，再送到復(fù)為模擬信號，再送到用戶電視機(jī)上播放用戶電視機(jī)上播放10數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（數(shù)字通信技術(shù)應(yīng)用舉例（2）n 長途電話系統(tǒng)的中繼通信長途電話系統(tǒng)的中繼通信 PCM編碼器編碼器PCM解碼器解碼器PCM編碼器編碼器PCM解碼器解碼器多多 路路 復(fù)復(fù) 用用 器器分分 路路 器器光纖傳輸線路光纖傳輸線路

11、 (中繼線和長途線中繼線和長途線)（本地電話局）（本地電話局）（本地電話局）（本地電話局） （用戶線）（用戶線）（用戶線）（用戶線）數(shù)字通信技術(shù)數(shù)字通信技術(shù)模擬傳輸技術(shù)模擬傳輸技術(shù)模擬傳輸技術(shù)模擬傳輸技術(shù)模擬聲音信號在需要進(jìn)模擬聲音信號在需要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸之前，先行遠(yuǎn)距離傳輸之前，先使用使用PCM編碼器變換編碼器變換為數(shù)字信號形式（此過為數(shù)字信號形式（此過程稱為程稱為“數(shù)字化數(shù)字化”） 接收方所在地區(qū)的交換接收方所在地區(qū)的交換局使用解碼器把數(shù)字信局使用解碼器把數(shù)字信號還原成模擬聲音信號號還原成模擬聲音信號后，由用戶線傳輸至接后，由用戶線傳輸至接聽方的電話機(jī)聽方的電話機(jī) 數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制和復(fù)數(shù)字信

12、號經(jīng)調(diào)制和復(fù)用后，通過光纖傳輸用后，通過光纖傳輸?shù)浇邮辗剿诘貐^(qū)的到接收方所在地區(qū)的交換局，再經(jīng)解調(diào)和交換局，再經(jīng)解調(diào)和分路處理，恢復(fù)為數(shù)分路處理，恢復(fù)為數(shù)字信號字信號 11(2) 有線通信與無線通信有線通信與無線通信 需使用物理介質(zhì)進(jìn)行信號傳輸?shù)氖怯芯€通信有線通信，例如： 金屬導(dǎo)體（雙絞線、同軸電纜），傳輸電流信號 光導(dǎo)纖維（簡稱光纖），傳輸光信號 在自由空間進(jìn)行信號傳輸?shù)氖菬o線通信，無線通信，傳輸?shù)氖请姶挪ㄐ盘?2傳輸介質(zhì)的類型與特點(diǎn)傳輸介質(zhì)的類型與特點(diǎn)介質(zhì)類型介質(zhì)類型特點(diǎn)特點(diǎn)應(yīng)用應(yīng)用有有線線通通信信雙絞線雙絞線成本低，易受外部高頻電磁波成本低，易受外部高頻電磁波干擾，誤碼率較高；傳輸距離

13、干擾，誤碼率較高；傳輸距離有限有限固定電話本地回固定電話本地回路、計(jì)算機(jī)局域路、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)網(wǎng)同軸電纜同軸電纜傳輸特性和屏蔽特性良好，可傳輸特性和屏蔽特性良好，可作為傳輸干線長距離傳輸載波作為傳輸干線長距離傳輸載波信號，但成本較高信號，但成本較高固定電話中繼線固定電話中繼線路、有線電視接路、有線電視接入入光纜光纜傳輸損耗小，通訊距離長，容量傳輸損耗小，通訊距離長，容量大，大，屏蔽特性非常好，屏蔽特性非常好，不易被竊不易被竊聽，重量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)。聽，重量輕，便于運(yùn)輸和鋪設(shè)。缺點(diǎn)是精確連接兩根光纖很困難缺點(diǎn)是精確連接兩根光纖很困難電話、電視等通電話、電視等通信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程干信系統(tǒng)的遠(yuǎn)程干線，計(jì)

14、算機(jī)網(wǎng)絡(luò)線，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的干線的干線無無線線通通信信自由空間自由空間使用微波、紅外線、激光等，使用微波、紅外線、激光等，建設(shè)建設(shè)費(fèi)用低，抗災(zāi)能力強(qiáng)，容量大，費(fèi)用低，抗災(zāi)能力強(qiáng)，容量大，無線接入使得通信更加方便無線接入使得通信更加方便. .但但易被竊聽、易受干擾易被竊聽、易受干擾廣播，電視，移廣播，電視，移動(dòng)通信系統(tǒng)，計(jì)動(dòng)通信系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)無線局域網(wǎng)算機(jī)無線局域網(wǎng)13雙絞線和同軸電纜雙絞線和同軸電纜n 原理：利用電流原理：利用電流(電壓電壓)傳輸信息傳輸信息n 雙絞線分類雙絞線分類n 3類線類線(10 Mb/s)；5類線類線(100Mb/s)； 6類線類線(200Mb/s)n 無屏蔽雙絞線無屏蔽雙絞

15、線 (UTP)；屏蔽雙絞線；屏蔽雙絞線 (STP)同軸電纜同軸電纜內(nèi)層導(dǎo)線內(nèi)層導(dǎo)線金屬屏蔽金屬屏蔽外絕緣層外絕緣層絕緣體絕緣體n 同軸電纜分類同軸電纜分類n 基帶同軸電纜（基帶同軸電纜（5050）n以前在以太網(wǎng)中使用以前在以太網(wǎng)中使用n 寬帶同軸電纜（寬帶同軸電纜（7575）n有線電視網(wǎng)使用有線電視網(wǎng)使用信號線信號線地線地線套管套管無屏蔽雙絞線無屏蔽雙絞線14光纖與光纜光纖與光纜多根光纖多根光纖保護(hù)層保護(hù)層防止光泄漏的吸收外殼防止光泄漏的吸收外殼起保護(hù)作用的防護(hù)層起保護(hù)作用的防護(hù)層外絕緣層外絕緣層光波在光纖中的傳播光波在光纖中的傳播n 光導(dǎo)纖維（光導(dǎo)纖維（光線的入射角足夠大時(shí)，就會出現(xiàn)全反射，

16、光線的入射角足夠大時(shí)，就會出現(xiàn)全反射，重復(fù)此過程，光就沿著光纖傳播下去重復(fù)此過程，光就沿著光纖傳播下去） 纖芯纖芯 包層包層保護(hù)層保護(hù)層光波光波n 光纜光纜光光 纖纖保護(hù)層保護(hù)層15光纖通信原理光纖通信原理電信號電信號驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路電路光源光源中繼器中繼器輸出輸出電路電路電信號電信號發(fā)送單元發(fā)送單元(電電/光轉(zhuǎn)換光轉(zhuǎn)換)傳輸單元傳輸單元接收單元接收單元(光光/電轉(zhuǎn)換電轉(zhuǎn)換)光調(diào)光調(diào)制器制器光纖光纖光纖光纖放大放大電路電路光檢光檢測器測器n 光纖主要用于傳輸數(shù)字信號，光纖主要用于傳輸數(shù)字信號， 0信號或信號或1信號直接對光進(jìn)行調(diào)制信號直接對光進(jìn)行調(diào)制(即控制即控制激光的通或斷激光的通或斷)n 光波

17、的頻率為光波的頻率為10141015Hz，目前一束光每秒能攜帶，目前一束光每秒能攜帶2.5G或或10G的二進(jìn)的二進(jìn)位信號，通過波分多路復(fù)用（位信號，通過波分多路復(fù)用（WDM）技術(shù)還可達(dá)到更大的通信容量）技術(shù)還可達(dá)到更大的通信容量 在發(fā)送端，由需要傳輸在發(fā)送端，由需要傳輸?shù)臄?shù)字信號（電信號）的數(shù)字信號（電信號）去驅(qū)動(dòng)一個(gè)光源（半導(dǎo)去驅(qū)動(dòng)一個(gè)光源（半導(dǎo)體激光器或發(fā)光二極體激光器或發(fā)光二極管），并對發(fā)出的光信管），并對發(fā)出的光信號進(jìn)行調(diào)制號進(jìn)行調(diào)制在接收端，信號經(jīng)放大后在接收端，信號經(jīng)放大后由光檢測器（半導(dǎo)體光電由光檢測器（半導(dǎo)體光電管）進(jìn)行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)管）進(jìn)行檢測、解調(diào)，轉(zhuǎn)換成電信號之后輸出換成

18、電信號之后輸出調(diào)制后的光信號通過光纖調(diào)制后的光信號通過光纖進(jìn)行傳輸，為了補(bǔ)償光纖進(jìn)行傳輸，為了補(bǔ)償光纖線路的損耗，消除信號失線路的損耗，消除信號失真和噪聲干擾，每隔一定真和噪聲干擾，每隔一定的距離要接入中繼器的距離要接入中繼器16無線通信無線通信n 原理：原理：數(shù)字?jǐn)?shù)字( (或或模擬模擬) )信號信號使用電磁波使用電磁波調(diào)制后進(jìn)行調(diào)制后進(jìn)行傳輸傳輸1041051061071081091010101110121013101410151016 Hz雙絞線雙絞線同軸電纜同軸電纜AM廣播廣播FM廣播和廣播和TV衛(wèi)星衛(wèi)星地面微波地面微波光纖光纖紫外線紫外線紅外線紅外線可見光可見光微波微波無線電波無線電波

19、超短波超短波中波中波短波短波電磁波的種類與頻率范圍電磁波的種類與頻率范圍 無線電波無線電波: :10104 4 10101111 (Hz) (Hz) 中波：中波： 0.3 0.3 3 (MHz) 3 (MHz) 短波：短波： 3 3 30 (MHz) 30 (MHz) 超短波：超短波： 30 30 300 (MHz) 300 (MHz) 微波：微波： 0.3 0.3 300 (GHz) 300 (GHz) 紅外線：紅外線： 10101111 10101414 (Hz) (Hz) 可見光：可見光： 10101414 (Hz) (Hz) 紫外線：紫外線： 10101414 10101616 (Hz

20、) (Hz) 無線廣播無線廣播電視、通信電視、通信通信通信17微波通信微波通信n 微波：微波：300MHz300GHz范圍內(nèi)范圍內(nèi)的電磁波，波長為的電磁波，波長為1 m1mmn特點(diǎn)：特點(diǎn)：n直線傳直線傳播播，不能沿地不能沿地球表面?zhèn)鞑ィo繞射球表面?zhèn)鞑ィo繞射性），需要每隔幾十性），需要每隔幾十公里設(shè)立一個(gè)中繼站公里設(shè)立一個(gè)中繼站n容量大、可靠性高容量大、可靠性高n建設(shè)費(fèi)用低建設(shè)費(fèi)用低n抗災(zāi)能力強(qiáng)抗災(zāi)能力強(qiáng)n應(yīng)用：長途電話、蜂窩移應(yīng)用：長途電話、蜂窩移動(dòng)電話、全數(shù)字高清晰度動(dòng)電話、全數(shù)字高清晰度電視電視（HDTV）等等18衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信n 衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信: : 中繼站在人造地球衛(wèi)星上的中繼

21、站在人造地球衛(wèi)星上的一種微波通信一種微波通信n 優(yōu)點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)、頻帶寬、容量大、優(yōu)點(diǎn)：通信距離遠(yuǎn)、頻帶寬、容量大、抗干擾強(qiáng)、通信穩(wěn)定抗干擾強(qiáng)、通信穩(wěn)定n 缺點(diǎn)：造價(jià)高、技術(shù)復(fù)雜、有較大延時(shí)、缺點(diǎn)：造價(jià)高、技術(shù)復(fù)雜、有較大延時(shí)、同步軌道衛(wèi)星數(shù)目僅同步軌道衛(wèi)星數(shù)目僅180180顆顆赤道上方高度為赤道上方高度為35800公里的地方為公里的地方為地球同地球同步軌道步軌道，衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈的衛(wèi)星的運(yùn)行周期與地球自轉(zhuǎn)一圈的周期相同周期相同，在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不，在地面上看這種衛(wèi)星好似靜止不動(dòng)。一顆同步軌道衛(wèi)星覆蓋約動(dòng)。一顆同步軌道衛(wèi)星覆蓋約120， 3顆同顆同步定點(diǎn)軌道衛(wèi)星步定點(diǎn)軌道

22、衛(wèi)星可以覆蓋地球的幾乎全部面可以覆蓋地球的幾乎全部面積，進(jìn)行二十四小時(shí)的全天候通信積，進(jìn)行二十四小時(shí)的全天候通信19選講：選講： 衛(wèi)星通信的重要應(yīng)用衛(wèi)星通信的重要應(yīng)用GPS n 例例美國研制美國研制GPS系統(tǒng)系統(tǒng)n 24顆衛(wèi)星在顆衛(wèi)星在1.2萬公里高空以萬公里高空以12小時(shí)的周期小時(shí)的周期繞地球運(yùn)行繞地球運(yùn)行n 地面任意點(diǎn)在任何時(shí)刻都可同時(shí)觀測到地面任意點(diǎn)在任何時(shí)刻都可同時(shí)觀測到4顆顆以上衛(wèi)星以上衛(wèi)星n 原理：原理：n 由于衛(wèi)星的位置是精確可知的，通過地面由于衛(wèi)星的位置是精確可知的，通過地面接收機(jī)可測得與衛(wèi)星的距離，利用三維坐接收機(jī)可測得與衛(wèi)星的距離，利用三維坐標(biāo)中的距離計(jì)算公式，就可以推導(dǎo)出

23、接收標(biāo)中的距離計(jì)算公式，就可以推導(dǎo)出接收機(jī)的地理位置機(jī)的地理位置(經(jīng)度、緯度和高程經(jīng)度、緯度和高程)n 定位精度：定位精度：n 民用大約幾十米民用大約幾十米n 軍用可高得多軍用可高得多20選講：選講： GPS衛(wèi)星接收機(jī)衛(wèi)星接收機(jī)n 根據(jù)用途有：導(dǎo)航型、測地型、授時(shí)根據(jù)用途有：導(dǎo)航型、測地型、授時(shí)型等型等n 產(chǎn)品形式：獨(dú)立的產(chǎn)品形式：獨(dú)立的GPS導(dǎo)航儀，也可導(dǎo)航儀，也可集成在電腦、手機(jī)、集成在電腦、手機(jī)、MP3(MP4)播放播放器、甚至手表中器、甚至手表中21個(gè)人移動(dòng)通信個(gè)人移動(dòng)通信n 處于移動(dòng)狀態(tài)的對象相互間的通信，如手機(jī)、無繩電話、尋呼系統(tǒng)等處于移動(dòng)狀態(tài)的對象相互間的通信，如手機(jī)、無繩電話、

24、尋呼系統(tǒng)等n 優(yōu)點(diǎn)：克服通信終端位置對用戶的限制，快速和及時(shí)地傳遞信息優(yōu)點(diǎn)：克服通信終端位置對用戶的限制，快速和及時(shí)地傳遞信息基站基站移動(dòng)臺移動(dòng)臺（手機(jī)）（手機(jī)）移動(dòng)電移動(dòng)電話交換話交換中心中心公用電話網(wǎng)公用電話網(wǎng)22蜂窩移動(dòng)通信原理蜂窩移動(dòng)通信原理n 每每10km20km的區(qū)域稱為單元（形似的區(qū)域稱為單元（形似蜂窩），單元的中央建有一個(gè)基站，該蜂窩），單元的中央建有一個(gè)基站，該單元內(nèi)所有手機(jī)都向該基站發(fā)送信號并單元內(nèi)所有手機(jī)都向該基站發(fā)送信號并接收基站發(fā)給的信號接收基站發(fā)給的信號n 所有單元既相互分割，又彼此有所交疊，所有單元既相互分割，又彼此有所交疊，連成整個(gè)移動(dòng)通信服務(wù)網(wǎng)連成整個(gè)移動(dòng)通信

25、服務(wù)網(wǎng)n 所有基站都通過微波或電纜、光纜與移所有基站都通過微波或電纜、光纜與移動(dòng)交換中心通信動(dòng)交換中心通信n 手機(jī)每個(gè)時(shí)刻都處于某個(gè)特定單元的基手機(jī)每個(gè)時(shí)刻都處于某個(gè)特定單元的基站控制之下，通話時(shí)使用兩個(gè)頻率（一站控制之下，通話時(shí)使用兩個(gè)頻率（一個(gè)上行頻率，一個(gè)下行頻率），同一單個(gè)上行頻率，一個(gè)下行頻率），同一單元內(nèi)同一時(shí)刻的不同手機(jī)使用不同的頻元內(nèi)同一時(shí)刻的不同手機(jī)使用不同的頻率進(jìn)行通信，相互不影響率進(jìn)行通信，相互不影響n 每個(gè)蜂窩單元中有每個(gè)蜂窩單元中有200多個(gè)信道多個(gè)信道(GSM)。n 相鄰單元不允許使用相相鄰單元不允許使用相同的頻率同的頻率，不相鄰單元不相鄰單元的頻率的頻率允許允許重

26、用重用移動(dòng)移動(dòng)交換交換中心中心電話交電話交換中心換中心23選講：選講： 第二代第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)n 傳輸?shù)氖菙?shù)字化的語音或文字信號傳輸?shù)氖菙?shù)字化的語音或文字信號n 使用頻段：使用頻段：900MHz/1800MHz，屬于微波通信，屬于微波通信n 我國使用兩種標(biāo)準(zhǔn)：我國使用兩種標(biāo)準(zhǔn)：n GSM（歐洲移動(dòng)通信系統(tǒng)，也稱全球通（歐洲移動(dòng)通信系統(tǒng)，也稱全球通)n已實(shí)現(xiàn)縣以上城市的覆蓋已實(shí)現(xiàn)縣以上城市的覆蓋, 接入號有接入號有139135、130n采用頻分多路復(fù)用技術(shù)采用頻分多路復(fù)用技術(shù)(分為分為124個(gè)上下行信道個(gè)上下行信道)和時(shí)分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用(每個(gè)每個(gè)信道信道8個(gè)連接個(gè)連接)，每

27、個(gè)蜂窩理論上支持，每個(gè)蜂窩理論上支持992個(gè)連接，實(shí)際可有個(gè)連接，實(shí)際可有200多個(gè)多個(gè)n CDMA (碼分多址接入，碼分多址接入，Code Division Multiple Access)n所有手機(jī)都占用相同帶寬和頻率，在整個(gè)頻段上進(jìn)行信號傳輸所有手機(jī)都占用相同帶寬和頻率，在整個(gè)頻段上進(jìn)行信號傳輸, CDMA給每一手機(jī)分配一個(gè)唯一的碼序列給每一手機(jī)分配一個(gè)唯一的碼序列(擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻碼)，用它對承載，用它對承載信息的信號進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)相互間的區(qū)分信息的信號進(jìn)行編碼，實(shí)現(xiàn)相互間的區(qū)分n抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)容量大，接通率高，噪聲小，抗干擾能力強(qiáng)，系統(tǒng)容量大，接通率高，噪聲小，24第三代第三代移動(dòng)通信

28、系統(tǒng)移動(dòng)通信系統(tǒng)（3G）n 第第2代移動(dòng)通信的不足：代移動(dòng)通信的不足：（1）數(shù)據(jù)傳輸速率過低（）數(shù)據(jù)傳輸速率過低（9.6kb/s或或57kb/s），僅可傳輸語音和文字），僅可傳輸語音和文字（2）容量有限，不能滿足發(fā)達(dá)地區(qū)手機(jī)用戶高度密集的要求。）容量有限，不能滿足發(fā)達(dá)地區(qū)手機(jī)用戶高度密集的要求。 （3）不能實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的無縫連接）不能實(shí)現(xiàn)覆蓋全球的無縫連接n 3G的目標(biāo)：的目標(biāo)：（1）提供高質(zhì)量的語音通信、數(shù)據(jù)通信和高分辨率圖像通信）提供高質(zhì)量的語音通信、數(shù)據(jù)通信和高分辨率圖像通信（2）提供足夠的系統(tǒng)容量，具有高保密性和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)）提供足夠的系統(tǒng)容量，具有高保密性和優(yōu)質(zhì)的服務(wù)（3）地面移動(dòng)通信

29、與衛(wèi)星移動(dòng)通信相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全球漫游）地面移動(dòng)通信與衛(wèi)星移動(dòng)通信相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全球漫游n 使用的頻譜：使用的頻譜：1885 MHz 2025MHz，2110MHz2200MHz n 傳輸速率：室內(nèi)：傳輸速率：室內(nèi)：2Mb/s，步行：，步行：384kb/s，快速移動(dòng)：，快速移動(dòng)：114kb/sn 我國采用的我國采用的3種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：種技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：中國移動(dòng)中國移動(dòng)TD-SCDMA(時(shí)分時(shí)分-同步碼分多址接入同步碼分多址接入)，自主知識產(chǎn)權(quán)，自主知識產(chǎn)權(quán)中國電信中國電信CDMA2000中國聯(lián)通中國聯(lián)通W-CDMA25(3) 調(diào)制解調(diào)技術(shù)調(diào)制解調(diào)技術(shù)26數(shù)字通信采用的技術(shù)數(shù)字通信采用的技術(shù)n數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制/

30、解調(diào)技術(shù)（調(diào)幅；調(diào)頻；調(diào)相）解調(diào)技術(shù)（調(diào)幅；調(diào)頻；調(diào)相）n解決信號傳得遠(yuǎn)的問題解決信號傳得遠(yuǎn)的問題n多路復(fù)用技術(shù)（時(shí)分多路；頻分多路；波分多路）多路復(fù)用技術(shù)（時(shí)分多路；頻分多路；波分多路）n提高傳輸線路使用效率、降低傳輸成本提高傳輸線路使用效率、降低傳輸成本n交換技術(shù)（電路交換；分組交換）交換技術(shù)（電路交換；分組交換）n動(dòng)態(tài)分配信道資源，提高傳輸效率和質(zhì)量動(dòng)態(tài)分配信道資源，提高傳輸效率和質(zhì)量n模模-數(shù)和數(shù)數(shù)和數(shù)-模轉(zhuǎn)換技術(shù)；模轉(zhuǎn)換技術(shù)；n數(shù)字編碼和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)數(shù)字編碼和數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)27數(shù)字信號如何傳輸？數(shù)字信號如何傳輸？n 近距離傳輸：近距離傳輸：直接直接(基帶基帶)傳輸傳輸 n 例如：例如：

31、USB移動(dòng)硬盤移動(dòng)硬盤 主機(jī)主機(jī) ；以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸；以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸n 遠(yuǎn)距離傳輸：遠(yuǎn)距離傳輸：載波傳輸載波傳輸n 例如：數(shù)字有線電視；電話撥號上網(wǎng)；例如：數(shù)字有線電視；電話撥號上網(wǎng)；ADSL上網(wǎng)上網(wǎng)n 什么是什么是載波載波？ n 研究發(fā)現(xiàn)，高頻振蕩的正弦波信號在長距離通信中能夠比其他研究發(fā)現(xiàn)，高頻振蕩的正弦波信號在長距離通信中能夠比其他信號傳送得更遠(yuǎn)。因此若把高頻振蕩的正弦波信號作為攜帶信信號傳送得更遠(yuǎn)。因此若把高頻振蕩的正弦波信號作為攜帶信息的息的載波，載波，把數(shù)字信號放在把數(shù)字信號放在(調(diào)制調(diào)制在在)載波上傳輸，則可比直接載波上傳輸，則可比直接傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)得多傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)得多28數(shù)字信號的

32、三種調(diào)制方法數(shù)字信號的三種調(diào)制方法幅移鍵控幅移鍵控頻移鍵控頻移鍵控 調(diào)制信號調(diào)制信號 (兩個(gè)狀態(tài)兩個(gè)狀態(tài))相移鍵控相移鍵控載波信號載波信號(高頻正弦波高頻正弦波)調(diào)制后的調(diào)制后的載波信號載波信號傳輸傳輸信號信號解調(diào)器解調(diào)器載波信號載波信號調(diào)制后的調(diào)制后的載波信號載波信號傳輸傳輸信號信號調(diào)制器調(diào)制器載波信號載波信號實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制與解調(diào)的設(shè)備分別稱為實(shí)現(xiàn)信號調(diào)制與解調(diào)的設(shè)備分別稱為“調(diào)制器調(diào)制器”和和“解調(diào)器解調(diào)器”：29信信 道道信源信源(宿宿)信宿信宿(源源)調(diào)制后調(diào)制后的載波的載波 信號信號接收到接收到的載波的載波 信號信號調(diào)制調(diào)制(解調(diào)解調(diào))器器(調(diào)制調(diào)制)解調(diào)器解調(diào)器載波載波載波載波小結(jié)小

33、結(jié)1: 遠(yuǎn)距離通信必須使用遠(yuǎn)距離通信必須使用MODEM 通信一般是雙向進(jìn)行的，收發(fā)雙方都需要調(diào)制器與解調(diào)通信一般是雙向進(jìn)行的，收發(fā)雙方都需要調(diào)制器與解調(diào)器，它們通常做在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器器，它們通常做在一起，稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)信源信號通過信源信號通過調(diào)調(diào)制器制器 調(diào)整載波調(diào)整載波的某個(gè)參數(shù)的某個(gè)參數(shù)(幅幅度、頻率或相位度、頻率或相位)到達(dá)目的地后，使用到達(dá)目的地后，使用解調(diào)器解調(diào)器把載波所攜帶把載波所攜帶的信號檢測出來，恢的信號檢測出來，恢復(fù)為原始信號的形式復(fù)為原始信號的形式經(jīng)過調(diào)制后的載波經(jīng)過調(diào)制后的載波信號，攜帶著被傳信號，攜帶著被傳輸?shù)男盘栐谛诺乐休數(shù)男盘栐谛诺乐羞M(jìn)行長距離傳

34、輸進(jìn)行長距離傳輸30(4) 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)31怎樣降低傳輸成本？怎樣降低傳輸成本？ n分析：分析： n 通信系統(tǒng)中，傳輸線路的建設(shè)和維護(hù)成本占整個(gè)系統(tǒng)成本通信系統(tǒng)中，傳輸線路的建設(shè)和維護(hù)成本占整個(gè)系統(tǒng)成本的相當(dāng)大的份額的相當(dāng)大的份額n 一條傳輸線路（銅線、光纖、無線電波）的容量通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)一條傳輸線路（銅線、光纖、無線電波）的容量通常遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過傳輸超過傳輸1路用戶信號所需的能力路用戶信號所需的能力n降低成本采用的技術(shù)降低成本采用的技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)(Multiplexing)n 多路信號使用同一條傳輸線同時(shí)進(jìn)行傳輸多路信號使用同一條傳輸線同時(shí)進(jìn)行傳輸n方法：方法：n 頻分多路復(fù)用

35、頻分多路復(fù)用（FDM）n 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用（TDM）n 波分多路復(fù)用（波分多路復(fù)用（WDM）32 DEMUX MUX 共享的傳輸信道共享的傳輸信道載波頻率載波頻率f1調(diào)制調(diào)制調(diào)制調(diào)制載波頻率載波頻率fn載波頻率載波頻率f1解調(diào)解調(diào)解調(diào)解調(diào)載波頻率載波頻率fnf頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用(Frequency Division Multiplexing, FDM) n 思想：將每個(gè)通信終端發(fā)送的信號調(diào)制在不同頻率的載波上，通思想：將每個(gè)通信終端發(fā)送的信號調(diào)制在不同頻率的載波上，通過頻分多路復(fù)用器過頻分多路復(fù)用器(MUX)將它們復(fù)合成為一個(gè)信號，然后在同一將它們復(fù)合成為一個(gè)信號，然后在同一傳輸

36、線路上進(jìn)行傳輸。抵達(dá)接收端之后，借助分路器傳輸線路上進(jìn)行傳輸。抵達(dá)接收端之后，借助分路器(DEMUX)把把不同頻率的載波分離出來，送到不同的接收設(shè)備不同頻率的載波分離出來，送到不同的接收設(shè)備n 工作原理：工作原理：將不同頻率將不同頻率的載波信號的載波信號合成在一起合成在一起使用一組濾波器使用一組濾波器分解出不同頻率分解出不同頻率的載波信號的載波信號33頻分多路復(fù)用舉例頻分多路復(fù)用舉例1n 廣播電臺節(jié)目的發(fā)送與接收廣播電臺節(jié)目的發(fā)送與接收頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用分路器分路器(帶通濾波器帶通濾波器)信號信號發(fā)射發(fā)射信號信號接收接收n 常見廣播電臺使用的載波頻率常見廣播電臺使用的載波頻率n 中波中波

37、 900 KHz(南京經(jīng)濟(jì)臺南京經(jīng)濟(jì)臺) 中波中波1008 KHz (南京新聞臺南京新聞臺)n 短波短波 15.28 MHz(英國英國BBC) 短波短波 15.29 MHz(VOA美國之音美國之音)n 調(diào)頻調(diào)頻104.3MHz (南京體育臺南京體育臺) 調(diào)頻調(diào)頻105.8MHz(南京音樂臺南京音樂臺)34頻分多路復(fù)用舉例頻分多路復(fù)用舉例2n 電視節(jié)目的發(fā)送與接收電視節(jié)目的發(fā)送與接收頻道頻道 載波頻率載波頻率(MHz)(MHz)頻道頻道載波頻率載波頻率(MHz)(MHz)頻道頻道載波頻率載波頻率(MHz)(MHz)1 187.7587.755 5123.25123.259 9230.25230.

38、252 295.7595.75 6 6206.25206.251010238.25238.253 3103.75103.757 7214.25214.251111246.25246.254 4115.25115.258 8222.25222.251212254.25254.25多多路路復(fù)復(fù)用用器器解調(diào)器解調(diào)器在天空中傳輸?shù)脑谔炜罩袀鬏數(shù)碾姶挪ㄆ麟姶挪ㄆ麟娨曅盘栯娨曅盘柊l(fā)射器發(fā)射器電視信號電視信號接收器接收器電視節(jié)目電視節(jié)目調(diào)制器調(diào)制器載波載波1電視圖像電視圖像及其伴音及其伴音調(diào)制器調(diào)制器載波載波2電視圖像電視圖像及其伴音及其伴音調(diào)制器調(diào)制器載波載波n電視圖像電視圖像及其伴音及其伴音電電視視調(diào)調(diào)

39、諧諧器器(分路器分路器)35時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用(Time Division Multiplexing, TDM) n 思想：各通信終端思想：各通信終端（計(jì)算機(jī)、電話計(jì)算機(jī)、電話）以規(guī)定的順序和時(shí)以規(guī)定的順序和時(shí)間輪流使用同一傳輸線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸間輪流使用同一傳輸線路進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸n 工作原理：工作原理： H F G E D C B A傳輸線路傳輸線路時(shí)間片時(shí)間片 G C終端終端 1終端終端 2終端終端 3終端終端 4 H D F B E A多路復(fù)用器多路復(fù)用器 4 3 2 1 4 3 2 1數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)tMultiplexer多路分路器多路分路器終端甲終端甲終端乙終端乙終端丙終端丙終端丁終端丁

40、 E A F B G C H DDemultiplexern 應(yīng)用：主要使用在數(shù)字通信領(lǐng)域，如電話中繼通信、應(yīng)用：主要使用在數(shù)字通信領(lǐng)域，如電話中繼通信、GSM手機(jī)、總線式以太網(wǎng)等手機(jī)、總線式以太網(wǎng)等36發(fā)送方：發(fā)送方：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)時(shí)間時(shí)間異步時(shí)分多路復(fù)用異步時(shí)分多路復(fù)用 數(shù)據(jù)發(fā)送方和接收方也可以數(shù)據(jù)發(fā)送方和接收方也可以異步地異步地進(jìn)行信息傳輸。即：發(fā)送進(jìn)行信息傳輸。即：發(fā)送方有數(shù)據(jù)且信道有空閑時(shí)就發(fā)送，沒有數(shù)據(jù)時(shí)即使輪到它，也方有數(shù)據(jù)且信道有空閑時(shí)就發(fā)送，沒有數(shù)據(jù)時(shí)即使輪到它，也不占用信道。這樣可以大大提高信道的利用率不占用信道。這樣可以大大提高信道的利用率 實(shí)現(xiàn)方法：在被傳輸數(shù)據(jù)中必須附加上接

41、收方的實(shí)現(xiàn)方法：在被傳輸數(shù)據(jù)中必須附加上接收方的“地址地址”37波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用(Wave Division Multiplexing, WDM) n 為提高傳輸效率，為提高傳輸效率，1根光纖中可以同時(shí)傳輸幾種不同波長的光波，每種根光纖中可以同時(shí)傳輸幾種不同波長的光波，每種光波各自傳輸自己所攜帶的信息，速率可達(dá)到光波各自傳輸自己所攜帶的信息，速率可達(dá)到 40G-100Gbit/sn 原理：原理：光纖光纖發(fā)送端有發(fā)送端有N個(gè)個(gè)發(fā)送單元，它發(fā)送單元，它們各自發(fā)出不們各自發(fā)出不同波長的光波同波長的光波通過復(fù)用器（稱通過復(fù)用器（稱為合波器）合并為合波器）合并起來，進(jìn)入同一起來，進(jìn)入同一根光纖進(jìn)

42、行傳輸根光纖進(jìn)行傳輸接收端用分路器接收端用分路器(稱為稱為分波器分波器)將不同波長的將不同波長的光分開，分別送到各光分開，分別送到各自的光電檢測器恢復(fù)自的光電檢測器恢復(fù)出原始信號出原始信號示意圖示意圖復(fù)合光復(fù)合光38小結(jié)小結(jié)2: 多路復(fù)用可以降低通信成本多路復(fù)用可以降低通信成本n 通信系統(tǒng)的原理示意圖通信系統(tǒng)的原理示意圖復(fù)用復(fù)用（分路（分路信道信道信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器復(fù)用復(fù)用（分路（分路信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器信源信源（宿）（宿）調(diào)制解調(diào)器

43、調(diào)制解調(diào)器多路復(fù)用技術(shù)使得成千上多路復(fù)用技術(shù)使得成千上萬路通信可以在同一條傳萬路通信可以在同一條傳輸線上同時(shí)進(jìn)行，大大節(jié)輸線上同時(shí)進(jìn)行，大大節(jié)省了通信成本省了通信成本頻分多路、時(shí)分多路和波頻分多路、時(shí)分多路和波分多路等技術(shù)可以同時(shí)使分多路等技術(shù)可以同時(shí)使用，以提高復(fù)用效率用，以提高復(fù)用效率394.1.2 分組交換原理分組交換原理40通信系統(tǒng)中通信系統(tǒng)中“交換交換”的含義的含義n “交換交換”(switching)的含義就是的含義就是轉(zhuǎn)接轉(zhuǎn)接把一條把一條鏈路轉(zhuǎn)接到另一條鏈路，使它們連通起來鏈路轉(zhuǎn)接到另一條鏈路，使它們連通起來n 從通信資源的分配角度來看，從通信資源的分配角度來看，“交換交換”就是

44、按照某就是按照某種方式種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源n 常用的交換方式：常用的交換方式：n電路交換電路交換n分組交換分組交換交換機(jī)交換機(jī)41什么是電路交換？什么是電路交換？n 電路交換的過程：電路交換的過程：n 建立連接建立連接n 通信通信n 釋放連接釋放連接n 應(yīng)用：電話通信應(yīng)用：電話通信(交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAn 分析：分析：n 通話全過程中用戶始終占用端到通話全過程中用戶始終占用端到端的傳輸信道端的傳輸信道n 由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸具有突發(fā)性，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)傳輸具有突發(fā)性，不適合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信不適合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信42什么是分組交換什么

45、是分組交換(Packet Switching)?n 分組交換的要點(diǎn)：分組交換的要點(diǎn)：n 被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須劃分為若干被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須劃分為若干“分組分組”(packet, 簡稱簡稱“包包”)進(jìn)行進(jìn)行傳輸傳輸n 每個(gè)分組中必須包含收、發(fā)雙方的地址每個(gè)分組中必須包含收、發(fā)雙方的地址n 每個(gè)分組的格式如下：每個(gè)分組的格式如下： 有效載荷有效載荷(傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù))校驗(yàn)校驗(yàn)信息信息發(fā)送計(jì)算機(jī)發(fā)送計(jì)算機(jī)地址地址目的計(jì)算機(jī)目的計(jì)算機(jī)地址地址編號編號n 分組交換示意：分組交換示意：321（c）132（b）不同的包在不同鏈不同的包在不同鏈路上進(jìn)行傳輸路上進(jìn)行傳輸1233 2 1（d）到接收方到接收方后，再將

46、后，再將收到的包收到的包按順序組按順序組合在一起合在一起3213 2 1（a）發(fā)送方將發(fā)送方將數(shù)據(jù)分成數(shù)據(jù)分成3個(gè)包個(gè)包表示分組交換機(jī)表示分組交換機(jī)43分組交換與存儲轉(zhuǎn)發(fā)的過程分組交換與存儲轉(zhuǎn)發(fā)的過程 n發(fā)送數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)將包發(fā)給它所連接的分組交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)將包發(fā)給它所連接的分組交換機(jī)n交換機(jī)每收到一個(gè)包，就檢查該包的目的地地址：交換機(jī)每收到一個(gè)包，就檢查該包的目的地地址：n若數(shù)據(jù)包目的地是直接與之相連的計(jì)算機(jī)，交換機(jī)就將包發(fā)往該計(jì)算機(jī)若數(shù)據(jù)包目的地是直接與之相連的計(jì)算機(jī)，交換機(jī)就將包發(fā)往該計(jì)算機(jī)n若目的地不是本分組交換機(jī)上的計(jì)算機(jī)，則若目的地不是本分組交換機(jī)上的計(jì)算機(jī)，則選擇一個(gè)輸出端

47、口選擇一個(gè)輸出端口，通過連，通過連接該端口的高速數(shù)字線路轉(zhuǎn)發(fā)給另一臺交換機(jī)（如果線路忙，則可放在接該端口的高速數(shù)字線路轉(zhuǎn)發(fā)給另一臺交換機(jī)（如果線路忙，則可放在對應(yīng)的緩沖器中排隊(duì)等候）對應(yīng)的緩沖器中排隊(duì)等候）n下一臺交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包之后，重復(fù)過程下一臺交換機(jī)收到數(shù)據(jù)包之后，重復(fù)過程2直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的計(jì)算機(jī)為直到數(shù)據(jù)包到達(dá)目的計(jì)算機(jī)為止止例例1：計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)C發(fā)送數(shù)據(jù)包發(fā)送數(shù)據(jù)包給計(jì)算機(jī)給計(jì)算機(jī)H例例2：計(jì)算機(jī)：計(jì)算機(jī)A發(fā)送數(shù)據(jù)包發(fā)送數(shù)據(jù)包給計(jì)算機(jī)給計(jì)算機(jī)G交交換換機(jī)機(jī)1 1123412345交交換換機(jī)機(jī)2 2123412345交換機(jī)交換機(jī)3 31 2 3 4 51 2 3 4 交換機(jī)交換機(jī)4

48、 41 2 3 4 51 2 3 4 高速數(shù)字通信干線高速數(shù)字通信干線ABCDEFGH44分組交換機(jī)中的分組交換機(jī)中的存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程過程H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組交換機(jī)主機(jī)在交換機(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在交換機(jī) C 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在交換機(jī) A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口45分組交換網(wǎng)中分組交換網(wǎng)中傳輸路徑傳輸路徑的變化的變化H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組H2 向 H6 發(fā)送分組注意分組路徑的變化！交換機(jī)主機(jī)46實(shí)現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵設(shè)備：實(shí)現(xiàn)分組交換的關(guān)鍵設(shè)備：

49、分組交換機(jī)分組交換機(jī)n 分組交換機(jī)的任務(wù)是：負(fù)責(zé)包（分組）的轉(zhuǎn)發(fā)分組交換機(jī)的任務(wù)是：負(fù)責(zé)包（分組）的轉(zhuǎn)發(fā)n 分組交換機(jī)的工作方式是：存儲轉(zhuǎn)發(fā)分組交換機(jī)的工作方式是：存儲轉(zhuǎn)發(fā) + 路由選擇路由選擇n 分組交換機(jī)的工作過程：分組交換機(jī)的工作過程：n 從輸入端口收到一個(gè)包后，放入緩沖區(qū)從輸入端口收到一個(gè)包后，放入緩沖區(qū) n 檢查數(shù)據(jù)包的目的地址，查轉(zhuǎn)發(fā)表，決定該送哪個(gè)輸出端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)檢查數(shù)據(jù)包的目的地址，查轉(zhuǎn)發(fā)表，決定該送哪個(gè)輸出端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)n 把包從輸入緩沖器中取出，送到相應(yīng)輸出端口的緩沖區(qū)中排隊(duì)把包從輸入緩沖器中取出，送到相應(yīng)輸出端口的緩沖區(qū)中排隊(duì)1. 輸出端口每發(fā)送完一個(gè)包，就從自己的緩沖區(qū)中

50、提取下一個(gè)包進(jìn)行發(fā)輸出端口每發(fā)送完一個(gè)包，就從自己的緩沖區(qū)中提取下一個(gè)包進(jìn)行發(fā)送送輸輸 入入 分分 組組輸輸 出出 分分 組組路由表及路由表及路由選擇協(xié)議路由選擇協(xié)議33輸入端口1122交換結(jié)構(gòu)交換結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)表轉(zhuǎn)發(fā)表分組處理分組處理輸出端口11332247分組交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和問題分組交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和問題n 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n 高效高效 動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。動(dòng)態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。 n 靈活靈活 以分組為傳送單位和查找路由。以分組為傳送單位和查找路由。n 迅速迅速 不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組。不必先建立連接就能向其他主機(jī)發(fā)送分組。n 可靠可靠 保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)保證可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。有很好的生存性。n 分組交換帶來的問題：分組交換帶來的問題：n 分組在各結(jié)點(diǎn)存儲轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要分組在各結(jié)點(diǎn)存儲轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)排