數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)

1、1第第2章章 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí) 本章內(nèi)容 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 基本概念基本概念 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制 數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)22.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 源系統(tǒng)源系統(tǒng) 源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。 發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。 目的系統(tǒng)目的系統(tǒng) 接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。 終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來的信息。 傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng) 可以是簡單的物理通信線路 也可以是連接

2、源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備噪聲噪聲信源信源發(fā)送器發(fā)送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)3數(shù)據(jù)通信的基本過程數(shù)據(jù)通信的基本過程 5個(gè)階段個(gè)階段 包含兩項(xiàng)內(nèi)容：包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸和和通信控制通信控制 過程過程 與打電話比較與打電話比較 建立物理連接建立物理連接 撥號(hào)，撥通對(duì)方撥號(hào)，撥通對(duì)方 建立邏輯連接建立邏輯連接 互相確認(rèn)身份互相確認(rèn)身份 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 互相通話互相通話 斷開邏輯連接斷開邏輯連接 互相確認(rèn)要結(jié)束通話互相確認(rèn)要結(jié)束通話 斷開物理連接斷開物理連接 雙方掛機(jī)雙方掛機(jī)*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個(gè)階段。42.2基本概念基本概念

3、數(shù)據(jù)與信號(hào)數(shù)據(jù)與信號(hào) 信道信道 通信方式通信方式 傳輸方式傳輸方式 同步方式同步方式52.2.1數(shù)據(jù)與信號(hào)數(shù)據(jù)與信號(hào) 數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。 信息（信息（Information）數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。 信號(hào)（信號(hào)（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式在數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式在介質(zhì)中傳播介質(zhì)中傳播6 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個(gè)信號(hào)值時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個(gè)信號(hào)值 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見的

4、是二值信號(hào)見的是二值信號(hào)ta） 模擬信號(hào)tb） 數(shù)字信號(hào)7 周期信號(hào)周期信號(hào)信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波） 非周期信號(hào)非周期信號(hào)信號(hào)沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信信號(hào)沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號(hào)）。號(hào)）。tTTTtTTT周周期期信信號(hào)號(hào)非非周周期期信信號(hào)號(hào)tt8 信息編碼信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法 例如：例如：ASCII編碼、編碼、BCD編碼等編碼等 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法 例如：字符例如：字符“A”的的ASCII編碼為編碼為0100000

5、1，其數(shù)，其數(shù)據(jù)編碼可能為據(jù)編碼可能為01000001t9 信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程 把攜帶把攜帶信息信息的的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用物理用物理信號(hào)信號(hào)形式通過信道傳送到目的地形式通過信道傳送到目的地 信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸 編碼編碼：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò) 調(diào)制調(diào)制：數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)適合傳輸?shù)男问竭m合傳輸?shù)男问桨搭l率、幅度、相位按頻率、幅度、相位 解調(diào)解調(diào)：接收波形：接收波形數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 解碼解碼：數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)

6、信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)在信道上傳輸在信道上傳輸信號(hào)信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信道信息編碼信息編碼信息解碼信息解碼10 不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有有4種情況：種情況：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)：模擬信號(hào)：模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 信道信道：模擬信道：模擬信道 數(shù)字信道數(shù)字信道11 模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語音語音移頻移頻,調(diào)制調(diào)制模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬模擬模擬PCM編碼編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)

7、字編碼數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制調(diào)制12 編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼與調(diào)制的區(qū)別 編碼編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù) 調(diào)制調(diào)制：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)x(t)g(t)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方g(t)編碼編碼解碼解碼13數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或數(shù)字或

8、模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)g(t)s(t)g(t)載波發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方調(diào)制調(diào)制解調(diào)制解調(diào)制142.2.2 信道信道 信道（信道（Channel）：傳送信息的線路（或通：傳送信息的線路（或通路）路） 數(shù)字信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號(hào)）傳：以數(shù)字脈沖形式（離散信號(hào)）傳輸數(shù)據(jù)的信道輸數(shù)據(jù)的信道 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)、局域網(wǎng) 模擬信道模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道信道 CATV、無線電廣播、電話撥號(hào)線路、無線電廣播、電話撥號(hào)線路15 數(shù)字通信與模擬通

9、信數(shù)字通信與模擬通信 數(shù)字通信數(shù)字通信 在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸 模擬通信模擬通信 在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸 數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn) 抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng) 可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量 便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理 易于加密、保密性強(qiáng)易于加密、保密性強(qiáng) 可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計(jì)算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬計(jì)算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信，如通過

10、電話線撥號(hào)上網(wǎng)。通信，如通過電話線撥號(hào)上網(wǎng)。162.2.3 通信方式通信方式 單工單工數(shù)據(jù)單向傳輸數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）（例：無線電廣播） 半雙工半雙工數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏敚荒茉谕粫r(shí)刻雙向傳輸傳輸（例：對(duì)講機(jī)）（例：對(duì)講機(jī)） 全雙工全雙工數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話）（例：電話） 需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路； 或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別用于或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。不同方向的信號(hào)傳輸。17發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器發(fā)送

11、器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器單工方式：單工方式：半雙工方式：半雙工方式：全雙工方式：全雙工方式：A站站B站站可同時(shí)不可同時(shí)18 基帶傳輸基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在信道上傳送。信號(hào)直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)） 頻帶傳輸頻帶傳輸：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù) 寬帶傳輸寬帶傳輸：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十M

12、HZ到幾到幾百百M(fèi)HZ的模擬信號(hào)后再傳送，接收方的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號(hào)傳輸例如：閉路電視的信號(hào)傳輸2.2.4 傳輸方式傳輸方式19 同步的因素：同步的因素： 同步脈沖頻率同步脈沖頻率 數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束 位邊界位邊界 數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)塊邊界 數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步： 位位位同步位同步 字符字符字符同步字符同步 幀幀(Frame)幀同步幀同步2.2.5 同步方式同步方式20同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開始同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何

13、時(shí)開始 同步脈沖也可位于碼元的中部同步脈沖也可位于碼元的中部 一個(gè)碼元也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng)一個(gè)碼元也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng)t碼元碼元1 1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信號(hào)信號(hào)同步脈沖同步脈沖t21 目的：目的：使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致 外同步外同步發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號(hào)，接收方用接發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。收到的同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。 自同步自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接

14、收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來鎖定自中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。己的時(shí)鐘脈沖頻率。發(fā)送站 同步信號(hào)數(shù)據(jù)接收的同步信號(hào)鎖定后的同步信號(hào)接收站接收站收到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)位同步位同步22 目的：目的：找到正確的字符邊界找到正確的字符邊界 常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個(gè)字符的常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個(gè)字符的傳輸需要：傳輸需要： 1個(gè)起始位、個(gè)起始位、58個(gè)數(shù)據(jù)位、個(gè)數(shù)據(jù)位、1、1.5或或2個(gè)停止位個(gè)停止位 采用這種同步方式的通信也稱采用這種同步方式的通信也稱“異步通信異步通信” 起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：起止式的優(yōu)缺點(diǎn)： 頻率的漂移不會(huì)積

15、累，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新獲得同步頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新獲得同步 每兩個(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定每兩個(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定 增加了輔助位，所以傳輸效率低增加了輔助位，所以傳輸效率低例如，采用例如，采用1個(gè)起始位、個(gè)起始位、 8個(gè)數(shù)據(jù)位、個(gè)數(shù)據(jù)位、 2個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為8/1173起始位起始位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位停止位停止位字符間隔不固定字符間隔不固定1個(gè)字符時(shí)間個(gè)字符時(shí)間邏輯邏輯“0”邏輯邏輯“1”字符同步字符同步23 目的目的：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束幀（幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位包含包含數(shù)

16、據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊 面向字符面向字符的的以同步字符（以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)識(shí)一）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀個(gè)幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀 面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH，即，即01111110）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始幀起始控制信息控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀結(jié)束幀結(jié)束校驗(yàn)和校驗(yàn)和0 n bit8bit8bit832m7EH7EH幀同步幀同步242.3 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)l磁介質(zhì)磁介質(zhì)高帶寬、低費(fèi)用、高帶寬、低費(fèi)用、高延時(shí)（小時(shí)）高延時(shí)（小時(shí)） 在通信中很少使

17、用在通信中很少使用 例：例：7GB/8mm磁帶，磁帶，1000盤盤/505050cm3，24h可送到任何地方?？伤偷饺魏蔚胤健?總?cè)萘靠側(cè)萘?710008Gb，總時(shí)間，總時(shí)間=246060s=86400s 傳送速率傳送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 若讓劉翔來傳送若讓劉翔來傳送1盤盤10GB的磁帶，在的磁帶，在110m（12.91s）內(nèi)其傳輸速率是多少？）內(nèi)其傳輸速率是多少？l金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體雙絞線、雙絞線、 同軸電纜同軸電纜(粗、細(xì)粗、細(xì))l光纖光纖l無線介質(zhì)無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線25 同軸電纜同軸電纜（Coaxial Cable，C

18、C） 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜 阻抗50，有粗同軸和細(xì)同軸兩種 應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)） 性能：性能：10Mb/s，500m/185m銅芯銅芯絕緣層絕緣層外導(dǎo)體外導(dǎo)體屏蔽層屏蔽層保護(hù)套保護(hù)套26 雙絞線雙絞線（Twist Pair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根每根4對(duì)、對(duì)、25對(duì)、對(duì)、1800對(duì)對(duì)典型連接距離典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭插座、插頭優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 成本低成本低 組裝密度高、節(jié)省空間組裝密度高、節(jié)省空間 安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）安裝容易（綜合布線系統(tǒng)） 平衡傳輸（高速率）平衡傳輸（高速率

19、） 抗干擾性一般抗干擾性一般 連接距離短連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣絕緣內(nèi)屏蔽內(nèi)屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套27屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線(STP) 非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用的雙絞線：常用的雙絞線：3類（類（16Mb/s） 和和5類（類（155Mb/s）兩種）兩種28 雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn) 色彩標(biāo)記和連接方法： 交叉線：交換機(jī)交換機(jī)、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)端口) 直連線：PC/路由器交換機(jī)/HUB、HUB-HUB(級(jí)連端口)線對(duì)色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙

20、，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線交叉線EIA-568B直連線直連線EIA-568A29 光纖光纖（Optical Fiber，OF） 依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 傳輸帶寬高：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（100Gb/s） 傳輸損耗小，適合長距離傳輸傳輸損耗小，適合長距離傳輸 抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好 輕便輕便 價(jià)格較高價(jià)格較高 需要光電轉(zhuǎn)換需要光電轉(zhuǎn)換 纖芯材料：纖芯材料： 塑料塑料 二氧

21、化硅二氧化硅 （高純玻璃）（高純玻璃）30 光纖傳輸光纖傳輸原理原理光的反射光的反射 光從折射光從折射率高的率高的介質(zhì)入射到折射介質(zhì)入射到折射率低的率低的介質(zhì)時(shí)會(huì)介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)當(dāng)入射角入射角臨界值臨界值時(shí)時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。 纖芯纖芯折射率高折射率高，玻璃包層玻璃包層折射率低折射率低 亮度調(diào)制亮度調(diào)制：有有光光脈沖脈沖-1，無，無光光脈沖脈沖-0 光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測 光源光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管發(fā)光二極管/激光二極管激光

22、二極管 光檢測器光檢測器：光電二極管光電二極管PIN/雪崩二極管雪崩二極管APD 單向傳輸，雙向需兩根光纖單向傳輸，雙向需兩根光纖 應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接31 多模光纖多模光纖(MMF) 單模光纖單模光纖(SMF)：光纖的直徑光纖的直徑接近接近一個(gè)光波波長一個(gè)光波波長多束光線以不同的反射角傳播多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播單束光線沿直線傳播32單芯光纜單芯光纜多芯光纜多芯光纜玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套塑料外套玻

23、璃封套玻璃封套外殼外殼常見規(guī)格：常見規(guī)格：纖纖芯芯50um緩變型緩變型-MMF 62.5um緩變型緩變型/增強(qiáng)型增強(qiáng)型-MMF 8.3um突變型突變型-SMF 包層包層125um33 高密度多芯光纜高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)芯芯封套封套外套外套加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯光纖光纖外鞘外鞘加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯光纖束光纖束34 無線介質(zhì)無線介質(zhì)（信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播）信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播） 使用電磁波或光波攜帶信息使用電磁波或光波攜帶信息 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 無需物理連接 適用于長距離或不便布線的場合 易受干擾 反射，為障礙物所阻隔 主要類型主要類型： 無線電、地面微波 通信衛(wèi)星 紅外線35 微波通信微

24、波通信 通過地面站之間接力傳送通過地面站之間接力傳送 接力站之間距離：接力站之間距離：50 100 km 速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地面站之間的直視線路地面站之間的直視線路 微波傳送塔微波傳送塔36 地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星 與地面站相對(duì)固定位置 使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球 傳輸延遲時(shí)間長（270ms） 廣播式傳輸 應(yīng)用領(lǐng)域： 電視傳輸 長途電話 專用網(wǎng)絡(luò) 廣域網(wǎng)35,784km地球地球37 激光傳輸 將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù) 特點(diǎn)： 激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬 激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕偷聽 受天氣影響 只能在短距離通信中使用 38 紅無線通信紅無線通信

25、紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個(gè)房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng) 特點(diǎn)： 紅外通信的設(shè)備相對(duì)便宜，可獲得較高的帶寬 傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響 39 短波通信短波通信 基站與終端之間通信采用無線鏈路 應(yīng)用領(lǐng)域：移動(dòng)通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站基站 用戶計(jì)算機(jī)和終端用戶計(jì)算機(jī)和終端40 常用傳輸常用傳輸介質(zhì)介質(zhì)的比較的比較傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸方式傳輸方式速率速率/工作頻帶工作頻帶傳輸距離傳輸距離性能性能價(jià)格價(jià)格應(yīng)用應(yīng)用雙絞線雙絞線寬帶寬帶基帶基帶1Gb/s模擬模擬: 10km數(shù)字?jǐn)?shù)字: 500m較好較好低低模擬

26、模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)傳輸信號(hào)傳輸50同軸電纜同軸電纜基帶基帶10Mb/s3km較好較好較低較低基帶數(shù)字信基帶數(shù)字信號(hào)號(hào)75同軸電纜同軸電纜寬帶寬帶450MHz100km較好較好較低較低模擬電視、模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻數(shù)據(jù)及音頻光纖光纖基帶基帶40Gb/s20km以上以上很好很好較高較高遠(yuǎn)距離高速遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸微波微波寬帶寬帶46GHz幾百幾百km好好中等中等遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星衛(wèi)星寬帶寬帶110GHz18000km很好很好高高遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信412.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編

27、碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸 模擬信號(hào)的數(shù)字編碼模擬信號(hào)的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸421. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼不歸零碼（不歸零碼（Non-Return to Zero， NRZ ） 二進(jìn)制數(shù)字二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；分別用兩種電平來表示；常用常用5V表示表示1，5V表示表示0； 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容； 不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。曼徹斯特編碼（曼徹

28、斯特編碼（Manchester Coding） 用電壓的變化表示用電壓的變化表示0和和1。 規(guī)定在規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變 高高低的跳變代表低的跳變代表0，低，低高的跳變代表高的跳變代表1 每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號(hào)。這種步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼（編碼也稱為自同步碼（Self-Synchronizing Code）。）。 缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。倍）。差分曼徹斯特編碼（差分曼徹斯特編碼（Dif

29、ferential Manchester Coding，DMC） 每個(gè)碼元的中間每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變。仍要發(fā)生跳變。 用用碼元開始處碼元開始處有無跳變來表示有無跳變來表示0和和1 ，有跳變代表，有跳變代表0，無跳變代表，無跳變代表1。43 三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖442. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制 三種常用的調(diào)制技術(shù)三種常用的調(diào)制技術(shù)： 幅移鍵控ASK （Amplitude Shift Keying） 頻移鍵控FSK （Frequency Shift Keying） 相移鍵控PSK （Phase Shift Keying） 原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。原

30、理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。 載波信號(hào)載波信號(hào) S(t) = Acos( t+ ) S(t)的參量包括：的參量包括： 幅度幅度A、頻率頻率 、初相位初相位 調(diào)制就是要調(diào)制就是要使使A、 或或 隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化45 ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和和1 FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和和1 PSK：用載波的起始相位的變化表示：用載波的起始相位的變化表示0和和1463. 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 采樣定理：采樣定理： 如果模擬信號(hào)的最高頻率為如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若

31、以，若以2F的采樣頻率對(duì)的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。復(fù)出原始信號(hào)。 要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號(hào)，模擬數(shù)要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號(hào)，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。號(hào)。 PCM編碼：編碼： 采樣采樣：按一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣：按一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣 量化量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上 編碼編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼 編碼后的信號(hào)稱為編碼后的信

32、號(hào)稱為PCM信號(hào)（信號(hào)（ Pulse Coded Modulation，脈碼調(diào)制），脈碼調(diào)制）。47 語音信號(hào)的數(shù)字化語音信號(hào)的數(shù)字化 語音帶寬語音帶寬f2倍語音最大頻率）倍語音最大頻率） 樣本量化級(jí)數(shù)：樣本量化級(jí)數(shù)：256級(jí)（級(jí)（8b/每樣本）每樣本） 數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率：8000次次/s8b = 64kb/s 每路每路PCM信號(hào)的速率信號(hào)的速率 = 64kb/s采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼48PCM編碼過程舉例492.5 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 多路復(fù)用多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道 為何要復(fù)用？為何要復(fù)用？提高線路利用率提高線路利用率 適用場合：當(dāng)

33、信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)平均傳輸需求時(shí) 類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）DEMUX復(fù)用器復(fù)用器解復(fù)用器解復(fù)用器共享信道共享信道MUX信信源源信信宿宿50 復(fù)用的基本思想：復(fù)用的基本思想： 把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳輸一路數(shù)據(jù)每個(gè)子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。 復(fù)用方法復(fù)用方法 頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM （Frequency Division Multiplexing） 按頻率劃分不同的信道，如按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)系統(tǒng) 時(shí)

34、分復(fù)用時(shí)分復(fù)用TDM （Time Division Multiplexing） 按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛 波分復(fù)用波分復(fù)用WDM （Wave Division Multiplexing） 按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸 碼分復(fù)用碼分復(fù)用CDM （Code Division Multiplexing） 按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途51 頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM 原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通

35、道進(jìn)行傳輸。頻率通每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬移頻后帶寬MUXCH1 CH2 CH3帶寬復(fù)用信號(hào)帶寬復(fù)用信號(hào)f復(fù)用器復(fù)用器52 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用TDM 原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時(shí)隙號(hào)時(shí)隙號(hào)1

36、231D3D2D1時(shí)間片時(shí)間片12時(shí)間片時(shí)間片2D1時(shí)隙時(shí)隙D2復(fù)用器復(fù)用器t53 由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為同步時(shí)分同步時(shí)分復(fù)用復(fù)用。 一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀幀。 時(shí)分復(fù)用的典型例子：時(shí)分復(fù)用的典型例子：PCM信號(hào)的傳輸信號(hào)的傳輸 把多個(gè)話路的把多個(gè)話路的PCM語音數(shù)據(jù)用語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息） 每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送 每個(gè)時(shí)隙承載一路每個(gè)時(shí)隙

37、承載一路PCM信號(hào)信號(hào)54 統(tǒng)計(jì)（異步）統(tǒng)計(jì)（異步）TDMSTDM TDM的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。不能占用該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。 STDM：用戶不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙：用戶不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入。就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2時(shí)間片時(shí)間片1時(shí)間片時(shí)間片2同步同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1B2時(shí)間片時(shí)間片1時(shí)間片時(shí)間片2統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)TDM可用帶寬C255時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn) T-標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) （北美、日本）（北美、日

38、本） E-標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn) （歐洲、（歐洲、中國中國、南美）、南美） E1（一次群）標(biāo)準(zhǔn)（一次群）標(biāo)準(zhǔn) 每每125us為一個(gè)時(shí)間片，每時(shí)間片分為為一個(gè)時(shí)間片，每時(shí)間片分為32個(gè)通道（時(shí)隙）。每個(gè)通道（時(shí)隙）。每個(gè)時(shí)隙可容納個(gè)時(shí)隙可容納8b。 通道通道0用于同步，通道用于同步，通道16用于信令，其他用于信令，其他30個(gè)通道用于傳輸個(gè)通道用于傳輸30個(gè)個(gè)PCM話音數(shù)據(jù)。話音數(shù)據(jù)。 E1速率速率 = （32x8b）/125us = 2.048 Mb/s 對(duì)對(duì)E1進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到到E5等高次群。等高次群。 E5可承載可承載7680個(gè)話路，數(shù)據(jù)率約為個(gè)話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s

39、。 新的新的TDM標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）和）和ITU-T的同步數(shù)字系列（的同步數(shù)字系列（SDH）。常用的線路速率為）。常用的線路速率為（近似值）（近似值） 155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s和和10Gb/s。56E1-幀格式 E1線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信0121631幀同步幀同步信令信令30 路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)）+2 路控制路控制用戶話路用戶話路用戶話路用戶話路151757 波分復(fù)用波分復(fù)用光的頻分復(fù)用光的頻分復(fù)用 原理：整個(gè)波長頻帶被劃分為若干個(gè)波長范圍，原理：整個(gè)波長頻帶被劃分為若干個(gè)波長范圍，每路

40、信號(hào)占用一個(gè)波長范圍來進(jìn)行傳輸。每路信號(hào)占用一個(gè)波長范圍來進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜光譜F1F2F3共享光纖的光譜共享光纖的光譜光纖光纖2光纖光纖3光纖光纖1共享光纖共享光纖 棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵58 碼分復(fù)用碼分復(fù)用CDM 原理：原理：每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼列進(jìn)行編碼（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被迭加，然后接收不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號(hào)才

41、能被檢出，性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。 地址碼序列必須兩兩相互地址碼序列必須兩兩相互正交正交： 碼序列碼序列A、B，應(yīng)滿足，應(yīng)滿足 A B =0，A B =0，A A =1，A A =-1 其中其中 為內(nèi)積運(yùn)算。為內(nèi)積運(yùn)算。 在無線移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛。在無線移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛。592.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 什么是交換？什么是交換？ 按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。 例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該用的

42、線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其他用戶。線路又可分配給其他用戶。 最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換 為什么要采用交換技術(shù)？為什么要采用交換技術(shù)？ 節(jié)省線路投資，提高線路利用率。節(jié)省線路投資，提高線路利用率。 實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換電路交換、報(bào)文報(bào)文交換交換和和分組交換分組交換。60 電路交換電路交換 在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過程。在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過程。 可以是真正的物理線路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道?？梢允钦嬲奈锢砭€路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。 特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)

43、傳輸前需要建立一條端到端的通路。稱為稱為“面向連接的面向連接的”（典型例子：電話）（典型例子：電話） 過程：過程：建立連接建立連接通信通信釋放連接釋放連接 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 建立連接的時(shí)間長；建立連接的時(shí)間長； 一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低； 無糾錯(cuò)機(jī)制；無糾錯(cuò)機(jī)制； 建立連接后，傳輸延遲小。建立連接后，傳輸延遲小。 不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。 例如：建立連接的時(shí)間為例如：建立連接的時(shí)間為0.5s，計(jì)算機(jī)以，計(jì)算機(jī)以1M

44、b/s的速率發(fā)送的速率發(fā)送10KB。線路利用率？。線路利用率？61 電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換 電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn) 在物理線路的某個(gè)信道上建立連接62 報(bào)文交換報(bào)文交換 以報(bào)文為單位進(jìn)行以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲(chǔ)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。交換的技術(shù)。 在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來，待信道在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為輸技術(shù)稱為存儲(chǔ)存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)。 傳輸之前不需要建立端到端的連接傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳，僅在相

45、鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接。輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接。稱為稱為“無連接的無連接的”（典型例子：電報(bào)）（典型例子：電報(bào)） 整個(gè)報(bào)文（整個(gè)報(bào)文（Message）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 沒有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；沒有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間； 線路利用率高；線路利用率高； 傳輸可靠性較高；傳輸可靠性較高； 報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜； 大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高； 出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。類比：下載時(shí)若無斷

46、點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯(cuò)你會(huì)怎樣做？類比：下載時(shí)若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯(cuò)你會(huì)怎樣做？63 分組交換（包交換）分組交換（包交換） 將報(bào)文分割成若干個(gè)大小相等的分組（將報(bào)文分割成若干個(gè)大小相等的分組（Packet）進(jìn)行）進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。 數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端端到端的通路的通路也是也是“無連接的無連接的”。 有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。功能。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組速度速度快；快； 轉(zhuǎn)發(fā)延轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小時(shí)小適

47、用于交互式通信；適用于交互式通信； 某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(fā)出錯(cuò)的分組某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(fā)出錯(cuò)的分組效率高；效率高； 各分組可通過不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。各分組可通過不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。 需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。 分組交換有兩種交換方式：分組交換有兩種交換方式： 數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式64 數(shù)據(jù)報(bào)方式（Datagram） 各分組獨(dú)立地確定路由獨(dú)立地確定路由（傳輸路徑） 不能保證分組按序到達(dá)不能保證分組按序到達(dá)，所以目的站點(diǎn)需要按分組編號(hào)重新排序重新排序和組裝數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組按序到達(dá)數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證

48、分組按序到達(dá)分組可能通過多個(gè)路徑穿越網(wǎng)絡(luò)分組可能通過多個(gè)路徑穿越網(wǎng)絡(luò)65 虛電路方式（Virtual Circuit） 通信前預(yù)先建立一條邏輯連接虛電路虛電路 虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏輯連接虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏輯連接 類比：鐵路系統(tǒng)（旅客類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車列車:分組，鐵路網(wǎng)分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點(diǎn)）節(jié)點(diǎn)）“西安北京西安北京”這條線路可以看成是一條虛路徑這條線路可以看成是一條虛路徑 也需要三個(gè)過程：建立數(shù)據(jù)傳輸拆除 建立虛電路時(shí)，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時(shí)所需的所有資源 虛電路的路由在建立時(shí)確定，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則不再需要 數(shù)據(jù)傳

49、輸時(shí)只需指定虛電路號(hào)，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)“數(shù)字管道” 提供的是“面向連接”的服務(wù) 但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個(gè)鏈路段斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個(gè)鏈路段與鐵路系統(tǒng)類比！ 可以看成是采用了電路交換思想的分組交換 能夠保證分組按序到達(dá) 永久虛電路PVC和交換虛電路SVC66 分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)67 三種交換方式的事件順序三種交換方式的事件順序呼呼叫叫請請求求呼呼叫叫應(yīng)應(yīng)答答數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)ABCD尋路延遲尋路延遲線路交換線路交換分組分組1分組分組2分組分組3ABCD分組交換分組交換分組分組4t t報(bào)文報(bào)文ABCD排隊(duì)延遲排隊(duì)

50、延遲報(bào)文交換報(bào)文交換68各種交換方式各種交換方式快速分組標(biāo)準(zhǔn)分組信元中繼指定幀中繼交換幀中繼 802.6(SMDS)B-ISDN(ATM)幀 中 繼分組交換電路交換X.25電路交換分組交換幀中斷交換信元交換692.7 差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制 什么是差錯(cuò)控制？什么是差錯(cuò)控制？ 在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯(cuò)并進(jìn)行糾正在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯(cuò)并進(jìn)行糾正 為何要進(jìn)行差錯(cuò)控制？為何要進(jìn)行差錯(cuò)控制？ 不存在理想的信道不存在理想的信道傳輸總會(huì)出錯(cuò)傳輸總會(huì)出錯(cuò) 與語音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的與語音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的差錯(cuò)率。差錯(cuò)率。 產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：產(chǎn)生差錯(cuò)的原因： 信號(hào)衰減和熱噪聲

51、；信號(hào)衰減和熱噪聲； 信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變；信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變； 信號(hào)反射，串?dāng)_；信號(hào)反射，串?dāng)_； 沖擊噪聲，閃電、大功率電動(dòng)機(jī)的啟停等。沖擊噪聲，閃電、大功率電動(dòng)機(jī)的啟停等。70 差錯(cuò)控制的差錯(cuò)控制的基本方法：接收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測，并向基本方法：接收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。 實(shí)際采用的差錯(cuò)控制技術(shù)實(shí)際采用的差錯(cuò)控制技術(shù) 自動(dòng)請求重傳（自動(dòng)請求重傳（ Automatic Repeat Request, ARQ） 停等停等 ARQ 每發(fā)送一幀就需要一個(gè)應(yīng)答幀每發(fā)送一幀就需要一個(gè)應(yīng)答幀只重傳剛才

52、出錯(cuò)的幀只重傳剛才出錯(cuò)的幀幀編號(hào)只需幀編號(hào)只需0和和1即可即可 Go-back-N ARQ每發(fā)送每發(fā)送N幀需要一個(gè)應(yīng)答幀幀需要一個(gè)應(yīng)答幀需重傳前面（需重傳前面（N-i+1）幀（）幀（0iN）幀編號(hào)從幀編號(hào)從0到到N-1 選擇重傳選擇重傳 ARQ每發(fā)送每發(fā)送N幀需要一個(gè)應(yīng)答幀幀需要一個(gè)應(yīng)答幀只只重傳出錯(cuò)的幀重傳出錯(cuò)的幀 前向糾錯(cuò)（前向糾錯(cuò)（ FEC-Forward Error Control,FEC） 混合方式混合方式Hybrid（FEC-ARQ）71 奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)（Parity Checking） 可以在兩個(gè)級(jí)別上實(shí)現(xiàn)：可以在兩個(gè)級(jí)別上實(shí)現(xiàn)： 在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個(gè)奇在

53、原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。數(shù)（偶校驗(yàn)）。例如：例如：1100010增加偶校驗(yàn)位后為增加偶校驗(yàn)位后為11100010若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤。輸中發(fā)生了錯(cuò)誤。 在通信過程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時(shí)增加奇偶校驗(yàn)位。在通信過程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時(shí)增加奇偶校驗(yàn)位。 只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。 只能檢測出奇數(shù)個(gè)位錯(cuò)，偶數(shù)個(gè)位錯(cuò)則不能檢只能檢測出奇數(shù)個(gè)位錯(cuò)，偶數(shù)個(gè)位錯(cuò)則不能檢出。

54、出。72 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check , CRC） 差錯(cuò)檢測原理：差錯(cuò)檢測原理：收發(fā)雙方約定一個(gè)收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式生成多項(xiàng)式G(x)，發(fā)送方根據(jù)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計(jì)算出計(jì)算出CRC校驗(yàn)和校驗(yàn)和并把它加并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用G(x)去除接收到的數(shù)去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。 校驗(yàn)和是校驗(yàn)和是16位或位或32位的二進(jìn)制位串。位的二進(jìn)制位串。 CRC校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何計(jì)算校驗(yàn)和計(jì)算校驗(yàn)和。73 *CRC校驗(yàn)和的計(jì)算校驗(yàn)和的計(jì)算 以數(shù)據(jù)塊

55、（幀以數(shù)據(jù)塊（幀, Frame）為單位進(jìn)行校驗(yàn)）為單位進(jìn)行校驗(yàn) 將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為0或或1的多項(xiàng)式的多項(xiàng)式 如如110001，可表示成多項(xiàng)式，可表示成多項(xiàng)式 x5 + x4 + 1 若若G(x)為為r階，幀為階，幀為m位，其多項(xiàng)式為位，其多項(xiàng)式為M(x)，則在幀后面，則在幀后面添加添加r個(gè)個(gè)0，成為，成為m+r位，相應(yīng)多項(xiàng)式位，相應(yīng)多項(xiàng)式2rM(x) 按按模模2 2除法除法用用2rM(x)除以除以G(x)：商：商Q(x)，余，余R(x) 即：即： 2rM(x) = G(x)Q(x)+R(x) 按按模模2 2加法加法把把2rM(x)與余數(shù)與余數(shù)R(x)相

56、加，結(jié)果就是要傳送的相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式T(x) ： 即：即：T(x) = 2rM(x) + R(x) 實(shí)際上，實(shí)際上，T(x)=2rM(x)+R(x)=G(x)Q(x)+R(x)+R(x) =G(x)Q(x) (模模2運(yùn)算運(yùn)算) 所以，若接收的所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被正確，則它肯定能被G(x)除盡除盡。74 CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力：校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力： 可檢出所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；可檢出所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)； 可檢出所有單位可檢出所有單位/雙位錯(cuò)；雙位錯(cuò)； 可檢出所有可檢出所有G(x)長度的突發(fā)錯(cuò)。長度的突發(fā)錯(cuò)。 常用的生成多項(xiàng)式常用的生成多項(xiàng)式G(x

57、)： CRC16=x16+x15+x2+1 CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4 +x2+x+175 校驗(yàn)和校驗(yàn)和 發(fā)送方算法發(fā)送方算法 將待發(fā)送的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的字符串分成若干16位的位串，每個(gè)位串看成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，這里的字符串不關(guān)注其語義。 將IP、ICMP、TCP或UDP的PDU首部中的校驗(yàn)和字段設(shè)置為0，該字段也參與校驗(yàn)和運(yùn)算。 對(duì)這些16位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行1的補(bǔ)碼和（ones complement sum）運(yùn)算，累加的結(jié)果再取反作為校驗(yàn)和，并放置到PDU的校驗(yàn)和字段中。 接收方算法接收方算法 將接收的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的16位二進(jìn)制按發(fā)

58、送方的同樣方法進(jìn)行1的補(bǔ)碼和運(yùn)算，包括校驗(yàn)和字段、累加的結(jié)果再取反。這樣，其結(jié)果為0，表明傳輸正確；否則，表明傳輸有差錯(cuò)。 762.8數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo) 時(shí)延與時(shí)延帶寬積 誤碼率與誤比特率 信息傳輸速率與碼元傳輸速率 信道的最大傳輸速率77時(shí)延時(shí)延 時(shí)延：一個(gè)數(shù)據(jù)塊（幀、分組、報(bào)文段等）從鏈路或網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間。 總時(shí)延發(fā)送時(shí)延 + 傳播時(shí)延 + 轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延 發(fā)送時(shí)延發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)塊長度/信息傳輸速率 傳播時(shí)延傳播時(shí)延信道長度/電磁波在信道上的傳播速率 轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延78 帶寬（帶寬（Band Width，BW）：信道傳輸能力的度量。信道傳輸能力的度量。 在傳統(tǒng)的通信工程中： BW fmax fmin 單位：赫茲（H