第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、1第第2章章 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識n本章內(nèi)容q數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)q基本概念q傳輸介質(zhì)q數(shù)據(jù)編碼q多路復(fù)用技術(shù)q數(shù)據(jù)交換技術(shù)q差錯控制q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)2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型圖2-1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)3從圖從圖2-1可知，可知，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)分為三部分：1.源系統(tǒng)源系統(tǒng)源系統(tǒng)包含了：源系統(tǒng)包含了：q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)。q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。2.傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)q可以是簡單的物理通信線路q也可以是連接源系統(tǒng)和目的

2、系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備43.目的系統(tǒng)目的系統(tǒng) 目的系統(tǒng)包含：目的系統(tǒng)包含： 接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，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。52.1.2數(shù)據(jù)通信的基本過程數(shù)據(jù)通信的基本過程n數(shù)據(jù)通信的基本過程分為數(shù)據(jù)通信的基本過程分為5個階段個階段n包含兩項內(nèi)容：包含兩項內(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q建立物理連接建立物理連接 撥號，撥通對方撥號，撥通對方 q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q數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 互相通話互相通話q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

3、認(rèn)要結(jié)束通話q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個階段。62.2基本概念基本概念n數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)與信號n信道信道n通信方式通信方式n傳輸方式傳輸方式n同步方式同步方式72.2.1數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)與信號 1.數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（Data） 數(shù)據(jù)是指數(shù)字化的信息。在數(shù)據(jù)通信過程中，被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼(或者說數(shù)字化的信息)稱為數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)是傳遞信息的載體，它涉及事物的表現(xiàn)形式。 數(shù)據(jù)有兩種類型：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)，前者的值是離散，如電話號碼、郵政編碼等；而后者的值則是連續(xù)變化的量。82.信息（Information） 數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信息是對客觀事物屬性和特性的

4、表征。它反映了客觀事物的存在形式與運(yùn)動狀態(tài)，它可以是對物質(zhì)的形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)、性能等全部或部分特性的描述，也可以是物質(zhì)與外部的聯(lián)系。信息是字母、數(shù)字及符號的集合，其載體可以是數(shù)字、文字、語音、視頻和圖像等。 數(shù)據(jù)與信息的區(qū)別：數(shù)據(jù)是裝載信息的實(shí)體，信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)在含義或解釋。3.信號（Signal） 數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播9n信號分為：模擬信號、數(shù)字信號。信號分為：模擬信號、數(shù)字信號。n模擬信號模擬信號q時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值n數(shù)字信號數(shù)字信號q時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信

5、號值。最常見的是二值信號見的是二值信號ta） 模擬信號tb） 數(shù)字信號10n根據(jù)信號是否有周期性，信號可分為：根據(jù)信號是否有周期性，信號可分為：n周期信號周期信號信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）n非周期信號非周期信號信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。tTTTtTTT周周期期信信號號非非周周期期信信號號tt11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（編碼方式編碼方式） 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

6、量表示的方法（：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法（具體表示方法具體表示方法） 例如：字符例如：字符“A”的的ASCII編碼為編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可，其數(shù)據(jù)編碼可能為能為01000001t12 4. 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 如何實(shí)現(xiàn)把攜帶如何實(shí)現(xiàn)把攜帶信息信息的的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用物理用物理信號信號形式通形式通過信道傳送到目的地？過信道傳送到目的地？注意：信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上注意：信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸傳輸 1)編碼編碼：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號適合傳輸?shù)臄?shù)字信號便于同步、便于同步、識別、糾錯識別、糾錯 2)調(diào)

7、制調(diào)制：數(shù)字信號：數(shù)字信號適合傳輸?shù)男问竭m合傳輸?shù)男问桨搭l率、按頻率、幅度、相位幅度、相位 3)解調(diào)解調(diào)：接收波形：接收波形數(shù)字信號數(shù)字信號 4)解碼解碼：數(shù)字信號：數(shù)字信號原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)13信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號信號在信道上傳輸在信道上傳輸信號信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)編碼編碼調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)解碼解碼01000001“A”01000001“A”信道信道信息信息編碼編碼信息信息解碼解碼例如：傳遞信息A14不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有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)信號信號：模擬信號：模擬信號 數(shù)字信號數(shù)字

8、信號 信道信道：模擬信道：模擬信道 數(shù)字信道數(shù)字信道5.不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸156.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)字編碼數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制調(diào)制16n編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼與調(diào)制的區(qū)別q編碼編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)q調(diào)制調(diào)制：用模

9、擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用模擬信號承載數(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17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182.2.2 信道信道信道（信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）：傳送信息的線路（或通路）信道分為數(shù)字信道、模擬信道信道分為數(shù)字信道、模擬信道數(shù)字信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)：以數(shù)字脈沖形式（

10、離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道的信道. 計算機(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)傳輸模擬信道模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道 有線電視有線電視 無線電廣播無線電廣播 電話撥號線路電話撥號線路19數(shù)字通信與模擬通信數(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) 1)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng) 2)可以控制差錯，提高

11、了傳輸質(zhì)量可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量 3)便于用計算機(jī)進(jìn)行處理便于用計算機(jī)進(jìn)行處理 4)易于加密、保密性強(qiáng)易于加密、保密性強(qiáng) 5)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、靈活計算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，計算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。如通過電話線撥號上網(wǎng)。202.2.3 通信方式通信方式 1 按按通信方向分n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）n半雙工半雙工數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏敚荒茉谕粫r刻雙向數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時刻雙向傳輸傳輸（例：對講機(jī)）（例：對講機(jī)）

12、n全雙工全雙工數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例：電話）（例：電話）q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；q或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。別用于不同方向的信號傳輸。21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站站可同時不可同時222 按通信傳輸?shù)捻樞蚍?按數(shù)據(jù)代碼傳輸?shù)捻樞蚍譃?串行傳輸和并行傳輸 串行傳輸是指把要傳

13、輸?shù)臄?shù)據(jù)編成數(shù)據(jù)流，在一條串行信道上進(jìn)行傳輸，一次只傳輸一位二進(jìn)制數(shù)，接收方再把數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。在串行傳輸方式下，只有解決同步問題，才能保證接收方正確地接收信息。串行傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是只占用一條信道，易于實(shí)現(xiàn)，利用較為廣泛。 并行傳輸：主要用于局域網(wǎng)等距離比較近的情況，至少有八位數(shù)據(jù)同時傳輸。23b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0b0 b1 b2 b3 b4 b5 b7 b6 串行傳輸串行傳輸 并行傳輸并行傳輸 24n基帶傳輸基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在

14、信道上傳送。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)）n頻帶傳輸頻帶傳輸：數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳：數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。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)n寬帶傳輸寬帶傳輸：把信號調(diào)制成頻帶為幾十：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百到幾百M(fèi)HZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號傳輸例如：閉路電視的信號傳輸2.2.4 傳輸方式傳輸方式25n同步的因素：同步的因素：數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(jié)束數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(jié)束n數(shù)據(jù)通信中需要在

15、三個層次上實(shí)現(xiàn)同步：數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實(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26n目的：目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)上一致使接收端與發(fā)送端在時間基準(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，發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。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)通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提

16、取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。發(fā)送站 同步信號數(shù)據(jù)接收的同步信號鎖定后的同步信號接收站接收站收到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)位同步位同步27n目的：目的：找到正確的字符邊界找到正確的字符邊界n常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：字符的傳輸需要：1個起始位個起始位(邏輯邏輯1）、）、58個數(shù)據(jù)位、個數(shù)據(jù)位、1或或2個停止個停止位（邏輯位（邏輯0）n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”n起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：1)每個字符開始時都會重新獲得同步每個字符開始時都會重新

17、獲得同步2)每兩個字符之間的間隔時間不固定每兩個字符之間的間隔時間不固定3)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個起始位、個起始位、 8個數(shù)據(jù)位、個數(shù)據(jù)位、 2個停止位個停止位時，其傳輸效率為時，其傳輸效率為8/1173字符同步字符同步28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個字符時間個字符時間邏輯邏輯“0”邏輯邏輯“1”29n目的目的：識別一個幀的起始和結(jié)束：識別一個幀的起始和結(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數(shù)包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊q面向字符的面向字符的以同

18、步字符（以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀q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)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀據(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)束校驗和校驗和0 n bit8bit8bit832m7EH7EH幀同步幀同步302.3 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)分為：傳輸介質(zhì)分為： 1.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)) 2.光纖光纖 3.無線介質(zhì)無線介質(zhì) 無線電、微波、

19、衛(wèi)星、紅外線無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線31n同軸電纜同軸電纜（Coaxial Cable，CC）有線電視系統(tǒng)中使用有線電視系統(tǒng)中使用寬帶寬帶同軸電纜同軸電纜計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶基帶同軸電纜同軸電纜n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32n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對對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

20、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） 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)、計算機(jī)局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計算機(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33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34常用術(shù)語 “10Base-T”的名稱命名分為三個部分，數(shù)字“10”表示帶寬

21、，單位為Mbps，10表示10Mbps，若為100則表示100Mbps；“Base”指帶寬使用方式，Base指基帶傳輸，Board指寬帶傳輸T表示介質(zhì)為雙絞線，若為F則表示光纖網(wǎng)絡(luò)。 35雙絞線制作方法（1）剝線。剝線就是利用壓線鉗剝線刃口將雙絞線的外皮除去1.5cm左右。 （2）理線、剪線。理線、剪線就是把剝好的雙絞線里的4對8根線芯按照規(guī)格（白橙橙白綠藍(lán)白藍(lán)綠白棕棕）理順并剪齊。（雙絞線的8根線只用到白橙（桔）,橙（桔）,白綠，綠這4根線，1，2，3，6）。（3）壓線。壓線就是把排列并剪好的雙絞線壓入水晶頭的過程。 （4）測試。雙絞線制作完成后，為了驗證其連通性的好壞，需要使用測線器進(jìn)行測

22、試。 36具體分工：1 輸出數(shù)據(jù) 2 輸出數(shù)據(jù)3 輸入數(shù)據(jù)4 保留為電話使用5 保留為電話使用6 輸入數(shù)據(jù)7 保留為電話使用8 保留為電話使用37n光纖光纖（Optical Fiber，OF）q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q優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：n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）n傳輸損耗小，適合長距離傳輸傳輸損耗小，適合長距離傳輸n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n輕便輕便n價格較高價格較高n需要光電轉(zhuǎn)換需要光電轉(zhuǎn)換q纖芯材料：纖芯材料：n塑料塑料n二氧化

23、硅二氧化硅 （高純玻璃）（高純玻璃）38n光纖傳輸原理光纖傳輸原理光的反射光的反射q光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時會光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角入射角臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。n纖芯纖芯折射率高，玻璃包層折射率高，玻璃包層折射率低折射率低q單向傳輸，雙向需兩根光纖單向傳輸，雙向需兩根光纖q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39n光纖類型：光纖類型：n多模光纖多模光纖(MMF)n單模光纖單模光纖(SM

24、F)：光纖的直徑接近一個光波波長光纖的直徑接近一個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40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璃封套玻璃封套外殼外殼41n無線介質(zhì)無線介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由傳播）信號在大氣或外層空間自由傳播）q使用電磁波或光波攜帶信息使用電磁波或光波攜帶信息q優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：n無需物理連接n適用于長距離或不便布線的場合n易受干擾n反射，為障礙物所阻隔q主要類型主要類型：n無線電、

25、地面微波n通信衛(wèi)星n紅外線42n微波通信微波通信q通過地面站之間接力傳送通過地面站之間接力傳送q接力站之間距離：接力站之間距離：50 100 kmq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43n地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星q與地面站相對固定位置q使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球q傳輸延遲時間長（270ms）q廣播式傳輸q應(yīng)用領(lǐng)域：n電視傳輸n長途電話n專用網(wǎng)絡(luò)n廣域網(wǎng)35,784km地球地球44n紅外線通信紅外線通信 紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射，紅外線從而 形成整個房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng) n特點(diǎn)：q紅外通信的設(shè)備相對便宜，可獲得較高的帶寬q傳

26、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 45n短波通信短波通信q基站與終端之間通信采用無線鏈路q應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、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 用戶計算機(jī)和終端用戶計算機(jī)和終端462.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(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n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼數(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n模擬信號的數(shù)字編碼模擬信號的數(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471. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

27、的數(shù)字信號編碼1）不歸零碼（）不歸零碼（Non-Return to Zero， NRZ ）q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；n常用常用5V表示表示1，5V表示表示0；q缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：n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；n不具備自同步機(jī)制，傳輸時必須使用外同步。不具備自同步機(jī)制，傳輸時必須使用外同步。482）曼徹斯特編碼（Manchester Coding） 用電壓的變化表示0和1。 規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變 高低的跳變代表1，低高的跳變代表0 每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號。這

28、種編碼也稱為自同步碼（Self-Synchronizing Code）。 缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。 差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Coding，DMC） 每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。 用碼元開始處有無跳變來表示0和1 ，有跳變代表0，無跳變代表1。49n三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖50課堂練習(xí)課堂練習(xí)n給出比特流0110，0010,1111的不歸零碼，曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼51 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 1 1522. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制n三種常用的調(diào)制技術(shù)三種常用的調(diào)制技術(shù)：q幅移鍵控

29、ASK （Amplitude Shift Keying）q頻移鍵控FSK （Frequency Shift Keying）q相移鍵控PSK （Phase Shift Keying）n原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。 載波信號載波信號 S(t) = Acos( t+ ) nS(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 q調(diào)制就是要使調(diào)制就是要使A、 或或 隨數(shù)字基帶信號的變化隨數(shù)字基帶信號的變化而變化而變化53幅移鍵控ASK1）幅移鍵控法（調(diào)幅） 幅移就是把頻率、相位作為常量，而把振幅作為變量，即： A(t) 取不同的

30、值表示不同的信息碼。 例如：A(t) 取A1，A2，A1表示“0”，A2表示“1”。NAAAtAtt,)()()(210054幅移鍵控ASK55頻移鍵控FSK2）頻移鍵控法（調(diào)頻） 頻移就是把振幅、相位作為常量，而把頻率作為變量，即： (t) 取不同的值表示不同的信息碼。 例如： (t) 取 1， 2， 1表示“0”， 2表示“1”。NttAtA,)()()(210056頻移鍵控FSK57相移鍵控PSK3）相移鍵控法（調(diào)相） 相移就是把振幅、頻率作為常量，而把相位作為變量，即： (t) 取不同的值表示不同的信息碼。 例如： (t) 取 1， 2， 1表示“0”， 2表示“1”。NttAtA,)

31、()()(210058相移鍵控PSK593. 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼n采樣定理：q如果模擬信號的最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。n要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號，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)字信號。60PCM編碼：采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號稱為PCM信號（ Pulse Coded Modulation，脈碼調(diào)制）。61PCM舉例（4位編碼）622.5 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)n多路復(fù)用多路復(fù)用：多個信

32、息源共享一個公共信道：多個信息源共享一個公共信道n為何要復(fù)用？為何要復(fù)用？q適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時傳輸需求時n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63n復(fù)用的基本思想：復(fù)用的基本思想：q把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。n復(fù)用方法復(fù)用方法q頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM （Frequency Division Mult

33、iplexing）n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)q時分復(fù)用時分復(fù)用TDM （Time Division Multiplexing）n按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛q波分復(fù)用波分復(fù)用WDM （Wave Division Multiplexing） n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q碼分復(fù)用碼分復(fù)用CDM （Code Division Multiplexing）n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64n頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDMq原理：整個傳輸頻

34、帶被劃分為若干個頻率通道，每原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間路信號占用一個頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。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)用信號帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器復(fù)用器65n時分復(fù)用時分復(fù)用TDMq原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行傳輸。在若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。

35、A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時隙號時隙號1231D3D2D1時間片時間片12時間片時間片2D1時隙時隙D2復(fù)用器復(fù)用器t66ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片時間片1時間片時間片2同步同步TDM帶寬浪費(fèi) 每一個用戶所占用的時隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是 TDM 幀的長度）。 TDM 信號也稱為等時(isochronous)信號。時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。67n由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復(fù)用也稱為所以這種時分復(fù)

36、用也稱為同步時分復(fù)用同步時分復(fù)用。n一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀幀。n時分復(fù)用的典型例子：時分復(fù)用的典型例子：PCM信號的傳輸信號的傳輸q把多個話路的把多個話路的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）q每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送q每個時隙承載一路每個時隙承載一路PCM信號信號68n統(tǒng)計（異步）統(tǒng)計（異步）TDMSTDMqTDM的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費(fèi)。占用該時隙，將會造成

37、帶寬浪費(fèi)。qSTDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入。數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片時間片1時間片時間片2同步同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1B2時間片時間片1時間片時間片2統(tǒng)計統(tǒng)計TDM可用帶寬C2n頻分多路復(fù)用與時分多路復(fù)用的區(qū)別如下： (1)微觀上，頻分多路復(fù)用的各路信號是并行的，而時分多路復(fù)用是串行的。n (2)頻分多路復(fù)用較適合于模擬信號，而時分多路復(fù)用較適用于數(shù)字信號。n 頻分多路復(fù)用是將傳輸介質(zhì)的可用帶寬分割成一個個“頻段”，以便每個輸入裝置都分配到一個“頻段”。傳輸介質(zhì)容許傳

38、輸?shù)淖畲髱挊?gòu)成一個信道，因此每個“頻段”就是一個子信道。n 頻分多路復(fù)用的特點(diǎn)是：每個用戶終端的數(shù)據(jù)通過專門分配給它的信道傳輸，在用戶沒有數(shù)據(jù)傳輸時，別的用戶也不能使用。頻分多路復(fù)用適合于模擬信號的頻分傳輸，主要用于電話和電纜電視(CATV)系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中應(yīng)和調(diào)制解調(diào)技術(shù)結(jié)合使用70n波分復(fù)用波分復(fù)用光的頻分復(fù)用光的頻分復(fù)用q原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。路信號占用一個波長范圍來進(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

39、 棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵71n碼分復(fù)用碼分復(fù)用CDM(碼分多址訪問碼分多址訪問CDMA)q原理：原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列進(jìn)每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼行編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地發(fā)送的信號在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。址碼相關(guān)的信號才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。q在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。在無線移動通信中應(yīng)

40、用廣泛。72向量的內(nèi)積n設(shè)有設(shè)有n維向量維向量 令令 稱為向量稱為向量和和的內(nèi)積的內(nèi)積當(dāng)當(dāng)和和都是列向量時，有都是列向量時，有當(dāng)當(dāng)和和都是行向量時，有都是行向量時，有兩個向量正交，即兩個向量的內(nèi)積為兩個向量正交，即兩個向量的內(nèi)積為0731、“交換”的含義 “交換”(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。2.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)74 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，當(dāng)終端與計算機(jī)之間，或者計算機(jī)與計算機(jī)之間不是直通專線連接，而是要經(jīng)過通信網(wǎng)的接續(xù)過程來建立連接的時候，那么兩端系統(tǒng)之間

41、的傳輸通路就是通過通信網(wǎng)絡(luò)中若干節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接而成的所謂“交換線路” ，在一種任意拓?fù)涞臄?shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中，通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的某種轉(zhuǎn)接方式來實(shí)現(xiàn)從任一端系統(tǒng)到另一端系統(tǒng)之間接通數(shù)據(jù)通路的技術(shù)，就稱為數(shù)據(jù)交換技術(shù) 。2.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)752.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)n例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時為用戶選擇例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時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，該線路又可分配給其他用戶。開該線路，該線路又可分配給其他用戶。n最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換n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

42、路交換、報文交換報文交換和和分組交換分組交換。762.6.1 電路交換電路交換1.原理：在通信雙方之間建立一條臨時專用線路原理：在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。的過程。n可以是真正的物理線路，也可以是一個復(fù)用可以是真正的物理線路，也可以是一個復(fù)用信道信道(邏輯電路）。邏輯電路）。2.特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。路。稱為稱為“面向連接的面向連接的”（典型例子：電（典型例子：電話）話）3.過程：過程：建立連接建立連接通信通信釋放連接釋放連接774.優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時間長；建立連接的時間長；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；

43、一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯機(jī)制；無糾錯機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機(jī)通信：因為計算機(jī)數(shù)據(jù)具有突不適用于計算機(jī)通信：因為計算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。例如：建立連接的時間為例如：建立連接的時間為0.5s，計算機(jī)以，計算機(jī)以1Mb/s的速率發(fā)送的速率發(fā)送10KB。線路利用率？。線路利用率？78n電路交換例子n電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換n電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn)q在物理線路的某個信道上建立連接n主要用于電話通信網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程用戶或移動用戶連接企業(yè)局域網(wǎng)，或用于高速線路的備份792.6.

44、2報文交換報文交換1.原理：以報文為單位進(jìn)行原理：以報文為單位進(jìn)行“存儲存儲-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)”交換的交換的技術(shù)。技術(shù)。n在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先存儲下來，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級存儲下來，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為稱為存儲存儲-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)。2.特點(diǎn)：特點(diǎn)：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，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報文時建立節(jié)點(diǎn)間的連接。在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報文時建立節(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）（典型例子：電報）q整個

45、報文（整個報文（Message）作為一個整體一起發(fā)送。）作為一個整體一起發(fā)送。803.優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1)沒有建立和拆除連接所需的等待時間；沒有建立和拆除連接所需的等待時間；2)線路利用率高；線路利用率高；5)傳輸可靠性較高；傳輸可靠性較高；4.缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1)報文大小不一，造成存儲管理復(fù)雜；報文大小不一，造成存儲管理復(fù)雜；2)大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，且對大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，且對存儲容量要求較高；存儲容量要求較高；3)出錯后整個報文全部重發(fā)。出錯后整個報文全部重發(fā)。類比：下載時若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦類比：下載時若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯你會怎樣做？出錯你會怎樣做？812.6.3分組

46、交換（包交換）分組交換（包交換）1.原理：將報文分割成若干個大小相等的分組原理：將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。）進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。2.特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端端到端的通的通路路也是也是“無連接的無連接的”。q有強(qiáng)大的糾錯機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路有強(qiáng)大的糾錯機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。由選擇功能。3.優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：n對轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來對轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組緩沖分組速度快；速度快；n轉(zhuǎn)發(fā)延時小轉(zhuǎn)發(fā)延時小適用于交互式通信；適用于交互式通信；n某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組

47、某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組效效率高；率高；n各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。824.缺點(diǎn)：需要分割報文和重組報文，增加了端缺點(diǎn)：需要分割報文和重組報文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。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)報方式和虛電路方式數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式報文5. 分組交換的實(shí)現(xiàn)過程 n在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報文添加首部構(gòu)成分組n每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。首部

48、首部首部分組 1分組 2分組 3分組交換的傳輸單元n分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。n依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3分組首部的重要性n每一個分組的首部都含有地址等控制信息。n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)到下一個結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。n用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。收到分組后剝?nèi)ナ撞縩接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3收到的數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)最后還原成原來的報文n最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文。n這

49、里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。報文1101000110101010110101011100010011010010891.數(shù)據(jù)報方式（Datagram） 面向無連接的數(shù)據(jù)傳輸,工作過程類似于報文交換。采用數(shù)據(jù)報方式傳輸時，被傳輸?shù)姆纸M稱為數(shù)據(jù)報。特點(diǎn)：1）各分組獨(dú)立地確定路由獨(dú)立地確定路由（傳輸路徑）分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)902）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)需要按分組編號重新排序重新排序和組裝數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達(dá)數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達(dá)912.虛電路方式（Virtual Circuit）

50、 思想：通信前預(yù)先建立一條邏輯連接虛電路虛電路 虛電路是面向連接的數(shù)據(jù)傳輸，工作過程類似于線路交換，不同之處在于此時的電路是虛擬的。 采用虛電路方式傳輸時，物理媒體被理解為由多個子信道（稱之為邏輯信道LC）組成，子信道的串接形成虛電路（VC），利用不同的虛電路來支持不同的用戶數(shù)據(jù)的傳輸。q也需要三個過程：建立數(shù)據(jù)傳輸拆除n建立虛電路時，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時所需的所有資源q虛電路的路由在建立時確定，傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要n數(shù)據(jù)傳輸時只需指定虛電路號，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)“數(shù)字管道”92 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

51、徑上各個斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個鏈路段鏈路段！ 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) 虛電路又可分為：永久虛電路PVC和交換虛電路SVC93n分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)94n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報文報文ABCD排隊延遲排隊延遲報文交換報文交換952.7 差錯控制差錯控制 1.什么是差錯控制？什么是差錯控制？q在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進(jìn)行糾正在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進(jìn)行糾正 2.

52、為何要進(jìn)行差錯控制？為何要進(jìn)行差錯控制？q不存在理想的信道不存在理想的信道傳輸總會出錯傳輸總會出錯 與語音、圖像傳輸不同，計算機(jī)通信要求極與語音、圖像傳輸不同，計算機(jī)通信要求極低的差錯率。低的差錯率。2.7.1產(chǎn)生差錯的原因：產(chǎn)生差錯的原因：1）信號衰減和熱噪聲；）信號衰減和熱噪聲；2）信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位）信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；的畸變；3）信號反射，串?dāng)_；）信號反射，串?dāng)_；4）沖擊噪聲，閃電、大功率電動機(jī)的啟停等。）沖擊噪聲，閃電、大功率電動機(jī)的啟停等。962.7.2差錯控制方法 差錯控制的基本方法：接收方進(jìn)行差錯檢測， 并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確

53、接收。 常采用的差錯控制技術(shù)有三種1)自動請求重發(fā)（檢錯反饋重發(fā)）（ Automatic Repeat Request, ARQ） 實(shí)現(xiàn)原理：接收方的譯碼器只檢測有無誤碼，如發(fā)現(xiàn)有誤碼則利用方向信道要求發(fā)送方重發(fā)出錯消息，直到接收檢測認(rèn)為無誤碼為止。 自動請求重發(fā)又有三種情況 （1）停等 ARQ 每發(fā)送一幀就需要一個應(yīng)答幀（接收方確認(rèn)），才能發(fā)出下一幀97（2)全部重發(fā)Go-back-N ARQ 發(fā)送方可以連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)報。若前面的某個數(shù)據(jù)報文出錯，該數(shù)據(jù)報文后的所有數(shù)據(jù)報文都要重發(fā)。(3)選擇重傳 ARQ 每發(fā)送N幀，需要一個應(yīng)答幀，只重傳出錯的幀 2）前向糾錯（自動糾錯） 利用編碼的方法

54、，接收方不僅對接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)錯誤后能自動糾正錯誤 3）混合方式（Hybrid FEC-ARQ） 檢錯、糾錯相結(jié)合.982.7.3 常見的檢錯碼常用的檢錯碼有：1.奇偶校驗（Parity Checking）1）實(shí)現(xiàn)方法：在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個奇偶校驗位，使結(jié)果中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。q例如：1100010增加偶校驗位后為11100010q若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯誤。992）特點(diǎn) 在通信過程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時增加奇偶校驗位。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能檢測出奇數(shù)個位錯，偶數(shù)個位錯則不能檢出。3)按校驗的數(shù)據(jù)

55、量和生成校驗碼的方式分三類 垂直奇偶校驗碼：以一個字符作為校驗單位縱向生成校驗碼位； 水平奇偶校驗碼：以多個字符作為校驗單位橫向生成校驗碼位； 水平垂直冗余校驗碼（方陣校驗碼）：以多個字符作為校驗單位水平垂直兩個方向共同生成校驗字符。1012.循環(huán)冗余校驗編碼（Cyclic Redundancy Check , CRC）q差錯檢測原理：收發(fā)雙方約定一個收發(fā)雙方約定一個生成多項式生成多項式G(x)，發(fā)送方根，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)和G(x)計算出計算出CRC校驗和校驗和，使帶，使帶校驗和的位串多項式能被校驗和的位串多項式能被G(x)整除。接收方則整除。接收方則用用G(x)去除接收到的

56、數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯有錯。q校驗和是16位或32位的二進(jìn)制位串。qCRC校驗的關(guān)鍵是如何計算校驗和。102 CRC校驗和的計算n數(shù)據(jù)塊位串后面添加n個0，得到n位新數(shù)據(jù)塊位串（n=生成多項式位數(shù)-1）n用新的數(shù)據(jù)塊位串模2除以生成多項式位串，得到一個余數(shù)位串，即校驗和n原數(shù)據(jù)塊位串+余數(shù)位串 = 要發(fā)送的結(jié)果103n*CRC校驗和的計算q以數(shù)據(jù)塊（幀, Frame）為單位進(jìn)行校驗q將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為0或1的多項式n如110001，可表示成多項式 x5 + x4 + 1q若G(x)為r位，幀為m位，記多項式為M(x)，則在幀后面添加r-1個0，

57、成為m+r-1位，相應(yīng)多項式為xr-1M(x) q按模2除法用xr-1M(x)除以G(x)：得商為Q(x)，余數(shù)為R(x)n即： xr-1M(x) = G(x)Q(x)+R(x)按模2加法把xr-1M(x)與余數(shù)R(x)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗和的幀的多項式T(x) ：即：T(x) = xr-1M(x) + R(x)實(shí)際上，T(x)=xr-1M(x)+R(x) =G(x)Q(x)+R(x)+R(x) =G(x)Q(x) (模2運(yùn)算) 所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被G(x)除盡。例：設(shè)要校驗的數(shù)據(jù)流為：110011（6bits)，約定的生成多項式為：11001（k=4，5bits）

58、分析：數(shù)據(jù)流用多項式可表示為 M(x)=x5+x4+x1+1 約定的生成多項式為 G(x)=x4+x3+1 由 M(x)=110011, G(x)=11001 得 M(x)*xk=1100110000 用M(x)*xk / G(x)得到R(x) 即：1100110000/11001根據(jù)模二除法所得的余數(shù)R(x)為：1001按模2加法把xr-1M(x)與余數(shù)R(x)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗和的幀的多項式T(x) ：即：T(x) = xr-1M(x) + R(x) T(x)=1100110000+ 1001= 1100111001假設(shè)收到的數(shù)據(jù)T(x)為：1100111001T(x)/G(x)

59、的模二除法余數(shù)為0結(jié)論：接收到的數(shù)據(jù)沒有錯誤！1083.校驗和校驗和 校驗和是因特網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸中常用的校驗方式，校驗和是因特網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸中常用的校驗方式， IP、ICMP、TCP等協(xié)議都使用該方式進(jìn)行差錯檢錯。檢測過程為： 1）發(fā)送方算法）發(fā)送方算法 a.將待發(fā)送的進(jìn)行校驗和運(yùn)算的字符串分成若干16位的位串，每個位串看成一個二進(jìn)制數(shù)，這里的字符串不關(guān)注其語義。 b.將IP、ICMP、TCP或UDP的PDU首部中的校驗和字段設(shè)置為0，該字段也參與校驗和運(yùn)算。c.對這些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)果再取反作為校驗和，并放置到PDU的校驗和字段中

60、。109接收方算法接收方算法將接收的進(jìn)行校驗和運(yùn)算的16位二進(jìn)制按發(fā)送方的同樣方法進(jìn)行1的補(bǔ)碼和運(yùn)算，包括校驗和字段、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。 110數(shù)據(jù)10011100 00011010數(shù)據(jù)11011010 10001000數(shù)據(jù)10101101 00110101檢驗和00000000 0000000011011100 001001101的補(bǔ)碼和 00100011 11011001反碼11011100 00100110發(fā)送方運(yùn)算111接收方運(yùn)算數(shù)據(jù)10011100 00011010數(shù)據(jù)11011010 10001000數(shù)據(jù)10101101 001