[其它]第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識ppt課件

1、第2章 數(shù)據(jù)通訊根底知識 學(xué)習(xí)目的n了解數(shù)據(jù)通訊的根本概念n掌握數(shù)據(jù)通訊中信號的傳輸和編碼方法n了解數(shù)據(jù)交換技術(shù)和多路復(fù)用技術(shù)n掌握過失控制方法和過失控制編碼技術(shù)義務(wù)1：了解數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng) n計(jì)算機(jī)之間的通訊是資源共享的根底，計(jì)算機(jī)通訊網(wǎng)絡(luò)的中心是數(shù)據(jù)通訊設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)中的信息交換和共享意味著一個計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的信號經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)搅硪粋€計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中去進(jìn)展處置和運(yùn)用。如何傳輸不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的信號是數(shù)據(jù)通訊技術(shù)要處置的問題。數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)為中心，用通訊線路銜接分布在各地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備以執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng)。本義務(wù)將學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)的組成、根本概念和數(shù)據(jù)通訊的主要技術(shù)目的。 1.1.1 數(shù)據(jù)通

2、訊系統(tǒng)模型n1通訊系統(tǒng)的根本組成n通訊系統(tǒng)必需具備3個根本要素：信源、傳輸介質(zhì)和信宿。 n通訊系統(tǒng)的普通模型如以下圖，包括信源、發(fā)送設(shè)備、信道、噪聲源、接納設(shè)備和信宿6個部分。模型中各部分的功能 n1信源：n信息的來源，作用是將原始信息轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的信號通常稱為基帶信號。機(jī)的話筒、攝像機(jī)等都屬于信源。n2發(fā)送設(shè)備：n對基帶信號進(jìn)展各種變換和處置，如放大、調(diào)制等，使其適宜在信道中傳輸。n3信道：n發(fā)送設(shè)備和接納設(shè)備之間用于傳輸信號的介質(zhì)。n4接納設(shè)備：n功能與發(fā)送設(shè)備相反，對接納信號進(jìn)展必要的處置和變換后，恢復(fù)為相應(yīng)的基帶信號。n5信宿：n信息的接納者，與信源相對應(yīng)，將恢復(fù)的基帶信號轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的原

3、始信息。機(jī)的聽筒、耳機(jī)以及顯示器等都屬于信宿。n6噪聲源：n信道中的噪聲以及分散在通訊系統(tǒng)其他各處噪聲的集中表現(xiàn)。n在圖2-1所示的模型中，假設(shè)通訊間隔較遠(yuǎn)，那么必需加上中繼器，以對衰減的信號進(jìn)展放大或再生，然后再傳送。2通訊系統(tǒng)的性能目的n1模擬通訊系統(tǒng)的性能目的n模擬通訊系統(tǒng)的有效性用有效傳輸頻帶來度量。信道的傳輸頻帶越寬，可以包容的信息量越大。n模擬通訊的可靠性用接納端輸出的信噪比來度量。信噪比指輸出信號的平均功率和輸出噪聲的平均功率之比，并用分貝值作為衡量的單位，即10lgS/N dB。信噪比越大，通訊質(zhì)量越好。2通訊系統(tǒng)的性能目的n2數(shù)字通訊系統(tǒng)的質(zhì)量目的n數(shù)字通訊系統(tǒng)的有效性用信息

4、傳輸速率來度量。它是指單位時間內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?，單位為bit/s。n數(shù)字通訊系統(tǒng)的可靠性用誤碼率來度量。它是指接納錯誤的碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比，即n在有線信道或衛(wèi)星傳輸信道中，誤碼率可以到達(dá)10-7；而在無線短波信道內(nèi)只能到達(dá)10-3。2.1.2 數(shù)據(jù)通訊的根本概念n1數(shù)據(jù)、信息和信號n數(shù)據(jù)Data是記錄下來的可以被鑒別的符號，是把事物的某些特征屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)方式。n信息Information是對數(shù)據(jù)的認(rèn)識和解釋，是對數(shù)據(jù)進(jìn)展加工和處置后產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。n數(shù)據(jù)和信息是有區(qū)別的。數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，是尚未組織起來的現(xiàn)實(shí)的集合；信息是按照一定要求以一定格式組織起來的數(shù)據(jù)，凡經(jīng)過加工處置或換算成人們想要

5、得到的數(shù)據(jù)，都可稱為信息。n信號Signal是數(shù)據(jù)的物理表示方式。在數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)中，傳輸介質(zhì)以適當(dāng)方式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是信號。電信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種方式。 2.1.2 數(shù)據(jù)通訊的根本概念n2模擬通訊和數(shù)字通訊n根據(jù)信道傳輸信號的差別，通訊系統(tǒng)分為模擬通訊系統(tǒng)和數(shù)字通訊系統(tǒng)。n信道中傳輸模擬基帶信號或模擬頻帶信號的通訊系統(tǒng)稱為模擬通訊系統(tǒng)。n信道中傳輸數(shù)字基帶信號或數(shù)字頻帶信號的通訊系統(tǒng)稱為數(shù)字通訊系統(tǒng)。n模擬通訊系統(tǒng)僅運(yùn)用模擬傳輸方式n數(shù)字通訊系統(tǒng)既可以運(yùn)用模擬傳輸方式又可運(yùn)用數(shù)字傳輸方式。數(shù)字通訊的主要優(yōu)點(diǎn) n1抗干擾才干強(qiáng)n2便于加密處置n3易于實(shí)現(xiàn)集成化，從而減小通訊設(shè)備體積和功耗n

6、4利于采用時分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路通訊圖2-2 模擬通訊和數(shù)字通訊抗干擾性能的比較2.1.3 數(shù)據(jù)通訊的主要技術(shù)目的n1數(shù)據(jù)傳輸速率n1比特率S：數(shù)據(jù)的傳輸速率，指在有效帶寬上，單位時間內(nèi)傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼位比特數(shù)，單位是“位/秒，記作bit/s。常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有kbit/s、Mbit/s、Gbit/s與Tbit/s。其中1kbit/s= 1103 bit/s；1Mbit/s= 1106bit/s；1Gbit/s= 1109bit/s；1Tbit/s= 11012bit/s。n設(shè)T為傳輸?shù)碾娒}沖信號的寬度或周期，N為脈沖信號一切可以的外形數(shù)，那么比特率為nS=(1/T)*log2Nbit/sn式

7、中，log2N是每個電脈沖信號所表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)比特數(shù)。如電信號的外形數(shù)N=2，即只需“0和“1兩個外形，那么每個電信號只傳送1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，此時，S=1/T。2.1.3 數(shù)據(jù)通訊的主要技術(shù)目的n2波特率B：調(diào)制速率，又稱碼元速率，是數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率。波特率指在有效帶寬上，單位時間內(nèi)傳送的波形單元碼元數(shù)，即模擬信號在傳輸過程中，從調(diào)制解調(diào)器輸出的調(diào)制信號每秒鐘載波調(diào)制改動的次數(shù)。波特率等于調(diào)制周期即時間間隔的倒數(shù)，單位是波特Baud。假設(shè)用T表示調(diào)制周期，那么波特率為nB= 1/T(Baud)n即1波特表示每秒鐘傳送一個碼元。n波特率與比特率的數(shù)量關(guān)系：S=Blog2N2.1

8、.3 數(shù)據(jù)通訊的主要技術(shù)目的n2信道、信道容量、信道帶寬n1信道：信道是傳送信號的通路，由傳輸介質(zhì)和相關(guān)線路設(shè)備組成。一條傳輸線路上可以有多個信道。n2信道容量：表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位為位/秒，記作bit/s。n3信道帶寬：指信道上可以傳送信號的最高頻率與最低頻率之差，單位為赫茲Hz。2.1.3 數(shù)據(jù)通訊的主要技術(shù)目的n3誤碼率Pen誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)在正常情況下傳輸可靠性的目的。誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸中被傳錯的概率，又稱“出錯率。n4吞吐量n吞吐量是信道或網(wǎng)絡(luò)性能的另一個參數(shù)，數(shù)值上等于信道或網(wǎng)絡(luò)在單位時間內(nèi)傳輸?shù)目傂畔⒘浚瑔挝灰彩莃it/s。n5網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷量n網(wǎng)絡(luò)

9、負(fù)荷量是指網(wǎng)絡(luò)單位面積中的數(shù)據(jù)分布量，即數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中分布密度。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷量不宜過小，也不宜過大。網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷量過小，網(wǎng)絡(luò)的吞吐量也會小，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)利用率過低；網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷量過大，容易產(chǎn)生阻塞景象，直接導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)吞吐量降低。 義務(wù)2：了解數(shù)據(jù)通訊方式 n在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，從不同的角度看有多種不同的通訊方式。本義務(wù)學(xué)習(xí)、掌握并行通訊和串行通訊以及單工、半雙工和全雙工通訊的根本概念。2.2.1 并行通訊和串行通訊n1并行通訊 n并行通訊是指多個數(shù)據(jù)位同時在設(shè)備之間進(jìn)展傳輸。并行通訊可同時傳送多個二進(jìn)制位，普通適用于短間隔、要求傳輸速度高的場所，常用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間的數(shù)據(jù)傳輸。n2串行通訊 n串

10、行通訊是指一次只需一個數(shù)據(jù)位在設(shè)備之間傳輸。串行傳輸信道將一個由假設(shè)干位二進(jìn)制數(shù)表示的字按位進(jìn)展有序的傳輸，串行通訊常用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。2.2.2 單工、半雙工和全雙工通訊n1單工通訊n通訊信道是單向信道，數(shù)據(jù)信號僅沿一個方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接納，接納方只能接納而不能發(fā)送，任何時候都不能改動信號傳送方向。n2全雙工通訊n數(shù)據(jù)可以同時沿相反的兩個方向雙向傳輸。n3半雙工通訊n信號可以沿兩個方向傳送，但同一時辰一個信道只允許一方向傳送信號，即兩個方向的傳輸只能交替進(jìn)展，不能同時進(jìn)展。義務(wù)3：了解數(shù)據(jù)傳輸方式 n常見的信號方式有模擬信號和數(shù)字信號，如以下圖。其中，

11、模擬信號Analog Signal的電平是延續(xù)變化的，數(shù)字信號Digital Signal是用兩種不同電平表示0、1比特序列的電壓脈沖信號。本義務(wù)將學(xué)習(xí)基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸、信源編碼技術(shù)和多路復(fù)用技術(shù)等。 2.3.1 基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸n1基帶傳輸n基帶Baseband是指調(diào)制前原始電信號占用的頻帶，是原始電信號固有的根本頻帶。n基帶信號是未經(jīng)載波調(diào)制的信號。由“0和“1組成。這種數(shù)字信號又稱為“數(shù)字基帶信號。在信道中直接傳輸基帶信號時，稱為基帶傳輸。n基帶傳輸?shù)男盘柤瓤梢允悄M信號，也可以是數(shù)字信號，詳細(xì)類型由信源決議。2.3.1 基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸n2頻帶傳輸n

12、所謂頻帶傳輸，是將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號后再發(fā)送和傳輸，到達(dá)接納端時，再把模擬信號解調(diào)為原來的數(shù)字信號。n利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號傳輸?shù)姆椒ǎQ為“頻帶傳輸。n采用頻帶傳輸方式時，發(fā)送端和接納端都需求安裝調(diào)制解調(diào)器，進(jìn)展模擬信號和數(shù)字信號的相互轉(zhuǎn)換。n頻帶傳輸與基帶傳輸不同：n基帶傳輸中，基帶信號占有信道的全部帶寬；n頻帶傳輸中，模擬信號通常由某個頻率或某幾個頻率組成，占用一個固有頻帶，即整個頻道的一部分。n頻帶傳輸與傳統(tǒng)的模擬傳輸有區(qū)別：頻帶傳輸?shù)牟ㄐ伪容^單一，由于在頻帶傳輸中只需求用不同幅度或不同頻率表示0、1兩個電平。 2.3.1 基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸n3寬帶傳輸n寬帶是指帶寬比

13、聲頻更寬的頻帶。利用寬帶進(jìn)展的傳輸稱為寬帶傳輸。n寬帶傳輸可以在傳輸介質(zhì)上運(yùn)用頻分多路復(fù)用技術(shù)。由于數(shù)字信號的頻帶很寬，不便于在寬帶網(wǎng)中直接傳輸，通常將其轉(zhuǎn)化成模擬信號后再在寬帶網(wǎng)中傳輸。n寬帶傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn):n寬帶信道可以被劃分成多個邏輯信道或頻率段進(jìn)展多路復(fù)用傳輸，信道容量大大添加；n對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、TV或無線電信號用單獨(dú)的信道傳輸；n寬帶傳輸可以在同一信道上進(jìn)展數(shù)字信息或模擬信息效能；n寬帶傳輸系統(tǒng)可以包容全部廣播信號，并可進(jìn)展高速數(shù)據(jù)傳輸；n寬帶比基帶的傳輸間隔更遠(yuǎn)。 2.3.2 信源編碼技術(shù)n根本的數(shù)據(jù)編碼方式包括：n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼n模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼

14、2.3.2 信源編碼技術(shù)n1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼n發(fā)送端將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號變換成模擬數(shù)據(jù)信號的過程稱為調(diào)制Modulation。接納端將模擬數(shù)據(jù)信號復(fù)原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號的過程稱為解調(diào)Demodulation。 n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制的根本方法有3種：幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控。 2.3.2 信源編碼技術(shù)n1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號編碼n 幅移鍵控法ASK，Amplitude Shift Keying。幅移鍵控法又稱幅度調(diào)制AM，簡稱調(diào)幅，是調(diào)制載波的振幅，用載波信號的幅度值表示數(shù)字信號“1和“0。通常用有載波表示數(shù)字信號“1，無載波表示數(shù)字信號“0。n 頻移鍵控法FSK，F(xiàn)requency Shift Key

15、ing。頻移鍵控法又稱頻率調(diào)制FM，簡稱調(diào)頻，是調(diào)制載波的頻率，用載波信號的不同頻率幅值一樣表示數(shù)字信號“1和“0。用1表示數(shù)字信號“1，用2表示數(shù)字信號“0。n 相移鍵控法PSK，Phase Shift Keying。相移鍵控法又稱相位調(diào)制PM，簡稱調(diào)相，是調(diào)制載波的相位，用不同的載波相位幅值一樣表示數(shù)字信號“1和“0。絕對調(diào)相運(yùn)用相位的絕對值，相位為0表示數(shù)字信號“1，相位為表示數(shù)字信號“0。相對調(diào)相運(yùn)用相位的相對偏移值，當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為0時，相位不變化；數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為1時，相位偏移 2.3.2 信源編碼技術(shù)2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)假設(shè)利用數(shù)字信道直接傳輸，在數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸前經(jīng)常進(jìn)展數(shù)字編

16、碼。數(shù)字信號編碼的目的是使二進(jìn)制數(shù)“1和“0的特性更有利于傳輸，如以下圖。 2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼n1不歸零編碼NRZ，Non-Return to Zero。n不歸零編碼規(guī)定，假設(shè)用負(fù)電平表示邏輯“0，那么正電平表示邏輯“1，反之亦然。n特點(diǎn)：發(fā)送能量大，有利于提高收端信噪比；帶寬窄但直流和低頻成分大，不能提取同步信息，判決電平不易穩(wěn)定。不歸零編碼普通用于設(shè)備內(nèi)部通訊和短間隔通訊。2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼n2曼徹斯特編碼Manchester。n目前運(yùn)用最廣泛的編碼方法之一，每一位二進(jìn)制信號的中間都有跳變，從低電平跳變到高電平，表示數(shù)字信號“1；從高電平跳變到低電平，表示數(shù)字信號“0。n特點(diǎn)：

17、不含直流分量，無須另發(fā)同步信號，具有編碼冗余，極性反轉(zhuǎn)時常會引起譯碼錯誤。 2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼n 3 差 分 曼 徹 斯 特 編 碼 D i ff e r e n c e Manchester。n差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改良。與曼徹斯特編碼不同的是，每位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的取值根據(jù)其開場邊境能否發(fā)生跳變決議。假設(shè)一個比特開場處“有跳變，那么表示“0；假設(shè)一個比特開場處“無跳變，那么表示“1。n在局域網(wǎng)通訊中，差分曼徹斯特碼更常用，其每個碼位中間的跳變被專門用作定時信號，用每個碼開場時辰有無跳變來表示數(shù)字“0和“1。2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼n模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化編碼的常

18、用方法是脈沖編碼調(diào)制PCM，Pulse Code Modulation。n發(fā)送端經(jīng)過PCM編碼器將語音數(shù)據(jù)變換為數(shù)字信號，接納方再經(jīng)過PCM解碼器將數(shù)字信號復(fù)原成模擬信號。數(shù)字化語音數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾矢?、失真小，并可存儲在?jì)算機(jī)中。脈沖n編碼調(diào)制包括3部分：采樣、量化和編碼，如以下圖。3模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼n1采樣：每隔一個固定的時間間隔，取出模擬信號的值。以模擬信號的瞬時電平值作為樣本，表示模擬數(shù)據(jù)在某一區(qū)間隨時間變化的值。采樣頻率f2B，B為信號的最高有效頻率，即相鄰兩次采樣之間的時間間隔應(yīng)等于或高于兩倍的最高有效頻率。n2量化：分級處置。量化之前，估計(jì)模擬信號可以的幅值范圍，把這個幅值范圍

19、劃分為假設(shè)干寬度相等的小區(qū)域，如可分為8級、16級或更多的量化級。每個級別的幅值定義為該范圍的上限或下限或均值。然后把每次取樣的信號幅值對應(yīng)到相應(yīng)的級別里，以級別代號替代本次取樣的幅值，使延續(xù)的模擬信號變成隨時間變化的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。n3編碼：把相應(yīng)的量化級別用一定位數(shù)的二進(jìn)制碼表示，假設(shè)有N個量化級，那么需求log2N位二進(jìn)制碼如8級用3位，16級用4位。然后把編碼以脈沖的方式送到信道上進(jìn)展傳輸。復(fù)原的過程剛好相反，只需發(fā)送端和接納端雙方有共同的量化級別和共同的取樣周期，就可以將信號復(fù)原為模擬信號。2.3.3 多路復(fù)用技術(shù)n為有效利用傳輸通訊線路，可以同時把多個信號送往傳輸介質(zhì)，以提高傳輸效率，即

20、將多路信號復(fù)用在一條物理線路上。這種技術(shù)稱為多路復(fù)用技術(shù)，如以下圖。2.3.3 多路復(fù)用技術(shù)n1頻分多路復(fù)用FDM2.3.3 多路復(fù)用技術(shù)n2時分多路復(fù)用TDM2.3.3 多路復(fù)用技術(shù)n3波分多路復(fù)用WDM2.3.3 多路復(fù)用技術(shù)n4碼分多路復(fù)用CDMAn碼分多路復(fù)用技術(shù)根據(jù)不同的編碼來區(qū)分各路原始信號，經(jīng)過和各種多址技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了各種接入技術(shù)。碼分多路復(fù)用技術(shù)是一種用于挪動通訊系統(tǒng)的技術(shù)。筆記本電腦和掌上電腦等挪動終端的連網(wǎng)通訊將會大量運(yùn)用碼分多路復(fù)用技術(shù)。2.3.4 知識拓展：同步技術(shù)n同步是指在數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送端與接納端采用串行通訊時，通訊雙方交換數(shù)據(jù)時需求有高度的協(xié)同動作，彼此間

21、傳輸數(shù)據(jù)的速率、每個比特的繼續(xù)時間和間隔都必需一樣。 n通常運(yùn)用的同步技術(shù)有異步傳輸和同步傳輸兩種 2.3.4 知識拓展：同步技術(shù)n1同步傳輸n同步傳輸Synchronous Transmission又稱同步通訊，采用位同步即按位同步技術(shù)，以固定的時鐘頻率串行發(fā)送數(shù)字信號。通訊雙方必需建立準(zhǔn)確的同步系統(tǒng)，并在其控制下發(fā)送和接納數(shù)據(jù)。n同步傳輸?shù)膬煞N方式如下所示。n1外同步：發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前先向接納端發(fā)送一串用于同步的時鐘脈沖，接納端收到同步信號后，對其進(jìn)展頻率鎖定，然后以同步頻率為準(zhǔn)接納數(shù)據(jù)。n2自同步：發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)時，將時鐘脈沖作為同步信號包含在數(shù)據(jù)流中同時傳送給接納端，接納端從數(shù)據(jù)流

22、中區(qū)分同步信號，再據(jù)此接納數(shù)據(jù)。自同步傳輸中，接納端是從接納到的信號波形中獲得同步信號，因此稱為自同步。2.3.4 知識拓展：同步技術(shù)n2異步傳輸n異步傳輸Asynchronous Transmission又稱異步通訊，采用“群同步技術(shù)。這種技術(shù)根據(jù)一定的規(guī)那么，將數(shù)據(jù)分成不同的群，每一個群的大小不確定，即每個群包含的數(shù)據(jù)量也不確定。這種技術(shù)是在位同步根底上進(jìn)展的同步，要求發(fā)送端與接納端在一個群內(nèi)必需堅(jiān)持同步。發(fā)送端在數(shù)據(jù)前面加上起始位，在數(shù)據(jù)后面加上停頓位，接納端經(jīng)過識別起始位和停頓位來接納數(shù)據(jù)。n異步傳輸方式中，通訊雙方各自運(yùn)用獨(dú)立的定位時鐘。兩個字符之間的時間間隔是不固定的，而在一個字符

23、內(nèi)各位的時間間隔是固定的。每傳送1個字符7位或8位，都要在每個字符碼前加1個起始位，表示字符代碼的開場；在字符代碼和校驗(yàn)碼后面加1或2個停頓位，表示字符終了。接納方根據(jù)起始位和停頓位判別一個新字符的開場，以堅(jiān)持通訊雙方的同步。2.3.4 知識拓展：同步技術(shù)n3同步傳輸與異步傳輸?shù)膮^(qū)別n1異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。n2異步傳輸?shù)膯挝皇亲址?，同步傳輸?shù)膯挝皇菐?。n3異步傳輸經(jīng)過字符起始位和停頓位抓住再同步的時機(jī)，同步傳輸從數(shù)據(jù)中抽取同步信息。n4異步傳輸對時序的要求較低，同步傳輸往往經(jīng)過特定的時鐘線路協(xié)調(diào)時序。n5異步傳輸相對于同步傳輸效率較低。 義務(wù)4：了解數(shù)據(jù)交換技

24、術(shù) n一個擁有眾多用戶的通訊網(wǎng)不可以采用兩兩之間銜接的全互聯(lián)方式，而只能把這些用戶的線路都引到同一地點(diǎn)，然后利用交換設(shè)備進(jìn)展銜接。在大型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，計(jì)算機(jī)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)往往要經(jīng)過多個中間節(jié)點(diǎn)才干從源地址到達(dá)目的地址。傳輸信號如何經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)或交換設(shè)備進(jìn)展轉(zhuǎn)發(fā)是數(shù)據(jù)交換技術(shù)要處置的問題。數(shù)據(jù)通訊中常用的交換方式有電路交換和存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換等。本義務(wù)主要學(xué)習(xí)電路交換、存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換和高速交換技術(shù)。2.4.1 電路交換n又稱線路交換，是一種直接的交換方式n線路交換必需經(jīng)過線路建立、數(shù)據(jù)傳輸和線路撤除3個階段。n1線路建立：經(jīng)過源節(jié)點(diǎn)懇求完成交換網(wǎng)中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的銜接，建立一條由源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)傳輸通道。n2

25、數(shù)據(jù)傳輸：傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，也可以模擬數(shù)據(jù)。n3線路撤除：完成數(shù)據(jù)傳輸后，源節(jié)點(diǎn)發(fā)出釋放懇求信息，懇求終止通訊；目的節(jié)點(diǎn)接受釋放懇求并發(fā)回釋放應(yīng)對信息；各節(jié)點(diǎn)撤除該線路的對應(yīng)銜接，釋放由該線路占用的節(jié)點(diǎn)和信道資源，終了銜接。2.4.2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換n存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換是指網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)先將途經(jīng)的數(shù)據(jù)按傳輸單元接納并存儲下來，然后選擇一條適當(dāng)?shù)木€路轉(zhuǎn)發(fā)出去。根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)單元的不同，存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換又可分為以下兩類。n1報文交換Message Switchingn在報文交換中，信息的發(fā)送以報文為單位。報文由報頭和要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)組成，報頭中有源地址和目的地址。發(fā)送信息時，通訊雙方不需求事先建立公用的物理通路

26、，只需把目的地址附在報文上，并發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)的臨近節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)收到報文后，先把它存儲起來，等到有適宜的輸出線路時，再將報文轉(zhuǎn)發(fā)到下一個節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)目的地。 2.4.2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換n2分組交換Packet Switchingn分組交換不是以“整個報文為單位進(jìn)展交換傳輸，而是以更短的規(guī)范的分組Packet為單位進(jìn)展交換傳輸。n分組交換將需求傳送的整塊數(shù)據(jù)報文分割為一定長度的數(shù)據(jù)段，在每一個數(shù)據(jù)段前面加上目的地址、發(fā)送地址、分組大小等固定格式的控制信息，構(gòu)成被稱為“包的報文分組。n分組交換中，分組的傳輸有兩種方式：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式。 2.4.2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換n1數(shù)據(jù)報方式n交換網(wǎng)把進(jìn)網(wǎng)的每個分組

27、作為一個稱為數(shù)據(jù)報Data gram的根本傳輸單位進(jìn)展單獨(dú)處置，而不論它是屬于哪個報文的分組。n數(shù)據(jù)報分組交換的特點(diǎn)：n每一個分組在傳輸過程中都必需帶有源節(jié)點(diǎn)地址和目的節(jié)點(diǎn)地址，同一報文的不同分組可以由不同的傳輸途徑經(jīng)過通訊子網(wǎng)；同一報文的不同分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時可以出現(xiàn)亂序、反復(fù)或喪失景象；數(shù)據(jù)報文傳輸延時較大，不適用于長報文、會話式通訊。數(shù)據(jù)報方式的義務(wù)原理如以下圖。 2.4.2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換n2虛電路方式n虛電路是為了傳送某一報文而設(shè)立和存在的。兩個節(jié)點(diǎn)在開場相互發(fā)送和接納數(shù)據(jù)之前，需求經(jīng)過通訊網(wǎng)絡(luò)建立一條邏輯上的銜接，一切分組都必需沿著事先建立的邏輯銜接傳輸。不需求發(fā)送和接納數(shù)據(jù)時，去除

28、該銜接。n虛電路是一種邏輯上的銜接，不像線路交換那樣有一條公用物理通路，因此稱為虛電路，如以下圖。 2.4.2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換n3分組交換與報文交換的比較n1分組交換比報文交換減少了時間延時。緣由是，當(dāng)?shù)谝粋€分組發(fā)送給第一個節(jié)點(diǎn)后，接著可發(fā)送第二個分組，隨后可發(fā)送其他分組；多個分組可同時在網(wǎng)中傳播，因此總的延時大大減少，網(wǎng)絡(luò)信道的利用率大大提高。n2分組交換把數(shù)據(jù)的最大長度限制在較小的范圍內(nèi)，每個節(jié)點(diǎn)所需求的存儲量減少，有利于提高節(jié)點(diǎn)存儲資源的利用率。數(shù)據(jù)出錯時，只需求重傳錯誤分組，而不要重發(fā)整個報文，有利于迅速進(jìn)展數(shù)據(jù)糾錯，大大減少每次傳輸發(fā)生錯誤的概率以及重傳信息的數(shù)量。n3分組交換易于重新

29、開場新的傳輸。可讓緊急報文迅速發(fā)送出去，不會遭到傳輸優(yōu)先級較低的報文的堵塞。2.4.3 知識拓展：高速交換技術(shù)n1幀中繼n幀中繼Frame Relay交換技術(shù)是在分組交換技術(shù)充分開展，數(shù)字與光纖傳輸線路逐漸取代已有模擬線路的條件下開展起來的。幀中繼交換技術(shù)主要用于傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，用D信道鏈路訪問規(guī)程LAPD將數(shù)據(jù)以幀的方式進(jìn)展傳送。幀的信息長度遠(yuǎn)比分組長度要長。幀中繼的協(xié)議以O(shè)SI參考模型為根底，其協(xié)議模型僅包含兩層，即物理層和只需中心功能的數(shù)據(jù)鏈路層。不提供糾錯、流量控制、應(yīng)對和監(jiān)視等機(jī)制。幀中繼傳送數(shù)據(jù)信息的傳輸線路是邏輯銜接。幀中繼交換采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用、動態(tài)分配帶寬即按需分配帶寬的方式向用戶提

30、供共享的網(wǎng)絡(luò)資源。n經(jīng)過幀中繼實(shí)現(xiàn)局域網(wǎng)的互聯(lián)是幀中繼的主要運(yùn)用之一。 2.4.3 知識拓展：高速交換技術(shù)n2異步傳輸方式ATMn是一種比幀中繼傳輸速率更高的快速分組交換方式。ATM的傳輸單位為信元Cell，又稱信元交換。它建立在大容量光纖傳輸介質(zhì)的根底上，短間隔傳輸速率可達(dá)2.2Gbit/s；中長間隔也可到達(dá)幾十或幾百M(fèi)bit/s。異步傳輸方式ATM屬于時分多路復(fù)用傳輸，在每個時隙中傳輸?shù)膯挝环Q為信元。信元是一種較短的數(shù)據(jù)分組，其長度固定為53個字節(jié)，該特點(diǎn)使得節(jié)點(diǎn)只用硬件電路即可進(jìn)展信元處置，大大縮短了信元處置時間。義務(wù)5：了解過失控制技術(shù) n通訊的目的是進(jìn)展信息的傳輸。傳輸過程中任何信息

31、的喪失或損壞，都將對通訊雙方產(chǎn)生重要的影響。因此，如何實(shí)現(xiàn)無過失的數(shù)據(jù)傳輸是一個非常重要的問題。過失控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)闹饕侄?。本義務(wù)將學(xué)習(xí)過失控制技術(shù)中的過失控制方法和過失控制編碼。2.5.1 過失控制方法n1過失控制n所謂過失，是指在數(shù)據(jù)通訊中，接納端接納的數(shù)據(jù)與發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)不一致的景象。n過失控制是指數(shù)據(jù)通訊過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測過失并對過失進(jìn)展糾正，從而把過失限制在數(shù)據(jù)傳輸所允許的盡可以小的范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。n過失控制的主要途徑：n一是選用高可靠性的設(shè)備和傳輸介質(zhì)，并輔以相應(yīng)的維護(hù)和屏蔽措施，以提高傳輸?shù)目煽啃裕籲二是經(jīng)過通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)過失控制，在通訊協(xié)議中，經(jīng)過過失控制編碼

32、實(shí)現(xiàn)過失的檢測和控制。2.5.1 過失控制方法n2過失的產(chǎn)生緣由 n1從過失的物理構(gòu)成分析n傳輸中的過失大都是由噪聲引起的。噪聲有兩大類n 熱噪聲：熱噪聲由傳輸介質(zhì)的電子熱運(yùn)動產(chǎn)生，是一種隨機(jī)噪聲，引起的傳輸過失為隨機(jī)過失。n 沖擊噪聲：沖擊噪聲由外界電磁干擾引起，與熱噪聲相比，沖擊噪聲幅度較大，是引起傳輸過失的主要緣由。沖擊噪聲引起的傳輸過失表現(xiàn)為突發(fā)過失。n2從過失發(fā)生的位置分析n 通訊鏈路過失n 路由過失n 通訊節(jié)點(diǎn)過失n3從過失發(fā)生的層次分析n 物理層和數(shù)據(jù)鏈路層過失n 網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層過失2.5.1 過失控制方法n3過失控制方法n1前向糾錯n發(fā)送端根據(jù)一定的編碼規(guī)那么對信息進(jìn)展編碼，然

33、后經(jīng)過信道傳輸；接納端接納到信息后，假設(shè)檢測到接納信息有錯，那么經(jīng)過一定的算法，確定過失的詳細(xì)位置，并自動加以糾正。比較著名的前向糾錯碼有海明碼和BCH碼。n2反響檢驗(yàn)法n接納端將收到的信息碼原封不動地發(fā)回發(fā)送端，與原發(fā)信息碼比較。假設(shè)發(fā)現(xiàn)錯誤，那么發(fā)送端重發(fā)。反響檢驗(yàn)的方法、原理和設(shè)備都比較簡單，但需系統(tǒng)提供雙向信道。n3自動重發(fā)懇求n接納端檢測到接納信息有錯后，經(jīng)過反響信道要求發(fā)送端重發(fā)原信息，直到接納端認(rèn)可為止，從而實(shí)現(xiàn)糾錯。2.5.2過失控制編碼 n過失控制編碼的根本思想是在被傳輸信息中添加一些冗余碼，利用附加的冗余碼元和信息碼元之間的約束關(guān)系加以校驗(yàn)，以檢測和糾正錯誤。n目前廣泛用于

34、過失檢測的奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼 2.5.2過失控制編碼 n過失控制編碼的根本思想是在被傳輸信息中添加一些冗余碼，利用附加的冗余碼元和信息碼元之間的約束關(guān)系加以校驗(yàn)，以檢測和糾正錯誤。n目前廣泛用于過失檢測的奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼 2.5.2過失控制編碼 n1奇偶校驗(yàn)碼n奇偶校驗(yàn)是最常用的過失檢測方法，也是其他過失檢測方法的根底。原理是在7位的ASCII代碼的最后一位添加一位校驗(yàn)位，組成的8位中“1的個數(shù)成奇數(shù)奇校驗(yàn)或成偶數(shù)偶校驗(yàn)。經(jīng)過傳輸后，假設(shè)其中一位包括校驗(yàn)位出錯，接納端按同樣的規(guī)那么即可發(fā)現(xiàn)錯誤。n奇偶校驗(yàn)分為程度奇偶校驗(yàn)、垂直奇偶校驗(yàn)和程度垂直奇偶校驗(yàn)3種。 2.5.2過失控制編碼

35、n1程度奇偶校驗(yàn)：以字符組為單位，對一組字符中的一樣位在程度方向進(jìn)展編碼校驗(yàn)。數(shù)據(jù)傳輸還是以字符為單位傳輸，先按字符順序進(jìn)展字符的傳輸，最后進(jìn)展校驗(yàn)位的傳輸。奇偶校驗(yàn)位與數(shù)據(jù)一同發(fā)送到接納方，接納方檢測奇偶校驗(yàn)位。對于偶校驗(yàn)，假設(shè)接納方發(fā)現(xiàn)1的個數(shù)為奇數(shù)，那么闡明發(fā)生了錯誤。n2垂直奇偶校驗(yàn)：以字符為單位的一種校驗(yàn)方法。對字符在垂直方向加校驗(yàn)位構(gòu)成校驗(yàn)單元。假設(shè)某一字符的ASCII編碼為0011000，根據(jù)奇偶校驗(yàn)規(guī)那么，假設(shè)采用奇校驗(yàn)，那么校驗(yàn)位應(yīng)為1，即00110001；假設(shè)采用偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位應(yīng)為0，即00110000。垂直奇偶校驗(yàn)檢錯效果高于程度奇偶校驗(yàn)。n3程度垂直奇偶校驗(yàn)：將前面兩種

36、校驗(yàn)方式結(jié)合而成。在程度方向和垂直方向同時進(jìn)展校驗(yàn)。 2.5.2過失控制編碼 字符位字符1字符2字符3字符4字符5字符6 效驗(yàn)位（奇）位11101110位20000100位30111101位41110011位51000011位60101100位71010100效驗(yàn)位（偶）00111112.5.2過失控制編碼 2循環(huán)冗余碼循環(huán)冗余碼CRC，Cyclic Redundancy Code是運(yùn)用較廣泛并且檢錯才干較強(qiáng)的一種檢驗(yàn)碼。CRC的義務(wù)過程：在發(fā)送端按一定的算法產(chǎn)生一個循環(huán)冗余碼，附加在信息數(shù)據(jù)幀后面一同發(fā)送到接納端；接納端將收到的信息按同樣算法進(jìn)展除法運(yùn)算，假設(shè)余數(shù)為“0，表示接納的數(shù)據(jù)正確；

37、假設(shè)余數(shù)不為“0，表示數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中出錯，懇求發(fā)送端重傳數(shù)據(jù)。 循環(huán)冗余校驗(yàn)方法的原理 n 將待編碼的n位信息碼組Cn-1Cn-2CiC1C0表示為一個n-1階的多項(xiàng)式M(x)nM(x)=Cn-1xn-1+Cn-2xn-2+Cixi+C1x1+C0 x0n例如，二進(jìn)制序列0 1 0 0 1 1 0 1對應(yīng)的多項(xiàng)式為nM(x)0 x7+1x6+0 x5+0 x4+1x3+1x2+ 0 x1+1x0 x6+x3+x2+1n 將信息碼組左移k位，構(gòu)成M(x)xk，即n+k位的信息碼組nCn-1Cn-2CiC1C0000000n 發(fā)送方和接納方商定一個生成多項(xiàng)式G(x)，設(shè)該生成多項(xiàng)式的最高次冪為

38、r。對M(x)xk作模2運(yùn)算，獲得商Q(x)和余數(shù)R(x)，顯然，有M(x)xk=Q(x)G(x)+R(x)。n 令T(x)=M(x)+R(x)，得到循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。T(x)是在原數(shù)據(jù)塊的末尾加上余數(shù)得到的。n 發(fā)送T(x)所對應(yīng)的數(shù)據(jù)。n 設(shè)接納端接納到的數(shù)據(jù)對應(yīng)的多項(xiàng)式為T(x)，將T(x)除以G(x)，假設(shè)余數(shù)為0，即T(x)=T(x)，那么傳輸無錯誤。nT(x)/G(x)=(Q(x)G(x)+R(x)+R(x)/G(x) =(Q(x)G(x)/G(x)=Q(x)n假設(shè)余數(shù)不為0，即T(x)T(x)，那么傳輸有錯誤。舉例闡明循環(huán)冗余校驗(yàn)碼多項(xiàng)式T(x)的詳細(xì)求法 n假設(shè)預(yù)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息

39、碼是 1101011011，生成多項(xiàng)式為 G(x)=x4+x+1n 計(jì)算信息編碼多項(xiàng)式T(x)nM(X)=1101011011 G(x)=10011n生成多項(xiàng)式的最高次冪r=4，信息碼附加4個0后構(gòu)成新的多項(xiàng)式。nM(x)：11010110110000舉例闡明循環(huán)冗余校驗(yàn)碼多項(xiàng)式T(x)的詳細(xì)求法 n 用模2除法求M(x)/G(x)的余數(shù)舉例闡明循環(huán)冗余校驗(yàn)碼多項(xiàng)式T(x)的詳細(xì)求法 n 得出要傳輸?shù)难h(huán)冗余校驗(yàn)碼多項(xiàng)式n將 余 數(shù) 111 0 直 接 附 加 在 M ( x ) 的 后 面 得T(x)=11010110111110n 接納端對接納到的T(x)進(jìn)展校驗(yàn)n設(shè)接納端接納到的數(shù)據(jù)為多項(xiàng)式T(x)，將T(x)除以G(x)，假設(shè)余數(shù)為0，即T(x)=T(x)，那么以為沒有錯誤。nT(x)/G(x)=(Q(x)G(x)+R(x)+R(x)/G(x) =(Q(x)G(x)/G(x)=Q(x)n假設(shè)余數(shù)不為0，即T(x)T(x)，以為有錯。3海明碼 n