計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)-第2章--數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)課件

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)目標(biāo)/要點(diǎn)數(shù)據(jù)通信技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)基礎(chǔ)。本章主要講述與數(shù)據(jù)通信有關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí)，其中包括數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)通信的方式、傳輸介質(zhì)、數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)交換、信道復(fù)用和差錯(cuò)控制技術(shù)等。學(xué)習(xí)目標(biāo) 學(xué)習(xí)要點(diǎn)1理解數(shù)據(jù)通信的基本概念了解數(shù)據(jù)編碼技術(shù)掌握數(shù)據(jù)通信方式23掌握數(shù)據(jù)交換技術(shù)4熟悉信道復(fù)用技術(shù)5了解傳輸介質(zhì)6掌握差錯(cuò)控制技術(shù)7目錄/Contents2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.22.32.4第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)目錄/Contents2.6傳輸介質(zhì)差錯(cuò)控制技術(shù)2.7第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.5信道復(fù)用技術(shù)第 2 章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1 數(shù)據(jù)通信的

2、基本概念 2.1.1 信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)與信道 數(shù)據(jù)通信是指通過(guò)通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)以某種信號(hào)的方式從一處安全、可靠地傳輸?shù)搅硪惶?，包括?shù)據(jù)的傳輸及傳輸前后的處理。1信息 信息（Information）是對(duì)客觀事物特征和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述，其形式可以有數(shù)字、文字、聲音、圖形、圖像等。 42. 載入畫(huà)筆樣式2數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)（Data）是傳遞信息的實(shí)體。通信的目的是傳送信息，傳送之前必須先將信息用數(shù)據(jù)表示出來(lái)。 數(shù)據(jù)可分為兩種：模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。用于描述連續(xù)變化量的數(shù)據(jù)稱為模擬數(shù)據(jù)，如聲音、溫度等；用于描述不連續(xù)變化量（離散值）的數(shù)據(jù)稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如文本信息、整數(shù)等。3信號(hào) 信號(hào)（Signal）是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程

3、中的電磁波表示形式。 信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種。模擬信號(hào)是一種連續(xù)變化的信號(hào)，其波形可以表示成為一種連續(xù)性的正弦波，如圖2-1（a）所示；數(shù)字信號(hào)是一種離散信號(hào)，最常見(jiàn)也是最簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)是二進(jìn)制信號(hào)，用數(shù)字“ 1”和數(shù)字“ 0”表示，其波形是一種不連續(xù)方波，如圖 2-1（b）所示。 4信道 信道是傳輸信號(hào)的通道，由傳輸介質(zhì)及相應(yīng)的附屬信號(hào)設(shè)備組成。5帶寬數(shù)據(jù)信號(hào)傳送時(shí)，信號(hào)的能量或功率的主要部分集中的頻率范圍稱為信號(hào)帶寬。若通信線路不失真地傳送 2MHz 或 10MHz 的信號(hào)，則該通信線路的帶寬為 2MHz 或 10MHz。信道上能夠傳送信號(hào)的最大頻率范圍稱信道的帶寬，信道帶寬大

4、于信號(hào)帶寬。2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1模擬通信系統(tǒng)傳統(tǒng)的電話、廣播、電視等系統(tǒng)都屬于模擬通信系統(tǒng)，模擬通信系統(tǒng)的模型如圖 2-2所示。2數(shù)字通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)通信、數(shù)字電話及數(shù)字電視系統(tǒng)都屬于數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)的模型如圖 2-3 所示。數(shù)字通信系統(tǒng)通常由信源、編碼器、信道、解碼器、信宿及噪聲源組成，發(fā)送端和接收端之間還有時(shí)鐘同步系統(tǒng)。2.1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)1有效性指標(biāo)的具體表述（1）數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用數(shù)據(jù)傳輸速率來(lái)衡量，數(shù)據(jù)傳輸速率越高，系統(tǒng)的有效性越好。通?？蓮拇a元速率和信息速率兩個(gè)不同的角度來(lái)定義數(shù)據(jù)傳輸速率。2. 載入畫(huà)筆樣式1.2 計(jì)算機(jī)網(wǎng)

5、絡(luò)的產(chǎn)生與發(fā)展（2）信道帶寬。信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率范圍，單位用赫茲（Hz）表示。信道帶寬是由信道的物理特性決定的。例如，電話線路的頻率范圍在 3003 400Hz，則它的帶寬范圍也在 3003 400Hz。 2可靠性指標(biāo)的具體表述衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)，可用信號(hào)在傳輸過(guò)程中出錯(cuò)的概率來(lái)表述，即用差錯(cuò)率來(lái)衡量：差錯(cuò)率越高，表明系統(tǒng)可靠性越差。 2.2 數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)2.2.1 數(shù)據(jù)的編碼類型模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以用模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)來(lái)表示和傳輸。在一定條件下，可以將模擬信號(hào)編碼成數(shù)字信號(hào)，或?qū)?shù)字信號(hào)編碼成模擬信號(hào)。其編碼類型有以下 4 種，如圖

6、2-6 所示。2.2.2 數(shù)據(jù)的調(diào)制技術(shù) 1模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制模擬數(shù)據(jù)的基本調(diào)制技術(shù)主要有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相。 2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制在目前的實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字信號(hào)通常采用模擬通信系統(tǒng)傳輸，如目前我們通過(guò)傳統(tǒng)電話線上網(wǎng)時(shí)，數(shù)字信號(hào)就是通過(guò)模擬通信系統(tǒng)（公共電話網(wǎng)）傳輸，如圖 2-7 所示。 2.2.3 數(shù)據(jù)的編碼技術(shù) 1模擬數(shù)據(jù)的編碼在數(shù)字化的電話交換和傳輸系統(tǒng)中，通常需要將模擬話音數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行傳輸。常用的一種方法稱為脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation， PCM）技術(shù)。采用脈沖編碼調(diào)制把模擬信號(hào)數(shù)字化的 3 個(gè)步驟如下。采樣：以采樣頻率把模擬信號(hào)的值采出，如圖 2-8 所

7、示。量化：使連續(xù)模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間軸上的離散值。如在圖 2-9 中采用 8 個(gè)量化級(jí)，每個(gè)采樣值用 3 位二進(jìn)制數(shù)表示。2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸。基帶傳輸就是在線路中直接傳送數(shù)字信號(hào)的電脈沖，是一種最簡(jiǎn)單的傳輸方式，近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸。基帶傳輸時(shí)，需要解決的問(wèn)題是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示及收發(fā)兩端之間的信號(hào)同步。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方式主要有 3 種：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼特斯特編碼。 兩種曼徹斯特編碼是將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在數(shù)據(jù)流中，在傳輸信息的同時(shí)，也將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方，每位編碼中有一跳變，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。但每一個(gè)

8、碼元都被調(diào)成兩個(gè)電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率（碼元速率）的 1/2。 2.3 數(shù)據(jù)傳輸2.3.1 信道通信的工作方式按照信號(hào)的傳送方向與時(shí)間的關(guān)系，信道的通信方式可以分為 3 種：?jiǎn)喂ぁ腚p工和全雙工。1單工通信單工方式是指通信信道是單向信道，信號(hào)僅沿一個(gè)方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，而接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)傳送方向，如圖 2-12 所示。 2半雙工通信半雙工通信是指信號(hào)可以沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送，即兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行，而不能同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)改變傳輸方向時(shí)，要通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置進(jìn)行切換，如圖 2-13 所示。3全雙工通信全雙工通信是

9、指數(shù)據(jù)可以同時(shí)沿相反的兩個(gè)方向進(jìn)行雙向傳輸，如圖 2-14 所示。2.3.2 數(shù)據(jù)的傳輸方式在數(shù)字通信中，按每次傳送的數(shù)據(jù)位數(shù)，傳輸方式可分為串行通信和并行通信兩種。1串行通信串行通信傳輸時(shí)，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線路上傳輸?shù)?。這時(shí)先由計(jì)算機(jī)內(nèi)的發(fā)送設(shè)備，將幾位并行數(shù)據(jù)經(jīng)并串轉(zhuǎn)換硬件轉(zhuǎn)換成串行方式，再逐位傳輸?shù)竭_(dá)接收站的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式，以供接收方使用，如圖 2-15 所示。2并行通信并行通信傳輸中有多個(gè)數(shù)據(jù)位，同時(shí)在兩個(gè)設(shè)備之間傳輸。發(fā)送設(shè)備將這些數(shù)據(jù)位通過(guò)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)線傳送給接收設(shè)備，還可附加一位數(shù)據(jù)校驗(yàn)位，如圖 2-16 所示。 2.3.3 同步技術(shù)1異

10、步方式在異步方式中，每傳送一個(gè)字符（7 位或 8 位）都要在每個(gè)字符碼前加一個(gè)起始位，以表示字符代碼的開(kāi)始；在字符代碼校驗(yàn)碼后加一或兩個(gè)停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位來(lái)判斷一個(gè)新字符的開(kāi)始和結(jié)束，從而起到通信雙方的同步作用。2同步方式通常，同步方式的信息格式是一組字符或一個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊（也稱為幀）。對(duì)這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位或停止位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個(gè)同步字符 SYN（以 01101000 表示）或一個(gè)同步字節(jié)（01111110），用于接收方進(jìn)行同步檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)

11、完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來(lái)標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過(guò)程的結(jié)束。 2.3.4 通信網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的連接方式1點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接就是發(fā)送端和接收端之間采用一條線路連接，稱為一對(duì)一通信或端到端通信，如圖 2-17 所示。2點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接是一個(gè)端點(diǎn)通過(guò)通信線路連接兩個(gè)以上端點(diǎn)的通信方式。（1）分支式。分支式連接方式通常是一臺(tái)計(jì)算機(jī)和多臺(tái)終端通過(guò)一條主線路連接構(gòu)成，如圖 2-18 所示。主計(jì)算機(jī)稱為主站（也叫控制站） ，各終端稱為從站。（2）集線式。集線式是在終端較集中的地方，使用集中器先將這些終端集中，再通過(guò)高速線路與計(jì)算機(jī)相連而構(gòu)成，如圖 2-19 所示，其中的集中器設(shè)備有集線器與交換機(jī)兩種。

12、2.3.5 數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问?基帶傳輸基帶（Base Band）是原始信號(hào)所占用的基本頻帶。基帶傳輸是指在線路上直接傳輸基帶信號(hào)或略加整形后進(jìn)行的傳輸?；鶐鬏斒且环N最簡(jiǎn)單最基本的傳輸方式?；鶐鬏斶^(guò)程簡(jiǎn)單，設(shè)備費(fèi)用低，基帶信號(hào)的功率衰減不大，適用于近距離傳輸?shù)膱?chǎng)合。在局域網(wǎng)中通常使用基帶傳輸技術(shù)。2頻帶傳輸遠(yuǎn)距離通信信道多為模擬信道，例如，傳統(tǒng)的電話（電話信道）只適用于傳輸音頻范圍（300 3 400Hz）的模擬信號(hào)，不適用于直接傳輸頻帶很寬但能量集中在低頻段的數(shù)字基帶信號(hào)。頻帶傳輸就是先將基帶信號(hào)變換（調(diào)制）成便于在模擬信道中傳輸?shù)摹⒕哂休^高頻率范圍的模擬信號(hào)（稱為頻帶信號(hào)），再將這種頻

13、帶信號(hào)在模擬信道中傳輸。3寬帶傳輸所謂寬帶，就是指比音頻帶寬還要寬的頻帶，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是包括了大部分電磁波頻譜的頻帶。使用這種寬頻帶進(jìn)行傳輸?shù)南到y(tǒng)稱為寬帶傳輸系統(tǒng)，它幾乎可以容納所有的廣播，并且還可以進(jìn)行高速率的數(shù)據(jù)傳輸。借助頻帶傳輸，一個(gè)寬帶信道可以被劃分為多個(gè)邏輯基帶信道。這樣就能把聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息的傳輸綜合在一個(gè)物理信道中進(jìn)行，以滿足用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的更高要求?？傊?，寬帶傳輸一定是采用頻帶傳輸技術(shù)的，但頻帶傳輸不一定就是寬帶傳輸。2.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸，最簡(jiǎn)單的形式是用傳輸介質(zhì)將兩個(gè)端點(diǎn)直接連接起來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。但是，每個(gè)通信系統(tǒng)都采用把收發(fā)兩端直接相連的形式是

14、不可能的，一般都要通過(guò)一個(gè)由多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的中間網(wǎng)絡(luò)來(lái)把數(shù)據(jù)從源點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的點(diǎn)，以此實(shí)現(xiàn)通信。這個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)不關(guān)心所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)內(nèi)容，只是為這些數(shù)據(jù)從一個(gè)節(jié)點(diǎn)到另一節(jié)點(diǎn)直至目的節(jié)點(diǎn)提供數(shù)據(jù)交換的功能。因此，這個(gè)中間網(wǎng)絡(luò)也叫交換網(wǎng)絡(luò)，組成交換網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)叫交換節(jié)點(diǎn)。一般的交換網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖如圖2-22 所示。數(shù)據(jù)交換是多節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行侄?。常用的?shù)據(jù)交換有電路交換和存儲(chǔ)交換兩種方式。存儲(chǔ)交換又可細(xì)分為報(bào)文交換和分組交換。2.4.1 電路交換電路交換（Circuit Switching）也叫線路交換，是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域最早使用的交換方式。通過(guò)電路交換進(jìn)行通信，需要通過(guò)中心交換節(jié)點(diǎn)在兩個(gè)站點(diǎn)之間建

15、立一條專用通信鏈路。 1電路交換通信的 3 個(gè)階段利用電路交換進(jìn)行通信，包括建立電路、傳輸數(shù)據(jù)和拆除電路 3 個(gè)階段。2電路交換技術(shù)的特點(diǎn)（1）在數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始之前必須先設(shè)置一條專用的通路，采用面向連接的方式。（2）一旦電路建立，用戶就可以固定的速率傳輸數(shù)據(jù)，中間節(jié)點(diǎn)不對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行其他緩沖和處理，傳輸實(shí)時(shí)性好，透明性好。（3）在電路釋放之前，該通路由一對(duì)用戶完全占用，即使沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸也要占用電路，因此線路利用率低。（4）電路建立延遲較大，對(duì)于突發(fā)式的通信，電路交換效率不高。（5）電路交換既適用于傳輸模擬信號(hào)，也適用于傳輸數(shù)字信號(hào)。2.4.2 報(bào)文交換電路交換技術(shù)主要適用于傳送話音業(yè)務(wù)，這種交換方式

16、對(duì)于數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)而言，有著很大的局限性。數(shù)據(jù)通信具有很強(qiáng)的突發(fā)性。1報(bào)文交換原理報(bào)文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文，報(bào)文就是站點(diǎn)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長(zhǎng)度不限且可變。在交換過(guò)程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)給下一節(jié)點(diǎn)，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“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”。 報(bào)文傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接。這種方式稱為“無(wú)連接”方式。 2報(bào)文交換的特點(diǎn)（1）在傳送報(bào)文時(shí)，一個(gè)時(shí)刻僅占用一段通道，大大提高了線路利用率。（2）報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地。（3）可以建立報(bào)文的優(yōu)先權(quán)，優(yōu)先級(jí)高的報(bào)文在節(jié)點(diǎn)可優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)。

17、（4）報(bào)文大小不一，因此存儲(chǔ)管理較為復(fù)雜。（5）大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高。（6）出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文必須全部重發(fā)。（7）報(bào)文交換只適用于傳輸數(shù)字信號(hào)。 42.4.3 分組交換分組交換（Packet Switching）又稱包交換。為了更好地利用信道容量，降低節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)量的突發(fā)性，應(yīng)將報(bào)文交換改進(jìn)為分組交換。分組交換將報(bào)文分成若干個(gè)分組，每個(gè)分組的長(zhǎng)度有一個(gè)上限，有限長(zhǎng)度的分組使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)能力降低了。分組可以存儲(chǔ)到內(nèi)存中，傳輸延遲減小，提高了交換速度。它適用于交互式通信，如終端與主機(jī)通信。 1分組交換的特點(diǎn)2兩種分組交換方式（1）采用“存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)”方式。（2）具有報(bào)文交

18、換的優(yōu)點(diǎn)。（3）加速了數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。（4）簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理。（5）減少了出錯(cuò)概率和重發(fā)數(shù)據(jù)量。（6）由于分組短小，更適用于采用優(yōu)先級(jí)策略，便于及時(shí)傳送一些緊急數(shù)據(jù)。 （1）數(shù)據(jù)報(bào)。（2）虛電路。 （1）虛電路可以看成是采用了電路交換思想的分組交換。（2）虛電路的路由表是由路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的。（3）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，由虛電路號(hào)標(biāo)識(shí)。（4）數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需指定虛電路號(hào)，分組即可按虛電路號(hào)進(jìn)行傳輸，類似于“數(shù)字管道”。（5）能夠保證分組按序到達(dá)。（6）提供的是“面向連接”的服務(wù)。（7）虛電路又分為永久虛電路 PVC 和交換虛電路 SVC 兩種。虛電路分

19、組交換的主要特點(diǎn)是：在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過(guò)虛呼叫設(shè)置一條虛電路。但并不像電路交換那樣有一條專用通路，分組在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上仍然需要緩沖，并在線路上進(jìn)行排隊(duì)等待輸出。 3虛電路的特點(diǎn)圖 2-26 所示為電路交換、報(bào)文交換和分組交換 3 種交換方式的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程。其中的A、 B、 C、 D 對(duì)應(yīng)圖 2-23 中的節(jié)點(diǎn)。4 3 種交換方式比較2.4.4 高速交換技術(shù)1 ATM 技術(shù)ATM（Asynchronous Transfer Mode）技術(shù)，即異步傳輸模式。ATM 技術(shù)兼顧各種數(shù)據(jù)類型，將數(shù)據(jù)分成一個(gè)個(gè)的數(shù)據(jù)分組，這個(gè)分組稱為一個(gè)信元，如圖 2-27 所示。每個(gè)信元固定長(zhǎng) 53 字節(jié)，其中 5 字節(jié)

20、為信頭， 48 字節(jié)為信息域，用來(lái)裝載來(lái)自不同用戶，不同業(yè)務(wù)的信息。ATM 采用異步時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，采用不固定時(shí)隙傳輸，每個(gè)時(shí)隙的信息中都帶有地址信息。 ATM 技術(shù)將數(shù)據(jù)分成定長(zhǎng) 53 字節(jié)的信元，一個(gè)信源占用一個(gè)時(shí)隙，時(shí)隙分配不固定，包的大小進(jìn)一步減小，更充分地利用了線路的通信容量和帶寬。2光交換由于光纖傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，目前在傳輸領(lǐng)域中光傳輸已占主導(dǎo)地位。光傳輸速率已在向每秒太比特的數(shù)量級(jí)進(jìn)軍，其高速、寬帶的傳輸特性，使得以電信號(hào)分組交換為主的交換方式已很難適應(yīng)，因?yàn)樵谶@一方式下必須在中轉(zhuǎn)節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換，無(wú)法充分利用底層所提供的帶寬資源。光交換技術(shù)也是一種光纖通信技術(shù)，它是指不經(jīng)過(guò)

21、任何光/電轉(zhuǎn)換，直接將輸入的光信號(hào)交換到不同的輸出端。光交換技術(shù)的最終發(fā)展趨勢(shì)將是光控制下的全光交換，并與光傳輸技術(shù)完美結(jié)合，即數(shù)據(jù)從源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)的傳輸過(guò)程都在光域內(nèi)進(jìn)行。2.5 信道復(fù)用技術(shù)2.5.1 頻分多路復(fù)用在物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同（或略寬）的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用（Frequency Division Multiplexing， FDM）。2.5.2 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用可細(xì)分為同步時(shí)分復(fù)用和異步時(shí)分復(fù)用兩種。1同步時(shí)分復(fù)用同步時(shí)分復(fù)用（Synchronizatio

22、n Time-Division Multiplexing， STDM）技術(shù)按照信號(hào)的路數(shù)劃分時(shí)隙，每一路信號(hào)具有相同大小的時(shí)隙且預(yù)先指定，類似于“對(duì)號(hào)入座”。時(shí)隙輪流分配給每路信號(hào)，該路信號(hào)在時(shí)隙使用完畢以后要停止通信，并把信道讓給下一路信號(hào)使用。當(dāng)其他各路信號(hào)把分配到的時(shí)隙都使用完以后，該路信號(hào)再次取得時(shí)隙進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，這種方法叫作同步時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)。 2異步時(shí)分復(fù)用異步時(shí)分多路復(fù)用（Asynchronous Time-Division Multiplexing， ATDM）技術(shù)，也叫作統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（Statistical Time-Division Multiplexing）技術(shù)。

23、42.5.3 波分多路復(fù)用在同一根光纖中同時(shí)讓兩個(gè)或兩個(gè)以上的光波長(zhǎng)信號(hào)通過(guò)不同光信道各自傳輸信息， 這種方式稱為光波分復(fù)用技術(shù)，通常稱波分多路復(fù)用（Wavelength Division Multiplexing， WDM）。波分多路復(fù)用一般用波長(zhǎng)分割復(fù)用器和解復(fù)用器（也稱合波/分波器）分別置于光纖兩端，實(shí)現(xiàn)不同光波長(zhǎng)信號(hào)的耦合與分離。這兩個(gè)器件的原理是相同的。圖 2-31 所示為波分多路復(fù)用的原理圖。將 1、 2、 3 路信號(hào)連接到棱柱上，每路信號(hào)處于不同的波段， 3 束光通過(guò)棱柱/衍射光柵合成到一根共享光纖上，待傳輸?shù)侥康牡睾?，現(xiàn)將它們用同樣的方法分離。 2.5.4 碼分多路復(fù)用碼分多路

24、復(fù)用（Code Division Multiplexing， CDM）常用的名稱是 CDMA （Code Division Multiple Access）。碼分多路復(fù)用也是一種共享信道的方法，每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型互不重疊，通信各方之間不會(huì)相互干擾，抗干擾能力強(qiáng)。碼分多路復(fù)用技術(shù)主要用于無(wú)線通信系統(tǒng)，特別是移動(dòng)通信系統(tǒng)。它不僅可以提高通信的語(yǔ)音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约皽p少干擾對(duì)通信的影響，還增大了通信系統(tǒng)的容量。筆記本電腦或個(gè)人數(shù)字助理（Personal Data Assistant， PDA）及掌上

25、電腦（Handed Personal Computer， HPC）等移動(dòng)性計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信就是使用了這種技術(shù)。 2.6 傳輸介質(zhì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸介質(zhì)分為有線傳輸介質(zhì)和無(wú)線傳輸介質(zhì)兩大類，如圖 2-32所示。2.6.1 有線傳輸介質(zhì)有線傳輸介質(zhì)是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)的物理連接部分，它能將信號(hào)從一方傳輸?shù)搅硪环健Ｓ芯€傳輸介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光纖等。1同軸電纜同軸電纜（Coaxial Cable）由一根內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線外 加絕緣層、密集網(wǎng)狀編織導(dǎo)電金屬屏蔽層及外包裝保護(hù)塑料組成，其結(jié)構(gòu)如圖 2-33 所示。 2雙絞線（1）雙絞線概述。雙絞線是網(wǎng)絡(luò)組建中最常用的一種有線傳輸介質(zhì)，由一對(duì)

26、或多對(duì)絕緣銅導(dǎo)線按一定的密度絞合在一起，目的是減少信號(hào)傳輸中串?dāng)_及電磁干擾（EMI）影響的程度。雙絞線是模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信最普通的傳輸介質(zhì)，它的主要應(yīng)用范圍是電話系統(tǒng)中的模擬語(yǔ)音傳輸。 （2）雙絞線的相關(guān)特性。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted Pair， UTP）和屏蔽雙絞線（Shielded Twisted Pair， STP）。雙絞線的相關(guān)特性如下。物理特性：銅質(zhì)線芯，傳導(dǎo)性能良好。傳輸特性：可用于傳輸模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。（3）雙絞線相關(guān)術(shù)語(yǔ)。一般情況下，雙絞線要通過(guò) RJ-45 水晶頭接入網(wǎng)卡等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。 RJ-45 水晶頭由金屬片和塑料構(gòu)成，制作網(wǎng)線所需要

27、的 RJ-45 水晶頭前端有 8 個(gè)凹槽，簡(jiǎn)稱“ 8P”（Position，位置） ，凹槽內(nèi)的金屬觸點(diǎn)共有 8 個(gè)，簡(jiǎn)稱“ 8C”（Contact，觸點(diǎn)） 。當(dāng)金屬片面對(duì)我們時(shí)， RJ-45 接頭引腳序號(hào)從左至右依次為 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8，如圖 2-35 所示。 雙絞線與水晶頭（RJ-45 頭）連接就形成網(wǎng)線，做好的網(wǎng)線的一端如圖 2-36 所示。（4）雙絞線制作標(biāo)準(zhǔn)。雙絞線與 RJ-45 頭連接有許多標(biāo)準(zhǔn)，最常用的有美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)（EIA）和美國(guó)電信工業(yè)協(xié)會(huì)（TIA） 1991 年公布的 EIA/TIA568 規(guī)范，包括 EIA/TIA568A 和 EIA/TIA

28、 568B（見(jiàn)表 2-1）。 （5）網(wǎng)線的連接。在同一網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，若用于集線器到網(wǎng)卡的連接，同一條雙絞線兩端一般使用同一標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA568B，這就是直通電纜（平行線），如圖 2-37 所示。當(dāng)雙絞線用于連接網(wǎng)卡到網(wǎng)卡時(shí)，線的一端使用EIA/TIA568A，另一端使用 EIA/TIA568B，這就是交叉電纜（稱交叉線），如圖 2-38 所示。 用于集線器或交換機(jī)之間級(jí)聯(lián)的雙絞線，其接線標(biāo)準(zhǔn)要看具體的集線器或交換機(jī)，有些要求使用平行線，有些要求使用交叉線，見(jiàn)表 2-2。 （6）網(wǎng)線制作的常用工具。網(wǎng)線制作通常需要使用的工具有壓線鉗和電纜測(cè)線儀。3光纖光纖是光纖通信的傳輸介質(zhì)，通常是由能傳導(dǎo)

29、光波的純石英玻璃棒拉制而成裸纖，裸纖由纖芯和包層組成，裸纖外覆以一涂覆層，如圖 2-40 所示。光纖通信就是利用光纖傳遞光脈沖來(lái)進(jìn)行通信，有光脈沖相當(dāng)于“ 1”，沒(méi)有光脈沖相當(dāng)于“ 0”。在發(fā)送端，可以采用發(fā)光二極管或半導(dǎo)體激光器作為光源，它們?cè)陔娒}沖的作用下產(chǎn)生光脈沖，在接收端利用光電二極管作為光檢測(cè)器，在檢測(cè)到光脈沖時(shí)可還原出電脈沖，如圖 2-41 所示。 光纖具有寬帶、數(shù)據(jù)傳輸率高、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn)。相關(guān)特性如下。（1）物理特性：在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖（一來(lái)一去）組成傳輸系統(tǒng)。光纖的規(guī)格見(jiàn)表 2-3。（2）傳輸特性：在光纖中，包層較纖芯有較低的折射率，當(dāng)光線從高折射率

30、的介質(zhì)射向低折射率介質(zhì)時(shí)，其折射角將大于入射角，如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射，如圖2-42 所示。此時(shí)光線碰到包層時(shí)就會(huì)折射回纖芯，這個(gè)過(guò)程不斷重復(fù)，光也就沿著纖芯傳輸下去，如圖 2-43 所示。只要射到光纖截面的光線的入射角大于某一臨界角度，就可以產(chǎn)生全反射。當(dāng)有許多條不同角度入射的光線能在一條光纖中傳輸時(shí)，這種光纖就稱為多模光纖（Multimode Fiber），如圖 2-44 所示。當(dāng)光纖的直徑小到與光波長(zhǎng)在同一數(shù)量級(jí)，這時(shí)光是以平行于光纖中的軸線的形式直線傳播，這樣的光纖稱為單模光纖（Single Mode Fiber），如圖 2-45 所示。（3）連通性：采用點(diǎn)到點(diǎn)連接和多點(diǎn)連接

31、。（4）地理范圍：可以在 68km 的距離內(nèi)不用中繼器傳輸，因此光纖適合于在幾個(gè)建筑物之間通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)。（5）抗干擾性：不受噪聲或電磁影響，適宜在長(zhǎng)距離內(nèi)保持高數(shù)據(jù)傳輸率，而且能夠提供良好的安全性。（6）相對(duì)價(jià)格：目前價(jià)格比同軸電纜和雙絞線都貴。2.6.2 無(wú)線傳輸介質(zhì)無(wú)線傳輸介質(zhì)是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間不使用任何物理連接，而是通過(guò)空間傳輸信號(hào)的一種技術(shù)。無(wú)線傳輸介質(zhì)主要有微波、紅外線和激光等。微波、紅外線和激光的通信都有較強(qiáng)的方向性，都是沿直線傳播的，而且不能穿透或繞開(kāi)固體障礙物，因此要求在發(fā)送方和接收方之間存在一條視線通路，有時(shí)將這三者統(tǒng)稱為視線介質(zhì)。1無(wú)線電波無(wú)線電波通信主要

32、靠大氣層的電離層反射，電離層會(huì)隨季節(jié)、晝夜，以及太陽(yáng)活動(dòng)的情況而變化，這就導(dǎo)致電離層不穩(wěn)定，而產(chǎn)生傳輸信號(hào)的衰落現(xiàn)象。2微波微波通信廣泛用于長(zhǎng)距離的電話干線（有些微波干線目前已被光纜代替）、移動(dòng)電話通信和電視節(jié)目轉(zhuǎn)播。微波通信主要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。 （1）地面微波接力通信。由于地球表面是彎曲的，信號(hào)直線傳播的距離有限，增加天線高度雖可以延長(zhǎng)傳輸距離，但更遠(yuǎn)的距離則必須通過(guò)微波中繼站來(lái)接力。一般來(lái)說(shuō)，微波中繼站建在山頂上，兩個(gè)中繼站之間大約相隔 50km，中間不能有障礙物，如圖 2-46 所示。（2）衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信就是利用位于 36000km 高空的人造地球同步衛(wèi)星作為太空無(wú)人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。 3紅外線和激光紅外線通信和激光通信就是把要傳輸?shù)男盘?hào)分別轉(zhuǎn)換成紅外光信號(hào)和激光信號(hào)直接在自由空間沿直線進(jìn)行傳播。它比微波通信具有更強(qiáng)的方向性，難以竊聽(tīng)、不相互干擾，但紅外線和激光對(duì)雨霧等環(huán)境干擾特別敏感。紅外線因?qū)Νh(huán)境氣候較為敏感，一般用于室內(nèi)通信，如組建室內(nèi)的無(wú)線局域網(wǎng)，用于便攜機(jī)之間相互通信。