計算機網絡基礎（第2版）ch2z

第2章

數據通信基礎知識1本章主要內容：數據通信系統(tǒng)的組成，數據通信的基本概念，數據通信方式和過程，數據傳輸技術及信源編碼，調制解調技術，同步技術，多路復用技術，數據交換技術，差錯控制技術及信道編碼。2本章要求:1.掌握數據通信的基本概念和通信系統(tǒng)的基本組成。2.了解數據通信的工作過程及應用。3.了解數據通信中的編碼技術、調制解調技術、多路復用技術和同步技術的工作原理及應用。34.了解數據通信的主要技術指標和通信方式。5.了解數據交換的工作過程、工作原理與應用。6.了解差錯及差錯控制的概念、差錯控制方法、信道編碼及其應用。4本章分為五小節(jié)：2．1數據通信系統(tǒng)2．2通信方式2．3數據傳輸技術2．4數據交換技術2．5差錯控制技術52.1數據通信系統(tǒng)1。通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)組成三要素：信源、信宿和信道信道噪聲源簡單的數據通信系統(tǒng)模型信源信宿信號變換器信號變換器6信源:

信源就是信息的發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的人或設備信宿:

信宿就是信息的接收端，是接收所傳送信息的人或設備大部分信源和信宿設備都是計算機或其他數據終端設備7信道--傳輸信息的通道。它是由通信線路為基礎的、能夠傳輸數據的通道。

有線信道：由有線傳輸介質構成的信道

無線信道：由無線傳輸介質構成的信道

數字信道：可直接傳輸二進制信號或經過編碼的二進制數據的信道

模擬信道：可傳輸連續(xù)變化的信號或二進制數據經過調制后得到的模擬信號的信道8信號變換器：作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上可靠傳輸的信號。對應不同的信源和信道,信號變換器有不同的組成和變換功能。發(fā)送端的信號變換器可以是編碼器或調制器，接收端的信號變換器相對應的就是譯碼器或解調器。9

編碼器：把輸入的信號作相應的變換，以便于在信道中傳輸或在接收端正確識別信號。

調制器：把信源或編碼器輸出的二進制脈沖信號變換成模擬信號，以便在模擬信道上進行遠距離傳輸。

譯碼器和解調器分別相應地做編碼器和調制器的逆向工作。10數據通信中有兩類編碼：信源編碼和信道編碼。信源編碼：目的是將來自信源的信號作相應的編碼變換后，便于在信到上傳輸。

信道編碼：目的是將要傳輸到信道上的信號編碼變換后降低誤碼率，提高傳輸質量。11噪聲源：一個通信系統(tǒng)客觀上是不可避免地存在著噪聲干擾的，而這些干擾分布在數據傳輸過程的各個部分。為分析或研究問題方便，通常把它們等效為一個作用于信道上的噪聲源。122數據通信的基本概念1.數據、信息和信號2.數據通信、數字通信和模擬通信4.數據通信的主要技術指標5.數據通信方式6.數據通信過程13（1）數據、信息和信號數據：由數字、字符和符號等組成，是信息的載體。它沒有實際含義，總是和一定的形式相聯(lián)系。信息：是數據的具體內涵和解釋，有具體含義。信息是數據經過加工處理(說明或解釋)后得到的，即信息是按一定要求以一定格式組織起來的、具有一定意義的數據。

14嚴格地講，數據和信息是有區(qū)別的。數據是獨立的，是尚未組織起來的事實的集合；而信息是按一定要求以一定格式組織起來的、具有一定意義的數據。數據是信息的表示形式，信息是數據形式的內涵。15廣義的數據：由于現在信息的多媒體化，數據的含義也廣義化了，即數據不僅包括離散變化的數據，也包括連續(xù)變化的數據。因此,數據可分為模擬數據和數字數據兩種。前者取連續(xù)值，如表示聲音、圖像、電壓、電流等的數據；后者取離散值，如自然數、字符文本的取值等。16信號：數據的具體物理表示，具有確定的物理描述，如電壓、磁場強度等。在電路中，信號就具體表示數據的電磁編碼。在數據通信系統(tǒng)中，要進行數據傳輸，總是要借助于一定的物理信號來完成，如電信號或光信號。電磁信號一般有模擬信號和數字信號兩種形式。17模擬信號：隨時間連續(xù)變化的信號。數字信號：隨時間離散變化的信號，它可以用有限個數位來表示連續(xù)變化的物理量。模擬數據或數字數據都可以通過編碼形成兩種信號(模擬信號和數字信號)中的任何一種信號。18（2）數字通信和模擬通信

數據通信：指信源和信宿之間傳送數據的通信形式。

數據通信就是利用通信系統(tǒng)對各種數據信號進行變換、處理和傳輸的過程。因此，計算機與計算機、計算機與終端之間的通信及計算機網絡中的通信主要是數據通信。19數字通信：信道中傳送數字信號的通信形式模擬通信：信道中傳輸模擬信號的通信形式

兩種通信強調的是信道中傳輸的信號形式，也即強調的是信道的形式。前者是數字信道，后者是模擬信道。至于信源發(fā)出和信宿接收的信號可以是數字信號、模擬信號或其他形式的信號。20由此可見，數字通信和數據通信是兩個不同的概念。前者強調的是信道的形式或信道中傳輸的信號的形式，而后者強調的是信源與信宿之間傳輸的信息形式。數字信號并非一定要用數字通信系統(tǒng)來傳輸，數字信號經D/A轉換后，即可在模擬通信系統(tǒng)傳輸。21數字通信和模擬通信(a)數字信道信源編碼器編碼器信宿(c)模擬信道信源調制器解調器信宿(b)數字信道信源編碼器編碼器信宿22數字通信系統(tǒng)比模擬通信系統(tǒng)有突出的特點:便于差錯控制：由編碼/譯碼器進行信道編碼；便于保密通信：對基帶信號進行加密，接收端解密，用于保密通信；便于同步：數字信號按節(jié)拍傳輸，容易做到時鐘同步；23便于信號再生重傳：遠距離傳輸時，中繼器可將數字信號再生恢復成“0”和“1”標準電平后，繼續(xù)重傳；增強抗干擾能力：離散的數字信號容易使小的噪聲和干擾信號不起作用，有效地抑制干擾信號，增強抗干擾能力。但數字通信的這些優(yōu)點都是以犧牲帶寬為代價換取的。243.數據通信的主要技術指標數據通信的主要技術指標有數據傳輸速率、傳輸延遲、信道帶寬、信道容量、數據傳輸的誤碼率等，這些指標是衡量數據傳輸的有效性和可靠性的參數。

有效性主要由數據傳輸速率、傳輸延遲、信道帶寬和信道容量等指標來衡量。

可靠性一般用數據傳輸的誤碼率指標來衡量。25(1)數據傳輸速率數據傳輸速率是指單位時間內傳輸信息量的多少。它是衡量數據傳輸有效性的主要指標。數據傳輸速率通常用波特率和比特率來表示。

26波特率:

是指單位時間內傳輸碼元的個數，單位為波特(Baud)。每個碼元表示一個波形或一個電平。波特率又叫調制速率、碼元速率。調制速率是指信號經過調制后的傳輸速率，表示調制后信號每秒鐘變化的次數。若用T(秒)表示調制周期，則波特率為：

Rs＝1/T(Baud)可見，1波特表示每秒鐘傳送一個碼元27比特率：指單位時間內傳輸二進制碼的位數(記為b/s或bps)，也叫信息速率。比特率公式：

Rb＝(1/T)log2N(bps)

式中T為傳輸的脈沖信號周期，N為脈沖信號所有可能的狀態(tài)數，Rb為比特率。

28當信號的狀態(tài)數N＝2時，則每個電信號脈沖只傳送1位二進制數據，此時比特率與波特率相同，為：

Rb＝1/T(bps)

由以上分析知，比特率和波特率的關系為：

Rb＝Rslog2N(bps)

在數值上“比特”單位等于“波特”的log2N倍。29例1．在傳輸語音或圖象信息的64Kbps的數字信道上，若傳真機將每英寸數字化為300個像素，每個像素用4比特表示，問該信道以傳真方式傳輸一幅8*10英寸的圖像需要多少時間？

t=8*10*300*4/64k30誤碼率：二進制碼在傳輸過程中出現錯誤的概率。它是衡量通信系統(tǒng)在正常情況下傳輸可靠性的指標。誤碼率計算公式為：

Pe＝Ne/N式中Ne表示被傳錯的碼元數，N表示傳輸的二進制總碼元數，Pe為誤碼率，即錯誤接收的碼元數在所傳輸的總碼元數中所占的比例。31傳輸延遲：是指由于各種原因的影響，而使系統(tǒng)信息在傳輸過程中存在著不同程度的延誤或滯后的現象。信息的傳輸延遲時間包括發(fā)送和接收處理時間、電信號響應時間、中間轉發(fā)時間和信道傳輸時間等。32傳輸時延：發(fā)送一組信息所用的時間，該時間與信息傳輸速率和信息格式有關。傳播時延：信號在物理媒體中傳輸一定距離所用的時間，它與信號傳播速度和距離有關。(電磁波在光纖、微波信道中的傳播速度為每秒300,000km，而在一般電纜中的速度約為光速的2/3)33例2．在相隔1000km的兩地間傳輸3kbits的數據，可以通過電纜以20kbps的速率傳輸或通過衛(wèi)星信道以60kbps的速率傳輸，問用那種方式從發(fā)送方開始發(fā)送到接收方接收完全部數據的時間最短?(假定信息在電纜中傳輸速度是200,000km/s，而在衛(wèi)星信道中的傳輸速度是300,000km/s)34傳輸時延：電纜3/20=150ms

衛(wèi)星3/60=50ms傳播時延：電纜

1000/(2*105)=5ms

衛(wèi)星36000*2/(3*105)=240ms使用電纜的總時延：150+5=155ms使用衛(wèi)星的總時延：50+240=290ms

35(2)信道帶寬和信道容量

①信道帶寬是指通信系統(tǒng)傳輸信息的信道的最大頻率范圍。

②信道容量是指單位時間內信道所能傳輸的最大信息量，它表征信道的傳輸能力。信道容量有時也表示為單位時間內最多可傳輸的二進制數的位數(b/s)36一般情況下，信道帶寬越寬，則信道容量就越大，單位時間內信道上傳輸的信息量就越多，傳輸效率也就越高。信號傳輸速率受信道帶寬的限制。以下兩個定理，分別從不同角度描述了這種限制：37

③奈奎斯特準則在理想信道情況下，信道的容量為：

C＝2Flog2N式中F為信道帶寬，N為信號的狀態(tài)個數，C為信道容量(最大傳輸速率)，即每秒所能傳輸的最大比特數為：

C＝2Flog2N(bps)38

④香農定理：

在隨機噪聲(高斯白噪聲)干擾的信道中傳輸數字信號，信道容量為：

C＝Flog2(1＋S/N)

香農定理描述了在有限帶寬、隨機噪聲分布的信道中，最大的數據傳輸速率與信道帶寬的關系。39奈奎斯特定理和香農定理給出的是信道容量，即信道的最大傳輸速率的極限值，實際上很難達到該值。例3．電視信道帶寬為6MHZ，理想情況下，如果數字信號取4種離散值，那么可獲得的最大傳輸速率是多少？

C=2*6M*log24=24Mbps40例4．帶寬為4KHZ，如果有8種不同的物理狀態(tài)表示數據，信噪比為30dB。那么按奈氏準則和香農定理計算，分別計算其最大限制的數據傳輸速率。

①C＝2Flog2N=2*4K*log28=24Kbps

②分貝（dB）的計算是：10lgS/N即本題為：10lgS/N=30則：S/N=103

C＝Flog2(1＋S/N)=4K*log21001=40Kbps414.數據通信過程①通信線路的建立階段②數據傳輸鏈路的建立階段③數據及控制信息的傳輸階段④數據傳輸鏈路的拆除階段⑤

通信線路的拆除階段421并行通信和串行通信在計算機內部各部件之間、計算機與各種外部設備之間、計算機與計算機之間，按信息傳輸的時空順序不同存在兩種通信方式：并行通信和串行通信。2。2通信方式43并行通信：通常用于計算機內部各部件之間或近距離設備之間的數據傳輸。串行通信：常用于計算機與計算機或計算機與終端之間遠距離的數據傳輸。44

并行通信 串行通信

發(fā)

送

設

備接收設備01101001接收設備發(fā)送設備011010010110100101101001452單工通信、半雙工通信和全雙工通信數據在通信線路上傳輸是有方向的。根據數據在線路上的傳輸方向和特點，有單工通信、半雙工通信和全雙工通信三種通信方式。46單工通信：在通信線路上，數據只可按一個固定的方向傳送而不能進行相反方向傳送的通信方式。例如廣播、遙控通信。半雙工通信：數據可以雙向傳輸，但不能同時進行，在任一時刻只允許在一個方向上傳輸主信息的通信方式。全雙工通信：可同時雙向傳輸數據的通信方式。47發(fā)送設備發(fā)送設備數據流(a)單工通信發(fā)送設備數據流(b)半雙工通信接收設備發(fā)送設備接收設備數據流發(fā)送設備(c)全雙工通信接收設備接收設備發(fā)送設備數據流信息傳輸方向不同的三種通信方式數據流48在數據通信系統(tǒng)中，根據發(fā)送端和接收端的連接方式及信息傳輸信道區(qū)分，相應地有點到點通信和廣播式通信的通信方式。

3點到點通信和廣播式通信49點到點通信：是由一條通信線路把兩個DTE連接起來構成的通信方式，也叫端到端式通信。廣播式通信：是指系統(tǒng)中多個端點共享一個通信信道，一個端點發(fā)出信息，其他端點接收信息的通信方式。該通信方式中的信息是單向傳輸的。502。3數據傳輸技術1.基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸

基帶傳輸基帶信號：由計算機或終端等數字設備產生的、未經調制的數字數據相對應的原始信號(方波脈沖)?；鶐盘柾ǔ３示匦尾ㄐ问?，它所占據的頻率范圍通常從直流到高頻的頻譜，范圍寬。51基帶：基帶信號所占有的頻率范圍基帶信道：與基帶信號頻譜相適應的信道基帶傳輸：在基帶信道中直接傳輸這種基帶信號的傳輸方式。基帶傳輸的特點：基帶通信是一種最簡單、最基本的傳輸方式，它適合于傳輸各種速率要求的數據?；鶐鬏斶^程簡單，設備費用低，適合于近距離傳輸。52(2)頻帶傳輸：頻帶信號：基帶信號變換(調制)成的便于在模擬信道中傳輸的、具有較高頻率的信道信號。頻帶傳輸：在信道中傳輸頻帶信號的傳輸方式。在遠距離傳輸中通常不采用基帶傳輸而采用頻帶傳輸方式。53(3)寬帶傳輸寬帶是指比音頻帶寬更寬的頻帶，它包括大部分電磁波頻譜。利用寬帶進行的傳輸稱為寬帶傳輸。寬帶傳輸系統(tǒng)可以是模擬或數字傳輸系統(tǒng)，它能夠在同一信道上進行數字信息和模擬信息傳輸。寬帶傳輸系統(tǒng)可容納全部廣播信號，并可進行高速數據傳輸。

54在局域網中，存在基帶傳輸和寬帶傳輸兩種方式?；鶐鬏數臄祿俾时葘拵鬏斔俾实?。一個寬帶信道可以被劃分為多個邏輯基帶信道。寬帶傳輸能把聲音、圖像、數據等信息綜合到一個物理信道上進行傳輸。寬帶傳輸采用的是頻帶傳輸技術，但頻帶傳輸不一定是寬帶傳輸。

552.信源編碼技術信源編碼是把從信源或其他設備輸出的數據作相應的變換，其目的就是使之便于在相應的信道上有效地傳輸。模擬數據可以用模擬信號載荷，也可以用數字信號載荷；同樣，數字數據可以用數據信號載荷，也可以用模擬信號載荷。56這樣就構成了四種方式，所對應的四種數據信息編碼為：模擬數據的模擬信號編碼數字數據的模擬信號編碼數字數據的數字信號編碼模擬數據的數字信號編碼57(1)數字數據的模擬信號編碼前面提到，在計算機網絡的遠程通信中通常采用頻帶傳輸。若要將基帶信號進行遠程傳輸，要先將其變換為頻帶信號（即模擬信號），再在模擬信道上傳輸。這個變換就是數字數據的模擬信號編碼過程（即調制過程）。58調制：就是利用基帶信號對模擬載波信號的某些參量進行控制，使這些參量隨基帶信號的變化而變化的過程。解調：調制的逆過程(把從信道上接受到的模擬信號變換為數字數據)。調制后的信號叫已調信號，它包含了調制信號的所有信息。59通常采用的調制方式有三種：

(1)幅度調制AM(或幅移鍵控ASK)(2)頻率調制FM(或頻移鍵控FSK)(3)相位調制PM(或相移鍵控PSK)設載波信號為正弦交流信號f(t)＝Asin(t+)。此處A是幅度，是角頻率，

是相位。60ASK（幅移鍵控）：就是利用基帶脈沖信號對模擬載波信號的幅度進行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化，頻率和相位均不變。其實現方法有：乘法器和鍵控開關。ASK技術簡單，實現容易，但抗干擾能力較差。61ASK基帶脈沖載波載波信號、基帶脈沖及ASK調制波形62FSK(頻移鍵控)：利用基帶脈沖信號對模擬載波信號的頻率進行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化(通過改變載波信號的角頻率來表示數字信號中的“1”和“0”)，幅度和相位均不變。FSK由鍵控方法實現，利用數字信號控制開關對兩個不同的獨立載波頻率源進行選通。FSK技術較簡單，實現較容易，抗干擾能力較強。是目前較常用的調制方法。63FSK基帶脈沖載波10110010載波信號、基帶脈沖及頻率調制波形64PSK(相移鍵控)：利用基帶脈沖信號對模擬載波信號的相位進行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化(通過改變載波信號的相位值來表示數字信號中的“1”和“0”)，幅度和頻率均不變。相移鍵控又有絕對相移鍵控和相對相移鍵控，在模擬通信中，為了提高數據傳輸速率，常采用多相調制方法。65PSK基帶脈沖載波10110010載波信號、基帶脈沖及相位調制波形66(2)數字數據的數字信號編碼數字數據的數字信號編碼問題就是要解決數字數據的數字信號表示問題。數字數據可以由多種不同形式的脈沖信號的波形來表示。主要形式有單極性全寬碼和歸零碼、雙極性全寬碼和歸零碼、曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼。67單極性全寬碼和歸零碼判決門限判決門限取樣時間(a)單極性全寬碼取樣時間(b)單極性歸零碼單極性全寬碼和歸零碼68判決門限取樣時間判決門限(a)雙極性全寬碼取樣時間(b)雙極性歸零碼雙極性全寬碼和歸零碼雙極性全寬碼和歸零碼69曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼的規(guī)律是：在每一個碼元時間間隔內，電平都有一次躍變：當發(fā)送信息“0”時，在間隔的中間時刻電平從高向低躍變；當發(fā)信息“1”時，在間隔的中間時刻電平從低向高躍變。該躍變既可作為時鐘信號，又可作為數據信號。70

10100110曼徹斯特編碼71差分曼徹斯特碼的規(guī)律是：在每一個碼元的中間時刻，電平都有一次躍變：發(fā)送信息“1”時，間隔開始時刻不躍變；發(fā)送信息“0”時，間隔開始時刻有躍變。該躍變僅作為時鐘信號。差分曼徹斯特編碼7201011001

差分曼徹斯特編碼73(3)模擬數據的數字信號編碼

模擬數據經過調制后可實現模擬信號的數字化傳輸。常用的這種調制方法有脈沖編碼調制(PCM)和增量調制(M)。利用PCM對音頻信號進行數字化編碼，一般包括三個過程：取樣、量化和編碼。74取樣：指在每隔固定長度的時間點上抽取模擬數據的瞬時值，作為模擬數據的代表值。這是把連續(xù)信號變?yōu)殡x散信號的關鍵一步。取樣要求符合取樣定理：當取樣的頻率F大于或等于模擬信號的頻率寬度f的兩倍時(F≥2f)，所得的離散信號可以無失真地代表被取樣的模擬數據。75量化：是把取樣得到的不同的離散幅值，按照一定的量化級轉換為對應的數據值，并取整數，得到離散信號的具體數值。量化級數一般為2的整數次冪，如64,128,256等。量化級別越高，表示離散信號的精度越高。76編碼：是將量化后的離散值轉換為一定位數的二進制數值。量化級別越高，需要二進制數碼的位數越多。PCM調制過程如下圖：77

011000001010101111110100PCM編碼過程取樣量化編碼783.多路復用技術多路復用：利用一條物理信道同時傳輸多路信息的過程。這是共享信道的應用。多路復用技術能把多個信源信號組合在一條物理信道上傳輸，使多個計算機或終端設備共享信道資源，提高信道的利用率。79多路復用技術包括復用、傳輸和分離三個過程。實現多路復用功能的設備叫多路復用器。復用器成對使用。。。。多路復用器n個輸入。。。多路復用器n個輸出1條線路多路復用原理圖n個信道80多路復用技術應用在共享式信道上。多路復用技術通常有頻分多路復用、時分多路復用、波分多路復用和碼分多路復用等。81(1)頻分多路復用(FDM)頻分多路復用：就是將具有一定帶寬的信道分割為若干個有較小頻帶的子信道，每個子信道供一個用戶使用。這樣在信道中就可同時傳送多個不同頻率的信號。82頻分多路復用實現的條件是信道的帶寬遠遠大于每個子信道的帶寬采用頻分多路復用時數據在各子信道上是并行傳輸的。由于各子信道相互獨立，故一個信道發(fā)生故障時不會影響其他信道。83FDM信號是頻帶信號。被復用的信號是模擬的，但信源信號可以是模擬的，也可以是數字的。不同的信號在進入頻分復用信道前要做相應變換，使之成為模擬信號。84ft...子信道nfn子信道3f3子信道2f2子信道1f1警戒頻帶信道帶寬頻分多路復用85(2)時分多路復用(TDM)時分多路復用：是將一條物理信道的傳輸時間分成若干個時隙，把這些時隙輪流地給多個信號源使用，每個時隙被復用的一路信號占用。這樣，當多路信號準備傳輸時，一個信道就能在不同的時隙傳輸多路信號。86ABCDABCDABCDABC

D

ft子信道A的間隙信道帶寬時分多路復用87時分多路復用實現的條件是信道能達到的最高傳輸速率超過待傳輸的各路信號的傳輸速率之和。時分多路復用又可分為固定時分多路復用和統(tǒng)計時分多路復用，或叫同步時分多路復用(STDM)和異步時分多路復用(ATDM)。88①同步時分多路復用(STDM)：采用固定的時隙分配方式：即把信道中的各時隙以固定的方式分配各信源，每路信號固定占用每幀一個時隙。無論信源是否有數據傳輸，都要占用一個時隙。而有的信源有大的信息量要發(fā)送，也只能依次輪流分得時隙而不能利用其他的空閑時隙。因此這種方式的效率較低。89②異步時分多路復用(ATDM)：動態(tài)地分配時隙，它將每幀中的時隙只分配給那些需要發(fā)送數據的信源。對沒有數據發(fā)送的信源，就不分配時隙。但因該方式的時隙序號與信道序號之間不存在一一對應關系，為此要求在發(fā)送數據中要加入信道號、雙方地址等標識，以便達到同步要求。90(3)碼分多路復用(CDM)碼分多路復用：是一種用于移動通信、無線計算機網絡以及移動性計算機聯(lián)網的復用技術。筆記本電腦、掌上電腦、手機等移動性設備的通信將會大量使用碼分多路復用技術。91CDM的復用原理是基于碼型分割信道。每個用戶分配有一個地址碼，而這些碼型互不重疊，以區(qū)分每個用戶。信道的頻率和時間資源均為各用戶共享。因此，在頻率和時間資源緊缺的情況下，CDM技術的優(yōu)勢突現，CDM已受到人們的普遍關注。92CDM的基礎是移動通信中的擴頻技術。擴頻就是利用擴頻編碼發(fā)生器產生的偽隨機碼對基帶信號進行擴頻調制，形成遠大于原信號帶寬的范圍的碼。在接收端，用相同的偽隨機碼所擴頻解調，即壓縮其頻帶，將信號恢復成原基帶信號。93不同碼型的用戶得到不同的擴頻編碼，這些擴頻編碼就可以同時使用同一頻率進行通信，互不干擾。發(fā)送者可用不同的擴頻編碼分別向不同接收者發(fā)送數據，同樣，接收者也可使用不同的擴頻編碼接收不同發(fā)送者的數據，實現多址通信。94碼分多路復用技術具有抗干擾能力強和通信隱蔽性好等優(yōu)點?？垢蓴_能力強：信號帶寬擴展多少倍，在相同干擾強度下，噪聲功率也需擴展多少倍，這就相當于噪聲功率不變時干擾強度只是原來的多少分之一。隱蔽性好：信號頻帶變寬，單位頻帶內的信號功率變小，隱藏或淹沒在噪聲中，通信隱蔽。95(4)波分多路復用(WDM)波分多路復用：是在一根光纖上能同時傳送多個波長不同的光載波信號的復用技術。通過WDM，將光纖信道分為多個波段，每個波段傳輸一種波長的光信號，這樣在一根光纖上可同時傳輸多個不同波長的光信號。96光信號具有不同波長，波分多路復用利用了衍射光柵來實現不同光波的合成和分解。發(fā)送端的波分復用設備叫合波器，它將不同信道的信號調制成不同波長的光，并復用到一條光纖信道上。接收端的波分復用設備叫分波器，它分離出不同波長的光信號,分送給不同的信道。97頻分多路復用時分多路復用波分多路復用碼分多路復用多路復用固定時分多路復用統(tǒng)計時分多路復用多路復用的類型984.同步技術同步：統(tǒng)一收發(fā)兩端動作、保持收發(fā)步調一致的過程。接收方按照發(fā)送方發(fā)送信息的重復頻率和起止時間來接受數據。數據通信系統(tǒng)能否可靠而有效地工作，在很大程度上依賴于是否能很好實現同步。99同步形式：位同步、字符同步和幀同步。常用的數據傳輸的同步方式有異步式同步和同步式同步。兩者的區(qū)別在于發(fā)送端和接收段的時鐘是獨立的還是同步的。前者有位同步和字符同步形式，后者有位同步、字符同步和幀同步形式。100異步傳輸是指同一個字符內相鄰兩位的間隔是固定的，而兩個字符間的間隔是不固定的，即所謂字符內同步，字符間異步。異步傳輸是面向字符的，每個字符獨立傳輸。異步式同步方式又稱起止式同步。異步傳輸不需在發(fā)收兩端間傳輸時鐘信號，實現簡單，但傳輸效率較低。101010000010起始位校驗位停止位一個字符七位信息位異步方式的同步過程字符1字符2字符3字符4字符間隔102同步傳輸可以面向字符，也可以面向比特。面向字符時數據以字符為單位傳輸，多個字符構成一個字符組(串)，由一個或幾個同步字符(如SYN)為組頭和組尾做同步標識；接收方識別出SYN后，即可接收數據組，直至組尾。103面向比特時，數據由任意比特組成數據塊(幀)，在每個數據塊的前后加上起始和結束標志序列(0111110)，以固定時鐘節(jié)拍串行發(fā)送數據。接收端要建立與發(fā)送端一樣的時鐘，才可便于實現同步。104同步傳輸時，發(fā)送端以固定的時鐘信號頻率串行發(fā)送數據，每比特與時鐘嚴格對應；因接收端有與之一樣的時鐘，接收端可從接收的數據中區(qū)分出每個比特，達到同步目的。遠距離傳輸時，接收端可從數據流中提取同步時鐘，從而實現位同步，這就是內同步或自同步。105標志位標志位任意組合的比特流01111110正文01111110

SS

字字字SYY

符符符YNN12

N

N………(a)字符同步(b)幀同步同步傳輸一組（串）字符106異步傳輸方式不需要在發(fā)送端和接收端之間傳輸時鐘信號，而是靠它的起始位和停止位來確定的。因此實現簡單，控制容易，如果出現錯誤，只需重發(fā)一個字符即可，但傳輸效率較低，開銷大。適于低速率場合。107同步傳輸方式的傳輸效率高，開銷小，但收發(fā)雙方需建立同步時鐘，實現和控制比較復雜；在傳輸的數據中有一位出錯，就必須重新傳輸整個數據塊。同步傳輸方式適合于高速場合。108按數據傳輸的時空順序區(qū)分并行通信串行通信按線路上數據傳輸的方向區(qū)分單工通信半雙工通信全雙工通信按線路連接方式和信息方向區(qū)分點到點通信廣播式通信按信道中傳輸的數據形式區(qū)分基帶通信頻帶通信按數據傳輸所使用的同步方式區(qū)分同步通信異步通信數據通信方式1092.4

數據交換技術1.數據交換的概念數據交換是指在任意拓撲結構的通信網絡中，通過網絡節(jié)點的某種轉換方式實現任意兩個或多個系統(tǒng)之間的連接。數據交換是多節(jié)點網絡中實現數據傳輸的有效手段。110數據交換通過中間網絡實現，這個中間網絡只為數據從一個節(jié)點到另一個節(jié)點直至到達目的點提供交換的功能。這個中間網絡也叫交換網絡，組成交換網絡的節(jié)點叫交換節(jié)點，一般的交換網絡都是通信子網。111按交換原理區(qū)分，數據交換有線路交換、存儲交換和混合交換。而具體實現的交換技術有：線路交換、報文交換、報文分組交換、ATM交換、幀中繼交換等。1122.線路交換線路交換是數據通信領域最早使用的交換方式,多用于電話網絡交換。線路交換就是要通過中間交換節(jié)點在兩個站點之間建立一條專用的通信線路。利用線路交換進行通信包括建立線路、傳輸數據和拆除線路三個階段。113建立線路：源點向網絡發(fā)送帶目的點地址的請求連接信號。該信號先到達連接源點的第一個交換節(jié)點，該節(jié)點根據請求中的目的點地址，按一定的規(guī)則將請求傳送到下一個節(jié)點；依此類推，直到目的點。目的點接到請求信號后，若同意通信，從剛才的來路返回一個應答信號，此時，源木節(jié)點之間的線路即已建成。114傳輸數據：源點在已建立的線路上發(fā)送數據和控制信息，直至全部發(fā)送完畢。拆除線路：源點數據發(fā)送完畢，且目的點也正確接收完畢，就可由某一點提出拆線請求，拆除原來建立的線路。115BC通信雙方物理信道的建立H1H2AD116線路交換方式的特點：用戶就可以固定的速率傳輸數據，中間節(jié)點也不對數據進行其他緩沖和處理，數據不丟失、不亂序，傳輸可靠，傳輸實時性好，透明性好。但該方式線路建立時間延遲較大，傳輸效率較低；線路建立后即為專用線路，線路利用率低；不具備數據存儲和差錯控制能力。1173.存儲交換存儲交換的過程(原理)是：交換節(jié)點將輸入的信息先在存儲區(qū)暫存，并對存儲的信息進行處理，待指定輸出線空閑時，再分別將信息轉發(fā)出去。交換設備可控制輸入信息存入緩沖區(qū)等待出口的空閑，接通輸出并傳送信息。118輸出輸入緩沖存儲信息處理和轉發(fā)…

交換節(jié)點存儲交換原理圖…119存儲交換方式：具有均衡負荷、不需建立線路、線路利用率高、差錯控制、速率匹配、靈活性好等優(yōu)點。但其實時性不好，網絡傳輸延遲大。適用于對一些實時性要求不高(如計算機數據處理)的場合。1204.混合交換近幾年出現了綜合線路交換和分組交換的高速交換方式，也叫混合交換?；旌辖粨Q采用動態(tài)時分復用技術，將一部分帶寬分配給線路交換用，而將另一部分帶寬分配給分組交換用。這兩種交換所占的帶寬比例也是動態(tài)可調的，以便使這兩種交換都能得到充分利用，提供多媒體傳輸服務。121典型的ATM(異步傳輸模式)交換、DQDB(分布式隊列雙總線)交換等均屬混合交換，幀中繼(FR)交換也是近年來發(fā)展起來的高速交換技術。1225.報文交換報文交換過程：發(fā)方把待傳送的正文信息再加上相應的控制信息形成一份份報文；再以報文為單位送到各節(jié)點；交換節(jié)點在接收報文后進行緩存和必要的處理；待指定輸出端線路和下一節(jié)點空閑時，再將報文轉發(fā)出去，直到目的節(jié)點；目的節(jié)點將收到的各份報文中的正文信息交付給收端DTE。123報文交換方式是以報文為單位交換信息。每個報文包括三部分：報頭、報文正文和報尾。報頭通常由報文編號、發(fā)送端地址、接收端地址及報文起始、數據起始和結束標志等控制信息組成。報尾通常包括差錯控制信息等。1246.報文分組交換報文分組交換簡稱分組交換(包交換)。報文分組交換方式是把信息正文再分成若干個正文組，每個組再加上相應的頭部和尾部控制信息，就形成了報文分組，在線路和節(jié)點上是以報文分組為單位進行存儲、處理和轉發(fā)的。125在原理上，分組交換技術類似于報文交換，只是它們的數據單位不同。報文分組交換中規(guī)定了分組的長度。通常分組的長度小于報文交換中報文的長度。如果站點的信息超過限定的分組長度，該信息必須被分為若干個分組。126與報文交換相比，報文分組交換有如下特點：①利用節(jié)點主存進行存儲轉發(fā)，不需訪問外存，處理速度加快，降低了傳輸延遲；②較短的信息分組，其下一節(jié)點和線路的響應時間也較短，可提高傳輸速率；③短信息傳輸中出錯的概率小，即使有差錯重發(fā)的也只是一個分組，提高了傳輸效率；127④分組交換的數據報形式可使多個分組在網絡的不同鏈路上并發(fā)傳送，提高傳輸效率和線路利用率；⑤可大大降低對節(jié)點存儲容量的要求。⑥分組交換要進行組包、拆包和重裝過程，增加了報文的加工處理時間。128報文分組交換技術是由數據報分組和虛電路分組兩種傳輸方式實現的。數據報傳輸是一種面向無連接的傳輸方式；虛電路傳輸是一種面向連接的傳輸方式。129數據報分組交換：數據報傳輸類似于郵政系統(tǒng)的信件投遞。每個分組都攜帶完整的源、目的節(jié)點的地址信息，獨立地傳輸。每經過一個中間節(jié)點時，都要根據目標地址、網絡流量及故障等網絡當時的狀態(tài)，按一定路由選擇算法選擇一條最佳的輸出線，直至傳輸到目的節(jié)點。

130虛電路分組交換：虛電路傳輸是一種面向連接的交換服務。它將電路交換和數據報交換結合起來。在發(fā)送分組前，要先建立邏輯連接—虛電路。但與電路交換不同處：一是虛電路交換建立的不是專用線路而是一個邏輯通路，其他分組仍可使用該通路上的各段鏈路；二是分組在各節(jié)點仍要存儲轉發(fā)，但不必做路由選擇。131數據交換類型報文交換報文分組交換ATM交換DQDB交換……線路交換存儲交換混合交換數據交換數據報分組虛電路分組132呼叫呼叫呼叫流向時間

A

BC

D呼叫確認數據塊報文報文報文流向時間

A

B

C

D

A

B

C

D流向時間組1組3組2組1組3組2組1組3組2幾種交換方式的比較133幾種交換方式的比較：各種交換在數據傳輸階段均有傳輸時延和傳播時延。電路交換時建立線路時有傳輸時延、傳播時延和節(jié)點時延，但在數據傳輸階段就不存在節(jié)點時延；報文交換時節(jié)點時延較大；數據報分組交換時，節(jié)點時延明顯減少；虛電路交換時，建立虛電路有傳輸時延、傳播時延和節(jié)點時延，在數據傳輸階段也存在節(jié)點時延。1342．5差錯控制技術1.差錯及差錯控制概念差錯：就是在通信接收端收到的數據與發(fā)送端實際發(fā)出的數據不一致的現象。差錯產生的原因：信道頻率特性不理想形成的碼間串擾--乘性干擾和系統(tǒng)中各種噪聲引起的誤碼--加性干擾。135為了保證通信系統(tǒng)的傳輸質量，降低誤碼率，要采取差錯控制措施。差錯控制：為防止由于各種因素引起的信息傳輸錯誤或將錯誤限制在所允許的范圍內而采取的措施。噪聲有兩大類：隨機噪聲和沖擊噪聲。隨機噪聲引起隨機差錯；沖擊噪聲引起突發(fā)差錯136隨機噪聲:是通信信道上固有的、持續(xù)存在的噪聲，如線路本身電氣特性隨機產生的信號幅度、頻率、相位的畸變和衰減，電氣信號在線路上產生反射造成的回音效應，相鄰線路之間的串擾等。沖擊噪聲:是由外界某種原因突發(fā)產生的噪聲，如大氣中的閃電、電源開關的跳火、外界強電磁干擾、電源的波動等。1372.差錯控制方法

(1)檢錯重發(fā)方法反饋信道前向信道檢錯碼編碼器信源發(fā)送器接收器檢錯碼譯碼器信宿噪聲源

ARQ方法原理圖重發(fā)控制反饋控制138

(2)前向糾錯方法：前向信道糾錯碼編碼器信源發(fā)送器接收器糾錯碼譯碼器信宿噪聲源FEC方法原理圖139(3)反饋檢錯方法：接收端將收到的信息碼原封不動地發(fā)回發(fā)送端，與發(fā)送端中的原發(fā)信息碼相比較，如果有不一致，發(fā)送端重發(fā)。

(4)混合糾錯方法：將反饋重發(fā)檢錯和前向糾錯兩種方法結合結合在一起可進行混合糾錯。140幾種差錯控制方法的特點ARQ方法：容易實現，設備簡單，但要有反饋信道，信道質量差時反饋次數增多，影響傳輸效率和信息的連續(xù)性。FEC方法：優(yōu)點是發(fā)送時不需存儲，不要反饋信道，缺點是譯碼設備復雜，糾錯碼與信道干擾情況相關。141混合糾錯方法：介于ARQ和FEC之間。反饋檢錯方法：方法、原理和設備均簡單，但要有雙向信道，且每個信息碼均要至少發(fā)送兩次，傳輸效率低。實際中使用最多的還是ARQ方法。142(1)信道編碼原理及類型發(fā)送端利用信道編碼器對信息序列進行某種變換(常用方法是在原信息序列后增加一些相應的二進制碼，稱為冗余碼或監(jiān)督位)，使原來彼此獨立的、沒有相關性的信息碼之間產生某種相關性，接收端據此來檢查和糾正傳輸信息序列中的差錯。3.信道編碼143差錯控制編碼:以一定方式在信息碼中加入冗余碼的過程。差錯控制編碼包含監(jiān)督位，具有一定冗余度，冗余度為零的編碼無抗干擾能力。通常，信道編碼有奇偶校驗碼、等比碼、正反碼、漢明碼和循環(huán)冗余校驗碼等144差錯控制編碼按抗干擾能力可分為檢錯碼和糾錯碼兩類；按對信源輸出的信息的處理方式分有分組碼和卷積碼兩類；按信息碼與冗余碼之間的關系，可分為線性碼和非線性碼兩類。檢錯碼是能夠自動發(fā)現錯誤的編碼。糾錯碼是能夠發(fā)現錯誤且又能自動糾正錯誤的編碼。145①奇偶校驗碼奇偶校驗碼是一種最簡單的檢錯碼。其檢驗規(guī)則是：在原數據位后附加校驗位(冗余位)，使得在附加后的整個數據碼中的“1”的個數成為奇數或偶數，就分別叫做奇校驗或偶校驗。(2)常用的差錯控制編碼

146奇偶校驗的過程是首先將要傳送的數據分組，一般都按字符分組，即一個字符或若干個字符構成一組，在每一組后增加一位或幾位校驗位，校驗位的取值就根據對該組進行位“1”或位“0”的奇校驗或是偶校驗的要求而定。147信息比特編碼字母7654321校驗位A10000010B10000100C10000111D10001000E10001011F10001101G10001110校驗位10000001水平奇偶校驗碼表148奇偶校驗有水平奇偶校驗、垂直奇偶校驗、水平垂直奇偶校驗和斜奇偶校驗。奇偶校驗的特點：檢錯能力低，只能檢測出奇數個碼錯，可以有部分糾錯能力。這種檢錯法所用設備簡單，容易實現(可以用硬件和軟件方法實現)。149②正反碼正反碼中信息位數目與冗余位數目相等。當信息位有奇數個“1”時，冗余位與信息位相同；當信息位有偶數個“1”時，冗余位與信息位相反。150編碼過程：如正反碼碼長n=10，其中信息位k=5，監(jiān)督位r=5。若信息碼為10011，則監(jiān)督碼為10011，所組成的正反碼為1001110011；若信息碼為10010，則監(jiān)督碼為01101，所組成的正反碼為1001001101。151譯碼過程：①將接收的n位碼用信息位和監(jiān)督位按位進行異或，得到一個k位的合成碼；②利用合成碼產生一個校驗碼。若信息位中有奇數個“1”，則合成碼即為校驗碼；若信息位中有偶數個“1”，則合成碼的反碼為校驗碼；③根據校驗碼中“1”的個數進行判決和糾錯

152校驗碼若為全“0”，則表示無差錯；校驗碼中若四個“1”、一個“0”，則說明信息位中有一位差錯，其位置對應于校驗碼中“0”的位置；校驗碼中若四個“0”、一個“1”，則說明冗余位中有一位差錯，其位置對應于校驗碼中“1”的位置；其它情況時說明差錯在兩位或兩位以上。

153如發(fā)送碼為1001110011，接收到的也是它，則合成碼為10011⊕10011=00000；由于接收碼中信息位有奇數個“1”，則校驗碼也為00000，所以可確定接收無差錯；若接收碼變?yōu)?101110011，則合成碼為11011⊕10011=01000,由于接收碼中信息位有偶數個“1”，則校驗碼為合成碼的反碼，即10111，由此可判斷信息位的第2位出錯。154若接收碼錯成1010110011，則合成碼為10101⊕10011=00110，校驗碼也是00110，則可判斷出有兩位或兩位以上碼錯?？梢姡@種碼長為10位的正反碼具有糾正一位錯碼的能力和具有檢測出全部兩位及兩位以上差錯的能力。但正反碼的編碼效率低，只適用于信息位較短的場合。

155③循環(huán)冗余校驗碼循環(huán)冗余校驗碼也叫CRC碼。它是由要傳送的k位信息后附加一個r位的校驗序列構成，并以該循環(huán)碼進行發(fā)送和傳