數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 第二章

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)第二章第一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.2數(shù)據(jù)的傳輸方式

2.2.2串行傳輸與并行傳輸

2.2.3異步傳輸和同步傳輸

2.2.1信道的通信方式

第二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三32.2.1數(shù)據(jù)通信的方式單工、半雙工和全雙工發(fā)送器單工通信接收器數(shù)據(jù)流發(fā)送器半雙工通信接收器數(shù)據(jù)流數(shù)據(jù)流發(fā)送器接收器全雙工通信數(shù)據(jù)流發(fā)送器接收器發(fā)送器接收器數(shù)據(jù)流第三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三特點(diǎn)：主要用于近距離通信，傳輸速度快，處理簡(jiǎn)單應(yīng)用：計(jì)算機(jī)內(nèi)的總線結(jié)構(gòu)及并行接口。42.2.2并行傳輸和串行傳輸并行數(shù)據(jù)通信第四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三特點(diǎn)：節(jié)省信道，用于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳送，傳送速度比并行數(shù)據(jù)傳送慢。在計(jì)算機(jī)之間若要串行數(shù)據(jù)通信，需在發(fā)送端把并行轉(zhuǎn)變成串行，而在接收端則把串行還原成并行。應(yīng)用：公用電話系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)中的串口等52.2.2并行傳輸和串行傳輸串行數(shù)據(jù)通信第五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三異步通信以不規(guī)則數(shù)據(jù)段進(jìn)行傳送為特征的串行數(shù)據(jù)通信。對(duì)字符的二進(jìn)制編碼的通信，采用7位的ASCII碼表示。異步通信的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶位和停止位幾部分。

62.2.3異步傳輸和同步傳輸異步通信和同步通信第六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三異步通信

72.2.3異步傳輸和同步傳輸異步通信和同步通信“M”：1001101第n個(gè)字符空閑位第n+1字符~~0101010110起始位奇偶位停止位數(shù)據(jù)位b0b1b2b3b4b5b6第七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三⑵同步傳輸

同步傳輸不是以字符為單位而是以數(shù)據(jù)塊(幀，一組字符或比特流)為單位進(jìn)行傳輸?shù)?。同步傳輸不再為?shù)據(jù)塊內(nèi)的每個(gè)字符添加起始位和停止位，而是在數(shù)據(jù)塊之前加上一個(gè)或多個(gè)同步字符SYN。接收端接收到SYN字符，并根據(jù)SYN來(lái)實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制位的同步和確定數(shù)據(jù)塊的起始位。

第八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三異步通信和同步通信第九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三同步通信效率較高，一次傳送一批字符（即字符塊或數(shù)據(jù)塊）。

10異步通信和同步通信第十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三1．面向字符的同步協(xié)議（IBM的BSC協(xié)議）同步通信協(xié)議第十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三PAD(01010101,85)位同步字SYN(00010110,22)同步字符（可加1個(gè)或2個(gè)）SOH(00000001,1)標(biāo)題開(kāi)始ACK(00000110,6)肯定確認(rèn)STX(00000010,2)正文開(kāi)始NAK(00010101,21)否定應(yīng)答ETB(00010111,23)傳輸塊結(jié)束ITB(00010101,21)中間傳輸塊結(jié)束ETX(00000011，3)正文結(jié)束DLE（00010000,16)數(shù)據(jù)鏈路轉(zhuǎn)義EOT(00000100,4)傳輸結(jié)束ENQ(00000101,5)詢問(wèn)

BSC協(xié)議結(jié)構(gòu)SYNSOH標(biāo)題STX數(shù)據(jù)塊ETB/ETX塊校驗(yàn)

第十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三SYN：同步字符（Synchronouscharacter），每幀可加1個(gè)（單同步）或2個(gè)（雙同步）同步字符。

SOH：標(biāo)題開(kāi)始（StartofHeader）。標(biāo)題：Header，包含源地址（發(fā)送方地址）、目的地址（接收方地址）、路由指示。

STX：正文開(kāi)始（StartofText）。

數(shù)據(jù)塊：正文（Text），由多個(gè)字符組成。

ETB:塊傳輸結(jié)束（endoftransmissionblock），標(biāo)識(shí)本數(shù)據(jù)塊結(jié)束。

ETX：全文結(jié)束（endoftext），（全文分為若干塊傳輸）。塊校驗(yàn)：對(duì)從SOH開(kāi)始，直到ETB/ETX字段的檢驗(yàn)碼。第十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三（1）IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制SDLC協(xié)議結(jié)構(gòu)

1byte1-2bytes1-2bytesVariable2bytes1byte

FlagAddressfieldControlfieldDataFCSFlag2．面向bit的同步協(xié)議Flag：?jiǎn)?dòng)和終止差錯(cuò)校驗(yàn)。Addressfield(目標(biāo)地址字段)：包括次站SDLC地址，表明幀來(lái)自于主站還是次站。Control

：使用3種不同格式，取決于使用的SDLC幀類(lèi)型：

Information（I）frame

：傳遞上層信息和一些控制信息。

Supervisory（S）frame

：提供控制信息。S幀可以請(qǐng)求和掛起傳輸、報(bào)告狀態(tài)、確認(rèn)I幀接收。S幀不包含信息幀（informationfield）。Unnumbered（U）frame：支持控制目標(biāo)，無(wú)編號(hào)。U幀用于啟動(dòng)次站。取決于U幀，其控制字段可能為1字節(jié)也可能為2字節(jié)。有些U幀包含信息字段。Data

：包含路徑信息單元（PIU）或交換識(shí)別（XID）信息。Framechecksequence（FCS)：優(yōu)于結(jié)束標(biāo)簽分隔符，通常指循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）計(jì)算余數(shù)。第十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三（2）ISO的高級(jí)同步數(shù)據(jù)鏈路控制HDLC協(xié)議結(jié)構(gòu)CRC即循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（CyclicRedundancyCheck）：是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種差錯(cuò)校驗(yàn)碼，其特征是信息字段和校驗(yàn)字段的長(zhǎng)度可以任意選定。第十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三F場(chǎng)：標(biāo)志場(chǎng)。作為一幀的開(kāi)始和結(jié)束，標(biāo)志字符為8位，01111110。

A場(chǎng)：地址場(chǎng)。規(guī)定接收方地址，可為8的整倍位。接收方檢查每個(gè)地址字節(jié)的第1位，如果為"0"，則后邊跟著另一個(gè)地址字節(jié)。若為"1"，則該字節(jié)為最后一個(gè)地址字節(jié)。C場(chǎng)：控制場(chǎng)。指示信息場(chǎng)的類(lèi)型，8位或16位。若第1字節(jié)的第1位為0，則還有第2個(gè)字節(jié)也是控制場(chǎng)。

FC場(chǎng)：幀校驗(yàn)場(chǎng)。16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC。除F場(chǎng)和自動(dòng)插入的“0”位外，均參加CRC計(jì)算。I場(chǎng)：信息場(chǎng)。要傳送的數(shù)據(jù)。第十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三呼叫損失(呼損)在正常情況下，用戶發(fā)起呼叫后，由于網(wǎng)路的原因呼叫未能完成而損失的比率（呼叫損失的次數(shù)與總的呼叫次數(shù)的比值）?？偟暮艚写螖?shù)是指用戶發(fā)起的有效呼叫次數(shù)，其中不包括由于主叫用戶原因造成的呼叫損失，如用戶錯(cuò)撥號(hào)，中途放棄（主叫早釋?zhuān)┑?。呼叫損失的次數(shù)是指由于網(wǎng)路原因?qū)е潞艚袥](méi)有完成的呼叫次數(shù)，其中不包括用戶忙、用戶無(wú)應(yīng)答、用戶鎖定、用戶關(guān)機(jī)、用戶不在覆蓋區(qū)、用戶拒絕等。

第十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三2.3信息及其度量信息：是消息中包含的有效內(nèi)容如何度量離散消息中所含的信息量?度量信息量的原則能度量任何消息，并與消息的種類(lèi)無(wú)關(guān)。度量方法應(yīng)該與消息的重要程度無(wú)關(guān)。消息中所含信息量和消息內(nèi)容的不確定性有關(guān)

【例】1.《儒林外史》中范進(jìn)中舉后發(fā)瘋

2.今天下雨 上例表明：消息所表達(dá)的事件越不可能發(fā)生，信息量就越大。

第十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三

事件的不確定程度可以用其出現(xiàn)的概率來(lái)描述： 消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。

設(shè)：P(x)

－消息發(fā)生的概率，

I

－消息中所含的信息量，則P(x)和I之間應(yīng)該有如下關(guān)系：I是P(x)的函數(shù)：I＝I[P(x)]P(x)，I；P(x)

，I；P(x)=1時(shí)，I

＝0；P(x)=0時(shí)，I

＝；

滿足上述3條件的關(guān)系式如下：－信息量的定義度量信息量的方法第十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三上式中對(duì)數(shù)的底： 若a=2，信息量的單位稱(chēng)為比特(bit)，可簡(jiǎn)記為b

若a=e，信息量的單位稱(chēng)為奈特(nat)， 若a=10，信息量的單位稱(chēng)為哈特萊(Hartley)。通常廣泛使用的單位為比特，這時(shí)有

【例】

設(shè)一個(gè)二進(jìn)制離散信源，以相等的概率發(fā)送數(shù)字“0”或“1”，則信源每個(gè)輸出的信息含量為在工程應(yīng)用中，習(xí)慣把一個(gè)二進(jìn)制碼元稱(chēng)作1比特第二十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三若有M個(gè)等概率波形（P=1/M），且每一個(gè)波形的出現(xiàn)是獨(dú)立的，則傳送M進(jìn)制波形之一的信息量為若M是2的整冪次，即M=2k，則有

當(dāng)M=4時(shí)，即4進(jìn)制波形，I=2比特，當(dāng)M=8時(shí)，即8進(jìn)制波形，I=3比特。第二十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三對(duì)于非等概率情況 設(shè)：一個(gè)離散信源是由M個(gè)符號(hào)組成的集合，其中每個(gè)符號(hào)xi(i=1,2,3,…,M)按一定的概率P(xi)獨(dú)立出現(xiàn)，即 且有

則x1,x2,

x3,…,

xM所包含的信息量分別為

于是，每個(gè)符號(hào)所含平均信息量為

由于H(x)同熱力學(xué)中的熵形式相似，故稱(chēng)它為信息源的熵

第二十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三【例1】一離散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四個(gè)符號(hào)組成，它們出現(xiàn)的概率分別為3/8，1/4，1/4，1/8，且每個(gè)符號(hào)的出現(xiàn)都是獨(dú)立的。試求某消息201020130213001203210100321010023102002010312032100120210的信息量?！窘狻看讼⒅?，“0”出現(xiàn)23次，“1”出現(xiàn)14次，“2”出現(xiàn)13次，“3”出現(xiàn)7次，共有57個(gè)符號(hào)，故該消息的信息量

每個(gè)符號(hào)的算術(shù)平均信息量為

第二十三頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三若用熵的概念來(lái)計(jì)算：則該消息的信息量

以上兩種結(jié)果略有差別的原因在于，它們平均處理方法不同。前一種按算數(shù)平均的方法，結(jié)果可能存在誤差。這種誤差將隨著消息序列中符號(hào)數(shù)的增加而減小。 當(dāng)消息序列較長(zhǎng)時(shí)，用熵的概念計(jì)算更為方便。第二十四頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三圖例ABCDFEG2.4交換技術(shù)25第二十五頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三(1)電路交換的三個(gè)過(guò)程①電路建立：在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，要先經(jīng)過(guò)呼叫過(guò)程建立一條端到端的電路。如圖2.14所示②數(shù)據(jù)傳輸：電路ABC建立以后，數(shù)據(jù)就可以從A發(fā)送到B，再由B交換到C；C也可以經(jīng)B向A發(fā)送數(shù)據(jù)。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，所建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)。③電路拆除：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方（A或C）發(fā)出拆除請(qǐng)求，然后逐節(jié)拆除到對(duì)方節(jié)點(diǎn)。電路交換第二十六頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三(2)電路交換技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)及其特點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失且保持原來(lái)的序列。②缺點(diǎn)：在某些情況下，電路空閑時(shí)的信道容易被浪費(fèi)：在短時(shí)間數(shù)據(jù)傳輸時(shí)電路建立和拆除所用的時(shí)間得不償失。因此，它適用于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。③特點(diǎn)：在數(shù)據(jù)傳送開(kāi)始之前必須先設(shè)置一條專(zhuān)用的通路。在線路釋放之前，該通路由一對(duì)用戶完全占用。對(duì)于猝發(fā)式的通信，電路交換效率不高。第二十七頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三第二十八頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三(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。每個(gè)節(jié)點(diǎn)在收到整個(gè)報(bào)文并檢查無(wú)誤后，就暫存這個(gè)報(bào)文，然后利用路由信息找出下一個(gè)節(jié)點(diǎn)的地址，再把整個(gè)報(bào)文傳送給下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。因此，端與端之間無(wú)需先通過(guò)呼叫建立連接。報(bào)文交換第二十九頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三(2)報(bào)文交換的特點(diǎn)①報(bào)文從源點(diǎn)傳送到目的地采用"存儲(chǔ)--轉(zhuǎn)發(fā)"方式，在傳送報(bào)文時(shí)，一個(gè)時(shí)刻僅占用一段通道。②在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要排隊(duì)，故報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。第三十頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三(3)報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)①電路利用率高。由于許多報(bào)文可以分時(shí)共享兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通道，所以對(duì)于同樣的通信量來(lái)說(shuō)，對(duì)電路的傳輸能力要求較低。②在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大很大時(shí)，就不能接受新的呼叫。而在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)上，通信量大時(shí)仍然可以接收?qǐng)?bào)文，不過(guò)傳送延遲會(huì)增加。③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，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn)。④報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。第三十一頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三(4)報(bào)文交換的缺點(diǎn)①不能滿足實(shí)時(shí)或交互式的通信要求，報(bào)文經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間長(zhǎng)且不定。②有時(shí)節(jié)點(diǎn)收到過(guò)多的數(shù)據(jù)而無(wú)空間存儲(chǔ)或不能及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，就不得不丟棄報(bào)文，而且發(fā)出的報(bào)文不按順序到達(dá)目的地。第三十二頁(yè)，共三十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三是報(bào)文交換的一種改進(jìn)，它將報(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