計算機網(wǎng)絡原理與應用（第二版）課件第2章 數(shù)據(jù)通信基礎

第2章

數(shù)據(jù)通信基礎

2.1通信的相關概念

2.1.1通信系統(tǒng)模型

1.通信的基本術語

通信是通過某種媒體進行的信息傳遞。信息是指數(shù)據(jù)中包含的有意義的內(nèi)容。它是通過數(shù)據(jù)來表示的，數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)據(jù)分為離散型數(shù)據(jù)和連續(xù)型數(shù)據(jù)。信號是指隨時間變化的物理量。2.通信系統(tǒng)模型

3.通信系統(tǒng)的組成

（1)信源信源是發(fā)出信息的源，信源分為模擬信源和數(shù)字信源。（2)變換器（3）信道可以是有線的或是無線的，有線和無線均有多種傳輸媒質(zhì)。（4）反變換器進行解調(diào)、譯碼、解碼等。（5）信宿信宿是傳輸信息的歸宿（接收端）。（6）噪聲源2.1.2數(shù)據(jù)通信過程

整個通信過程包括以下五個階段:（1）通信線路的占用（建立）（2）數(shù)據(jù)傳輸鏈路建立（3）數(shù)據(jù)及控制信息的傳輸（4）數(shù)據(jù)傳輸鏈路的拆除（5）通信線路的釋放2.1.3通信系統(tǒng)技術指標

用傳輸速率、信道容量、帶寬以及誤碼率等指標對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進行評價。

1.傳輸速率傳輸速率是指單位時間內(nèi)傳輸信息的數(shù)量。它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的重要指標，分別用數(shù)據(jù)信號速率和調(diào)制速率來表示。（1）數(shù)據(jù)信號速率指單位時間內(nèi)所傳送的二進制代碼的有效位數(shù)，單位為：位/秒，記作b/s。

計算公式為：S=(1/T)log2N(b/s)

（2）調(diào)制速率信號調(diào)制過程中，單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為：Baud。用于表示調(diào)制器之間信號傳輸?shù)乃俾省?/p>

計算公式為：B=(1/T)(Baud)2.帶寬帶寬是描述傳輸系統(tǒng)的一個重要的參數(shù)。信號的帶寬是指信號的頻帶寬度。

模擬信道帶寬的單位是：赫茲（Hz），數(shù)字信道帶寬的單位是：比特/秒（bps）按信道頻率范圍的不同，通信信道分為三類：窄帶信道（帶寬為0～300Hz）、音頻信道（帶寬為300Hz～3.4KHz）和寬帶信道（帶寬為3.4KHz以上）。3.離散的信道容量信道容量是一個極限參數(shù)，指單位時間內(nèi)信道所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?，表征信道的最大傳輸能力。單位：?秒（b/s）。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率是有區(qū)別的，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，而后者是實際的數(shù)據(jù)傳輸速率，所以一般信道容量應大于傳輸速率。（1）離散的信道容量對離散的信道有一個Nyquist公式，來計算其信道容量：

C=2×H×log2N(bps)式中，H：信道的帶寬（Hz），N：碼元的離散值個數(shù)。C：最大數(shù)據(jù)傳輸速率（信道容量）。（2）連續(xù)的信道容量對連續(xù)的信道有一個Shannon公式，來計算其信道容量：C=H×log2(1+S/N)(bps)式中，H：信道的帶寬；S：信號功率；N：噪聲功率；S/N：信噪比，分貝(dB)。【例2.1】已知電話信道帶寬約3KHz，若其碼元的離散值個數(shù)N=16，求信道最大數(shù)據(jù)傳輸速率。解：C=2×3K×log216=24K(b/s)【例2.2】已知某信道信噪比為30dB，帶寬為3KHz，求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。解：∵10lg(S/N)=30∴S/N=1030/10=1000∴C=3000×log2(1+1000)≈30K(b/s)4.帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率和信道容量的關系

Shannon定理給出信道帶寬與信道容量之間關系：C=H×log2(1+S/N)可見，信道帶寬和信噪比越高，則信道容量就越大，傳輸效率也就越高。而無噪聲信道中的最大速率由Nyquist準則決定：Rmax=2×H×log2N(b/s)式中，Rmax為最大速率，H為信道帶寬，N為信道上傳輸信號可取的碼元數(shù)。

在模擬信道中，常用帶寬（頻率寬度）表示其傳輸信息的能力，如：電話信道的帶寬為300～3400Hz。而在數(shù)字信道中，常用“最大數(shù)據(jù)傳輸速率”來表示信道的傳輸能力，即為b/s、Kb/s或Mb/s。如：某以太網(wǎng)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是1000Mb/s。帶寬和最大數(shù)據(jù)傳輸速率都是衡量信道傳輸能力的技術指標，加上Shannon計算公式指出，數(shù)據(jù)的最大傳輸速率（信道容量）與信道帶寬之間存在正比關系，故在實際應用中，帶寬與最大數(shù)據(jù)傳輸速率（信道容量）并不嚴格加以區(qū)分，信道容量有時也稱為帶寬。5.誤碼率與噪聲誤碼率是衡量通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的可靠性指標，指二進制數(shù)據(jù)位傳輸時出錯的概率。計算機網(wǎng)絡要求誤碼率低于10-6，即平均每傳送1Mb，才能錯1位。若達不到這個指標，則應通過差錯控制方法進行檢錯和糾錯。誤碼率的定義：Pe≈Ne/N式中，Pe為誤碼率，Ne表示被傳錯的位數(shù)；N表示傳輸?shù)亩M制數(shù)總位數(shù).

任何非理想信道都會有噪聲,噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲。

(1)熱噪聲是內(nèi)部噪聲，幅值較大小。

(2)沖擊噪聲由外界干擾引起，其幅值較大，會產(chǎn)生突發(fā)性差錯。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，噪聲疊加在信號上，會引起某些位的信號在接收端錯誤地被接收，就是誤碼。另外，因傳輸系統(tǒng)帶寬較窄所引起的信號失真，也會引起誤碼。6.傳輸延遲

1）發(fā)送和接收設備存在響應時間2）通信子網(wǎng)存在中間轉(zhuǎn)發(fā)等待時間3）數(shù)據(jù)發(fā)送和接收處理需要時間

4）數(shù)據(jù)的通信傳輸過程需要時間

時間延遲（Delay）又稱傳輸延遲：

傳輸延遲=電信號響應時間+發(fā)送和接收處理時間+中間轉(zhuǎn)發(fā)時間+通信傳輸時間2.2通信的基本方式

2.2.1并行通信與串行通信并行通信用于計算機內(nèi)部各部件之間或近距離設備之間的數(shù)據(jù)傳輸，而串行通信常有用于計算機與計算機或計算機與終端設備之間遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。

計算機與外部設備之間的并行通信通過計算機的并行接口（LPT）進行；串行通信則是通過串行接口（COM）進行。

1.并行通信所謂并行傳輸，是指至少有8個數(shù)據(jù)位同時在兩臺設備之間傳輸,發(fā)送端與接收端有8條數(shù)據(jù)線相連，發(fā)送端同時發(fā)送8個數(shù)據(jù)位（其中1位用作校檢位），接收端同時接收8個數(shù)據(jù)位。

計算機內(nèi)部通過總線進行的通信就屬于并行通信。微機支持4個以上的COM接口和3個以上的LPT接口。并行接口又稱LPT接口。在USB接口出現(xiàn)之前，LPT并口常用來接打印機或掃描儀，LPT接口最大速率可達到1.5Mb/s。2.串行通信所謂串行通信方式，是指發(fā)送端一次只發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)位。因此，所需數(shù)據(jù)線的數(shù)目大大減少，各數(shù)據(jù)位依次通過通信線路傳輸。

因在計算機內(nèi)部總線上傳輸?shù)氖遣⑿袛?shù)據(jù)，如要與外部設備進行串行通信，需在發(fā)送端需把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，在接收端則需將串行數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，較遠距離的通信常采用串行通信方式。在現(xiàn)行計算機網(wǎng)絡中，串行通信應用較為廣泛。

在計算機局域網(wǎng)中，計算機之間也是串行傳輸，由網(wǎng)卡負責串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。如：16位網(wǎng)卡一次可轉(zhuǎn)換16位數(shù)據(jù)，32位網(wǎng)卡一次可轉(zhuǎn)換32位數(shù)據(jù)。現(xiàn)在常用USB（即通用串行總線）接口，傳輸速率快，達到480Mb/s。已有USB2.0、USB3.1版，傳輸速率達到1Gb/s。2.2.2單工、半雙工和全雙工通信通信線路由一個或多個信道組成，根據(jù)信道在某一時間信息傳輸?shù)姆较?，通信可以分為?/p>

1.單工通信

2.半雙工通信

3.全雙工通信

1.單工通信

單工通信是指傳送的信息始終是一個方向的通信。單工通信存在兩個信道：即傳輸數(shù)據(jù)用的主信道和監(jiān)測信號用的監(jiān)測信道。如：收聽和收看廣播電視。圖2-5半雙工通信2.半雙工通信是指信息流可以在兩個方向傳輸，但同一時刻只限于一個方向傳輸。對于半雙工通信，通信的雙方都具備發(fā)送和接收裝置，即每一端既可以是發(fā)送端也可以是接收端，信息流輪流使用發(fā)送和接收裝置。如：對講機。圖2-6全雙工通信3.全雙工通信

指同時可以雙向的通信，即通信的一方在發(fā)送信息的同時也能接收信息。全雙工通信采用四線制，有兩個數(shù)據(jù)信道進行數(shù)據(jù)傳輸，適合計算機與計算機之間的通信。

2.2.3廣播式通信與點到點式通信1.廣播式通信在一個計算機網(wǎng)絡中，當一臺計算機通過信道發(fā)送數(shù)據(jù)包時，所有其它的計算機都能“收聽（接收）”到該數(shù)據(jù)包，這種通信就稱為“廣播式通信”，該網(wǎng)絡就稱為廣播式網(wǎng)絡。在廣播式網(wǎng)絡中，所有計算機都共享有一個公共信道（BUS）。如：總線型拓撲網(wǎng)絡、環(huán)型拓撲網(wǎng)絡和集線器（HUB）組建的網(wǎng)絡等。

2.點到點式通信兩臺計算機可直接通信，若沒有直接連接的線路，它們的通信可通過中間節(jié)點的接收、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)直至目的節(jié)點，這種通信方式就稱為“點到點式通信”，而相應的網(wǎng)絡就稱為點到點式網(wǎng)絡。從源節(jié)點到目的節(jié)點可能有多條路徑，決定數(shù)據(jù)包的路徑需通過路由選擇算法。數(shù)據(jù)包存儲轉(zhuǎn)發(fā)與路由選擇是點到點式網(wǎng)絡與廣播式網(wǎng)絡的主要區(qū)別。如：交換式網(wǎng)絡和VPN網(wǎng)絡等。

2.2.4基帶通信與寬帶通信

1.基帶通信

由計算機或終端等數(shù)字設備產(chǎn)生、未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字電信號通常是矩形波形式，頻率以直流和低頻為主，這種電信號稱為“基帶（Baseband）信號”。

在信道中，直接傳輸這種基帶信號的通信方式就叫做“基帶通信（傳輸）”。

基帶信號在近距離范圍內(nèi)衰減不大，因此，在計算機局域網(wǎng)中，廣泛采用基帶通信方式，如：以太局域網(wǎng)。

在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機二進制的比特序列的數(shù)字數(shù)據(jù)信號就是矩形脈沖（波）信號；矩形脈沖信號的固有頻帶稱做基本頻帶（基帶），矩形脈沖信號就叫做基帶信號。在傳輸距離不大遠的情況下，數(shù)字基帶信號可以直接傳送，這就稱為數(shù)字信號的基帶傳輸?；鶐鬏斒且环N最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式，又叫數(shù)字傳輸。如：前面講的計算機局域網(wǎng)中的信號就是基帶傳輸?shù)摹?/p>

基帶波形

2.寬帶通信（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，借助頻帶傳輸，將信道分成多個子信道，分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號，這就稱為寬帶傳輸。利用寬帶進行的通信方式稱為寬帶通信。如：CATV、ISDN。寬帶數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為0～400Mb/s，而通常使用的基帶傳輸速率是5Mb/s～10Mb/s。寬帶傳輸可容納全部廣播信號，并可進行高速數(shù)據(jù)傳輸。寬帶傳輸系統(tǒng)多是模擬信號傳輸系統(tǒng)。

寬帶傳輸中，一個寬帶信道劃分為多個邏輯子信道（即多個傳輸頻道），同時傳送數(shù)據(jù)、語音以及視頻信號，頻道之間用頻率區(qū)分。

寬帶傳輸與基帶傳輸?shù)谋容^：

1）能在一個信道中傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息，使系統(tǒng)具有多種用途；2）一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道，實現(xiàn)多路復用，因此信道的容量大大增加；

3）寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶遠，因為基帶傳輸直接傳送數(shù)字信號，傳輸?shù)乃俾试礁?，能夠傳輸?shù)木嚯x越短。

一個寬帶信道被劃分為許多個邏輯信道（只是在寬帶信道中劃分，可控制的劃分，劃分之后也不是變成多條線路，實際還是一條數(shù)據(jù)線），從而可以將各種聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息綜合在同一物理信道中傳輸。在多個邏輯通道中用不同的信號（模擬信號和數(shù)字信號）傳輸數(shù)據(jù)。2.3通信中的編碼技術

2.3.1編碼概念與類型模擬信號或數(shù)字信號在通過某一介質(zhì)傳輸時，需要進行調(diào)制和編碼，以提高信號傳輸性能。

1、調(diào)制——指用原始數(shù)據(jù)信號（如基帶信號）對載波信號波形的某些參量（振幅（A）、頻率（f）和相位（θ））進行控制，使這些參量隨基帶信號變化。

調(diào)制涉及上述一個或幾個參數(shù)的變化，即有振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。

載波是指被調(diào)制以傳輸信號的波形，一般是正弦波。載波（正弦載波）的頻率，一般遠高于調(diào)制信號（原始數(shù)據(jù)信號）的帶寬頻率（故用高頻信號），否則可能發(fā)生混疊，使傳輸信號失真。

S(t)=Asin(ωt+θ)A：振幅，ω：角頻率，(rad/s)θ：相位。

載波信號是把普通數(shù)據(jù)信號（語音、圖象）加載到一定頻率的高頻信號上。沒加載普通信號時，高頻信號的波幅是固定的，加載之后，波幅隨著普通信號變化（調(diào)幅），還有調(diào)相及調(diào)頻。

將源數(shù)據(jù)信號調(diào)制到載波信號（模擬信號）上，主要作用是：1）減小傳輸中的噪聲；2）頻分復用，在同一信道中，傳輸多路信號而不混疊；3）可傳播更遠的距離，并有利于接收。

2、編碼——指用預先規(guī)定的方法將原始數(shù)據(jù)信號編成數(shù)碼（一般是二進制碼），或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)定的電脈沖信號的過程。編碼是數(shù)據(jù)信息從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的過程。解碼則是編碼的逆過程。

編碼可分為幾種類型：1）信源編碼

模擬數(shù)據(jù)信號通過A／D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號或為提高數(shù)字信號有效性的編碼；

數(shù)字數(shù)據(jù)信號通過D／A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為模擬信號或為提高模擬信號有效性的編碼。

2）信道編碼——為提高可靠性，而采取的差錯控制編碼或抗干擾編碼。

3）保密編碼——為通信保密，在信源編碼后再對信號進行加密，然后在接收端解密的編碼。在計算機網(wǎng)絡中，根據(jù)信源和信道的不同，數(shù)據(jù)信號的調(diào)制和編碼有以下四種情況：（l）數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼（2）數(shù)字數(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（4）模擬數(shù)據(jù)的模擬信號編碼2.3.2模擬數(shù)據(jù)的編碼

PCM調(diào)制方法對連續(xù)變化的模擬信號進行周期性采樣，將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化，以一定的采樣頻率從這些采樣中重構出原始信號。如：對音頻模擬信號進行數(shù)字化編碼，包括三個階段：采樣（取樣）、量化和編碼。采樣定理公式：Fs(=1/Ts)≥2Fmax或Fs≥2Bs式中：Fs為采樣頻率，Ts為采樣周期，F(xiàn)max為原始信號的最高頻率,Bs(=Fmax-Fmin)為原始信號的帶寬。1.取樣指在每隔固定長度的時間點上，抽取模擬數(shù)據(jù)的瞬時值，作為從這一次取樣到下一次取樣之間該模擬數(shù)據(jù)的代表值。2.量化把取樣得到的不同的離散幅值，按照一定的量化級，轉(zhuǎn)換為對應的數(shù)據(jù)值，并取整數(shù)，得到離散信號的具體數(shù)值。3.編碼將量化后的離散值，轉(zhuǎn)換為一定數(shù)位的二進制數(shù)碼。圖2-7

脈沖編碼調(diào)制(PCM)原理

模擬信號數(shù)字化的三個步驟：

(1)采樣：按采樣頻率Fs把模擬信號的值采出；

(2)量化：使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間軸上的離散值；

(3)編碼：將離散值轉(zhuǎn)換成一定位數(shù)的二進制數(shù)碼。2.3.3數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼1.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼指用物理信號（如：電信號）的波形來表示數(shù)字數(shù)據(jù)。通常用不同形式的電信號波形來表示數(shù)字數(shù)據(jù)。數(shù)字信號是離散的、不連續(xù)的電壓或電流的脈沖序列波型。圖2-8不歸零碼圖2-9曼徹斯特碼及差分曼徹斯特碼(3）差分曼徹斯特碼

以上三種編碼各有優(yōu)缺點，選擇時應注意：第一，脈沖寬度越大，發(fā)送信號的能量就越大，這對于提高接收端的信噪比有利；第二，脈沖時間寬度與傳輸頻帶寬度成反比關系。在上述編碼中，曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼應用較為廣泛，是計算機局域網(wǎng)的標準編碼。2.數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬編碼

使用模擬通信系統(tǒng)傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)時，需要借助于調(diào)制解調(diào)裝置，把數(shù)字信號（基帶脈沖）調(diào)制成模擬信號，使其變?yōu)檫m合于模擬通信線路傳輸?shù)男盘?。?jīng)過調(diào)制的信號稱為已調(diào)信號，已調(diào)信號通過線路傳輸?shù)浇邮斩耍诮邮斩私?jīng)過解調(diào)，恢復為原始基帶脈沖信號。

相應于載波信號的振幅、頻率和相位這三個特征，數(shù)字信號的模擬調(diào)制有三種基本調(diào)制方法，即幅度鍵控法ASK、頻移鍵控法FSK和相移鍵控法PSK，（1）幅度鍵控法幅度鍵控（ASK）又叫振幅鍵控，即用數(shù)字的基帶信號控制正弦載波信號的振幅。在此方式下，用載波頻率的兩個不同的幅度，來表示兩個二進制值。圖2-10幅度鍵控（2）頻移鍵控法頻移鍵控（FSK）也叫頻率鍵控，它是用數(shù)字基帶信號控制正弦載波信號的頻率f。在此方式下，用載波頻率附近的兩個不同頻率，來表示兩個二進制值。（3）相移鍵控法

相移鍵控（PSK）也叫相位鍵控。它是用數(shù)字基帶信號控制正弦載波信號的相位。又分為絕對相移鍵控（PSK）和相對相移鍵控（DPSK）。圖2-11頻移鍵控圖2-12絕對相移鍵控圖2-13相對相移鍵控2.4同步技術與多路復用技術

2.4.1同步技術

1.同步傳輸方式

2.異步傳輸方式圖2-14同步方式的同步結(jié)構

異步方式由于每個字符都附加了起始位和停止位，增加了傳輸開銷，所以，傳輸效率有所下降。但如果出現(xiàn)錯誤，只需重發(fā)一個字符即可。這種方式控制簡單，實現(xiàn)容易，適合于低速率場合。2.4.2多路復用技術

1.頻分多路復用

2.時分多路復用3.波分多路復用

4.碼分多路復用

5.空分多路復用

多路復用是指兩個或多個數(shù)據(jù)源共享一個傳輸信道，就像每個數(shù)據(jù)源都有自己的信道一樣，在發(fā)送端將若干個彼此無關的信號，合并為一個能在一個共用信道上傳輸?shù)膹秃闲盘枺谛盘柕慕邮斩?，將復合信號分離出原來的若干個彼此無關的信號。

在一個多路復用系統(tǒng)中，不論輸入或輸出端的數(shù)量多少，都只需要一條傳輸線路。圖2-16多路復用原理

實現(xiàn)多路復用有多種方法，多路復用器的類型也各異。常用的多路復用技術有：頻分多路復用（FDM）、時分多路復用（TDM）、統(tǒng)計時分多路復用（STDM）和波分多路復用（WDM）等。圖2-17頻分多路復用

頻分多路復用技術適用于模擬信號。例如，將FDM用在電話系統(tǒng)中，傳輸?shù)拿恳宦氛Z音信號的頻譜一般在300Hz～3000Hz，僅占用一根傳輸線可用總帶寬的一部分，通常雙絞電纜的可用帶寬是100kHz。一對雙絞線上采用頻分復用技術，可傳輸多達24路電話信號。TDM是將物理信道按時間分成時間片，輪流分配給多個信源來使用公共信道。只要各路數(shù)據(jù)傳輸在時間上能區(qū)分開（不重疊），那么一個信道就有可能傳輸多路數(shù)據(jù)。WDM的原理同頻分多路復用相似，主要用于光纖通信。它是利用不同波長的光，在一條光纖上同時傳輸多路信號。圖2-18時分多路復用圖2-19波分多路復用波分多路復用兩束光波的頻率是不相同的，它們通過或光柵之后，使用了一條共享的光纖傳輸，到達目的結(jié)點后，再經(jīng)過或光柵重新分成兩束光波。4.碼分多路復用碼分多路復用是指利用各路信號碼型結(jié)構正交性，而實現(xiàn)多路復用的一種新型共享信道方法，簡稱CDM。CDM又稱碼分多址（簡稱CDMA）,CDM與FDM（頻分多路復用）和TDM（時分多路復用）不同,它既共享信道的頻率,也共享時間,是一種真正的動態(tài)復用技術。

CDM的原理是：把每比特時間被分成m個更短的時間槽，稱為碼片（Chip），每個站點(通道)指定一個唯一的m位碼片。在碼分多路復用中，每個用戶在同一時間，使用同樣的頻帶進行通信，但使用基于碼型的、分割信道的不同的地址碼，這種地址碼每個用戶分配一個，各碼不重疊，通信各方之間互不干擾，抗干攏能力增強。碼分多路復用常用于移動通信系統(tǒng)（如：手機），可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕夷茉龃笸ㄐ畔到y(tǒng)的容量。如：智能手機、筆記本電腦、個人

PDA，以及掌上電腦(HPC)等移動性計算機的聯(lián)網(wǎng)通信。在碼分多址（CDMA）通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸是由基站進行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即通常所謂的頻分雙工。

無論正向傳輸或反向傳輸，除了傳輸業(yè)務信息外，還須傳送相應的控制信息。CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時隙，無論傳送何種信息的信道，都能通過采用不同的碼型來區(qū)分。5.空分多路復用

空分多路復用(SDM)指多對電線或光纖共用1條纜的復用方式。如：5類線就是4對雙絞線共用1條纜，多芯光纜在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號，其原理與頻分多路復用相似。實現(xiàn)空分復用的前提條件：光纖或電線的直徑小，可將多條光纖或多對電線做在一條纜內(nèi)，既節(jié)省材料，又便于使用。如：武漢研發(fā)的使用單模七芯光纜的，超大容量（560Tb/s）空分多路復用光纖傳輸系統(tǒng)。2.5數(shù)據(jù)交換技術

任意兩個站點間都直接用專線連接，即不方便,又費用高。如有n個站點，若全連通，即其中任一站點同其他所有站點（n-l個）都專線相連，則共需要n(n-l)／2條專線。當n=6時，就需要有15條專線。解決方法：設置一些交換節(jié)點，把各通信站點和交換節(jié)點相連，再把各交換節(jié)點用通信線路相連，構成一個通信網(wǎng)絡。站點間的通信，通過通信網(wǎng)絡的若干節(jié)點轉(zhuǎn)接而成，每個站點只用一條線路和交換節(jié)點相連。

常用的三種數(shù)據(jù)交換技術：（1）電路交換（CircuitSwitching）；

（2）存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換（Store-and-ForwardSwitching）；

（3）快速分組交換（FastPacketSwitching）。

交換網(wǎng)絡2.5.1電路交換電路交換是一種直接交換方式，最早用于電話交換網(wǎng)，由交換機負責在兩個通信站點之間建立一條物理專用線路。

2.5.2存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換不像電路交換那樣，需要通過呼叫建立起物理的傳輸通路，而是以接力方式，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡的節(jié)點之間逐段傳送，直到目的端。工作原理：使數(shù)據(jù)在中間節(jié)點先存儲，再轉(zhuǎn)發(fā)。

圖2-21存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換原理

與電路交換相比，存儲交換具有均衡負荷、建立電路延遲小、可進行差錯控制等優(yōu)點。但實時性不夠好，網(wǎng)絡傳輸延遲較大。在一些實時性要求不是很高的場合（如：計算機網(wǎng)絡），可采用這種交換方式。1.報文交換報文交換以報文為單位交換信息。其過程是：發(fā)送方先把待傳送的數(shù)據(jù)分為多個報文正文，在報文正文上附加發(fā)、收站地址及其他控制信息，形成一份完整的報文（Message）。然后，報文在交換網(wǎng)絡的各節(jié)點間傳送。報文交換主要用于公用電報網(wǎng)中。報文交換沒有撥號呼叫，由報文的報頭控制到達目的地。（類似郵政信件系統(tǒng)）每個報文包括：報頭（Header）、報文正文（Text）和報尾（Trailer）三部分。報頭由發(fā)送端地址、接收端地址及其他輔助信息組成。2.分組交換（PacketSwitching）報文分組交換簡稱“分組交換”或“包交換”。最早在APRA網(wǎng)上運用。這種方式是把報文分成若干個長度較短的分組（Packet包），以分組為單位進行暫存、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

每個分組按格式附加上收發(fā)地址、分組編號、分組的起始、結(jié)束標志和差錯校驗信息等，以供存儲轉(zhuǎn)發(fā)之用。

分組交換技術規(guī)定了每個分組的長度。需注意：雖然只是縮短了網(wǎng)絡中傳輸?shù)男畔㈤L度，但實質(zhì)上，這個表面上微小的變化。卻極大改善了交換網(wǎng)絡系統(tǒng)的性能：

1）降低了對網(wǎng)絡節(jié)點存儲容量的要求；

2）可用節(jié)點設備的主存儲器進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)處理，不需訪問外存了，加快了處理速度，降低了傳輸延遲；

3）信息分組較短，使得下一節(jié)點和線路的響應時間也較短，從而提高了傳輸速率；

4）分組較短，在傳輸中出錯的概率減小，即使有差錯，只需重發(fā)的信息只是一個分組而非整個報文，提高了傳輸效率。

5）在分組交換過程中，多個分組可在網(wǎng)絡中的不同鏈路上并發(fā)傳送，因此，這又可提高傳輸效率和線路的利用率。

不足：分組交換在發(fā)送端，要把報文劃分成若干個分組（組包），在接收端，要對分組進行重裝（拆包并組成報文），這將增加信息的處理時間。在以太網(wǎng)中，分組長度定義為：1500Byte，一般分組長度可選擇：1000～3000Byte。分組交換的主要特點：（1）線路利用率高分組交換以虛電路的形式使用信道，經(jīng)過多個節(jié)點建立一條物理線路，但該線路并不獨占，其中的某一段或幾段可被其他分組所用。（見前圖）（2）傳輸可靠性高網(wǎng)絡中每個分組傳輸時，節(jié)點交換機之間實施差錯校驗與重發(fā)，使誤碼率降低。同時網(wǎng)中的路由機制使分組自動地選擇路由，避開故障點，保障通信不中斷。（3）分組多路通信由于每個分組都含有控制信息，所以各分組可以單獨傳送，同時與多個終端進行通信，把同一信息發(fā)送到不同用戶（群發(fā)）。

存在的問題：大報文分組、重構、包丟失等。

2.5.3快速分組交換快速分組交換（（FastPacketSwitching，簡稱FPS）是一種協(xié)議簡化、只有核心網(wǎng)絡功能的交換技術，它提供高速、高吞吐量、低時延的服務。快速分組交換包括：幀中繼交換（FR）與信元中繼交換（CR）兩種。

1.幀中繼交換幀中繼(FrameRelay，簡稱FR)技術是用簡化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)的一種技術。幀交換屬于快速分組交換，其特點是簡化協(xié)議，只保留核心功能，從而有效提高數(shù)據(jù)傳送速率。

幀中繼將流量控制、糾錯等功能留給智能終端去完成，簡化了節(jié)點機之間協(xié)議。其典型應用是LAN互聯(lián)和X.25網(wǎng)絡互聯(lián)。

2.ATM信元交換

ATM交換是異步傳輸模式的簡稱，這種交換方式綜合了分組交換和線路交換的優(yōu)點。

ATM的信息傳輸、復用和交換以固定長度的信元（53B）為單位。信元的格式統(tǒng)一，種類各不相同，信息流由不同的信元組成。

ATM交換網(wǎng)可達到155Mb/s以上的傳輸速率。

圖2-22ATM遠程網(wǎng)絡2.6差錯控制技術

2.6.1差錯產(chǎn)生的原因與類型在數(shù)據(jù)通信過程中，由于干擾和設備故障的影響，難免存在傳送的符號發(fā)生失真的情況。電信號在傳輸信道上由發(fā)送端傳送到接收端的過程中,其所經(jīng)過的信道為數(shù)據(jù)信號提供通路的同時，也會引入噪聲和干擾，使數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)差錯。差錯：是指在通信接收端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。任何一條通信線路尤其是遠距離通信，都不可避免地存在一定的噪聲干擾，這些噪聲干擾的后果就是導致差錯的產(chǎn)生。為了保證通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，降低誤碼率，對網(wǎng)絡通信系統(tǒng)進行差錯控制是必要的。差錯控制：是指采用可靠、有效的編碼，以減少或消除計算機通信系統(tǒng)中傳輸差錯的方法。

數(shù)據(jù)傳輸中的差錯主要是由熱噪聲引起，熱噪聲有兩大類：

1）隨機熱噪聲是通信信道是固有的、持續(xù)存在的，由線路本身的電子或電氣特性所引起(如：自由電子的布朗熱運動)。特點：在時間上分布較平穩(wěn)，強度小。

2）沖擊熱噪聲是由外界某種原因突發(fā)產(chǎn)生的熱噪聲，如：云層中閃電、電器開關打火、汽車點火、電源波動等，特點：隨機性強，強度大。

提高通信可靠性的方法：1）選用優(yōu)質(zhì)的傳輸介質(zhì)和提高信號功率強度，改善信道傳輸特性。采用最佳的信號編碼和變換方式，使傳輸信號特性與信道特性達到較好的匹配，從而降低原始誤碼率，但這會增加通信成本。2）在傳輸過程中進行差錯控制，將傳輸中出現(xiàn)的差錯消除在傳輸過程中，以提高可靠性。

2.6.2差錯控制的方法在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源設備輸出的數(shù)據(jù)信號，是一串由二進制數(shù)字序列構成的比特流，當它們通過信道傳輸時，干擾信號有可能使某個或某些比特的值發(fā)生變化，使接收時發(fā)生兩種錯誤：將原來的“1”變成了“0”或使“0”變成了“1”，即出現(xiàn)傳輸差錯。

任何一種可靠的通信系統(tǒng)，都要能檢出和糾正這些差錯。為此，要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行差錯控制的編碼。差錯控制包括：檢錯和糾錯。

檢測方法：在數(shù)據(jù)傳輸中將發(fā)送端要傳送的數(shù)字（二進制位）序列中，截取出一組一組的k位數(shù)字組成k位碼元信息序列，并根據(jù)編碼算法按一定的規(guī)則產(chǎn)生r個冗余碼元；然后由冗余碼元和信息碼元構成“n位編碼序列”，稱為“碼字”，n位的碼字比信息碼長（因n＝k+r），將碼字送往信道傳輸。接收端收到的n位碼字中，信息元與冗余碼之間也應符合上述編碼規(guī)則，并根據(jù)這一規(guī)則進行檢驗，從而確定是否有錯。其中，r個冗余碼元稱為校驗碼。這種加入r個冗余碼元的方法還可自動糾錯。圖2-23差錯控制的工作方式2.6.3差錯控制編碼--檢錯碼與糾錯碼

差錯控制編碼的目的：使數(shù)據(jù)在傳輸之后，能檢測和糾正已出現(xiàn)的差錯。只具有檢錯能力的編碼稱為檢錯碼；既能檢錯又能自動糾錯的編碼則稱為糾錯碼。在計算機通信標準中，采用的差錯控制編碼有：奇偶校驗碼、海明碼和循環(huán)冗余校驗碼等。其中，奇偶校驗碼和循環(huán)冗余校驗碼較為常用。1.奇偶校驗碼

是一種最基本的校驗方法。它是通過附加一個檢驗位，來使得碼字中“1”的個數(shù)，保持為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法，是一種能力有限的檢驗碼。圖2-24奇偶校驗碼

采用奇數(shù)的稱為奇校驗，反之，稱為偶校驗，采用何種校驗是事先規(guī)定好的。通常專門設置一個奇偶校驗位，用它使這組代碼中”1”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。若用奇校驗，則當接收端收到這組代碼時，校驗“1”的個數(shù)是否為奇數(shù)，從而確定傳輸代碼的正確性。

奇偶校驗位是一種檢錯碼，由于不能確定哪一位出錯，所以它不能糾錯。當檢測到有錯誤時，只能扔掉先前傳送的全部數(shù)據(jù)，然后從頭重新開始傳輸。具體校驗方法：

奇校驗：讓原有數(shù)據(jù)序列中（包括要加上的一位）1的個數(shù)為奇數(shù)。如：1000110（0），必須添0，這樣原來有3個1已經(jīng)是奇數(shù)，添上0之后1的個數(shù)還是奇數(shù)個。

偶校驗：讓原有數(shù)據(jù)序列中（包括要加上的一位）1的個數(shù)為偶數(shù)。如：1000110（1），就必須加1，這樣原來有3個1，要1的個數(shù)為偶數(shù)只能添1。奇偶校驗只能簡單判斷數(shù)據(jù)的正確性，當一位出錯，可以準確判斷，但如果同時兩位出錯（如：兩個1變成兩個0），怎么辦？？

通常兩位或更多位校驗碼在傳輸過程中出錯的概率比較低，所以，奇偶校驗常用在信道干擾不太嚴重及碼長n不很長時，特別是在計算機通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸（如：計算機串行通信中）等場合。

典型實例：基于ASCII碼的數(shù)據(jù)信號幀傳輸。

ASCII碼是7位碼，采用第8位作為奇偶校驗位。

校驗方法：奇校驗保證所傳輸每個字符的8個位中，1的總數(shù)為奇數(shù)；偶校驗則保證每個字符的8個位中，1的總數(shù)為偶數(shù)。如果被傳輸字符位中，同時有奇數(shù)個(例如1、3、5、