計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) 課件 高殿武 王昊 王登科等 第2章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

本章學(xué)習(xí)要求:

?掌握：數(shù)據(jù)通信的基本概念

?掌握：物理傳輸媒體（介質(zhì)）

?掌握：數(shù)據(jù)編碼與傳輸方式

?掌握：多路復(fù)用

?掌握：數(shù)據(jù)交換

?了解：物理層接口與協(xié)議

?掌握：差錯(cuò)控制

?掌握：數(shù)據(jù)鏈路控制協(xié)議

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2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

?數(shù)據(jù)通信:

?依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)通信

實(shí)體之間傳遞數(shù)據(jù)信息

①例如：計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端之間

＞數(shù)據(jù)通信基本作用是完成兩個(gè)實(shí)體間數(shù)據(jù)的交

換

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2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型

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2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型

(1)信源/信宿

(2)?:

＞信道是傳輸信號(hào)的通路，由傳輸線路及相應(yīng)的

附屬設(shè)備組成。同一條傳輸線路上可以有多個(gè)

信道。

(3)曼:

A它是所有干擾信號(hào)的總稱

(4)信號(hào)轉(zhuǎn)換器(變換器)：

?變換器的主要功能是在信源或信宿與信道之間

進(jìn)行信號(hào)的變換。

①調(diào)制解調(diào)器(Modem)

0編碼解碼器(Codec)

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2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的常用術(shù)語(yǔ)

1.信息、消息和信號(hào)

⑴筵:

A信息是人腦對(duì)客觀物質(zhì)的反映

(2)消息:

A消息是具有一定意義的語(yǔ)言、文字、圖象、數(shù)

據(jù)等。

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（3）信號(hào):

?信號(hào)是信息在傳輸過(guò)程中的表示形式，是用于傳

輸?shù)碾娮?、光或電磁編碼

■模擬信號(hào)（也稱為連續(xù)信號(hào)）：

4隨時(shí)間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波

4用模擬信號(hào)表示要傳輸?shù)男畔?，是指利?/p>

其某個(gè)參量（如幅度、頻率或相位等）的

變化來(lái)表示數(shù)據(jù)

?模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

■數(shù)字信號(hào)（也稱為離散信號(hào)）：

」一系列離散的電脈沖

心用數(shù)字信號(hào)表示要傳輸?shù)男畔?，是指利?/p>

其某一瞬間的狀態(tài)來(lái)表示數(shù)據(jù)

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(4)信息、消息和信號(hào)三者之間的關(guān)系

A從消息中提取有用的信息，用信號(hào)去表示

A信號(hào)是信息的載體，是消息的內(nèi)容和解釋

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2.模擬信道和數(shù)字信道

?數(shù)據(jù)通信過(guò)程:

?發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信號(hào)，并通過(guò)物

理信道傳送到接收方的過(guò)程

?傳輸信道分為:

?模擬信道

A數(shù)字信道

?數(shù)據(jù)通信分為:

?模擬通信

?數(shù)字通信

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(1)模擬通信:

A模擬通信是指在模擬信道以模擬信號(hào)的形式來(lái)

傳輸數(shù)據(jù)

?①模擬信道傳輸模擬數(shù)據(jù)

?②模擬信道傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

?模擬通信在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，需用放大器增加電

信號(hào)中的能量

一克服了衰減，但增加了噪聲

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(2)數(shù)字通信:

＞數(shù)字通信是指在數(shù)字信道以數(shù)字信號(hào)的形式來(lái)

傳輸數(shù)據(jù)

?①數(shù)字信道傳輸模擬數(shù)據(jù)

?②數(shù)字信道傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

?數(shù)字通信在長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，需用中繼器(重發(fā)

器)提取并重發(fā)數(shù)字信號(hào)

一既克服了衰減，又克服了噪聲

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2.1.3信道的極限信息傳輸速率

1.碼元傳輸速率

?碼元傳輸速率簡(jiǎn)稱傳碼率,又稱符號(hào)速率、碼元

速率、波特率、調(diào)制速率

A表示單位時(shí)間內(nèi)（每秒）信道上實(shí)際傳輸碼元

的個(gè)數(shù)，單位是波特（Baud）

?傳輸速率Rb與波特率RB之間的關(guān)系:

>Rb=RBlog2N

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2.信道容量

?信道容量即信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，即信

道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限。

(1)離散的信道容量

A奈奎斯特(Nyquist)在無(wú)噪聲條件下的碼

元速率極限值B與信道帶寬H的關(guān)系為：

OB=2H(Baud)

?奈奎斯特公式即無(wú)噪聲條件下的信道容量C

的公式為:

C=2Hlog2N(bps)

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(2)連續(xù)的信道容量

A1948年，香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)

出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極

限信息傳輸速率:、

C=Wlog21+:

7

0信噪比=101ogio(S/N)(dB)

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2.2物理傳輸媒體(介質(zhì))

?常用的傳輸介質(zhì)分為有線傳輸介質(zhì)和無(wú)線傳輸介

質(zhì)兩大類

>(1)有線傳輸介質(zhì)

①有線傳輸介質(zhì)主要有雙絞線、同軸電纜和光

笠

>(2)無(wú)線傳輸介質(zhì)

一主要有無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光

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2.2.1雙絞線及其制作實(shí)例

1.雙絞或

?雙絞線是局域網(wǎng)中使用最廣泛的傳輸介質(zhì)

A分為非屏蔽雙絞線(UTP)和屏蔽雙絞線

(STP)兩大類

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?雙絞線特點(diǎn)：

＞價(jià)格比較便宜

?連接可靠性好

A布線施工和維護(hù)簡(jiǎn)單、，

?可提供高達(dá)1000Mbps的傳輸帶寬等，可用于數(shù)

據(jù)、語(yǔ)音、視頻等多媒體信息的傳輸

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?雙絞線常見(jiàn)的有:

A3類線，5類線和超5類線,以及最新的6類線等

?3類線：

4用于語(yǔ)音傳輸及最高傳輸速率為其此兇

的數(shù)據(jù)傳輸

4主要用于10BASE-T以太網(wǎng)

?5類線

O用于語(yǔ)音傳輸和最高傳榆速率為1000Mbps的

數(shù)據(jù)傳輸

①主要用于100BA主-T和于00BASE-T以太網(wǎng)

?超5類線:

O主要用于千兆位以太網(wǎng)（1兆0M以太06/27/2013

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?目前，施工布線工程中最常使用的雙絞線布線標(biāo)

準(zhǔn)有兩個(gè)：

AT568A標(biāo)準(zhǔn)和T568B標(biāo)準(zhǔn)

?把水晶頭（RJ-45頭）有塑料彈簧片的一面向下，

有針腳的一方向上，使有針腳的一端指向遠(yuǎn)離自

己的方向，有方形孔的一端對(duì)著自己

A最左邊的是第1腳,最右邊的是第8腳

12345678IM2345678

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T568AT56SB

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?T568A標(biāo)準(zhǔn)從第1根~第8根線的顏色依次為：

A白綠、綠、白橙、藍(lán)、白藍(lán)、橙、白棕和棕。

?T568B標(biāo)準(zhǔn)從第1根~第8根線的顏色依次為：

A白橙、橙、白綠、藍(lán)、白藍(lán)、綠、白棕和棕。

?在網(wǎng)絡(luò)施工接線時(shí)，可以隨便選擇一種標(biāo)準(zhǔn)

?一般同網(wǎng)絡(luò)中所有網(wǎng)線制作采用同一標(biāo)準(zhǔn)，這

樣比較規(guī)范

A在實(shí)際施工布線工程中使用T568B標(biāo)準(zhǔn)的比較多

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2.雙絞線制作實(shí)例

?直通線(StraightCable):

?兩端RJ-45頭中的線序排列完全相同的雙絞線，

稱為直通線

A通常用于不同種設(shè)備之間的連接

■例如：計(jì)算機(jī)與交換機(jī)或HUB間的連接

?交叉線(CrossoverCable)

A兩端線序標(biāo)準(zhǔn)不同的雙絞線

?交叉線通常用于同種設(shè)備之間的連接

O例如用于HUB或交換機(jī)間的連接、計(jì)算機(jī)和

計(jì)算機(jī)之間的連接。

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做線步驟

(1)X

(2)

(3)

(4)

(5)壓線

?視頻演示

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2.2.2同軸電纜

?常用的同軸電纜有兩大類：

A基帶同軸電纜（用于局域網(wǎng)傳輸數(shù)字信號(hào)的

50Q的粗纜和50Q的細(xì)纜）

?寬帶同軸電纜（用于寬帶傳輸模擬信號(hào)的75Q

電纜）。

?普通雙絞線可以傳輸?shù)皖l與中頻信號(hào)，同軸電纜

可以傳輸?shù)皖l到特高頻信號(hào)，光纖可以傳輸可見(jiàn)

光信號(hào)

?特點(diǎn)

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2.2.3光纖

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1.光纖的通信原理

?光纖通信的原理

?光纖是利用光的全反射原理傳輸光信號(hào)

?對(duì)于多芯的光纖，要正常通信，必須同時(shí)使用其

中的兩芯

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2.光纖的分類

?單模光纖(SingleModeFiber)和多模光纖

(MultiModeFiber)

?跳變式光纖和漸變式光纖

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3.光纖的特點(diǎn)

(1)通信速度快

(2)傳輸距離長(zhǎng)

(3)信號(hào)干擾小

(4)安全性較好

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4.光纖在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

?光纖一般用于距離較遠(yuǎn)或者對(duì)帶寬要求很高的情

況下

?光纖要能正常使用，在兩端先要把里面的芯燧接

上跳線或者尾纖

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2.2.4無(wú)線傳輸媒體（介質(zhì)）

?目前用于通信的主要有：

?無(wú)線電波、微波、紅外線、可見(jiàn)光

?對(duì)于無(wú)線媒體，發(fā)送和接收都是通過(guò)天線實(shí)現(xiàn)的

?無(wú)線傳輸有兩種基本的構(gòu)造類型:

A定向的和全向的

①通常，30MHz~1GHz適用于全向應(yīng)用

■而2~40GHz可實(shí)現(xiàn)高方向性的波束,它非常

適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的傳輸

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1.無(wú)線通信

?無(wú)線通信所使用的無(wú)線電波頻段覆蓋從低頻到特高

頻

?應(yīng)用例子：

0調(diào)幅無(wú)線電使用中波(中頻)MF(300KHz?3MHz)

0短波無(wú)線電使用高頻HF(3M-30M)

0調(diào)頻無(wú)線電廣播使用甚高頻VHF(30M-300MHz)

①電視廣播使用甚高頻到特高頻UHF(30M?3GHz)

0802.11系列無(wú)線局域網(wǎng)、Bluetooth使用2.4GHz頻段

?關(guān)于于MHz~1GHz:

?視距傳輸

A下雨對(duì)無(wú)線電波的衰減影響不大

A多路干擾06/27/2013

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2.微波通信

?地面微波系統(tǒng)常用的頻率范圍是2~40GHz

?衛(wèi)星微波系統(tǒng)常用的頻率范圍是1~10GHz

?地面微波“接力”通信

?微波天線最常見(jiàn)的類型是拋物面的“碟狀”天線

?微波信號(hào)傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是:

>(1)只能進(jìn)行視距傳播

>(2)由于大氣對(duì)微波信號(hào)的吸收與散射，以及

雨天等氣候的影響，信號(hào)將嚴(yán)重衰減

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3.蜂窩無(wú)線通信

?結(jié)構(gòu)：

?小區(qū)（cell）:

O目前的移動(dòng)通信系統(tǒng)將一個(gè)大區(qū)制覆蓋的區(qū)

域劃分成多個(gè)小區(qū)（cell）

A基站（BS）:

①每個(gè)小區(qū)制的覆蓋區(qū)域設(shè)立一個(gè)基站（BS）

?移動(dòng)站（SS）:

0通過(guò)基站在用戶的移動(dòng)站（SS）之間建立通

信

A小區(qū)覆蓋的半徑較小，一般為1~10km,因此可

用較小的發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)雙向通信06/27/2013

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3.蜂窩無(wú)線通信

-蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng):

?由若干小區(qū)構(gòu)成的覆蓋區(qū)叫做區(qū)避

A由于區(qū)群的結(jié)構(gòu)酷似蜂窩，因此人們將小區(qū)制

移動(dòng)通信系統(tǒng)叫做蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)

?3G

-在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多址接入方法主要有3

在：

A頻分多址接入FDMA

?時(shí)分多址接入TDMA

A碼分多址接入CDMA

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4.衛(wèi)星通信

?衛(wèi)星通信系統(tǒng)：

A是微波通信的一種

?其中繼站設(shè)在衛(wèi)星上

?衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)成:

A通過(guò)衛(wèi)星微波形成的點(diǎn)到點(diǎn)通信線路、兩個(gè)地

球站（發(fā)送站、接收站）與一顆通信衛(wèi)星

O上行鏈路與下行鏈路

?衛(wèi)星通信優(yōu)點(diǎn)

A容量大、距離遠(yuǎn)、覆蓋廣

?具有廣播能力、多站可以同時(shí)接收一組信息

?缺點(diǎn)：

?傳播延遲時(shí)間長(zhǎng)06/27/2013

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2.3數(shù)據(jù)編碼與傳輸方式

?編碼

?調(diào)制:

?將模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)通過(guò)傳

輸介質(zhì)發(fā)送出去的過(guò)程

1.模擬數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)調(diào)制

?模擬數(shù)據(jù)以模擬信號(hào)傳輸時(shí)可以直接在模擬信道

上傳輸，但是，出于天線尺寸和抗干擾等諸多問(wèn)

題的考慮，一般也需要進(jìn)行調(diào)制

?其輸出信號(hào)是一種帶有輸入數(shù)據(jù)的、頻率極高

的模擬信號(hào)。

?其調(diào)制技術(shù)有3種：調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相

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2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

?數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼,

?解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示問(wèn)題

A由網(wǎng)絡(luò)上的硬件完成

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不歸零碼NRZ(non-returntozero)

?可分為單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼

?編碼規(guī)則、判決門限、同步方式

?計(jì)算機(jī)串口與調(diào)制解調(diào)器之間采用的是不歸零碼

M010100110

17

(a)0.5---------------------------------------------------------------------------------判決門限

010100110

⑹------------------------------------------------------------------------------At

----------I----------------------------------1-----------06/27/2013

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歸零碼

?可分為單極性歸零碼和雙極性歸零碼

?編碼規(guī)則、同步方式、比較

I010100110

010100110

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自同步碼

?自同步碼

?編碼在傳輸信息的同時(shí)，將時(shí)鐘同步信號(hào)一起

傳輸過(guò)去

?曼徹斯特（Manchester）編碼:

A每一位的中間（1/2周期處）有一跳變,該跳變

既作為時(shí)鐘信號(hào)（同步），又作為數(shù)據(jù)信號(hào)

A從高到低的跳變表示數(shù)字“0”，從低到高的跳變

表示數(shù)字“1”

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自同步碼

?差分曼徹斯特（DifferentManchester）編碼:

?每一位的中間（1/2周期處）有一跳變，但是，

該跳變只作為時(shí)鐘信號(hào)（同步）

?數(shù)據(jù)信號(hào)根據(jù)每位開(kāi)始時(shí)有無(wú)跳變進(jìn)行取值:

有跳變表示數(shù)字“0”，無(wú)跳變表示數(shù)字“1”。

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3.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬信號(hào)調(diào)制

?要在模擬信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，首先數(shù)字信號(hào)要

對(duì)相應(yīng)的模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)制,即用模擬信號(hào)作為

載波運(yùn)載要傳送的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

?載波信號(hào)可以表示為正弦波形式:

Af(t)=Asin(cot+<j))

①其中幅度A、頻率3和相位巾的變化均影響

信號(hào)波形

①通過(guò)改變這三個(gè)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的編

碼

?相應(yīng)的調(diào)制方式分別稱為幅度調(diào)制ASK、頻

率調(diào)制FSK和相位調(diào)制PSK

4結(jié)合ASK、FSK和PSK可以實(shí)現(xiàn)高速調(diào)制,

常見(jiàn)的組合是PSK和ASK的結(jié)合06/27/2013

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幅度調(diào)制（幅移鍵控ASK）

二進(jìn)制信號(hào)

調(diào)幅

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頻率調(diào)制（頻移鍵控FSK）

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相位調(diào)制（絕對(duì)相移鍵控和相對(duì)相移鍵控）

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4.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼

?常把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)來(lái)傳輸

A因?yàn)閿?shù)字信號(hào)傳輸具有失真小、誤碼率低、價(jià)

格低和傳輸速率高等特點(diǎn)

?將模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)最常見(jiàn)的方法：

A脈沖編碼調(diào)制PCM(PulseCodeModulation)

技術(shù)

?它包括3個(gè)步驟：采樣、量化和編碼

?PCM的理論基礎(chǔ)是奈奎斯特(Nyquist)采樣定

理：

?若對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行周期性采樣，只

要采樣頻率大于等于有效信號(hào)最高頻率或其帶

寬的兩倍，則采樣值便可包含原始信號(hào)信全部

停息，可以從舉些采樣中重新構(gòu)造出原始信

u

模擬數(shù)據(jù)

采樣

量化

樣本序號(hào)12345678910

編碼樣本值（卜進(jìn)制）2358522343

二進(jìn)制編碼010011101111101010010011100011

數(shù)字信號(hào)

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5.正交調(diào)制的基本概念

?ADSL(非對(duì)稱數(shù)字用戶線路)常用正交調(diào)幅QAM

(quadratureamplitudemodulation)調(diào)制

A這種調(diào)制技術(shù)是調(diào)幅與調(diào)相的綜合o

?使用兩個(gè)彼此相差90度的互為副本的載波頻率，

就有可能在相同的載波頻率上同時(shí)發(fā)送兩個(gè)不同

的信號(hào),QAM正是利用了這一特點(diǎn)。

?使用兩電平ASK

?使用四電平ASK

06/27/2013

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6.擴(kuò)頻簡(jiǎn)介

?通過(guò)模擬信號(hào)擴(kuò)頻既可用于傳輸模擬數(shù)據(jù)，也可

用于傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

A其實(shí)質(zhì)為調(diào)制技術(shù)

06/27/2013

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擴(kuò)頻系統(tǒng)的主要特點(diǎn)

?擴(kuò)頻系統(tǒng)的主要特點(diǎn)是：

A輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)入信道編碼器，并產(chǎn)生模擬信號(hào)，這個(gè)模

擬信號(hào)具有圍繞某個(gè)中心頻率的相對(duì)較窄的帶寬

?然后這個(gè)信號(hào)被類似隨機(jī)的數(shù)字序列進(jìn)一步凋制，這個(gè)

隨機(jī)數(shù)字序列稱為偽隨機(jī)后列（pseudorandom

sequence）

用偽隨機(jī)序列調(diào)制后傳輸信號(hào)的帶寬有顯著增加

（頻譜被擴(kuò)展）

0偽隨機(jī)序列是使用一些稱為種子（seed）的初始值

通過(guò)某種算法得到的，除非知道算法和種子，否則

就不大可能推測(cè)出這個(gè)序列

?在接收端，使用相同的數(shù)字序列對(duì)擴(kuò)頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。

最后，信號(hào)進(jìn)入信道解碼器被還原成數(shù)據(jù)

06/27/2013

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直接序列擴(kuò)頻DSSS

(DirectSequenceSpreadSpectrum)

?廣泛應(yīng)用于包括計(jì)算機(jī)無(wú)線網(wǎng)等許多領(lǐng)域

?使用這種機(jī)制時(shí)，原始信號(hào)中的一個(gè)比特在傳輸

信號(hào)中就變成了多個(gè)比特，稱為切片編碼

(chippingcode)(擴(kuò)頻碼)

A例如在發(fā)射端將“1”用11000100110代替，而將

“0”用00110010110去代替，這個(gè)過(guò)程就實(shí)現(xiàn)了

擴(kuò)頻

06/27/2013

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直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)特點(diǎn)

①抗干擾性強(qiáng)

?擴(kuò)頻

?擴(kuò)頻碼

A相關(guān)性

②隱蔽性好

?功率譜密度

A擴(kuò)頻碼

③易于實(shí)現(xiàn)碼分多址CDMA

④抗多徑干擾

?相關(guān)性

⑤DSSS通信速率高

06/27/2013

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跳頻擴(kuò)頻FHSS

(FrequencyHoppingSpreadSpectrum)

?實(shí)現(xiàn)方法：

A載頻信號(hào)以一定的速度和順序，在多個(gè)頻率點(diǎn)

上跳變傳遞,接收端以相應(yīng)的速度和順序接收

并解調(diào)

O這個(gè)預(yù)先設(shè)定的頻率跳變的序列就是偽隨機(jī)

序列。

?在一個(gè)相對(duì)的時(shí)間段內(nèi)，就可以看作在一個(gè)寬的

頻段內(nèi)分布了傳輸信號(hào)，也就是寬帶傳輸

?原因：系統(tǒng)的工作頻率在不停地跳變，在每個(gè)

頻率點(diǎn)上停留的時(shí)間僅為毫秒或微秒

?跳頻擴(kuò)頻技術(shù)特點(diǎn)：

?相對(duì)于DSSS,跳頻技術(shù)具有更好的保密性和抗

干擾性能，但帶寬較低06/27/2013

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2.3.2數(shù)據(jù)傳輸方式

?根據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳輸有不同的方式

1.串/并行通信

?并行通信:

A數(shù)字信號(hào)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸

并行通信傳輸速度快、收發(fā)雙方不存在字符同步問(wèn)

題

適用于近距離和高速率的通信（是計(jì)算機(jī)內(nèi)的主要

傳輸方式）

?串行通信

?數(shù)據(jù)以比特流逐位在一條信道上傳輸

■傳輸效率低，收發(fā)雙方需要保證同步

一串行通信適用于計(jì)算機(jī)之間通信和遠(yuǎn)程通信（它是

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的主要傳輸方式）

06/27/2013

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2.通信線路的連接方式

(1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接

(2)多點(diǎn)連接

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3、單/雙工通信

?數(shù)據(jù)傳輸按數(shù)據(jù)

傳送的方向與時(shí)

間可以分為:

A單工

A半雙工

A全雙工

A站B站

06/27/2013

（。全雙T

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4.基帶傳輸和頻帶傳輸

?基范是指離散矩形波固有的頻帶

?基帶信號(hào)是指離散矩形波（用0、1表示的離散矩

形波信號(hào)）

?基帶傳輸是指在信道中直接傳輸數(shù)字信號(hào)的傳輸

方式，且傳輸媒體的整個(gè)帶寬都被基帶信號(hào)占

用，雙向地傳輸數(shù)據(jù)

?基帶傳輸?shù)念l帶可以從0Hz（直流）到幾百

MHz,甚至幾千MHz

＞電話通信線路一般不能滿足基帶傳輸要求

?傳輸距離、重發(fā)器

06/27/2013

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頻帶傳輸

?先將基帶信號(hào)變換（調(diào)制）成便于在模擬信道

中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍的模擬信號(hào)（稱

為頻帶信號(hào)），再將這種頻帶信號(hào)在模擬信道

中傳輸

O例如利用電話線的寬帶ADSL接入

06/27/2013

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5.異步傳輸和同步傳輸

?在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送端與接收端采用串行

通信時(shí)，通信雙方交換數(shù)據(jù)要有高度的協(xié)同動(dòng)作

A即保證傳輸數(shù)據(jù)速率、每個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間和

間隔均相同，這就是同步問(wèn)題。

?實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸同步有同步傳輸和異步傳輸兩種方

式（在利用數(shù)據(jù)編碼的位同步基礎(chǔ)上）

06/27/2013

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異步傳輸

?異步傳輸

A以字符作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝?/p>

A在傳送的每個(gè)字符首末分別設(shè)置1位起始位以及

1位或2位停止位，起始位是低電平（編碼為

“0”），停止位為高電平（編碼為“1”）

A字符可以是5位或8位，當(dāng)字符為8位時(shí)停止位是

2位，8位字符中包含1位校驗(yàn)位

?各字符之間的間隔是任意的、非同步的，但在一

個(gè)字符時(shí)間之內(nèi)，收發(fā)雙方的各數(shù)據(jù)位保持同步

?開(kāi)銷

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06/27/2013

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同步傳輸

?同步傳輸

A要求發(fā)送方和接收方時(shí)鐘始終保持同步,即每

個(gè)比特位必須在收發(fā)兩端始終保持同步，中間

沒(méi)有間斷時(shí)間

A可分為：

?面向字符的同步

一面向位的同步

06/27/2013

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同步傳輸

?面向字符的同步：

?同步字符SYN

?面向位的同步：

A用某個(gè)特殊的8位二進(jìn)制串F(如01111110)作

為同步標(biāo)志

?同步傳輸不是獨(dú)立地發(fā)送每個(gè)字符，而是把字符

或二進(jìn)制序列組合為帶有同步標(biāo)志的數(shù)據(jù)塊發(fā)

送，一般稱這樣的數(shù)據(jù)塊為數(shù)據(jù)幀,簡(jiǎn)稱幀。

?開(kāi)銷

06/27/2013

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同步字符同步字符同步字符

SYNSYN字符串SYN

同步標(biāo)志同步標(biāo)志

1

F二進(jìn)制位串F

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2.4多路復(fù)用

?多路復(fù)用(multiplexing,也常簡(jiǎn)稱為復(fù)用)

?在一條物理線路上傳輸多路信號(hào)來(lái)充分利用信

道資源。

?采用多路復(fù)用的主要原因如下：

>(1)通信工程中用于通信線路架設(shè)的費(fèi)用相當(dāng)

高，人們需要充分利用通信線路的容量

>(2)無(wú)論在廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)中，傳輸介質(zhì)的

傳輸容量往往都超過(guò)了單一信道傳輸?shù)耐ㄐ帕?/p>

06/27/2013

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多路復(fù)用的基本原理

高速通信線路

06/27/2013

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多路復(fù)用一般可分為以下幾種基本形式

(1)頻分多路復(fù)用FDM(FrequencyDivision

Multiplexing)

(2)波分多路復(fù)用VDM(WavelengthDivision

Multiplexing)

(3)時(shí)分多路復(fù)用TDM(TimeDivision

Multiplexing)

(4)碼分多路復(fù)用CDM(CodeDivision

Multiplexing)o

06/27/2013

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2.4.1頻分多路復(fù)用

?頻分多路復(fù)用的基本原理是：

A在一條通信線路上設(shè)計(jì)多路通信信道，每路信

道的信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制,各個(gè)載

波頻率是不重疊的，相鄰信道之間用“警戒頻

帶''隔離

①那么，一條通信線路就可以同時(shí)獨(dú)立地傳輸

多路信號(hào)。

?頻分多路復(fù)用是利用帶通濾波器實(shí)現(xiàn)的

?使用FDM的前提是:

?物理信道的可用帶寬要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于各原始信號(hào)的

帶寬。

06/27/2013

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OFDM（正交頻分復(fù)用）

?OFDM在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中被廣泛應(yīng)用

?其基本思想:

A將信道的可用帶寬劃分成若干相互正交的子載

波，在每個(gè)子載波上獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

O從而實(shí)現(xiàn)對(duì)高速串行數(shù)據(jù)流的低速并行傳輸

06/27/2013

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OFDM（正交頻分復(fù)用）

?它由傳統(tǒng)的頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)演變而來(lái)，區(qū)別

在于：

AOFDM是通過(guò)DFT（離散傅立葉變換）和IDFT而不

是傳統(tǒng)的帶通濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)子載波之間的分割

?各子載波可以部分重疊，但仍然保持正交性

O因而大大提高了系統(tǒng)的頻譜利用率

?波形

A數(shù)據(jù)的低速并行傳輸增強(qiáng)了OFDM抵抗多徑干擾

和頻率選擇性衰減的能力。

?OFDM的每個(gè)子載波可以有自己的調(diào)制方式,例如

可以選用QAM64等。06/27/2013

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2.4.2波分多路復(fù)用

?波分多路復(fù)用

A在一根光纖上同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)不同的光載波

A實(shí)際上WDM是FDM的一個(gè)變種,用于光纖信道

?波分多路復(fù)用實(shí)現(xiàn)：

A在光學(xué)系統(tǒng)中利用衍射光柵來(lái)實(shí)現(xiàn)多路不同頻率光

波信號(hào)的合成與分解

?隨著技術(shù)的發(fā)展，目前可以復(fù)用80路或更多路的光載

波信號(hào)，這種復(fù)用技術(shù)也叫做密集波分復(fù)用DWDM

(DenseWavelengthDivisionMultiplexing)

06/27/2013

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2.4.3時(shí)分多路復(fù)用

1.時(shí)分多路復(fù)用的概念

?應(yīng)用前提：

?當(dāng)信號(hào)的頻寬與物理線路的頻寬相當(dāng)時(shí)，就不

適合采用頻分復(fù)用技術(shù)

O如數(shù)字信號(hào)具有較大的頻率寬度，通常需要

占用物理線路的全部帶寬來(lái)傳輸一路信號(hào)

A數(shù)字信號(hào)作為離散量，具有持續(xù)時(shí)間很短的特

點(diǎn)

O可以考慮將線路的傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象

06/27/2013

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2.4.3時(shí)分多路復(fù)用

1.時(shí)分多路復(fù)用的概念

-時(shí)分多路復(fù)用

?將線路傳輸時(shí)間分成一個(gè)個(gè)互不重疊的時(shí)隙

(timeslot),并按一定規(guī)則將這些時(shí)隙

分配給多路信號(hào)，每一路信號(hào)在分配給自己

的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行傳輸

06/27/2013

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2.時(shí)分多路復(fù)用的分類

?時(shí)分多路復(fù)用又可分為兩類:

?同步時(shí)分多路復(fù)用與統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用

?同步時(shí)分多路復(fù)用(synchronousTDM,STDM)：

A將時(shí)間片預(yù)先分配給各個(gè)信道，并且時(shí)間片固

定不變，因此各個(gè)信道的發(fā)送與接收必須是同

步的

?統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用:

A允許動(dòng)態(tài)地分配時(shí)間片

?比較:線路資源、地址

?異步時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)為異步傳輸模式ATM技術(shù)的

研究奠定了理論基礎(chǔ)06/27/2013

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3.時(shí)分多路復(fù)用的應(yīng)用

E1標(biāo)淮

?E1標(biāo)準(zhǔn)就是采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)將許多路PCM話音

信號(hào)裝成時(shí)分復(fù)用幀后，再送往線路上一幀一幀地

傳輸。

AE1標(biāo)準(zhǔn)在歐洲、中國(guó)、南美國(guó)家使用。

AE1的數(shù)據(jù)率為：(32x8bit)/125us=2.048Mb/s

A對(duì)El進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到E5等高次群

時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀

CH]CH2???CH14CH15CH16CH17CH18???CH30CH31

15個(gè)活路15個(gè)話路

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T1標(biāo)準(zhǔn)

?T1標(biāo)準(zhǔn)也是采用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，使24個(gè)話路復(fù)

用在一個(gè)物理信道上

ATI標(biāo)準(zhǔn)在北美、日本等國(guó)家和地區(qū)使用。

ATI的數(shù)據(jù)率為：

(24x8bit+lbit)/125us=l.544Mb/s

?對(duì)T1進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成T2到T4等高次群

2.4.4碼分多路復(fù)用

?碼分復(fù)用CDM技術(shù)又叫碼分多址CDMA(CodeDivision

MultipleAccess)技術(shù)

A是在擴(kuò)頻通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種無(wú)線通

信技術(shù)

?特點(diǎn)比較:

AFDM的特點(diǎn)是信道不獨(dú)占，而時(shí)間資源共享，每一

子信道使用的頻帶互不重疊

ATDM的特點(diǎn)是獨(dú)占時(shí)隙，而信道資源共享，每一個(gè)

子信道使用的時(shí)隙不重疊

ACDMA的特點(diǎn)是所有子信道在同一時(shí)間可以使用整

個(gè)信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，它在信道與時(shí)間資源上均

共享06/27/2013

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2.4.4碼分多路復(fù)用

?CDMA技術(shù)多用于移動(dòng)通信:

?不同的移動(dòng)臺(tái)（或手機(jī)）可以使用同一個(gè)頻率,

但是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)（或手機(jī)）都被分配一個(gè)獨(dú)特的

“碼序列”，該碼序列與所有別的碼序列都不同

?各個(gè)移動(dòng)臺(tái)（或手機(jī)）的碼片序列還必須互相正

交（Orthogonal）

O即內(nèi)積（InnerProduct）都是0,但任何一個(gè)

碼片向量的規(guī)格化內(nèi)積都是1,一個(gè)碼片向量和

該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是-1

06/27/2013

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?采用CDMA：

A可提高通信的語(yǔ)音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?/p>

?減少干擾對(duì)通信的影響，增大通信系統(tǒng)的容量

A降低手機(jī)的平均發(fā)射功率

06/27/2013

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2.5數(shù)據(jù)交換

?數(shù)據(jù)交換:

?將數(shù)據(jù)在各中間結(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程稱為數(shù)據(jù)

交換

?數(shù)據(jù)交換技術(shù)可分為:

A電路交換

?存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換

O報(bào)文交換

■分組交換

4數(shù)據(jù)報(bào)交換

“虛電路交換

06/27/2013

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2.5.1電路交換

?電路交換:

?也稱線路交換，在電路交換中，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)

通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)

中建立一條實(shí)際的物理線路連接

?利用電路交換進(jìn)行通信需以下三個(gè)階段：

>(1)電路建立

>(2)數(shù)據(jù)傳輸

>(3)電路拆除

06/27/2013

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06/27/2013

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電路交換的特點(diǎn)

(1)數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速、有序(按原來(lái)的次序)

A線路建立后，所有數(shù)據(jù)直接傳輸

(2)線路利用率低

A電路接通后即為專用信道

(3)線路建立時(shí)間較長(zhǎng)，造成有效時(shí)間的浪費(fèi)。

(4)線路交換適用于高負(fù)荷的持續(xù)通信和實(shí)時(shí)性要求

較強(qiáng)的場(chǎng)合(如會(huì)話式通信)，不適合突發(fā)性通信

06/27/2013

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2.5.2報(bào)文交換

?報(bào)文交換(MessageSwitching)：

A是以“報(bào)文”為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換(Storeand

ForwardSwitching)的技術(shù)

?傳輸過(guò)程

06/27/2013

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(1)主要優(yōu)點(diǎn)：

?沒(méi)有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間,線路利用

率高

?有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)機(jī)制,傳輸可靠性較高

(2)缺點(diǎn):

?大報(bào)文問(wèn)題

O延遲過(guò)長(zhǎng)

①存儲(chǔ)容量要求較高

O增加了出錯(cuò)概率和重傳延遲

O存儲(chǔ)管理復(fù)雜

A報(bào)文交換不適用于實(shí)時(shí)交互通信

06/27/2013

?現(xiàn)已基本上不再使用。

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2.5.3分組交換

?分組交換(PacketSwitching)

A是以“分組”為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換的技術(shù)

?將大的報(bào)文分成若干個(gè)小的分組,每個(gè)分組通

過(guò)交換網(wǎng)絡(luò)中的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)

O分組的好處

?分組交換又可以分成數(shù)據(jù)報(bào)交換和虛電路兩種交換

方式

A無(wú)連接服務(wù)，采用數(shù)據(jù)報(bào)方式

?面向連接的服務(wù)，采用虛電路方式

06/27/2013

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1.數(shù)據(jù)報(bào)

?在數(shù)據(jù)報(bào)方式中：

A結(jié)點(diǎn)間不需要建立從源主機(jī)到目的主機(jī)的固定連

接。

A源主機(jī)所發(fā)送的每一個(gè)分組都獨(dú)立地選擇一條傳

輸路徑

0每個(gè)分組在通信子網(wǎng)中可以通過(guò)不同傳輸路

徑，從源主機(jī)到達(dá)目的主機(jī)

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數(shù)據(jù)報(bào)具有以下特點(diǎn)

(1)同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過(guò)

通信子網(wǎng)

(2)同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂

序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象

(3)每一個(gè)分組在傳輸過(guò)程中都必須帶有目的地址與

源地址

(4)數(shù)據(jù)報(bào)方式報(bào)文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通

信，不適用于長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話式通信

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2.虛電路

?虛電路(VC,VirtualCircuit)方式：

A虛電路方式在分組發(fā)送前，需要在發(fā)送方與接收

方之間建立一條邏輯通路

一試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式和電路交換方式結(jié)合起來(lái)

?每個(gè)分組除了包含數(shù)據(jù)之外還包含一個(gè)虛電路標(biāo)識(shí)

符

?在預(yù)先建好的路徑上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)依據(jù)虛電路標(biāo)識(shí)

符就知道把這些分組向哪條路徑發(fā)送，不再需要

路由選擇判定

?虛電路的數(shù)據(jù)交換過(guò)程分為以下3個(gè)階段：虛電路建

立階段、數(shù)據(jù)傳輸階段和虛電路拆除階段

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2

3

J國(guó)回一^:福^B

6

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虛電路方式具有以下幾個(gè)特點(diǎn)

(1)在分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建

立一條邏輯連接

(2)一次通信的所有分組都通過(guò)這條虛電路順序傳送

?分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息

A分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序

的現(xiàn)象

(3)分組通過(guò)虛電路上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)只需做差

錯(cuò)檢測(cè)，而不必做路徑選擇

(4)通信子網(wǎng)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以和任何結(jié)點(diǎn)建立多條虛

電路連接

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2.5.4ATM交換

1.采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

2.信元交換

AATM將數(shù)據(jù)組織成若干個(gè)信元,信元長(zhǎng)度與格式固

定，并且很短

O每個(gè)信元長(zhǎng)度固定為53字節(jié)，頭部固定為5字

O可以減少ATM交換機(jī)的數(shù)據(jù)交換的處理負(fù)荷，

這就為交換機(jī)的高速交換創(chuàng)造了有利條件

3.兩級(jí)虛電路體制

AATM的每條物理鏈路可以包含一條或多條虛路徑

VP;每條虛路徑VP又可以包含一條或多條虛通道

VC

0路徑可以將許多通道捆綁在一起作公共處理“3

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?ATM交換：

＞是建立在電路交換和分組交換基礎(chǔ)上的一種面向

連接的快速分組交換技術(shù),兼具電路交換的實(shí)時(shí)

性和服務(wù)質(zhì)量及分組交換的靈活性，且更有效

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2.6物理層接口與協(xié)議

?物理層僅關(guān)心比特流信息的傳輸

?不涉及比特流中各比特之間的關(guān)系（包括信息

格式及含義）

A對(duì)傳輸差錯(cuò)也不做任何控制

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2.6.1物理層接口與標(biāo)準(zhǔn)的基本概念

1.基本概念

?廣域網(wǎng)物理層定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE(Data

TerminalEquipment)和數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCE

(DataCircuit-terminationEquipment)之間

的接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

ADTE是用戶網(wǎng)絡(luò)接口上的用戶端設(shè)5典型的

DTE是路由器、主機(jī)等

?而DCE是網(wǎng)絡(luò)端設(shè)備，DCE的作用是在DTE和傳輸

線路之間提供信號(hào)變換和編碼的功能，并且負(fù)

責(zé)建立、管理和釋放數(shù)據(jù)鏈路的連接

①例如調(diào)制解調(diào)器

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2.6.1物理層接口與標(biāo)準(zhǔn)的基本概念

2.接口基本特性：

A機(jī)械特性

A電氣特性

?功能特性

①接口信號(hào)線按功能一般可分為數(shù)據(jù)信號(hào)線、

控制信號(hào)線、定時(shí)信號(hào)線和接地線四類

A規(guī)程特性

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2.6.2物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例

1.IEEE802.3物理層接口標(biāo)準(zhǔn)

?局域網(wǎng)物理層協(xié)議中最出名的是IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)，

它定義了以太網(wǎng)的各種線纜標(biāo)準(zhǔn)和接口的類型等

?接口有很^多種，常見(jiàn)的接口有RJ-45接口、RJ-11接

口、AUI接口

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腳名功能定義簡(jiǎn)稱

TranceiveData+（發(fā)信號(hào)

1TX+

+）

TranceiveData（發(fā)信號(hào)

TX-

2）

ReceiveData+（收信號(hào)+）

3RX+

Notconnected（空腳）

4n/c

Notconnected（空腳）

5n/c

ReceiveData-（收信號(hào)-）

6RX-

Notconnected（空腳）

7n/c

Notconnected（空腳）06/27/2013

8n/c