計算機網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)：數(shù)據(jù)通信技術(shù)(第三版)

1第2章數(shù)據(jù)通信技術(shù)2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘问?.3數(shù)據(jù)編碼與信號調(diào)制技術(shù)2.4數(shù)據(jù)傳輸方式2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.6差錯控制與差錯檢測方法22.1.1

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)帶寬與信道容量返回31.

數(shù)據(jù)、信息和信號4

數(shù)據(jù)(Data)是記錄下來的可以被鑒別的符號，是把事物的某些特征（屬性）規(guī)范化后的表現(xiàn)形式。數(shù)據(jù)具有穩(wěn)定性和表達性，即：各數(shù)據(jù)符號所表達的事物物理特性是固定不變的；數(shù)據(jù)符號需要以某種媒體作為載荷體。（39）

信息(Information)是數(shù)據(jù)的一種形式，是對數(shù)據(jù)的認識和解釋。信息是經(jīng)過對數(shù)據(jù)加工和處理產(chǎn)生的。（醫(yī)院－病人體溫－39）

數(shù)據(jù)和信息是有區(qū)別的。數(shù)據(jù)是獨立的，是尚未組織起來的事實的集合，信息則是按照一定要求以一定格式組織起

來的數(shù)據(jù)，凡經(jīng)過加工處理或換算成人們想要得到的數(shù)據(jù)，即可稱為信息。

信號是數(shù)據(jù)的物理表示形式。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，傳輸媒體以適當(dāng)形式傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是信號。電信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種形式。1.

數(shù)據(jù)、信息和信號52.

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)是表達數(shù)據(jù)的兩種方式。當(dāng)數(shù)據(jù)采用電信號方式表達時，由于受電物理特性所限，數(shù)據(jù)只能被表示成離散的編碼和連續(xù)載波兩種形式。

當(dāng)數(shù)據(jù)采用離散的電信號表示時，這樣的數(shù)據(jù)就被稱為數(shù)字數(shù)據(jù)。

當(dāng)數(shù)據(jù)采用電波表示時，這樣的數(shù)據(jù)就被稱為模擬數(shù)據(jù)。6

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)可以相互轉(zhuǎn)換（機頂盒、

Modem）。將模擬信號數(shù)字化的方法有兩種：脈沖編碼調(diào)制（PCM）和增量調(diào)制。2.

模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)71.通信系統(tǒng)的概念和任務(wù)8

通信是把信息從一個地方傳送到另一個地方的過程，用任何方法，通過任何媒體將信息從一個地方傳送到另一個地方均可稱為通信。用來實現(xiàn)通信過程的系統(tǒng)被稱為通信系統(tǒng)。

通信系統(tǒng)都必須具備三個基本要素：信源、傳輸媒體和信宿。

通信系統(tǒng)都必須具備三個基本要素：信源、傳輸媒體和信宿。

通信系統(tǒng)中，除信源、通信媒體和信宿三個基本要素外，通常還需要有信號變換設(shè)備、信號復(fù)原設(shè)備，在傳輸媒體中存在的各種產(chǎn)生差錯的噪聲。計算機調(diào)制解調(diào)器模擬信道

調(diào)制解調(diào)器

計算機9通信系統(tǒng)需要完成的主要任務(wù)10一個通信系統(tǒng)通常需要完成一系列的關(guān)鍵任務(wù)，這些任務(wù)主要包括：傳輸利用率同步差錯管理系統(tǒng)恢復(fù)安全接口交換管理尋址和路由格式轉(zhuǎn)換管理

數(shù)據(jù)通信是隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展在通信領(lǐng)域中產(chǎn)生的一個分支。簡單地說，數(shù)據(jù)通信就是

數(shù)字計算機或其他數(shù)字終端之間的通信，數(shù)據(jù)通

信是計算機與計算機或計算機與其他數(shù)據(jù)終端之

間存儲、處理、傳輸和交換信息的一種通信技術(shù)。

信源發(fā)出的是數(shù)字信號，系統(tǒng)中傳輸?shù)幕締挝皇菙?shù)據(jù)信號，則稱這種通信為數(shù)據(jù)通信，實現(xiàn)這種通信的系統(tǒng)為數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。

以計算機系統(tǒng)為主體構(gòu)成的計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)就是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。112.數(shù)據(jù)通信與數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的特點12具有嚴格的通信協(xié)議和標準；對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸蟾撸?/p>

數(shù)據(jù)通信中，信息量具有突發(fā)性，并且不同業(yè)務(wù)通信持續(xù)時間差異性也較大。

數(shù)據(jù)通信的“用戶”所采用的計算機和終端等設(shè)備多種多樣，它們在通信速率、編碼格式、同

步方式和通信規(guī)程等方面都有很大的差別。

數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)傳輸速率要求高，要求接續(xù)和傳輸響應(yīng)快。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括3個基本組成部分數(shù)據(jù)終端設(shè)備(DTE：Data

Terminal

Equipment)

數(shù)據(jù)電路終端設(shè)備(DCE：Data

Circuit-terminatingEquipment)通信信道。13數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本模型14數(shù)據(jù)通信過程15

數(shù)據(jù)從發(fā)送端出發(fā)到數(shù)據(jù)被接收端接收的整個過程稱為通信過程。通信過程中每次通信包含傳輸數(shù)據(jù)和通信控制兩方面內(nèi)容。

其中：通信控制主要執(zhí)行各種輔助操作，并不交換數(shù)據(jù)，但這種輔助操作對交換

數(shù)據(jù)是必不可少的（同步）。第一階段：用戶將要通信的對方地址信息告訴交數(shù)據(jù)通換信第機通二，階常交段被換：機劃通查分信詢?yōu)殡p該五方地建個址立基終同端本步，階聯(lián)如段系果，，對使每方雙個同方意階設(shè)通段備包括一信組第，操三則作階由段，交：這換傳機樣送建的通立一信雙組控方制操通信作信號的就和物稱數(shù)理為據(jù)通通。道信。功能。第四階處段于：正雙確方收通發(fā)過狀通態(tài)信，控通制信雙息方確相認互此核次對通地信址結(jié)。束。數(shù)據(jù)通信的五個基本階段對應(yīng)五個主要的通信功能。（click

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details）第一階段：建立通信線路第二階段：建立數(shù)據(jù)傳輸鏈路第三階段：傳送通信控制信號和數(shù)據(jù)。第四階段：數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。

第五階段：由通信雙方之一告知交換機通信結(jié)束，切斷物理鏈接通道。16數(shù)據(jù)電路連接方式電路、傳輸信道和傳輸線路是三個不同的概念

傳輸線路是指用于傳輸數(shù)據(jù)信號所使用的具體物理線路（雙絞線、同軸電纜）；

傳輸信道是傳輸線路中的傳遞信號的通道。傳輸線路與傳輸信道的關(guān)系就如同一條公路與在公路上所劃分出的車道的關(guān)系，公路本身就相當(dāng)于傳輸線路，車道就相當(dāng)于傳輸信道。

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每一電路構(gòu)成一個傳輸信道，占用傳輸線路的全部或部分資源。17數(shù)據(jù)電路的連接有多種方式點對點連接點對多點線路連接多點對多點復(fù)用連接18點對點連接兩種：計算機與終端、計算機與計算機（雙機互連注意事項）搜索任務(wù)：雙機互連所用網(wǎng)線的制作方法！19點對多點線路連接20多點對多點復(fù)用連接21通信信道22

在通信系統(tǒng)中，各種信號都要通過通信信道才能從一端點傳至另一端點，通信信道是通信雙方以傳輸媒體為基礎(chǔ)的信號傳遞的通道。

從抽象的角度看，信道是指電信號在通過傳輸媒體時所占有的、指定的一段頻帶，它在準許信號通過的同時，對信號傳輸加以限制。信道中的設(shè)備包括：傳輸媒體和有關(guān)設(shè)備。通信信道分類表23信號的時域

本質(zhì)上，不論模擬信號還是數(shù)字信號，所有信號

都是以波的形式表示和傳播的。信號可以表示為

振幅與時間的函數(shù)s(t),并可以用二維坐標表示。這種用時間函數(shù)表示和研究信號的方法為時域方法。在定義域t內(nèi)，各點的導(dǎo)數(shù)都存在，沒有間斷的信號。在定義域t內(nèi)，各離散點的導(dǎo)數(shù)都不存在，階躍的信號。24數(shù)據(jù)的代碼和編碼25

代碼是利用數(shù)字的一種組合來表示某一種基本數(shù)據(jù)的單元。在通信系統(tǒng)通信和計算機數(shù)據(jù)處理中，數(shù)據(jù)用“代碼（Code）”表示。用代碼表示的基本數(shù)據(jù)單

元被稱為“碼字”，形成代碼的過程被稱做“編碼”（想一想我們的編程過程）。例如：由7位二進制數(shù)組成的ASCII碼，字母“A”被編碼為“1000001”?！?000001”就是字母“A”的代碼。碼元在通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)以代碼形式傳輸，代碼由碼元組成。

用連續(xù)的模擬信號來表示一個碼元或幾個碼元的組合。

用脈沖矩形信號來表示一個碼元或幾個碼元的組合。兩狀態(tài)碼元26四狀態(tài)碼元有效性與數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)通信的有效性是指在給定信道內(nèi)所能傳送信息量的大小，有效性值越高，系統(tǒng)的性能就越好。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，有效性指標是用數(shù)據(jù)傳輸速率或調(diào)制速率表示的。27數(shù)據(jù)傳輸速率

數(shù)字系統(tǒng)中傳輸?shù)氖请x散的數(shù)字信號，數(shù)據(jù)傳輸速率的單位是每秒所傳碼元數(shù)或每秒所傳數(shù)據(jù)位數(shù)。

數(shù)據(jù)位是一個度量信息量大小的單位，信息量的大小，即數(shù)據(jù)位的多少，與碼元的狀態(tài)個數(shù)有關(guān)。

兩狀態(tài)碼元（脈沖），一碼元所包含的信息量為一位；四狀態(tài)碼元，一碼元所包含的信息量為兩位；八狀態(tài)碼元，一碼元所包含的信息量為三位；28舉例29碼元與信息量的關(guān)系為： bit=log2N

即：

b=log2N其中，N為碼元狀態(tài)個數(shù)（如果N=8,那么b=3,也就是八狀態(tài)碼元，一碼元所包含的信息量為三位）。如果，T為每碼元的脈沖時間，數(shù)據(jù)傳輸速率為：Rb=（1/T）log2N舉例：四相調(diào)制解調(diào)器的單位脈沖為T=833×10－6（秒），脈沖狀態(tài)數(shù)N=4，則有：Rb=（1/T）log24=1/(833×10－6

）×2=2400bit/s調(diào)制速率碼元不僅可以用矩形脈沖來表示，還可以用波形脈沖表示。

波形持續(xù)時間越短，單位時間內(nèi)傳輸?shù)牟ㄐ螖?shù)就越多，或者說傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就越多，傳輸速率就越高。調(diào)制速率就是單位時間傳送的波形速率，單位是波特（baud）:RB=1/T30可靠性與傳輸誤碼率31

誤碼率是在通信系統(tǒng)中衡量系統(tǒng)傳輸可靠性的指標。

誤碼率被定義為：二進制碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率。從統(tǒng)計的理論講，當(dāng)所傳送的數(shù)字序列無限長時，誤碼率等于被傳錯的二進制碼元數(shù)與所傳碼元總數(shù)之比。Pe=Ne/N帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率32

從技術(shù)的角度看，帶寬是通信信道的寬度，即為傳輸信道的最高頻率與最低頻率之差，單位為赫茲(Hz)。例如：

920-940MHz所產(chǎn)生的帶寬為20MHz。

帶寬做為目前計算機網(wǎng)絡(luò)通信的一個重要性能指標，主要采用信道每秒鐘可以傳送二進制的“位”的多少來表示，單位為“位/秒”，其符號為bit/s,簡記為bps。

常用單位有：千位/秒（Kbit/s

）、兆位/秒（Mbit/s

）、千兆位/秒（Gbit/s

）。信道的帶寬是由傳輸媒體和有關(guān)的附加設(shè)備與電路的頻率特性綜合決定的。舉例電話交換網(wǎng)的帶寬可以達到56Kbit/s;普通的以太網(wǎng)的帶寬可以達到10Mbit/s;快速以太網(wǎng)的帶寬可以達到1000Mbit/s;網(wǎng)通60元包月的帶寬可以達到2Mbit/s;網(wǎng)通40元包月的帶寬可以達到768Kbit/s;以上為理論上的帶寬，實際上不可能達到。332.2.1模擬傳輸與數(shù)字傳輸2.2.2基帶傳輸與頻帶傳輸2.2.3寬帶傳輸返回342.2.1模擬傳輸與數(shù)字傳輸35模擬傳輸所傳輸?shù)男盘柺悄M信號.

在傳輸過程中，信號會受到干擾和信號能量的損失而產(chǎn)生變形和衰減。

所以，傳輸中每隔一定的距離就要通過放大器來放大信號的強度，但同時也放大了畸變信號。傳輸距離越遠，所需要的放大器個數(shù)越多，從而信號失真就越大。

在數(shù)字傳輸中也存在信號變形和衰減問題，其解決的方法與模擬傳輸解決的方法不同。數(shù)字傳輸解決信號變形和衰減采用的方法

是每隔一定的距離放一個轉(zhuǎn)發(fā)器。

轉(zhuǎn)發(fā)器將完全消除了衰減和畸形的信號轉(zhuǎn)發(fā)出去，從而解決了失真累加的問題。36

正是上述優(yōu)點，使數(shù)字傳輸在逐步取代模擬傳輸。

但由于許多傳輸媒體不適合直接傳輸數(shù)字信號，所以就出現(xiàn)了如下傳輸方法：在數(shù)據(jù)通信中，首先通過調(diào)制解調(diào)器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后通過通信信道傳輸，但在傳輸過程中采用的確是數(shù)字傳輸技術(shù)。372.2.2基帶傳輸與頻帶傳輸38

電信號也叫信號，信號的每秒鐘變化的次數(shù)叫頻率用赫茲（HZ）作單位，信號的頻率有高有低就象聲音有高有低一樣，低頻到高頻的范圍叫頻帶，不同的信號有不同的頻帶

基帶是指調(diào)制前原始電信號所占用的頻帶，是原始電信號所固有的基本頻帶?；鶐盘柺侵赣尚旁粗苯由傻奈唇?jīng)調(diào)制的信號。

如果在通信信道中直接傳送的是基帶信號，則傳輸被稱為基帶傳輸。（補充：所謂基帶傳輸就是把信源生成的信號直接送入線路進行傳輸，如音頻市話、計算機間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?。）進行基帶傳輸?shù)南到y(tǒng)被稱為基帶傳輸系統(tǒng)。

在基帶傳輸中，整個信道只傳輸一種信號，通信信道利用率低，由于在近距離范圍內(nèi)，基帶信號的功率衰減不大，從而信道容量不會發(fā)生變化，因此，在局域網(wǎng)中通常使用基帶傳輸技術(shù)。39

為什么有了基帶傳輸我們還需要頻帶傳輸？基帶數(shù)字信號不適合使用頻帶為300－3400Hz的話音電路傳輸，只有先對基帶數(shù)字信號進行變換才能夠傳輸。

頻帶傳輸就是把基帶數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制變換，變換成能在話音電路上傳輸?shù)哪M信號(例：音頻信號)，模擬信號經(jīng)傳輸媒體被傳送到接收端，在接收端，模擬信號再被復(fù)原的傳輸。40

頻帶傳輸與基帶傳輸不同，基帶傳輸中，基帶信號占有信道的全部帶寬，而頻帶傳輸中的模擬信號通常由某一頻率或某幾個頻率組成，它占用一個固有頻帶，即整個頻道的一部分，這也是稱之為頻帶傳輸?shù)脑?。計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的遠程通信通常都為頻帶傳輸。412.2.3寬帶傳輸寬帶是指比音頻帶寬更寬的頻帶。

利用寬計帶算進機行通的信傳時輸發(fā)稱送為接寬收帶的傳信輸息，均這是樣數(shù)的字系信統(tǒng)號稱，為其寬帶傳輸系占統(tǒng)用。的頻帶很寬，約為幾MHz甚至更高；但目前

由于數(shù)長字距信離號通的信頻時帶采很用寬的，傳不統(tǒng)能電在話寬線帶路網(wǎng)頻中帶直很接窄傳，輸大，必須將其約轉(zhuǎn)只化有成4k模Hz擬左信右號。才直能接在傳寬送帶必網(wǎng)然中會傳造輸成。信寬號帶的網(wǎng)嚴通常傳輸?shù)闹厥腔Ｗ償M，信大號大，降采低用了的通是信頻的帶可傳靠輸性技。術(shù)，所以，寬帶傳輸系統(tǒng)屬于模擬信號傳輸系統(tǒng)。所以，在長距離通信時，為了確保數(shù)據(jù)的正常傳送，一般都要在傳送前把信號轉(zhuǎn)換成適合于傳送的形式，傳送到目的地后在再恢復(fù)成原始信號。這個轉(zhuǎn)換工作可利用調(diào)制解調(diào)器來(modem)實現(xiàn).42寬帶傳輸?shù)奶攸c43寬帶傳輸?shù)奶攸c主要包括如下幾個方面：

寬帶信道能夠被劃分成多個邏輯信道或頻率段，進行多路復(fù)用傳輸，使信道容量大大增加，并對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、TV或無線電信號用單獨的信道支持。

寬帶傳輸能夠在同一信道上進行數(shù)字信息或模擬信息服務(wù)，寬帶傳輸系統(tǒng)可以容納全部廣播信號，并可進行高速數(shù)據(jù)傳輸。

寬帶比基帶傳輸更遠的距離，這是因為運載數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號能夠在噪聲和衰減損壞數(shù)據(jù)之前傳輸一段更長的距離。

寬帶傳輸所傳輸?shù)男盘栔荒苎匾粋€方向傳輸。這是因為一個放大器不可能同時在兩個方向上傳輸同一個頻率信號。所以，在寬帶傳輸中，實現(xiàn)雙向傳輸需要兩條數(shù)據(jù)通路。

局域網(wǎng)中，傳輸方式分基帶傳輸和寬帶傳輸。它們的區(qū)別在于：

基帶傳輸?shù)男盘栔饕菙?shù)字信號，寬帶傳輸?shù)氖悄M信號；

基帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率為0～10Mbps，其典型的數(shù)據(jù)傳輸速率為1～2.5Mbps，寬帶傳輸?shù)臄?shù)據(jù)傳輸速率范圍為0～400Mbps，通常使用的傳輸速率是5～10Mbps。442.3.1數(shù)字數(shù)據(jù)編碼2.3.2數(shù)字信號的調(diào)制2.3.3模擬信號的脈碼調(diào)制返回452.3.1數(shù)字數(shù)據(jù)編碼

數(shù)字信號的基本形式:數(shù)字信號的特點是在時間上和幅度上都是離散的，最簡單的數(shù)字信號是二元碼或稱二進制碼。

二進制碼電信號常采用不同的電壓或電流的脈沖來表示數(shù)字信號的0或1。二進制數(shù)字信號有多種不同的形式。46單級性是指用一個方向的極性和無極性來表示

0、1二值。單級性碼一般不直接用于信道傳輸，常在設(shè)備內(nèi)部或短距離場合使用。47從幅度取值上分為單級性碼和雙極性碼兩種。雙極性是指用兩個不同方向的極性（如：正、負兩極）來表示0、1二值。雙極性碼判決可

靠性高，抗干擾性強，適于長距離傳輸。48從信號電壓或電流是否占滿整個符號的持續(xù)時間分為歸零和不歸零兩種。不歸零：在一碼元全部時間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流49曼徹斯特編碼000111前半個碼元為高電平，后半個碼元為零電平，則表示“1”，否則表示“0”50開始的邊界有跳變代表“0”，否則代表“1”51差分曼徹斯特編碼2.3.2數(shù)字信號的調(diào)制52數(shù)字信號為什么需要調(diào)制：公共電話交換網(wǎng)是一種頻帶模擬信道，音頻信號頻帶

為300Hz～3400Hz，而數(shù)字信號頻寬為0Hz～幾千兆Hz。若

不加任何措施利用模擬信道來傳輸數(shù)字信號，必定出現(xiàn)極

大的失真和差錯。所以，要在公共電話網(wǎng)上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，必須將數(shù)字信號變換成電話網(wǎng)所允許的音頻頻帶范圍300Hz～3400Hz。為了利用廉價的公共電話交換網(wǎng)實現(xiàn)計算機之間的遠程通信，必須將發(fā)送端的數(shù)字信號變換成能夠在公共電話網(wǎng)上傳輸?shù)囊纛l信號，經(jīng)傳輸后再在接收端將音頻信號逆變換成對應(yīng)的數(shù)字信號。實現(xiàn)數(shù)字信號與模擬信號互換的設(shè)備稱作調(diào)制解調(diào)器(Modem)。

模擬信號傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波具有三大要素：幅度、頻率和相位，數(shù)字數(shù)據(jù)可以針對載波的不同要素或它們的組合進行調(diào)制。數(shù)字數(shù)據(jù)到模擬信號的調(diào)制有三種基本方法：振幅調(diào)制（ASK）頻率調(diào)制（FSK）相位調(diào)制（PSK）53頻相率位調(diào)調(diào)制制：：振振幅幅和和相頻位率定定為為常常量量，，頻而率正定弦義波為形變的量起，始圖相c。位不振幅調(diào)同頻制，就：圖是頻d把。率數(shù)和字相信三位號定的種為“常調(diào)1”量和制，“振0方幅”定調(diào)法義制為成變不量同，頻圖率b的。模擬調(diào)幅信就調(diào)號是相，把就例數(shù)是如字把用信數(shù)12號字00的信Hz“號的1的信”“號和1表“”示0和”“調(diào)0”制”，成調(diào)用不制2同成40幅不0H度同z的相信模位號擬的表模擬信號示，信“但號1”頻，。率但接保頻收持率方不和根變幅據(jù)。度載均波保信持號不的變頻。率例就如可載知波道信傳號輸?shù)南嘈盼幌?是度“時1”表還示是“0”0”，。載波信號的相位為180度時表示“1”。Click

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detail542.3.3模擬信號的脈碼調(diào)制55

模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼最典型的例子是PCM（脈沖編碼調(diào)制）編碼：是一種對模擬信號數(shù)字化的取樣技術(shù)，特別是對于音頻信號。。PCM基本編碼過程為三個步驟。

1.采樣.每隔一定的時間對連續(xù)模擬信號采樣，采樣得到的信號就成為一組“離散”的脈沖信號序列。

2.量化.這是一個分級過程，把采樣所得到的脈沖信號按量級比較，并且“取整”，這樣脈沖序列就成為數(shù)字信號了。

3.編碼.就是用一組二進制碼組來表示每一個有固定電平的量化值。把波形按幅度被劃分為8個量化級編碼過程例562.4.1并行傳輸與串行傳輸2.4.2同步傳輸2.4.3單工、半雙工和全雙工通信2.4.4多路復(fù)用傳輸返回572.4.1并行傳輸與串行傳輸

并行數(shù)據(jù)傳輸是在傳輸中有多個數(shù)據(jù)位同時在設(shè)備之間進行的傳輸。58

串行數(shù)據(jù)傳輸是在傳輸中只有1個數(shù)據(jù)位在設(shè)備之間進行的傳輸。對任何一個由若干位二進制

數(shù)表示的字符，串行傳輸都是用一個傳輸信道，按位有序的對字符進行傳輸。592.4.2

同步傳輸60

在網(wǎng)絡(luò)通信過程中，通信雙方要交換數(shù)據(jù)，需要高度的協(xié)同工作。為了正確的解釋信號，接收方必須確切地知道信號應(yīng)當(dāng)何時接收和處理，因此定時是至關(guān)重要的。

同步是要接收方按照發(fā)送方發(fā)送的每個位的起止時刻和速率來接收數(shù)據(jù)，否則會產(chǎn)生誤差。

數(shù)據(jù)從發(fā)送端到接收端雙方必須保持步調(diào)一致，這就是同步。數(shù)據(jù)通信不僅需要同步，對數(shù)據(jù)接收端來說，數(shù)據(jù)還必須是可識別的。數(shù)據(jù)傳輸所采用的同步方法有兩種：位同步和群同步。群同步

群同步采用的是群同步技術(shù)，又稱為異步通信或異步傳輸。

它是指字符可以隨機進行傳遞的一種傳輸，由于每個字符都可以獨立進行傳輸，并可

以不同的速率發(fā)送，因此叫做異步傳輸。61異步傳輸將數(shù)據(jù)分成小組進行傳送，小組可以是8位的1個字符或更長。發(fā)送方可以在任何時刻發(fā)送這些比特組，而接收每方個從字不符知都道包它含們“會起在始什位么（時值候為到0達）?！焙汀巴Ｖ挂粋€位常（見值的為例1子）是”計，算接機收鍵器盤根與據(jù)主從機1到的0通的信變。化按來下識一個字kforde母ta鍵il別、s

一數(shù)個字新鍵字或符特的殊開字始符。鍵這，種就傳發(fā)輸送對一于個每8比個特字位符的都ASCII代碼是。獨鍵立盤的可，以而在且任可何以時以刻不發(fā)同送的代速碼率，發(fā)這送取，決因于此用叫戶的輸入速做度異，步內(nèi)傳部輸?shù)?。硬件必須能夠在任何時刻接收一個鍵入的字符。62

位同步傳輸通常要比群同步傳輸快速得多：位同步傳輸方式，各字符沒有起始位和停止位，克服了異步傳輸方式中的每一個字符均要附加起、止信號的缺點，所以其具有較高的傳輸效率，但實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。位同步傳輸包括外同步和自同步兩種。

自同步的應(yīng)用舉例：差分曼徹斯特編碼、曼徹斯特編碼。位同步632.4.3單工、半雙工和全雙工通信數(shù)據(jù)在通信線路上傳輸是有方向的，根據(jù)數(shù)據(jù)在某一時間信息傳輸?shù)姆较蚝吞攸c，數(shù)據(jù)傳輸方式可分為三種:單工通信、半雙工通信和全雙工通信。64單工通信

如果在通信過程中，數(shù)據(jù)信號在通信線路上的傳輸始終是一個方向，則這種通信被稱為單工通信。65半雙工通信

如果通信系統(tǒng)中，通信信道的每一端可以是發(fā)送端，也可以是接收端，信息可由這一端傳輸?shù)侥且欢?，也可以由那一端傳輸?shù)竭@一端。但在同一時刻里，信息只能有一個傳輸方向，這種通信被稱之為半雙工通信。66全雙工通信

如果在通信系統(tǒng)中，通信雙方同時可以進行雙向數(shù)據(jù)傳輸，稱這種傳輸方式為全雙工通信。672.4.4

多路復(fù)用傳輸68

多路復(fù)用技術(shù)是實現(xiàn)信道共享的技術(shù)（提高信道利用率）。

多路復(fù)用技術(shù)主要包括頻分多路復(fù)用技術(shù)和時分多路復(fù)用技術(shù)兩種。

其中，時分多路復(fù)用技術(shù)中又包括同步時分多路復(fù)用和異步時分多路復(fù)用兩種。頻分多路復(fù)用（FDM）

頻分復(fù)用是將可用的傳輸頻率范圍分為多個較細的頻帶，每個頻帶作為一個獨立的信道分別分配給用戶形成數(shù)據(jù)

傳輸子通路。

頻分復(fù)用的特點是：每個用戶終端的數(shù)據(jù)通過專門分配給它的子通路傳輸，在用戶沒有數(shù)據(jù)傳輸時，別的用戶也不能使用。頻分復(fù)用適合于模擬信號的頻分傳輸，主要用于電話和電纜電視（CATV，即有線電視）系統(tǒng)。演示69時分多路復(fù)用（TDM）

時分多路復(fù)用技術(shù)中又包括同步時分多路復(fù)用和異步時分多路復(fù)用兩種。7071同步時分復(fù)用（STDM）

同步時分復(fù)用是將通信信道在時間上進行分割，形成一種時間上的邏輯子信道，以實現(xiàn)多路復(fù)用傳輸?shù)募夹g(shù)。

同步時分復(fù)用傳輸采用的是固定分配信道技術(shù)。其特點是：對信道進行固定的時隙分配，也就是將一幀中的各時隙以固定的方式預(yù)先分配給各路數(shù)字信號。缺點：不論用戶終端是否有數(shù)據(jù)需要發(fā)送，都

要占用一個時隙，但實際上所有終端不會在每一個時隙都有數(shù)據(jù)輸出，所以，該方法信道利用率較低。Click

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details異步時分復(fù)用（ATDM）

異步時分復(fù)用也稱統(tǒng)計時分復(fù)用或智能時分復(fù)用（ITDM），ATDM克服了STDM具有浪費時隙的缺點，能動態(tài)地按需分配時隙，避免出現(xiàn)空閑時隙。

異步時分復(fù)用只有當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它。當(dāng)用戶暫時停止發(fā)送數(shù)據(jù)時，不給它分配線路資源。演示722.5.1電路交換2.5.2報文交換方式2.5.3報文分組交換2.5.4

ATM交換與幀中繼交換返回數(shù)據(jù)從信源到信宿的傳輸過程，要么是在直接相連的兩個設(shè)備中直接進行數(shù)據(jù)通信，要么是通過一個或若干個中間節(jié)點把數(shù)據(jù)送往目的節(jié)點，這中間就涉及到了一種新的技術(shù)—數(shù)據(jù)交換技術(shù)，數(shù)據(jù)交換是實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N手段。732.5.1電路交換

電路交換是一種直接交換方式，是多個輸入線和多個輸出線之間直接形成傳輸信息的物理鏈路。實際應(yīng)用：電話網(wǎng)74電路交換系統(tǒng)模型電路交換系統(tǒng)主要由電路接續(xù)網(wǎng)絡(luò)和控制系統(tǒng)組成。通過各接口電路，通往各個用戶的用戶線和通往其它交換系統(tǒng)的中繼線被接到電路接續(xù)網(wǎng)上。75電路交換物理連接模型想一想電影中經(jīng)常出現(xiàn)的電話接線員工作時的場景下面看一個具體的實例76A用戶B用戶M局N局P局VUW電話網(wǎng)結(jié)構(gòu)舉例Click

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detailsC第一步：電路建立用戶A撥號，經(jīng)過M局、N局的轉(zhuǎn)接，當(dāng)用戶B的電話鈴響后，表第示二電步路：接通話，電路建立工作完成。當(dāng)通然第過也三建會步立出：起現(xiàn)拆來其除的他電電情路路況傳：送考語慮音M數(shù)局據(jù)、。N局有無故障，線路U

是否通飽話和完等畢等之。后釋放電路，從而使電路可供其他用戶使用。77電路交換的特點78

1)優(yōu)點：數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會丟失且保持原來的序列。

2)缺點：電路的利用率低，雙方在通信過程中的空閑時間，電路不能得到充分利用。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：在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路。在線路釋放之前，該通路由一對用戶完全占用。電路交換效率不高。演示PC

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Phone網(wǎng)絡(luò)電話SkypeRedvipSayhiUUCall內(nèi)地0.17元，國際長途0.17-6.14內(nèi)地0.12元，國際長途0.12內(nèi)地0.12元，港澳臺0.15內(nèi)地0.12元，國際長途0.19-0.69792.5.2報文交換方式報文交換的單位是報文.

報文包括報文的正文信息和指明發(fā)、收節(jié)點地址信息、各種控制信息。

報文一般都比較長，所以，該方式要求網(wǎng)路上每個結(jié)點包括轉(zhuǎn)接中心都要有較大的存儲容量，以備暫存整個報文。80報文交換方式與電路交換方式比較

由于在報文交換方式中，許多報文可以分時共享一條通信通道，所以，報文交換方式效率較高。

報文交換方式不同于電路交換方式，每個節(jié)點都有較大的存儲容量，當(dāng)目的節(jié)點忙時，網(wǎng)絡(luò)具有暫時存儲這個報文的功能，等到目的節(jié)點空閑時再把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。

報文交換方式的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)還可以做到不同數(shù)據(jù)傳輸速率的節(jié)點可以連接；進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、建立報文傳輸優(yōu)先權(quán)等；

因為具有暫時存儲這個功能，所以報文交換方式延時性強（不足之處）。演示812.5.3報文分組交換

分組交換也是一種存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，但與報文交換不同，它是把長的報文劃分為一定長度的分組，以分組為單位進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。

這就不但具備了報文交換方式提高電路利用率的優(yōu)點，同時克服了時延大的缺點。82它與報文交換方式不同的是，交換要包括分組編號，各組報文可按不同的路徑進行傳輸，當(dāng)各組報文都到達目的節(jié)點后，目的節(jié)點按報文分組編號重組報文。83分組交換的特點84

通信子網(wǎng)中的節(jié)點暫時存儲的是一個個分組，而不是整個數(shù)據(jù)文件。

分組是暫時保存在通信子網(wǎng)節(jié)點的內(nèi)存中，而不是被保存在節(jié)點的外存中，從而保證

了較高的交換速率（想一想內(nèi)存和外存的特點）。

分組交換采用的是動態(tài)分配信道的策略，極大的提高了通信線路的利用率。演示分組交換與報文交換對比數(shù)據(jù)傳輸靈活，對中繼節(jié)點存儲容量的要求相對較少轉(zhuǎn)發(fā)延時性降低轉(zhuǎn)發(fā)錯差少，對差錯容易進行恢復(fù)處理便于控制轉(zhuǎn)發(fā)。信息傳輸中，允許被打斷但由于在目的節(jié)點，要對報文進行重新組裝，因此，增加了目的節(jié)點對報文加工處理的

時間，增加了復(fù)雜性。85我們?yōu)槭裁葱枰獛欣^交換與ATM交換技術(shù)？

隨著網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷普及和推廣，高速數(shù)據(jù)傳輸、多媒體應(yīng)用對網(wǎng)路帶寬和實時性傳輸提出了更高的要求，傳統(tǒng)的線路交換與分組交換方式越來越表現(xiàn)出其不適應(yīng)性。這兩種分組交換技術(shù)是對分組交換技術(shù)的改進，其

目的是為了提高節(jié)點的交換速度，主要有兩種方式：幀中繼交換ATM交換返回861.

幀中繼交換87

幀中繼以分組交換技術(shù)為基礎(chǔ)，幀中繼適用于處理突發(fā)性信息和可變長度幀的信息，特別適用于局域網(wǎng)的互連。

幀中繼采用虛電路技術(shù)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要帶寬時，網(wǎng)絡(luò)就能得到其所需要的帶寬，而不必事先預(yù)訂帶寬，帶寬被需要之前，網(wǎng)絡(luò)保持帶寬處于不被使用狀態(tài)。

補充資料：虛電路（虛電路是指位于兩臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的連接。虛電路只給出了兩個遠程端點之間的傳輸通路，并沒有把通路上的帶寬固定分配給通路兩端的用戶，因

此其他用戶的信息流可以共享傳輸通路上物理層鏈路的

帶寬。）虛電路演示

幀中繼把數(shù)據(jù)流分成許多分組分別傳送，分組到達目的地之后再被重新組裝起來。幀中繼分組的構(gòu)成如下：幀中繼的結(jié)構(gòu)及傳輸原理幀定界開始幀中繼幀頭幀定界結(jié)束用戶數(shù)據(jù)幀校驗序列包含尋址信息和少量流量控制管理信息，用于探測在目的節(jié)點是否有足夠大的緩沖區(qū)接收到達的分組。8889幀中繼的結(jié)構(gòu)及傳輸原理看圖體會幀中繼網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)點：分組網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸采用的是確認的方式，在每個中間節(jié)點都需要有確認操作，而幀中繼網(wǎng)絡(luò)采用的是非確認的方式，數(shù)據(jù)幀從源點經(jīng)過一系列中間節(jié)點一直被送到終點之后，再由終點返回響應(yīng)幀，從而簡化了中間節(jié)點的協(xié)議（中間節(jié)點的任務(wù)減輕了，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)幀的速度加快了）。幀中繼交換的基本功能90

在系統(tǒng)上，為任意通信結(jié)構(gòu)提供有效的連接，在數(shù)據(jù)鏈路層上實現(xiàn)鏈路的多路復(fù)用和轉(zhuǎn)接；提供高速的數(shù)據(jù)傳輸；

按需分配信道，動態(tài)提供帶寬。從而提高了線路利用率，幀中繼交換不僅能滿足系統(tǒng)的快速響應(yīng)，還能適應(yīng)突發(fā)

信息的傳輸；為到來的幀選擇路由,以到達正確的輸出端口；能夠處理多規(guī)程通信，但不提供規(guī)程轉(zhuǎn)換和安全管理；

核查幀的校驗序列區(qū)域,以確定幀是否包含一個誤碼,如果包含,丟棄這個幀;

核查并確定交換機的輸入緩沖區(qū)是否滿了,如果滿了,則丟棄到來的幀,直到擁塞清除。幀中繼交換的特點（課下自學(xué)）高效性經(jīng)濟性可靠性靈活性91

ATM（異步傳輸模式）是一種綜合了分組交換和電路交換的優(yōu)點而形成的交換技術(shù)。ATM采用的是面向連接的高速

交換和多路復(fù)用技術(shù),被傳輸?shù)母鞣N信息流可以不依賴共用時鐘，信號能夠獨立的傳送。（ATM:automatic

teller

machine自動取款機）ATM背景資料

ATM中的信元具有固定長度，一個信元單位的長度是53個字節(jié)，其中，信頭５個字節(jié)，有效載荷點48個字節(jié)。所謂信元，就是一種具有固定長度的小分組，每個信92

信頭中包含記載信元去向的邏輯地址,信元維持信息,優(yōu)先

度元及由信頭元的頭糾和錯有碼效等載控荷制兩信部息分；組有成效。載其荷中是的信元的頭信部息段，它分包括含來目自的各地種址不和同控的制業(yè)信務(wù)息的兩用部戶分信內(nèi)息容。，有效載荷部分包含的是用戶數(shù)據(jù)信息。ATM技術(shù)中的多路復(fù)用采用的是排隊分配信道的方法。2.

ATM交換ATM交換的特點以相對較短但長度固定的數(shù)據(jù)單元，即信元為基礎(chǔ)的。簡化了分組交換過程，將分組分段為53字節(jié)的信元，能夠以高達每秒G比特的速度進行傳輸。使廣域網(wǎng)和局域網(wǎng)采用相同的技術(shù)，消除了局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的差別，并將它們綜合為一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。能夠?qū)⒂脩舻碾娦藕蛿?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)綜合為一體，形成一個統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。為每個用戶提供一個專用的交換式連接。將電路交換的可靠性同分組交換的高效性結(jié)合起來,提供了傳送各種類型數(shù)據(jù)的最好方式。可以隨著網(wǎng)絡(luò)容量要求的增減進行伸縮，按需分配帶寬，在不必對網(wǎng)絡(luò)自身重新設(shè)計的情況下，用于高速傳輸。使各種規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計都保恃不變。可以采用廣泛的傳輸媒體傳輸ATM信元。932.6.1差錯與差錯控制2.6.2差錯控制方法2.6.3奇偶校驗碼2.6.4循環(huán)冗余碼2.6.5海明碼返回942.6.1差錯與差錯控制－－熱噪聲熱噪聲是影響數(shù)據(jù)在通信媒體中正常傳輸?shù)母鞣N因素。數(shù)據(jù)通信中的熱噪聲主要包括：

在數(shù)據(jù)通信中，信號在物理信道上的線路本身電氣特性隨機產(chǎn)生的信號幅度、頻率、相位的畸形和衰減（耳機）；電氣信號在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應(yīng)；相鄰線路之間的串線干擾（汽車跨越欄桿）；

大氣中的閃電、電源開關(guān)的跳火、自然界磁場的變化，以及電源的波動等外界因素（雷雨天如何保護電腦）

。95熱噪聲兩大類型

隨機熱噪聲是通信信道上固有的，持續(xù)存在的熱噪聲。這種熱噪聲具有不固定性，所以稱為隨機熱噪聲。

沖擊熱噪聲是由外界某種原因突發(fā)產(chǎn)生的熱噪聲。962.6.1差錯與差錯控制－－差錯97

差錯是在數(shù)據(jù)通信中，接收端接收到的數(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。差錯包括：①數(shù)據(jù)傳輸過程中位丟失；②發(fā)出的值與接收到的值不一致，比如發(fā)出的是

“0”，接受到的是“1”。差錯的產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸中所產(chǎn)生的差錯主要是由熱噪聲引起的。由于熱噪聲會造成傳輸中的數(shù)據(jù)信號失真，產(chǎn)生差錯，所以，在傳輸中要盡量減少熱噪聲。98差錯控制差錯控制就是指在數(shù)據(jù)通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯，對差錯進行糾正，從而把差錯限制在數(shù)據(jù)傳輸所允許的盡可能小的范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。99差錯控制編碼差錯控制編碼的基本思想是通過對信息序列某種變換，使原來彼此獨立、沒有相關(guān)性的信息碼元序列，經(jīng)過變換產(chǎn)生某種相關(guān)性，接收端據(jù)此來檢查和糾正傳輸序列中的差錯。不同的變換方法構(gòu)成不同的差錯控制編碼。差錯控制編碼分檢錯碼和糾錯碼兩種

檢錯碼是能夠自動發(fā)現(xiàn)錯誤的編碼（CRC，循環(huán)冗余檢驗碼）；

糾錯碼是既能發(fā)現(xiàn)錯誤，又能