網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)(第一章)

計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)

莆田學(xué)院計算機教研室2003年2月莆田學(xué)院計算機教研室2003-2引言一、課程特點（實用性、專業(yè)性、知識性均很強）

知識性和實用性最強的技術(shù)課程之一。計算機課程中自學(xué)難度最大的之一。掌握計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須理論與實踐并重。

網(wǎng)絡(luò)工程師應(yīng)掌握的知識和技術(shù)有：

◆網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與組網(wǎng)設(shè)計（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議/網(wǎng)絡(luò)類型/網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)/網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選擇）

◆網(wǎng)站建立(服務(wù)器安裝/網(wǎng)頁制作)◆網(wǎng)絡(luò)管理與維護（用戶和文件系統(tǒng)管理/安全性）

◆網(wǎng)絡(luò)施工技術(shù)（綜合布線等）

◆網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫開發(fā)與維護（Web數(shù)據(jù)庫技術(shù)）

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)專家=扎實的理論基礎(chǔ)+踏實的工作實踐莆田學(xué)院計算機教研室2003-2二、學(xué)習(xí)目標與學(xué)習(xí)內(nèi)容

■學(xué)習(xí)目標從一個網(wǎng)絡(luò)工程師的角度，了解現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的基本技術(shù)理論，掌握基本結(jié)構(gòu)、互聯(lián)原理、組網(wǎng)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管理與網(wǎng)站建設(shè)的基本知識，為今后深入學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)工程實踐打基礎(chǔ)。

■學(xué)習(xí)內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識（參考：教材第1、2、3、7章）局域網(wǎng)技術(shù)（參考：教材第3、4章）

TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（參考：教材第5、8章）網(wǎng)絡(luò)互連設(shè)備與技術(shù)（參考：教材第5、6章）網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成（補充）網(wǎng)絡(luò)安全與管理（參考：教材第10章）■學(xué)習(xí)特點教材內(nèi)容偏舊偏空，所以大量講課內(nèi)容在教材之外。

要求：聽課/筆記/預(yù)習(xí)教案/作業(yè)術(shù)語（中英文）多，概念多，技術(shù)性強莆田學(xué)院計算機教研室2003-2三、考核內(nèi)容

筆試：基本知識/基本概念/基本協(xié)議/常用命令/常用英文術(shù)語教案下載

0/網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教案/03年2月新教案四、推薦參考書■入門⒈《最新計算機網(wǎng)絡(luò)實用教程》（臺灣）楊豐瑞楊豐任編著中國鐵道出版社2001年7月⒉《計算機網(wǎng)絡(luò)》陳文革程向前編（面向21世紀課程教材）高等教育出版社1999年6月■提高⒈《計算機網(wǎng)絡(luò)》（第3版）美）AndrewS.Tanenbaum著熊桂喜/王小虎譯清華大學(xué)出版社1998年7月⒉《TCP/IP協(xié)議族》（影印英文版）（美）BehrouzA.Forouzan/SophiaChungFegan著清華大學(xué)出版社2000年12月莆田學(xué)院計算機教研室2003-2第一章計算機網(wǎng)絡(luò)概論

本章主要內(nèi)容1.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述1.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.3差錯控制技術(shù)1.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)1.5外網(wǎng)接入1.6網(wǎng)絡(luò)的四種基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1.7常用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.1計算機網(wǎng)絡(luò)概述1.1.1什么是計算機網(wǎng)絡(luò)(Network)a．計算機網(wǎng)絡(luò)的基本要求

未連網(wǎng)前的計算機系統(tǒng)——“信息孤島”?！顐鬏斠螅罕仨殞⑿畔⑺偷秸_的目標設(shè)備。信息必須由且只能由指定設(shè)備（用戶）接收。☆精度要求：必須保證信息傳輸?shù)臏蚀_性。在傳輸后被改變、出現(xiàn)錯誤的信息是不可用的信息。☆時間要求：必須保證信息傳輸?shù)臅r間性。遲到的信息是無用的信息。

對于視頻、音頻之類實時傳輸，還要求保證信息傳輸?shù)捻樞?。莆田學(xué)院計算機教研室2003-2

b、計算機網(wǎng)絡(luò)的基本組成一個用于計算機連網(wǎng)通信的系統(tǒng)一般由六個部分組成：信息（message）

文字、數(shù)值、圖形、聲音、圖像等發(fā)送設(shè)備各種信息處理設(shè)備（計算機等）接收設(shè)備各種信息處理設(shè)備（計算機等）通信設(shè)備負責(zé)主機間的通信控制和通信處理傳輸媒介各種電纜、光纜、無線電波等通信協(xié)議通信規(guī)則（無協(xié)議的兩臺設(shè)備可以連接但無法通信，如同講不同語言的兩人無法對講）

主機(host)莆田學(xué)院計算機教研室2003-2c、計算機網(wǎng)絡(luò)的定義(參考)

計算機網(wǎng)絡(luò)是計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)通信技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物。所謂“計算機網(wǎng)絡(luò)”，通俗地講，就是將地理位置不同的多個計算機系統(tǒng)通過通信設(shè)備和線路連接起來，以功能完善的網(wǎng)絡(luò)軟件（“在協(xié)議控制下”）實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中資源共享和數(shù)據(jù)交換的系統(tǒng)。

未來通信和網(wǎng)絡(luò)的目標——5W：

◆任何人（whoever）◆任何時間（whenever）◆任何地方（wherever）◆和任何人（whomever）◆任何信息（whatever）莆田學(xué)院計算機教研室2003-2參考:計算機網(wǎng)絡(luò)的最新發(fā)展

新一代因特網(wǎng)正在到來，WWW要變GGG

美國《福布斯》雜志的科技版《ForbesASAP》2001年9月10日發(fā)表一組文章，預(yù)測信息技術(shù)的下一波大浪潮將在2004～2005年度出現(xiàn)，這一波浪潮的本質(zhì)特征就是萬維網(wǎng)（WorldWideWeb）升華為網(wǎng)格（GreatGlobalGrid），2020年，由此產(chǎn)生的互聯(lián)網(wǎng)將成長為一個20萬億美元產(chǎn)值的大產(chǎn)業(yè)。網(wǎng)格（grid）是借鑒電力網(wǎng)（powergrid）的概念提出來的，指使用者在任何地方，都能夠?qū)崿F(xiàn)對各種網(wǎng)絡(luò)資源的“即插即用”，即只要你能夠接觸到網(wǎng)格，就可以根據(jù)自己的需要，“按需”從網(wǎng)格獲取各種資源與服務(wù)，而不必關(guān)心資源與服務(wù)所在的具體位置。中國科學(xué)院計算所所長李國杰院士解釋說，網(wǎng)格實際上是繼傳統(tǒng)因特網(wǎng)、萬維網(wǎng)之后的第三代因特網(wǎng)應(yīng)用。傳統(tǒng)因特網(wǎng)實現(xiàn)了計算機硬件的聯(lián)通，萬維網(wǎng)實現(xiàn)了網(wǎng)頁的聯(lián)通，而網(wǎng)格試圖實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)上所有資源的全面聯(lián)通，包括計算資源、存儲資源、通信資源、軟件資源、信息資源、知識資源等等，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬環(huán)境上的資源共享和協(xié)同工作，消除信息孤島和資源孤島。長期以來，很多專家都在批評因特網(wǎng)和萬維網(wǎng)，說它們是垃圾山，人們不停地往里倒東西，結(jié)果使它們包含了很多重復(fù)、過時、零亂的數(shù)據(jù)。還有的說它們是低等生物，沒有大腦，沒有創(chuàng)造力。與因特網(wǎng)相比，網(wǎng)格是有大腦的，因為它能根據(jù)用戶的需求自動地生產(chǎn)知識。中科院計算所副所長徐志偉博士給我們描述了網(wǎng)格的藍圖：你有一個外出旅游的計劃，在萬維網(wǎng)的條件下，你必須登陸不同的網(wǎng)頁一步步實現(xiàn)訂機票、訂房間、確定路線。網(wǎng)格時代，你只需向網(wǎng)格發(fā)一個去某地旅游的指令，網(wǎng)格馬上就會給你一個回復(fù)，提供機票、住宿、行程等全部資訊。選定你的需要后再告訴網(wǎng)格，很快網(wǎng)格就會完成一套為你量身訂做的旅游服務(wù)。你所不知道的是，很短的時間里，網(wǎng)格在背后收集和傳送了很多信息，做了十幾筆交易。徐志偉說，電力網(wǎng)的模式是網(wǎng)格努力的方向。幾乎不會有人在打開電燈的時候考慮電是從哪個電站來的。因特網(wǎng)的情形如何呢？人們獲取信息并不直接從因特網(wǎng)本身獲取，必須告訴電腦去訪問某一個網(wǎng)站，這就好比我們在打開電燈的開關(guān)時必須告訴它我們需要某一電站來的電一樣笨拙。網(wǎng)格的目標就是讓人們使用網(wǎng)絡(luò)資源像用電一樣簡單。Internet的作用是將各種計算機連結(jié)起來，而網(wǎng)格是將各種信息資源（內(nèi)容）連結(jié)起來。在Internet/Web上，數(shù)據(jù)和信息資源零散地分布在各個網(wǎng)格站點。而在信息網(wǎng)格中，資源被統(tǒng)一管理和使用。用戶可以通過網(wǎng)格門戶透明地使用整個網(wǎng)絡(luò)資源。他們看到的是一個邏輯門戶上的若干與自己相關(guān)的頻道，而不用在成千上萬個網(wǎng)站中搜索自己想要的信息。打一個不太精確的比方，信息網(wǎng)格相當于中央電視臺，而目前的Internet/Web相當于成千上萬個獨立的制作組，各制作組有自己的頻道、互不共享資源，只提供原始數(shù)據(jù)。我國已經(jīng)啟動了網(wǎng)格技術(shù)研究，著手建立中國的國家高性能計算環(huán)境和國家信息網(wǎng)格系統(tǒng)。在今后5～10年內(nèi)，我國的信息網(wǎng)格將初步建成。

莆田學(xué)院計算機教研室2003-2d．計算機網(wǎng)絡(luò)的組成

網(wǎng)絡(luò)=資源子網(wǎng)+通信子網(wǎng)

P8資源子網(wǎng)硬件資源（主機、終端、I/O設(shè)備等）、軟件資源、數(shù)據(jù)資源等，負責(zé)全網(wǎng)數(shù)據(jù)處理業(yè)務(wù)，向網(wǎng)絡(luò)用戶提供各種網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)

通信子網(wǎng)傳輸介質(zhì)（電纜、光纖、無線電波等）、通信設(shè)備（交換機等），承擔全網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)接、加工和變換等通信處理工作

通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.1.2計算機網(wǎng)絡(luò)的功能和應(yīng)用

資源共享軟、硬件資源共享（硬盤／打印機／軟件包……）從成本上看數(shù)據(jù)交換即時（動態(tài)）數(shù)據(jù)交換（股市行情／軍事／生產(chǎn)管理／訂票系統(tǒng)／電子郵件……）從效率上看

網(wǎng)絡(luò)＝橋梁

使世界變小可靠性和安全性如:通過網(wǎng)絡(luò)備份存放提高信息可靠性使用網(wǎng)絡(luò)訪問權(quán)限控制提高信息安全性

……莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.1.3計算機網(wǎng)絡(luò)的分類

通常可以通過兩個方式來分類：傳輸技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。

1．按傳輸技術(shù)分廣播式網(wǎng)絡(luò)（broadcastnetwork）

一條共享通信信道；信息以廣播形式送到所有站點，網(wǎng)絡(luò)地址符合者接收之，不符者舍棄之。特例：多播（multicasting）點到點網(wǎng)絡(luò)（point-to-pointnetwork）

信息從源主機到目標主機，通常要經(jīng)過多個中間設(shè)備，且有多條路徑。因此其路由算法十分重要。

一般來講——

小的、本地性的網(wǎng)絡(luò)采用廣播方式大的、遠程性的網(wǎng)絡(luò)采用點到點方式莆田學(xué)院計算機教研室2003-22．按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分

P27局域網(wǎng)（LAN,LocalAreaNetwork）

近距（一般10km以內(nèi)，通常在一個機構(gòu)或一組建筑物中)；一般使用專門敷設(shè)的線路；使用本地主機資源(主機/服務(wù)器為中心)，免費用或少費用。廣域網(wǎng)（WAN,WideAreaNetwork）

遠程（可達數(shù)千公里，可跨地區(qū)、國家，甚至全球聯(lián)網(wǎng))；一般通過租用的專線接入公共數(shù)據(jù)通信網(wǎng)實現(xiàn)遠程連接；

·以路由器為技術(shù)基礎(chǔ)（一般連接兩個或兩個以上局域網(wǎng)）。

WAN通信一般稱為“服務(wù)”（service），因為網(wǎng)絡(luò)提供商通常要對所提供的WAN服務(wù)收費。

城域網(wǎng)（MAN，MetropolitanAreaNetwork）分布范圍在LAN和WAN之間(幾十公里內(nèi)),通常是一個城市內(nèi)多數(shù)LAN的組合網(wǎng)。莆田學(xué)院計算機教研室2003-22．按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分(續(xù))介于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)之間的網(wǎng)絡(luò)（CAN,統(tǒng)稱“區(qū)域網(wǎng)”）

①內(nèi)部網(wǎng)（Intranet）

②園區(qū)網(wǎng)/校園網(wǎng)（Campusnetworks）

最大特點：大量使用外部信息資源（特別是Internet上的資源)?！し?wù)基于Internet技術(shù)：通常提供WWW、E-mail、FTP、BBS、虛擬網(wǎng)等服務(wù)或功能，良好安全性，可連接Internet?！そM網(wǎng)基于LAN技術(shù)：主機/服務(wù)器為中心，交換機為主要通信設(shè)備，獨立的網(wǎng)絡(luò)資源和管理系統(tǒng)，專門敷設(shè)的線路?！け旧砜捎扇舾蓚€LAN組成或是一個大型的LAN?！じ邘?。

本課程中，將這類網(wǎng)絡(luò)以下統(tǒng)稱“區(qū)域網(wǎng)”，而將單個部門或單個建筑物內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)稱為“局域網(wǎng)”。莆田學(xué)院計算機教研室2003-22．按網(wǎng)絡(luò)規(guī)模分(續(xù))互連網(wǎng)絡(luò)（Internet）

若干個網(wǎng)絡(luò)連接起來構(gòu)成一個更大的網(wǎng)絡(luò)。

Internetisalargestinternet！遠程連接（Remoteconnections）

將位于網(wǎng)絡(luò)分布范圍之外的部門辦公室和單個用戶連接到本地網(wǎng)或Internet上。普通客戶一般通過Modem(調(diào)制解調(diào)器)和租用的公用電話線路實現(xiàn)遠程連接。由于數(shù)字信號中高頻諧波很多,在通過電話線之類所謂“模擬信道”傳輸時衰減很嚴重,會失去數(shù)字信號的特征,所以在傳輸前先把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號(“調(diào)制”)，反之接收時要進行“解調(diào)”。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.1.4通信網(wǎng)與計算機網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)由用戶終端設(shè)備、交換設(shè)備和傳輸線路組成。交換設(shè)備間的傳輸線路稱為“中繼線”，用戶終端設(shè)備與交換設(shè)備間的傳輸線路稱為“用戶線”。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.1.4通信網(wǎng)與計算機網(wǎng)絡(luò)（續(xù)）常用通信網(wǎng)有電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和計算機專用網(wǎng)。典型的電信網(wǎng)有：公用電話網(wǎng)（PSTN）、分組交換網(wǎng)（X.25）、數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）。從整個電信網(wǎng)的角度來劃分，電信網(wǎng)可以分為三個部分：長途網(wǎng)（長途端局以上的部分）、中繼網(wǎng)（長途端局和市話局及市話局之間的部分）和用戶接入網(wǎng)（從本地電話局到用戶之間的部分）。典型的廣播電視網(wǎng)有：無線廣播電視網(wǎng)、衛(wèi)星電視廣播網(wǎng)、有線電視網(wǎng)典型的計算機專用網(wǎng)：局域網(wǎng)、區(qū)域網(wǎng)、廣域網(wǎng)

實際上今天三網(wǎng)都已用于構(gòu)筑計算機網(wǎng)絡(luò)。電信網(wǎng)和廣播電視網(wǎng)目前主要用于廣域網(wǎng)和區(qū)域網(wǎng)。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展趨勢是“三網(wǎng)合一”。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道a、信號（signal）P47

計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)（文字/數(shù)值/圖像/聲音等）均要轉(zhuǎn)換為通信線路上電信號或光信號才能傳送。通信信號一般可分為兩類：◆模擬信號（analogsignal）

連續(xù)變化值（如數(shù)學(xué)中之實數(shù)）。自然界產(chǎn)生的物理量一般均為模擬信號?！魯?shù)字信號（digitalsignal）

離散變化值（如數(shù)字中之整數(shù)）。計算機內(nèi)部傳輸和處理的均為矩形脈沖形式的數(shù)字信號（1和0），又稱為“基帶信號”。

信號的特性有：振幅（變化的大小）、頻率（變化的快慢）、相位（變化的時間）振幅越大、頻率越高，信號傳送的距離越遠。（如高音喇叭）莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道b、帶寬（bandwidth）

信號所占據(jù)的頻率范圍稱為信號的帶寬。信道能傳送的頻率范圍稱為信道的帶寬。信道帶寬必須大于被傳送的信號的帶寬，否則就會出現(xiàn)失真。對模擬信號，帶寬為通信信道所能提供的頻率寬度（范圍）；對數(shù)字信號，帶寬為通信信道每秒能傳送的二進制位數(shù)（bps）。

一般認為具有8～10Mbps及以上數(shù)據(jù)傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)稱為“寬帶（wideband）網(wǎng)”。最新發(fā)展還有所謂“廣帶（broadband）無線接入技術(shù)，其傳輸速率≥10兆位/秒）高質(zhì)量的欣賞型電影點播需要6M以上帶寬。低質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)新聞型視頻點播只需幾十到幾百bps。

莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道c、信道（channel）

所謂“信道”，顧名思義，就是通信信號傳輸?shù)摹巴ǖ馈薄Ｐ诺琅c實際通信線路并不等同。一條通信線路往往包括一條發(fā)送信道和一條接收信道。信道一般也可分為兩類：

◆模擬信道專用于傳送模擬信號◆數(shù)字信道專用于傳送數(shù)字信號

無論是模擬信號還是數(shù)字信號,在傳輸過程中都要變成適合信道傳輸?shù)男盘栃问?

信源是模擬數(shù)據(jù)，在模擬信道上傳輸——模擬通信信源是模擬數(shù)據(jù)，在數(shù)字信道上傳輸——數(shù)字通信信源是數(shù)字數(shù)據(jù)，在模擬信道或數(shù)字信道上傳輸——數(shù)據(jù)通信莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道c、信道（channel）信道的主要技術(shù)指標：P49-50比特率R（數(shù)據(jù)率):每秒傳輸多少二進制代碼位數(shù)，單位：bps或b/s。信道容量C：信道能夠傳送的最大數(shù)據(jù)率，單位：bps或b/s。

當信道上傳送的數(shù)據(jù)率大于信道允許的數(shù)據(jù)率時，將因嚴重失真而失效。

奈奎斯特（H.Nyquist）公式（用于有限帶寬無噪聲的理想信道):

H-信道帶寬（Hz)L-數(shù)字信號離散值數(shù)（電平數(shù)，物理狀態(tài)數(shù)）

香農(nóng)（C.Shannon）公式（用于受噪聲干擾的信道，所求為上限值):

H-信道帶寬（Hz)S-信號的平均功率，N-噪聲的平均功率

S/N-信噪比（如果信噪比X單位為db，則式中X=10lgS/N,即S/N=10x/10）莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道c、信道（channel）信道的主要技術(shù)指標：P49-50波特率B（碼元速率）：數(shù)字信號經(jīng)調(diào)制后的傳輸速率（每秒傳送的碼元個數(shù)，即調(diào)制后模擬電信號每秒鐘的變化次數(shù)），單位：Baud。

B=1/T（T-調(diào)制周期）波特率B與數(shù)據(jù)率R在數(shù)值上不一定相等。

R=Blog2L(C=Rmax=Bmaxlog2L)

許多情況下，通常信號只取兩種不同的狀態(tài)（0和1），即L=2，此時R=B。信道的時延：信號從信道的一端傳到另一端所需的時間（電信號在電纜中的傳播速度約為光速的77%）吞吐量：信道在單位時間內(nèi)成功傳輸?shù)目傂畔⒘?，bps出錯率（誤碼率）：計算機網(wǎng)絡(luò)中要求低于10-6，即平均每傳送1兆位，才錯1位。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道d、調(diào)制（modulation）通信信號在類型不匹配的信道上傳輸時，必須進行調(diào)制（Modulation）。

數(shù)—模?！獢?shù)

通信線路PCModemModemPC

a.數(shù)字信號在模擬信道上傳輸時要進行調(diào)制(數(shù)模轉(zhuǎn)換)，以解決失真等問題：調(diào)制機理：信號+載波◆幅移鍵控（ASK，調(diào)幅）用載波的不同振幅分別代表1和0◆頻移鍵控（FSK，調(diào)頻）用兩個不同頻率的載波分別代表1和0◆相移鍵控（PSK，調(diào)相）用載波的相位變化代表1和0莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道d、調(diào)制（modulation）P62-64b.模擬信號在數(shù)字信道上傳輸時,要先進行脈沖編碼調(diào)制(PCM,PulseCodeModulation):◆取樣：按信號最高頻率fmax的兩倍頻率取樣可精確還原（NyquistTheorem，奈奎斯特定理）◆量化：將取樣獲得的脈沖信號在振幅上進行數(shù)值分級（我國標準中量化分為256個等級）◆編碼：將量化后的數(shù)值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的二進制編碼莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道d、調(diào)制（modulation）P62-64奈奎斯特定理:◆奈奎斯特指出，如果媒體傳輸?shù)淖畲箢l率為f

，那么接受方只要以每秒2f次的頻率進行采樣，就能完整地重現(xiàn)信號◆只要接受方以1/(2f)秒的時間間隔進行采樣，或者每個周期采樣兩次（一周期=1/f

），就能重現(xiàn)信號。舉例來說，若最大頻率為4000Hz，則接受方每秒只需采樣信號8000次。換句話說，只要每隔1/8000秒采樣一次，就能完整地恢復(fù)信號。

模擬信號脈碼調(diào)制：采樣→量化→編碼如果聲音數(shù)據(jù)限于4000Hz以下的頻率,那么每秒采樣多少次可滿足完整地表示聲音信號的特征?如果使用7位二進制編碼表示采樣,允許有多少個量化級?這種情況下數(shù)據(jù)傳輸率是多少?答案:8000（Hz)

(奈氏定理)128個(27)56000bps(8000×7)L2HlogC2=莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道e、編碼（coding）P67-68數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示：數(shù)字信號傳輸需要解決的問題是數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示及收發(fā)兩端之間的信號同步兩個方面。對于傳輸數(shù)字信號來說，最常用的方法是用不同的電壓電平來表示兩個二進制數(shù)字，即數(shù)字信號由矩形脈沖組成。

a)單極性脈沖

b)雙極性脈沖

c)單極性歸零脈沖

d)雙極性歸零脈沖

e)交替雙極性歸零脈沖

基脈沖編碼方案

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1.2.1信號與信道e、編碼（coding）P67-68a)單極性不歸零碼，無電壓表示"0"，恒定正電壓表示"1"，每個碼元時間的中間點是采樣時間，判決門限為半幅電平。

b)雙極性不歸零碼，"1"碼和"0"碼都有電流，"1"為正電流，"0"為負電流，正和負的幅度相等，判決門限為零電平。

c)單極性歸零碼，當發(fā)"1"碼時，發(fā)出正電流，但持續(xù)時間短于一個碼元的時間寬度，即發(fā)出一個窄脈沖；當發(fā)"0"碼時，仍然不發(fā)送電流。

d)雙極性歸零碼，其中"1"碼發(fā)正的窄脈沖，"0"碼發(fā)負的窄脈沖，兩個碼元的時間間隔可以大于每一個窄脈沖的寬度，取樣時間是對準脈沖的中心。

歸零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼的特點

不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進行定時或同步；歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系，因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。

單極性碼會積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流耦合，直流分量還會損壞連接點的表面電鍍層；雙極性碼的直流分量大大減少，這對數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。

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1.2.1信號與信道e、編碼（coding）P67-68為了保證收發(fā)兩端的信號同步，計算機內(nèi)部的數(shù)據(jù)不宜直接送到信道上作信號傳輸，一般需要先進行編碼轉(zhuǎn)換，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)摹３Ｓ镁幋a方式有：◆不歸零（NRZ，NonReturntoZero）編碼◆曼徹斯特（Manchester）編碼◆差分曼徹斯特(DifferentialManchester)編碼◆4B/5B編碼

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1.2.1信號與信道e、編碼（coding）P67-68◆不歸零（NRZ，NonReturntoZero）編碼

用兩個不為零的電壓表示1和0（零電平表示無信號）缺點：接收方無法準確判斷每個比特起始位置（不能保證同步）莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.1信號與信道e、編碼（coding）請看下圖——如何測量？測量準確么？當一臺設(shè)備傳送一個比特的數(shù)字信號時，它將在一定的周期內(nèi)（假定為T）產(chǎn)生一個持續(xù)的信號。一個內(nèi)置的時鐘負責(zé)定時。接收設(shè)備必須知道信號的周期，這樣它才能在每個T時間單元內(nèi)對信號進行采樣。它也有一個負責(zé)定時的內(nèi)置時鐘。剩下的就是確保收發(fā)兩端的兩個時鐘使用同樣的T。但兩個時鐘能完全一致么？莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.1信號與信道e、編碼（coding）答案是否定的。任何物理設(shè)備都存在著設(shè)計上的局限性和缺陷。幾乎可以肯定任何兩個時鐘都存在著微小的差別，這使得設(shè)備無法對傳輸信號作十分精確的采樣。就象指揮家確保演奏者的同步一樣，通信設(shè)備也需要某種機制以使它們的定時保持一致。不變的信號不具備同步機制。但如果信號改變的話，這種改變就可以用來保持設(shè)備的同步。有些強制信號改變的編碼方案就是基于這個原因。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念用戶A用戶B我發(fā)了幾個大箱幾個小箱?四個大箱四箱小箱莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念用戶A用戶B我發(fā)了幾個大箱幾個小箱?？？大概是……莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.1信號與信道e、編碼（coding）◆曼徹斯特編碼（ManchesterCode）用信號的變化來保持發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的同步。用電壓的變化來分辨0和1，即從高電平到低電平的跳變代表0，而從低電平到高電平的跳變代表1。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念下圖給出了比特串

10100110的曼徹斯特編碼。如圖所示，信號的保持不會超過一個比特位的時間間隔。即使是由若干個0或1組成的數(shù)字序列，信號也將在每個時間間隔的中間發(fā)生跳變。從而使接收設(shè)備的時鐘與發(fā)送設(shè)備的時鐘保持一致。曼徹斯特編碼的一個缺點是需要雙倍的帶寬。也就是說，信號跳變的頻率是NRZ編碼的兩倍。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念用戶A用戶B我發(fā)了幾個大箱幾個小箱?哈哈,我知道了!莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念◆差分曼徹斯特（DifferentialManchester）編碼和曼徹斯特編碼一樣，在每個比特時間間隔的中間，信號都會發(fā)生跳變。區(qū)別在于每個時間間隔的開始處。0將使信號在時間間隔的開始處發(fā)生跳變。而1將使信號保持它在前一個時間間隔尾部的取值。因此，根據(jù)信號初始值的不同，0將使信號從高電平跳到低電平，或從低電平跳到高電平。接收端通過檢查每個時間間隔開始處信號有無跳變來區(qū)分0和1。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.2.1信號與信道e、編碼（coding）◆4B/5B編碼P68

曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼每個比特需要多達兩次信號狀態(tài)跳變，這就意味10Mbps的數(shù)據(jù)速率將線路上的信號狀態(tài)每秒變化20M次(20M波特)，編碼效率只有50%（常用于LAN中）。

4B/5B編碼以4個比特為一組進行編碼，編碼位數(shù)為5個。（從25=32個可能的編碼中取出24=16個來表示0～F，使每組編碼中0的個數(shù)不超過3個，1的個數(shù)不少于2個）。編碼效率達80%（100Mbps→125M波特）。

4B/5B用于百兆位以太網(wǎng)，8B/10B用于千兆位以太網(wǎng)。

莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型

【數(shù)據(jù)通信】數(shù)字計算機或其他數(shù)字終端裝置之間的通信。其特點是：其信源和信宿產(chǎn)生和接收的都是數(shù)字信號。

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成：信源：產(chǎn)生要傳輸?shù)碾娦盘枺ㄟ@個信號稱為基帶信號）。發(fā)送設(shè)備（編碼器+變換器）：將信源產(chǎn)生的信號變換為適合于信道傳輸?shù)男盘?。最常見的變換方式是正弦調(diào)制。經(jīng)正弦調(diào)制后的信號稱為頻帶信號。信道：信號傳輸媒介的總稱。信道有兩種類型：有線信道（雙絞線、光纖等）；無線信道（微波、紅外等）。接收設(shè)備（反變換器+譯碼器）：將接收到的信號進行反變換，從存在干擾的信號中正確無誤地恢復(fù)出原基帶信號。信宿：信息傳送的終點。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型

DTE(DataTerminalEquipment，數(shù)據(jù)終端設(shè)備）如連網(wǎng)的微機（信源或信宿）DCE(DataCircuit-terminalEquipment，數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備）如MODEM

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.3基帶傳輸

所謂“基帶傳輸”，是指信道上傳輸?shù)氖菦]有經(jīng)過調(diào)制的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)通信中，編碼器輸出的信號都是數(shù)字基帶信號。

使用數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)時，數(shù)字信號幾乎要占用了傳輸電纜所允許的整個頻段（０至最高允許頻率），所以同一時間同一電纜中只能傳送一種信號（基帶信號均為數(shù)字脈沖信號，不經(jīng)調(diào)制直接輸送）?；鶐鬏斝枰鉀Q兩個問題：

·基帶數(shù)字信號的編碼

·收發(fā)兩端之間的同步問題基帶傳輸常用編碼方法：曼徹斯特編碼/差分曼徹斯特編碼，后者技術(shù)復(fù)雜，但抗干擾性強。基帶傳輸在局域網(wǎng)上用得較多,信號頻率高,傳輸速度也大大快于頻帶傳輸(通常10～50Mbps)傳輸電纜：５０Ω同軸電纜或雙絞線等莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.4頻帶傳輸

基帶傳輸必須使用有線信道,且傳輸距離有限。為了進行遠距離傳輸，需要借助調(diào)頻振蕩信號（載波）來運載。利用調(diào)制來傳輸數(shù)字信號的方式稱為“頻帶傳輸”（使用模擬信號傳輸數(shù)據(jù)時，往往只占用有限的頻譜）。其傳輸信號可通過“多路復(fù)用技術(shù)”在同一電纜中形成多個傳輸頻道，所以同一時間同一電纜可由不同頻道分別傳送數(shù)據(jù)、聲音、圖形、圖像等不同信號，又稱“寬帶傳輸”。頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點是可在同一線路或信道上同時傳送幾路數(shù)據(jù),使信道利用率提高。傳輸電纜：７５Ω同軸電纜、光纜等。

基帶傳輸和寬帶傳輸比較

基帶傳輸寬帶傳輸傳輸數(shù)字信號傳輸模擬信號占用整個頻段可采用多路復(fù)用技術(shù)雙向傳輸單向傳輸幾千米范圍幾十千米范圍傳輸速度快傳輸速度較慢適合于LAN適合于遠程連接的各種網(wǎng)絡(luò)莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.5數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞?/p>

比特的傳送和接收是通過收發(fā)兩端的定時時鐘來控制的。發(fā)送端利用它的時鐘來決定每個數(shù)據(jù)位的起始和結(jié)束。在接收端，時鐘被用來確定對信號進行采樣取值的位置和間隔時間。一般情況下，使兩個獨立的時鐘精確同步是不太可能的，它們都產(chǎn)生自己的漂移，引起兩個連接采樣之間的間隔發(fā)生變化。由于接收時鐘和發(fā)送時鐘的差異，接收端可能對代表1位的信號采樣兩次，從而多產(chǎn)生1位，也可能跳過1位。如圖所示，發(fā)送端發(fā)出的位串0010，因為時鐘漂移，結(jié)果被接收端錯誤地認為是00110或010。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.5數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞?/p>

a.異步傳輸異步傳輸是基于這樣的事實：在一定的比特數(shù)目內(nèi)，時鐘漂移的程度是有限的。它讓接收端的時鐘在某一時間點上跟一個發(fā)送端的時鐘信號同步，并開始自己的獨立走時，在誤差積累到采樣發(fā)生錯誤之前，可以保證正確接收到若干位。在異步傳輸中，數(shù)字以字符為單元發(fā)送。每個字符的長度一般為5～8位。在每個字符前設(shè)置1位起始位，在每個字符后設(shè)置1～2位停止位。同步僅在每個字符接收期間維持，接收端在每個新字符的開頭都將開始重新進行同步（時鐘校準）。異步傳輸中，任何兩個字符之間的時間間隔可以是隨機的、不同步的（故稱“異步”）。異步方式實現(xiàn)簡單，設(shè)備低廉，但傳輸效率低（每個字符須加2～3位作起止位），適用于低速（每秒10～1500個字符）的終端或電傳打印設(shè)備，以及使用MODEN傳送數(shù)字數(shù)據(jù)的撥號電話線路。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.5數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞?/p>

b、同步傳輸使接收端接收的每一位數(shù)據(jù)信息都與發(fā)送端準確保持同步，所以每次發(fā)送的數(shù)據(jù)塊長度可以很大。實現(xiàn)的方法有：①自同步法在傳輸?shù)男盘栔星度霑r鐘信息，使接收端能從接收的信號波形中提取時鐘信息（如采用曼徹斯特/差分曼徹斯特編碼，每一位中間的波形跳變即為時鐘信息)。②外同步法在發(fā)送端和接收端之間提供單獨的時鐘線路，或發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前先發(fā)一串同步時鐘脈沖（同步字符串），接收端按這個時鐘頻率調(diào)整采樣頻率。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.6通信方式

按數(shù)據(jù)傳輸方向分：

【單工simplex】數(shù)據(jù)只能單向傳送（如看電視，無法將信息反傳給電視臺），主要用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

【半雙工half-duplex】數(shù)據(jù)可以雙向傳送但無法同時傳送(如對講機),一般用于計算機網(wǎng)絡(luò)非主干線路。

【全雙工full-duplex】數(shù)據(jù)可以同時雙向傳送(如打電話雙方可以同時對講)，主要用于計算機間通信。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.6通信方式

按數(shù)據(jù)傳輸順序分：

【并行通信】并行通信傳輸中有多個數(shù)據(jù)位同時在兩個設(shè)備之間傳輸。并行方式適用于近距離通信，優(yōu)點是傳輸速度快，處理簡單。

【串行通信】串行數(shù)據(jù)傳輸時，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線上傳輸?shù)模扔捎嬎銠C內(nèi)的發(fā)送設(shè)備，將幾位并行數(shù)據(jù)經(jīng)并--串轉(zhuǎn)換硬件轉(zhuǎn)換成串行方式，再逐位經(jīng)傳輸線到達接收站的設(shè)備中，并在接收端將數(shù)據(jù)從串行方式重新轉(zhuǎn)換成并行方式。串行方式適用于遠程通信，其速度要比并行傳輸慢得多，但傳輸線路費用低，且可利用現(xiàn)在的公用電話系統(tǒng)進行計算機連網(wǎng)通信。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.7多路復(fù)用技術(shù)(multiplexing)

多路復(fù)用技術(shù)就是把許多個單個信號在一個信道上同時傳輸?shù)募夹g(shù)。

SDM（空分復(fù)用技術(shù)）各子信道是一獨立的物理鏈路（如一條電纜中包含成百對線路）FDM（頻分多路復(fù)用技術(shù)）好比將本來一條公路的運輸，變成又在公路上空分不同空域高度同時進行多層陸空運輸（適用于模擬信號傳輸）——電臺廣播TDM（時分多路復(fù)用技術(shù)）好比將本來只專門為一個人提供服務(wù)變成分時為眾人提供服務(wù)，之所以能夠“復(fù)用”，是因為數(shù)據(jù)在接收后處理的過程往往遠大于數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程——甚至接收后只是存儲起來（適用于數(shù)字信號傳輸）WDM（波分復(fù)用技術(shù)）在一根光纖傳輸兩個光波（通過波長為1310nm和1550nm），主要用于接入網(wǎng)，很少用于長距離傳輸。DWDM（密集波分復(fù)用技術(shù)）即能將幾種不同波長的光信號組合起來（合波）通過光纖進行傳輸，又能將光纖中組合傳輸?shù)墓庑盘柗珠_（分波）送入幾個不同通信設(shè)備的一種光學(xué)技術(shù)。目前16波和32波DWDN技術(shù)已完全成熟并得到廣泛應(yīng)用，48波和96波也開始商用化，200波系統(tǒng)實例室研究也見諸報道。國內(nèi)10GDWDM寬帶光網(wǎng)已進入商業(yè)化階段。莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.2數(shù)據(jù)通信的基本概念1.2.7多路復(fù)用技術(shù)

頻分多路復(fù)用FDM和時分多路復(fù)用TDM是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道，每個子信道傳輸一路信號，這就是“頻分多路復(fù)用”。

“時分多路復(fù)用”則是將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時間片由復(fù)用的一個信號占用，這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。時分多路復(fù)用技術(shù)不僅局限于傳輸數(shù)字信號，也可同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。

莆田學(xué)院計算機教研室2003-2

信號在物理信道中傳輸時，線路本身電器特性造成的隨機噪聲、信號幅度的衰減、頻率和相位的畸變、電器信號在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應(yīng)、相鄰線路間的串擾以及各種外界因素（如大氣中的閃電、開關(guān)的跳火、外界強電流磁場的變化、電源的波動等）都會造成信號的失真。在數(shù)據(jù)通信中，將會使接收端收到的二進制數(shù)位和發(fā)送端實際發(fā)送的二進制數(shù)位不一致，從而造成由“0”變成“1”或由“1”變成“0”的差錯。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)P78-90

1.3.1傳輸差錯的產(chǎn)生莆田學(xué)院計算機教研室2003-2傳輸差錯產(chǎn)生的原因：·信道本身的隨機熱噪聲隨機錯誤（某位錯），可通過提高信道的信噪比等方法來抑制·外界原因引起的沖擊噪聲突發(fā)錯誤（一連串碼元均出錯）【突發(fā)長度】從突發(fā)錯誤發(fā)生的第一個碼元到有錯的最后一個碼元間所有碼元的個數(shù)1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.1傳輸差錯的產(chǎn)生莆田學(xué)院計算機教研室2003-2一位差錯：數(shù)據(jù)單元中僅某一位差錯多位差錯：數(shù)據(jù)單元中兩位或兩位以上差錯突發(fā)差錯：數(shù)據(jù)單元中連續(xù)兩位或兩位以上差錯1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.1傳輸差錯的產(chǎn)生莆田學(xué)院計算機教研室2003-2

發(fā)生差錯的碼元數(shù)

Pe=————————————

接收的總碼元數(shù)在計算機網(wǎng)絡(luò)中，誤碼率一般要求低于10-6。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.2誤碼率莆田學(xué)院計算機教研室2003-2最簡單的差錯控制方法是將每一個數(shù)據(jù)發(fā)送兩遍。接收方將這兩遍數(shù)據(jù)進行比較，如有任何不同，即可認定出錯了。但這樣做將使傳輸速率大大下降，因為不僅數(shù)據(jù)本身傳輸時間要加倍，而且逐位比較也要花費大量時間。差錯控制最常用的技術(shù)是在每個數(shù)據(jù)單元中加入一些稱為“冗余碼”的附加數(shù)位（差錯控制編碼）。這種技術(shù)之所以被稱為“冗余校驗技術(shù)”，因為一旦傳輸被確認無誤，那些附加的冗余數(shù)位便被自動丟棄了。信息位+冗余位=發(fā)送的碼字（生活中，輸入密碼或告訴對方電話號碼兩遍，第二遍給出的即為“冗余位”）信息位——要發(fā)送的數(shù)據(jù)冗余位——差錯控制編碼差錯控制編碼分為：

·◆檢錯碼（用于自動發(fā)現(xiàn)傳輸差錯的編碼）

·◆糾錯碼（不僅能自動發(fā)現(xiàn)而且能自動糾正傳輸差錯的編碼）編碼效率：

kkR=———=———k+rn

式中k-碼字中信息位數(shù)r-碼字中冗余位數(shù)n-碼字總位數(shù)差錯控制的兩大目標：盡量降低誤碼率，盡量提高編碼效率1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.3差錯控制編碼莆田學(xué)院計算機教研室2003-2①自動請求重發(fā)ARQ（automaticrequestforrepeat）

——自動發(fā)現(xiàn)差錯并要求對方重發(fā)②前向糾錯FEC（ForwardErrorCorrection）

——自動發(fā)現(xiàn)并糾正錯誤

ARQ只需檢錯碼，編碼效率高，設(shè)備簡單，但要求雙向信道，發(fā)送方要有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。

FEC要用糾錯碼，編碼效率低，設(shè)備復(fù)雜，但實時性好，只需單向信道。

數(shù)據(jù)通信中使用更多的還是ARQ差錯控制方式。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.4差錯控制方式莆田學(xué)院計算機教研室2003-2①奇偶校驗碼（paritycheck）

通過增加冗余位使碼字中“1”的個數(shù)保持奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法。簡單經(jīng)濟，但漏檢率較高。

■垂直奇偶校驗

■水平奇偶校驗

■水平垂直奇偶校驗②循環(huán)冗余碼（CRC,cyclicredundancy

code）

漏檢率極低，也便于實現(xiàn)，在計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信中應(yīng)用極廣。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼P80-83莆田學(xué)院計算機教研室2003-2垂直奇偶校驗編碼和校驗實現(xiàn)最簡單（圖3.1）最常用而且最經(jīng)濟的檢錯技術(shù)。偶校驗（even-paritycheck）

使碼字中“1”的個數(shù)保持偶數(shù)奇校驗（odd-paritycheck）

使碼字中“1”的個數(shù)保持奇數(shù)1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（奇偶校驗）莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（奇偶校驗）莆田學(xué)院計算機教研室2003-2

垂直奇偶校驗可以檢測出所有的1位差錯，但只能檢測差錯數(shù)為奇數(shù)的多位差錯或突發(fā)差錯。差錯漏檢率≈1/2?！纠吭紨?shù)據(jù)000111011，采用偶校驗。則發(fā)送端通過線路傳輸發(fā)出的碼字為1000111011。若接收端接收到的是1111111011或0110111011

或1100010011，將均被拒收。但若接收端接收到的是1110111011或1100011011或1000011010，仍會通過驗收（漏檢）。編碼效率：(設(shè)發(fā)送的信息塊中有p個二進制位,發(fā)送時另加一個奇校驗位或偶校驗位)

pR=———p+11.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（奇偶校驗）莆田學(xué)院計算機教研室2003-2水平奇偶校驗

差錯漏檢率＜1/2

編碼和校驗實現(xiàn)復(fù)雜（圖3.2）水平垂直奇偶校驗

（圖3.3）1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（奇偶校驗）莆田學(xué)院計算機教研室2003-2水平垂直奇偶校驗

誤碼率可減少到原誤碼率1/100～1/10000，但如某個信息段中出現(xiàn)偶數(shù)個差錯，而另一個信息段的對應(yīng)位置處也正好都出現(xiàn)差錯，這種差錯無法檢測出來。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（奇偶校驗）莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（CRC）一種最有效的冗余校驗技術(shù)。與基于加法的奇偶校驗不同，CRC基于二進制除法。在CRC中，不是把二進制數(shù)位相加來獲得一個所需的奇偶數(shù)位，而是在數(shù)據(jù)單元（比如一個字節(jié)）的后面附加一個稱為“循環(huán)冗余碼”或“CRC余數(shù)”的冗余數(shù)位串，使該數(shù)據(jù)單元可被另一個預(yù)先給定的二進制數(shù)完全除盡。接收端將所接收的數(shù)據(jù)單元用同樣的二進制數(shù)相除，如果無余數(shù)，則可認為所接收的數(shù)據(jù)單元正確無誤，如果有余數(shù)，則認定該數(shù)據(jù)單元已有差錯，CRC所用的冗余位串是通過將數(shù)據(jù)單元除以預(yù)先給定的除數(shù)獲得。余數(shù)即為“循環(huán)冗余碼”。一個有效的“循環(huán)冗余碼”應(yīng)具有兩種品質(zhì)：必須正好比給定的除數(shù)少一位，附加到數(shù)據(jù)串后必須使新形成的位串能被該除數(shù)完全除盡。CRC差錯校驗的理論和實現(xiàn)都很容易理解。唯一復(fù)雜的是如何獲得“循環(huán)冗余碼”。以下給出求“循環(huán)冗余碼”三個基本步驟。莆田學(xué)院計算機教研室2003-2首先，將n位0附加到數(shù)據(jù)單元的后面。n比預(yù)定的除數(shù)（n+1位)少一位。其次，使用二進制除法將這個新加長的數(shù)據(jù)單元除以預(yù)定的除數(shù)。由此產(chǎn)生的余數(shù)即為所謂“循環(huán)冗余碼”。最后，用上一步中獲得的n位“循環(huán)冗余碼”替換數(shù)據(jù)單元中附加的n位0。如果余數(shù)小于n位，可將其高位不足部分設(shè)為0。如果除后余數(shù)為0——即原來的數(shù)據(jù)單元本身可被除數(shù)除盡——則“循環(huán)冗余碼”為n位0。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（CRC）莆田學(xué)院計算機教研室2003-2接收端先收到數(shù)據(jù)單元，然后又收到“循環(huán)冗余碼”。接收端將由這兩個部分組成的整個位串作為一個整體用相同的除數(shù)相除，以求出CRC余數(shù)。如果傳送來的位串沒有差錯，CRC校驗的結(jié)果是余數(shù)為0，該數(shù)據(jù)單元被接收。如果傳輸過程上位串被改變了，余數(shù)為非0，該數(shù)據(jù)單元被拒收。除了信息塊在傳送中產(chǎn)生的變化（差錯）正好與除數(shù)值一模一樣的情況，CRC將檢測出所有可能的錯誤。即使使用上述四位除數(shù)，發(fā)生漏檢的概率也是很低的。常用的CRC除數(shù)（使用13位、17位和33位），可將漏檢的概率下降到接近為0。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（CRC）莆田學(xué)院計算機教研室2003-2“循環(huán)冗余碼”的產(chǎn)生“循環(huán)冗余碼”的產(chǎn)生使用所謂“模2”除法。右圖為其過程示意。第一步，從被除數(shù)的高4位中減去4位的除數(shù)。從被除數(shù)相應(yīng)的數(shù)位上減去除數(shù)的每一位而不影響高一位。本例中，除數(shù)是1101，從被除數(shù)的高4位（1001）中減去，得到100（余數(shù)中左邊的0省略）。然后被除數(shù)中下一位被加入，使余數(shù)的位數(shù)等于被除數(shù)的位數(shù)。下一步，1000-1101，得101，以此類推。（按位作異或運算）

參見P871.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（CRC）生成的碼字：100100001莆田學(xué)院計算機教研室2003-2多項式

產(chǎn)生“循環(huán)冗余碼”的除數(shù)通常不是用0和1二進制位串表示，而是用一個代數(shù)多項式（稱為“生成多項式”）表示。使用生成多項式的原因有兩個：簡短，且可從數(shù)學(xué)角度驗證有關(guān)概念。（進行多項式除法時，只要對其相應(yīng)系數(shù)相除即可）生成多項式示例：

x3+x2+1

（4位除數(shù)：1101）通常，其他有關(guān)部分亦可用多項式表示（P87）。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（CRC）G(x)=x3+x2+1Q(x)E(x)接收端R(x)=1X3·K(x)=x8+x5生成的碼字：100100001莆田學(xué)院計算機教研室2003-2常用的“循環(huán)冗余碼”生成多項式已有三個國際標準：

CRC-12=x12+x11+x3+x2+x+1

（13位除數(shù)：1100000001111）

CRC-16=x16+x15+x2+1

（17位除數(shù)：11000000000000101）

CRC-ITU=x16+x12+x5+1

（ITU-國際電信聯(lián)盟）

（17位除數(shù)：10001000000100001）另外還有（在若干網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中被規(guī)定為選件）：

CRC-32=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1（32位除數(shù)：100000100110000010001110110110111）1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.5常用檢錯碼（CRC）莆田學(xué)院計算機教研室2003-2理論上，自動糾正每一個二進制代碼的傳輸差錯是可以做到的。但糾錯碼比檢錯碼復(fù)雜得多，而且需要更多的冗余位。用于多位或突發(fā)差錯糾錯的位數(shù)太大的，以致大部分情況下，將使編碼效率低到不可接受的程度。為此，大部分糾錯碼只限于處理1位、2位或3位差錯。在數(shù)據(jù)通信中，最常用的糾錯碼是所謂“海明碼”(HammingCode），是R.W.Hamming于1950年提出的，主要用來糾正1位差錯。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.6常用糾錯碼莆田學(xué)院計算機教研室2003-21位差錯的糾錯奇偶校驗可以檢測出1位差錯的情況，方法是加上一個冗余的奇校驗位或偶校驗位。糾錯則需確定其中哪位有差錯。如果要確定一個ASCII字符（7位）中的某位差錯，此時需要區(qū)別8種情況：沒差錯，第1位錯，第2位錯，…，第7位錯。于是，需要3個冗余位來表示8種不同的狀態(tài)（000-111）。實際上，3位冗余是不夠的。因為，冗余位本身也可能出現(xiàn)差錯！如何計算數(shù)據(jù)位為m時糾錯所需的冗余位數(shù)r呢？此時數(shù)據(jù)傳輸?shù)奈粩?shù)總和是m+r，且要求r必須能夠至少表示m+r+1種狀態(tài)。其中，一種狀態(tài)表示無差錯，m+r種狀態(tài)分別表示m+r位出現(xiàn)差錯。由于r位二進制數(shù)可以表示2r種不同的狀態(tài)。所以，要求2r大于或等于m+r+1。

2r≥m+r+1

由此可計算出所需的r值。如果m=7（ASCII代碼），則能滿足上式的最小r值是4。因為：

24≥7+4+11.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.6常用糾錯碼數(shù)據(jù)位數(shù)（m）冗余位數(shù)（r）總位數(shù)（m+r）12345672333444356791011部分m值與r值對照表

莆田學(xué)院計算機教研室2003-2海明碼

了解了如何計算1位差錯糾錯時所需的冗余位數(shù)，但又如何利用這些冗余位來確定具體哪位差錯呢？1950年，R.W.Hamming提出了一種實用的解決方法。冗余位的定位海明碼可用于任何長度的數(shù)據(jù)塊，并利用了上面討論的數(shù)據(jù)位數(shù)和冗余位數(shù)的關(guān)系。例如，一個7位ASCII碼要求4個冗余位，它們可以附加在數(shù)據(jù)位的后面，亦可散布在數(shù)據(jù)位之中。下圖中，各冗余位處于第1、2、4、8位（2的n次方處），分別用r1，r2，r3，r4表示。

1110987654321

表中：r-冗余位在海明碼中，每一個r位都是一組數(shù)據(jù)位的奇偶校驗碼。用于計算7數(shù)據(jù)位4個r值（奇偶校驗碼）的方案是：

r1

1，3，5，7，9，11位

r2

2，3，6，7，10，11位

r3

4，5，6，7位

r4

8，9，10，11位1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.6常用糾錯碼dddrdddrdrr莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.6常用糾錯碼為了搞清楚這種技術(shù)后面的竅門，不妨看看每一數(shù)位的位置號（用二進制表示）。r1位使用的是所有位置號右側(cè)為1開頭的數(shù)位。r2使用的是所有位置號第2位為1的數(shù)位，以此類推。（右圖）莆田學(xué)院計算機教研室2003-2各r位值的計算

（設(shè)各r位要求偶校驗）每一個數(shù)據(jù)位都可能包括在多個奇偶校驗碼計算中。例如，本例中每個數(shù)據(jù)位至少包括在兩組計算中，而各r位均只被包括一次。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.6常用糾錯碼莆田學(xué)院計算機教研室2003-2差錯檢測假設(shè)上述數(shù)據(jù)發(fā)送后，接收端收到的是:10010100101（第7位差錯）。此時接收端取出接收結(jié)果，并使用與發(fā)送端相同的方法計算出一組新的奇偶校驗碼。然后將這些奇偶校驗碼按r的順序（r8,r4,r2,r1）組成一個二進制數(shù)。本例中，組成的二進制數(shù)是0111（十進制數(shù)7），這就是準確的差錯位置。糾錯一旦找出差錯位，接收端即可將該位的值反轉(zhuǎn)，以糾正差錯。1.3傳輸差錯檢測與校驗技術(shù)

1.3.6常用糾錯碼莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)

參考教材P173-179最簡單數(shù)據(jù)通信：兩站點直接用線路連接。一般通信網(wǎng)絡(luò)，則根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同可以分為交換通信網(wǎng)絡(luò)和廣播通信網(wǎng)絡(luò)。廣播通信網(wǎng)絡(luò)中的通信方式是廣播式，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點共享通信媒介，不需要中間節(jié)點的介入。LAN一般為廣播通信網(wǎng)絡(luò)。交換通信網(wǎng)絡(luò)是由若干個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點按照某一拓撲結(jié)構(gòu)相互連接而成的。數(shù)據(jù)的傳送從源節(jié)點開始，需經(jīng)過若干中間節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)（交換），才能最終到達目的節(jié)點。限于經(jīng)濟性或連接的非永久性，WAN一般為交換通信網(wǎng)絡(luò)。

【名詞】站節(jié)點（結(jié)點）

廣播通信網(wǎng)絡(luò)交換通信網(wǎng)絡(luò)莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)一般來說，對數(shù)據(jù)交換有下面五個基本要求：要滿足多種多樣的用戶對各種不同速率的數(shù)據(jù)通信的需求在交換的連接過程中的速度要快高的傳輸準確性適應(yīng)用戶的實時性要求，網(wǎng)絡(luò)時延要小能滿足用戶各種數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需要

常用數(shù)據(jù)交換技術(shù)有:

電路交換報文交換分組交換虛電路分組交換數(shù)據(jù)報分組交換信元交換莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)1．電路交換(circuitswitching)P174

通信時需在兩站間通過交換結(jié)點（交換機）先建立一條獨享的通信“線路”,即所謂“通信通道”。通信過程——三次握手（handshake）：建立連接（hello）—電路建立源端向網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)發(fā)送一個帶目標端地址的請求聯(lián)接信號（呼叫），中間結(jié)點按一定路由算法分配一條可能達到目標的信道，在這個請求呼叫的聯(lián)接過程中，各中間結(jié)點“記住”了聯(lián)接中的輸入輸出對應(yīng)關(guān)系，相當于在源端和目標端間臨時分配了一條直達通路，直至取消（例：打電話前先摘機撥號）。數(shù)據(jù)傳送（talk）數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)一般為全雙工(即可同時在兩個方向傳輸數(shù)據(jù))(ACK，確認）取消連接（bye）

—電路釋放(電路拆除）

莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)1．電路交換(circuitswitching)

電路交換是由傳統(tǒng)的電話通訊方式發(fā)展起來的一種交換方式。特點：①通信通道利用率很低（連接期間專用該通道，空閑照樣付費）數(shù)據(jù)通信時真正占用線路的時間一般不超過10%甚至只有1%（語音通信最高可達80%）。而且建立電路和電路釋放時間較長，小數(shù)據(jù)量傳送不經(jīng)濟。②實時性好（連接期間無延遲）③帶寬固定（不適合猝發(fā)性大通信流量），整個線路要求單一速率，無差錯控制功能④只能一對一通信⑤交換設(shè)備簡單（純硬件），收發(fā)速度快

莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)2．報文交換(messageswitching)

采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)（store-and-forward）技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，即A站發(fā)出的數(shù)據(jù)被整個地作為一個“報文”（對報文大小沒有限制），而且傳送在每個中間節(jié)點處都要先存儲一下再轉(zhuǎn)發(fā)給下一節(jié)點。它是由傳統(tǒng)的郵遞通訊方式發(fā)展起來的一種交換方式，這種方式直接以一次傳送的信息包（報文）為單位組織通信，如一封信、一個文件或一個電子郵件等，信息包的長度不定，自帶目標用戶地址。它沒有連接和取消連接的過程，每個信息包在傳輸過程中只是一段一段地占用信道，而不是占用整個鏈路。

莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)2．報文交換(messageswitching)

特點：①通道可復(fù)用（連接期間無需獨占通道，多個報文可分時共享同一通道）②帶寬可調(diào)變（對猝發(fā)性通信流量十分適合）③實時性差（存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程引起通信延遲），不適用于語音和視頻之類實時或交互式的通信要求④可實現(xiàn)一對多通信⑤交換設(shè)備（節(jié)點）需用大容量存儲器的電腦設(shè)備莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)3.分組交換（packetswitching）類似于報文交換技術(shù)，但所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)被分割成一個個不等長的“分組”（packet，包）進行傳送。由于每個分組數(shù)據(jù)包很?。ㄒ话銥閹浊€二進制位），傳送設(shè)備只需將它們保存在主存中再轉(zhuǎn)發(fā)，而無需存儲在物理存儲設(shè)備中，所以速度、效率和實時性均優(yōu)于報文交換。

報文交換分組交換莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)3.分組交換（packetswitching）

分組交換的方法有兩種：數(shù)據(jù)報(datagram)

分割后的各個數(shù)據(jù)包（帶有目的地址）通過網(wǎng)絡(luò)單獨發(fā)送到目的站再裝配復(fù)原——“無連接”方法。虛電路（virtualcircuit）

傳送方式類似電路交換（建立連接—數(shù)據(jù)傳送—取消連接），但連接是“虛擬”的，數(shù)據(jù)包在每個節(jié)點處仍需存儲轉(zhuǎn)發(fā)，并不獨占線路，所以可進行多路通信?！懊嫦蜻B接”方法。數(shù)據(jù)報交換虛電路交換莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)3.分組交換（packetswitching）比較:數(shù)據(jù)報(datagram)

無需呼叫建立連接階段,所以傳輸少量數(shù)據(jù)時比虛電路快。分組可繞過故障節(jié)點到達目的地，但不保證分組能按序到達，數(shù)據(jù)丟失也不知曉。虛電路（virtualcircuit）

傳輸前需先建立連接，所以適用于兩端之間大數(shù)據(jù)量交換。能保證每個分組按序正確到達。但構(gòu)成虛電路的某個節(jié)點或鏈路出故障時，虛電路完全失效。數(shù)據(jù)報交換虛電路交換莆田學(xué)院計算機教研室2003-21.4通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換技術(shù)

三種交換技術(shù)小結(jié):電路交換

在數(shù)據(jù)傳輸之前必須先通過呼叫設(shè)置一條完全的通路。在線路拆除(釋放)之前，該通路由一對用戶完全占用。電路交換效率不高，適合于較輕和間接式負載使用租用的線路進行通信。LAN中廣泛使用。