第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 教案

第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)23三1-2了解數(shù)據(jù)交換技術(shù)熟悉電路交換、報(bào)文交換、分組交換了解差錯(cuò)檢驗(yàn)與校正方法掌握奇偶校驗(yàn)法的基本原理重點(diǎn)：熟悉電路交換、報(bào)文交換、分組交換難點(diǎn)：掌握奇偶校驗(yàn)法的基本原理講授、課件20XX年220數(shù)據(jù)交換技術(shù)：電路交換報(bào)文交換分組交換：數(shù)據(jù)報(bào)與虛電路信元交換技術(shù)（ATM）差錯(cuò)檢驗(yàn)與校正：奇偶校驗(yàn)循環(huán)冗余碼校驗(yàn)1、課堂作業(yè)：選擇題6—92、課后作業(yè)：簡答題7、8、9介紹電路交換、報(bào)文交換、和分組交換三種交換方式的基本工作原理，并比較這三者的優(yōu)缺點(diǎn)。簡單介紹數(shù)據(jù)傳輸過程中的差錯(cuò)可能性，并說明了兩種差錯(cuò)校驗(yàn)方法：奇偶校驗(yàn)法和循環(huán)冗余校驗(yàn)。檢查與回顧什么是比特率？什么是波特率？試舉例說明兩者的區(qū)別何謂單工、半雙工和全雙工通信？試各自舉一個(gè)實(shí)例2.2.3數(shù)據(jù)傳輸方式(補(bǔ)充)傳輸方式定義了比特組合從一臺(tái)設(shè)備傳到另一臺(tái)設(shè)備的方式。它還定義了比特是可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，還是設(shè)備必須輪流地發(fā)送和接收信息。并行傳輸與串行傳輸1.并行傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)代碼由若干位組成，在進(jìn)行近距離傳輸時(shí)，為獲得較高的傳輸速率，使每個(gè)代碼的傳輸延時(shí)盡量少，常采用并行傳輸方式，即數(shù)據(jù)的每一位各占一條信號線，并行傳輸。常用的方式是將構(gòu)成一個(gè)字符的幾位二進(jìn)制比特位分別通過幾個(gè)并行的信道同時(shí)傳輸，從發(fā)送端到接收端需要用相應(yīng)的若干條傳輸信道，如圖所示。例如，計(jì)算機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù)總線就是采用并行傳輸?shù)睦?，?位、16位、32位和64位等數(shù)據(jù)總線。2.串行傳輸串行傳輸指的是代碼的若干位按順序一位一位地傳送數(shù)據(jù)，從發(fā)送端到接收端只要一條傳輸信道即可，如圖所示。代碼采取串行傳輸時(shí)的傳輸速度與并行傳輸相比要低得多。并行傳輸?shù)乃俾矢?，但傳輸線路和設(shè)備都需要增加若干倍，一般用于短距離并要求快速傳輸?shù)牡胤健４袀鬏斂梢怨?jié)省線路和設(shè)備，利于遠(yuǎn)程傳輸，所以廣泛用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸中，通信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸都是以串行方式進(jìn)行的。2.3數(shù)據(jù)交換技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，傳輸系統(tǒng)的設(shè)備費(fèi)用很大，所以當(dāng)通信用戶較多而傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)時(shí)，通常采用交換技術(shù)，使通信傳輸線路為各個(gè)用戶所共用，以提高傳輸設(shè)備的利用率，降低系統(tǒng)的費(fèi)用。常用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)有電路交換、報(bào)文交換和分組交換。2.3.1電路交換1、電路交換的定義在兩個(gè)工作站之間建立實(shí)際的物理連接。如：電話系統(tǒng)電路交換過程主要有3個(gè)階段：電路建立階段、數(shù)據(jù)傳輸階段和拆除電路連接階段。電路交換的基本工作原理如圖2－19所示。線路建立階段。數(shù)據(jù)傳輸階段線路釋放階段電路交換的特點(diǎn)：電路交換中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都是電子式或電子機(jī)械式的交換設(shè)備，它不對傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行任何處理。數(shù)據(jù)傳輸開始前必須建立兩個(gè)工作站之間的實(shí)際的物理連接，然后才能通信。通道在連接期間是專用的，線路利用率較低。除鏈路上的傳輸延時(shí)外，不再有其他的延時(shí)，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的延時(shí)是很小的。整個(gè)鏈路上有一致的數(shù)據(jù)傳輸速率，連接兩端的計(jì)算機(jī)必須同時(shí)工作。電路交換的優(yōu)點(diǎn)是：電路交換的優(yōu)點(diǎn)是：數(shù)據(jù)傳輸速率快，延遲小，數(shù)據(jù)以固定速率傳輸，且能保證順序性(數(shù)據(jù)的接收順序與發(fā)送順序一致)；實(shí)時(shí)性好，適用于實(shí)時(shí)交互。電路交換的缺點(diǎn)是：線路利用率比較低；不能連接不同類型的線路組成鏈路；通信雙方必須同時(shí)工作；系統(tǒng)不具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，不能平滑通信量；綜上所述，電路交換不適合計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信。在進(jìn)行電路交換方式研究的基礎(chǔ)上，提出了存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)是指網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，在數(shù)據(jù)傳輸過程中，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)首先將經(jīng)過的數(shù)據(jù)信息接收并存儲(chǔ)起來，然后選擇一條適當(dāng)?shù)逆溌罚谛诺揽臻e時(shí)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去。根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)單元不同，存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)交換方式可以分為報(bào)文交換和分組交換。2.3.2報(bào)文交換1、報(bào)文交換的定義報(bào)文交換技術(shù)不需要在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立一條專用的物理線路。整個(gè)報(bào)文先傳送到相鄰結(jié)點(diǎn)，全部存儲(chǔ)下來后查找轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。采用存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，整個(gè)報(bào)文作為一個(gè)整體一起發(fā)送，所以該系統(tǒng)通常也稱為存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文系統(tǒng)。報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)是：線路利用率較高，因?yàn)橐粋€(gè)“節(jié)點(diǎn)-節(jié)點(diǎn)”的信道可被多個(gè)報(bào)文共享。接收方和發(fā)送方無需同時(shí)工作，在接受方“忙”時(shí)，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)課暫存報(bào)文?？赏瑫r(shí)向多個(gè)目的站發(fā)送同一個(gè)報(bào)文，這在電路交換方式中時(shí)難以實(shí)現(xiàn)的。能夠在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)報(bào)文的差錯(cuò)控制和糾錯(cuò)處理。報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)能進(jìn)行速度和代碼轉(zhuǎn)換。由于每個(gè)工作站以自己適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)速率接到節(jié)點(diǎn)上，所以兩個(gè)數(shù)據(jù)速率不同的工作站也可以相互通信。報(bào)文交換的主要缺點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)的延時(shí)較長且變化比較大，因而不宜用于實(shí)時(shí)通信或交互式的應(yīng)用場合。要求交換機(jī)有高速處理能力及大的存儲(chǔ)容量.因此增加了設(shè)備的開銷理論上存在實(shí)際不使用2.3.3分組交換1、分組交換的定義分組交換也稱包交換。分組交換的工作方式與報(bào)文交換大致相同，都采用存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。區(qū)別在于報(bào)文交換是以整個(gè)報(bào)文(數(shù)據(jù)塊)為信息交換單位，而分組交換則是把大的數(shù)據(jù)塊分割成若干小段(限制所傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，典型的最大長度是1000位或幾千位)，為每個(gè)小段加上有關(guān)地址數(shù)據(jù)和段的分割信息，組成一個(gè)數(shù)據(jù)包，也叫分組。發(fā)送站將一個(gè)長報(bào)文分成多個(gè)報(bào)文分組，接收站將多個(gè)報(bào)文分組按照順序重新組織成一個(gè)長報(bào)文。分組交換可以向用戶提供兩類業(yè)務(wù)方式：數(shù)據(jù)報(bào)方式虛電路方式(1)數(shù)據(jù)報(bào)方式數(shù)據(jù)報(bào)是報(bào)文分組存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式。在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，節(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。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。每個(gè)分組在通信子網(wǎng)中可以通過不同傳輸路徑，從源主機(jī)到達(dá)目的主機(jī)。數(shù)據(jù)報(bào)方式的數(shù)據(jù)交換過程如圖所示(2)數(shù)據(jù)報(bào)方式的特點(diǎn)①同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)。②同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)和丟失現(xiàn)象.③每一個(gè)分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址和源地址。④報(bào)文傳輸延遲較大,適用于突發(fā)性通信,不適用于長報(bào)文、會(huì)話式通信。（2）.虛電路方式虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式與電路交換方式結(jié)合起來，發(fā)揮兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方之間建立一條邏輯連接的虛電路。虛電路方式的特點(diǎn)如下：①在每次報(bào)文分組發(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。②一次通信的所有報(bào)文分組都通過這條虛電路順序傳送，因此報(bào)文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息。報(bào)文分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序等現(xiàn)象。③報(bào)文分組通過虛電路上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測，而不需要做路徑選擇。④通信子網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以和任何節(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。分組交換的優(yōu)點(diǎn)：由于分組長度較短，在傳輸出錯(cuò)時(shí)，檢錯(cuò)容易，并且重發(fā)花費(fèi)的時(shí)間較少，有利于提高存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間利用率與傳輸效率。此外，交換節(jié)點(diǎn)可以進(jìn)行差錯(cuò)控制，提高傳輸可靠性；減少時(shí)延；各信道的流量趨于平衡，信道帶寬按需分配，有利于提高通信線路利用率。因此，分組交換成為當(dāng)今公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)中主要的交換技術(shù)。分組交換的缺點(diǎn)：每個(gè)分組在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)都要獨(dú)立選擇路徑，增加了傳輸延遲，而且同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)，可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象；每個(gè)分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址，增加了額外信息。分組交換方式傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報(bào)文、會(huì)話式通信。2.3.4信元交換技術(shù)信元交換技術(shù)是指異步傳輸模式（ATM），它是一種面向連接的交換技術(shù)，它采用小的固定長度的信息交換單元（信元），話音、視頻和數(shù)據(jù)都可由信元的信息域傳輸。綜合吸取了分組交換高效率和電路交換高速率的優(yōu)點(diǎn)，針對分組交換速率低的弱點(diǎn)，利用電路交換完全與協(xié)議處理無關(guān)的特點(diǎn)，通過高性能的硬件設(shè)備來提高處理速度，以實(shí)現(xiàn)高速化。4種交換技術(shù)的比較對于交互式通信來說，報(bào)文交換是不合適的。對于較輕的間歇式負(fù)載來說，電路交換是最合適的，因?yàn)榭梢酝ㄟ^電話撥號線路來使用公用電話系統(tǒng)。對于兩個(gè)站之間很重的持續(xù)的負(fù)載來說，使用租用的電路交換線是最合適的。當(dāng)有一批中等數(shù)量數(shù)據(jù)必須交換到大量的數(shù)據(jù)設(shè)備時(shí)，寧可用分組交換方法，這種技術(shù)的線路利用率是最高的。數(shù)據(jù)報(bào)分組交換適用于短報(bào)文和具有靈活性的報(bào)文。虛電路分組交換適用于大批量數(shù)據(jù)交換和減輕各站的處理負(fù)擔(dān)。信元交換適用于對帶寬要求高和對服務(wù)質(zhì)量要求高的應(yīng)用。舉例：紅軍和藍(lán)軍通信聯(lián)合進(jìn)攻山下的敵軍的例子。第一天紅軍發(fā)了條信息要藍(lán)軍第二天一起進(jìn)攻，藍(lán)軍收到之后，發(fā)一條確認(rèn)信息，但是藍(lán)軍擔(dān)心的是‘確認(rèn)信息’如果也不可靠而沒有成功到達(dá)紅軍那里，那自己不是很危險(xiǎn)？于是紅軍再發(fā)一條‘對確認(rèn)的確認(rèn)信息’，但同樣的問題還是不能解決，紅軍仍然不敢貿(mào)然行動(dòng)。2.4差錯(cuò)檢驗(yàn)與校正數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)差錯(cuò)有多種原因：內(nèi)因：噪音脈沖、脈動(dòng)噪音、衰減、延遲失真外因：電磁干擾、太陽噪音、工業(yè)噪音1、奇偶校驗(yàn)一種最簡單的檢錯(cuò)方法根據(jù)被傳輸?shù)囊唤M二進(jìn)制代碼的數(shù)位中“1”的個(gè)數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù)來進(jìn)行校驗(yàn)。奇校驗(yàn)：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）中，“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，如：0110，01010110，0001偶校驗(yàn)：所有傳送的數(shù)位（含字符的各數(shù)位和校驗(yàn)位）中，“1”的個(gè)數(shù)為偶數(shù)，如：0100，01010100，0001檢錯(cuò)原理：接收器接收到的數(shù)據(jù)的1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，就認(rèn)