11.3數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

數(shù)據(jù)通信的基本概念1.信息信息的載體:數(shù)字、字符、聲音、圖象等。計(jì)算機(jī)及其外圍設(shè)備產(chǎn)生和交換的信息都是由二進(jìn)制代碼表示的字母，數(shù)字或控制符的組合。因此，為了傳送信息，必須對(duì)信息中包含的每一個(gè)字符進(jìn)行編碼。用二進(jìn)制代碼表示信息中的每個(gè)字符就是編碼。22.常用的二進(jìn)制編碼格式在數(shù)據(jù)通信中,要進(jìn)行編碼,就要采用一定的編碼標(biāo)準(zhǔn).則目前最常用的編碼標(biāo)準(zhǔn)就是ASCII碼.它既是計(jì)算機(jī)內(nèi)碼的標(biāo)準(zhǔn),也是數(shù)據(jù)通信的編碼標(biāo)準(zhǔn).ASCII碼用7位二進(jìn)制數(shù)表示一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)。如：“A”---1000001“1”-----011000133.數(shù)據(jù)和信號(hào)數(shù)據(jù):在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱為數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)是傳輸信息的載體.數(shù)據(jù)和信息的區(qū)別在于:數(shù)據(jù)是信息的表示形式,而信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋.對(duì)于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來(lái)說(shuō),他關(guān)心的是信息的表示方式和傳輸方法.如,如何將表示信息的二進(jìn)制比特通過(guò)傳輸介質(zhì),在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間進(jìn)行傳遞.4信號(hào):是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的表示形式.根據(jù)數(shù)據(jù)表示方式的不同,可以把信號(hào)分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào).(1)數(shù)字信號(hào):是一種離散的電信號(hào).(2)模擬信號(hào):是一種連續(xù)變化的電信號(hào).54.信道及信道的分類(1)信道:是數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)谋亟?jīng)之路,它一般由傳輸線路和傳輸設(shè)備組成.

發(fā)送設(shè)備發(fā)送機(jī)信道接收機(jī)接收設(shè)備通信系統(tǒng)基本模型

數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)模型

6(2)物理信道和邏輯信道物理信道:是指用來(lái)傳送信號(hào)或數(shù)據(jù)的物理通路,一般由傳輸介質(zhì)和通信設(shè)備組成.邏輯信道:是在物理信道的基礎(chǔ)上,在節(jié)點(diǎn)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了其他”連接”,通常把這些”連接”稱為邏輯信道.因此,同一條物理信道上可以提供多條邏輯信道.(3)有線信道和無(wú)線信道(4)模擬信道和數(shù)字信道7根據(jù)信道中傳輸?shù)牟煌愋偷臄?shù)據(jù)信號(hào),可以將物理信道分成模擬信道和數(shù)字信道.模擬信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào),而數(shù)字信道中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào).如果要在模擬信道上傳輸由計(jì)算機(jī)直接輸出的二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號(hào),就需要在信道兩邊分別安裝調(diào)制解調(diào)器,對(duì)數(shù)字脈沖信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行調(diào)制和解調(diào).8(5)專用信道和公共交換信道5.碼元和碼字碼元:在數(shù)據(jù)通信中,時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元被稱為碼元.

而習(xí)慣上,把計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拿恳晃欢M(jìn)制代碼稱為”碼元”或”碼位”.

如:“A”-----1000001,那我們說(shuō)這個(gè)信號(hào)是由7個(gè)碼元組成的序列.而這個(gè)序列通常被稱為”碼字”.96.數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)包:在數(shù)據(jù)傳輸時(shí),通常將較大的數(shù)據(jù)塊分割成較小的數(shù)據(jù)段,并且在這些數(shù)據(jù)段上附加一些信息(如,目標(biāo)地址,源地址,校驗(yàn)碼等).這些數(shù)據(jù)段及其附加信息稱為數(shù)據(jù)包.(IP層)數(shù)據(jù)幀:在實(shí)際傳輸時(shí),還要將數(shù)據(jù)包進(jìn)一步分割成更小的數(shù)據(jù)單位,這就是數(shù)據(jù)幀.(鏈路層)10通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)1.數(shù)據(jù)傳輸速率S(比特率)比特率:是一種數(shù)字信號(hào)的傳輸速率,它是指在有效帶寬上,單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制代碼的有效位數(shù).常用b/s,Mb/s等單位來(lái)表示.2.波形調(diào)制速率B(波特率)波特率:是一種調(diào)制速率,它是指數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的速率,即經(jīng)過(guò)調(diào)制后的模擬信號(hào)每秒鐘的變化次數(shù).具體來(lái)講,在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中,線路上每秒鐘傳輸?shù)牟ㄐ蝹€(gè)數(shù)就是波特率B.11假設(shè)T表示每個(gè)波形的持續(xù)時(shí)間,則調(diào)制速率可以表示為:.比特率和波特率之間有下列關(guān)系:其中,n為一個(gè)脈沖信號(hào)所表示的有效狀態(tài)數(shù).對(duì)于多相調(diào)制來(lái)說(shuō),n表示相的數(shù)目.如,在二相調(diào)制中,n=2,所以S=B,但在多相(n大于2)調(diào)制時(shí),則有S>B.(見表1-2)123.帶寬對(duì)于模擬信道來(lái)說(shuō),帶寬是指物理信道的頻帶寬度.意思是指,信道允許傳送信號(hào)的最高頻率和最低頻率之差,單位為Hz,kHz,MHz等.對(duì)于數(shù)字信道來(lái)說(shuō),帶寬是指在信道上能夠傳送的數(shù)字信號(hào)的速率,即數(shù)據(jù)傳輸速率S.單位為b/s或bps.134.信道容量是指物理信道能夠傳輸數(shù)據(jù)的最大能力.當(dāng)信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率大于信道所允許的數(shù)據(jù)速率時(shí),信道就不能用來(lái)傳輸數(shù)據(jù)了.1948年香農(nóng)經(jīng)研究得出了著名的香農(nóng)公式該公式指出,信道的帶寬和信噪比越高,則信道的容量就越高.

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中,一定要注意所用的數(shù)據(jù)傳輸速率一定要低于信道容量所規(guī)定的數(shù)值.145.帶寬,數(shù)據(jù)傳輸速率和信道容量的關(guān)聯(lián)6.誤碼率誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸中被傳錯(cuò)的概率,也稱出錯(cuò)率.可表示為:15數(shù)據(jù)傳輸方式1.并行傳輸一次同時(shí)傳輸若干比特的數(shù)據(jù).2.串行傳輸一次只能傳輸1比特的數(shù)據(jù).串行通信與并行通信

16串行數(shù)據(jù)通信具有以下三種方式:(1)單工通信.(2)半雙工通信.(3)全雙工通信單工、半雙工與全雙工通信

171.3.4數(shù)據(jù)傳輸類型及相應(yīng)技術(shù)在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)類型不同,所使用的技術(shù)也不同,通常分為基帶傳輸和頻帶傳輸.1.基帶傳輸與數(shù)字信號(hào)的編碼(1)基帶信號(hào)和基帶傳輸基帶信號(hào):就是數(shù)字信號(hào),也稱為數(shù)字基帶信號(hào).基帶傳輸:在線路上直接傳輸基帶信號(hào)的方法稱為基帶傳輸.18在基帶傳輸中,必須解決兩個(gè)最基本的問(wèn)題:基帶信號(hào)的編碼問(wèn)題;收發(fā)雙方的同步問(wèn)題.(2)基帶信號(hào)的編碼問(wèn)題常采用的編碼方式有三種:①不歸零編碼編碼規(guī)則.用正電壓表示”1”,用負(fù)電壓表示“0”.NRZ編碼的特點(diǎn)與同步信號(hào)優(yōu)點(diǎn):簡(jiǎn)單,容易實(shí)現(xiàn).19缺點(diǎn):收發(fā)雙方無(wú)法保持同步.為了保證收發(fā)同步,必須在發(fā)送NRZ編碼的同時(shí),用另一個(gè)信道同時(shí)發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào).②曼徹斯特編碼（Manchester）

編碼規(guī)則每比特的周期T分為前后兩個(gè)相等的部分.前半周期傳送該碼元值的反碼,后半周期傳送該碼元值的原碼.中間的電平跳變作為雙方的同步信號(hào)20特點(diǎn)與同步信號(hào)③差分曼徹斯特編碼（DifferenceManchester）編碼規(guī)則

每個(gè)碼元值無(wú)論是”1”,還是”0”,中間都有一次電平跳變,這個(gè)跳變可以作為同步信號(hào)使用.如果碼元值為”0”,則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平相反;如果碼元值為”1”,則其前半個(gè)碼元的電平與上一個(gè)碼元的后半個(gè)碼元的電平相同.21數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到數(shù)字信號(hào)的編碼方法

222.頻帶傳輸與模擬信號(hào)的調(diào)制(1)調(diào)制,解調(diào)與頻帶傳輸在頻帶傳輸中常用普通電話線作為傳輸介質(zhì)電話線的帶寬一般在300~3400Hz之間.傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語(yǔ)音信號(hào)而設(shè)計(jì)的,它不適于直接傳輸頻帶很寬,又集中在低頻段的計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號(hào).為了利用電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)字信號(hào)傳輸,必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào).23

為此,需要在發(fā)送端選取音頻范圍的某一頻率的正(余)弦模擬信號(hào)作為載波,用它運(yùn)載所要傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào),并通過(guò)電話信道將其送至另一端;在接收端再將數(shù)字信號(hào)從載波上分離出來(lái),恢復(fù)為原來(lái)的數(shù)字信號(hào)波形.這種利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)姆椒ǚQ為頻帶傳輸.

在發(fā)送端將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的過(guò)程稱為調(diào)制.相應(yīng)的調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器.24

在接收端把模擬信號(hào)恢復(fù)為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào),相應(yīng)的的設(shè)備稱為解調(diào)器.

同時(shí)具備調(diào)制和解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器.(2)模擬信號(hào)的調(diào)制在調(diào)制過(guò)程中選用的載波信號(hào)可以表示為:其中,A:振幅,:角頻率,:相位,這三個(gè)量是載波信號(hào)的3個(gè)可變電參量.25

這三個(gè)量是正弦波的控制參數(shù),也稱為調(diào)制參數(shù),它們的變化將對(duì)正弦波的波形產(chǎn)生影響.

通過(guò)改變這三個(gè)參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)編碼時(shí),就會(huì)產(chǎn)生三種不同的調(diào)制方式:幅度調(diào)制(調(diào)幅)頻率調(diào)制(調(diào)頻)相位調(diào)制應(yīng)當(dāng)注意的是每次在改變一個(gè)電參數(shù)時(shí),要固定另外兩個(gè).26①幅度調(diào)制(ASK)在幅度調(diào)制中,頻率和相位是常數(shù),振幅是變量,也就是說(shuō),載波的幅度隨發(fā)送的數(shù)字信號(hào)的值而變化.例如,可以用具有幅度的載波信號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)字”1”,用幅度為0的載波信號(hào)表示二進(jìn)制數(shù)字”0”.其電壓波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:特點(diǎn):技術(shù)簡(jiǎn)單,信號(hào)容易實(shí)現(xiàn),但抗干擾能力差.數(shù)字”1”數(shù)字”0”27模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼方法

28②頻率調(diào)制(FSK)在頻率調(diào)制中,振幅和相位是常數(shù),頻率為變量.其電壓波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:特點(diǎn):電路簡(jiǎn)單,抗干擾能力強(qiáng),但頻帶利用率低.因此,FSK適用于傳輸速率較低的數(shù)字信號(hào).數(shù)字”1”數(shù)字”0”29③相位調(diào)制(PSK)振幅和頻率為常數(shù),相位為變量.相位調(diào)制可以分為:絕對(duì)調(diào)相,相對(duì)調(diào)相和多相調(diào)制.絕對(duì)調(diào)相的調(diào)制規(guī)則用相位的絕對(duì)值表示數(shù)字信號(hào)”0”和”1”.例如:用初始相位表示數(shù)字”1”,用初始相位表示數(shù)字”0”,則電壓波形的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:30相對(duì)調(diào)相的調(diào)制規(guī)則用當(dāng)前波形的初始相位,相對(duì)于前一個(gè)波形的初始相位的偏移值來(lái)表示數(shù)字”0”和”1”.例如:用表示數(shù)字信號(hào)”0”,用來(lái)表示數(shù)字信號(hào)”1”.31多相調(diào)制以上討論的是兩相調(diào)制的方法,即用兩個(gè)不同的相位值來(lái)分別表示二進(jìn)制數(shù)值”0”和”1”.但是在模擬信號(hào)的通信系統(tǒng)中,人們經(jīng)常用多相調(diào)制的方法,來(lái)達(dá)到提高數(shù)據(jù)傳輸速率的目的.與兩相調(diào)制類似的是,在多相調(diào)制中也存在絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相之分.32例如,在四相調(diào)制中,可以將待發(fā)送的數(shù)字信號(hào)按兩個(gè)比特為一組進(jìn)行編組,一共有四組:00,01,10,11,這樣,在調(diào)相信號(hào)的傳輸過(guò)程中,相位每發(fā)生一次變化,便可以傳送兩個(gè)比特的數(shù)據(jù).同理,在8相調(diào)制中,如果將待發(fā)送的數(shù)字信號(hào)按每3個(gè)比特一組進(jìn)行編組,則一共有8種組合.則,在調(diào)相信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中,相位每發(fā)生一次改變,便可以傳送3個(gè)比特的數(shù)據(jù).(見表1-3)33相位調(diào)制的特點(diǎn)是:占用的頻帶較窄,抗干擾性能好,其中相對(duì)調(diào)相有更高的抗干擾性能.數(shù)據(jù)傳輸中的同步技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中,收發(fā)雙方是通過(guò)通信介質(zhì)連接起來(lái)的,當(dāng)發(fā)送方將數(shù)據(jù)發(fā)送出去后,接收方如何識(shí)別這些數(shù)據(jù)位并將它們組合成字符呢這些問(wèn)題的解決都要靠交換數(shù)據(jù)的設(shè)備之間的定時(shí)機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn).這個(gè)定時(shí)機(jī)制就是我們所說(shuō)的同步技術(shù),同步技術(shù)需要解決的主要問(wèn)題如下:34何時(shí)開始發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率是否一致.持續(xù)時(shí)間是多少發(fā)送時(shí)間間隔是多少.統(tǒng)一接收方和發(fā)送方動(dòng)作的措施以及使得通信雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致的技術(shù)就稱為同步技術(shù).常用的同步技術(shù)有:異步傳輸方式和同步傳輸方式兩種.351.異步傳輸方式(1)什么是異步傳輸方式所謂異步傳輸方式就是在被傳送的字符前后加起止位,實(shí)現(xiàn)定時(shí)的傳輸方式.

這種傳輸方式是以一個(gè)字符為單位進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?并且在每個(gè)字符代碼的前后附加上起始位和停止位(這些標(biāo)記數(shù)據(jù)起止的位又稱為成幀信息).36DEC起始空號(hào)停止1個(gè)字符起始空號(hào)停止1個(gè)字符起始DEC停止奇偶位b7b6b5b4b3b2b1起始

異步傳輸方式工作過(guò)程如下:平時(shí)在線路上沒(méi)有信號(hào)時(shí),線路上處于空號(hào)狀態(tài)即高電平狀態(tài);一旦接收端檢測(cè)到傳輸線路從高電平跳向低電平,也即接收端收到起始位,說(shuō)明發(fā)送端已經(jīng)開始傳輸數(shù)據(jù).則接收端利用傳輸線的這種電平跳變,啟動(dòng)內(nèi)部時(shí)鐘,使其對(duì)準(zhǔn)接收信息的每一位進(jìn)行采樣,以確保正確的接收.當(dāng)接收端收到停止位時(shí),標(biāo)志著傳輸結(jié)束.37(2)異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)各位以串行方式發(fā)送,并附加有起止位作為標(biāo)示.字符之間通過(guò)空號(hào)來(lái)分隔。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，技術(shù)容易，費(fèi)用低。缺點(diǎn)：由于每個(gè)字符都需要添加附加位因此，開銷大。382.同步傳輸方式（1）什么是同步傳輸在傳輸過(guò)程中，大的數(shù)據(jù)塊一起發(fā)送，在數(shù)據(jù)塊的前后附加一些特殊的字符作為成幀信息。這些成幀信息使得發(fā)送端和接收端建立起一個(gè)同步的傳輸過(guò)程，另外，它們還用來(lái)區(qū)分和間隔連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊。由于同步傳輸是以數(shù)據(jù)塊的方式傳輸?shù)囊蚨€路的使用效率較高，但也加重了DEC的負(fù)擔(dān)。39（2）同步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)在同步傳輸中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊的方式傳輸?shù)?。在位流中采用同步字符?lái)保證定時(shí)。用于同步傳輸?shù)某蓭畔ⅲㄍ叫盘?hào)）的位數(shù)較異步方式少，因此，同步傳輸?shù)男时犬惒絺鬏數(shù)男矢摺?0（3）同步傳輸?shù)臅r(shí)鐘信號(hào)同步傳輸要求嚴(yán)格的時(shí)序與時(shí)鐘，以保證連續(xù)的數(shù)據(jù)塊能正確地傳輸，否則出錯(cuò)后重傳的數(shù)量較大。實(shí)現(xiàn)同步時(shí)鐘有外同步和內(nèi)同步2這種方法。采用單獨(dú)的數(shù)據(jù)線傳輸時(shí)鐘信號(hào)在傳輸雙方之間，除數(shù)據(jù)傳輸線之外，還需要專門的時(shí)鐘傳輸線，因此，這種方法被稱為外同步。其工作原理是：把發(fā)送端的時(shí)鐘信號(hào)作為基本時(shí)鐘信號(hào)，通過(guò)時(shí)鐘線傳輸?shù)浇邮斩耍邮斩艘源藶橐罁?jù)，41對(duì)被接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣，完成數(shù)據(jù)的接收工作。也可以采用相反的方法，將接收端的時(shí)鐘信號(hào)通過(guò)時(shí)鐘線，傳回發(fā)送端，而發(fā)送端則按此時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)信號(hào)向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，以達(dá)到時(shí)鐘同步的目的。這種方法適用于短距離高速傳輸?shù)膱?chǎng)合。42采用信號(hào)編碼的方法傳輸時(shí)鐘信號(hào)假如數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x較遠(yuǎn)，為了降低投資，除數(shù)據(jù)傳輸線外，不再專門鋪設(shè)時(shí)鐘傳輸線，因此，這種方法稱為內(nèi)同步。其工作原理是：把時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)一起編碼，形成一個(gè)新的代碼發(fā)送到接收端。接收端收到編碼后進(jìn)行解碼，從中分離出時(shí)鐘信號(hào)并用此時(shí)鐘信號(hào)作為接收端的工作時(shí)鐘，以達(dá)到同步時(shí)鐘的目的。這種方法常用在基帶局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中。431.3.6多路復(fù)用技術(shù)（1）什么是多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)就是在一條物理線路上建立多條通信信道的技術(shù)。（2）多路復(fù)用技術(shù)的實(shí)質(zhì)和工作原理實(shí)質(zhì)：共享物理信道，更加有效地利用通信線路。工作原理：首先將一個(gè)區(qū)域的多個(gè)用戶信息通過(guò)多路復(fù)用器匯集起來(lái)，然后，將匯集起來(lái)的信息群通過(guò)一條物理線路傳送到接收44設(shè)備的復(fù)用器，最后，接收設(shè)備端的復(fù)用器再將信息群分離成單個(gè)的信息，并將其發(fā)送給多個(gè)用戶。這樣就可以利用一對(duì)多路復(fù)用器和一條物理通信線路來(lái)代替多套發(fā)送和接收設(shè)備與多條通信線路。多路復(fù)用原理示意圖

45（3）多路復(fù)用技術(shù)的分類頻分復(fù)用（FDM）時(shí)分復(fù)用（TDM）波分復(fù)用（WDM）其他常用的復(fù)用技術(shù)還有：空分復(fù)用（SDM）以及動(dòng)態(tài)時(shí)分復(fù)用等。2.頻分復(fù)用在實(shí)際通信中，物理信道的可用帶寬往往大于單個(gè)給定信號(hào)的帶寬，F(xiàn)DM技術(shù)正是利用了這一特點(diǎn)。46采用FDM技術(shù)時(shí)，將信道按頻率劃分為多個(gè)子信道，每個(gè)子信道可以傳送一路信號(hào)。頻分多路復(fù)用原理示意圖

473.時(shí)分復(fù)用技術(shù)（TDM）如果信道允許的傳輸速率大大超過(guò)每路信號(hào)需要的傳輸速率，就可以采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用技術(shù)的工作原理：將各路傳輸信號(hào)按時(shí)間進(jìn)行分割，即將每個(gè)單位傳輸時(shí)間劃分為許多時(shí)間片（時(shí)隙）每路信號(hào)使用其中的一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸，由多個(gè)時(shí)隙組成的幀稱為時(shí)分復(fù)用幀。這樣就可以使多路輸入信號(hào)在不同的時(shí)隙內(nèi)輪流、交替使用物理信道進(jìn)行傳輸。48時(shí)分多路復(fù)用原理示意圖

49時(shí)分復(fù)用示例50TDM和FDM的區(qū)別4.波分復(fù)用技術(shù)（WDM）WDM原理示意圖

511.3.7廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)通常將數(shù)據(jù)在通信子網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)交換，對(duì)應(yīng)的技術(shù)稱為數(shù)據(jù)交換技術(shù)。常用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)分為兩類：線路交換技術(shù)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)。存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)又可分為報(bào)文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。ATM技術(shù)：ATM是一種高速分組交換技術(shù)。521線路交換方式線路交換的典型應(yīng)用主叫用戶A局B局C局被叫用戶撥號(hào)音撥號(hào)占用信號(hào)占用信號(hào)振鈴取機(jī)通話(信息傳送)被叫掛機(jī)反向拆線信號(hào)主叫掛機(jī)正向拆線信號(hào)掛機(jī)正向證實(shí)信號(hào)呼叫建立連接釋放回鈴音掛機(jī)53線路交換方式和電話交換類似，在線路交換方式中，當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)要通過(guò)通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)，首先要在通信子網(wǎng)中建立一條實(shí)際的物理通路。54典型的線路交換過(guò)程55典型的線路交換過(guò)程56線路交換的特點(diǎn)主要特點(diǎn)：①在線路建立完成之后，該物理線路連接只為此次通信專用。②通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換設(shè)備不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)不能改變數(shù)據(jù)的內(nèi)容，并且不具備差錯(cuò)控制的能力。優(yōu)點(diǎn)：適用于實(shí)時(shí)通信和交互式會(huì)話類通信以及一次通信需要傳輸大量的數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)：對(duì)突發(fā)性通信不適應(yīng)，系統(tǒng)效率低；系統(tǒng)不具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，不能平滑通信量；系統(tǒng)沒(méi)有差錯(cuò)控制的能力，無(wú)法發(fā)現(xiàn)和糾正傳輸過(guò)程中發(fā)生的數(shù)據(jù)差錯(cuò)。572存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式（1）存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的基本概念存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式與線路交換方式的主要區(qū)別:發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元（報(bào)文或報(bào)文分組）進(jìn)入通信子網(wǎng)；通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯(cuò)校驗(yàn)、存儲(chǔ)、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。58存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機(jī)可以存儲(chǔ)分組，多個(gè)分組可以共享通信信道，線路利用率高；通信子網(wǎng)中通信控制處理機(jī)具有路選功能，可以動(dòng)態(tài)選擇報(bào)文分組通過(guò)通信子網(wǎng)的最佳路徑；可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；分組在通過(guò)通信子網(wǎng)中的每個(gè)通信控制處理機(jī)時(shí)，均要進(jìn)行差錯(cuò)檢查與糾錯(cuò)處理，因此可以減少傳輸錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)可靠性；通過(guò)通信控制處理機(jī)可以對(duì)不同通信速率的線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也可以對(duì)不同的數(shù)據(jù)代碼格式進(jìn)行變換。59存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分類存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)主要分為兩種類型:報(bào)文交換（message）報(bào)文分組交換(packet)

如果在發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí),不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是多少,都把它當(dāng)成一個(gè)邏輯單元,在發(fā)送的數(shù)據(jù)上加上目的地址、源地址和控制信息，按一定的格式打包后組成一個(gè)報(bào)文，這種方式被稱為報(bào)文交換。60存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分類分組交換：就是在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，限制數(shù)據(jù)單元的最大長(zhǎng)度，發(fā)送站將一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文分成多個(gè)報(bào)文分組，接收站在收到這些報(bào)文分組時(shí)，按順序重新組成一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文。報(bào)文分組：報(bào)文：報(bào)文號(hào)目的地址源地址校驗(yàn)報(bào)文號(hào)目的地址源地址報(bào)文分組數(shù)據(jù)校驗(yàn)報(bào)文分組號(hào)數(shù)據(jù)61分組交換的優(yōu)點(diǎn)：由于分組長(zhǎng)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；限定分組最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，有利于提高存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間利用率與傳輸效率；公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。2.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分類存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分類62分組交換技術(shù)分組交換技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中，又分成兩種類型：數(shù)據(jù)報(bào)方式（datagram）虛電路方式（VC-VirtualCircuit）數(shù)據(jù)報(bào)方式在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，分組在傳送時(shí)，不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立“線路連接”；源主機(jī)所發(fā)送的每一個(gè)分組都可以獨(dú)立地選擇一條傳輸路徑；每個(gè)分組在通信子網(wǎng)中可能是通過(guò)不同的傳輸路徑到達(dá)目的主機(jī)的。63分組交換技術(shù)數(shù)據(jù)報(bào)方式的工作原理示意圖結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)F結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)E結(jié)點(diǎn)D結(jié)點(diǎn)G結(jié)點(diǎn)Bp2p1p1p1p1p2p2p2p1p2ACKACKACKACKACKACK主機(jī)A主機(jī)B64數(shù)據(jù)報(bào)方式的特點(diǎn)分組交換技術(shù)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)；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；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；使用數(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。65虛電路方式虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式與線路交換方式結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果;數(shù)據(jù)報(bào)方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需要預(yù)先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路;虛電路方式與線路交換方式相同，整個(gè)通信過(guò)程分為以下三個(gè)階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放。66虛電路方式67虛電路方式68采用虛電路交換時(shí),鏈路連接狀態(tài)的建立虛電路方式舉例虛電路交換機(jī)的連接狀態(tài)由VC表中的每個(gè)連接記錄組成。一個(gè)連接記錄包括以下幾部分：輸入接口，此VC的分組從該接口到達(dá)。輸入VCI，虛電路標(biāo)示，包含在每個(gè)到達(dá)的分組中。輸出接口，此VC的分組從該接口離開交換機(jī)。輸出VCI，用于輸出分組。69虛電路方式舉例假設(shè)從主機(jī)A到主機(jī)B要經(jīng)過(guò)3個(gè)交換機(jī),分別是交換機(jī)1、交換機(jī)2和交換機(jī)3，如下圖。交換機(jī)1主機(jī)D主機(jī)C主機(jī)A320交換機(jī)2主機(jī)E主機(jī)F3121交換機(jī)3主機(jī)G主機(jī)H主機(jī)B0012370虛電路方式舉例交換機(jī)1主機(jī)D主機(jī)C主機(jī)A320交換機(jī)2主機(jī)E主機(jī)F3121交換機(jī)3主機(jī)G主機(jī)H主機(jī)B00123

5117

44711571虛電路方式舉例輸入端口輸入VCI輸出端口輸出VCI輸入端口輸入VCI輸出端口輸出VCI交換機(jī)1的虛電路表記錄交換機(jī)2的虛電路表記錄輸入端口輸入VCI輸出端口輸出VCI交換機(jī)3的虛電路表記錄2513110073471172虛電路方式的特點(diǎn)在每次分組發(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。因?yàn)椴恍枰嬲ソ⒁粭l物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；一次通信中的所有分組都通過(guò)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。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；分組通過(guò)虛電路上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測(cè)，而不需要做路徑選擇；通信子網(wǎng)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以和其他結(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。73虛電路方式與線路交換方式的不同之處虛電路是在傳輸分組時(shí)建立起的邏輯連接，稱為“虛電路”是因?yàn)檫@種電路不是專用的。每個(gè)結(jié)點(diǎn)到其他結(jié)點(diǎn)間可能有無(wú)數(shù)條虛電路存在；一個(gè)結(jié)點(diǎn)可以同時(shí)與多個(gè)結(jié)點(diǎn)之間具有虛電路；每條虛電路支持特定的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)傳輸。由于虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，因此在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。743ATM的工作原理ATM交換是對(duì)虛電路方式的進(jìn)一步發(fā)展；在ATM網(wǎng)中，主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先要將數(shù)據(jù)組織成若干個(gè)信元。由于信元格式固定，因此可以減少交換機(jī)的處理負(fù)荷這就為交換機(jī)的高速交換創(chuàng)造了條件；象虛電路方式一樣，在ATM方式中，數(shù)據(jù)傳輸之前，先要建立連接（邏輯連接），每個(gè)信元不需要帶目的地址、源地址等信息，只帶上VCI就可以了，ATM交換機(jī)根據(jù)信元的VCI結(jié)合路由表中的記錄，就可以將信元送到合適的交換機(jī)輸出端口。75幾個(gè)重要概念在討論ATM工作原理之前，首先要了解三個(gè)術(shù)語(yǔ)：物理鏈路（physicallink）、虛通路（VP，virtualpath）和虛通道（VC,virtualchannel）物理鏈路：它是連接ATM交換機(jī)-ATM交換機(jī)、ATM交換機(jī)-ATM主機(jī)物理線路。每條物理鏈路可以包含一條或多條虛通路VP，每條VP又可以包含一條或多條虛通道VC。物理鏈路虛通路虛通道76幾個(gè)重要概念虛通路兩個(gè)ATM端用戶間建立的連接被稱為虛通路連接。兩個(gè)ATM設(shè)備間的鏈路被稱為虛通路鏈路。一條虛通路連接是由多段虛通路鏈路組成的。每段虛通路鏈路VPL都是由VPI來(lái)標(biāo)示的。每條虛通路中可以有單向或雙向的數(shù)據(jù)流，ATM技術(shù)支持不對(duì)稱的數(shù)據(jù)速率，即允許兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)速率不同。77幾個(gè)重要概念78虛通道在虛通道一級(jí)，兩個(gè)ATM端用戶建立的連接被稱為虛通道連接；兩個(gè)ATM設(shè)備間的鏈路被稱為虛通道鏈路（VCL）一條虛通道連接由多條虛通道鏈路組成，每一條虛通道鏈路都用虛通道標(biāo)示符（VCI）來(lái)標(biāo)示；虛通道中的數(shù)據(jù)流可以是單向的，也可以是雙向，當(dāng)虛通道雙向傳輸信元時(shí)，兩個(gè)方向的通信參數(shù)可以是不同的。幾個(gè)重要概念79幾個(gè)重要概念80ATM應(yīng)用的例子支持遠(yuǎn)程教學(xué)的ATM網(wǎng)ATM端用戶ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)ATM交換機(jī)ATM網(wǎng)絡(luò)ATM接口卡聲音文本視頻ATM端用戶ATM端用戶81應(yīng)用特點(diǎn)分析：學(xué)生對(duì)文本信息的實(shí)時(shí)性要求不高，對(duì)語(yǔ)音和視頻信息的實(shí)時(shí)性要較高。文本、語(yǔ)音和視頻的信息量相差很大。ATM應(yīng)用的例子對(duì)于這種應(yīng)用需求，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)無(wú)法滿足，但是，我們可以通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)這種需求。因?yàn)?，ATM網(wǎng)絡(luò)允許為不同的應(yīng)用分配不同的帶寬，這樣，我們就可以分別為傳輸文本、語(yǔ)音和視頻的不同虛通道VC分配不同的傳輸速率。82ATM應(yīng)用的例子信元4信元1信元2信元3信元5虛通道VCI=1(文本)虛通道VCI=2(聲音)虛通道VCI=3(視頻)虛通路文本視頻聲音ATM接口卡信元4信元1信元2信元3信元5信元4信元1信元2信元3信元5831.3.8差錯(cuò)控制方法技術(shù)

1.差錯(cuò)產(chǎn)生的原因和差錯(cuò)類型

傳輸差錯(cuò)—通過(guò)通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象；差錯(cuò)控制—檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)；通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；由熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)，或隨機(jī)錯(cuò)；沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)，或突發(fā)錯(cuò)；引起突發(fā)差錯(cuò)的位長(zhǎng)稱為突發(fā)長(zhǎng)度；在通信過(guò)程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。84傳輸差錯(cuò)

產(chǎn)生過(guò)程信源通信信道信宿數(shù)據(jù)噪聲數(shù)據(jù)+噪聲(a)001100111100011111000011000100010110011001010傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)波形噪聲數(shù)據(jù)信號(hào)與噪聲信號(hào)疊加后的波形采樣時(shí)間接收數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)出錯(cuò)的位(b)85

誤碼率的定義

二進(jìn)制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，它在數(shù)值上近似等于：

Pe=Ne/N其中，N為傳輸?shù)亩M(jìn)制比特總數(shù)；

Ne為被傳錯(cuò)的比特?cái)?shù)。86討論誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)；對(duì)于一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說(shuō)誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求；對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制比特，要折合成二進(jìn)制比特來(lái)計(jì)算；差錯(cuò)的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實(shí)際測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時(shí)，只有被測(cè)量的傳輸二進(jìn)制比特?cái)?shù)越大，才會(huì)越接近于真正的誤碼率值。

87檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼

糾錯(cuò)碼：每個(gè)傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息；接收端能發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。檢錯(cuò)碼:

分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息；接收端能發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，但不能確定哪一比特是錯(cuò)的，并且自己不能糾正傳輸差錯(cuò)。88常用的檢錯(cuò)碼奇偶校驗(yàn)碼垂直奇（偶）校驗(yàn)水平奇（偶）校驗(yàn)水平垂直奇（偶）校驗(yàn)（方陣碼）循環(huán)冗余編碼CRC

目前應(yīng)用最廣的檢錯(cuò)碼編碼方法之一89循環(huán)冗余編碼工作原理

發(fā)送方接收方發(fā)送數(shù)據(jù)f(x)生成多項(xiàng)式G(x)f(x)xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)實(shí)際發(fā)送:f(x)xk.+R(x)數(shù)據(jù)字段校驗(yàn)字段f(x)xk.R(x)發(fā)送數(shù)據(jù)f'(x)生成多項(xiàng)式G(x)R'(x)=R(x)接收正確R'(x)=R(x)接收出錯(cuò)發(fā)送f'(x)xk.G(x)=Q(x)+R'(x)G(x)90

舉例110011000011001G(x)1100110000110011001R(x)100001Q(x)f(x).xk110011發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列CRC校驗(yàn)碼比特序列1001帶CRC校驗(yàn)碼的發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列110011100111001110011100111001010000191標(biāo)準(zhǔn)CRC生成多項(xiàng)式G（x）CRC-12G（x）=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G（x）=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG（x）=x16+x12+x5+1CRC-32G（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+

x2+x+192CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部單個(gè)錯(cuò)；CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部離散的二位錯(cuò)；CR