1第第2章章 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識 本章內(nèi)容 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 基本概念基本概念 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 差錯控制差錯控制 數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)22.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 源系統(tǒng)源系統(tǒng) 源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。目的系統(tǒng)目的系統(tǒng) 接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)傳輸系統(tǒng) 可以是簡單的物理通信線路 也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備噪聲噪聲信源信源發(fā)送器發(fā)送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)3數(shù)據(jù)通信的基本過程數(shù)據(jù)通信的基本過程 5個階段個階段 包含兩項內(nèi)容：包含兩項內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸和和通信控制通信控制 過程過程 與打電話比較與打電話比較 建立物理連接建立物理連接 撥號，撥通對方撥號，撥通對方 建立邏輯連接建立邏輯連接 互相確認(rèn)身份互相確認(rèn)身份 數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 互相通話互相通話 斷開邏輯連接斷開邏輯連接 互相確認(rèn)要結(jié)束通話互相確認(rèn)要結(jié)束通話 斷開物理連接斷開物理連接 雙方掛機(jī)雙方掛機(jī)*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段。42.2基本概念基本概念 數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)與信號 信道信道 通信方式通信方式 傳輸方式傳輸方式 同步方式同步方式52.2.1數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)與信號 數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。信息（信息（Information）數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號（信號（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播介質(zhì)中傳播6 模擬信號模擬信號 時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值 數(shù)字信號數(shù)字信號 時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號見的是二值信號ta）模擬信號tb）數(shù)字信號7 周期信號周期信號信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號非周期信號信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。號）。tTTTtTTT周周期期信信號號非非周周期期信信號號tt8 信息編碼信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法 例如：例如：ASCII編碼、編碼、BCD編碼等編碼等 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法 例如：字符例如：字符“A”的的ASCII編碼為編碼為01000001，其數(shù)，其數(shù)據(jù)編碼可能為據(jù)編碼可能為01000001t9 信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程 把攜帶把攜帶信息信息的的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用物理用物理信號信號形式通過信道傳送到目的地形式通過信道傳送到目的地 信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸 編碼編碼：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號適合傳輸?shù)臄?shù)字信號便于同步、識別、糾錯便于同步、識別、糾錯 調(diào)制調(diào)制：數(shù)字信號：數(shù)字信號適合傳輸?shù)男问竭m合傳輸?shù)男问桨搭l率、幅度、相位按頻率、幅度、相位 解調(diào)解調(diào)：接收波形：接收波形數(shù)字信號數(shù)字信號 解碼解碼：數(shù)字信號：數(shù)字信號原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號信號在信道上傳輸在信道上傳輸信號信號數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信道信息編碼信息編碼信息解碼信息解碼10 不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有有4種情況：種情況：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號信號：模擬信號：模擬信號 數(shù)字信號數(shù)字信號 信道信道：模擬信道：模擬信道 數(shù)字信道數(shù)字信道11 模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語音語音移頻移頻,調(diào)制調(diào)制模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬模擬模擬PCM編碼編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制調(diào)制12 編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼與調(diào)制的區(qū)別 編碼編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù) 調(diào)制調(diào)制：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)x(t)g(t)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方g(t)編碼編碼解碼解碼13數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)g(t)s(t)g(t)載波發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方調(diào)制調(diào)制解調(diào)制解調(diào)制142.2.2 信道信道 信道（信道（Channel）：傳送信息的線路（或通：傳送信息的線路（或通路）路）數(shù)字信道數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道輸數(shù)據(jù)的信道 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸 ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)、局域網(wǎng) 模擬信道模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道信道 CATV、無線電廣播、電話撥號線路、無線電廣播、電話撥號線路15 數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信與模擬通信 數(shù)字通信數(shù)字通信 在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸 模擬通信模擬通信 在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸 數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn) 抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng) 可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量可以控制差錯，提高了傳輸質(zhì)量 便于用計算機(jī)進(jìn)行處理便于用計算機(jī)進(jìn)行處理 易于加密、保密性強(qiáng)易于加密、保密性強(qiáng) 可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬計算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。162.2.3 通信方式通信方式 單工單工數(shù)據(jù)單向傳輸數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）（例：無線電廣播）半雙工半雙工數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時刻雙向數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏敚荒茉谕粫r刻雙向傳輸傳輸（例：對講機(jī)）（例：對講機(jī)）全雙工全雙工數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例：電話）（例：電話）需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。不同方向的信號傳輸。17發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器單工方式：單工方式：半雙工方式：半雙工方式：全雙工方式：全雙工方式：A站站B站站可同時不可同時18 基帶傳輸基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。信號直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸頻帶傳輸：數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號：數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù) 寬帶傳輸寬帶傳輸：把信號調(diào)制成頻帶為幾十：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾到幾百百M(fèi)HZ的模擬信號后再傳送，接收方的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號傳輸例如：閉路電視的信號傳輸2.2.4 傳輸方式傳輸方式19 同步的因素：同步的因素：同步脈沖頻率同步脈沖頻率 數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(jié)束數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(jié)束 位邊界位邊界 數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)塊邊界 數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實(shí)現(xiàn)同步：數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實(shí)現(xiàn)同步：位位位同步位同步 字符字符字符同步字符同步 幀幀(Frame)幀同步幀同步2.2.5 同步方式同步方式20同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始 同步脈沖也可位于碼元的中部同步脈沖也可位于碼元的中部 一個碼元也可有多個同步脈沖相對應(yīng)一個碼元也可有多個同步脈沖相對應(yīng)t碼元碼元1 1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信號信號同步脈沖同步脈沖t21 目的：目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)上一致使接收端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)上一致 外同步外同步發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。己的時鐘脈沖頻率。發(fā)送站 同步信號數(shù)據(jù)接收的同步信號鎖定后的同步信號接收站接收站收到的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)位同步位同步22 目的：目的：找到正確的字符邊界找到正確的字符邊界 常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：傳輸需要：1個起始位、個起始位、58個數(shù)據(jù)位、個數(shù)據(jù)位、1、1.5或或2個停止位個停止位 采用這種同步方式的通信也稱采用這種同步方式的通信也稱“異步通信異步通信”起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新獲得同步頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新獲得同步 每兩個字符之間的間隔時間不固定每兩個字符之間的間隔時間不固定 增加了輔助位，所以傳輸效率低增加了輔助位，所以傳輸效率低例如，采用例如，采用1個起始位、個起始位、8個數(shù)據(jù)位、個數(shù)據(jù)位、2個停止位時，其傳輸效率為個停止位時，其傳輸效率為8/1173起始位起始位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位停止位停止位字符間隔不固定字符間隔不固定1個字符時間個字符時間邏輯邏輯“0”邏輯邏輯“1”字符同步字符同步23 目的目的：識別一個幀的起始和結(jié)束：識別一個幀的起始和結(jié)束幀（幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位包含包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊 面向字符面向字符的的以同步字符（以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)識一）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀 面向比特的面向比特的以特殊位序列（以特殊位序列（7EH，即，即01111110）來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀來標(biāo)識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始幀起始控制信息控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀結(jié)束幀結(jié)束校驗(yàn)和校驗(yàn)和0 n bit8bit8bit832m7EH7EH幀同步幀同步242.3 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)l磁介質(zhì)磁介質(zhì)高帶寬、低費(fèi)用、高帶寬、低費(fèi)用、高延時（小時）高延時（小時）在通信中很少使用在通信中很少使用 例：例：7GB/8mm磁帶，磁帶，1000盤盤/505050cm3，24h可送到任何地方?？伤偷饺魏蔚胤健？?cè)萘靠側(cè)萘?710008Gb，總時間，總時間=246060s=86400s 傳送速率傳送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 若讓劉翔來傳送若讓劉翔來傳送1盤盤10GB的磁帶，在的磁帶，在110m（12.91s）內(nèi)其傳輸速率是多少？）內(nèi)其傳輸速率是多少？l金屬導(dǎo)體金屬導(dǎo)體雙絞線、雙絞線、同軸電纜同軸電纜(粗、細(xì)粗、細(xì))l光纖光纖l無線介質(zhì)無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線25 同軸電纜同軸電纜（Coaxial Cable，CC）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜 阻抗50，有粗同軸和細(xì)同軸兩種 應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：性能：10Mb/s，500m/185m銅芯銅芯絕緣層絕緣層外導(dǎo)體外導(dǎo)體屏蔽層屏蔽層保護(hù)套保護(hù)套26 雙絞線雙絞線（Twist Pair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根每根4對、對、25對、對、1800對對典型連接距離典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭插座、插頭優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：成本低成本低 組裝密度高、節(jié)省空間組裝密度高、節(jié)省空間 安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般抗干擾性一般 連接距離短連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)局域網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣絕緣內(nèi)屏蔽內(nèi)屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套27屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用的雙絞線：常用的雙絞線：3類（類（16Mb/s）和和5類（類（155Mb/s）兩種）兩種28 雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn) 色彩標(biāo)記和連接方法：交叉線：交換機(jī)交換機(jī)、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)端口)直連線：PC/路由器交換機(jī)/HUB、HUB-HUB(級連端口)線對色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線交叉線EIA-568B直連線直連線EIA-568A29 光纖光纖（Optical Fiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：傳輸帶寬高：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸傳輸損耗小，適合長距離傳輸 抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好 輕便輕便 價格較高價格較高 需要光電轉(zhuǎn)換需要光電轉(zhuǎn)換 纖芯材料：纖芯材料：塑料塑料 二氧化硅二氧化硅 （高純玻璃）（高純玻璃）30 光纖傳輸光纖傳輸原理原理光的反射光的反射 光從折射光從折射率高的率高的介質(zhì)入射到折射介質(zhì)入射到折射率低的率低的介質(zhì)時會介質(zhì)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)當(dāng)入射角入射角臨界值臨界值時時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。產(chǎn)生全反射，不會泄漏。纖芯纖芯折射率高折射率高，玻璃包層玻璃包層折射率低折射率低 亮度調(diào)制亮度調(diào)制：有有光光脈沖脈沖-1，無，無光光脈沖脈沖-0 光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測 光源光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管發(fā)光二極管/激光二極管激光二極管 光檢測器光檢測器：光電二極管光電二極管PIN/雪崩二極管雪崩二極管APD 單向傳輸，雙向需兩根光纖單向傳輸，雙向需兩根光纖 應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接31 多模光纖多模光纖(MMF)單模光纖單模光纖(SMF)：光纖的直徑光纖的直徑接近接近一個光波波長一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播單束光線沿直線傳播32單芯光纜單芯光纜多芯光纜多芯光纜玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外殼外殼常見規(guī)格：常見規(guī)格：纖纖芯芯50um緩變型緩變型-MMF 62.5um緩變型緩變型/增強(qiáng)型增強(qiáng)型-MMF 8.3um突變型突變型-SMF 包層包層125um33 高密度多芯光纜高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)剖面結(jié)構(gòu)芯芯封套封套外套外套加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯光纖光纖外鞘外鞘加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯光纖束光纖束34 無線介質(zhì)無線介質(zhì)（信號在大氣或外層空間自由傳播）信號在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波或光波攜帶信息使用電磁波或光波攜帶信息 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：無需物理連接 適用于長距離或不便布線的場合 易受干擾 反射，為障礙物所阻隔 主要類型主要類型：無線電、地面微波 通信衛(wèi)星 紅外線35 微波通信微波通信 通過地面站之間接力傳送通過地面站之間接力傳送 接力站之間距離：接力站之間距離：50 100 km 速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地面站之間的直視線路地面站之間的直視線路 微波傳送塔微波傳送塔36 地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星 與地面站相對固定位置 使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球 傳輸延遲時間長（270ms）廣播式傳輸 應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸 長途電話 專用網(wǎng)絡(luò) 廣域網(wǎng)35,784km地球地球37 激光傳輸 將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù) 特點(diǎn)：激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬 激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕偷聽 受天氣影響 只能在短距離通信中使用 38 紅無線通信紅無線通信紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng) 特點(diǎn)：紅外通信的設(shè)備相對便宜，可獲得較高的帶寬 傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響 39 短波通信短波通信 基站與終端之間通信采用無線鏈路 應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站基站 用戶計算機(jī)和終端用戶計算機(jī)和終端40 常用傳輸常用傳輸介質(zhì)介質(zhì)的比較的比較傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸方式傳輸方式速率速率/工作頻帶工作頻帶傳輸距離傳輸距離性能性能價格價格應(yīng)用應(yīng)用雙絞線雙絞線寬帶寬帶基帶基帶1Gb/s模擬模擬:10km數(shù)字?jǐn)?shù)字:500m較好較好低低模擬模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)字信號傳輸信號傳輸50同軸電纜同軸電纜基帶基帶10Mb/s3km較好較好較低較低基帶數(shù)字信基帶數(shù)字信號號75同軸電纜同軸電纜寬帶寬帶450MHz100km較好較好較低較低模擬電視、模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻數(shù)據(jù)及音頻光纖光纖基帶基帶40Gb/s20km以上以上很好很好較高較高遠(yuǎn)距離高速遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸微波微波寬帶寬帶46GHz幾百幾百km好好中等中等遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星衛(wèi)星寬帶寬帶110GHz18000km很好很好高高遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信412.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸 模擬信號的數(shù)字編碼模擬信號的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸421.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼不歸零碼（不歸零碼（Non-Return to Zero，NRZ）二進(jìn)制數(shù)字二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；分別用兩種電平來表示；常用常用5V表示表示1，5V表示表示0；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機(jī)制，傳輸時必須使用外同步。不具備自同步機(jī)制，傳輸時必須使用外同步。曼徹斯特編碼（曼徹斯特編碼（Manchester Coding）用電壓的變化表示用電壓的變化表示0和和1。規(guī)定在規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變每個碼元的中間發(fā)生跳變 高高低的跳變代表低的跳變代表0，低，低高的跳變代表高的跳變代表1 每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號。這種步信號。這種編碼也稱為自同步碼（編碼也稱為自同步碼（Self-Synchronizing Code）。）。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。倍）。差分曼徹斯特編碼（差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Coding，DMC）每個碼元的中間每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。仍要發(fā)生跳變。用用碼元開始處碼元開始處有無跳變來表示有無跳變來表示0和和1，有跳變代表，有跳變代表0，無跳變代表，無跳變代表1。43 三種數(shù)字編碼的波形圖三種數(shù)字編碼的波形圖442.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制 三種常用的調(diào)制技術(shù)三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK（Amplitude Shift Keying）頻移鍵控FSK（Frequency Shift Keying）相移鍵控PSK（Phase Shift Keying）原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。載波信號載波信號 S(t)=Acos(t+)S(t)的參量包括：的參量包括：幅度幅度A、頻率頻率 、初相位初相位 調(diào)制就是要調(diào)制就是要使使A、或或 隨數(shù)字基帶信號的變化而變化隨數(shù)字基帶信號的變化而變化45 ASK：用載波的兩個不同振幅表示：用載波的兩個不同振幅表示0和和1 FSK：用載波的兩個不同頻率表示：用載波的兩個不同頻率表示0和和1 PSK：用載波的起始相位的變化表示：用載波的起始相位的變化表示0和和1463.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 采樣定理：采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為如果模擬信號的最高頻率為F，若以，若以2F的采樣頻率對的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。復(fù)出原始信號。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號，模擬數(shù)要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。號。PCM編碼：編碼：采樣采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣 量化量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上 編碼編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼 編碼后的信號稱為編碼后的信號稱為PCM信號（信號（Pulse Coded Modulation，脈碼調(diào)制），脈碼調(diào)制）。47 語音信號的數(shù)字化語音信號的數(shù)字化 語音帶寬語音帶寬f2倍語音最大頻率）倍語音最大頻率）樣本量化級數(shù)：樣本量化級數(shù)：256級（級（8b/每樣本）每樣本）數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率：8000次次/s8b=64kb/s 每路每路PCM信號的速率信號的速率=64kb/s采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼48PCM編碼過程舉例492.5 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 多路復(fù)用多路復(fù)用：多個信息源共享一個公共信道：多個信息源共享一個公共信道 為何要復(fù)用？為何要復(fù)用？提高線路利用率提高線路利用率 適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時平均傳輸需求時 類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）DEMUX復(fù)用器復(fù)用器解復(fù)用器解復(fù)用器共享信道共享信道MUX信信源源信信宿宿50 復(fù)用的基本思想：復(fù)用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復(fù)用方法復(fù)用方法 頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM（Frequency Division Multiplexing）按頻率劃分不同的信道，如按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)系統(tǒng) 時分復(fù)用時分復(fù)用TDM（Time Division Multiplexing）按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛 波分復(fù)用波分復(fù)用WDM（Wave Division Multiplexing）按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸 碼分復(fù)用碼分復(fù)用CDM（Code Division Multiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途51 頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM 原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通每路信號占用一個頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬移頻后帶寬MUXCH1 CH2 CH3帶寬復(fù)用信號帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器復(fù)用器52 時分復(fù)用時分復(fù)用TDM 原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時隙號時隙號1231D3D2D1時間片時間片12時間片時間片2D1時隙時隙D2復(fù)用器復(fù)用器t53 由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復(fù)用也稱為時隙，所以這種時分復(fù)用也稱為同步時分同步時分復(fù)用復(fù)用。一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀幀。時分復(fù)用的典型例子：時分復(fù)用的典型例子：PCM信號的傳輸信號的傳輸 把多個話路的把多個話路的PCM語音數(shù)據(jù)用語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送 每個時隙承載一路每個時隙承載一路PCM信號信號54 統(tǒng)計（異步）統(tǒng)計（異步）TDMSTDM TDM的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費(fèi)。不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費(fèi)。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入。就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片時間片1時間片時間片2同步同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1B2時間片時間片1時間片時間片2統(tǒng)計統(tǒng)計TDM可用帶寬C255時分復(fù)用時分復(fù)用數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn) T-標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)（北美、日本）（北美、日本）E-標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)（歐洲、（歐洲、中國中國、南美）、南美）E1（一次群）標(biāo)準(zhǔn)（一次群）標(biāo)準(zhǔn) 每每125us為一個時間片，每時間片分為為一個時間片，每時間片分為32個通道（時隙）。每個通道（時隙）。每個時隙可容納個時隙可容納8b。通道通道0用于同步，通道用于同步，通道16用于信令，其他用于信令，其他30個通道用于傳輸個通道用于傳輸30個個PCM話音數(shù)據(jù)。話音數(shù)據(jù)。E1速率速率=（32x8b）/125us=2.048 Mb/s 對對E1進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到到E5等高次群。等高次群。E5可承載可承載7680個話路，數(shù)據(jù)率約為個話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s。新的新的TDM標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）和）和ITU-T的同步數(shù)字系列（的同步數(shù)字系列（SDH）。常用的線路速率為）。常用的線路速率為（近似值）（近似值）155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s和和10Gb/s。56E1-幀格式 E1線路也可以用于計算機(jī)通信線路也可以用于計算機(jī)通信0121631幀同步幀同步信令信令30 路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)）+2 路控制路控制用戶話路用戶話路用戶話路用戶話路151757 波分復(fù)用波分復(fù)用光的頻分復(fù)用光的頻分復(fù)用 原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。每路信號占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜光譜F1F2F3共享光纖的光譜共享光纖的光譜光纖光纖2光纖光纖3光纖光纖1共享光纖共享光纖 棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵58 碼分復(fù)用碼分復(fù)用CDM 原理：原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼列進(jìn)行編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）。（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被迭加，然后接收不同用戶發(fā)送的信號在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號才能被檢出，性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。地址碼序列必須兩兩相互地址碼序列必須兩兩相互正交正交：碼序列碼序列A、B，應(yīng)滿足，應(yīng)滿足 A B=0，A B=0，A A=1，A A=-1 其中其中 為內(nèi)積運(yùn)算。為內(nèi)積運(yùn)算。在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。592.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù) 什么是交換？什么是交換？按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時為用戶選擇一條可例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其他用戶。線路又可分配給其他用戶。最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換 為什么要采用交換技術(shù)？為什么要采用交換技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率。節(jié)省線路投資，提高線路利用率。實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換電路交換、報文報文交換交換和和分組交換分組交換。60 電路交換電路交換 在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。可以是真正的物理線路，也可以是一個復(fù)用信道?？梢允钦嬲奈锢砭€路，也可以是一個復(fù)用信道。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。稱為稱為“面向連接的面向連接的”（典型例子：電話）（典型例子：電話）過程：過程：建立連接建立連接通信通信釋放連接釋放連接 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時間長；建立連接的時間長；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯機(jī)制；無糾錯機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機(jī)通信：因?yàn)橛嬎銠C(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的不適用于計算機(jī)通信：因?yàn)橛嬎銠C(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。例如：建立連接的時間為例如：建立連接的時間為0.5s，計算機(jī)以，計算機(jī)以1Mb/s的速率發(fā)送的速率發(fā)送10KB。線路利用率？。線路利用率？61 電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換 電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn) 在物理線路的某個信道上建立連接62 報文交換報文交換 以報文為單位進(jìn)行以報文為單位進(jìn)行“存儲存儲-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。交換的技術(shù)。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先存儲下來，待信道在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報文先存儲下來，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為輸技術(shù)稱為存儲存儲-轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報文時建立節(jié)點(diǎn)間的連接。輸報文時建立節(jié)點(diǎn)間的連接。稱為稱為“無連接的無連接的”（典型例子：電報）（典型例子：電報）整個報文（整個報文（Message）作為一個整體一起發(fā)送。）作為一個整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：沒有建立和拆除連接所需的等待時間；沒有建立和拆除連接所需的等待時間；線路利用率高；線路利用率高；傳輸可靠性較高；傳輸可靠性較高；報文大小不一，造成存儲管理復(fù)雜；報文大小不一，造成存儲管理復(fù)雜；大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，且對存儲容量要求較高；大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，且對存儲容量要求較高；出錯后整個報文全部重發(fā)。出錯后整個報文全部重發(fā)。類比：下載時若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯你會怎樣做？類比：下載時若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯你會怎樣做？63 分組交換（包交換）分組交換（包交換）將報文分割成若干個大小相等的分組（將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進(jìn)行）進(jìn)行存儲轉(zhuǎn)發(fā)。存儲轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端端到端的通路的通路也是也是“無連接的無連接的”。有強(qiáng)大的糾錯機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇有強(qiáng)大的糾錯機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。功能。優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)：對轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組對轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組速度速度快；快；轉(zhuǎn)發(fā)延轉(zhuǎn)發(fā)延時小時小適用于交互式通信；適用于交互式通信；某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組效率高；效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。需要分割報文和重組報文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。需要分割報文和重組報文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。分組交換有兩種交換方式：分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式64 數(shù)據(jù)報方式（Datagram）各分組獨(dú)立地確定路由獨(dú)立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按序到達(dá)不能保證分組按序到達(dá)，所以目的站點(diǎn)需要按分組編號重新排序重新排序和組裝數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達(dá)數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達(dá)分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)65 虛電路方式（Virtual Circuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接虛電路虛電路 虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏輯連接虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏輯連接 類比：鐵路系統(tǒng)（旅客類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車列車:分組，鐵路網(wǎng)分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點(diǎn)）節(jié)點(diǎn)）“西安北京西安北京”這條線路可以看成是一條虛路徑這條線路可以看成是一條虛路徑 也需要三個過程：建立數(shù)據(jù)傳輸拆除 建立虛電路時，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時所需的所有資源 虛電路的路由在建立時確定，傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要 數(shù)據(jù)傳輸時只需指定虛電路號，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)“數(shù)字管道”提供的是“面向連接”的服務(wù) 但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個鏈路段斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個鏈路段與鐵路系統(tǒng)類比！可以看成是采用了電路交換思想的分組交換 能夠保證分組按序到達(dá) 永久虛電路PVC和交換虛電路SVC66 分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)67 三種交換方式的事件順序三種交換方式的事件順序呼呼叫叫請請求求呼呼叫叫應(yīng)應(yīng)答答數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)ABCD尋路延遲尋路延遲線路交換線路交換分組分組1分組分組2分組分組3ABCD分組交換分組交換分組分組4t t報文報文ABCD排隊延遲排隊延遲報文交換報文交換68各種交換方式各種交換方式快速分組標(biāo)準(zhǔn)分組信元中繼指定幀中繼交換幀中繼 802.6(SMDS)B-ISDN(ATM)幀 中 繼分組交換電路交換X.25電路交換分組交換幀中斷交換信元交換692.7 差錯控制差錯控制 什么是差錯控制？什么是差錯控制？在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進(jìn)行糾正在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進(jìn)行糾正 為何要進(jìn)行差錯控制？為何要進(jìn)行差錯控制？不存在理想的信道不存在理想的信道傳輸總會出錯傳輸總會出錯 與語音、圖像傳輸不同，計算機(jī)通信要求極低的與語音、圖像傳輸不同，計算機(jī)通信要求極低的差錯率。差錯率。產(chǎn)生差錯的原因：產(chǎn)生差錯的原因：信號衰減和熱噪聲；信號衰減和熱噪聲；信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；信號反射，串?dāng)_；信號反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電動機(jī)的啟停等。沖擊噪聲，閃電、大功率電動機(jī)的啟停等。70 差錯控制的差錯控制的基本方法：接收方進(jìn)行差錯檢測，并向基本方法：接收方進(jìn)行差錯檢測，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。實(shí)際采用的差錯控制技術(shù)實(shí)際采用的差錯控制技術(shù) 自動請求重傳（自動請求重傳（Automatic Repeat Request,ARQ）停等停等 ARQ 每發(fā)送一幀就需要一個應(yīng)答幀每發(fā)送一幀就需要一個應(yīng)答幀只重傳剛才出錯的幀只重傳剛才出錯的幀幀編號只需幀編號只需0和和1即可即可 Go-back-N ARQ每發(fā)送每發(fā)送N幀需要一個應(yīng)答幀幀需要一個應(yīng)答幀需重傳前面（需重傳前面（N-i+1）幀（）幀（0iN）幀編號從幀編號從0到到N-1 選擇重傳選擇重傳 ARQ每發(fā)送每發(fā)送N幀需要一個應(yīng)答幀幀需要一個應(yīng)答幀只只重傳出錯的幀重傳出錯的幀 前向糾錯（前向糾錯（FEC-Forward Error Control,FEC）混合方式混合方式Hybrid（FEC-ARQ）71 奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)（Parity Checking）可以在兩個級別上實(shí)現(xiàn)：可以在兩個級別上實(shí)現(xiàn)：在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個奇在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個奇偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。數(shù)（偶校驗(yàn)）。例如：例如：1100010增加偶校驗(yàn)位后為增加偶校驗(yàn)位后為11100010若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯誤。輸中發(fā)生了錯誤。在通信過程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時增加奇偶校驗(yàn)位。在通信過程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時增加奇偶校驗(yàn)位。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能檢測出奇數(shù)個位錯，偶數(shù)個位錯則不能檢只能檢測出奇數(shù)個位錯，偶數(shù)個位錯則不能檢出。出。72 循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check,CRC）差錯檢測原理：差錯檢測原理：收發(fā)雙方約定一個收發(fā)雙方約定一個生成多項式生成多項式G(x)，發(fā)送方根據(jù)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計算出計算出CRC校驗(yàn)和校驗(yàn)和并把它加并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用G(x)去除接收到的數(shù)去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯。據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯。校驗(yàn)和是校驗(yàn)和是16位或位或32位的二進(jìn)制位串。位的二進(jìn)制位串。CRC校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何計算校驗(yàn)和計算校驗(yàn)和。73*CRC校驗(yàn)和的計算校驗(yàn)和的計算 以數(shù)據(jù)塊（幀以數(shù)據(jù)塊（幀,Frame）為單位進(jìn)行校驗(yàn)）為單位進(jìn)行校驗(yàn) 將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為0或或1的多項式的多項式 如如110001，可表示成多項式，可表示成多項式 x5+x4+1 若若G(x)為為r階，幀為階，幀為m位，其多項式為位，其多項式為M(x)，則在幀后面，則在幀后面添加添加r個個0，成為，成為m+r位，相應(yīng)多項式位，相應(yīng)多項式2rM(x)按按模模2 2除法除法用用2rM(x)除以除以G(x)：商：商Q(x)，余，余R(x)即：即：2rM(x)=G(x)Q(x)+R(x)按按模模2 2加法加法把把2rM(x)與余數(shù)與余數(shù)R(x)相加，結(jié)果就是要傳送的相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗(yàn)和的幀的多項式帶校驗(yàn)和的幀的多項式T(x)：即：即：T(x)=2rM(x)+R(x)實(shí)際上，實(shí)際上，T(x)=2rM(x)+R(x)=G(x)Q(x)+R(x)+R(x)=G(x)Q(x)(模模2運(yùn)算運(yùn)算)所以，若接收的所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被正確，則它肯定能被G(x)除盡除盡。74 CRC校驗(yàn)碼的檢錯能力：校驗(yàn)碼的檢錯能力：可檢出所有奇數(shù)個錯；可檢出所有奇數(shù)個錯；可檢出所有單位可檢出所有單位/雙位錯；雙位錯；可檢出所有可檢出所有G(x)長度的突發(fā)錯。長度的突發(fā)錯。常用的生成多項式常用的生成多項式G(x)：CRC16=x16+x15+x2+1 CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4 +x2+x+175 校驗(yàn)和校驗(yàn)和 發(fā)送方算法發(fā)送方算法 將待發(fā)送的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的字符串分成若干16位的位串，每個位串看成一個二進(jìn)制數(shù)，這里的字符串不關(guān)注其語義。將IP、ICMP、TCP或UDP的PDU首部中的校驗(yàn)和字段設(shè)置為0，該字段也參與校驗(yàn)和運(yùn)算。對這些16位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行1的補(bǔ)碼和（ones complement sum）運(yùn)算，累加的結(jié)果再取反作為校驗(yàn)和，并放置到PDU的校驗(yàn)和字段中。接收方算法接收方算法 將接收的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的16位二進(jìn)制按發(fā)送方的同樣方法進(jìn)行1的補(bǔ)碼和運(yùn)算，包括校驗(yàn)和字段、累加的結(jié)果再取反。這樣，其結(jié)果為0，表明傳輸正確；否則，表明傳輸有差錯。762.8數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo) 時延與時延帶寬積 誤碼率與誤比特率 信息傳輸速率與碼元傳輸速率 信道的最大傳輸速率77時延時延 時延：一個數(shù)據(jù)塊（幀、分組、報文段等）從鏈路或網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時間。總時延發(fā)送時延+傳播時延+轉(zhuǎn)發(fā)時延 發(fā)送時延發(fā)送時間數(shù)據(jù)塊長度/信息傳輸速率 傳播時延傳播時延信道長度/電磁波在信道上的傳播速率 轉(zhuǎn)發(fā)時延78 帶寬（帶寬（Band Width，BW）：信道傳輸能力的度量。信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通信工程中：BW fmax fmin 單位：赫茲（Hz）在計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用每秒允許傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)作為帶寬的計量單位。主要單位：b/s、Kb/s、Mb/s、Gb/s。例如：傳統(tǒng)以太網(wǎng)理論上每秒可以傳輸一千萬比特，它的帶寬為10Mb/s。79 時延帶寬乘積時延帶寬乘積：某一信道所能容納的比特數(shù)。時延帶寬乘積=帶寬傳播時延 例如，某信道的時延帶寬乘積為100萬比特，這意味著第一個比特到達(dá)目的端時，源端已發(fā)送了100萬比特。信道信道帶寬帶寬傳播時延傳播時延管道體積管道體積=時延帶寬乘積時延帶寬乘積80誤碼率與誤比特率誤碼率與誤比特率 誤碼率：誤碼率：Pc是指傳輸?shù)拇a元被傳錯的概率是指傳輸?shù)拇a元被傳錯的概率 Pc 傳錯的碼元數(shù) 傳輸?shù)拇a元總數(shù) 誤比特率：誤比特率：Pb是指傳輸?shù)谋忍乇粋麇e的概率是指傳輸?shù)谋忍乇粋麇e的概率Pb 傳錯的比特數(shù) 傳輸?shù)谋忍乜倲?shù) 81信息傳輸速率與碼元傳輸速率 信息傳輸速率信息傳輸速率 比特（比特（bit）：即一個二進(jìn)制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)（即：即一個二進(jìn)制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財?shù)（即數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)傳送速率）。傳送速率）。信息傳輸速率：信息傳輸速率：是指每秒傳輸?shù)木幋a前的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制比特數(shù)是指每秒傳輸?shù)木幋a前的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的二進(jìn)制比特數(shù) 碼元傳輸速率碼元傳輸速率 碼元（碼元（Code Cell）：時間軸上的一個信號編碼單元。：時間軸上的一個信號編碼單元。碼元傳輸速率：碼元傳輸速率：是指每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)是指每秒傳輸?shù)拇a元數(shù) 一般情況下，如果碼元狀態(tài)數(shù)為一般情況下，如果碼元狀態(tài)數(shù)為M（M為為2的整數(shù)次冪），的整數(shù)次冪），則則C=B log2M（b/s）一個碼元中可以傳送多個比特。一個碼元中可以傳送多個比特。例如：當(dāng)波特率為例如：當(dāng)波特率為9600時時 若M=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/s 若M=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s 吞吐量：吞吐量：單位時間發(fā)送的比特數(shù)、字節(jié)數(shù)或幀數(shù) 82信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率 Nyquist公式公式：用于無噪聲理想低通信道用于無噪聲理想低通信道 Nyquist公式為公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。提供了依據(jù)。例如，話音級線路的帶例如，話音級線路的帶 寬約為寬約為3.1kHz，根據(jù)上，根據(jù)上 式計算的信道最大數(shù)據(jù)式計算的信道最大數(shù)據(jù) 傳輸率如右表所示傳輸率如右表所示C=2W log2 MC 數(shù)據(jù)傳輸率，單位數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/s W 帶寬，單位帶寬，單位HzM 信號編碼級數(shù)信號編碼級數(shù)M 最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率 2 6200 b/s 4 12400 b/s 8 18600 b/s16 24800 b/s32 31000 b/s83 非理想信道非理想信道 實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗損耗引起信號強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比信噪比S/N降低降低。延遲延遲會使接收端的信號產(chǎn)生畸變信號產(chǎn)生畸變。噪聲噪聲會破壞信號，產(chǎn)生誤碼破壞信號，產(chǎn)生誤碼。例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時，持續(xù)時間0.01s的干擾會破壞約560個比特。010110011001010010110011001010010110111001000誤碼位傳輸數(shù)據(jù)：信號：噪聲：信號與噪聲疊加：采樣時序：接收數(shù)據(jù)：原始數(shù)據(jù)：84 Shannon公式公式：用于有噪聲干擾信道用于有噪聲干擾信道例：例：信道帶寬信道帶寬W=3.1kHz，S/N=2000，則，則 C=3100log2（1+2000）34kb/s 即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會大于即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會大于34kb/s。信噪比的單位也可用分貝(dB)表示：S/NdB=10log10 S/N所以，若S/NdB=30dB，則S/N=1000。C=W log2（1+S/N）C傳輸率，單位傳輸率，單位b/sW 帶寬，單位帶寬，單位HzS/N信噪比信噪比85Nyquist公式和公式和Shannon公式的比較公式的比較 C=2W log2M 用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)增加而增加。數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)增加而增加。C=W log2（1+S/N）用于有噪聲信道（實(shí)際的信道總是有噪聲用于有噪聲信道（實(shí)際的信道總是有噪聲?。。o論信號編碼級數(shù)增加到多少，此公式給出了有無論信號編碼級數(shù)增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。噪聲信道可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。