计算机网络基础教程-第2章-网络数据通信ppt课件

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1、1第2章 网络数据通信问题问题原由原由数据通信技术完成数据的编码、传输和处理，为计数据通信技术完成数据的编码、传输和处理，为计算机网络的应用提供必要的技术支持和可靠的通信算机网络的应用提供必要的技术支持和可靠的通信环境。那么，它是如何实现这些功能的呢？这就是环境。那么，它是如何实现这些功能的呢？这就是本章所要讨论的问题。本章所要讨论的问题。本章重点讨论数据通信系统和常用通信信道类型、本章重点讨论数据通信系统和常用通信信道类型、数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技术、数据交换技术和差错控制等技术。术、数据交换技术和差错控制等技术。教学教学重点重

2、点能力能力要求要求掌握掌握: : 数据通信的基本概念数据通信的基本概念, ,数据传输与编码技术数据传输与编码技术. .了解：了解：数据传输技术的发展趋势。数据传输技术的发展趋势。熟悉熟悉: : 多路复用技术、数据交换技术、差错控制技多路复用技术、数据交换技术、差错控制技 术等。术等。2 2.12.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2.6 网网络数据传输络数据传输差错控制差错控制 2.5 网络数据交换网络数据交换 2.4 网络多路复用网络多路复用 2.2 数据调制与编码数据调制与编码 2.3 网络数据传输网络数据传输本章目录3知识结构网网络络数数据据通通信信数据通信的数据通信的基本概念基

3、本概念网络数据网络数据交换交换数据传输带宽数据传输带宽数据传输介质数据传输介质数字传输的质量参数数字传输的质量参数网络多路网络多路复用复用网络数据网络数据传输传输帧中继交换帧中继交换分组交换分组交换报文交换报文交换电路交换电路交换数据通信系统数据通信系统信息、数据与信号信息、数据与信号串行传输与并行传输串行传输与并行传输数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制模拟数据的模拟调制模拟数据的模拟调制数字数据的数字编码数字数据的数字编码数据调制数据调制与编码与编码频分多路复用频分多路复用时分多路复用时分多路复用单向传输与双向传输单向传输与双向传输同步传输与异步传输同步传输与异步传输模拟数据的数字编码模拟

4、数据的数字编码密集波分多路复用密集波分多路复用码分多路得用码分多路得用网络数据传网络数据传输差错控制输差错控制差错控制方法差错控制方法差错检测方法差错检测方法差错的产生与类型差错的产生与类型ATM交换交换42.1数据通信的基本概念 1 1 1 1、信息信息信息信息 信息泛指那些通过各种方式传播的信息泛指那些通过各种方式传播的、可被感受的声音可被感受的声音、文文字字、图像图像、符号等所表征的某一特定事物的消息符号等所表征的某一特定事物的消息、情报或知识情报或知识。 2 2 2 2、数据数据数据数据 数据是对客观事物的符号表示，在计算机科学中是指所有数据是对客观事物的符号表示，在计算机科学中是指所

5、有输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。数据分为输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。数据分为模拟数据和数字数据两种。模拟数据和数字数据两种。 模拟数据：模拟数据：在时间和幅值取值上都是连续变化的在时间和幅值取值上都是连续变化的, 例如例如声音、语音、视频和动画片等。模拟数据通常用传感器收集。声音、语音、视频和动画片等。模拟数据通常用传感器收集。 数字数据：数字数据：在时间上是离散的在时间上是离散的,在幅值上是经过量化的在幅值上是经过量化的,它一般是由它一般是由0、1构成的二进制代码组成的数字序列。构成的二进制代码组成的数字序列。2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1

6、信息、数据与信号信息、数据与信号信息、数据与信号信息、数据与信号5 3 3 3 3、信号、信号、信号、信号 信号是数据的具体物理表现形式，它具有确定的物理描述信号是数据的具体物理表现形式，它具有确定的物理描述,如电信号、光信号或磁场强度等。信号分为数字信号和模拟如电信号、光信号或磁场强度等。信号分为数字信号和模拟信号两种。信号两种。图图 2-2 2-2 模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形ty（a）连续的模拟信号ty（b）离散的数字信号 模拟信号：模拟信号：是一种连续是一种连续变化的电脉冲序列，例如电话变化的电脉冲序列，例如电话语音信号、电视信号等，它是语音信号、电视信号等，它是随时间

7、变化的函数曲线，如图随时间变化的函数曲线，如图2-22-2（a a）所示。所示。2.1.1信息、数据与信号信息、数据与信号 数字信号：数字信号：是离散的不是离散的不连续的电信号连续的电信号, 通常用通常用“高高”和和“低低”电平脉冲序列组成的编电平脉冲序列组成的编码来表示数据码来表示数据, 如图如图2-2(b)2-2(b)所所示示。62.1.2数据通信系统 1 1 1 1、数据通信系统的基本结构、数据通信系统的基本结构、数据通信系统的基本结构、数据通信系统的基本结构 任何一个通信系统都可以看作是由发送设备、传输信道和任何一个通信系统都可以看作是由发送设备、传输信道和接收设备三大部分组成。我们把

8、产生和发送信息的一端称为信接收设备三大部分组成。我们把产生和发送信息的一端称为信源，把接收信息的一端称为信宿，把信源传送到信宿的通信线源，把接收信息的一端称为信宿，把信源传送到信宿的通信线路称为信道。路称为信道。 在实际通信系统中，难免受到外界电磁波等噪音源的干扰在实际通信系统中，难免受到外界电磁波等噪音源的干扰影响。因此，数据通信系统的基本结构如图影响。因此，数据通信系统的基本结构如图2-32-3所示。所示。图图 2-3 2-3 通信系统的基本结构通信系统的基本结构数据数据+ +噪音噪音噪音源噪音源信信 源源信信 道道信信 宿宿72.1.2数据通信系统 2 2 2 2、数据通信类型、数据通信

9、类型、数据通信类型、数据通信类型 在数据通信系统中，将传输模拟信号的系统称为模拟通信在数据通信系统中，将传输模拟信号的系统称为模拟通信系统，将传输数字信号的系统称为数字通信系统。系统，将传输数字信号的系统称为数字通信系统。 (1) (1) 模拟通信系统：模拟通信系统：普通的电话、广播、电视等信号都属普通的电话、广播、电视等信号都属于模拟信号于模拟信号, ,由模拟信号所构成的通信系统属于模拟通信系统由模拟信号所构成的通信系统属于模拟通信系统。模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪音源组成，其基本结构模型如图噪音源组成，其基本

10、结构模型如图2-42-4所示。所示。图图 2-4 2-4 模拟通信系统结构模拟通信系统结构信信 源源调制器调制器解调器解调器信信 宿宿信信 道道噪音源噪音源82.1.2数据通信系统 (2) (2) 数字通信系统：数字通信系统：计算机通信、数字电话以及数字电视计算机通信、数字电话以及数字电视等信号都属于数字信号，由数字信号构成的通信系统属于数字等信号都属于数字信号，由数字信号构成的通信系统属于数字通信系统通信系统。数字通信系统通常由信源数字通信系统通常由信源、编码器编码器、信道信道、解码器、解码器、信宿以及噪音源组成，其基本结构模型如图信宿以及噪音源组成，其基本结构模型如图2-52-5所示。所示

11、。图 2-5 数字通信系统基本结构图图 2-5 2-5 数字数字通信系统结构通信系统结构信信 源源编码器编码器解码器解码器信信 宿宿信信 道道噪音源噪音源 92.1.2数据通信系统 以上介绍了数据通信技术的基本概念。事实上，无论是实以上介绍了数据通信技术的基本概念。事实上，无论是实现模拟通信现模拟通信, ,还是实现数字通信还是实现数字通信, ,都涉及到一系列的技术问题，都涉及到一系列的技术问题，包括数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技术、数包括数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技术、数据交换技术、数据传输的差错检测与控制技术等。据交换技术、数据传输的差错检测与控制技术等。图图

12、2-7 2-7 调制解调器的功能作用调制解调器的功能作用电话线电话线电话交换网电话交换网计算机计算机Modem电话机电话机ModemModem电话机电话机计算机计算机电话线电话线102.2数据调制与编码 在计算机中的数据是用二进制在计算机中的数据是用二进制0 0、1 1比特序列表示的，在物比特序列表示的，在物理上是用低电平和高电平来呈现的。由于在线路上传输的数据理上是用低电平和高电平来呈现的。由于在线路上传输的数据有模拟数据和数字数据，因而数据传输的通信信道有模拟信道有模拟数据和数字数据，因而数据传输的通信信道有模拟信道与数字信道之分。为了便于不同数据在不同的信道中传输（适与数字信道之分。为了

13、便于不同数据在不同的信道中传输（适应不同的传输特性应不同的传输特性),),在数据送入信道之前必须对其进行调制和在数据送入信道之前必须对其进行调制和编码。在通信系统中编码。在通信系统中, ,数据的调制和编码可分为数据的调制和编码可分为4 4种基本形式：种基本形式：数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制12模拟数据的模拟调制模拟数据的模拟调制3数字数据的数字编码数字数据的数字编码模拟数据的数字编码模拟数据的数字编码411模拟数据模拟数据模拟信号模拟信号放大器放大器调制器调制器模拟数据模拟数据数字信号数字信号 PCM编码器编码器数字数据数字数据模拟信号模拟信号调制器调制器数字数据数字数据数字信号数字信

14、号 数字数字发送器发送器122.2.1数字数据的模拟调制 将将数数字字数数据据调调制制成成模模拟拟信信号号，以以便便在在模模拟拟传传输输系系统统中中传传输输。数数字字数数据据的的调调制制基基于于调调幅幅、调调频频、调调相相3 3种种调调制制技技术术，分分别称为振幅键控、移频键控和移相键控。别称为振幅键控、移频键控和移相键控。010011100调幅调频调相132.2.2模拟数据的模拟调制 对模拟数据进行模拟调制的目的：其一是将低频信对模拟数据进行模拟调制的目的：其一是将低频信号搬号搬迁迁到较高的频带进行传输；其二是将模拟信号放大；其三是通过到较高的频带进行传输；其二是将模拟信号放大；其三是通过调

15、制可以使用频分多路复用技术。调制可以使用频分多路复用技术。142.2.3数字数据的数字编码 数字数据的数字编码就是如何把数字数据用物理信号的数字数据的数字编码就是如何把数字数据用物理信号的波形表示，是用高低电平的不同组合来表示二进制的方法。波形表示，是用高低电平的不同组合来表示二进制的方法。 常用的编码方式主要有常用的编码方式主要有3 3种种：不归零编码不归零编码、曼彻斯特编码曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。和差分曼彻斯特编码。 1 1 1 1、不归零码（、不归零码（、不归零码（、不归零码（Non-Return to Non-Return to Non-Return to Non-Return

16、 to ZeroZeroZeroZero，NRZNRZNRZNRZ） 不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码元全部时不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码元全部时间内发出或不发出电流，每一位码占全部码元的宽度。间内发出或不发出电流，每一位码占全部码元的宽度。不归不归零码可分为单极性和双极性两种：零码可分为单极性和双极性两种： 单极性单极性不归零码不归零码( (Single Polarity NRZ)Single Polarity NRZ)：是以无电是以无电压（无电流）表示压（无电流）表示“0 0”，而用恒定的正电压表示，而用恒定的正电压表示“1 1”。 双极性不归零码双极性不归零码( (D

17、ouble Polarity NRZ)Double Polarity NRZ)：是以负电是以负电压表示压表示“0 0”，而用恒定的正电压表示，而用恒定的正电压表示“1 1”。 以上反之亦然，即负电压表示以上反之亦然，即负电压表示“1 1”，正电压表示，正电压表示“0 0”。 152.2.3数字数据的数字编码 2 2 2 2、曼彻斯特编码曼彻斯特编码曼彻斯特编码曼彻斯特编码 曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一。其编码曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一。其编码规则是：每个比特的周期规则是：每个比特的周期T T分为前分为前T/2T/2与后与后T/2T/2两部分；通过前两部分；通过前T

18、/2T/2传送该比特的反码，通过后传送该比特的反码，通过后T/2T/2传送该比特的原码。传送该比特的原码。 3 3 3 3、差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码 是对曼彻斯特编码的改进是对曼彻斯特编码的改进, ,它将时钟和数据包含在信号中它将时钟和数据包含在信号中, ,在传输代码信息的同时将时钟同步信号一起传输到对方，所以在传输代码信息的同时将时钟同步信号一起传输到对方，所以都属于自同步编码，其数据传输速率只有调制速率的都属于自同步编码，其数据传输速率只有调制速率的1/21/2。 0 1 1 0 1 0 0 1tO曼彻斯特编码曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特

19、编码 0 1 1 0 1 0 0 1tO16模拟信号模拟信号 PAMPAM信号信号 PAMPAM信号信号 数字信号数字信号2.2.4模拟数据的数字编码 模模拟拟数数据据的的数数字字编编码码是是把把模模拟拟数数据据转转换换为为数数字字信信号号的的编编码码方方法法。由由于于数数字字信信号号传传输输失失真真小小、误误码码率率低低、传传输输速速率率高高、便便于于计算机存储，所以将模拟数据数字化已成为必然趋势。计算机存储，所以将模拟数据数字化已成为必然趋势。 模模拟拟数数据据数数字字编编码码的的最最常常用用方方法法是是脉脉冲冲编编码码调调制制（Pulse Pulse Code Code Modulati

20、onModulation，PCM),PCMPCM),PCM的的工工作作过过程程包包括括3 3个个步步骤骤：采采样样、量化与编码，其相应的波形信号如图量化与编码，其相应的波形信号如图2-132-13所示。所示。 图图 2-13 PCM2-13 PCM脉冲编码调制过程示意图脉冲编码调制过程示意图采样速采样速率率8000t/8000t/s s指定数指定数值给对值给对应的应的PAMPAM信号信号将量化将量化值进行值进行编码编码172.2.4模拟数据的数字编码 1 1 1 1、采样（、采样（、采样（、采样（SamplingSamplingSamplingSampling） 采采样样是是模模拟拟信信号号数

21、数字字化化的的第第一一步步。模模拟拟信信号号是是电电平平连连续续变变化化的的信信号号, ,采采样样是是隔隔一一定定的的时时间间间间隔隔, ,将将模模拟拟信信号号的的电电平平幅幅度值取出来作为样本度值取出来作为样本, ,让其表示原来的信号让其表示原来的信号。采样频率采样频率f f应为应为：f f2B2B 或或 f fl lT2T2f f 式式中中：B B为为通通信信信信道道带带宽宽；T T为为采采样样周周期期；f f为为信信道道允允许许通通过的信号最高频率。过的信号最高频率。 2 2 2 2、量化（量化（量化（量化（QuantizingQuantizingQuantizingQuantizing

22、） 量量化化是是将将采采样样样样本本幅幅度度按按量量化化级级决决定定取取值值的的过过程程，经经量量化化后后的的样样本本幅幅度度为为离离散散的的量量化化级级值值已已不不是是连连续续值值。量量化化的的目目的是为每一个的是为每一个PAMPAM信号设定一个信号值。信号设定一个信号值。182.2.4模拟数据的数字编码 量量化化之之前前要要将将信信号号分分为为若若干干量量化化级级, ,同同时时, ,要要规规定定好好每每一一级级对对应应的的幅幅度度范范围围。若若量量化化范范围围在在0 0127,127,则则每每个个采采样样用用7 7位位二二进进制制(2(27 7128)128)来来表表示示, ,量量化化速速

23、率率需需要要5600056000bps(8000bps(80007)7)；若若量量化化的的范范围围在在0 0255,255,则则每每个个采采样样用用8 8位位二二进进制制（2 28 8256256）来表示，量化速率需要来表示，量化速率需要6400064000bpsbps（800080008 8）。）。 3 3 3 3、编码（编码（编码（编码（EncodingEncodingEncodingEncoding） 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。为了能精确地还原成原来的模拟信号，量化值编码的量级。为了能精确地还原成原来的模拟信号

24、，量化值编码在传送数字至数模转换器时，其速率必须和采样时一样。经在传送数字至数模转换器时，其速率必须和采样时一样。经过转换后，信号才会和原来模拟信号波形接近。过转换后，信号才会和原来模拟信号波形接近。 【例例2-22-2】声音的带宽为】声音的带宽为40004000HzHz，采用频率为采用频率为80008000次次/ /s s，用用8 8位二进制编码，则信道的数据传输速率为：位二进制编码，则信道的数据传输速率为： 8 8800080006400064000bpsbps64kbps64kbps。 19PCMPCM的过程：的过程：采样周期采样周期 Tt信号信号t采样采样100100111100001

25、0t编码编码t解码解码t还原还原采样频率采样频率 8KHz 每个脉冲信号用每个脉冲信号用8bit编码编码转换后的转换后的PCM信号的速率是信号的速率是64kb/s20 数据传输是网络通信的物质基础。数据传输技术涉及的内数据传输是网络通信的物质基础。数据传输技术涉及的内容很多，包括数据传输媒介、数据传输带宽、数据传输方式和容很多，包括数据传输媒介、数据传输带宽、数据传输方式和数据传输质量参数等。数据传输质量参数等。数据传输涉及的主要内容数据传输涉及的主要内容数据传输数据传输质量参数质量参数传输方式传输方式传输带宽传输带宽传输媒介传输媒介2.3网络数据传输 212.3.1数据传输介质 数据传输介质

26、是网络中连接收发双方的物理通路，是数据数据传输介质是网络中连接收发双方的物理通路，是数据通信中实际传送信息的载体。网络中常用的传输介质有：同轴通信中实际传送信息的载体。网络中常用的传输介质有：同轴电缆、双绞线、光纤、微波、卫星、红外线等。电缆、双绞线、光纤、微波、卫星、红外线等。 1 1 1 1、同轴电缆（、同轴电缆（、同轴电缆（、同轴电缆（Coaxial CableCoaxial CableCoaxial CableCoaxial Cable） 同轴电缆是局域网中最早使用而且应用十分广泛的传输介同轴电缆是局域网中最早使用而且应用十分广泛的传输介质，可以通过专用的中同轴电缆质，可以通过专用的中

27、同轴电缆( (俗称粗缆俗称粗缆) )或小同轴电缆或小同轴电缆( (俗称俗称细缆细缆) )来组网，并广泛应用于局域网中。同轴电缆由内导体、绝来组网，并广泛应用于局域网中。同轴电缆由内导体、绝缘层、屏蔽层及外部保护层组成，其结构如图缘层、屏蔽层及外部保护层组成，其结构如图2-142-14所示。所示。保护层、屏蔽层、绝缘层、导体保护层、屏蔽层、绝缘层、导体图图 2-14 2-14 同轴电缆结构示意图同轴电缆结构示意图 同轴电缆的最大优点是抗同轴电缆的最大优点是抗干扰性强干扰性强, ,而且支持多点连接。而且支持多点连接。 缺点是物理可靠性不好，缺点是物理可靠性不好，所以现在基本上已被双绞线所所以现在基

28、本上已被双绞线所替代。替代。222.3.1数据传输介质 2 2 2 2、双绞线（、双绞线（、双绞线（、双绞线（Twisted PairTwisted PairTwisted PairTwisted Pair） 双绞线的物理结构是由按规则螺旋结构排列的双绞线的物理结构是由按规则螺旋结构排列的2 2根、根、4 4根或根或8 8根绝缘导线组成。一对线可以作为一条通信线路，各个线对螺根绝缘导线组成。一对线可以作为一条通信线路，各个线对螺旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小。旋排列的目的是为了使各线对之间的电磁干扰最小。双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主双绞线是模拟和数字数据通信

29、最普通的传输媒体，它的主要应用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短距离要应用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短距离的信息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，这的信息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，这时就要使用中继器（时就要使用中继器（RepeaterRepeater）来放大信号和再生波形。）来放大信号和再生波形。双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，所以得到广泛的使用。在局域网中一般也采用双绞线作为传输所以得到广泛的使用。在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为媒体。双绞线可分为

30、非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTPUTP（Unshielded Twisted Unshielded Twisted PairPair）和）和屏蔽双绞线屏蔽双绞线STPSTP（Shielded Twisted PairShielded Twisted Pair）。）。23屏蔽屏蔽 ( (STP) STP) 与非屏蔽与非屏蔽( (UTP)UTP)双绞线双绞线以箔屏蔽以减少干扰和串音以箔屏蔽以减少干扰和串音3类、类、5类双绞线没有附加屏蔽类双绞线没有附加屏蔽242.3.1数据传输介质单模光纤单模光纤多模光纤多模光纤 3 3 3 3、光纤（、光纤（、光纤（、光纤（FiberFiberFiberFiber

31、） 光纤是光导纤维（光纤是光导纤维（Fiber OpticsFiber Optics）的简称，采用光导纤维）的简称，采用光导纤维作为传输介质，是网络传输介质领域中发展最快、性能最好、作为传输介质，是网络传输介质领域中发展最快、性能最好、应用前途最广泛的一种。光纤分为应用前途最广泛的一种。光纤分为单模单模（ 8.3/125um8.3/125um ）和）和多多模模（ 50/125um50/125um，62.5/125um62.5/125um）两种。）两种。25名称名称传输介质传输介质最大段长度最大段长度每段节点数每段节点数10Base5粗同轴电缆500米10010Base2细同轴电缆185米301

32、0Base-TUTP100米102410Base-F光纤2000米1024100Base-T4UTP100米100Base-TXUTP100米100Base-FX光纤2000米1000Base-SX光纤550米1000Base-LX光纤5000米1000Base-CXSTP25米1000Base-TUTP100米2.3.1数据传输介质262.3.1数据传输介质 4 4 4 4、微波通信（、微波通信（、微波通信（、微波通信（Microwave CommunicationMicrowave CommunicationMicrowave CommunicationMicrowave Communic

33、ation） 微波在空间主要是直线传播，并且能穿透电离层进入宇微波在空间主要是直线传播，并且能穿透电离层进入宇宙空间宙空间, ,其传播距离受到限制且与天线的高度有关其传播距离受到限制且与天线的高度有关, ,一般只有一般只有5050kmkm左右左右, ,长途通信时必须建立多个中继站长途通信时必须建立多个中继站, ,中继站把前一站中继站把前一站发来的信号经过放大后再发往下一站发来的信号经过放大后再发往下一站, ,类似于类似于“接力接力”, ,所以所以又把微波通信称为数字微波接力通信。如果中继站采用又把微波通信称为数字微波接力通信。如果中继站采用100100m m高的天线塔，则接力距离可增大到高的天

34、线塔，则接力距离可增大到100100kmkm，如图如图2-192-19所示。所示。地球地球视线传输视线传输微波中继站图图 2-19 2-19 地面微波接力通信地面微波接力通信272.3.1数据传输介质 5 5 5 5、卫星通信（、卫星通信（、卫星通信（、卫星通信（Satellite CommunicationSatellite CommunicationSatellite CommunicationSatellite Communication） 19451945年年, ,英国人阿塞英国人阿塞克拉克提出了利用卫星进行通信的克拉克提出了利用卫星进行通信的设想。设想。19571957年，苏联发射了

35、第一颗人造地球卫星年，苏联发射了第一颗人造地球卫星SputnikSputnik，使使人们看到了实现卫星通信的希望。人们看到了实现卫星通信的希望。19621962年，美国成功地发射了年，美国成功地发射了第一颗通信卫星第一颗通信卫星TelsatTelsat，试验了横跨大西洋的电话和电视传输。试验了横跨大西洋的电话和电视传输。由于卫星通信具有通信距离远、费用与通信距离无关、覆盖面由于卫星通信具有通信距离远、费用与通信距离无关、覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信信道带宽宽、可进行多址通积大、不受地理条件的限制、通信信道带宽宽、可进行多址通信与移动通信等优点，因此它在最近的信与移动通信等优点，因此它在

36、最近的3030多年里获得了迅速的多年里获得了迅速的发展，并成为现代主要的通信手段之一。发展，并成为现代主要的通信手段之一。 卫星通信是利用位于卫星通信是利用位于3 3万万6 6千公里高空的人造地球卫星作为千公里高空的人造地球卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。卫星通信能克服地面微波通信的距离限制卫星通信能克服地面微波通信的距离限制, ,最大特点是通信距最大特点是通信距离远离远, ,且通信费用与距离无关且通信费用与距离无关。卫星通信的组成如图卫星通信的组成如图2-202-20所示所示。282.3.1数据传输介质 20

37、20世世纪纪8080年年代代末末发发展展了了称称为为“甚甚小小口口径径终终端端”( (VSATVSAT) )的的新新一一代代数数字字卫卫星星通通信信系系统统，9090年年代代广广泛泛应应用用于于远远程程计计算算机机网网络络中中，如如各各国国的的大大使使馆馆与与国国内内之之间间的的通通信信都都是是通通过过VSATVSAT来来通通信信的的。VSATVSAT网网通通常常由由一一个个卫卫星星转转发发器器、一一个个大大型型主主站站和和大大量量的的VSATVSAT小小站站组组成成，能能单单双双向向传传输输数数据据、语语音音、图图像像、视视频频等等多媒体综合业务。多媒体综合业务。VSATVSAT网的基本组成

38、如图网的基本组成如图2-212-21所示。所示。 卫星卫星地球站卫星地球站3.6104km地球地球图图 2-20 2-20 卫星通信卫星通信292.3.1数据传输介质图图 2-21 2-21 VSATVSAT网的组成网的组成302.3.1数据传输介质 VSATVSAT的小站和主站通过卫星转发器构成星型拓扑结构的小站和主站通过卫星转发器构成星型拓扑结构, ,主主站采用大口径天线，且发射功率大，小口径天线发射功率小，站采用大口径天线，且发射功率大，小口径天线发射功率小，小站与大站之间可以直接通信。小站与大站之间可以直接通信。 【例例2-32-3】卫星通信有较大的传播延时，如果从地球站到卫】卫星通信

39、有较大的传播延时，如果从地球站到卫星的距离为星的距离为4000040000kmkm，那么从一个地球站经过卫星到另一个地那么从一个地球站经过卫星到另一个地球站的传播时延有多大？球站的传播时延有多大？ 解：在自由空间中解：在自由空间中, ,电磁拨的传输速度为电磁拨的传输速度为300000300000km/skm/s，从从一个地球站经过卫星到另一个地球站的距离为一个地球站经过卫星到另一个地球站的距离为 4000040000kmkm2 280000km80000km所以传播延时为所以传播延时为 8000080000kmkm300000km/s300000km/s267ms267ms。312.3.1数据

40、传输介质传输介质传输介质带宽带宽速率速率/ /工作工作频带频带性能性能传输距离传输距离 价格价格应用应用双绞线双绞线宽带宽带基带基带1Gb/s1Gb/s较好较好模拟：模拟：10km10km数字：数字：500m500m低低模拟模拟/ /数字数字信号传输信号传输5050铜轴电缆铜轴电缆7575铜轴电缆铜轴电缆基带基带10Mb/s10Mb/s较好较好3km3km低低基带数字信号基带数字信号宽带宽带450MHz450MHz较好较好100km100km中中模拟、数据、音模拟、数据、音频频光光 纤纤宽带宽带49Gb/s49Gb/s很好很好2km2km以上以上高高高高微微 波波宽带宽带4 46GHz6GHz

41、好好几百几百kmkm中等中等中等中等卫卫 星星宽带宽带1 110GHz10GHz很好很好18000km18000km高高高高 以上介绍了双绞线、同轴电缆、光纤、微波、卫星通信以上介绍了双绞线、同轴电缆、光纤、微波、卫星通信5 5种介质，其区别如下：种介质，其区别如下：322.3.2数据传输带宽基带传输基带传输频带传输频带传输宽带传输宽带传输 基带传输是指数字脉冲信号在传输介质基带传输是指数字脉冲信号在传输介质 上保持数据波形按原样进行传输。上保持数据波形按原样进行传输。 频带传输指把数字信号调制成模拟信号频带传输指把数字信号调制成模拟信号 后再发送和传输，到达接收端再把音频后再发送和传输，到达

42、接收端再把音频 信号解调成原来的数字信号。信号解调成原来的数字信号。 宽带传输指比音频更宽的频带，若是采宽带传输指比音频更宽的频带，若是采 用用7575的的CATVCATV同轴电缆或光纤作传输介同轴电缆或光纤作传输介 质，带宽为质，带宽为300300MHzMHz。 在计算机网络中，根据传输介质的信道带宽可分为基带、在计算机网络中，根据传输介质的信道带宽可分为基带、频带和宽带。局域网中主要采用基带和频带传输频带和宽带。局域网中主要采用基带和频带传输, ,有线电视和有线电视和无线局域网中主要采用宽带传输。无线局域网中主要采用宽带传输。 332.3.2数据传输带宽 数数据据传传输输的的质质量量参参数

43、数是是衡衡量量数数据据传传输输的的有有效效性性和和可可靠靠性性的的参参数数。有有效效性性主主要要由由数数据据传传输输速速率率、调调制制速速率率、信信道道带带宽宽、通通信信容容量量、误误码码率率、传传输输延延迟迟等等来来衡衡量量；可可靠靠性性一一般般用用数数据据传传输输的的误误码码率率指指标标来来衡衡量量；比比特特率率和和波波特特率率是是用用来来描描述述系系统统传传输输率率的参量。的参量。 1 1 1 1、数据传输单位（、数据传输单位（、数据传输单位（、数据传输单位（Data Transfer UnitData Transfer UnitData Transfer UnitData Transf

44、er Unit） 数据传输单位通常可用比特、码元、码字、码字来表示。数据传输单位通常可用比特、码元、码字、码字来表示。 比比特特：是是二二进进制制的的缩缩写写，即即计计算算机机常常用用术术语语“位位”，在数据通信中用来度量消息的信息量。在数据通信中用来度量消息的信息量。 码码元元：是是对对计计算算机机网网络络传传送送的的二二进进制制数数字字中中的的每每一一位位的通称。例如二进制数字的通称。例如二进制数字10000011000001是由是由7 7个码元组成的序列。个码元组成的序列。 码字：码字：在在7 7位位ASCIIASCII码中，码中，10000011000001这这7 7个码元组成的序个码

45、元组成的序列代表字母列代表字母A A，通常将这个字母通常将这个字母A A称为称为“码字码字”。 342.3.2数据传输带宽 2 2 2 2、数据传输速率（数据传输速率（数据传输速率（数据传输速率（Data Transfer SpeedData Transfer SpeedData Transfer SpeedData Transfer Speed） 数数据据传传输输速速率率是是指指每每秒秒能能传传输输的的二二进进制制信信息息位位数数，又又称称为为比比特特率率，用用bpsbps标标记记，表表示示每每秒秒传传输输的的二二进进制制位位数数，单单位位用用比特比特/ /每秒表示，它可由下式确定：每秒表示

46、，它可由下式确定： 式式中中：T T为为数数字字信信号号脉脉冲冲重重复复周周期期；N N为为一一个个脉脉冲冲信信号号代代表表的的有有效效状状态态数数，是是2 2的的整整数数倍倍。例例如如二二进进制制的的一一个个脉脉冲冲可可以以表表示示“0 0”和和“1 1”两两个个状状态态，故故N N2 2。LogLog2 2N N为为单单位位脉脉冲冲能能表表示的比特数，如示的比特数，如N N4 4时表示一个单位脉冲为时表示一个单位脉冲为2 2bitbit。 一一个个数数字字脉脉冲冲也也称称为为一一个个码码元元，N N为为一一个个码码元元所所取取的的有有效效离离散散值值个个数数, ,若若一一个个码码元元仅仅可

47、可取取0 0和和1 1两两种种离离散散值值, ,则则N N2 2；若若一个码元可取一个码元可取0000、0101、1010、1111四种离散值，则四种离散值，则N N4 4。 352.3.2数据传输带宽 【例例2-42-4】脉脉码码调调制制系系统统PCMPCM每每秒秒钟钟测测量量取取样样800800次次，量量化化电电平为平为256256个，求数据传输率。个，求数据传输率。 解：信号周期解：信号周期T Tl l80008000，量化电平数量化电平数N N2562562 28 8 当当一一个个码码元元仅仅取取两两种种离离散散值值时时，S=1S=1T T，表表示示数数据据传传输输速速率率等等于于码码

48、元元脉脉冲冲的的重重复复频频率率。此此时时的的S S叫叫信信号号传传输输速速率率，也也称称码码元元率率、调调制制速速率率或或波波特特率率，单单位位为为波波特特( (Baud)Baud)。若若信信号码元的宽度为号码元的宽度为T T秒，则码元速率定义为：秒，则码元速率定义为： 362.3.3数据传输的质量参数 3 3 3 3、调制速率（、调制速率（、调制速率（、调制速率（Modulation SpeedModulation SpeedModulation SpeedModulation Speed） 调调制制速速率率也也称称为为波波形形速速率率或或码码元元速速率率，它它是是数数字字信信号号经经过过

49、调调制制后后的的传传输输速速率率，表表示示数数据据传传输输过过程程中中线线路路上上每每秒秒钟钟传传送送的的波波形形个个数数。显显然然，波波形形持持续续时时间间越越短短，单单位位时时间间内内传传输输的的波波形形数数就就越越多多，则则数数据据传传输输速速率率也也越越高高。数数据据传传输输速速率率与与调调制制速速率率的区别与联系如图的区别与联系如图2-222-22所示。所示。 模拟信道模拟信道解调器解调器调制速率调制速率传输速率传输速率计算机计算机调制器调制器计算机计算机图图 2-22 2-22 数据传输速率与调制速率的区别数据传输速率与调制速率的区别372.3.3数据传输的质量参数 4 4 4 4

50、、信道带宽（信道带宽（信道带宽（信道带宽（Channel BroadbandChannel BroadbandChannel BroadbandChannel Broadband） 信信道道带带宽宽是是指指信信道道中中传传输输的的信信号号在在不不失失真真的的情情况况下下所所占占用用的的频频率率范范围围，通通常常称称为为信信道道的的通通频频带带，单单位位用用赫赫兹兹（调调制制速速率率）表表示示。信信道道带带宽宽由由信信道道的的物物理理特特性性所所决决定定，例例如如电电话话线线路路的的频频率率范范围围在在30030034003400HzHz，那那么么，它它的的带带宽宽范范围围也也在在3003003

51、4003400HzHz。信道宽度用信道宽度用W W表示。表示。 5 5 5 5、信道容量（、信道容量（、信道容量（、信道容量（ChannelChannelChannelChannel Capacity Capacity） 信信道道容容量量是是指指信信道道能能传传输输信信息息的的最最大大能能力力，一一般般用用时时间间内内最最大大可可传传送送的的字字节节数数来来表表示示。信信道道容容量量由由信信道道带带宽宽F F、可可使使用用的的时时间间T T以以及及信信道道质质量量决决定定。信信道道容容量量和和信信道道带带宽宽具具有有正正比比关关系系，带带宽宽越越宽宽，则则容容量量越越大大，传传输输效效率率也也

52、就就越越高高。关关于于信信道道容容量的计算有两条著名的定理。量的计算有两条著名的定理。382.3.3数据传输的质量参数 奈奈奎奎斯斯特特( (NyquistNyquist) )定定理理：19421942年年, ,H.NyquistH.Nyquist证证明明，任任何何一一个个信信号号如如果果通通过过带带宽宽为为W W（HzHz）的的理理想想低低通通滤滤波波器器，若若每每秒秒取取样样2 2W W次次，就就可可以以完完整整地地重重现现该该滤滤波波过过后后的的信信号号。在在理理想想条条件件下下( (无无噪噪音音有有限限带带宽宽W W的的信信道道) )，其其最最大大的的数数据据传传输输速速率率C C（信

53、道容量）为：信道容量）为：式中：式中：N N为离散性信号或电平的个数。为离散性信号或电平的个数。【例例2-62-6】一一个个无无噪噪音音的的30003000HzHz信信道道传传输输二二进进制制信信号号，试试问问信信道容量（可允许的数据传输速率）是多少？道容量（可允许的数据传输速率）是多少？ 解解：由由于于传传输输的的二二进进制制信信号号是是“1 1”、“0 0”两两个个电电平平, ,即即N=2N=2，W=3000HzW=3000Hz，则信道容量：则信道容量： 39 式式中中：RmaxRmax为为最最大大功功率率；W W为为信信道道带带宽宽；L L为为信信道道上上传传输输的的信信号可取的离散值的

54、个数。号可取的离散值的个数。 【例例2-82-8】一一个个数数字字信信号号通通过过两两种种物物理理状状态态，经经信信噪噪比比为为2020dBdB的的3 3kHzkHz带宽信道传送，其数据率不会超过多少？带宽信道传送，其数据率不会超过多少？2.3.3数据传输的质量参数 香香农农（ShannonShannon）定定理理：19481948年年，Claude Claude ShannonShannon在在NyquistNyquist定定理理基基础础上上进进而而给给出出了了在在噪噪音音的的环环境境中中，信信道道容容量量将将与信噪功率比有关。信道容量与信道带宽之间的关系：与信噪功率比有关。信道容量与信道带

55、宽之间的关系：式式中中：N N为为噪噪音音功功率率；S S为为信信号号功功率率。信信道道传传输输的的信信息息多多少少完完全全由由带带宽宽所所决决定定。此此时时，信信道道中中的的每每秒秒所所传传输输的的最最大大比比特特数数由由奈奈奎斯特（奎斯特（NyquistNyquist）准则决定：准则决定：402.3.3数据传输的质量参数 解：按照解：按照ShannonShannon定理，已知信噪比电平为定理，已知信噪比电平为2020dBdB，信噪功率信噪功率比比S/NS/N，最大数据传输率为：最大数据传输率为： C=W Log2(1+S/N)=3000 C=W Log2(1+S/N)=3000Log2(1

56、+100)=19.88kbit/sLog2(1+100)=19.88kbit/s 6 6 6 6、误码率（、误码率（、误码率（、误码率（Error RatesError RatesError RatesError Rates） 误误码码率率也也称称为为出出错错率率，是是指指数数据据通通信信系系统统在在正正常常工工作作情情况况下下信信息息传传输输的的错错误误率率。在在计计算算机机网网络络通通信信系系统统中中，要要求求误误码码率率低于低于1010-6-6。误码率可以用以下几种表示方法：。误码率可以用以下几种表示方法： 误误比比特特率率P Pb bb1(b1(接接收收的的错错误误比比特特数数)/)/

57、b0(b0(传传输输总总比比特特数数接接收的错误比特数收的错误比特数) ) 误码率误码率P Pe ee1(e1(接收码元中错误码元数接收码元中错误码元数)/)/e2(e2(传输总码元数传输总码元数) ) 误字率误字率P Pw ww1(w1(接收的错误码字接收的错误码字)/)/w0(w0(传输总码字数传输总码字数) ) 误组率误组率P PBwBwbw1(bw1(接收的错误组数接收的错误组数)/)/bw0(bw0(传输信息总组数传输信息总组数) ) 412.3.3数据传输的质量参数 7 7 7 7、时延（时延（时延（时延（DelayDelayDelayDelay） 时时延延是是指指一一个个报报文文

58、或或分分组组从从一一条条链链路路的的一一端端传传送送到到另另一一端端所需的时间，它包括所需的时间，它包括3 3部分：部分：时延发送时延传播时延处理时延时延发送时延传播时延处理时延 发发送送时时延延：发发送送数数据据时时使使数数据据块块( (分分组组或或报报文文) )从从结结点点进进入到传输媒体所需要的时间。入到传输媒体所需要的时间。 发送时延（传输时延）数据块长度发送时延（传输时延）数据块长度信道宽度信道宽度 传传播播时时延延：电电磁磁波波在在信信道道上上的的传传播播一一定定的的距距离离所所需需要要花花费的时间速度费的时间速度 传播时延信道长度传播时延信道长度/ /电磁波在信道上的传播速度电磁

59、波在信道上的传播速度( (m/sm/s) ) 处处理理时时延延：数数据据在在交交换换结结点点为为存存储储转转发发而而进进行行一一些些必必要要处处理理所所花花费费的的时时间间。处处理理时时延延的的长长短短取取决决于于数数据据通通信信系系统统中中当当时的通信量。当通信量很大时时的通信量。当通信量很大时, ,还会发生溢出还会发生溢出, ,使分组丢失。使分组丢失。422.3.3数据传输的质量参数 【例例2-102-10】若若A A、B B两两台台计计算算机机之之间间的的距距离离为为10001000km,km,假假设设在在电电缆缆内内信信号号的的传传播播速速度度是是2 210108 8m/sm/s, ,

60、试试对对下下列列两两种种链链路路分分别计算发送时延和传播时延。别计算发送时延和传播时延。 数据块长度为数据块长度为10108 8bitbit，数据发送速率为数据发送速率为1 1MbpsMbps； 数据块长度为数据块长度为10001000bitbit，数据发送速率为数据发送速率为1 1GbpsGbps； 解解：根根据据上上述述计计算算发发送送时时延延公公式式和和计计算算传传播播时时延延公公式式，分别求出不同链路的不同时延。分别求出不同链路的不同时延。 发送时延发送时延10108 8bit/(1Mbps)bit/(1Mbps)100s100s 传播时延传播时延10001000bit/(2bit/(

61、210108 8m/s)m/s)5ms5ms 发送时延发送时延10001000bit/(1Gbps)bit/(1Gbps)1s1s 传播时延传播时延10001000km/(2km/(210108 8m/s)m/s)5ms5ms 通过此例说明，并非信道带宽越宽，数据在信道上跑的通过此例说明，并非信道带宽越宽，数据在信道上跑的速度越快。速度越快。 432.3.4串行传输与并行传输 1 1 1 1、串行传输（、串行传输（、串行传输（、串行传输（Serial TransmissionSerial TransmissionSerial TransmissionSerial Transmission） 串

62、行传输是指数据以串行方式，在一条信道上传输。在串行传输是指数据以串行方式，在一条信道上传输。在计算机中，通常是用计算机中，通常是用8 8位的二进制代码来表示一个字符。在数位的二进制代码来表示一个字符。在数据通信中，串行传输方式如图据通信中，串行传输方式如图2-232-23所示。所示。接接收收设设备备发发送送设设备备1234567812387645并行到串行的转换串行到并行的转换图图 2-23 2-23 串行传输示意图串行传输示意图442.3.4串行传输与并行传输接接收收设设备备发发送送设设备备12345678校验校验数据位1数据线 2 2 2 2、并行传输（、并行传输（、并行传输（、并行传输（

63、Parallel TransmissionParallel TransmissionParallel TransmissionParallel Transmission） 并行传输是指数据以成组的方式在多个并行信道上传输。并行传输是指数据以成组的方式在多个并行信道上传输。将表示一个字符的将表示一个字符的8 8位二进制代码同时通过位二进制代码同时通过8 8条并行的通信信道条并行的通信信道发送出去，这种工作方式称为并行通信，如图图发送出去，这种工作方式称为并行通信，如图图2-242-24所示。所示。图图 2-24 2-24 并行传输示意图并行传输示意图452.3.5同步传输与异步传输 在数据通信系

64、统中，整个计算机通信系统能否正确有效在数据通信系统中，整个计算机通信系统能否正确有效地工作，在相当程度上依赖于是否能很好地实现同步。目前地工作，在相当程度上依赖于是否能很好地实现同步。目前, ,串行通信的传输按通信约定的格式分为两种，即同步通信方串行通信的传输按通信约定的格式分为两种，即同步通信方式和异步通信方式。式和异步通信方式。 1 1 1 1、同步传输（、同步传输（、同步传输（、同步传输（SynchronousSynchronousSynchronousSynchronous） 位位同同步步：在在数数据据通通信信过过程程中中，接接收收端端根根据据发发送送端端发发送送数数据据的的起起止止时

65、时间间和和时时钟钟频频率率来来校校正正自自己己的的时时间间基基准准与与时时钟钟频频率率，这这个个过过程程就就叫叫做做位位同同步步。实实现现位位同同步步的的方方法法主主要要有有以以下下两种：两种： 外外同同步步法法。是是在在发发送送端端发发送送一一路路数数据据信信号号的的同同时时，另另外外发发送送一一路路同同步步时时钟钟信信号号。接接收收端端根根据据接接收收到到的的同同步步时时钟钟信信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。 462.3.5同步传输与异步传输 内同步法。内同步法。是从自含时钟编码的发送数据中提取同是从自含时钟编码的发送数

66、据中提取同步时钟的方法，曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都是自含步时钟的方法，曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码都是自含时钟的编码方法。时钟的编码方法。 字符同步字符同步：为保证收发双方正确传输字符为保证收发双方正确传输字符, ,将字符以将字符以组为单位传送，在每组字符之前加上一个用于同步控制的同组为单位传送，在每组字符之前加上一个用于同步控制的同步字符步字符SYNSYN，数据结束后加上后同步信号，接收端根据数据结束后加上后同步信号，接收端根据SYNSYN与与后同步信号确定数据字符的起始与终止。后同步信号确定数据字符的起始与终止。 同步传输方式如图同步传输方式如图2-252-25所示。所示。图图 2

67、-25 2-25 同步传输方式示意图同步传输方式示意图1 10 01 11 10 01 10 01 10 01 11 10 01 11 10 00 0. . . .1 11 11 11 10 01 10 01 11 10 01 11 10 01 10 00 00 01 11 11 11 11 11 10 00 01 11 11 11 11 11 10 0同步字节同步字节 数据帧数据帧 同步字节同步字节472.3.5同步传输与异步传输 2. 2. 2. 2. 异步传输（异步传输（异步传输（异步传输（asynchronousasynchronousasynchronousasynchronous）

68、 异步传输一次只传输一个字符异步传输一次只传输一个字符, ,每个字符用一位起始位引每个字符用一位起始位引导、一位停止位结束。起始位为导、一位停止位结束。起始位为“0 0”, ,占一位占一位; ;停止位为停止位为“1 1”, ,占占1-21-2位。在没有数据发送时发送方可发送连续的停止位。在没有数据发送时发送方可发送连续的停止位，接收方根据位，接收方根据“1 1”至至“0 0”的跳变来判别一个新字符的开始的跳变来判别一个新字符的开始, ,然后接收字符中的所有位。异步然后接收字符中的所有位。异步传输方式如图传输方式如图2-262-26所示。所示。1 11 10 01 11 10 01 10 01

69、10 01 10 00 01 11 10 01 11 10 00 01 10 00 00 01 10 01 11 10 01 10 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 00 0数据传输方向停止位 数据位 起始位图图 2-26 2-26 异步传输方式示意图异步传输方式示意图48 指传送的信息始终是一个方向传送指传送的信息始终是一个方向传送, ,没反没反 方向的交互。其信道一般是二线制，一方向的交互。其信道一般是二线制，一 根用于传输数据根用于传输数据, ,另一根用于监测信号。另一根用于监测信号。 允许数据在两个方向上传输允许数据在两个方向上传输, ,但在某一时但在某一时 刻，只允许数

70、据在一个方向上传输刻，只允许数据在一个方向上传输, ,它实它实 际上是一种切换方向的单工通信。际上是一种切换方向的单工通信。 允许数据同时在两个方向上传输允许数据同时在两个方向上传输, ,它是两它是两 个单工通信方式的结合个单工通信方式的结合, ,它要求发送设备它要求发送设备 和接收设备都有独立的接收和发送能力和接收设备都有独立的接收和发送能力。2.3.6单向传输与双向传输单工数据传输单工数据传输半双工数据传输半双工数据传输全双工数据传输全双工数据传输 数据在通信线路上传输是有方向的，根据信号传送的方向数据在通信线路上传输是有方向的，根据信号传送的方向与时间关系，数据通信可分为三种基本工作方式

71、：单工通信、与时间关系，数据通信可分为三种基本工作方式：单工通信、半双工通信与全双工通信。半双工通信与全双工通信。 492.4网络多路复用传输多多路路复复用用器器多多路路复复用用器器一一条条传传输输线线路路传传输输多多路路信信号号计计算算机机计计算算机机 传输信号要求的带宽与传输介质允许通过的带宽是不一样传输信号要求的带宽与传输介质允许通过的带宽是不一样的，为了节省开销，应当充分利用传输介质的带宽。在一条介的，为了节省开销，应当充分利用传输介质的带宽。在一条介质上同时传送多于一路以上信号的传输方式，叫做该介质的多质上同时传送多于一路以上信号的传输方式，叫做该介质的多路复用。多路复用传输技术的基

72、本原理如图路复用。多路复用传输技术的基本原理如图2-30所示。所示。 图图 2-30 2-30 多路复用基本原理多路复用基本原理示意图示意图502.4.1频分多路复用 1 1 1 1、频分多路复用的概念、频分多路复用的概念、频分多路复用的概念、频分多路复用的概念 在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分带宽相同的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。频分多路复用的基本工作

73、原理如图多路复用。频分多路复用的基本工作原理如图2-312-31所示。所示。 图图 2-31 2-31 频分多路复用原理示意图频分多路复用原理示意图信道（1）f1信道（2）f2信道（3）f3信道（4）f4信道（5）f5信道（6）f6多路多路复用复用器器多路多路复用复用器器源源1 1源源2 2源源3 3源源4 4源源5 5源源6 6目标目标1 1目标目标2 2目标目标3 3目标目标4 4目标目标5 5目标目标6 6信道带宽信道带宽BmBm警戒频带警戒频带BgBg512.4.1频分多路复用图图 2-32 2-32 频分多路技术实现示意图频分多路技术实现示意图104108kHz 108kHz 04H

74、z6064kHz 64kHz 04Hz100104kHz 104kHz 04Hz04Hz 108kHz 104108kHz04Hz 104kHz 100104kHz电话机1电话机n电话机204Hz 64kHz 6064kHz低通调制器带通多多路路复复用用器器低通调制器带通调制器带通低通带通调制器低通带通调制器低通调制器低通带通多多路路复复用用器器 2 2 2 2、频分多路复用的技术实现、频分多路复用的技术实现、频分多路复用的技术实现、频分多路复用的技术实现 频分多路复用主要用于电话模拟信号的传输。频分多路复频分多路复用主要用于电话模拟信号的传输。频分多路复用技术用于模拟信号的频分传输，主要用于

75、电话和电视系统。用技术用于模拟信号的频分传输，主要用于电话和电视系统。一根一根CATVCATV电缆的带宽大约是电缆的带宽大约是500MHz500MHz，可传送可传送8080个频道的电视节个频道的电视节目目。每个频道每个频道6MHz6MHz的带宽中又进一步划分为声音子通道、视频的带宽中又进一步划分为声音子通道、视频子通道以及彩色子通道，并留有警戒频带。子通道以及彩色子通道，并留有警戒频带。522.4.2时分多路复用 1 1 1 1、时分多路复用的概念、时分多路复用的概念、时分多路复用的概念、时分多路复用的概念 时分多路复用（时分多路复用（TDM）是将一条物理信道的传输时间划是将一条物理信道的传输

76、时间划分为若干个时间片，每个用户分得一个时间片，在其占有的分为若干个时间片，每个用户分得一个时间片，在其占有的时间片内用户使用通信信道的全部带宽。如果与时间片内用户使用通信信道的全部带宽。如果与FDM相比较相比较, ,由于由于FDM是以信道频带作为分割对象是以信道频带作为分割对象, ,通过为多个信道分配通过为多个信道分配互不重叠的频率范围的方法来实现多路复用，因此频分多路互不重叠的频率范围的方法来实现多路复用，因此频分多路复用更适于模拟数据信号的传输，而复用更适于模拟数据信号的传输，而TDM则以信道传输时间则以信道传输时间作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方作为分割对象，通过为

77、多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用，因此更适合于数字数据信号的传输。法来实现多路复用，因此更适合于数字数据信号的传输。 2 2 2 2、时分多路复用的实现、时分多路复用的实现、时分多路复用的实现、时分多路复用的实现 时分多路复用在技术实现上，可分为同步时分多路复用时分多路复用在技术实现上，可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用两种方式。和异步时分多路复用两种方式。 532.4.2时分多路复用 (1) (1) 同步时分：同步时分：指发送端的多台计算机通过一条线路向接指发送端的多台计算机通过一条线路向接收端发送数据时进行分时处理，它们以固定的时隙进行分配。收端发送数据时进行分时处理

78、，它们以固定的时隙进行分配。 (2) (2) 异步时分：异步时分：又被称为统计时分复用技术，它能动态地又被称为统计时分复用技术，它能动态地按需分配时隙，以避免每个时隙段中出现空闲时隙。异步时分按需分配时隙，以避免每个时隙段中出现空闲时隙。异步时分在分配时隙时是不固定的，而是只给想发送数据的发送端分配在分配时隙时是不固定的，而是只给想发送数据的发送端分配其时隙段，当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。其时隙段，当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。要接收的数据要接收的数据AAAABBCDDDBCDABDADAAAAAABBCDDD复复用用器器解解复复器器要发送的数据要发送的数据时隙浪费时隙浪

79、费,信道资源信道资源利用率底利用率底一个周期的数据块一个周期的数据块(帧帧)在不同时刻，开关切换在不同时刻，开关切换到不同的输入设备到不同的输入设备54同步时分复用可能会造成线路资源的浪费同步时分复用可能会造成线路资源的浪费 ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1acbcd时分复用#2#3#4用户 使用同步时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数使用同步时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。的。 55异步时分复用异步时分复用 STDMSTDM用户ABCDabcd

80、ttttt3 个 STDM 帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用562.4.3密集波分多路复用 1 1 1 1、波分多路复用（、波分多路复用（、波分多路复用（、波分多路复用（WDMWDM） 采用的是波长分隔多路复用技术采用的是波长分隔多路复用技术, ,在同一传输信道内传输多在同一传输信道内传输多路不同波长的光信号。路不同波长的光信号。WDM和和FDM基本上都基于相同原理基本上都基于相同原理, ,所所不同的是不同的是WDM应用于光纤信道上的光波传输过程应用于光纤信道上的光波传输过程, ,而而FDM应应用于电模拟传输。波分多路复用原理如图用于电模拟传输。波分多路复用原理如图2-342-

81、34所示。所示。图图 2-34 2-34 波分多路复用原理波分多路复用原理572.4.3密集波分多路复用 2 2 2 2、密集波分多路复用、密集波分多路复用、密集波分多路复用、密集波分多路复用 密集波分多路复用密集波分多路复用( (DWDM) )是在是在WDM上发展起来的。最上发展起来的。最初，在一根光纤上只能传送两路光波信号，初，在一根光纤上只能传送两路光波信号，CIENA首先推出了首先推出了16路信道系统，现在已能做到在一根光纤上复用路信道系统，现在已能做到在一根光纤上复用80路甚至更多路甚至更多路数的光载波信号。路数的光载波信号。 DWDM的工作原理如图的工作原理如图2-35所示。所示。

82、 图图 2-35 2-35 密集波分多路复用原理示意图密集波分多路复用原理示意图复复复复用用用用器器器器012345671550nm1551mn1552nm1553nm1554nm1555nm1556nm1557nm1550nm1551mn1552nm1553nm1554nm1555nm1556nm1557nm0123456720Gbps EDFA120km分分用用器器582.4.4码分多路复用 1 1 1 1、码分多路复用的概念、码分多路复用的概念、码分多路复用的概念、码分多路复用的概念 码分多路复用码分多路复用( (CDM) )是一种用于移动通信系统的新技术是一种用于移动通信系统的新技术,

83、 ,笔笔记本电脑和掌上电脑等移动性计算机的连网通信将会大量使用记本电脑和掌上电脑等移动性计算机的连网通信将会大量使用码分多路复用技术。在码分多路复用技术。在CDM系统中系统中, ,所有用户占用相同的带宽，所有用户占用相同的带宽，使用同一频率同时发送或接收信号，各个用户的信号用各自不使用同一频率同时发送或接收信号，各个用户的信号用各自不同的地址码序列来区分。同的地址码序列来区分。 2 2 2 2、码分多路复用的基本原理、码分多路复用的基本原理、码分多路复用的基本原理、码分多路复用的基本原理 CDM的理论基础是微波扩频通信，利用扩频通信中不同的理论基础是微波扩频通信，利用扩频通信中不同码型的扩频码

84、之间的相关性，为每个用户分配一个扩频编码，码型的扩频码之间的相关性，为每个用户分配一个扩频编码，以区别不同的用户信号以区别不同的用户信号, ,发送端可用不同的扩频编码分别向不发送端可用不同的扩频编码分别向不同的接收端发送数据，接收端用不同的扩频编码进行解码同的接收端发送数据，接收端用不同的扩频编码进行解码, ,就就可得到不同发送端送来的数据，实现多址通信。可得到不同发送端送来的数据，实现多址通信。592.4.4码分多路复用 3 3 3 3、码分多路复用的实现、码分多路复用的实现、码分多路复用的实现、码分多路复用的实现 CDM是建立在波分多路复用的基础上是建立在波分多路复用的基础上, ,既利用了

85、一个波长既利用了一个波长不同的信道，又可使不同的用户共享一个信道，但不同用户具不同的信道，又可使不同的用户共享一个信道，但不同用户具有不同的正交码形，互不重叠，其实现技术如有不同的正交码形，互不重叠，其实现技术如图图2-36所示。所示。 图图 2-36 2-36 直接扩频直接扩频CDMCDM的卫星通信系统的卫星通信系统接收端接收端基础调制基础调制 多路调制多路调制信码信码输出输出载波载波产生产生器器伪码伪码产生产生器器信信源源上上变变频频本地码本地码产生器产生器下下变变频频带带通通积积分分判判决决同步同步/载波载波IBDDBKJHGFEAC其它地址信号其它地址信号多路解调多路解调 基础解调基础

86、解调发送端发送端卫星卫星转发器转发器602.5 网络数据交换 各种数据经过编码后在通信线路上进行传输，实现数据各种数据经过编码后在通信线路上进行传输，实现数据通信。数据通信最简单的方式是利用传输介质将两个端点直通信。数据通信最简单的方式是利用传输介质将两个端点直接相连，但每个通信系统都采用把收发两端直接相连的形式接相连，但每个通信系统都采用把收发两端直接相连的形式是不可能的，通常通过一个由多个结点组成的中间网络，把是不可能的，通常通过一个由多个结点组成的中间网络，把数据从源结点转发到目的结点，实现相互通信。因此，数据数据从源结点转发到目的结点，实现相互通信。因此，数据交换是研究如何通过中间网络

87、实现联网计算机之间的数据交交换是研究如何通过中间网络实现联网计算机之间的数据交换问题。换问题。 目前，常用的网络数据交换方式目前，常用的网络数据交换方式可归结为以下可归结为以下4 4种种: : 电路交换电路交换电路交换电路交换 报文交换报文交换报文交换报文交换 分组交换分组交换分组交换分组交换 快速交换快速交换快速交换快速交换612.5.1电路交换在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。建立一条端到端的电路。在整个数据传输过程中，所建立的电路必在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保持连接状态。须始终保持连接状态。 数据传输结束后，由某

88、一方发出拆除请求数据传输结束后，由某一方发出拆除请求然后逐节拆除到对方节点。然后逐节拆除到对方节点。(1)(1)电路建立电路建立(2)(2)数据传输数据传输(3)(3)电路拆除电路拆除 1 1 1 1、电路交换概念、电路交换概念、电路交换概念、电路交换概念 电电路路交交换换是是根根据据电电话话交交换换原原理理发发展展起起来来的的一一种种直直接接交交换换方方式式。在在数数字字通通信信中中，电电路路交交换换传传输输主主要要是是应应用用同同步步传传输输模模式来实现的。电路交换的过程分为式来实现的。电路交换的过程分为3 3个步骤：个步骤：电路交换原理如下图所示。电路交换原理如下图所示。622.5.1电

89、路交换源节点源节点A A交换节点交换节点1 1交换节点交换节点6 6呼叫请求呼叫请求呼叫应答呼叫应答数据数据数据数据释放请求释放请求释放应答释放应答目的节点目的节点B B电电路路建建立立数数据据传传输输电电路路拆拆除除源节点源节点 A A目的节点目的节点 B B公用电话交换网公用电话交换网123456632.5.1电路交换 2 2 2 2、电路交换的优点、电路交换的优点、电路交换的优点、电路交换的优点 (1) (1) 连接建立后连接建立后, 数据以固定的传输率传输数据以固定的传输率传输, 传输延迟小。传输延迟小。 (2) (2) 由于物理线路被单独占用由于物理线路被单独占用,故不可能发生冲突故

90、不可能发生冲突; (3) (3) 适用于实时大批量连续的数据传输。适用于实时大批量连续的数据传输。 3 3 3 3、电路交换的缺点、电路交换的缺点、电路交换的缺点、电路交换的缺点 (1) (1) 建立连接将跨多个设备或线缆，则会需要花费很长的建立连接将跨多个设备或线缆，则会需要花费很长的 时间。时间。 (2) (2) 连接建立后，由于线路是专用的，即使空闲，也不能连接建立后，由于线路是专用的，即使空闲，也不能 被其它设备使用造成一定的浪费。被其它设备使用造成一定的浪费。 (3) (3) 对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方法、信息格式和传

91、输控制等一致才能完成通信。法、信息格式和传输控制等一致才能完成通信。642.5.2报文交换 1 1 1 1、报文交换的工作原理、报文交换的工作原理、报文交换的工作原理、报文交换的工作原理 报文交换类似于发送信件，是以报文为单位发送信息，不报文交换类似于发送信件，是以报文为单位发送信息，不管发送数据的长度是多少都把它当作一个逻辑单元，每个报文管发送数据的长度是多少都把它当作一个逻辑单元，每个报文由报头、正文和报尾由报头、正文和报尾3 3部分组成，报头中包含发送计算机的地址部分组成，报头中包含发送计算机的地址和接收信息的计算机地址和接收信息的计算机地址。通信子网根据报头目的地址选择路径通信子网根据

92、报头目的地址选择路径在两个结点之间的一段链路上逐段传输，不需要在两个主机之在两个结点之间的一段链路上逐段传输，不需要在两个主机之间建立多个结点组成的通道间建立多个结点组成的通道, ,报文交换过程如图报文交换过程如图2-392-39所示。所示。主机主机A主机主机BCCCDCGCA通信子网通信子网CFCBCE图图 2-39 2-39 报文交换过程报文交换过程652.5.2报文交换 2 2 2 2、报文交换的优点、报文交换的优点、报文交换的优点、报文交换的优点 电路利用率高。报文可以分时共享交换设备间的线路。电路利用率高。报文可以分时共享交换设备间的线路。 在电路交换网络上，当通信量变得很大时在电路

93、交换网络上，当通信量变得很大时, ,就不能接受就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上新的呼叫。而在报文交换网络上, ,通信量大时仍然可以接收报通信量大时仍然可以接收报文文, ,不过传送延迟会增加。不过传送延迟会增加。 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。路交换网络很难做到这一点。 报文交换网络可以进行速度和代码的转换。报文交换网络可以进行速度和代码的转换。 3 3 3 3、报文交换的缺点、报文交换的缺点、报文交换的缺点、报文交换的缺点 数据的传输延迟比较长，且延迟时间长短不一，因此不数据的传输延迟比较长，且延

94、迟时间长短不一，因此不适用于实时或交互式的通信系统。适用于实时或交互式的通信系统。 当报文传输错误时，必须重传整个报文。当报文传输错误时，必须重传整个报文。662.5.3分组交换 分组交换是报文交换的改进，因而又称为报文分组交换分组交换是报文交换的改进，因而又称为报文分组交换。它将报文分成若干个分组它将报文分成若干个分组, ,每个分组的长度有一个上限每个分组的长度有一个上限, ,有限长有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，以提高交换速度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，以提高交换速度。分组交换适用于交互式通信，如终端与主机通信。报文分度。分组交换适用于交互式通信，如终端与主机通

95、信。报文分组的结构如图组的结构如图2-402-40所示。所示。1010010101 0110011010首部首部 数据数据首部首部 数据数据首部 数据报文报文报文报文图图 2-40 2-40 报文分组的组成报文分组的组成 报文分组交换是在电路交换和报文交换的基础上发展起来报文分组交换是在电路交换和报文交换的基础上发展起来的的, ,因而结合了两者的优点因而结合了两者的优点, ,并且有数据报方式和虚电路方式。并且有数据报方式和虚电路方式。 672.5.3分组交换 1 1 1 1、数据报方式、数据报方式、数据报方式、数据报方式 在数据报方式中子网接收主机在数据报方式中子网接收主机A A发送的报文经编

96、址、拆卸发送的报文经编址、拆卸后分成若干分组后分成若干分组, , 设有设有3 3个分组个分组P1P1、P2P2、P3P3。CACA将根据子网当将根据子网当前的通路情况及通信量情况前的通路情况及通信量情况, ,将分组将分组P1P1、P2P2、P3P3沿不同的子网沿不同的子网路径发送出去路径发送出去, ,接收端将接收的分组重新组装成报文。这类服接收端将接收的分组重新组装成报文。这类服务没有建立链路和拆除链路的过程，如图务没有建立链路和拆除链路的过程，如图2-422-42所示。所示。图图 2-42 2-42 数据报方式交换过程数据报方式交换过程主机主机A ACCCDCGCA通信子网通信子网CFCBC

97、EP P1 1P P2 2P P3 3P P3 3P P2 2P P1 1P P2 2P P1 1P P1 1P P2 2P P3 3P P3 3P P1 1P P3 3主机主机B B682.5.3分组交换2 2 2 2、虚电路方式、虚电路方式、虚电路方式、虚电路方式 虚电路方式是试图将数据报方式与电路交换方式结合起虚电路方式是试图将数据报方式与电路交换方式结合起来，发挥两种方法的优点来，发挥两种方法的优点,达到最佳的数据交换效果。与电达到最佳的数据交换效果。与电路交换方式类似，虚电路方式在数据传输前也要建立一条传路交换方式类似，虚电路方式在数据传输前也要建立一条传输通路，但这条通络是逻辑的而

98、非物理的。输通路，但这条通络是逻辑的而非物理的。 虚电路方式两个用户的终端设备在开始互相发送和接收虚电路方式两个用户的终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，用户不需要数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，用户不需要在发送和接收时清除连接。虚电路可以通过呼叫请求建立，在发送和接收时清除连接。虚电路可以通过呼叫请求建立，并要赋予虚电路号。子网中的结点之间就是通过虚电路号将并要赋予虚电路号。子网中的结点之间就是通过虚电路号将分组沿子网中的结点逐站传递。虚电路的工作方式如图分组沿子网中的结点逐站传递。虚电路的工作方式如图2-43所示。所示。692.5.3分组交换A1

99、A1一一B1B1虚电路：虚电路：VC1VC1LCl(3)LCl(3)LC2(2)LC2(2)LC3(1)LC3(1)A2A2一一C1C1虚电路：虚电路：VC2VC2LCl(2)LCl(2)LC2(1)LC2(1)LC4(3)LC4(3)A3A3一一DlDl虚电路：虚电路：VC3VC3LC1(1)LC1(1)LC5(4)LC5(4)用户用户A1A1与用户与用户B1B1建立的虚电路为建立的虚电路为VClVClLCl(3)+LC2(2)+LC3(1)LCl(3)+LC2(2)+LC3(1)用户用户A2A2与用户与用户C1C1建立的虚电路为建立的虚电路为VC2VC2LCl(2)+LC2(1)+LC4(

100、3)LCl(2)+LC2(1)+LC4(3)用户用户A3A3与用户与用户D1D1建立的虚电路为建立的虚电路为VC3VC3LCl(1)LCl(1)LC5(4)LC5(4)3LC32用户用户B1B1用户用户C1C1用户用户A1A1用户用户A2A2用户用户A3A3用户用户D1D1结点结点B B结点结点C C结点结点A A结点结点D D中继结点中继结点1 1中继结点中继结点2 2传输媒体传输媒体4 411213 3LC1LC5LC2LC4图图 2-43 2-43 虚电路的工作方式虚电路的工作方式702.5.3分组交换对比的内容比的内容虚虚电路路数据数据报连接的建立接的建立必必须有有不要不要目的站地址目

101、的站地址仅在在连接建立接建立阶段使用，每个分段使用，每个分组使用短的虚使用短的虚电路信号路信号每个分每个分组都有目的站都有目的站的全地址的全地址路由路由选择在虚在虚电路建立路建立时进行，所有分行，所有分组均均按同一路由按同一路由每个分每个分组都有独立都有独立选择的路由的路由路由器出路由器出现故障故障所有通所有通过出故障的路由器的虚出故障的路由器的虚电路路均不能工作均不能工作出故障的路由器可能出故障的路由器可能对丢失失分分组，一些路由会，一些路由会发生生变化化分分组的的顺序序总是按是按发送送顺序到达目的站序到达目的站到达目的站到达目的站时可能不按可能不按发送送顺序序端到端的差端到端的差错控制控制

102、由通信子网由通信子网负责由主机由主机负责端到端的流量控制端到端的流量控制由通信子网由通信子网负责由主机由主机负责 由于虚电路方式具有电路交换与分组交换技术的优点，因此由于虚电路方式具有电路交换与分组交换技术的优点，因此在计算机网络中得到了广泛的应用。虚电路服务与数据报服务的在计算机网络中得到了广泛的应用。虚电路服务与数据报服务的主要区别如下表：主要区别如下表：712.5.4帧中继交换 由于在数据链路层的数据单元被称为帧，故将此技术称为帧由于在数据链路层的数据单元被称为帧，故将此技术称为帧中继（中继（FRSFRS），它是在），它是在OSIOSI数据链路层上用简化的方法传送和交换数据链路层上用简化

103、的方法传送和交换数据单元的一种技术。帧中继交换结构如下图所示。数据单元的一种技术。帧中继交换结构如下图所示。作为作为DTE的交换机的交换机DTE作为作为DTE的路由器的路由器FRADFRSFRSFRSFRSDCEDCEDCEDCE帧中继交换结构图帧中继交换结构图722.5.4帧中继交换高效性高效性 经济性经济性可靠性可靠性灵活性灵活性帧中继交换的特点帧中继交换的特点主要体现在以下主要体现在以下4 4个方面个方面 1 1 1 1、帧中继交换的特点、帧中继交换的特点、帧中继交换的特点、帧中继交换的特点 帧中继使用分组交换协议，该协议采用统计复用技术，从帧中继使用分组交换协议，该协议采用统计复用技术

104、，从单条线路上的用户站点多个信息源处装载数据到帧中继网络。单条线路上的用户站点多个信息源处装载数据到帧中继网络。帧中继是以分组交换技术为基础，利用数字系统低误码率的特帧中继是以分组交换技术为基础，利用数字系统低误码率的特点和虚电路交换的优点，简化了可靠性传输和差错控制机制，点和虚电路交换的优点，简化了可靠性传输和差错控制机制，从而获得良好性能的革新技术。从而获得良好性能的革新技术。732.5.4帧中继交换 2 2 2 2、帧中继交换的主要应用、帧中继交换的主要应用、帧中继交换的主要应用、帧中继交换的主要应用 帧中继探测误码和阻塞的能力非常小。这是由于帧中继的帧中继探测误码和阻塞的能力非常小。这

105、是由于帧中继的开发是基于传输媒介，是相对可靠和无误码的，终端用户的应开发是基于传输媒介，是相对可靠和无误码的，终端用户的应用程序能够探测和恢复分组的误码。正是由于帧中继具有良好用程序能够探测和恢复分组的误码。正是由于帧中继具有良好的性能特点，因此得到广泛应用，主要体现在以下的性能特点，因此得到广泛应用，主要体现在以下5 5个方面：个方面：数据帧是以数据块（几千个比特）进行交数据帧是以数据块（几千个比特）进行交换的，因此很适合高分辨率的图像传输，换的，因此很适合高分辨率的图像传输，这类应用的特点是低延迟和高吞吐率。这类应用的特点是低延迟和高吞吐率。高吞吐率特别适合大型文件的传输，以便高吞吐率特别

106、适合大型文件的传输，以便在较短的时间内完成。在较短的时间内完成。数据块交互数据块交互文件传输文件传输742.5.4帧中继交换文字仅使用较短的帧，因而这类应用的特文字仅使用较短的帧，因而这类应用的特点是低延迟和低吞吐率。点是低延迟和低吞吐率。帧中继适用于处理突发性信息和可变长度帧中继适用于处理突发性信息和可变长度帧的信息帧的信息, ,因此特别适用于局域网的互联。因此特别适用于局域网的互联。目前，帧中继交换技术已广泛地应用于公目前，帧中继交换技术已广泛地应用于公共和专用网络上。共和专用网络上。字符交互通信字符交互通信突发性信息突发性信息把大量低效率的应用通过帧中继复用起来把大量低效率的应用通过帧中

107、继复用起来可以取得较好的经济效果。可以取得较好的经济效果。低效率复用低效率复用752.5.5ATM信元交换 ATM 是异步传输模式的简称，是建立在电路交换和分组是异步传输模式的简称，是建立在电路交换和分组交换基础上的一种面向连接的快速分组交换技术交换基础上的一种面向连接的快速分组交换技术, ,它能最大限它能最大限度地发挥电路交换与分组交换技术的优点度地发挥电路交换与分组交换技术的优点, ,具有从实时的话音具有从实时的话音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力。它它采用定长分组做为传输和交换的单位，这种分组被称为信元。采用定长分组做为

108、传输和交换的单位，这种分组被称为信元。 1 1 1 1、ATMATMATMATM信元结构信元结构信元结构信元结构 分组交换的基本数据传输单元是分组分组交换的基本数据传输单元是分组, ,为了与为了与X.25X.25协议的协议的分组分组(Packet)(Packet)相区分，所以在相区分，所以在ATMATM中称为信元中称为信元(Cell)(Cell)。图图 2-47 ATM2-47 ATM信元结构信元结构 ATM由一个长度为由一个长度为5 5字节的字节的信元头和一个长度为信元头和一个长度为4848字节的字节的用户数据组成，其结构如图用户数据组成，其结构如图2-2-4747所示。所示。762.5.5

109、ATM信元交换 2 2 2 2、ATMATMATMATM信元通道信元通道信元通道信元通道 ATMATM信元交换是通过物理链路信元交换是通过物理链路(PL)(PL)来实现的来实现的,PL,PL是连接是连接ATMATM交换机交换机ATMATM交换机、交换机、ATMATM交换机交换机ATMATM主机的物理线路。每条主机的物理线路。每条物理链路可以包含一条或多条虚通路物理链路可以包含一条或多条虚通路(VP),(VP),虚通路可以是永久虚通路可以是永久的的, ,也可以是交换式的。每条虚通路中可以有单向或双向的数也可以是交换式的。每条虚通路中可以有单向或双向的数据流，据流，ATMATM支持不对称的数据速率

110、，即允许两个方向的数据速支持不对称的数据速率，即允许两个方向的数据速率可以是不同的率可以是不同的。每条虚通路可包含一条或多条虚通道每条虚通路可包含一条或多条虚通道(VC)(VC)。PLPL、VPVP、VCVC三者之间的关系如图三者之间的关系如图2-482-48所示。所示。图图 2-48 PL2-48 PL、VPVP、VCVC之间的关系之间的关系VCVCVCVCPLVPVP ATM ATM的传输是在端用户的传输是在端用户之间建立直接的虚连接之间建立直接的虚连接, , ATMATM定义了两种类型的虚连定义了两种类型的虚连接，即虚通路连接接，即虚通路连接(VPC)(VPC)与与虚通道连接虚通道连接(

111、VCC)(VCC)。772.5.5ATM信元交换 3 3 3 3、 ATMATMATMATM信元传送信元传送信元传送信元传送 在在ATM交换中，文本、语音、视频等所有数据被分解为交换中，文本、语音、视频等所有数据被分解为长度固定的信元在网络中传递长度固定的信元在网络中传递, ,在接收端恢复成所需的格式在接收端恢复成所需的格式。信元在网络中传输期间出现的一切问题都由终端来处理，使信元在网络中传输期间出现的一切问题都由终端来处理，使得传送机制变得十分简单。正是由于得传送机制变得十分简单。正是由于ATMATM采用固定长度的信元，采用固定长度的信元，并将信道划分为时间片序列，每个时间片用来传输一个信元

112、，并将信道划分为时间片序列，每个时间片用来传输一个信元，时间片与信元一一对应，因而大大简化了对信元的传输控制时间片与信元一一对应，因而大大简化了对信元的传输控制和网内协议。信元方式的信息传送如图和网内协议。信元方式的信息传送如图2-502-50所示。所示。 图图 2-50 2-50 信元方式信息传送示意图信元方式信息传送示意图信信适适 元元 物物配配 交交 理理层层 换换 层层层层信信物物 元元 适适理理 交交 配配层层 换换 层层层层信元传送信元传送数字信号数字信号视频信号视频信号语音语音中间结点中间结点固定长度信元固定长度信元信元交换层信元交换层物理层物理层782.6 网络数据传输差错控制

113、 编码器编码器数据打包处理数据打包处理自适应码率自适应码率控制控制自适应非均匀自适应非均匀纠错控制纠错控制反馈控制反馈控制解码器解码器传输网络传输网络FeedbackFeedbackinformationinformationpacketspacketsbitstreamsbitstreamspacketspackets在数据通信系统中，差错的产生是不可避免的，差错控制在数据通信系统中，差错的产生是不可避免的，差错控制技术是分析差错产生的原因与差错类型、研究发现差错、纠正技术是分析差错产生的原因与差错类型、研究发现差错、纠正差错，把差错控制在尽可能小的允许范围内的技术和方法。差错，把差错控制在

114、尽可能小的允许范围内的技术和方法。792.6.1差错的产生与类型图图 2-52 2-52 差错产生的过程差错产生的过程 1 1 1 1、差错的产生、差错的产生、差错的产生、差错的产生 在数据通信过程中，由于信号的衰减、噪音的干扰，通信在数据通信过程中，由于信号的衰减、噪音的干扰，通信线路上的数据信号与干扰信号叠加在一起，会造成接收端接收线路上的数据信号与干扰信号叠加在一起，会造成接收端接收到发生差错的数据。例如，把到发生差错的数据。例如，把“1 1变为变为0 0”和把和把“0 0变为变为1 1”。我。我们把通过通信信道后接收的数据与发送数据不一致的现象称为们把通过通信信道后接收的数据与发送数据

115、不一致的现象称为传输差错，通常简称为差错。产生差错的过程如图传输差错，通常简称为差错。产生差错的过程如图2-522-52所示。所示。 (b) (b) 实际环境实际环境(a) (a) 理想状态理想状态01011010010信信 源源信信 宿宿0101101001001011010010信信 源源信信 宿宿噪音干扰噪音干扰01010010110出错出错802.6.1差错的产生与类型2 2 2 2、差错的类型、差错的类型、差错的类型、差错的类型 由传输介质导体的电子热运动产生的。由传输介质导体的电子热运动产生的。 其特点是其特点是: :时刻存在时刻存在, ,幅度较小幅度较小, ,频谱宽频谱宽, ,

116、强度与频率无关，是一类随机的噪声。强度与频率无关，是一类随机的噪声。 是由外界电磁干扰引起的，噪声幅度较是由外界电磁干扰引起的，噪声幅度较 大。冲击噪声持续时间较长，冲击噪声大。冲击噪声持续时间较长，冲击噪声 引起的差错称突发差错。引起的差错称突发差错。热噪声热噪声冲击噪声冲击噪声812.6.2差错检测方法位数字位数字偶校验偶校验CCCCCCC在计算机通信中，检测接收到的数据是否受到噪声影响而在计算机通信中，检测接收到的数据是否受到噪声影响而发生了差错的方法是利用检错码来判断。常用的检错码有两种，发生了差错的方法是利用检错码来判断。常用的检错码有两种，即奇偶校验码和循环冗余码。即奇偶校验码和循

117、环冗余码。 1 1 1 1、奇偶校验码、奇偶校验码、奇偶校验码、奇偶校验码 奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中“”的个的个数为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。数为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。822.6.2差错检测方法 2 2 2 2、循环冗余码（、循环冗余码（、循环冗余码（、循环冗余码（CRCCRCCRCCRC）在发送端产生一个循环冗余码，附加在信息位后面一起发送到接在发送端产生一个循环冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循环冗余码同样的算法进行校收端，接收端收到的信息按发送端形成循环冗余码同样的算

118、法进行校验，若有错，需重发。验，若有错，需重发。 例如已知信息码例如已知信息码: 110011，信息多项式，信息多项式: K(X)=X5+X4+X+1，生，生成码成码:11001，最高阶为：，最高阶为：X4(r=4), 求：循环冗余码和码字。求：循环冗余码和码字。 解：解：(X5+X4+X+1)X4的积是的积是 X9+X8+X5+X4 ，对应的码是，对应的码是1100110000。由计算结果可知冗余码是。由计算结果可知冗余码是1001，码字是，码字是1100111001。 1 0 0 0 0 1Q(X) 1 1 0 0 1 )1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1， 1 0

119、 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 (冗余码)832.6.3差错控制方法在数据通信系统中，差错控制包括差错检测和差错纠正两在数据通信系统中，差错控制包括差错检测和差错纠正两部分。目前，常用的纠错方法有前向纠错、反向重发和混合纠部分。目前，常用的纠错方法有前向纠错、反向重发和混合纠错方法。不过，目前还不可能做到检测和纠正所有的错误。错方法。不过，目前还不可能做到检测和纠正所有的错误。 1 1 1 1、前向纠错、前向纠错、前向纠错、前向纠错前向纠错方法前向纠错方法(FEC)(FEC)是由发送数据端发出能纠错的编码，是由发送数据端发出能纠错的编码，接收端收到这些编码后便进行检测，当检测

120、出差错后自动纠正接收端收到这些编码后便进行检测，当检测出差错后自动纠正差错。差错。FECFEC原理如图原理如图2-552-55所示。所示。图图 2-55 FEC方法原理图方法原理图信信源源纠错码纠错码编码器编码器发发送送器器接接收收器器纠错码纠错码编码器编码器信信宿宿噪音源噪音源前向信道前向信道84图图 2-56 2-56 反馈重发纠错的实现机制反馈重发纠错的实现机制2.6.3差错控制方法 2 2 2 2、反馈重发检错方法、反馈重发检错方法、反馈重发检错方法、反馈重发检错方法 反馈重发检错方法又称自动请求重发（反馈重发检错方法又称自动请求重发（ARQ）方法方法, ,它是它是由发送端发出能够检测

121、错误的编码，接收端依据检错码的编码由发送端发出能够检测错误的编码，接收端依据检错码的编码规则进行判断。检测出差错后通过反馈信道告诉发送端重新发规则进行判断。检测出差错后通过反馈信道告诉发送端重新发送数据，直到无差错为止。反馈重发机制如图送数据，直到无差错为止。反馈重发机制如图2-52-56 6所示。所示。信源信源校验码校验码编辑器编辑器发送装置发送装置存储器存储器反馈信号反馈信号控制器控制器接收装置接收装置信宿信宿传传输输信信道道发送端发送端接收端接收端反馈信号反馈信号控制器控制器校验码校验码编辑器编辑器852.6.3差错控制方法 3. 3. 3. 3. 混合纠错方法混合纠错方法混合纠错方法混

122、合纠错方法 混合纠错方法就是前向纠错和反馈重发检错的结合，反混合纠错方法就是前向纠错和反馈重发检错的结合，反馈重发纠错的实现方法可分为停止等待和连续工作方式。馈重发纠错的实现方法可分为停止等待和连续工作方式。 (1) (1) 停止等待方式：停止等待方式：其工作原理是发送端发送完一个数其工作原理是发送端发送完一个数据单元后，便停下来等待接收端应答信息的到来。如果收到据单元后，便停下来等待接收端应答信息的到来。如果收到的应答信息是正确应答，发送端就继续发送下一数据帧；如的应答信息是正确应答，发送端就继续发送下一数据帧；如果收到的应答是错误应答，则重发出错数据帧。果收到的应答是错误应答，则重发出错数

123、据帧。 (2) (2) 连续工作方式：连续工作方式：为了克服停止等待方式的缺点，人为了克服停止等待方式的缺点，人们提出了连续工作方式。在这种方式中又分为拉回方式和选们提出了连续工作方式。在这种方式中又分为拉回方式和选择重发方式。拉回方式是发送端连续发送数据帧，接收端每择重发方式。拉回方式是发送端连续发送数据帧，接收端每收到一个数据帧就进行校验，然后发出应答信息；选择重发收到一个数据帧就进行校验，然后发出应答信息；选择重发方式是当发送端收到错误应答时暂停正常发送，而重新发送方式是当发送端收到错误应答时暂停正常发送，而重新发送出错的数据帧，然后再继续正常的发送。出错的数据帧，然后再继续正常的发送。

124、86本章小结数据通信技术是依照数据通信技术是依照通信协议，利用数据通信协议，利用数据传输技术在两个功能传输技术在两个功能单元间传递数据信息，单元间传递数据信息，实现计算机与计算机、实现计算机与计算机、计算机与终端以及终计算机与终端以及终端间通信。数据通信端间通信。数据通信按信号传送方向与时按信号传送方向与时间的关系可分为间的关系可分为3种：种：单工、半双工与全双单工、半双工与全双工通信。工通信。常用的传输介质有：常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、双绞线、同轴电缆、光纤电缆，以及无线光纤电缆，以及无线与卫星通信信道。为与卫星通信信道。为了便于信息在通信传了便于信息在通信传输介质上进行传输，输介

125、质上进行传输，必须对信息进行调制必须对信息进行调制或编码，常用的调制或编码，常用的调制与编码方法有与编码方法有4种。种。2187本章小结在实际通信系统中，在实际通信系统中，由于信道中存在干扰由于信道中存在干扰噪音，所以在信息传噪音，所以在信息传输过程中往往由于受输过程中往往由于受到干扰的影响而出错。到干扰的影响而出错。误码率指二进制码元误码率指二进制码元在数据传输系统中被在数据传输系统中被传错的概率。循环冗传错的概率。循环冗余编码余编码CRC是目前应是目前应用最广、检错能力较用最广、检错能力较强的一种检错码编码强的一种检错码编码方法。方法。4多路复用一般可以有多路复用一般可以有以下以下3种基本形式：种基本形式：频分多路复用频分多路复用FDM、波分多路复用波分多路复用WDM与与时分多路复用时分多路复用TDM。数据交换方式有电路数据交换方式有电路交换、数据报交换、交换、数据报交换、报文分组交换、帧中报文分组交换、帧中继交换等。继交换等。3