数据通信技术 最新课件

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1、第部分第部分工业数据通信基础工业数据通信基础第第5 5章章 数据通信技术数据通信技术 第第6 6章章 传输介质传输介质 数据通信技术 最新 第第5 5章章数据通信技术数据通信技术 5.1 引引 言言（几个概念）（几个概念） 数据数据(data) 信息的载体、表现形式；信息的载体、表现形式；数值、文本、话音、图形和图像等；数值、文本、话音、图形和图像等；模拟数据和数字数据模拟数据和数字数据 。信号信号(signal) 数据是通过物理信号进行传输数据是通过物理信号进行传输,用其特征参数表用其特征参数表示数据；示数据；模拟信号和数字信号。模拟信号和数字信号。 数据通信技术 最新 第第5 5章章数据通

2、信技术数据通信技术5.1 引引 言言（几个概念）（几个概念）信道（信道（channel）信号在信道上传输；信号在信道上传输；指传输介质及线路中恢复信号的装置：指传输介质及线路中恢复信号的装置：如中继器、集线器等；模拟信道和数字信道模拟信道和数字信道 。数据通信数据通信(data communication) 计算机网络使用的通信技术计算机网络使用的通信技术,数字数据。数字数据。 数据通信技术 最新 5.2 5.2 数据传输方式数据传输方式 5.2.1 单工、全双工和半双工传输单工、全双工和半双工传输 单工传输单工传输(simplex transmission):只有一个方向不变的单向通道连接了

3、两个设备只有一个方向不变的单向通道连接了两个设备,如打印机等。如打印机等。全双工传输全双工传输(duplex transmission):两两设设备备之之间间可可以以同同时时在在两两个个方方向向上上传传输输数数据据,这这里里所所说说的的两两条不同方向的传输通道是个逻辑概念。条不同方向的传输通道是个逻辑概念。 半双工传输半双工传输(half-duplex transmission)：两两个个设设备备之之间间虽虽然然有有两两个个通通信信通通道道,但但是是在在任任何何一一段段时时间间中中,只能有一个设备发送数据只能有一个设备发送数据,另一个设备接收数据。另一个设备接收数据。如电话通信、现场总线控制网

4、络。如电话通信、现场总线控制网络。数据通信技术 最新 5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输1.同步同步 同步问题是数据通信有一个重要问题同步问题是数据通信有一个重要问题,同步包含了两个方面的要求：同步包含了两个方面的要求：接收方基准时钟起始位置必须和收到的位串的起始位置对准,即帧同步、字符同步；接收方基准时钟要和位串每一位对准,即位同步。实现帧同步和字符同步的方法：实现帧同步和字符同步的方法：一般是在帧和字符前后增加标志字符和标志位。实现位同步有两种方法：实现位同步有两种方法： 外同步（时钟信号线、数据传输线）;内同步（时钟和数据一起编码）。 数据通信技术 最新 5.2

5、.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输( (续续1) 1)2.异步传输异步传输 (asynchronous transmission) 位同步：位同步：通信双方使用独立的定位时钟通信双方使用独立的定位时钟,但约定但约定同样的传输速率同样的传输速率；字符同步：字符同步：以字符为单位进行数据传输以字符为单位进行数据传输,每一个字符前后各加一个每一个字符前后各加一个起起始位始位和一个和一个停止位停止位；传输速率常用传输速率常用：300、600、1200、2400、3600、9600和和19200 b/s；RS-232C接口接口, 使用异步传输方式。使用异步传输方式。 数据通信技术 最

6、新 5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输( (续续2)2)图图5.1 异步传输异步传输 的字符格式的字符格式起始位起始位“0”,1比特：比特：标志着字符的开始标志着字符的开始,引起接收方的注意引起接收方的注意,准备接收后面的有准备接收后面的有效字符；效字符； 停止位停止位“1”,12比特：比特：标志着传送字符的结束标志着传送字符的结束,使接收方有一个缓冲处理的时间；使接收方有一个缓冲处理的时间；Bit1Bit7是是7比特的字符：比特的字符：有有5、6、7及及8比特；比特；奇偶校验位奇偶校验位:易于实现易于实现,编码效率高编码效率高,但只能检测出奇数个错而不能检测但只能检

7、测出奇数个错而不能检测出偶数个错。出偶数个错。 起始位起始位Bit1 Bit2 Bit3 Bit4Bit5Bit6 Bit7Bp停止位停止位数据通信技术 最新5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输( (续续3)3)3.同步传输同步传输 (synchronous transmission) 数据不是以字符而是数据不是以字符而是以帧以帧(frame) 为单位为单位进行传送；进行传送；帧同步帧同步 ：帧定界符帧定界符 ；位同步位同步 ：通信双方使用：通信双方使用同一时钟同一时钟发送与发送与接收；接收；适用于适用于快速的和较大规模快速的和较大规模的信息传输，的信息传输，以太网以太

8、网中应用；中应用；数据通信技术 最新5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输( (续续4)4)3.同步传输同步传输 (synchronous transmission) (续续1)同步传输有同步传输有两种方式两种方式：面向字符和面向位。：面向字符和面向位。面向字符面向字符的同步传输方式：的同步传输方式：20世纪60年代采用的传输方式;通信链路上所传送的数据是由选定的字符集中字符所组成,如ASCII码字符集;不仅正文由字符集中的字符组成,控制信息也是由同个字符集中若干个指定的字符组成;存在一些缺点,比如它要求所有的通信设备都要使用同样的字符代码。 数据通信技术 最新5.2.2

9、 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输( (续续5)5)3.同步传输同步传输 (synchronous transmission) (续续2)面向位面向位的同步传输方式：的同步传输方式：1974、IBM、SNA(System Network Architecture);在SNA数据链路层采用了面向位的传输规程同步数据链路控制SDLC(Synchronous Data Link Control);后来ISO把SDLC修改,称为高级数据链路控制HDLC(High level Data Link Control),作为国际标准ISO3309;HDLC和SDLC具有相同的帧结构。数据通信技

10、术 最新5.2.2 5.2.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输( (续续6)6)HDLC帧格式帧格式（图（图5.2） 比特比特 8 8 8 可变可变 16 8帧同步帧同步：在一帧的首尾附加有标识符：在一帧的首尾附加有标识符“01111110 ” ,1字节字节 零比特填充法零比特填充法：数据中遇：数据中遇5个个“1”,插入插入“0”地址字段地址字段：目的地址：目的地址,全全“1”为广播为广播控制字段控制字段:帧的性质和类型帧的性质和类型,数据帧、应答数据帧、应答帧和命令帧等帧和命令帧等 帧校验序列帧校验序列FCS:循环冗余校验循环冗余校验CRC码码 地址地址控制控制数数据据FCS数据通信技

11、术 最新5.2.3 5.2.3 频带传输与基带传输频带传输与基带传输1.频带传输频带传输 数数字字数数据据转转换换成成模模拟拟信信号号(调调制制),借借助助于于模模拟信道拟信道(电话传输系统电话传输系统)进行传输。进行传输。FDM(FrequencyDivisionMultiplexing) :频带传输可利用频分多路复用FDM实现多路复用,提高传输信道的利用率。基本原理是将多路数字信号的每一路用不同的载波频率进行调制,每一路信号调制后占用信道的不同频段,互不重叠干扰,从而实现在一条电缆上进行多路信号的传输。数据通信技术 最新5.2.3 5.2.3 频带传输与基带传输频带传输与基带传输( (续续

12、) )2.基带传输基带传输 对应于频带传输的另一种传输方式对应于频带传输的另一种传输方式 ;基带基带(base band):数字数据不经调制进行编码变成的数字信号所占用的频带,频谱一般从0开始 ; 在在数数字字数数据据传传输输前前需需进进行行编编码码,转转换换为为数数字字传传输输信号信号,然后用数字信道进行传输：然后用数字信道进行传输：即用不同的电平和波形来代表数字“0”和“1”；可可利利用用TDM(Time Division Multiplexing)实实现现多路复用多路复用,提高传输信道利用率提高传输信道利用率。 数据通信技术 最新5.3 5.3 数据转换技术数据转换技术5.3.1 调制解

13、调技术调制解调技术频带传输必须先将频带传输必须先将数字数据数字数据转换为转换为模拟信号模拟信号 ; 调制调制(modulation),解调解调(demodulation);载波载波(carrier) ：正弦波正弦波 三种调制方法：三种调制方法： * 幅移键控法幅移键控法ASK（Amplitude Shift Keying） * 频移键控法频移键控法FSK（Frequency Shift Keying） * 相移键控法相移键控法PSK（Phase Shift Keying） S(t)=A sin(t +f )数据通信技术 最新图图5.3 5.3 数字数据的数字数据的3 3种调制方法种调制方法数据

14、通信技术 最新幅移键控法幅移键控法ASK/幅度调制法幅度调制法:容易容易受增益变化受增益变化的影响；的影响；调制解调器很少采用调幅方式。调制解调器很少采用调幅方式。频移键控法频移键控法FSK/频率调制法频率调制法:一一般般情情况况下下, “1”载载波波频频率率变变为为f+f0,“0” 载载波波频频率变为率变为f-f0,其中其中f为中心频率为中心频率,f0为频移量；为频移量；实现简单实现简单,可靠性高可靠性高, 用于用于频率不高频率不高的调制解调器；的调制解调器；一个例子：美国一个例子：美国Bell-103 modem。图图3.45.3.1 5.3.1 调制解调技术调制解调技术数据通信技术 最新

15、图图5.4频率调制解调器频率调制解调器Bell-103(1170100Hz及 2150 100Hz1) 采用采用全双工全双工的传输方式；的传输方式； 在每个通道上在每个通道上,通信双方都可以主动地启动一次通信过程。通信双方都可以主动地启动一次通信过程。数据通信技术 最新相位调制法相位调制法:二相二相调制调制(图图5.3c)：相位是反相的：相位是反相的,差差180度。度。 四相四相调制调制( 表表5.1)：八相八相调制调制( 表表5.2) ：数字数据数字数据00011011相位（度）相位（度）090180270数字数据数字数据000001010011100101110111相位（度）相位（度）0

16、45901351802252703155.3.1 5.3.1 调制解调技术调制解调技术( (续续) )数据通信技术 最新5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术 编码（编码（coding）意义）意义：有利于接收端有利于接收端区分区分 0 与与 1 ;传输信号中传输信号中携带时钟携带时钟 ;充分利用信道充分利用信道,达到更高的数据传输速率。达到更高的数据传输速率。编码方法：编码方法：不归零制不归零制编码；编码；(差分差分)曼彻斯特曼彻斯特编码编码;4B/5B (4 out of 5）编码编码;多进制多进制编码编码 。 数数字字数数据据已已有有了了1/0码码值值区区别别,为为何何不不直直接

17、接使使用用高高/低电平加到物理信道上传输低电平加到物理信道上传输,而要编码呢而要编码呢? 数据通信技术 最新5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术 ( (续续1) 1)1.不归零制编码不归零制编码（Non-Return to Zero Coding ）用不同的电平信号表示用不同的电平信号表示0 /1 ,+5V表示“1”,0V表示“0”(单极性码),+5V表示“1”,-5V表示“0”(双极性码)。 信号占满整个码元宽度信号占满整个码元宽度, 中间不归零。中间不归零。 问题：问题： 难以区分0与1；须外同步方式,增加投资； 直流分量：造成传输线路的电压漂移,导致信号的畸变,难以使用交流耦

18、合的器件与电路。 数据通信技术 最新5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术( (续续2)2)2.曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester Coding） 以太网使用；以太网使用；用相位跳变表示数字用相位跳变表示数字0 / 1（正跳变（正跳变 / 负跳变）负跳变）。 优点：优点：自带时钟码自带时钟码（self-clocking-code); 相位的跳变容易判断容易判断0 / 1; 无直流分量无直流分量。缺点：缺点：传输效率减减少少了了一一半半,100Mb/s的数据传输速率需要有200Mbaud的码元传输速率。数据通信技术 最新5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术( (

19、续续3)3)3.差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码（Differential M.C.）令牌环令牌环使用；使用；在在每每一一数数据据位位的的中中间间也也有有一一个个跳跳变变,只只用用来来生生成成同同步步时时钟钟信信号号,不不用用跳跳变变的的相相位位表表示示数数字字“0”和和“1” ; 每位开始有无跳变每位开始有无跳变(有有/无无)表示数字表示数字0/1;在在解解码码过过程程,只只要要把把前前一一位位的的后后半半位位和和本本位位的的前前半半位进行位进行“异或异或”, 相同相同“1”；不同不同 “0”。 数据通信技术 最新图图5.5数字数据编码数字数据编码数据通信技术 最新5.3.2 5.3.2 编

20、码解码技术编码解码技术( (续续4)4)4.4B/5B (4 out of 5）编码）编码 FDDI使用；使用；4B/5B编码将欲发送的数据流编码将欲发送的数据流每每4比特比特作为作为一组一组,然后将每组按然后将每组按4B/5B编码规则转换成相编码规则转换成相应的应的5B码码 ;优点：优点：选32个5B码中至少有两个1的编码,FDDI在光纤中传输的光信号至少发生两次跳变,选32个5B码中没有连续的个的编码,保证接收端时钟提取,易于同步。数据通信技术 最新5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术( (续续4)4)4.4B/5B (4 out of 5）编码）编码 5B码和码和4B码的对照

21、情况：码的对照情况：代表符号代表符号 4B码码 5B码码 代表符号代表符号 4B码码 5B码码 0 0000 11110 8 1000 10010 1 0001 01001 9 1001 10011 2 0010 10100 A 1010 10110 3 0011 10101 B 1011 10111 4 0100 01010 C 1100 11010 5 0101 01011 D 1101 11011 6 0110 01110 E 1110 11100 7 0111 01111 F 1111 11101 数据通信技术 最新5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术( (续续4)4)4.

22、4B/5B (4 out of 5）编码）编码 一一般般形形式式为为mBnB，mn，把把m比比特特一一组组的二进制码用的二进制码用n比特的代码组来表示比特的代码组来表示;4B/5B、5B/6B、8B/10B等等;100BaseTX也使用也使用4B/5B编码。编码。 数据通信技术 最新5.3.2 5.3.2 编码解码技术编码解码技术( (续续5)5)5.多进制编码多进制编码 四四进制：进制：码元状态数码元状态数4；M进制：进制：码元状态数码元状态数M ；四四/M（M=2n ）进制码每个码元携带了）进制码每个码元携带了2/n 比特数据比特数据 。图图5.5 数据通信技术 最新图图5.6四进制基带传

23、输信号四进制基带传输信号数据通信技术 最新5.4 5.4 多路复用技术多路复用技术多路复用多路复用(Multiplexing):把多路通信复用到一条物理线路上。 在电话通信系统中在电话通信系统中:早 期 ,空 分 多 路 复 用 SDM (Space Division Multiplexing);后来,采用频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing)技术;现在,发达国家的电话主干线已经实现了数字化传输 ,因 此 时 分 多 路 复 用 TDM(Time Division Multiplexing)又成为主流。数据通信技术 最新5.4 5.4 多路复用技术

24、多路复用技术( (续续) )在计算机网络系统中在计算机网络系统中：数字传输系统,主要使用时分多路复用技术TDM；采用同步光纤网SONET的TDM,已达到10Gb/s；近十年来,人们对多路复用技术的研究又由电信号的时分多路复用转向光信号的波分多路复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)。码分多路复用码分多路复用/码分多址：码分多址：CDMA(Code Division Multiplexing Address)；根据码型(波形)结构的不同实现信号的复用；主要应用于卫星通信和移动通信中。 数据通信技术 最新5.4.1 5.4.1 频分多路复用频分多路复用FDM

25、FDM频分多路复用频分多路复用FDM：以频率作为信号分割的参量,信道频带分成若干频段,每路信号占其中一段。 例例1：全双工：全双工Bell-103调制解调器调制解调器1170100Hz及 2150100Hz1;只不过只复用了2个逻辑通道。例例2：调幅：调幅(AM)无线电广播无线电广播频带宽度大约是1MHz,从500kHz到1500kHz;不同频段分给不同电台, 如中央1套是640kHz。它们之间留有一定的间隔,以防止串扰。 数据通信技术 最新5.4.1 5.4.1 频分多路复用频分多路复用FDM FDM ( (续续) )电话系统中电话系统中:每路电话信号的带宽是每路电话信号的带宽是300Hz3

26、400Hz；当多个通道复合到一起时当多个通道复合到一起时,每个通道分配每个通道分配 4000Hz作为标准带宽；作为标准带宽；在各路信号间留有在各路信号间留有防护带防护带避免串扰；避免串扰；图图3.7示意了示意了FDM如何将如何将3个话音通道个话音通道复合复合在一起。在一起。 数据通信技术 最新图图5.7频分多路复用频分多路复用FDM数据通信技术 最新电话系统电话系统FDM标准化方案标准化方案(世界上广泛使用世界上广泛使用):将将12个个4kHz标准带宽的通道复合到标准带宽的通道复合到60kHz108kHz的频带上的频带上,这个这个48kHz带宽的单位称为带宽的单位称为群群 (group);5个

27、群个群(60个话音通道个话音通道)又可复合成又可复合成1个个超群超群(supergroup) 312kHz552kHz;5个超群个超群(300个话音通道个话音通道)又可复合成又可复合成1个个主群主群(mastergroup) 812kHz2 044kHz ;3个主群个主群(900个话音通道个话音通道)又可复合成又可复合成1个个超主群超主群 8 516kHz12 388kHz;在超主群还可进一步复合成在超主群还可进一步复合成12MHz(2 700个话音通个话音通道道)和和 60MHz(10 800个话音通道个话音通道)的的系统系统。 5.4.1 5.4.1 频分多路复用频分多路复用FDM FDM

28、 ( (续续) )数据通信技术 最新5.4.2 5.4.2 时分多路复用时分多路复用TDM TDM 时分多路复用时分多路复用:频分多路复用频分多路复用FDM只用于模拟通信只用于模拟通信； 发达国家的电话主干已经数字化发达国家的电话主干已经数字化,TDM用于用于数字数数字数据传输据传输,越来越广泛地被采用；越来越广泛地被采用；以以时间时间作为信号分割参量作为信号分割参量,一帧分成一帧分成若干时隙若干时隙,每路每路信号占其中信号占其中一个时隙一个时隙。现代数字电话系统现代数字电话系统：模拟传输模拟传输:用户电话机用户电话机本地回路本地回路电话系统端局电话系统端局;数字传输数字传输:端局编码解码器端

29、局编码解码器(codec)数字化。数字化。数据通信技术 最新5.4.2 5.4.2 时分多路复用时分多路复用TDM TDM ( (续续) )脉冲代码调制脉冲代码调制PCM(Pulse Code modulation): 一种数字化方法一种数字化方法:取样、量化和编码取样、量化和编码 ;举例：一个模拟信号的举例：一个模拟信号的4个采样值个采样值0.9、3.1、8.6和和13.2 量化为量化为1、3、9和和13 编码为：编码为：0001、0011、1001和和1101; PCM是现代数字电话系统的核心。是现代数字电话系统的核心。编码解码器编码解码器:每秒采样每秒采样8000次次,即即125 s/次

30、次；根据根据采样定理采样定理足够捕获足够捕获4kHz电话信道带宽的信息；电话信道带宽的信息；电话系统中几乎所有的时间间隔都以电话系统中几乎所有的时间间隔都以125 s为基数。为基数。 数据通信技术 最新5.4.2 5.4.2 时分多路复用时分多路复用TDM TDM ( (续续) )数字电话主干数字电话主干 TDM: 125s长度的一帧分为若干时隙长度的一帧分为若干时隙,每个时隙传送不每个时隙传送不同的话路信号。同的话路信号。 T1线路线路: 北美、日本北美、日本,24路话音通道；路话音通道；24路路8b/路路+1b= 193b； 193b125 s = 1.544Mb/s； T1 (4) T2

31、 ( 7) T3 ( 6) T4 8b/路：路：7b数据数据,1b信令信号信令信号,用于控制用于控制 ；1b:用于分帧用于分帧 。 数据通信技术 最新5.4.2 5.4.2 时分多路复用时分多路复用TDM TDM ( (续续) )E1线路线路: 其他地区、中国其他地区、中国,32路；路；32路路8b/路路= 256b；256b125 s = 2.048Mb/s；E1 (4) E2 (4) E3 (4) E4 (4) E5 32路：路：30个通道用于数据个通道用于数据,2个通道用于信令。个通道用于信令。 数据通信技术 最新图图5.8T1线路的时分复用帧线路的时分复用帧数据通信技术 最新5.4.4

32、 5.4.4 波分多路复用波分多路复用WDM/ DWDMWDM/ DWDMSONET TDM: 一根光纤上传输一根光纤上传输一个波长一个波长（一种频率）的光信号。（一种频率）的光信号。WDM( Wavelenth Division Multiplexing) ：一根光纤上传输多个一根光纤上传输多个不同波长不同波长的光信号的光信号,发送端将发送端将多个光信号多个光信号复合复合,接收端接收端分离分离;概念上概念上WDM和和FDM相同相同,但但WDM是对是对光信号光信号的的复合和分离复合和分离, 而而FDM是对是对电信号电信号 。数据通信技术 最新5.4.4 5.4.4 波分多路复用波分多路复用WD

33、M/ DWDMWDM/ DWDM( (续续) )密集波分多路复用密集波分多路复用DWDM(Dense WDM) : 同一个波段中通道间隔较小的WDM；目前使用1.5251.565m的波段；衰减小,可达 160路10 Gb/s;光波之间的间隔是1.6nm, 0.8nm甚至更小更密集。IP over DWDM： DWDM和高速交换式路由器的IP技术结合；高速交换式路由器借鉴ATM高速交叉开关技术实现接口之间高速互连,端口速率可以达到2.5Gb/s甚至10Gb/s；激发了对全光交换设备及光互联网的研究。数据通信技术 最新5.5 5.5 数据交换技术数据交换技术数据交换技术：数据交换技术：网络中的两个

34、结点要通信时,在双方之间建立一条物理的或逻辑的通道,称为链路。在通信结束后这条链路又拆掉,释放所占用的线路资源,以供其他通信使用。需要在网络中有一些交换设备,将数据由一个结点向另一个结点传输：电话网络中交换机；计算机网络中的路由器等。是大规模的网络特别是广域网中采用的技术。 数据通信技术 最新5.5 5.5 数据交换技术数据交换技术常用的交换技术：常用的交换技术：电路交换；报文交换；分组交换；帧中继交换；异步传输模式等高速交换技术。 数据通信技术 最新5.5.1 5.5.1 电路交换（电路交换（circuit switchingcircuit switching）电路交换电路交换(circui

35、t switching):通过物理设备来实现的传输线路的转换,在通信的双方建立一条专用的传输线路;电话系统是最典型的电路交换的例子,通话的双方的电话机通过交换机连通,双方通过连通的专用线路通话。三个过程：三个过程：电路建立；信息传输；电路释放。优点优点:数据传输可靠、迅速、不易丢失,收方收到的数据的顺序保持发方发送数据的顺序。 缺点缺点:线路的利用率不高。 数据通信技术 最新5.5.2 5.5.2 报文交换（报文交换（message message switchingswitching）报文交换报文交换(message switching):以报文为单位的存储转发的传输方式;报文是一次传输的信

36、息块(1个程序/数据块等);存储转发:first store then forward 。特点：特点：线路可被多个传输所用；收方可处于不可用状态；一对多和优先级的传输；中间结点转发中可进行差错校验和处理；传输延时大。 数据通信技术 最新5.5.3 5.5.3 分组交换（分组交换（packet packet switchingswitching） 分组交换方式分组交换方式:以分组(packet,包)为单位的存储转发传输方式。优势优势(将长报文分割成短分组多次传输将长报文分割成短分组多次传输):由于分组长度小,在转接过程中可以缓存于转发计算机内存中；分组在各转发结点同时被存储转发,被并行处理,降低

37、了整体的传输时间；可以通过不同的路径传输；对于传输中的错误,只需要重发出错的包,而不必重发整个报文,因此提高了差错控制的效率。数据通信技术 最新5.5.3 5.5.3 分组交换（分组交换（packet packet switchingswitching） 分组交换分组交换:数据报分组交换; 虚电路分组交换。 数据报数据报(datagram) 方式方式 :connectionless oriented; 每个分组的传输都是独立寻径,同一报文的不同分组虽然是去同一个目的站,但它们可能经过不同路径,而经过每条路径的传输时间可能不同;分组在发送时必须标上表示顺序的标志,以便在目的结点重组。数据通信技术

38、 最新5.5.3 5.5.3 分组交换（分组交换（packet packet switchingswitching） 虚电路虚电路(virtual circuit)方式方式: connection-oriented 图图3.9每个分组传输都使用同一条路径传输;不会出现分组乱序的情况。 虚电路虚电路与电路交换非常相似的3个传输步骤:发方发送1个呼叫分组,收方做出应答建立连接;一次寻径多次使用;传输完成便释放连接。不同之处:非物理线路连接,而是指定了1条传输通道；不是专用的。数据通信技术 最新图图5.9数据交换方式示意图数据交换方式示意图数据通信技术 最新5.5.4 5.5.4 高速交换技术高速交

39、换技术帧中继帧中继FR（Frame Relay）:帧中继交换对帧中继交换对X.25分组交换网分组交换网的通信协议进行了简的通信协议进行了简化和改进化和改进,减少了处理时间减少了处理时间;分组交换分组交换通信子网通信子网分为物理层、数据链路层和网络分为物理层、数据链路层和网络层层,而帧中继通信子网仅有物理层和数据链路层而帧中继通信子网仅有物理层和数据链路层; 一个帧还一个帧还没有接收完时就开始转发没有接收完时就开始转发此帧；此帧；转发站转发站不进行差错检验和控制不进行差错检验和控制；没有显式的流量控制没有显式的流量控制;使用面向连接的使用面向连接的永久虚电路永久虚电路；分组交换网一般为分组交换网

40、一般为64kb/s, 帧中继可达到帧中继可达到T1/E1的速的速率。率。数据通信技术 最新5.5.4 5.5.4 高速交换技术高速交换技术( (续续) )异步传输模式异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode ) :信元信元(cell)交换交换,53个字节个字节,长度固定且很短长度固定且很短,用硬件电用硬件电路进行处理路进行处理,缩短了处理的时间；缩短了处理的时间；转发站转发站不进行差错检验和控制不进行差错检验和控制； 面向连接面向连接;可达到可达到几百几百M-2.2Gb/s 传输速率传输速率; 宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网B-ISDN. 数据通信技术 最

41、新5.6 5.6 差差 错错 校校 验验误码率误码率Pc：衡量信道传输质量的一个重要参数；衡量信道传输质量的一个重要参数；数数据据的的二二进进制制码码被被传传错错的的概概率率,当当传传输输的的总总二二进进制码数很大时制码数很大时,可近似为：可近似为：Pc错误接收的二进制码数错误接收的二进制码数/接收的总二进制码数接收的总二进制码数 减少误码率途径：减少误码率途径：提提高高线线路路和和传传输输设设备备的的性性能能和和质质量量,这这依依赖赖于于更更大的投资和技术进步；大的投资和技术进步；另一方面是采用差错控制另一方面是采用差错控制。 数据通信技术 最新5.6 5.6 差差 错错 校校 验验差错控制

42、差错控制:采采用用某某种种手手段段去去校校验验传传输输差差错错,发发现现传传输输错错误误并并采采用用重发技术等去重发技术等去纠正纠正错误；错误；发发现现差差错错甚甚至至能能纠纠正正差差错错的的常常用用方方法法是是对对被被传传送送的的信息进行适当的编码：信息进行适当的编码：检错码检错码(error-detecting code),能校验差错的编码纠错码纠错码(error-correcting code),可以纠错的编码差差错错控控制制用用得得最最广广泛泛的的方方法法还还是是发发检检错错码码,称称反反馈馈重重发纠错发纠错。 数据通信技术 最新5.6 5.6 差差 错错 校校 验验 在局域网络技术中

43、在局域网络技术中常用的检错码：常用的检错码： 循环冗余校验循环冗余校验CRC码码 (Cyclic Redundancy Check) 码多项式：码多项式： C(x) = Cn-1xn-1 + Cn-2xn-2 + + C1x+ C0 由：由：信息码信息码(k位位)：码多项式：码多项式 K(x), (k-1）次；）次； 校验码校验码(r位位)：码多项式：码多项式 R(x), (r -1）次；）次； 可得：可得：CRC码码(n =k +r 位位),码多项式码多项式C(x) ： C(x) = xr K(x) + R(x),(n -1)次。次。 只要求得只要求得校验码校验码R(x) 即可。即可。数据通

44、信技术 最新5.6 5.6 差差 错错 校校 验（续）验（续）校验码校验码R(x)计算方法计算方法 :发方由已知的发方由已知的信息码信息码K(x) 求求校验码校验码R(x) : R(x) = xr K(x) G(x) 的的 r 位余数位余数 除法用无借位减除法用无借位减(异或异或) G(x) : 给定的给定的生成多项式生成多项式 (generator polynomial) 示例示例数据通信技术 最新由由K(x)求求R(x)示例示例信息位串：信息位串： 生成多项式：生成多项式： 11001得到余数：得到余数： 1010数据通信技术 最新5.6 5.6 差差 错错 校校 验（续）验（续）收方校验

45、：收方校验：收到的收到的C(x)除以生成多项式的除以生成多项式的G(x):若若余数为零余数为零,则认为传输则认为传输无误无误；若若余数不为零余数不为零,则认为检验出传输则认为检验出传输差错差错。证明如下：证明如下： 设设xr K(x)除以除以G(x)的商为的商为Q(x),则则 xr K(x)= G(x) Q(x)+ R(x) C(x) =xr K(x) + R(x)= G(x) Q(x)+ R(x) +R(x) = G(x) Q(x) -整除整除数据通信技术 最新5.6 5.6 差差 错错 校校 验（续）验（续）广泛采用的生成多项式：广泛采用的生成多项式： CRC-12,CRC-16,CRC-

46、CCITT,CRC-32; CRC-16是HDLC规程中使用的CRC校验生成多项式; CRC-32是IEEE802.3以太网介质访问控制帧中采用的CRC校验生成多项式。循环冗余码校验循环冗余码校验: 可以用硬件电路来实现,大大加快校验速度。 数据通信技术 最新5.7 5.7 数据通信的性能指标数据通信的性能指标5.7.1 数据传输速率和码元传输速率数据传输速率和码元传输速率数据传输速率：每秒传输的数据（编码前的数字数据）的二进制位数,b/s,或bps,比特率。100兆的以太网其数据传输速率就是100Mb/s，包括传输的净负荷以及为传输控制附加的数据。 信号传输速率：编码后传输信号在信道上的传输

47、速率,每秒钟传输信号变化次数,波特(baud),码元传输速率,波特率。100Mb/s的比特率经NRZ、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码编码后，波特率？波特率？100Mb/s的FDDI网络,4B/5B码在光纤上传送的光光信信号速率？号速率？ 数据通信技术 最新5.7 5.7 数据通信的性能指标数据通信的性能指标5.7.1 数据传输速率和码元传输速率数据传输速率和码元传输速率信号传输速率：在数字传输中,可以采用多进制码编码方式,达到更高的数据传输速率;多进制码编码中，有多种码元状态数，例如图3.6的四进制码，有4种码元状态，每个码元携带了2比特数据，比特率等于2倍的波特率;一般情况下,若：码元状态数

48、为M(M为2的整数次幂),码元传输速率为B,则：数据传输速率C 为:C= B log2 M数据通信技术 最新5.7.2 5.7.2 奈奎斯特准则和香农定理奈奎斯特准则和香农定理信道的带宽：信道的带宽：信道所能传输的信号频率范围,Hz。带宽小的信道会限制信号部分频率成分的传输,使之衰减失真。奈奎斯特准则：奈奎斯特准则：带宽为W Hz的无噪声低通信道,最高码元传输速率： BMAX = 2W 最高数据传输速率C MAX为:CMAX= BMAXlog2 M数据通信技术 最新5.7.2 5.7.2 奈奎斯特准则和香农定理奈奎斯特准则和香农定理香农定理：香农定理：信噪比( Signal-to-Noise ratio) 为S/N的高斯白噪声干扰信道可达到的数据传输速率： C= W log2 ( 1+ S/N )信噪比通常使用10log10S/N,分贝(dB),如S/N=1000,相当于30dB。数据通信技术 最新