吳靜-第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)(完)

1、 第二章第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容本章內(nèi)容n2.1 2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)n2.2 2.2 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式n2.3 2.3 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)n2.4 2.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)n2.5 2.5 流量控制流量控制n2.6 2.6 差錯(cuò)檢測(cè)編碼差錯(cuò)檢測(cè)編碼n2.7 2.7 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)n2.8 2.8 物理層接口及標(biāo)準(zhǔn)物理層接口及標(biāo)準(zhǔn)n2.9 2.9 寬帶接入技術(shù)寬帶接入技術(shù)2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)n2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型n2.1.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念n2.1.3 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)2.1.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型信源變換器信道反變換

2、器信宿發(fā)送端噪聲源接收端簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 定義：指定義：指以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線路連接分布在各以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線路連接分布在各地的地的 而執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng)而執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng) 基本作用：在兩個(gè)實(shí)體之間交換數(shù)據(jù)基本作用：在兩個(gè)實(shí)體之間交換數(shù)據(jù) 基本組成三要素：信源、信道、信宿基本組成三要素：信源、信道、信宿計(jì)算機(jī)或終端數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)終端設(shè)備n信源：信息發(fā)送端n信宿：信息接收端n信道：傳輸信息的通道 有線信道、無(wú)線信道 數(shù)字信道、模擬信道n變換器作用是將信源發(fā)出的信息變換成適合在信道上傳輸?shù)男盘?hào)。變換器一般有編碼器或調(diào)制器n反變換器作用是將接收到的

3、信號(hào)恢復(fù)成發(fā)送端原來(lái)的信號(hào)，是變換器的反向功能。反變換器一般有譯碼器或解調(diào)器n噪聲源n模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào) 或數(shù)字信號(hào)。編碼：把數(shù)據(jù)變換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程譯碼：把數(shù)字信號(hào)變換為數(shù)據(jù)的過(guò)程調(diào)制：把數(shù)據(jù)變換為模擬信號(hào)的過(guò)程解調(diào)：把模擬信號(hào)變換為數(shù)據(jù)的過(guò)程2.1.2 數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：n由數(shù)字、字符和符號(hào)等組成，是信息的載體由數(shù)字、字符和符號(hào)等組成，是信息的載體n數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)際含義數(shù)據(jù)沒(méi)有實(shí)際含義信息：信息： n按一定要求以一定格式組織起來(lái)的、具有一定意義的按一定要求以一定格式組織起來(lái)的、具有一定意義的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)n信息有具體含義信息有具體含義信號(hào)信號(hào)：n信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表示

4、，具有確定的物理描述，信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表示，具有確定的物理描述，如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。n電磁信號(hào)一般有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種形式電磁信號(hào)一般有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種形式數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)：隨時(shí)間隨時(shí)間離散離散變化的信號(hào)，變化的信號(hào)，如脈沖信號(hào)等如脈沖信號(hào)等模擬信號(hào)模擬信號(hào)：隨時(shí)間隨時(shí)間連續(xù)連續(xù)變化的信號(hào)，變化的信號(hào)，如正弦波信號(hào)等如正弦波信號(hào)等1011100n碼元碼元：代表不同：代表不同離散數(shù)值離散數(shù)值(狀態(tài)狀態(tài))的的基本波形基本波形n碼元代表的離散數(shù)值可以是碼元代表的離散數(shù)值可以是多進(jìn)制多進(jìn)制的，也可以是的，也可以是二二進(jìn)制進(jìn)制的的如：當(dāng)使用二進(jìn)制編碼時(shí)，只有兩種不同的

5、碼元，如：當(dāng)使用二進(jìn)制編碼時(shí)，只有兩種不同的碼元， 分別代表分別代表0狀態(tài)和狀態(tài)和1狀態(tài)狀態(tài)碼元代表的離散數(shù)值是多進(jìn)制的情況 如：傳送“101011000110111010” 方法一：直接傳送 每個(gè)碼元攜帶1bit 碼元代表的離散值是二進(jìn)制的，兩種碼元 方法二：分組：“101,011,000,110,111,010” 每個(gè)碼元攜帶3bit 碼元代表離散值是07(八進(jìn)制)，八種碼元 可用8種不同的振幅、頻率、相位進(jìn)行調(diào)制 n數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信：n定義：指信源和信宿之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的定義：指信源和信宿之間傳送數(shù)據(jù)信號(hào)的通信方式。通信方式。n狹義：指數(shù)字信號(hào)狹義：指數(shù)字信號(hào)n廣義：包括數(shù)字信號(hào)和模擬信

6、號(hào)廣義：包括數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)n數(shù)字通信數(shù)字通信： 在通信信道中傳送數(shù)字信號(hào)的通信方式在通信信道中傳送數(shù)字信號(hào)的通信方式n模擬通信模擬通信： 在通信信道中傳輸模擬信號(hào)的通信方式在通信信道中傳輸模擬信號(hào)的通信方式數(shù)據(jù)通信與數(shù)字通信的區(qū)別？信源編碼器信宿譯碼器信源編碼器信宿譯碼器信源調(diào)制器信宿解調(diào)器數(shù)字信道數(shù)字信道模擬信道信源調(diào)制器信宿解調(diào)器模擬信道2.1.3 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)n數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)：數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)： 衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘膮?shù)衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘膮?shù)n衡量衡量有效性有效性的指標(biāo)的指標(biāo): : 信道帶寬和信道容量信道帶寬和信道容量 傳輸速率傳輸速率(

7、 (數(shù)據(jù)傳輸速率、碼元速率數(shù)據(jù)傳輸速率、碼元速率) ) 傳輸延遲傳輸延遲n衡量衡量可靠性可靠性的指標(biāo)的指標(biāo): : 誤碼率誤碼率(1)信道帶寬和信道容量n信道帶寬：信道帶寬：信道具有的一定頻率范圍信道具有的一定頻率范圍(頻帶寬度頻帶寬度)n按信道頻率范圍不同，可分為三類：按信道頻率范圍不同，可分為三類： 窄帶信道窄帶信道帶寬為帶寬為0300Hz 音頻信道音頻信道帶寬為帶寬為3003400Hz 寬帶信道寬帶信道帶寬為帶寬為3400Hz以上以上 帶寬分配？帶寬分配？無(wú)線電微波紅外線可見(jiàn)光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波 調(diào)幅無(wú)線電 調(diào)頻無(wú)線電 海事無(wú)線電光纖電視(Hz)f (Hz)fLFM

8、FHFVHF UHF SHFEHFTHF波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移動(dòng)無(wú)線電 電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜n信道容量信道容量定義：指單位時(shí)間內(nèi)信道所能傳輸?shù)亩x：指單位時(shí)間內(nèi)信道所能傳輸?shù)淖畲笞畲笮判?息量，它表征信道的傳輸能力。息量，它表征信道的傳輸能力。表示方式：表示方式： a) a) 以碼元速率表示以碼元速率表示：指信道在單位時(shí)間內(nèi)：指信道在單位時(shí)間內(nèi)可傳輸?shù)淖畲蟠a元數(shù)，單位可傳

9、輸?shù)淖畲蟠a元數(shù)，單位“波特波特” b) b) 以數(shù)據(jù)傳輸速率表示以數(shù)據(jù)傳輸速率表示：指單位時(shí)間內(nèi)最：指單位時(shí)間內(nèi)最多可傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)的位數(shù)，單位多可傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)的位數(shù)，單位“bit/s”bit/s”n信道容量和信道帶寬的關(guān)系n一般情況下，信道帶寬越寬，一定時(shí)間內(nèi)信道上傳輸?shù)男畔⒘烤驮蕉?，則信道容量就越大，傳輸效率就越高。n香農(nóng)定理香農(nóng)定理：在帶寬受限、有高斯白噪聲干擾的條件下： C信道容量，bit/s W信道帶寬，Hz N噪聲功率 S信號(hào)功率 S/N信噪比，一般用分貝(dB)作為度量單位C = W log2(1+S/N)信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)奈奎斯特準(zhǔn)則奈奎斯特準(zhǔn)則

10、：在帶寬受限、無(wú)噪聲干擾的條件下： C信道容量，bit/s W信道帶寬，Hz N信道上傳輸信號(hào)可取離散值的個(gè)數(shù)(狀態(tài)數(shù)) log2N信號(hào)所表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)數(shù)據(jù)傳輸速率R和碼元速率B的關(guān)系最大碼元速率BmaxC = 2Wlog2NR = Blog2N因?yàn)镽max=C，所以Bmax=2WRmax=Bmaxlog2N 由題意知：10log10(S/N) = 30 可得出：S/N = 1000 根據(jù)香農(nóng)公式： 最大數(shù)據(jù)傳輸率=3000log2(1+S/N) 30K(bit/s)例1:電話系統(tǒng)的典型參數(shù)是信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則該系統(tǒng)的最大數(shù)據(jù)傳輸速率是多少？例2：對(duì)于某帶寬為

11、4000Hz的低通信道，采用16種不同的狀態(tài)來(lái)表示數(shù)據(jù)。(1)按照奈奎斯特定理，信道的最大碼元速率是多少？ 最大傳輸速率是多少？(2)如果信道的信噪比為30dB，按照香農(nóng)定理，信道的 最大傳輸速率是多少？(1)(1)最大碼元速率最大碼元速率B Bmaxmax=2=2W=2W=24000=8000(4000=8000(波特波特) ) 最大傳輸速率最大傳輸速率=B=Bmaxmaxloglog2 2N=8000logN=8000log2 216=32K(bit/s)16=32K(bit/s)(2)(2)由題知：由題知：10log10(S/N) = 3010log10(S/N) = 30 可得出：可得

12、出：S/N=1000S/N=1000 最大傳輸速率最大傳輸速率 = Wlog= Wlog2 2(1+S/N)(1+S/N) = 4000log = 4000log2 2(1+1000) (1+1000) 40K(bit/s)40K(bit/s)2.2 數(shù)據(jù)通信方式n2.2.1 并行通信與串行通信n2.2.2 單工通信、半雙工通信和全雙工通信n2.2.3 異步傳輸與同步傳輸2.2.1 并行通信與串行通信n并行通信n定義：指利用多根傳輸線將多位數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行傳送。n特點(diǎn)：線路多、成本高n適用場(chǎng)合：距離短、數(shù)據(jù)量大n串行通信n定義：指利用一條傳輸線將數(shù)據(jù)一位一位地按順序（由低位到高位）分時(shí)傳輸n特點(diǎn)：

13、線路少、成本低n適用場(chǎng)合：距離遠(yuǎn)、距離近且速度不高源源目的目的01001100并行數(shù)據(jù)并行數(shù)據(jù)T源源目的目的串行數(shù)據(jù)串行數(shù)據(jù)8T010011002.2.2 單工通信、半雙工通信和全雙工通信全雙工全雙工站站A A站站B B站站A A站站B B站站A A站站B B半雙工半雙工單工單工單向單向分時(shí)、雙向分時(shí)、雙向同時(shí)、雙向同時(shí)、雙向2.2.3 異步傳輸與同步傳輸n異步傳輸n異步是指發(fā)送端和接收端不使用共同的時(shí)鐘，也不在數(shù)據(jù)中傳輸同步信號(hào)n發(fā)送端和接收端必須約定數(shù)據(jù)幀格式和比特率起始位(1個(gè))每個(gè)數(shù)據(jù)幀開(kāi)始傳送的標(biāo)志；低電平。數(shù)據(jù)幀格式數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位(5(58 8個(gè)個(gè))緊跟著起始位傳送；緊跟著起始位傳送

14、；低位前，高位后。表示一個(gè)字符低位前，高位后。表示一個(gè)字符校驗(yàn)位校驗(yàn)位(1(1個(gè)個(gè))用于校驗(yàn)是否傳送正確；用于校驗(yàn)是否傳送正確；可選?？蛇x。停止位停止位(1.5/2(1.5/2個(gè)個(gè))表示該數(shù)據(jù)幀傳送表示該數(shù)據(jù)幀傳送結(jié)束；高電平。結(jié)束；高電平?？臻e位空閑位傳送數(shù)據(jù)幀之間的間隔；高傳送數(shù)據(jù)幀之間的間隔；高電平。電平。起始位起始位校驗(yàn)位校驗(yàn)位停止位停止位 空閑位空閑位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位低位低位高位高位數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀0/10/1 0/10/10/10/10/10/11 10 01 11 11 1空閑位空閑位下一個(gè)下一個(gè)數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀n同步傳輸n以一個(gè)數(shù)據(jù)幀為傳輸單位，每個(gè)數(shù)據(jù)幀附加起始和結(jié)束標(biāo)志n同步通信的數(shù)據(jù)

15、傳輸效率和傳輸速率較高，但硬件電路比較復(fù)雜n兩種形式： 面向字符的同步傳輸、面向比特的同步傳輸 起始標(biāo)志起始標(biāo)志 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù) 結(jié)束標(biāo)志結(jié)束標(biāo)志例例: :設(shè)數(shù)據(jù)幀為設(shè)數(shù)據(jù)幀為1 1個(gè)起始位、個(gè)起始位、7 7個(gè)數(shù)據(jù)位、個(gè)數(shù)據(jù)位、1 1個(gè)奇偶校驗(yàn)位和個(gè)奇偶校驗(yàn)位和1 1個(gè)停止位，如果比特率為個(gè)停止位，如果比特率為1200bps1200bps。用。用7 7位數(shù)據(jù)位代表一個(gè)字符，求每位數(shù)據(jù)位代表一個(gè)字符，求每秒能傳送的最多字符數(shù)是多少？秒能傳送的最多字符數(shù)是多少？不存在空閑位時(shí)，可傳送的字符數(shù)最多不存在空閑位時(shí)，可傳送的字符數(shù)最多1200/1200/（1+7+1+11+7+1+1）120

16、120個(gè)個(gè)2.3 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)n2.3.1 基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸n2.3.2 數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)n2.3.3 多路復(fù)用技術(shù)2.3.1 基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸1)1)基帶傳輸基帶傳輸n基帶信號(hào)：來(lái)自信源的電脈沖信號(hào)n基帶傳輸：在信道中直接傳輸基帶信號(hào)的傳輸方式n基帶信號(hào)往往包含有較多的低頻成分或直流成分，僅適合近距離傳輸。n通常在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪M信道中，必須對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制(modulation)。 2)2)頻帶傳輸頻帶傳輸n頻帶信號(hào)：頻帶信號(hào)：將基帶信號(hào)變換將基帶信號(hào)變換( (調(diào)制調(diào)制) )成便于在模成便于在模擬信道中傳輸?shù)摹⒕哂休^高頻率范圍擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍

17、(300(3003400Hz)3400Hz)的信號(hào)的信號(hào)n頻帶傳輸：頻帶傳輸：將頻帶信號(hào)在信道中傳輸?shù)姆绞?。將頻帶信號(hào)在信道中傳輸?shù)姆绞健頻帶傳輸實(shí)際上就是頻帶傳輸實(shí)際上就是模擬傳輸模擬傳輸n頻帶傳輸?shù)幕A(chǔ)是頻帶傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波載波頻率恒定的頻率恒定的模擬信號(hào)模擬信號(hào)3)3)寬帶傳輸寬帶傳輸n寬帶：寬帶：包括大部分電磁波頻譜包括大部分電磁波頻譜n寬帶傳輸：寬帶傳輸： 將寬帶信號(hào)在信道中傳輸?shù)姆绞?。將寬帶信?hào)在信道中傳輸?shù)姆绞健?.3.2 數(shù)據(jù)編碼與調(diào)制技術(shù)n編碼與調(diào)制的原因：編碼與調(diào)制的原因： n數(shù)據(jù)在傳輸中容易產(chǎn)生誤碼數(shù)據(jù)在傳輸中容易產(chǎn)生誤碼n編碼和調(diào)制技術(shù)可使系統(tǒng)具有糾錯(cuò)能力和編碼和調(diào)制

18、技術(shù)可使系統(tǒng)具有糾錯(cuò)能力和抗干擾能力抗干擾能力n可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生可極大地避免碼流傳送中誤碼的發(fā)生n編碼與調(diào)制的任務(wù)：編碼與調(diào)制的任務(wù)：n提高數(shù)據(jù)傳輸效率提高數(shù)據(jù)傳輸效率n降低誤碼率降低誤碼率n信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體表現(xiàn)形式n數(shù)據(jù)與信號(hào)之間的四種組合：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)（一）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)（一）數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以由多種不同形式的電脈沖信號(hào)可以由多種不同形式的電脈沖信號(hào)的波形來(lái)表示。的波形來(lái)表示。n要將要將基帶信號(hào)基帶信號(hào)(即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)即數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù))進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，進(jìn)行遠(yuǎn)程傳輸，必須先將其變換必須先將其變換(調(diào)制調(diào)

19、制)為為頻帶信號(hào)頻帶信號(hào)(即模擬信即模擬信號(hào)號(hào))，才能在模擬信道上傳輸。，才能在模擬信道上傳輸。n上述變換就是上述變換就是將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)的將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)的過(guò)程過(guò)程三種調(diào)制方法：三種調(diào)制方法：1) 幅度調(diào)制（幅度調(diào)制（AM）載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，簡(jiǎn)稱調(diào)幅載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，簡(jiǎn)稱調(diào)幅2) 頻率調(diào)制（頻率調(diào)制（FM）載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，簡(jiǎn)稱調(diào)頻載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，簡(jiǎn)稱調(diào)頻3)相位調(diào)制（相位調(diào)制（PM） 載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，簡(jiǎn)稱調(diào)相載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化，簡(jiǎn)稱調(diào)相010011100基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相對(duì)基帶信

20、號(hào)的三種調(diào)制波形（二）（二） 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào) n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以由多種不同形式的電脈沖信號(hào)的可以由多種不同形式的電脈沖信號(hào)的波形來(lái)表示。波形來(lái)表示。n數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)是離散的電壓或電流的脈沖序列，由是離散的電壓或電流的脈沖序列，由若干個(gè)碼元組成若干個(gè)碼元組成n表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的碼元形式不同，則相應(yīng)產(chǎn)生不表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的碼元形式不同，則相應(yīng)產(chǎn)生不同的編碼方法同的編碼方法(1)雙極性碼雙極性碼 n在一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi)在一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi):發(fā)正電流表示二進(jìn)制的發(fā)正電流表示二進(jìn)制的“1”發(fā)負(fù)電流表示發(fā)負(fù)電流表示“0”正向幅度與負(fù)向幅度相等正向幅度與負(fù)向幅度相等n 有歸零型和

21、不歸零型之分有歸零型和不歸零型之分(2)曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼n在每一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi)在每一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi):當(dāng)發(fā)當(dāng)發(fā)“0”時(shí)，在間隔的中間時(shí)刻電時(shí)，在間隔的中間時(shí)刻電平平 從低向高躍變從低向高躍變當(dāng)發(fā)當(dāng)發(fā)“1”時(shí)，在間隔的中間時(shí)刻電時(shí)，在間隔的中間時(shí)刻電平平 從高向低躍變從高向低躍變注意：也可采用相反的規(guī)定！曼徹斯特編碼的波形圖曼徹斯特編碼的波形圖tA(3)差分曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼n在每一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi)在每一個(gè)碼元時(shí)間間隔內(nèi): 無(wú)論發(fā)無(wú)論發(fā)“0”或發(fā)或發(fā)“1”，在間隔的中間，在間隔的中間都有電平的躍變。都有電平的躍變。發(fā)發(fā)“0”時(shí)，時(shí)，間隔開(kāi)始時(shí)刻間隔開(kāi)始時(shí)刻有躍變有躍變發(fā)發(fā)“1

22、”時(shí)，時(shí)，間隔開(kāi)始時(shí)刻間隔開(kāi)始時(shí)刻不躍變不躍變差分曼徹斯特編碼的波形圖差分曼徹斯特編碼的波形圖tA例例1：畫出比特流：畫出比特流01101100的雙極性不歸零的雙極性不歸零碼波形圖、曼徹斯特編碼波形圖（碼元碼波形圖、曼徹斯特編碼波形圖（碼元1是先是先高后低）、差分曼徹斯特編碼波形圖高后低）、差分曼徹斯特編碼波形圖At雙極性不歸零碼波形圖雙極性不歸零碼波形圖At曼徹斯特編碼波形圖曼徹斯特編碼波形圖At差分曼徹斯特編碼波形圖差分曼徹斯特編碼波形圖作業(yè)：n如圖是二進(jìn)制序列的曼徹斯特編碼，碼元是前低后高，試畫出該二進(jìn)制序列的差分曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼波形圖二進(jìn)制序列(三三)模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)模

23、擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)n常用方法：常用方法：脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制(PCM)、增量調(diào)制、增量調(diào)制(IM) nPCM過(guò)程的三個(gè)步驟：過(guò)程的三個(gè)步驟： 采樣、量化、編碼采樣、量化、編碼不考(1)采樣采樣n定義定義 把時(shí)間上連續(xù)的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散信息，把時(shí)間上連續(xù)的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成時(shí)間上離散信息，即在每隔固定長(zhǎng)度的時(shí)間點(diǎn)上抽取模擬數(shù)據(jù)的瞬即在每隔固定長(zhǎng)度的時(shí)間點(diǎn)上抽取模擬數(shù)據(jù)的瞬時(shí)值。時(shí)值。n采樣定理采樣定理 當(dāng)采樣頻率當(dāng)采樣頻率f2*模擬數(shù)據(jù)的頻帶寬度模擬數(shù)據(jù)的頻帶寬度f(wàn)max 時(shí)，離時(shí)，離散信息可以無(wú)失真地代表被取樣的模擬數(shù)據(jù)。散信息可以無(wú)失真地代表被取樣的模擬數(shù)據(jù)。 (2) 量化量化n定

24、義定義 把采樣得到的不同離散幅值，按照一定的把采樣得到的不同離散幅值，按照一定的量化級(jí)量化級(jí)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)值并取整數(shù)，得到離散信號(hào)的具體數(shù)換為對(duì)應(yīng)的數(shù)值并取整數(shù)，得到離散信號(hào)的具體數(shù)值。值。n量化級(jí)量化級(jí)量化級(jí)即把離散幅值分為均勻的等級(jí)量化級(jí)即把離散幅值分為均勻的等級(jí) 量化級(jí)是量化級(jí)是2的整數(shù)次冪，如分為的整數(shù)次冪，如分為128級(jí)、級(jí)、256級(jí)等級(jí)等量化等級(jí)越高，表示離散信號(hào)的精度越高量化等級(jí)越高，表示離散信號(hào)的精度越高 (3) 編碼編碼n定義定義 將量化后的離散值轉(zhuǎn)換為一定位數(shù)的二進(jìn)制將量化后的離散值轉(zhuǎn)換為一定位數(shù)的二進(jìn)制數(shù)值。數(shù)值。n量化級(jí)為量化級(jí)為N時(shí)，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制位數(shù)為時(shí)，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)

25、制位數(shù)為log2N PCMPCM編碼過(guò)程編碼過(guò)程2.3.3 多路復(fù)用技術(shù)n信道共享和多路復(fù)用技術(shù)產(chǎn)生原因信道共享和多路復(fù)用技術(shù)產(chǎn)生原因n多路復(fù)用多路復(fù)用：利用一條物理信道同時(shí)傳輸多：利用一條物理信道同時(shí)傳輸多路信息的過(guò)程。路信息的過(guò)程。信道信道信道共享信道(a) 不使用復(fù)用技術(shù)(b) 使用復(fù)用技術(shù) 1)1)頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用(FDM)(FDM) n FDM：就是將具有一定帶寬的信道分割為若干個(gè)有較小頻帶的子信道，每個(gè)子信道供一個(gè)用戶使用。n FDM的所有用戶在同樣的時(shí)間同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源不同的帶寬資源FDMFDM子信道示意圖子信道示意圖頻率頻率時(shí)間時(shí)間子信道子信道D D子信道子

26、信道C C子信道子信道B B子信道子信道A A可用頻段可用頻段2) 2) 時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用(TDM)(TDM)n時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用：將時(shí)間分成一個(gè)個(gè)等長(zhǎng)：將時(shí)間分成一個(gè)個(gè)等長(zhǎng)的的時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀(TDM(TDM幀幀) )，每幀再分為若，每幀再分為若干時(shí)隙，輪換地為多個(gè)用戶使用。干時(shí)隙，輪換地為多個(gè)用戶使用。n每個(gè)用戶在每個(gè)每個(gè)用戶在每個(gè) TDM TDM 幀中占用固定序幀中占用固定序號(hào)的時(shí)隙，這些時(shí)隙組成一個(gè)子信道號(hào)的時(shí)隙，這些時(shí)隙組成一個(gè)子信道nTDMTDM的所有用戶是在的所有用戶是在不同的時(shí)間不同的時(shí)間占用占用同同樣的頻帶寬度樣的頻帶寬度。TDM子信道示意圖子信道示意圖頻率

27、頻率時(shí)間時(shí)間B C DB C DB C DB C DAAAATDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀TDM 幀幀可可用用頻頻段段組成子信道組成子信道A的時(shí)隙的時(shí)隙nTDM分為兩種：分為兩種：n同步時(shí)分多路復(fù)用同步時(shí)分多路復(fù)用 分配給每個(gè)用戶的時(shí)隙固定，空閑時(shí)隙不能被分配給每個(gè)用戶的時(shí)隙固定，空閑時(shí)隙不能被其它用戶占用其它用戶占用n異步時(shí)分多路復(fù)用異步時(shí)分多路復(fù)用(又稱又稱統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用STDM) 動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙，空閑時(shí)隙可以被其它用戶占用動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙，空閑時(shí)隙可以被其它用戶占用3)3)波分多路復(fù)用波分多路復(fù)用(WDM)(WDM)nWDM相當(dāng)于光的頻分復(fù)用相當(dāng)于光的頻分復(fù)用nWDM指

28、在一根光纖上能同時(shí)傳送多指在一根光纖上能同時(shí)傳送多個(gè)波長(zhǎng)（頻率）不同的光載波的復(fù)用個(gè)波長(zhǎng)（頻率）不同的光載波的復(fù)用技術(shù)技術(shù)不考4)4)碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用(CDM)(CDM)nCDM是基于碼型分割信道的共享信道方法是基于碼型分割信道的共享信道方法n常用名詞是常用名詞是碼分多址碼分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。n每個(gè)用戶在每個(gè)用戶在同樣的時(shí)間同樣的時(shí)間使用使用同樣的頻帶同樣的頻帶通信通信n各用戶使用各用戶使用不同碼型不同碼型，彼此不會(huì)造成干擾，彼此不會(huì)造成干擾n每個(gè)比特時(shí)間劃分為每個(gè)比特時(shí)間劃分為 m 個(gè)短的間隔，稱為個(gè)短的間隔，稱為碼碼片片

29、(chip)碼片序列(chip sequence) n每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的每個(gè)站被指派一個(gè)唯一的 m m bit bit 碼片序列。碼片序列。如發(fā)送比特如發(fā)送比特 1 1，則發(fā)送自己的，則發(fā)送自己的 m m bit bit 碼片序列碼片序列如發(fā)送比特如發(fā)送比特 0 0，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼，則發(fā)送該碼片序列的二進(jìn)制反碼n例如，例如，S S站的站的 8 bit 8 bit 碼片序列是碼片序列是 0001101100011011發(fā)送比特發(fā)送比特 1 1 時(shí)，就發(fā)送序列時(shí)，就發(fā)送序列 0001101100011011發(fā)送比特發(fā)送比特 0 0 時(shí)，就發(fā)送序列時(shí)，就發(fā)送序列 111001001

30、1100100n將碼片中的將碼片中的0 0寫為寫為-1,1-1,1寫為寫為+1+1，上述，上述S S站的碼片序列可站的碼片序列可寫為：寫為：(1 1 1 +1 (1 1 1 +1 +1+1 1 +1 1 +1 +1+1) ) CDMA 的重要特點(diǎn)n每個(gè)站分配的碼片序列特點(diǎn) 必須各不相同 必須互相正交碼片序列的正交關(guān)系碼片序列的正交關(guān)系 n令向量令向量 S S 表示站表示站 S S 的碼片向量的碼片向量 令向量令向量 T T 表示其它任何站的碼片向量表示其它任何站的碼片向量 n兩個(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量?jī)蓚€(gè)不同站的碼片序列正交，就是向量 S S 和和 T T 的的規(guī)格化規(guī)格化內(nèi)積內(nèi)積都是

31、都是 0 0： 011miiiTSmTSn例：令向量例：令向量 S S 為為(1 1 1 +1 (1 1 1 +1 +1+1 1 +1 1 +1 +1+1) )， 向量向量 T T 為為(1 1 +1 1 +1 (1 1 +1 1 +1 +1+1 +1+1 1) 1)， S S與與T T是否正交？是否正交？ 解：把向量解：把向量 S S 和和 T T 的各分量值代入上式就可看出這的各分量值代入上式就可看出這 兩個(gè)碼片序列是正交的。兩個(gè)碼片序列是正交的。 =11-0miiiSTmS T反（）n任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格任何一個(gè)碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是化內(nèi)積都是1 1

32、。n一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是內(nèi)積值是 11。 正交關(guān)系的另一個(gè)重要特性 mimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSmimimi=1m(-Si2)m(Si)反反Sim11)1(111S反反S1CDMA 的工作原理 S 站的碼片序列 S110ttttttm 個(gè)碼片tS 站發(fā)送的信號(hào) SxT 站發(fā)送的信號(hào) Tx總的發(fā)送信號(hào) Sx + Tx規(guī)格化內(nèi)積 S Sx規(guī)格化內(nèi)積 S Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端S (Sx+Tx)=S Sx+ S Tx= S Sx= +1 S站發(fā)送位站發(fā)送位1 -1 S站發(fā)送位站發(fā)送位00 S站沒(méi)發(fā)送

33、數(shù)據(jù)站沒(méi)發(fā)送數(shù)據(jù) 例1：共有3個(gè)站進(jìn)行CDMA通信，3個(gè)站的碼片序列分別為：A(-1-1-1+1+1-1+1+1),B(-1-1+1-1+1+1+1-1),C(-1+1-1+1+1+1-1-1),現(xiàn)收到這樣的碼片序列X(-1+1-3+1-1-3+1+1),那么，A、B、C 3個(gè)站分別發(fā)送了什么數(shù)據(jù)呢？所以，A站發(fā)送的是位1=8i=1XiAi81X XA A=+1X XB B=-1所以，B站發(fā)送的是位0X XC C=0所以，C站未發(fā)送數(shù)據(jù)例2：在一個(gè)CDMA移動(dòng)通信系統(tǒng)中，A、B、C站分配的碼片序列分別為(-1-1-1+1+1-1+1+1)、(-1-1+1-1+1+1+1-1)和(-1+1-1+

34、1+1+1-1-1)，某一時(shí)刻A發(fā)送數(shù)據(jù)位0，B發(fā)送數(shù)據(jù)1，C未發(fā)送，則接收C站信息的接收者收到的信號(hào)是什么？解：A要發(fā)送位0，則將其碼片反碼的序列發(fā)送出去，即 發(fā)送(+1+1+1-1-1+1-1-1) B要發(fā)送位1，則將其碼片序列發(fā)送出去，即發(fā)送 (-1-1+1-1+1+1+1-1) C未發(fā)送數(shù)據(jù) 收到的信號(hào)是雙極性信號(hào)線性相加的結(jié)果，即 (+1+1+1-1-1+1-1-1)+(-1-1+1-1+1+1+1-1) =(0 0 +2 -2 0 +2 0 -2)作業(yè)：共有4個(gè)站進(jìn)行碼分多址CDMA通信。4個(gè)站的碼片序列為：A:(-1-1-1+1+1-1+1+1)B:(-1-1+1-1+1+1+1

35、-1)C:(-1+1-1+1+1+1-1-1)D:(-1+1-1-1-1-1+1-1)現(xiàn)收到這樣的碼片序列:(-1+1-3+1-1-3+1+1)。問(wèn)哪個(gè)站發(fā)送數(shù)據(jù)了？發(fā)送數(shù)據(jù)的站發(fā)送的是1還是0？2.4 數(shù)據(jù)交換技術(shù)n“交換”的含義n從字面上看， “交換”就是轉(zhuǎn)發(fā)n從通信資源的分配角度來(lái)看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。 n常用的數(shù)據(jù)交換技術(shù) 電路交換、報(bào)文交換、分組交換2.4.1.2.4.1.電路交換技術(shù)電路交換技術(shù)電路交換的三個(gè)階段：電路交換的三個(gè)階段：建立電路建立電路傳輸數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)拆除電路拆除電路nA 和 B 通話經(jīng)過(guò)四個(gè)交換機(jī)n通話在 A 到 B 的連接上進(jìn)行(交換

36、機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換過(guò)程n電路交換的特點(diǎn)電路交換的特點(diǎn)有電路的建立和拆除過(guò)程有電路的建立和拆除過(guò)程電路建立以后為專用線路電路建立以后為專用線路實(shí)時(shí)性好實(shí)時(shí)性好n出現(xiàn)的問(wèn)題出現(xiàn)的問(wèn)題計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性這導(dǎo)致專用線路的利用率很低這導(dǎo)致專用線路的利用率很低2.4.2 2.4.2 報(bào)文交換技術(shù)報(bào)文交換技術(shù)n以報(bào)文為單位交換信息。以報(bào)文為單位交換信息。n報(bào)文交換特點(diǎn)報(bào)文交換特點(diǎn)無(wú)呼叫建立和專用線路無(wú)呼叫建立和專用線路存儲(chǔ)存儲(chǔ)- -轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)報(bào)文交換過(guò)程報(bào)文交換過(guò)程 發(fā)送報(bào)文發(fā)送報(bào)文傳傳輸輸暫存暫存- -轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)傳傳輸輸暫

37、存暫存- -轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸傳輸接收?qǐng)?bào)文接收?qǐng)?bào)文n與電路交換比較，優(yōu)點(diǎn)為與電路交換比較，優(yōu)點(diǎn)為不存在專用線路，線路利用率較高不存在專用線路，線路利用率較高系統(tǒng)很容易把一個(gè)報(bào)文送到多個(gè)目的站點(diǎn)系統(tǒng)很容易把一個(gè)報(bào)文送到多個(gè)目的站點(diǎn)出現(xiàn)的問(wèn)題出現(xiàn)的問(wèn)題報(bào)文傳輸延遲較長(zhǎng)報(bào)文傳輸延遲較長(zhǎng)( (特別是發(fā)生傳輸錯(cuò)誤后特別是發(fā)生傳輸錯(cuò)誤后) )不能滿足實(shí)時(shí)或交互式通信要求不能滿足實(shí)時(shí)或交互式通信要求2.4.3 2.4.3 分組交換技術(shù)分組交換技術(shù)n基本思想基本思想數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)分組路由選擇路由選擇存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)n分組交換特點(diǎn)分組交換特點(diǎn)無(wú)呼叫建立和專用通路無(wú)呼叫建立和專用通路存儲(chǔ)存儲(chǔ)- -轉(zhuǎn)發(fā)式的發(fā)送技術(shù)轉(zhuǎn)發(fā)式的

38、發(fā)送技術(shù)數(shù)據(jù)分成分組進(jìn)行發(fā)送數(shù)據(jù)分成分組進(jìn)行發(fā)送報(bào)文1101000110101010110101011100010011010010報(bào)文較長(zhǎng)，不便于傳輸(1)(1)數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)分組數(shù)據(jù)段1數(shù)據(jù)段2數(shù)據(jù)段3報(bào)文 第一步：在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文分成若干個(gè)較第一步：在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文分成若干個(gè)較 短的、長(zhǎng)度固定的數(shù)據(jù)段短的、長(zhǎng)度固定的數(shù)據(jù)段數(shù) 據(jù) 段 1 數(shù) 據(jù) 段 2 數(shù) 據(jù) 段 3報(bào)文第二步：每個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組首部首部首部分組 1分組 2分組 3請(qǐng)注意：現(xiàn)在左邊是“前面”第三步：以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元，依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）數(shù) 據(jù) 段 1 首部分組

39、 1數(shù) 據(jù) 段 2首部分組 2數(shù) 據(jù) 段 3首部分組 3分組首部的重要性n每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。n每個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。n用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。第四步：接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文數(shù) 據(jù) 段 1首部分組 1數(shù) 據(jù) 段 2首部分組 2數(shù) 據(jù) 段 3首部分組 3收到的數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)第五步：在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來(lái)的報(bào)文。這里，假定分組在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒(méi)有被丟棄。報(bào)文1101000110101010110101011100010011010010H1A互聯(lián)網(wǎng)BD

40、ECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組H2 向 H6 發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機(jī)(2) (2) 路由選擇路由選擇(3)(3)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1 向 H5 發(fā)送分組路由器主機(jī)在路由器 E 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī) H5在路由器 C 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器 A 暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口分組交換優(yōu)點(diǎn)：分組交換優(yōu)點(diǎn)：n傳輸延遲小，提高了傳輸速率傳輸延遲小，提高了傳輸速率 n出錯(cuò)概率小，出錯(cuò)時(shí)重傳分組比報(bào)文開(kāi)銷小出錯(cuò)概率小，出錯(cuò)時(shí)重傳分組比報(bào)文開(kāi)銷小n降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)容量的要求降低對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)容量的

41、要求n分組在不同鏈路并發(fā)傳送，提高了傳輸效率分組在不同鏈路并發(fā)傳送，提高了傳輸效率和線路利用率和線路利用率分組交換出現(xiàn)的問(wèn)題：分組交換出現(xiàn)的問(wèn)題：n分組封裝與重組會(huì)產(chǎn)生一定的開(kāi)銷分組封裝與重組會(huì)產(chǎn)生一定的開(kāi)銷 三種交換方式的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報(bào)文報(bào)文報(bào)文A B C D A B C DA B C D報(bào)文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報(bào)文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)比特流直達(dá)終點(diǎn)報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組 分組 分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)共k段鏈路，每段鏈路傳播時(shí)延為d秒，報(bào)文長(zhǎng)度為l，每段鏈路發(fā)送速率為v，電路建立時(shí)間為s，結(jié)點(diǎn)處理和排隊(duì)時(shí)延忽略不計(jì)

42、。分組長(zhǎng)度為p，分組首部為m。n電路交換時(shí)延 電路建立時(shí)間+發(fā)送報(bào)文時(shí)延+k段傳播時(shí)延=s+l/v+kdn報(bào)文交換時(shí)延 k個(gè)結(jié)點(diǎn)發(fā)送報(bào)文時(shí)延+k段傳播時(shí)延 = kl/v + kdn分組交換時(shí)延 設(shè)需劃分n個(gè)分組，l/(p-m) 若能整除，則n= l/(p-m)，否則n= l/(p-m)+1，此時(shí)分組交換時(shí)延為； 第1個(gè)分組的k段發(fā)送時(shí)延+第1個(gè)分組的k段傳播時(shí)延+ n-1個(gè)分組的1段發(fā)送時(shí)延=kp/v+kd+(n-1)p/v三種交換技術(shù)對(duì)比三種交換技術(shù)對(duì)比n電路交換存在呼叫建立，專用線路不傳送電路交換存在呼叫建立，專用線路不傳送數(shù)據(jù)時(shí)浪費(fèi)資源。數(shù)據(jù)時(shí)浪費(fèi)資源。n報(bào)文交換沒(méi)有呼叫建立，只有發(fā)送數(shù)

43、據(jù)時(shí)報(bào)文交換沒(méi)有呼叫建立，只有發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)才占用線路，但傳輸延遲較長(zhǎng)才占用線路，但傳輸延遲較長(zhǎng)n分組交換除了報(bào)文交換的特點(diǎn)外，還有傳分組交換除了報(bào)文交換的特點(diǎn)外，還有傳輸延遲小的優(yōu)點(diǎn)輸延遲小的優(yōu)點(diǎn)例1：在圖2.8所示的采用“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”方式分組的交換網(wǎng)絡(luò)中，所有鏈路的數(shù)據(jù)傳輸速度為100Mbps，分組大小為1000B，其中分組頭大小為20B，若主機(jī)H1向主機(jī)H2發(fā)送一個(gè)大小為980000B的文件，則在不考慮分組拆裝時(shí)間和傳播延遲的情況下，從H1發(fā)送到H2接收完為止，需要的時(shí)間至少是多少？ 2010年全國(guó)考研題H1H2劃分分組數(shù)為：劃分分組數(shù)為：980000/(1000-20)=1000對(duì)于每個(gè)分

44、組發(fā)送時(shí)延：對(duì)于每個(gè)分組發(fā)送時(shí)延：(1000*8)/(100*106)=0.08ms總的時(shí)間至少為：總的時(shí)間至少為：0.08*3+0.08*999=80.16ms作業(yè)：要傳送的報(bào)文共1024bit，從源站到目的站共經(jīng)過(guò)3段鏈路，每段鏈路的傳播時(shí)延為10ms，數(shù)據(jù)率為1Mbps。在電路交換時(shí)電路的建立時(shí)間為100ms。在分組交換時(shí)，分組長(zhǎng)度為672bit，首部長(zhǎng)度為160bit，且各結(jié)點(diǎn)的排隊(duì)等待時(shí)間可忽略不計(jì)。(1)計(jì)算在電路交換時(shí)的時(shí)延 (2)計(jì)算在分組交換時(shí)的時(shí)延2.5 流量控制n流量控制：指控制發(fā)送方的發(fā)送能力不超過(guò)接收方的接收能力n常見(jiàn)的流量控制協(xié)議包括：停止-等待協(xié)議連續(xù)ARQ協(xié)議選

45、擇重傳ARQ協(xié)議采用滑動(dòng)窗口機(jī)制2.5.1 停止-等待協(xié)議n常稱為自動(dòng)重傳請(qǐng)求ARQ(Automatic Repeat reQuest)n協(xié)議描述：當(dāng)發(fā)送方發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，便等待接收方發(fā)回的確認(rèn)幀只有當(dāng)確認(rèn)幀到達(dá)后，才能發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)幀若計(jì)時(shí)器超時(shí)而仍未收到確認(rèn)幀，則重傳剛剛發(fā)送過(guò)的數(shù)據(jù)幀。超時(shí)重傳 M1(a) 無(wú)差錯(cuò)情況A發(fā)送 M1確認(rèn) M1B發(fā)送 M2發(fā)送 M3確認(rèn) M2確認(rèn) M3A發(fā)送 M1B發(fā)送 M2確認(rèn) M1丟棄有差錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀(b) 超時(shí)重傳ttttA發(fā)送 M1B超時(shí)重傳 M1發(fā)送 M2丟棄重復(fù)的 M1重傳確認(rèn)M1(a) 確認(rèn)丟失確認(rèn) M1A發(fā)送 M1B超時(shí)重傳 M1發(fā)送 M2丟

46、棄重復(fù)的 M1重傳確認(rèn)M1(b) 確認(rèn)遲到確認(rèn) M1收下遲到的確認(rèn),但什么也不做tttt超時(shí)重傳n發(fā)送方每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀，就對(duì)這個(gè)數(shù)據(jù)幀設(shè)置一次超時(shí)計(jì)時(shí)器。n只要超時(shí)計(jì)時(shí)器設(shè)置的重傳時(shí)間已到，但發(fā)送方還沒(méi)有收到接收方的確認(rèn)，就要向接收方重傳這個(gè)數(shù)據(jù)幀。請(qǐng)注意n在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，必須暫時(shí)保留已發(fā)送數(shù)據(jù)幀的副本。n數(shù)據(jù)幀和確認(rèn)幀都必須進(jìn)行編號(hào)，并且序號(hào)循環(huán)使用。n超時(shí)計(jì)時(shí)器的重傳時(shí)間應(yīng)當(dāng)比數(shù)據(jù)幀的平均往返時(shí)延更長(zhǎng)一些。 ack2ack1ack0發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方0112時(shí)間時(shí)間0E12超時(shí)重傳出錯(cuò)2.5.2 連續(xù)ARQ協(xié)議n協(xié)議提出原因協(xié)議提出原因 改進(jìn)停止改進(jìn)停止- -等待協(xié)議等待協(xié)議

47、提高信道利用率提高信道利用率n協(xié)議描述協(xié)議描述數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀按序按序從發(fā)送方流向接收方從發(fā)送方流向接收方發(fā)送方發(fā)送方在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，不是停下來(lái)等待在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，不是停下來(lái)等待確認(rèn)幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個(gè)數(shù)據(jù)幀確認(rèn)幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個(gè)數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)幀處理方法出錯(cuò)幀處理方法：接收方接收方等待發(fā)送方重發(fā)該幀，等待發(fā)送方重發(fā)該幀，對(duì)其它發(fā)送方發(fā)來(lái)的幀均丟棄，對(duì)其它發(fā)送方發(fā)來(lái)的幀均丟棄，發(fā)送方發(fā)送方重發(fā)包括重發(fā)包括該幀在內(nèi)的后面該幀在內(nèi)的后面N N幀幀n附加說(shuō)明附加說(shuō)明連續(xù)連續(xù)ARQARQ協(xié)議又叫后退協(xié)議又叫后退N N幀幀ARQARQ協(xié)議協(xié)議(Go Back N,GBN)(Go Ba

48、ck N,GBN)接收方可以累計(jì)確認(rèn)接收方可以累計(jì)確認(rèn)ack62013423401EDD2345656發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方重傳重傳24ack0ack1ack2ack3ack4出錯(cuò)出錯(cuò) 被丟棄的被丟棄的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀超時(shí)間隔超時(shí)間隔ack52.5.3 選擇重傳ARQ協(xié)議n選擇重傳(Selective Repeat)協(xié)議 (SR)n協(xié)議提出原因：改進(jìn)連續(xù)ARQ協(xié)議減少重傳幀數(shù)，設(shè)法只重傳 出錯(cuò)的數(shù)據(jù)幀n協(xié)議描述：出錯(cuò)幀的處理方法接收方發(fā)現(xiàn)某幀出錯(cuò)后，接收方對(duì)后面?zhèn)鱽?lái)的幀不丟棄，而是把它們放在一個(gè)緩沖區(qū)中發(fā)送方只對(duì)出錯(cuò)幀進(jìn)行重傳接收方收到重傳幀后，就將已收到的其余幀一起按正確的順序遞交網(wǎng)絡(luò)層，且只

49、對(duì)最高序號(hào)幀進(jìn)行確認(rèn)。2013425601E342567878發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端重傳重傳超時(shí)間隔超時(shí)間隔ack0ack1ack4ack5ack6ack7ack8出錯(cuò)出錯(cuò) 被緩沖的被緩沖的數(shù)據(jù)幀數(shù)據(jù)幀將將2 24 4傳傳給網(wǎng)絡(luò)層給網(wǎng)絡(luò)層2.5.4 滑動(dòng)窗口機(jī)制n滑動(dòng)窗口機(jī)制是從發(fā)送和接收兩方面限制用戶資源需求，并通過(guò)接收方來(lái)控制發(fā)送方的數(shù)量n發(fā)送方在發(fā)送窗口尺寸允許下，一次可連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀n接收方在接收窗口尺寸允許下，可接收多個(gè)數(shù)據(jù)幀，并對(duì)多個(gè)數(shù)據(jù)幀一次進(jìn)行確認(rèn)發(fā)送窗口和接收窗口發(fā)送窗口n發(fā)送窗口是指發(fā)送方允許連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀的序列表n發(fā)送窗口的大小限制了發(fā)送方的已發(fā)送但未被確認(rèn)的數(shù)據(jù)幀

50、的數(shù)目。接收窗口n接收窗口是指接收方允許接收數(shù)據(jù)幀的序列表n凡是到達(dá)接收窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)幀才被接收，在窗口外的其它數(shù)據(jù)幀被丟棄窗口滑動(dòng)方法發(fā)送窗口滑動(dòng)方法n 發(fā)送方收到確認(rèn)ACKi(i為接收方期望收到的序號(hào))后，將發(fā)送窗口向前滑動(dòng)到起始序號(hào)為i的位置，然后根據(jù)收到的接收窗口大小來(lái)設(shè)置發(fā)送窗口大小接收窗口滑動(dòng)方法n 接收方對(duì)按序收到數(shù)據(jù)中的最高序號(hào)j(j為接收方最后正確接收的序號(hào))給出確認(rèn)ACKj+1，然后將接收窗口向前滑動(dòng)到起始序號(hào)為j+1的位置窗口的滑動(dòng)過(guò)程前移不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口 = 20允許發(fā)送的序號(hào)26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37

51、38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56B 期望收到的序號(hào)31前沿后沿前移收縮根據(jù) B 給出的確認(rèn)號(hào)31,接收窗口大小20A構(gòu)造出自己的發(fā)送窗口TCP 標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)烈不贊成發(fā)送窗口前沿向后收縮 不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口位置不變?cè)试S發(fā)送但尚未發(fā)送26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3不允許接收已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)B 的接收窗口允許接收26 27

52、 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56未按序收到可用窗口A 發(fā)送了 11 個(gè)數(shù)據(jù)幀P3 P1 = A 的發(fā)送窗口(又稱為通知窗口)P2 P1 = 已發(fā)送但尚未收到確認(rèn)的數(shù)據(jù)幀P3 P2 = 允許發(fā)送但尚未發(fā)送的數(shù)據(jù)幀(又稱可用窗口或有效窗口)注意:B只能對(duì)按序收到的數(shù)據(jù)的最高序號(hào)給出確認(rèn)確認(rèn)號(hào)？允許發(fā)送但尚未發(fā)送A 的發(fā)送窗口向前滑動(dòng)26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 4

53、7 48 49 50 51 52 53 54 55已發(fā)送并收到確認(rèn)不允許發(fā)送已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3允許接收B 的接收窗口向前滑動(dòng)26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55已發(fā)送確認(rèn)并交付主機(jī)不允許接收56未按序收到A 收到新的確認(rèn)號(hào)34，接收窗口大小20，發(fā)送窗口向前滑動(dòng)，可用窗口增大 先存下，等待缺少的數(shù)據(jù)的到達(dá)B收到31號(hào)幀，把3133號(hào)幀交付給主機(jī)，接收窗口向前移動(dòng)3個(gè)序號(hào)，并給A發(fā)確認(rèn)不允許發(fā)送已發(fā)送并收到確認(rèn)A 的發(fā)送窗口已滿，可用窗口為

54、零26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55已發(fā)送但未收到確認(rèn)56P1P2P3A 的發(fā)送窗口內(nèi)的序號(hào)都已用完，但還沒(méi)有再收到確認(rèn)，必須停止發(fā)送。 ACK = 1, ack = 601, rwnd = 0ACK = 1, ack = 501, rwnd = 100ACK = 1, ack = 201, rwnd = 300seq = 1, DATAseq = 201, DATAseq = 401, DATAseq = 301, DATAseq = 101, DA

55、TAseq = 201, DATAseq = 501, DATAAB允許 A 發(fā)送序號(hào) 201 至 500 共 300 幀A 發(fā)送了序號(hào) 101 至 200，還能發(fā)送 200 幀A 發(fā)送了序號(hào) 301 至 400，還能再發(fā)送 100 幀新數(shù)據(jù)A 發(fā)送了序號(hào) 1 至 100，還能發(fā)送 300 幀A 發(fā)送了序號(hào) 401 至 500，不能再發(fā)送新數(shù)據(jù)了A 超時(shí)重傳舊的數(shù)據(jù)，但不能發(fā)送新的數(shù)據(jù)允許 A 發(fā)送序號(hào) 501 至 600 共 100 幀A 發(fā)送了序號(hào) 501 至 600，不能再發(fā)送了不允許 A 再發(fā)送（到序號(hào) 600 為止的數(shù)據(jù)都收到了）丟失！利用滑動(dòng)窗口進(jìn)行流量控制舉例A 向 B 發(fā)送數(shù)據(jù)

56、。在連接建立時(shí)，B 告訴 A：“我的接收窗口 rwnd = 400（數(shù)據(jù)幀）”。流量控制各協(xié)議的窗口大小發(fā)送窗口大小 接收窗口大小停止-等待協(xié)議11連續(xù)ARQ協(xié)議N1選擇重傳ARQ協(xié)議NM最大窗口尺寸問(wèn)題討論設(shè)幀序號(hào)位數(shù)為Q，發(fā)送窗口大小為WT，接收窗口大小為WR，為了能區(qū)分出新幀和重傳幀，需滿足如下條件:n停止-等待協(xié)議 Q = 1，則 WT 和 WR 只能為1，滿足WT+WR2Qn連續(xù)ARQ協(xié)議 WR只能為1，由WT+WR2Q可知，WT 2Q-1 n選擇重傳ARQ協(xié)議WT + WR 2QWT+WR2QWT WR不考慮擁塞控制， WT = WR 2Q-1考慮擁塞控制，請(qǐng)自行討論?幀序號(hào)位數(shù)為

57、3，發(fā)送窗口WT和接收窗口WR的大小都為7，則會(huì)出現(xiàn)如下情況：發(fā)送方 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7接收方 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7發(fā)送方 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7接收方 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7數(shù)據(jù)幀正確接收發(fā)送方 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7接收方 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7確認(rèn)幀丟失0 1 2 3 4 5重疊幀信道利用率問(wèn)題討論設(shè)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)延TD，往返時(shí)延RTT，發(fā)送一

58、個(gè)確認(rèn)幀時(shí)延TA(常忽略不計(jì))，信道利用率為Un停止-等待協(xié)議n連續(xù)ARQ協(xié)議和選擇重傳ARQ協(xié)議 設(shè)發(fā)送窗口大小為P，并且滿足PTDTD+RTT+TA U = TD / ( TD + RTT + TA )U = PTD / (TD+RTT+TA)U = TD / ( TD + RTT )不計(jì)TAU = PTD / ( TD + RTT )不計(jì)TA三個(gè)協(xié)議的發(fā)送周期相同不考例1：若采用后退N幀ARQ協(xié)議進(jìn)行流量控制，幀編號(hào)字段為7位，則發(fā)送窗口的最大尺寸為( ) A.7 B.8 C.127 D.128例2：數(shù)據(jù)鏈路層采用Go Back n方式進(jìn)行流量控制，發(fā)送方已經(jīng)發(fā)送了編號(hào)為06的幀。當(dāng)計(jì)時(shí)

59、器超時(shí)時(shí)，1號(hào)幀的確認(rèn)還沒(méi)有返回，則發(fā)送方需要重發(fā)的幀數(shù)是( ) A.1 B.2 C.5 D.6例3：在選擇重傳協(xié)議(SR)中，當(dāng)幀的序號(hào)字段為3比特，為保證新滑動(dòng)的窗口與舊的窗口不產(chǎn)生幀編號(hào)的重疊，則發(fā)送窗口的最大尺寸是( ) A.2 B.4 C.6 D.8例4：數(shù)據(jù)鏈路層采用選擇重傳協(xié)議(SR)傳輸數(shù)據(jù)，發(fā)送方已發(fā)送了03號(hào)數(shù)據(jù)幀，現(xiàn)0、2號(hào)幀依次超時(shí)，則此時(shí)需要重傳的幀數(shù)是( ) A.1 B.2 C.3 D.4CDBB例5：在數(shù)據(jù)傳輸速率為100Kbps的衛(wèi)星信道上發(fā)送長(zhǎng)度為1Kb的幀，單程傳播時(shí)延為0.27s。假設(shè)確認(rèn)總是由數(shù)據(jù)幀捎帶，幀頭很短，幀序號(hào)的長(zhǎng)度為3bit。對(duì)于下列三種協(xié)議

60、，可以取得的最大信道利用率是多少？(1)停止-等待協(xié)議 (2)連續(xù)ARQ協(xié)議 (3)選擇重傳ARQ協(xié)議解：三種協(xié)議的發(fā)送周期相同，均為 1/100+0.27+1/100+0.27=0.56s (1)發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)幀的時(shí)間為 1/100=0.01s 故 U1=0.01/0.56=1.8% (2)發(fā)送窗口最大值為23-1=7 故 U2=0.01*7/0.56=12.5% (3)發(fā)送窗口最大值為23-1=4 故 U3=0.01*4/0.56=7.1%不考作業(yè)：1.數(shù)據(jù)鏈路層采用了后退N幀(GBN)協(xié)議，發(fā)送方已經(jīng)發(fā)送了編號(hào)為07的幀。當(dāng)計(jì)時(shí)器超時(shí)時(shí)，若發(fā)送方只收到0、2、3號(hào)幀的確認(rèn)，則發(fā)送方需要重發(fā)