計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)PPT第2章_2匯編

1、標(biāo)題標(biāo)題標(biāo)題標(biāo)題標(biāo)題標(biāo)題基本概念基本概念模擬信號模擬信號 為了傳輸二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用模擬或數(shù)字信為了傳輸二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)，必須將它們用模擬或數(shù)字信號編碼的方式表示；號編碼的方式表示；數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號的二進(jìn)制代碼號的二進(jìn)制代碼0、1比特序列的模擬或數(shù)字信號的過程。比特序列的模擬或數(shù)字信號的過程。 2基本概念基本概念通信的目的是交換信息，通信的目的是交換信息， 信息的載體可以是數(shù)字、信息的載體可以是數(shù)字、文字、語音、圖形或圖像，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息一般是文字、語音、圖形或圖像，計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息一般是字母、

2、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合；字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像的組合； 為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、圖為了傳送這些信息，首先要將字母、數(shù)字、語音、圖形或圖像用二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)來表示；形或圖像用二進(jìn)制代碼的數(shù)據(jù)來表示； 信息、信息、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)與信與信號號： 按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男虐凑赵趥鬏斀橘|(zhì)上傳輸?shù)男盘栴愋?，通信系統(tǒng)分為模擬通信號類型，通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中電信號的表示形式；信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中電信號的表示形式；模擬信號（模擬信號（analog signal）的信號電平是連續(xù)變化的）的信號電平是連續(xù)變化的數(shù)字信號

3、（數(shù)字信號（digital signal）是用兩種不同的電平去表）是用兩種不同的電平去表示示0、1比特序列的電壓脈沖信號表示；比特序列的電壓脈沖信號表示；： 模擬信號是一種連續(xù)變化的電磁波，這種電磁波可以按照不同模擬信號是一種連續(xù)變化的電磁波，這種電磁波可以按照不同頻率在各種介質(zhì)上傳輸。正弦波是模擬信號的最基本形式，是一個(gè)頻率在各種介質(zhì)上傳輸。正弦波是模擬信號的最基本形式，是一個(gè)非常平滑的振動曲線，見圖。非常平滑的振動曲線，見圖。一個(gè)正弦波可以用三個(gè)特性來描述：一個(gè)正弦波可以用三個(gè)特性來描述：（振幅振幅頻率頻率相位相位2.1.2 模擬信號模擬信號模擬信號與數(shù)字信號波形模擬信號與數(shù)字信號波形 (

4、a)(a)v(t)v(t)tt(b)(b)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采用調(diào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采用調(diào)制的方法轉(zhuǎn)換為制的方法轉(zhuǎn)換為模擬信號模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼是指數(shù)字信息用編碼是指數(shù)字信息用數(shù)字信號來表示數(shù)字信號來表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼模擬數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)的模擬信號傳模擬數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸是指對任意的模擬信輸是指對任意的模擬信息采用調(diào)制的方法息采用調(diào)制的方法模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號表模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號表示叫解調(diào)，是從載波頻示叫解調(diào)，是從載波頻段變換到基帶，通過

5、編段變換到基帶，通過編碼解碼器實(shí)現(xiàn)碼解碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號調(diào)制的基本方法主要有三種調(diào)制的基本方法主要有三種（1）幅移鍵控法）幅移鍵控法ASK，又稱，又稱AM（2）頻移鍵控法）頻移鍵控法FSK，又稱，又稱FM（3）相移鍵控法）相移鍵控法PSK，又稱，又稱PM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)字信號編碼模擬數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)的模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號解調(diào)的方法主要有兩種：解調(diào)的方法主要有兩種： （1）脈沖幅度調(diào)制）脈沖幅度調(diào)制PAM （2）脈碼調(diào)制）脈碼調(diào)制PCM基本方法主要有三種基本方法主要有三種（1）幅度調(diào)制）幅度調(diào)制AM

6、（2）頻率調(diào)制）頻率調(diào)制FM（3）相位調(diào)制）相位調(diào)制PM數(shù)據(jù)編碼類型數(shù)據(jù)編碼類型（1）不歸零碼）不歸零碼 NRZ（2）曼徹斯特編碼）曼徹斯特編碼（3）差分曼徹斯特編碼）差分曼徹斯特編碼數(shù)據(jù)傳輸類型：數(shù)據(jù)傳輸類型： 模擬通信模擬通信 數(shù)字通信數(shù)字通信 數(shù)據(jù)通信方式：數(shù)據(jù)通信方式： 串行通信、并行通信串行通信、并行通信 單工通信、半雙工或全雙工通信單工通信、半雙工或全雙工通信同步方式：同步方式： 同步通信同步通信 異步通信異步通信網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要解決的幾個(gè)基本問題網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)中要解決的幾個(gè)基本問題：1.數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式 網(wǎng)絡(luò)中兩臺計(jì)算機(jī)的通信過程 通信子網(wǎng)通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)資源子網(wǎng)CC

7、PBCCPDCCPCCCPECCPACCPF主機(jī)H主機(jī)HAB2.單工、半雙工與全雙工通信 發(fā)送接收單向通道單向通道雙向通道雙向通道雙向通道雙向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)發(fā)送接收接收發(fā)送發(fā)送接收接收發(fā)送基帶傳輸?shù)亩x基帶傳輸?shù)亩x 數(shù)據(jù)通信方式數(shù)據(jù)通信方式1.并行傳輸并行傳輸2.串行傳輸串行傳輸 3.通路通路 串行通信與并行通信 發(fā)送端接收端串行通信信道串行通信信道(a)(a)發(fā)送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)同步通信與異步通信一個(gè)或多個(gè)SYN字符控制字符數(shù)據(jù)字符SYNSY

8、N控制字符t字節(jié)5字節(jié)4字節(jié)3字節(jié)3字節(jié)2字節(jié)1bbbbbbb終止位(邏輯 0 )起始位(邏輯 1 )6543210調(diào)制解調(diào)器的基本工作原理調(diào)制解調(diào)器的基本工作原理 在發(fā)送端將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能在電話線上傳在發(fā)送端將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能在電話線上傳輸?shù)哪M信號；輸?shù)哪M信號； 在接收端將從電話線路上接收到的模擬信號還原成數(shù)字在接收端將從電話線路上接收到的模擬信號還原成數(shù)字信號。信號。調(diào)制解調(diào)器的基本工作原理電話機(jī)電話線電話線電話機(jī)電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)ModemModemFSK方式Modem的工作原理 電話交換網(wǎng)電話交換網(wǎng)組合器OSCOSC1270Hz1070Hz1 0

9、 0 11270Hz帶通濾波器1070Hz帶通濾波器1 0 01組合器濾波器濾波器計(jì)算機(jī)調(diào)制器解調(diào)器計(jì)算機(jī)電話機(jī)電話機(jī)Modem實(shí)現(xiàn)全雙工通信的工作原理011070Hz1270Hz012025Hz2225Hz上頻帶下頻帶fol=1170Hzfoh=2125Hz電話交換網(wǎng)通頻帶調(diào)制解調(diào)器的分類與應(yīng)用 外置Modem與計(jì)算機(jī)的連接 電話插座電源插座調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器電話機(jī)計(jì)算機(jī) （3）噪聲）噪聲 NTS2log1數(shù)據(jù)傳輸速率的定義與信道速率的極限 數(shù)據(jù)傳輸速率的定義 數(shù)據(jù)傳輸速率是描述數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的重要技術(shù)指標(biāo)； 數(shù)據(jù)傳輸速率在數(shù)值上，等于每秒鐘傳輸構(gòu)成數(shù)據(jù)代碼的二進(jìn)制比特?cái)?shù)，單位為比特/秒，記

10、做bps； 常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：Kbps、Mbps、Gbps與Tb/s，其中： 1Kbps = 1103 bps 1Mbps = 1106 bps 1Gbps = 1109 bps 1Tbps = 11012 bps信道速率的極限值 奈奎斯特準(zhǔn)則：二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 Rmax與通信信道帶寬B（B=f，單位Hz） 的關(guān)系為Rmax=2 Blog2N （bps）； 香農(nóng)定理：在有隨機(jī)熱噪聲的信道上傳輸數(shù)據(jù)信號時(shí)， 數(shù)據(jù)傳輸速率Rmax與信道帶寬B，信噪比S/N 的關(guān)系為Rmax = Blog2（1+S/N） S/N為信噪比；例例2-1：一個(gè)無噪聲的信道，帶寬是：一個(gè)無噪聲的信道

11、，帶寬是4000Hz，采用采用4相調(diào)制解調(diào)器傳送二進(jìn)制信號，問信道相調(diào)制解調(diào)器傳送二進(jìn)制信號，問信道容量是多少？容量是多少？解：解：4相調(diào)制解調(diào)器傳送二進(jìn)制信號的離散信相調(diào)制解調(diào)器傳送二進(jìn)制信號的離散信號數(shù)為號數(shù)為4，所以，所以N=4，則信道容量，則信道容量 (kbit/s)NWC2log2NWC2log2NWC2log2164log400022C香農(nóng)定理（香農(nóng)定理（Shannaon）在有噪聲的環(huán)境中，信道容量將與信噪功率比有關(guān)，在有噪聲的環(huán)境中，信道容量將與信噪功率比有關(guān)，根據(jù)香農(nóng)公式，在給定帶寬根據(jù)香農(nóng)公式，在給定帶寬W(Hz)，信噪功率比，信噪功率比S/N的信道中，最大數(shù)據(jù)傳輸速率的信道

12、中，最大數(shù)據(jù)傳輸速率C為為公式中的公式中的S/N為信噪功率比，而為信噪功率比，而S/N常用分貝形式來常用分貝形式來表示，故其計(jì)算公式如下：表示，故其計(jì)算公式如下： dB= 式中式中S為信號功率，為信號功率，N為噪聲功率。為噪聲功率。例例2-2：一個(gè)數(shù)字信號通過兩種物理狀態(tài)，經(jīng)信噪比為：一個(gè)數(shù)字信號通過兩種物理狀態(tài)，經(jīng)信噪比為20dB的的3000Hz帶寬信道傳輸，其數(shù)據(jù)速率不會超過多少？帶寬信道傳輸，其數(shù)據(jù)速率不會超過多少？解：已知信噪比電平為解：已知信噪比電平為20dB，則信噪功率比，則信噪功率比 S/N =100dB (kbit/s)數(shù)據(jù)速率不會超過數(shù)據(jù)速率不會超過19.98kbit/sNS

13、WC1log2NSlog1010NS98.1966. 630001001log30002C信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別信道容量表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信信道容量表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限；道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限；數(shù)據(jù)傳輸速率則表示實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率則表示實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。高速通信線路多路復(fù)用器多路復(fù)用器多路復(fù)用頻分多路復(fù)用FDM時(shí)分多路復(fù)用TDM波分多路復(fù)用WDM頻分多址時(shí)分多址碼分多址同步時(shí)分多路復(fù)用異步時(shí)分多路復(fù)用多路復(fù)用的類型多路復(fù)用的類型（1） 頻分多路復(fù)用

14、頻分多路復(fù)用 在一條通信線路設(shè)計(jì)多路通信信道; 每路信道的信號以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制; 各個(gè)載波頻率是不重疊的, 一條通信線路就可以同時(shí)獨(dú)立地傳輸多路信號。 13003100信道16064687260646872頻率( k Hz)（c ）（c ）頻率( k Hz)（b ）（b ）頻率( H z)（a ）（a ）信道2信道311信道1信道2信道3（2） 波分多路復(fù)用 光纖通道技術(shù)采用了波長分隔多路復(fù)用方法，簡稱為波分復(fù)用WDM; 在一根光纖上復(fù)用80路或更多路的光載波信號稱為密集波分復(fù)用DWDM； 目前單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到20Gbps 。共享光纖共享光纖光柵光柵功率波長共享光纖的

15、波譜功率波長光纖1的波譜功率波長光纖2的波譜光纖1光纖2光纖3光纖4功率波長光纖3的波譜功率波長光纖4的波譜（3） 時(shí)分多路復(fù)用 時(shí)分多路復(fù)用是將信道用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片； 每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片； 在每個(gè)用戶占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬。 信道2 4信道1信道2信道3信道401193比特幀（1 2 5 微秒 ）幀開始位7位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位時(shí)分多路復(fù)用的分類 同步時(shí)分多路復(fù)用 統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用 124.n13.n.1234.n時(shí)間片1時(shí)間片2時(shí)間片n125.m41257.m.1234.m時(shí)間片1時(shí)間片2時(shí)間片n2.2.7 差錯(cuò)控制1 差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)類型差錯(cuò)產(chǎn)生的原因

16、與差錯(cuò)類型 傳輸差錯(cuò)是通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)是通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù) 不一致的現(xiàn)象不一致的現(xiàn)象; 差錯(cuò)控制是檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)；差錯(cuò)控制是檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)； 通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲； 由熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)，或隨機(jī)錯(cuò)；由熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)，或隨機(jī)錯(cuò)； 沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)，或突發(fā)錯(cuò)；沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)，或突發(fā)錯(cuò)； 在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。差錯(cuò)共同構(gòu)成的。 2.

17、傳輸差錯(cuò)產(chǎn)生過程信源通信信道信宿數(shù)據(jù)噪聲數(shù)據(jù)+噪聲(a)001100111100011111000011000100010110011001010傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號波形噪聲數(shù)據(jù)信號與噪聲信號疊加后的波形采樣時(shí)間接收數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)出錯(cuò)的位(b)3. 誤碼率的定義 誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，它在數(shù)值上近似等于：Pe=Ne/N，其中N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)，Ne為被傳錯(cuò)的碼元數(shù)； 誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)之一； 對于一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求； 對于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制比

18、特，要折合成二進(jìn)制比特來計(jì)算； 差錯(cuò)的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實(shí)際測量一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時(shí)，只有被測量的傳輸二進(jìn)制比特?cái)?shù)越大，才會越接近于真正的誤碼率值。 4. 檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼 糾錯(cuò)碼： 每個(gè)傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息； 接收端能發(fā)現(xiàn)并自動糾正傳輸差錯(cuò)。 檢錯(cuò)碼: 分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息； 接收端能夠發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，但不能確定哪位是錯(cuò)的，并且自己不能糾正傳輸差錯(cuò)。 5. 循環(huán)冗余編碼工作原理 發(fā)送方接收方發(fā)送數(shù)據(jù) f ( x )生成多項(xiàng)式 G ( x )f(x)xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)實(shí)際發(fā)送: f ( x)xk.+R(x)數(shù)據(jù)字段校驗(yàn)字段f(x)xk.R(x)發(fā)送數(shù)據(jù)

19、 f (x)生成多項(xiàng)式 G ( x )R(x)=R(x) 接收正確R(x)=R(x) 接收出錯(cuò)發(fā)送f(x)xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)CRC檢錯(cuò)方法舉例 1 1 0 0 1 1發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列CRC校驗(yàn)碼比特序列1 0 0 1帶CRC校驗(yàn)碼的發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列1 1 0 0 1 1 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 101 0 0 0 0 11 1 0 0 1 1 0 0 0 01 1 0 0 1G(x)1 1 0 0 11 0 0 0 01 1 0 0 11 0 0 1R(x)1 0 0 0 0 1Q(x)f(x).xk標(biāo)準(zhǔn)CRC

20、生成多項(xiàng)式G（x）CRC-12 G（x）= x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 G（x）= x16+x15+x2+1CRC-CCITT G（x）= x16+x12+x5+1CRC-32 G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10+x8+x7+x5+x4 + x2+x+1 CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力 CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部單個(gè)錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部離散的二位錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部長度小于等于K位的突發(fā)錯(cuò)； CRC校驗(yàn)碼能以1-（1/2）K-1的概率檢查出長度為（K+1）位的突發(fā)錯(cuò)； 如果K=16，則該CRC校驗(yàn)碼能全部檢查出小于或等于16 位的所有的突發(fā)差錯(cuò)，并能以1-（1/2）16-1=99.997的概率檢查出長度為17位的突發(fā)錯(cuò)，漏檢概率為0.003%。6. 差錯(cuò)控制機(jī)制 （1）反饋重發(fā)糾錯(cuò)實(shí)現(xiàn)機(jī)制 信源校驗(yàn)碼編碼器存儲器發(fā)送裝置傳輸信道接收裝置發(fā)送端發(fā)送端校驗(yàn)碼譯碼器接收端接收端