第二章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第2章數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)2005年5月1蕪湖信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基本內(nèi)容數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸方式串行通信、并行通信單工通信、半雙工通信、全雙工通信基帶傳輸、頻帶傳輸、寬帶傳輸數(shù)據(jù)的同步技術(shù)異步傳輸、同步傳輸數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)模擬傳輸幅移鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK數(shù)字傳輸不歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼模擬數(shù)據(jù)信號(hào)模擬傳輸調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相數(shù)字傳輸脈沖編碼調(diào)制PCM多路復(fù)用技術(shù)時(shí)分多路復(fù)用、頻分多路復(fù)用、波分多路復(fù)、碼分多路復(fù)用數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換、報(bào)文存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換、報(bào)文分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（數(shù)據(jù)報(bào)方式、虛電路方式）傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)類型與特點(diǎn)差錯(cuò)控制技術(shù)檢錯(cuò)碼、糾錯(cuò)碼和差錯(cuò)控制機(jī)制2數(shù)據(jù)通信是計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與其他數(shù)據(jù)終端之間存儲(chǔ)、處理、傳輸和交換信息的一種通信技術(shù)，是計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了時(shí)間和空間上的限制，使人們可以利用終端在遠(yuǎn)距離同時(shí)使用計(jì)算機(jī)，大大提高了計(jì)算機(jī)的利用率，擴(kuò)大了計(jì)算機(jī)的應(yīng)用范圍，也促進(jìn)了通信技術(shù)的發(fā)展。數(shù)據(jù)通信的基本概念3數(shù)據(jù)、信息和信號(hào)

1.數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)指被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼。它是信息的載體，可以是數(shù)字、文字、語(yǔ)言、圖形和圖像等。

3.信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)的電磁波表示形式。信號(hào)可以分為模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)兩種。

2.信息信息是數(shù)據(jù)的集合、含義與解釋。數(shù)據(jù)與信息的比較：數(shù)據(jù)相對(duì)具體，信息相對(duì)抽象概括；兩者相對(duì)存在，有時(shí)可以將二者等同起來(lái)。4模擬信號(hào)（analogsignal）的信號(hào)電平是連續(xù)變化的；

時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)值數(shù)字信號(hào)（digitalsignal）是用兩種不同的電平去表示0、1比特序列的電壓脈沖信號(hào)表示,時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的預(yù)定值數(shù)據(jù)通信的基本概念5信源信宿信道噪聲信號(hào)變換器信號(hào)變換器信源：信息的發(fā)送方信宿：信息的接受方信道：信號(hào)傳送的通道。信號(hào)變換器是進(jìn)行信號(hào)變換的設(shè)備，在實(shí)際的通信系統(tǒng)中有各種具體的名稱，如信源發(fā)出的是數(shù)字信號(hào)而要以模擬信號(hào)傳輸，則用調(diào)制解調(diào)器；信源發(fā)出的是模擬信號(hào)而要以數(shù)字信號(hào)傳輸，則用編碼解碼器。噪聲：干擾信道的無(wú)用信號(hào)通信系統(tǒng)模型6模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信

無(wú)論是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，在傳輸過(guò)程中都要變成適合信道傳輸?shù)男盘?hào)形式，在模擬信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，在數(shù)字信道中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。1.模擬數(shù)據(jù)通信

模擬通信指信道中傳輸?shù)臑槟M信號(hào)。當(dāng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)時(shí)，可以直接進(jìn)行傳輸。當(dāng)傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)時(shí)，進(jìn)入信道前要經(jīng)過(guò)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制，變換為模擬信號(hào)。如：普通的電話、廣播、電視等。72.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信

模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信數(shù)字通信指信道中傳輸?shù)臑閿?shù)字信號(hào)。當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)時(shí)，可以直接進(jìn)行傳輸。當(dāng)傳輸?shù)氖悄M信號(hào)時(shí)，進(jìn)入信道前要經(jīng)過(guò)編碼解碼器編碼，變換為數(shù)字信號(hào)。如：計(jì)算機(jī)通信、數(shù)字電話、數(shù)字電視等。8數(shù)字化是信息社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)

1.目前計(jì)算機(jī)絕大部分是數(shù)字機(jī)，而數(shù)字機(jī)只能對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，因此，文字、聲音、視頻、圖像等模擬數(shù)據(jù)，必須變換為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)后才能存入計(jì)算機(jī)，才能進(jìn)行處理。

2.數(shù)字信號(hào)只取有限個(gè)離散值，在傳輸過(guò)程中即使受到噪聲的干擾，只要沒有畸變到不可辨認(rèn)的程度，就可以用信號(hào)再生的方法進(jìn)行恢復(fù)。所以，數(shù)字傳輸能使信號(hào)不失真地正確傳送，傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)于模擬傳輸。這就是數(shù)字電話比傳統(tǒng)的模擬電話更清晰的原因。并且在傳輸工程中，數(shù)據(jù)信號(hào)還可以進(jìn)行壓縮、加密，這樣就可以提高傳輸?shù)男屎桶踩浴?/p>

3.計(jì)算機(jī)等數(shù)字設(shè)備的主要器件是集成電路（芯片），其造價(jià)越來(lái)越低。

綜上所述，所以人們使用數(shù)字設(shè)備是大勢(shì)所趨。9傳輸速率信道容量誤碼率2.1.3數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)10數(shù)據(jù)通信的技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信速率（傳輸速率）：傳輸率是指數(shù)據(jù)在信道中傳輸?shù)乃俣?。?shù)據(jù)通信速率分為兩種：碼元速率和信息速率。碼元速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元數(shù)(波形個(gè)數(shù)或者波形變換的次數(shù))，單位為波特，記作Baud。

又稱波特率或碼元速率或調(diào)制速率。

計(jì)算公式:B=1/T(Baud)式中T為一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度單位為秒；信息速率：每秒傳輸二進(jìn)制信息的位數(shù)，單位為位/秒，記作bps或b/s。對(duì)于一個(gè)用二進(jìn)制表示的信號(hào)（兩級(jí)電平），每個(gè)碼元包含1個(gè)比特信息，其信息速率與碼元速率相等；對(duì)于一個(gè)用四進(jìn)制表示的信號(hào)（四級(jí)電平），每個(gè)碼元包含了2個(gè)比特信息，因此，它的信息速率應(yīng)該是碼元速率的2倍。11碼元速率和信息速率碼元：承載信息量的基本信號(hào)單位。一碼元就是一個(gè)單位電脈沖。一碼元所承載的信息量，由脈沖信號(hào)所能表示的數(shù)據(jù)有效離散值的個(gè)數(shù)決定的。

一個(gè)碼元（脈沖）僅可取0和1兩個(gè)有效值時(shí)，則該碼元只能攜帶一位（bit）二進(jìn)制信息，-----1位信息量

一個(gè)碼元（脈沖）可取00、01、10、11四個(gè)有效值時(shí)，則該碼元能攜帶二位（bit）二進(jìn)制信息。-----2位信息量

對(duì)于采用N進(jìn)制電平傳輸信號(hào)時(shí)，信息速率和碼元速率之間的關(guān)系是：

S=Blog2N一個(gè)碼元（脈沖）可取N個(gè)有效值時(shí)，則該碼元能攜帶log２

N（bit）二進(jìn)制信息

12通過(guò)上例可見，雖然數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率都是描述通信速度的指標(biāo)，但它門是完全不同的兩個(gè)概念。打個(gè)比方來(lái)說(shuō)，例如調(diào)制速率是公路上單位時(shí)間經(jīng)過(guò)的卡車數(shù)，那么數(shù)據(jù)傳輸速率便是單位時(shí)間里經(jīng)過(guò)的卡車所裝運(yùn)的貨物總數(shù)。如果一車裝一箱貨物，則單位時(shí)間經(jīng)過(guò)的卡車數(shù)與單位時(shí)間里卡車所裝運(yùn)的貨物箱數(shù)相等，如果一車裝多箱貨物，則單位時(shí)間經(jīng)過(guò)的卡車數(shù)便小于單位時(shí)間里卡車所裝運(yùn)的貨物箱數(shù)。13“帶寬”(bandwidth)本來(lái)是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。現(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語(yǔ)，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。

信道帶寬信道帶寬是衡量一個(gè)信道傳輸數(shù)字信號(hào)的重要參數(shù)。當(dāng)傳輸?shù)男盘?hào)速率超過(guò)信道的最大信號(hào)速率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生失真。

信道帶寬與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別是，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限，而后者是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。像公路上的最大限速與汽車實(shí)際速度的關(guān)系一樣。

14常用的帶寬單位更常用的帶寬單位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）請(qǐng)注意：在計(jì)算機(jī)界，K=210=1024M=220,G=230,T=240。15數(shù)字信號(hào)流隨時(shí)間的變化在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。每秒

106

個(gè)比特時(shí)間1

01

0

111s帶寬為1Mb/s時(shí)間每秒

4

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個(gè)比特0.25s帶寬為4Mb/s16誤碼率和誤比特率誤碼率和誤比特率是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的重要參數(shù)。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，誤比特率是指在傳輸中出錯(cuò)比特的概率。在實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，電話線路在300～2400bps傳輸速率時(shí)，平均誤碼率在10-2～10-6之間，在4800～9600bps傳輸速率時(shí)平均誤碼率在10-2～10-4之間。而計(jì)算機(jī)通信的平均誤碼率要求低于10-9。17數(shù)據(jù)的串行傳輸和并行傳輸并行通信數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸。并行通信的優(yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)端與收端之間有若干條線路，導(dǎo)致費(fèi)用高，僅適合于近距離和高速率的通信。18數(shù)據(jù)的串行傳輸和并行傳輸串行通信數(shù)據(jù)流以串行方式在一條信道上傳輸，由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部都采用并行通信，因此，數(shù)據(jù)在發(fā)送之前，要將計(jì)算機(jī)中的字符進(jìn)行并/串變換，在接收端再通過(guò)串/并變換，還原成計(jì)算機(jī)的字符結(jié)構(gòu)，才能實(shí)現(xiàn)串行通信。串行通信的優(yōu)點(diǎn)是收、發(fā)雙方只需要一條傳輸信道，易于實(shí)現(xiàn)，成本低，但速度比較低。19通信線路的連接方式——點(diǎn)對(duì)點(diǎn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接就是在發(fā)送端和接收端之間采用一條線路連接，使用的線路可以是專用線路、租用線路或交換線路。使用租用或交換線路的連接方式，適合于在地理上比較分散的站點(diǎn)之間傳輸數(shù)據(jù)，比如通過(guò)公用電話交換網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)-點(diǎn)的連接。20通信線路的連接方式——多點(diǎn)線路多點(diǎn)線路連接是指各個(gè)站點(diǎn)通過(guò)一條公共通信線路連接。在多點(diǎn)線路連接方式中，一條線路被所有的站點(diǎn)共享，若所有的站點(diǎn)可以同時(shí)發(fā)送數(shù)據(jù)，則這條線路在空間上是共享的，通常采用頻分復(fù)用或波分復(fù)用技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)；若所有的站點(diǎn)只能輪流使用線路發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，那么它在時(shí)間上是共享的，通常采用時(shí)分復(fù)用技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)。21信道的通信方式——單工通信

單工方式指通信信道是單向信道，數(shù)據(jù)信號(hào)僅沿一個(gè)方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)傳送方向。無(wú)線電廣播和電視都屬于單工通信。22信道的通信方式——半雙工通信半雙工通信是指信號(hào)可以沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送，即兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行，而不能同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)改變傳輸方向時(shí)，要通過(guò)開關(guān)裝置進(jìn)行切換。半雙工信道適合于會(huì)話式通信，比如公安系統(tǒng)使用的“對(duì)講機(jī)”和軍隊(duì)使用的“步話機(jī)”。半雙工方式在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中適用于終端與終端之間的會(huì)話式通信。23信道的通信方式——全雙工通信全雙工通信是指數(shù)據(jù)可以同時(shí)沿相反的兩個(gè)方向作雙向傳輸。比如，電話通話。24信號(hào)的傳輸方式——基帶傳輸基帶傳輸就數(shù)字信號(hào)而言，它是一個(gè)離散的方波，“0”代表低電平，“1”代表高電平，這種方波固有的頻帶稱為基帶，方波信號(hào)稱為基帶信號(hào)，因此，基帶實(shí)際上就是數(shù)字信號(hào)所占用的基本頻帶。所謂基帶傳輸，就是數(shù)字信號(hào)直接傳輸，使用數(shù)字信號(hào)的原始頻帶，不用調(diào)制解調(diào)轉(zhuǎn)換，這是一種比較簡(jiǎn)單的傳輸方法，信道資源利用率比較低，一條線路只能傳送一路信號(hào)。25信號(hào)的傳輸方式——頻帶傳輸頻帶傳輸所謂頻帶傳輸是指將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻信號(hào)后再發(fā)送和傳輸，到達(dá)接收端時(shí)再把音頻信號(hào)解調(diào)成原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。可見，在采用頻帶傳輸方式時(shí)，要求發(fā)送端和接收端都要安裝調(diào)制器和解調(diào)器。在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時(shí)，經(jīng)常借助于電話線路，此時(shí)就需要利用頻帶傳輸方式。利用頻帶傳輸，不僅解決了利用電話系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號(hào)的問(wèn)題，而且可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，以提高傳輸信道的利用率。26信號(hào)的傳輸方式——寬帶傳輸寬帶傳輸寬帶傳輸采用75Ω的CATV電視同軸電纜或光纖作為傳輸媒體，帶寬為300MHz。使用時(shí)通常將整個(gè)帶寬劃分為若干個(gè)子頻帶，分別用這些子頻帶來(lái)傳送音頻信號(hào)、視頻信號(hào)以及數(shù)字信號(hào)。寬帶同軸電纜原是用來(lái)傳輸電視信號(hào)的，當(dāng)用它來(lái)傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，需要利用電纜調(diào)制解調(diào)器（CableModem）把數(shù)字信號(hào)變換成頻率為幾十兆赫茲到幾百兆赫茲的模擬信號(hào)?？衫脤拵鬏斚到y(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音、文字和圖像的一體化傳輸，這也是通常所說(shuō)的“三網(wǎng)合一”，即語(yǔ)音網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和電視網(wǎng)合一。另外，使用CableModem上網(wǎng)就是基于寬帶傳輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。27數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐郊夹g(shù)數(shù)據(jù)通信中有一個(gè)重要問(wèn)題，即同步問(wèn)題。接收方要正確判斷接收到的發(fā)送方的碼元序列的狀態(tài)（高電平或是低電平等），必須在合適的時(shí)刻去測(cè)試接收到的碼元，測(cè)試的時(shí)刻不準(zhǔn)確，假設(shè)偏移了1位的時(shí)間，整個(gè)判斷就錯(cuò)了。接收方是基于一個(gè)基準(zhǔn)定時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行判斷的，通信雙方的計(jì)算機(jī)要正確地傳遞數(shù)據(jù)就必須把由于時(shí)鐘周期不同所引起的誤差控制在不影響正確性的范圍之內(nèi),我們稱這種技術(shù)為同步技術(shù)。由于并行通信通常用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部通信，有統(tǒng)一的內(nèi)部時(shí)鐘，無(wú)須進(jìn)行同步，所以同步一般用于串行通信中。在串行傳輸中，按照同步方式，又分為同步傳輸和異步傳輸。一個(gè)常見的例子是計(jì)算機(jī)鍵盤與主機(jī)的通信。（按下一個(gè)字母鍵、數(shù)字鍵，就發(fā)送一個(gè)8比特位的ASCII代碼。鍵盤可以在任何時(shí)候發(fā)送代碼，這取決于用戶的速度，內(nèi)部的硬件必須能夠在任何時(shí)刻接收一個(gè)鍵入的字符。）存在一個(gè)潛在的問(wèn)題：接收方并不知道數(shù)據(jù)會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。它在檢測(cè)到數(shù)據(jù)并作出響應(yīng)之前，第一個(gè)比特已經(jīng)過(guò)去了28異步傳輸方式在異步傳輸方式中，每傳送1個(gè)字符（7位或8位）都要在每個(gè)字符碼前加1個(gè)起始位，以表示字符代碼的開始，在字符代碼和校驗(yàn)碼后面加1或2個(gè)停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位來(lái)判斷一個(gè)新字符的開始。從而起到通信雙方的同步作用。異步方式實(shí)現(xiàn)比較容易，但每傳輸一個(gè)字符都需要多使用2～3位，所以適合于低速通信。29同步傳輸方式同步傳輸方式的信息格式是一組字符或一個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)據(jù)塊（幀）。對(duì)這些數(shù)據(jù)，不需要附加起始位和停止位，而是在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前先發(fā)送一個(gè)同步字符SYN（以01101000表示）或一個(gè)同步字節(jié)（01111110），用于接收方進(jìn)行同步檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，再使用同步字符或字節(jié)來(lái)標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過(guò)程的結(jié)束。在同步傳送時(shí)，由于發(fā)送方和接收方將整個(gè)字符組作為一個(gè)單位傳送，且附加位又非常少，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?。所以這種方法一般用在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中，比如計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。30同步傳輸中的位同步在同步通信中，要求收發(fā)雙方之間的時(shí)鐘嚴(yán)格的同步，而使用同步字符或同步字節(jié)，只是用于同步接收數(shù)據(jù)幀，只有保證了接收端接收的每一個(gè)比特都與發(fā)送端保持一致，接收方才能正確的接收數(shù)據(jù)，這就要使用位同步的方法。對(duì)于位同步，可以使用一個(gè)額外的專用信道發(fā)送同步時(shí)鐘保持雙方同步，也可以使用編碼技術(shù)將時(shí)鐘編碼到數(shù)據(jù)中，接收端接收數(shù)據(jù)的同時(shí)就獲取到同步時(shí)鐘，兩種方法相比，后者的效率最高，使用的最為廣泛。31數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)在計(jì)算機(jī)中，數(shù)據(jù)是以離散的二進(jìn)制“0”、“1”比特序列方式表示的。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的數(shù)據(jù)編碼類型主要取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型。通信信道分為模擬信道和數(shù)字信道，而依賴于信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)的編碼方法包括數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼與調(diào)制和模擬數(shù)據(jù)的編碼與調(diào)制。32數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼計(jì)算機(jī)發(fā)出的數(shù)字信號(hào)是用不同的電平表示的0、1比特序列的，形成矩形脈沖信號(hào)，這種沒有經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始數(shù)字信號(hào)稱為“基帶信號(hào)”，基帶傳輸時(shí),需要解決數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)表示以及收發(fā)兩端之間的信號(hào)同步問(wèn)題。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼方式有三種：不歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。不歸零編碼（Non-ReturntoZero，NRZ）NRZ編碼規(guī)定可用負(fù)電平表示邏輯“1”，用正電平表示邏輯“0”，反之亦然。曼徹斯特編碼（Manchester）曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一，其特點(diǎn)是每一位二進(jìn)制信號(hào)的中間都有跳變，若從低電平跳變到高電平，就表示數(shù)字信號(hào)“1”，若從高電平跳變到低電平，就表示數(shù)字信號(hào)“0”；差分曼徹斯特編碼（DifferenceManchester）差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。其特點(diǎn)是每一位二進(jìn)制信號(hào)的跳變依然提供收發(fā)端之間的同步，但每位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的取值，要根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來(lái)決定，若一個(gè)比特開始處存在跳變則表示“0”，無(wú)跳變則表示“1”。33數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼的示例34不歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼的比較35非歸零碼NRZ

在一個(gè)二進(jìn)制位的寬度內(nèi)電平保持不變。NRZ碼是最容易實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際上是直接將計(jì)算機(jī)發(fā)出的信號(hào)加到通信線路上，未作任何處理，代價(jià)也最低。

NRZ碼的缺點(diǎn)是接收方無(wú)法判斷一位的開始和結(jié)束，即不具備同步特性為保證收發(fā)正確，必須另外傳送時(shí)鐘同步信號(hào)，且如果“1”與“0”個(gè)數(shù)不相等時(shí)，存在直流分量，增大了損耗。曼徹斯特編碼(ManchesterCode)

每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來(lái)作為同步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼(Self-SynchronizingCode)。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即時(shí)鐘信號(hào)頻率為數(shù)字信號(hào)頻率的二倍）。36差分曼徹斯特編碼

對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)，它與曼徹斯特編碼的不同之處主要表現(xiàn)在：（1）每一位中間的跳變只作提取時(shí)鐘之用；（2）每一位數(shù)據(jù)的值根據(jù)起始處有無(wú)跳變來(lái)決定數(shù)字比特值為“1”或“0”37數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語(yǔ)音信號(hào)設(shè)計(jì)的，用于傳輸音頻300Hz～3400Hz的模擬信號(hào)，不能直接傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。為了利用模擬語(yǔ)音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，也就是要對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)制。38由于高頻信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，易于遠(yuǎn)距離、高效率傳輸，因此在信號(hào)傳輸時(shí)，常將低頻信號(hào)搭載在高頻信號(hào)上傳輸，到達(dá)目的地后再將原始信號(hào)從高頻信號(hào)上取出來(lái)；起搭載作用的高頻信號(hào)稱為載波，猶如運(yùn)輸貨物的車輛，原始信號(hào)猶如貨物；將原始信號(hào)搭載在高頻載波上的過(guò)程稱為調(diào)制--相當(dāng)于貨物裝車；在接收端將原始信號(hào)從高頻信號(hào)上取出來(lái)的過(guò)程稱為解調(diào)制、簡(jiǎn)稱解調(diào)--相當(dāng)于貨物運(yùn)到后卸貨。而用低頻信號(hào)控制高頻信號(hào)參數(shù)--調(diào)制后的波形稱為調(diào)制波。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制39將數(shù)字信號(hào)搭載在高頻載波信號(hào)上而形成調(diào)制波的設(shè)備稱為調(diào)制器，從調(diào)制波上分離出原始信號(hào)的設(shè)備稱為解調(diào)器，調(diào)制器、解調(diào)器實(shí)現(xiàn)的是一對(duì)相反的變換，實(shí)用中，將調(diào)制器與解調(diào)器合成一體，稱為調(diào)制解調(diào)器(Modem)，既能實(shí)現(xiàn)把數(shù)字信號(hào)調(diào)制為高頻模擬信號(hào)，又能實(shí)現(xiàn)從高頻模擬信號(hào)中分離出原始數(shù)字信號(hào)。網(wǎng)絡(luò)通信中，用調(diào)制解調(diào)器、模擬通信網(wǎng)絡(luò)(電話網(wǎng))進(jìn)行遠(yuǎn)程通信的例子如圖所示。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制40數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬模擬信道上發(fā)送時(shí)必須先把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬化，模擬是借助于載波實(shí)現(xiàn)的。載波信號(hào)可以表示為余弦波形式：f(t)=Acos(ωt+φ)。頻率、幅值和相位是余弦波形函數(shù)的三個(gè)重要特征，把一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號(hào)，就是用一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)控制周期信號(hào)的幅度、頻率或相位。根據(jù)數(shù)字信號(hào)對(duì)幅度、頻率或是相位進(jìn)行控制。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬編碼分為：幅移鍵控法；頻移鍵控法；相移鍵控法41幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）ASK是通過(guò)改變載波信號(hào)的幅度值表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”，以幅度A1表示數(shù)字信號(hào)的“1”，用載波幅度A2表示數(shù)字信號(hào)的“0”（通常A1取1，A2取0），而載波信號(hào)的參數(shù)f和φ恒定。頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）FSK是通過(guò)改變載波信號(hào)頻率的方法表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”，用f1表示數(shù)字信號(hào)“1”，用f2表示數(shù)字信號(hào)“0”，而載波信號(hào)的A和φ不變。相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）PSK是通過(guò)改變載波信號(hào)的相位值表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”，而載波信號(hào)的A和f不變。PSK包括兩種類型：絕對(duì)調(diào)相絕對(duì)調(diào)相使用相位的絕對(duì)值，φ為0表示數(shù)字信號(hào)“1”，、φ為π表示數(shù)字信號(hào)“0”。相對(duì)調(diào)相相對(duì)調(diào)相使用相位的相對(duì)偏移值，當(dāng)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為0時(shí)，相位不變化，而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)為1時(shí)，相位要偏移π。42數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制示例43多相調(diào)制ASK、FSK和PSK都是最基本的調(diào)制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力差，調(diào)制速率不高，為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，也可以采用多相調(diào)制的方法。例如，將待發(fā)送的數(shù)字信號(hào)按2個(gè)比特一組的方式組織，因?yàn)?個(gè)比特可以有4種組合方式，即“00、01、10、11”四個(gè)碼元，所以用4個(gè)不同的相位值就可以表示出這4組組合。在調(diào)相信號(hào)傳輸過(guò)程中，相位每改變一次，傳送兩個(gè)二進(jìn)制比特，這種調(diào)制方法就稱為四相相移鍵控。44混合調(diào)相為了達(dá)到更高的信息傳輸速率，采用多元制的振幅相位混合調(diào)制技術(shù)，比如正交振幅調(diào)制QAM（QuadratureAmplitudeModulation），它不但使用相位，而且還使用幅度：8-QAM使用了幅度與相位的8種組合，由于使用3個(gè)比特可以表示8種組合，因此，每一種組合代表一個(gè)碼元，每個(gè)碼元3個(gè)比特。16-QAM的幅度和相位有16種組合，每個(gè)組合代表一個(gè)碼元，每個(gè)碼元4個(gè)比特。45模擬數(shù)據(jù)的調(diào)制在模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信源的信息經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換，形成電信號(hào)，比如人說(shuō)話的聲音經(jīng)過(guò)電話轉(zhuǎn)變?yōu)槟M的電信號(hào)，這也是模擬數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)。模擬數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)具有比較低的頻率，不宜直接在信道中傳輸，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將信號(hào)搬移到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)，接收端將接收的已調(diào)信號(hào)再搬回到原來(lái)信號(hào)的頻率范圍內(nèi)，恢復(fù)成原來(lái)的消息，比如無(wú)線電廣播。46模擬數(shù)據(jù)的編碼脈沖編碼調(diào)制PCM（PulseCodeModulation）是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法。由于數(shù)字信號(hào)傳輸失真小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸速率高，因此在網(wǎng)絡(luò)中除計(jì)算機(jī)直接產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)外，語(yǔ)音、圖像信息必須數(shù)字化才能經(jīng)計(jì)算機(jī)處理。PCM技術(shù)的典型應(yīng)用是語(yǔ)音數(shù)字化。在發(fā)送端通過(guò)PCM編碼器將語(yǔ)音數(shù)據(jù)變換為數(shù)字化的語(yǔ)音信號(hào)，通過(guò)通信信道傳送到接收方，接收方再通過(guò)PCM解碼器還原成模擬語(yǔ)音信號(hào)。數(shù)字化語(yǔ)音數(shù)據(jù)傳輸速率高、失真小，可以存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行必要的處理。因此在網(wǎng)絡(luò)與通信的發(fā)展中語(yǔ)音數(shù)字化成為重要的部分。47PCM編碼的典型應(yīng)用48PCM的工作原理脈沖編碼調(diào)制（語(yǔ)音信號(hào)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)）經(jīng)過(guò)三個(gè)步驟：：采樣、量化和編碼。采樣每隔一定的時(shí)間間隔，采集模擬信號(hào)的瞬時(shí)電平值做為樣本，表示模擬數(shù)據(jù)在某一區(qū)間隨時(shí)間變化的值。采樣定理：如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。量化量化是將取樣樣本幅度按量化級(jí)決定取值的過(guò)程。量化級(jí)可以分為8級(jí)、16級(jí)，或者更多的量化級(jí)，這取決于系統(tǒng)的精確度要求。編碼編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級(jí)。49PCM的工作過(guò)程50PCM工作步驟舉例說(shuō)明

原始模擬信號(hào)

模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼51(1)采樣根據(jù)采樣頻率，隔一定的時(shí)間間隔采集模擬信號(hào)的值，得到一系列模擬值，如圖所示對(duì)模擬信號(hào)采樣

52(2)量化將采樣得到的模擬值按一定的量化級(jí)（本例采用16級(jí)）進(jìn)行"取整"，得到一系列離散值，如圖所示對(duì)采樣值量化

53(3)編碼:將量化后的離散值數(shù)字化，得到一系列二進(jìn)制值；然后將二進(jìn)制值進(jìn)行編碼，得到數(shù)字信號(hào),如圖將量化編碼

54經(jīng)過(guò)上面的處理過(guò)程，原來(lái)的模擬信號(hào)經(jīng)PCM編碼后得到如圖所示的系列二進(jìn)制數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)的PCM編碼

模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼55PCM轉(zhuǎn)換過(guò)程舉例

PCM脈沖（有量化誤差）

語(yǔ)音信號(hào)011100011011001100

PCM輸出3433140111000110110011003.23.92.83.41.24.2

PAM脈沖56PCM是現(xiàn)代電話系統(tǒng)的核心。對(duì)于一個(gè)聲音信道：帶寬為4kHz，采樣頻率為8000Hz（采樣時(shí)間為125us），若量化級(jí)為128級(jí)，一條數(shù)字線路的數(shù)據(jù)傳輸速率為多少才能不失真地傳輸聲音？若量化級(jí)為256級(jí)，數(shù)據(jù)傳輸速率又為多少？

解：(1)量化級(jí)為128級(jí)，則需要7位二進(jìn)制編碼

所以，傳輸速率應(yīng)該是8000次×7bit/1秒=56Kbps

(2)若量化級(jí)為256級(jí)，則需要8位二進(jìn)制編碼

所以，傳輸速率應(yīng)該是8000次×8bit/1秒=64Kbps

57數(shù)據(jù)交換技術(shù)兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行通信，最簡(jiǎn)單的方式是用一條線路直接連接這兩個(gè)設(shè)備，但這往往是不現(xiàn)實(shí)的，尤其在兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的設(shè)備之間不可能有直接的連線，它們是通過(guò)通信子網(wǎng)建立連接的。通信子網(wǎng)由傳輸線路和中間節(jié)點(diǎn)組成，當(dāng)信源和信宿間沒有線路直接相連時(shí)，信源發(fā)出的數(shù)據(jù)先到達(dá)與之相連的中間節(jié)點(diǎn)，再?gòu)脑撝虚g節(jié)點(diǎn)傳到下一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)信宿，這個(gè)過(guò)程稱為交換，就好像兩個(gè)電話用戶間進(jìn)行通話必須經(jīng)由電話交換機(jī)轉(zhuǎn)接一樣。按所使用的數(shù)據(jù)劃分技術(shù)，交換技術(shù)有三種：電路交換、報(bào)文交換和分組交換。2005年5月58蕪湖信息技術(shù)職業(yè)學(xué)院計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)1電路交換電路交換要求在通信的雙方之間建立起一條實(shí)際的物理通路，并且在整個(gè)通信過(guò)程中，這條通路被獨(dú)占。兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來(lái)。

595部電話機(jī)兩兩相連，需10對(duì)電線。N部電話機(jī)兩兩相連，需N(N–1)/2對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。

60使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來(lái)完成全網(wǎng)的交換任務(wù)?！?/p>

交換機(jī)61“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義是：轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來(lái)。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)地分配傳輸線路的資源。62電路交換通信的三個(gè)階段電路建立通過(guò)源節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求完成交換網(wǎng)中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)的連接過(guò)程，這個(gè)過(guò)程建立起一條由源節(jié)點(diǎn)到目的節(jié)點(diǎn)傳輸通道。數(shù)據(jù)傳輸電路建立完成后，就可以在這條臨時(shí)的專用電路上傳輸數(shù)據(jù)，通常為全雙工傳輸。電路拆除在完成數(shù)據(jù)傳輸后，源節(jié)點(diǎn)發(fā)出釋放請(qǐng)求信息，請(qǐng)求終止通信，若目的節(jié)點(diǎn)接受釋放請(qǐng)求，則發(fā)回釋放應(yīng)答信息。在電路拆除階段，各節(jié)點(diǎn)相應(yīng)地拆除該電路的對(duì)應(yīng)連接，釋放由該電路占用的節(jié)點(diǎn)和信道資源。6364電路交換的特點(diǎn)呼叫建立時(shí)間長(zhǎng)且存在呼損。電路交換的信道利用率低。對(duì)通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。適用于實(shí)時(shí)大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。65數(shù)據(jù)交換技術(shù)——存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（StoreandForwardSwitching）報(bào)文存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換報(bào)文分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換數(shù)據(jù)報(bào)虛電路66報(bào)文交換報(bào)文交換的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文，報(bào)文就是站點(diǎn)一次要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長(zhǎng)度不限。當(dāng)一個(gè)站要發(fā)送報(bào)文時(shí)，它將一個(gè)目的地址附加到報(bào)文上，網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)根據(jù)報(bào)文上的目的地址信息，把報(bào)文發(fā)送到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)，一直逐個(gè)結(jié)點(diǎn)地轉(zhuǎn)送到目的結(jié)點(diǎn)。每個(gè)結(jié)點(diǎn)在收到整個(gè)報(bào)文并檢查無(wú)誤后，就暫存這個(gè)報(bào)文，然后利用路由信息找出下一個(gè)結(jié)點(diǎn)的地址，再把整個(gè)報(bào)文傳送給下一個(gè)結(jié)點(diǎn)。因此，端與端之間無(wú)需先通過(guò)呼叫建立連接。ADCB發(fā)送報(bào)文傳輸?shù)却?發(fā)送傳輸?shù)却?發(fā)送傳輸67報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)：（1）“存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)”；（2）不獨(dú)占線路，多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)可以通過(guò)存儲(chǔ)和排隊(duì)共享一條線路；（3）無(wú)線路建立的過(guò)程，提高了線路的利用率；（4）可以支持多點(diǎn)傳輸（一個(gè)報(bào)文傳輸給多個(gè)用戶，在報(bào)文中增加“地址字段”，中間結(jié)點(diǎn)根據(jù)地址字段進(jìn)行復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)）；報(bào)文交換的不足之處：（1）由于“存儲(chǔ)－轉(zhuǎn)發(fā)”和排隊(duì)，增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t；（2）報(bào)文長(zhǎng)度未作規(guī)定，報(bào)文只能暫存在磁盤上，磁盤讀取占用了額外的時(shí)間；（3）任何報(bào)文都必須排隊(duì)等待：不同長(zhǎng)度的報(bào)文要求不同長(zhǎng)度的處理和傳輸時(shí)間，即使非常短小的報(bào)文（例如：交互式通信中的會(huì)話信息）；（4）報(bào)文交換難以支持實(shí)時(shí)通信和交互式通信的要求。68分組交換分組交換的思想是將一個(gè)大報(bào)文分割成一定長(zhǎng)度的信息單位，稱為分組，并以分組為單位進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。在接收端再將各分組重新組裝成一個(gè)完整的報(bào)文。

P1:H1—A—B—C—H3P2:H1—A—B—E—D—C—H3P3:H1—A—F—C—H369報(bào)文分組交換的原理（一）在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。1101000110101010110101011100010011010010假定這個(gè)報(bào)文較長(zhǎng)不便于傳輸70數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文分組交換的原理（二）每一個(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”71分組交換的原理（三）分組交換網(wǎng)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)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

372分組首部的重要性每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，分組就能傳送到最終目的地。73分組交換的原理（四）接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3收到的數(shù)據(jù)74數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)分組交換的原理（五）最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來(lái)的報(bào)文。這里我們假定分組在傳輸過(guò)程中沒有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒有被丟棄。報(bào)文110100011010101011010101110001001101001075分組交換分組交換屬于“存儲(chǔ)/轉(zhuǎn)發(fā)”交換，它不像報(bào)文交換以報(bào)文為單位進(jìn)行交換、傳輸，而是以更短的、標(biāo)準(zhǔn)的“報(bào)文分組”（Packet）為單位進(jìn)行交換傳輸。分組交換又分為數(shù)據(jù)報(bào)交換和虛電路交換。76數(shù)據(jù)報(bào)分組交換交換網(wǎng)把進(jìn)網(wǎng)的任一分組都當(dāng)作單獨(dú)的“小報(bào)文”來(lái)處理，而不管它屬于哪個(gè)報(bào)文的分組，就像報(bào)文交換中把一份報(bào)文進(jìn)行單獨(dú)處理一樣。這種分組交換方式簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)報(bào)傳輸方式，作為基本傳輸單位的“小報(bào)文”被稱為數(shù)據(jù)報(bào)（datagram）。77數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的特點(diǎn)同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過(guò)通信子網(wǎng)；同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)或丟失現(xiàn)象；每一個(gè)報(bào)文在傳輸過(guò)程中都必須帶有源節(jié)點(diǎn)地址和目的節(jié)點(diǎn)地址；使用數(shù)據(jù)報(bào)方式時(shí)，數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話式通信。78虛電路分組交換虛電路就是兩個(gè)用戶的終端設(shè)備在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的虛電路傳輸，用戶不需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時(shí)清除連接。虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛的應(yīng)用。79虛電路的特點(diǎn)虛電路在每次報(bào)文分組發(fā)送之前，必須在源節(jié)點(diǎn)與目的節(jié)點(diǎn)之間建立一條邏輯連接，也包括虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆除三個(gè)階段。報(bào)文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需要攜帶虛電路標(biāo)識(shí)號(hào)。報(bào)文分組到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象；報(bào)文分組通過(guò)每個(gè)虛電路上的節(jié)點(diǎn)時(shí)，節(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測(cè)，而不需要做路徑選擇。通信子網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以和任何節(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。80交換技術(shù)的比較不同的交換技術(shù)適用于不同的場(chǎng)合：對(duì)于較輕和間歇式負(fù)載來(lái)說(shuō)，報(bào)文交換是最合適的，可以通過(guò)撥號(hào)線路來(lái)實(shí)行通信；對(duì)于較重和持續(xù)的負(fù)載來(lái)說(shuō)，使用租用的線路以電路交換方式進(jìn)行通信是合適的；對(duì)于必須交換中等到大量數(shù)據(jù)的情況，可用分組交換方法。

⑴

電路交換。在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路。在線路釋放之前，該通路由一對(duì)用戶完全占有。對(duì)于突發(fā)式的通信，電路交換效率不高。⑵報(bào)文交換。報(bào)文從源點(diǎn)傳送到目的地采用“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”方式，在傳送報(bào)文時(shí)，一個(gè)時(shí)刻僅占用一段通道。在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要排隊(duì)，故報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。⑶分組交換。交換方式和報(bào)文交換方式相類似，但報(bào)文被分成分組傳送，并規(guī)定了最大的分組長(zhǎng)度。81三種交換的比較ABCDABCDABCD連接建立數(shù)據(jù)傳送連接釋放P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報(bào)文報(bào)文報(bào)文報(bào)文交換電路交換分組交換t報(bào)文P2P182信道復(fù)用技術(shù)信道復(fù)用的目的是讓不同的計(jì)算機(jī)連接到相同的信道上，共享信道資源。四種信道復(fù)用方式：頻分復(fù)用FDM、時(shí)分復(fù)用TDM、波分復(fù)用WDM和碼分復(fù)用。83頻分多路復(fù)用FDMFDM是把信道的可用頻帶分成多個(gè)互不交疊的頻段（帶），每個(gè)信號(hào)占其中一個(gè)頻段。接收時(shí)用適當(dāng)?shù)臑V波器分離出不同信號(hào)，分別進(jìn)行解調(diào)接收。84時(shí)分多路復(fù)用TDMTDM又分為同步時(shí)分復(fù)用（SynchronousTimeDivisionMultiplexing，STDM）和異步時(shí)分復(fù)用（AsynchronousTimeDivisionMultiplexing，ATDM）。85同步時(shí)分復(fù)用STDMSTDM采用固定時(shí)間片分配方式，將傳輸信號(hào)的時(shí)間按特定長(zhǎng)度連續(xù)地劃分成特定時(shí)間段（一個(gè)周期），再將每一時(shí)間段劃分成等長(zhǎng)度的多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號(hào)，各路數(shù)字信號(hào)在每一時(shí)間段都順序分配到一個(gè)時(shí)隙。由于在同步時(shí)分復(fù)用方式中，時(shí)隙預(yù)先分配且固定不變，無(wú)論時(shí)隙擁有者是否傳輸數(shù)據(jù)都占有一定時(shí)隙，形成了時(shí)隙浪費(fèi)，其時(shí)隙的利用率很低。86異步時(shí)分復(fù)用異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)又被稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，它能動(dòng)態(tài)地按需分配時(shí)隙，避免每個(gè)時(shí)間段中出現(xiàn)空閑時(shí)隙。ATDM就是只有當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)才把時(shí)隙分配給它。當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則不給它分配時(shí)隙。電路的空閑時(shí)隙可用于其他用戶的數(shù)據(jù)傳輸。在所有的數(shù)據(jù)幀中，除最后一個(gè)幀外，其他所有幀均不會(huì)出現(xiàn)空閑的時(shí)隙，從而提高了資源的利用率，也提高了傳輸速率。87波分多路復(fù)用WDMWDM主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)。波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。人們借用傳統(tǒng)的載波電話的頻分復(fù)用的概念，可以做到使用一根光纖來(lái)同時(shí)傳輸多個(gè)頻率很接近的光載波信號(hào),提高了光纖的傳輸能力。最初，在一根光纖上只能復(fù)用兩路光載波信號(hào)，隨著技術(shù)的發(fā)展，在一根光纖上復(fù)用的路數(shù)越來(lái)越多?，F(xiàn)在已達(dá)到在一根光纖上復(fù)用80路或更多路數(shù)的光載波信號(hào)，這種復(fù)用方式就是密集波分復(fù)用DWDM(DenseWavelengthDivisionMultiplexing)。88碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用又稱為碼分多址CDMA(CodingDivisionMultiplexingAccess)。CDMA也是一種共享信道的方法，每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用基于碼型的分割信道方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型互不重疊，通信各方之間不會(huì)相互干擾，且抗干擾能力強(qiáng)。89差錯(cuò)控制技術(shù)根據(jù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型，當(dāng)數(shù)據(jù)從信源發(fā)出，經(jīng)過(guò)通信信道傳輸，由于信道總存在著一定的噪聲，數(shù)據(jù)到達(dá)信宿端后，接收的信號(hào)實(shí)際上是數(shù)據(jù)信號(hào)和噪聲信號(hào)的疊加。接收端在取樣時(shí)鐘作用下接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)閾值電平判斷信號(hào)電平。如果噪聲對(duì)信號(hào)的影響非常大時(shí)，就會(huì)造成數(shù)據(jù)的傳輸錯(cuò)誤.90數(shù)據(jù)通信中的實(shí)際情況91通信信道中的噪聲通信信道中的噪聲分為熱噪聲和沖擊噪聲。熱噪聲是由傳輸媒體的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，其特點(diǎn)是時(shí)刻存在，幅度小，干擾強(qiáng)度與頻率無(wú)關(guān)，但頻譜很寬，屬于隨機(jī)噪聲。由熱噪聲引起的差錯(cuò)屬于一種隨機(jī)差錯(cuò)。沖擊噪聲是由外界電磁干擾引起的，與熱噪聲相比，沖擊噪聲的幅度較大，是引起差錯(cuò)的主要原因。沖擊噪聲持續(xù)時(shí)間與數(shù)據(jù)傳輸中每個(gè)比特的發(fā)送時(shí)間相比，可能較長(zhǎng)，因而沖擊噪聲引起的相鄰多個(gè)數(shù)據(jù)位出錯(cuò)呈突發(fā)性。沖擊噪聲引起的傳輸差錯(cuò)稱為突發(fā)差錯(cuò)。92差錯(cuò)類型一位差錯(cuò)（奇偶校驗(yàn)）數(shù)據(jù)單元中僅某一位差錯(cuò)多位差錯(cuò)（CRC校驗(yàn)）數(shù)據(jù)單元中兩位或兩位以上差錯(cuò)突發(fā)差錯(cuò)：（CRC校驗(yàn)）數(shù)據(jù)單元中連續(xù)兩位或兩位以上差錯(cuò)93差錯(cuò)檢測(cè)基本原理

最簡(jiǎn)單的差錯(cuò)控制方法是將每一個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送兩遍。接收方將這兩遍數(shù)據(jù)比較，如有不同，即可認(rèn)定出錯(cuò)了。這樣做將使傳輸速率大大下降。

差錯(cuò)檢測(cè)發(fā)送的碼字=信息位+冗余位（信息位——要發(fā)送的數(shù)據(jù)冗余位——差錯(cuò)控制編碼）接收端收到該碼字后，檢查信息位和附加的冗余位之間的關(guān)系，以檢查傳輸過(guò)程中是否有差錯(cuò)發(fā)生，這個(gè)過(guò)程稱為檢驗(yàn)過(guò)程。一旦傳輸被確認(rèn)無(wú)誤，那些附加的冗余數(shù)位便被自動(dòng)丟棄。最常用的差錯(cuò)控制方法是差錯(cuò)控制編碼。數(shù)據(jù)信息位在向信道發(fā)送之前，先按照某種關(guān)系附加上一定的冗余位，構(gòu)成一個(gè)碼字后再發(fā)送，這個(gè)過(guò)程稱為差錯(cuò)控制編碼過(guò)程，這種技術(shù)之所以被稱為“冗余校驗(yàn)技術(shù)”。941.奇偶校驗(yàn)

(ParityCheck)最簡(jiǎn)單、實(shí)用的差錯(cuò)校驗(yàn)編碼方法就是奇偶校驗(yàn)碼，其基本思想是：通過(guò)增加冗余位使得碼字中“1”的個(gè)數(shù)恒為奇數(shù)或偶數(shù)如，對(duì)101101進(jìn)行奇校驗(yàn)的話，則冗余位是：1

對(duì)101100進(jìn)行奇校驗(yàn)的話，則冗余位是：0

■

垂直奇偶校驗(yàn)

■水平奇偶校驗(yàn)

■水平垂直奇偶校驗(yàn)常用檢錯(cuò)碼95

1）垂直奇/偶校驗(yàn)碼原理：其信息字段以字符為單位，校驗(yàn)字段僅含一個(gè)比特稱為校驗(yàn)位,校驗(yàn)位的取值使整個(gè)碼字包括校驗(yàn)位中為1的比特個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。

如果采用奇校驗(yàn)，發(fā)送端發(fā)送一個(gè)字符編碼（含校驗(yàn)位共8位），“1”的個(gè)數(shù)一定為奇數(shù)個(gè)，接收端對(duì)8個(gè)二進(jìn)位中“1”的個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，若為偶數(shù)個(gè)則表明發(fā)生差錯(cuò)。如右圖所示。編碼效率：R=p/(p+1),如果p取8的話，效率為8/9發(fā)送順序冗余位信息位962）水平奇/偶校驗(yàn)碼（組校驗(yàn)）

將若干個(gè)字符組織成一個(gè)信息塊，對(duì)信息塊的字符對(duì)應(yīng)的位分別進(jìn)行奇偶校驗(yàn)

無(wú)論是垂直、還是水平奇偶校驗(yàn)，校驗(yàn)碼只有一位，“0”、“1”兩種取值，如果一列(或一行)傳輸代碼中有偶數(shù)位(2、4、或6)比特出錯(cuò)，該列代碼求和仍與校驗(yàn)碼相同，接收方視為傳輸正確，即奇偶校驗(yàn)碼不能檢出偶數(shù)位出錯(cuò)，只能檢測(cè)出奇數(shù)位(1、3、5或7)出錯(cuò)。一般認(rèn)為奇數(shù)位出錯(cuò)的概率與偶數(shù)位出錯(cuò)的概率相同，則奇偶校驗(yàn)碼的漏檢率高達(dá)50%。973）水平垂直奇/偶校驗(yàn)碼（方陣校驗(yàn)）

單獨(dú)使用垂直奇偶校驗(yàn)或水平奇偶校驗(yàn)，差錯(cuò)漏檢率都是50%，水平校驗(yàn)還要復(fù)雜一些，并無(wú)實(shí)際意義。但將兩種方法結(jié)合使用，則不但漏檢率會(huì)大為下降，有時(shí)還可以確定出錯(cuò)比特的位置，從而糾正該錯(cuò)誤。例：4行7列信息組的水平垂直偶校驗(yàn)碼為：發(fā)往線路順序：

01110010|00101011|01010110|10101010|10100101

第1字符

第2字符

第3字符

第4字符

偶校驗(yàn)字符98奇偶校驗(yàn)碼小結(jié)采用奇偶校驗(yàn)法，在每個(gè)字符的數(shù)據(jù)位傳輸之前，先檢測(cè)并計(jì)算奇偶校驗(yàn)位，然后將其附加在后；接收機(jī)重新計(jì)算收到字符的奇偶校驗(yàn)位，并確定該字符是否出現(xiàn)傳輸差錯(cuò)；若每個(gè)字符只采用一個(gè)奇偶校驗(yàn)位時(shí)，只能發(fā)現(xiàn)單個(gè)比特差錯(cuò)，如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上比特出錯(cuò)，奇偶校驗(yàn)位無(wú)效；異步傳輸和面向字符的同步傳輸均采用奇偶校驗(yàn)技術(shù)；992循環(huán)冗余校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，被廣泛的應(yīng)用于異步通信中。與基于加法的奇偶校驗(yàn)不同，循環(huán)冗余校驗(yàn)編碼是通過(guò)多項(xiàng)式除法檢測(cè)錯(cuò)誤的。即在CRC中，不是把二進(jìn)制數(shù)位相加來(lái)獲得一個(gè)所需的奇偶數(shù)位，而是在數(shù)據(jù)單元（比如一個(gè)字節(jié)）的后面附加一個(gè)稱為“循環(huán)冗余碼”或“CRC余數(shù)”的冗余數(shù)位串，使該數(shù)據(jù)單元可被另一個(gè)預(yù)先給定的二進(jìn)制數(shù)完全除盡。接收端將所接收的數(shù)據(jù)單元用同樣的G(x)除多項(xiàng)式如果無(wú)余數(shù)，則可認(rèn)為所接收的數(shù)據(jù)單元正確無(wú)誤，如果有余數(shù)，則認(rèn)定該數(shù)據(jù)單元已有差錯(cuò)。方法是將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)位串看成系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式，如位串10011可表示為f(x)=x4+x+1.發(fā)送前收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)(其最高階和最低階系數(shù)必為1)，發(fā)送方在數(shù)據(jù)位串的末尾加上校驗(yàn)和，使帶校驗(yàn)和的位串多項(xiàng)式能被G(x)整除。當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的比特出錯(cuò)時(shí)，一種最有效的冗余校驗(yàn)技術(shù)-循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。100模2運(yùn)算0+0=0 0+1=1 1+0=1 1+1=00-0=0 0-1=1 1-0=1 1-1=011010011101001+0000000101示例:“循環(huán)冗余碼”的產(chǎn)生

“循環(huán)冗余碼”的產(chǎn)生使用所謂“模2”除法——按位作異或運(yùn)算。右圖為其過(guò)程示意。生成的碼字：100100001102常用的“循環(huán)冗余碼”生成多項(xiàng)式已有三個(gè)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)：

CRC-12=x12+x11+x3+x2+x+1

（13位除數(shù)：1100000001111）

CRC-16=x16+x15+x2+1

（17位除數(shù)：11000000000000101）

CRC-ITU=x16+x12+x5+1（ITU-國(guó)際電信聯(lián)盟）（17位除數(shù)：10001000000100001）

另外還有（在若干網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中被規(guī)定為選件）：

CRC-32=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1

（33位除數(shù)：100000100110000010001110110110111）

常用生成多項(xiàng)式(除數(shù))

103循環(huán)冗余碼的產(chǎn)生假設(shè)給定除數(shù)的位數(shù)是n+1，首先在數(shù)據(jù)單元的末尾加上n個(gè)0。用二進(jìn)制除法將加長(zhǎng)后的數(shù)據(jù)單元除以給定除數(shù)，得到的余數(shù)即為循環(huán)冗余編碼（CRC）。104碼字

傳送線路上的數(shù)據(jù)單元

用以上獲得的n位CRC碼替換數(shù)據(jù)單元附加的n個(gè)0，然后傳送。如余數(shù)為0（被整除了），則以n位0為CRC碼（即不作替換）。如果余數(shù)位數(shù)小于n，則最左邊的不足位數(shù)用0填充。105

差錯(cuò)檢測(cè)

接收方收到數(shù)據(jù)單元和CRC后，將整個(gè)碼字除以給定除數(shù)（同生成CRC用的除數(shù)）。如果到達(dá)的數(shù)據(jù)沒有差錯(cuò)，接收方CRC校驗(yàn)器產(chǎn)生的余數(shù)應(yīng)是0，數(shù)據(jù)被接收，如果產(chǎn)生的余數(shù)非0則被拒收。1061、若G(x)為r階，原始數(shù)據(jù)為m位，其多項(xiàng)式為M(x)，則在原始數(shù)據(jù)后面添加r個(gè)0，實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)為m+r位，相應(yīng)多項(xiàng)式為xrM(x)。2、按模2除法用對(duì)應(yīng)于G(x)的位串去除對(duì)應(yīng)于xrM(x)的位串。3、按模2加法把xrM(x)的位串與余數(shù)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗(yàn)和的數(shù)據(jù)多項(xiàng)式T(x)。例，要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1101011011，生成多項(xiàng)式G(x)=x4+x+1,則實(shí)際傳輸?shù)奈淮疄椋杭碩(x)=?107例1取G（X）＝X4+X+1，假設(shè)欲發(fā)送的一段信息101100110，問(wèn)在線路上傳輸?shù)拇a字是？

101011000100111011001100000100111010110011110101001110010100111000解：由G（X）＝X4+X+1得生成的碼字為：10011，r為4原始信息101100110對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式

M(x)=X8+X6+X5+X2+X,Xr*M(x)=X4*(X8+X6+X5+X2+X)=X12+X10+X9+X6+X5,則Xr*M(x)對(duì)應(yīng)的碼字為：1011001100000用對(duì)應(yīng)的G（X）的碼字去除對(duì)應(yīng)的XrM(x)的位串得余數(shù)為1000.把XrM(x)位串與余數(shù)相加就是實(shí)際要傳送的碼字，為：1011001101000108例2仍取G(x)=X4+X+1，如果接收端收到的碼字為1001011110010，問(wèn)傳輸過(guò)程中有無(wú)出錯(cuò)?

100011101100111001011110010100111111110011110001001110110100111011010011101109例3.已知：接收碼字:1100111001多項(xiàng)式:T(X)=X9+X8+X5+X4+X3+1

生成多項(xiàng)式:G(X)=X4+X3+1(r=4)

求：碼字的正確性。若正確，則指出冗余碼和信息碼。

100001←Q(X)

G(x)→11001)1100111001←F(X)*Xr＋R(x)

11001

，

11001

11001

0←S(X)(余數(shù))解：1)用字碼除以生成碼，余數(shù)為0，所以碼字正確。

2)因r=4，所以冗余碼是：1001，信息碼是:110011110循環(huán)冗余碼CRC小結(jié)CRC是一種較為復(fù)雜的校驗(yàn)方法，它先將要發(fā)送的信息數(shù)據(jù)與一個(gè)通信雙方共同約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運(yùn)算，并根據(jù)余數(shù)得出一個(gè)校驗(yàn)碼，然后將這個(gè)校驗(yàn)碼附加在信息數(shù)據(jù)幀之后發(fā)送出去。接收端接收數(shù)據(jù)后，將包括校驗(yàn)碼在內(nèi)的數(shù)據(jù)幀再與約定的數(shù)據(jù)進(jìn)行除法運(yùn)算，若余數(shù)為“0”，就表示接收的數(shù)據(jù)正確，若余數(shù)不為“0”，則表明數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中出錯(cuò)。111補(bǔ)充題：1.在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，碼元速率為600波特，數(shù)據(jù)速率為1200bps，則信號(hào)取幾種不同的狀態(tài)？若要使得碼元速率與數(shù)據(jù)速率相等，則信號(hào)取幾種狀態(tài)？（請(qǐng)給出公式與計(jì)算步驟）2.在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，若接收方收到發(fā)送方送來(lái)的信息為10110011010，生成多項(xiàng)式為G（x）=X4+X3+1,

接收方收到的數(shù)據(jù)是否正確？（請(qǐng)寫出判斷依據(jù)及推演過(guò)程）3.簡(jiǎn)述同步傳輸與異步傳輸?shù)漠愅?.比較數(shù)字通信方式與模擬通信方式的優(yōu)缺點(diǎn)。112接收方用校驗(yàn)碼檢測(cè)出錯(cuò)誤后，如何糾正？有兩種方式：一類是自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ，另一類是前向糾錯(cuò)FEC①自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)(ARQ,AutomaticRepeatRequest）

——自動(dòng)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)并要求對(duì)方重發(fā)②正向糾錯(cuò)(FEC,ForwardErrorCorrection）

——自動(dòng)發(fā)現(xiàn)并糾正錯(cuò)誤ARQ只需檢錯(cuò)碼，編碼效率高，設(shè)備簡(jiǎn)單，但要求雙向信道，發(fā)送方要有數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。FEC要用糾錯(cuò)碼，編碼效率低，設(shè)備復(fù)雜，但實(shí)時(shí)性好，只需單向信道。

數(shù)據(jù)通信中使用更多的還是ARQ差錯(cuò)控制方式。FEC常用于沒有反向信道發(fā)送請(qǐng)求重發(fā)信息（如單工傳輸）或重發(fā)不經(jīng)濟(jì)的場(chǎng)合（如衛(wèi)星傳輸）。113DATA0ACKACKACKDATA2DATA1協(xié)議算法等待；將收到的數(shù)據(jù)幀上交主機(jī)；發(fā)送應(yīng)答信息；轉(zhuǎn)到第一步發(fā)出一幀；等待；直到收到ACK才發(fā)送下一幀發(fā)送方接收方停止等待ARQ協(xié)議-半雙工通信（1）發(fā)送方發(fā)送一塊數(shù)據(jù)后，就停止發(fā)送動(dòng)作，開始計(jì)時(shí)，等待接收方的反饋結(jié)果。（2）發(fā)送方僅當(dāng)收到正確的接收確認(rèn)之后，才繼續(xù)發(fā)送后繼塊數(shù)據(jù)；（3）如果接到否定確認(rèn)，或者計(jì)時(shí)器超時(shí)，重新傳送本數(shù)據(jù)塊。工作過(guò)程⑴自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求114停止等待ARQ協(xié)議ABDATA0送主機(jī)ACKDATA1送主機(jī)ACK(a)正常情況ABDATA0DATA0送主機(jī)ACK(c)數(shù)據(jù)幀丟失重傳tout丟失！ABDATA0送主機(jī)ACKDATA0丟棄ACK(d)確認(rèn)幀丟失重傳tout丟失！ABDATA0NAKDATA0送主機(jī)ACK(b)數(shù)據(jù)幀出錯(cuò)重傳出錯(cuò)四種情況115連續(xù)ARQ協(xié)議-全雙工通信提示停止等待ARQ協(xié)議的信道利用率不高。解決思路允許發(fā)送方不等確認(rèn)幀返回就連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀——連續(xù)ARQ協(xié)議的基本思想。連續(xù)ARQ協(xié)議的基本原理允許發(fā)送方不等確認(rèn)幀返回就連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀。接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀，不按序號(hào)到來(lái)的幀被丟棄。確認(rèn)幀中包含著期望下次收到的幀的序號(hào)。在發(fā)送端發(fā)送完一幀后都要設(shè)置該幀的超時(shí)計(jì)時(shí)器。允許多少幀？這要引入一定的技術(shù)（算法）加以控制116連續(xù)ARQ協(xié)議的工作原理

DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳DATA2重傳DATA3ACK1ACK2ACK1確認(rèn)DATA0ACK2確認(rèn)DATA1DATA2出錯(cuò)，丟棄DATA3不按序，丟棄，重傳ACK2DATA4不按序，丟棄，重傳ACK2DATA5不按序，丟棄，重傳ACK2ACK3ACK3確認(rèn)DATA2ACK4確認(rèn)DATA3ACK4重傳DATA5重傳DATA4超時(shí)重傳時(shí)間ABtout送交主機(jī)送交主機(jī)…??ACK2ACK2ACK2117(1)接收端只按序接收數(shù)據(jù)幀。雖然在有差錯(cuò)的2號(hào)幀之后接著又收到了正確的3個(gè)數(shù)據(jù)幀，但接收端都必須將這些幀丟棄，因?yàn)樵谶@些幀前面有一個(gè)2號(hào)幀還沒有收到。雖然丟棄了這些不按序的無(wú)差錯(cuò)幀，但應(yīng)重復(fù)發(fā)送已發(fā)送過(guò)的最后一個(gè)確認(rèn)幀（防止確認(rèn)幀丟失）。(2)ACK1表示確認(rèn)0號(hào)幀DATA0，并期望下次收到1號(hào)幀；ACK2表示確認(rèn)1號(hào)幀DATA1，并期望下次收到2號(hào)幀。依此類推。

DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳DATA2重傳DATA3ACK1ACK2ACK1確認(rèn)DATA0ACK2確認(rèn)DATA1DATA2出錯(cuò)，丟棄DATA3不按序，丟棄，重傳ACK2DATA4不按序，丟棄，重傳ACK2DATA5不按序，丟棄，重傳ACK2ACK3ACK3確認(rèn)DATA2ACK4確認(rèn)DATA3ACK4重傳DATA5重傳DATA4超時(shí)重傳時(shí)間ABtout送交主機(jī)送交主機(jī)…??ACK2ACK2ACK2118(3)結(jié)點(diǎn)在每發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀時(shí)都要設(shè)置該幀的超時(shí)計(jì)時(shí)器。如果在所設(shè)置的超時(shí)時(shí)間內(nèi)收到確認(rèn)幀，就立即將超時(shí)計(jì)時(shí)器清零。但若在所設(shè)置的超時(shí)時(shí)間到了而未收到確認(rèn)幀，就要重傳相應(yīng)的數(shù)據(jù)幀（仍需重新設(shè)置超時(shí)計(jì)時(shí)器）。在等不到2號(hào)幀的確認(rèn)而重傳2號(hào)數(shù)據(jù)幀時(shí)，雖然結(jié)點(diǎn)A已經(jīng)發(fā)完了5號(hào)幀，但仍必須向回走，將2號(hào)幀及其以后的各幀全部進(jìn)行重傳。連續(xù)ARQ又稱為Go-back-NARQ，意思是當(dāng)出現(xiàn)差錯(cuò)必須重傳時(shí)，要向回走N個(gè)幀，然后再開始重傳。

DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5重傳DATA2重傳DATA3ACK1ACK2ACK1確認(rèn)DATA0ACK2確認(rèn)DATA1DATA2出錯(cuò)，丟棄DATA3不按序，丟棄，重傳ACK2DATA4不按序，丟棄，重傳ACK2DATA5不按序，丟棄，重傳ACK2ACK3ACK3確認(rèn)DATA2ACK4確認(rèn)DATA3ACK4重傳DATA5重傳DATA4超時(shí)重傳時(shí)間ABtout送交主機(jī)送交主機(jī)…??ACK2ACK2ACK2119選擇重傳ARQ協(xié)議

GO-BACK-N可能將已正確傳送到目的方的幀再重傳一遍，這顯然是一種浪費(fèi)。另一種效率更高的策略是當(dāng)接收方發(fā)現(xiàn)某幀出錯(cuò)后，其后繼續(xù)送來(lái)的正確的幀雖然不能立即遞交給接收方的高層，但接收方仍可收下來(lái)，存放在緩沖區(qū)中，同時(shí)要求發(fā)送方重新傳送出錯(cuò)的那一幀。一旦收到重新傳來(lái)的幀后，就可以和已存于緩沖區(qū)中的其余幀一并按正確的順序遞交高層。這種方法稱為選擇重發(fā)，其工作過(guò)程如圖所示。圖中2號(hào)幀的否認(rèn)返回信息NAK2要求發(fā)送方選擇重發(fā)2號(hào)幀。顯然，選擇重發(fā)減少了浪費(fèi)，但要求接收方有足夠大的緩沖區(qū)空間。選擇重發(fā)ARQ原理示意120理論上，自動(dòng)糾正每一個(gè)二進(jìn)制代碼的傳輸差錯(cuò)是可以做到的。但糾錯(cuò)碼比檢錯(cuò)碼復(fù)雜得多，而且需要更多的冗余位。用于多位或突發(fā)差錯(cuò)糾錯(cuò)的位數(shù)太大的，以致大部分情況下，將使編碼效率低到不可接受的程度。為此，大部分糾錯(cuò)碼只限于處理1位、2位或3位差錯(cuò)。在數(shù)據(jù)通信中，最常用的糾錯(cuò)碼是所謂“漢明碼”(HammingCode），是貝爾實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家R.W.Hamming

于1950年提出的，主要用來(lái)糾正1位差錯(cuò)。（2）海明碼1211位差錯(cuò)的糾錯(cuò)

奇偶校驗(yàn)可以檢測(cè)出1位差錯(cuò)的情況，方法是加上一個(gè)冗余的奇校驗(yàn)位或偶校驗(yàn)位。糾錯(cuò)則需確定其中哪位有差錯(cuò)。如果要確定一個(gè)ASCII字符（7位）中的某位差錯(cuò)，此時(shí)需要區(qū)別8種情況：沒差錯(cuò)，第1位錯(cuò)，第2位錯(cuò)，…，第7位錯(cuò)。于是，需要3個(gè)冗余位來(lái)表示8種不同的狀態(tài)（000-111）。實(shí)際上，3位冗余是不夠的。因?yàn)?，冗余位本身也可能出現(xiàn)差錯(cuò)！122糾錯(cuò)碼

ErrorCorrection123冗余位

如何計(jì)算為m位數(shù)據(jù)糾錯(cuò)時(shí)所需的冗余位數(shù)r呢?此時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目偽粩?shù)是m+r，且要求r必須能夠至少表示m+r+1種狀態(tài)。其中，一種狀態(tài)表示無(wú)差錯(cuò)，m+r

種狀態(tài)分別表示在m+r

位每個(gè)位置上發(fā)生的差錯(cuò)。由于r

位二進(jìn)制數(shù)可以表示2r種不同的狀態(tài),所以，2r必須大于或等于m+r+1。

2r≥m+r+1

如果m=7（ASCII代碼），則能滿足上式的最小r

值是4。因?yàn)椋?/p>

24≥7+4+1124數(shù)據(jù)位數(shù)

m與冗余位數(shù)

r的關(guān)系

數(shù)據(jù)位數(shù)（m）冗余位數(shù)（r）總位數(shù)（m+r）12345672333444356791011下表為一些可能的

m

值及其對(duì)應(yīng)的

r

值。125糾錯(cuò)原理

冗余位的定位漢明碼可用于任何長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)塊，并利用了上面討論的數(shù)據(jù)位數(shù)和冗余位數(shù)的關(guān)系。例如，一個(gè)7位ASCII碼要求4個(gè)冗余位，它們可以附加在數(shù)據(jù)位的后面，亦可散布在數(shù)據(jù)位之中。下圖中，各冗余位處于第1、2、4、8位（2的n次方處），分別用r1，r2，r4，r8表示。126確定冗余位的位置

在漢明碼中，每一個(gè)r位都是一組數(shù)據(jù)位的奇偶校驗(yàn)碼。用于計(jì)算7數(shù)據(jù)位4個(gè)r值（奇偶校驗(yàn)碼）的方案是：

r1:

第1，3，5，7，9，11位

r2:

第2，3，6，7，10，11位

r3:

第4，5，6，7位

r4:

第8，9，10，11位127r1和r2值的計(jì)算

128r4和r8值的計(jì)算

129

糾錯(cuò)碼的計(jì)算為了搞清楚這種技術(shù)后面的竅門，不妨看看每一數(shù)位的位置號(hào)（用二進(jìn)制表示）。r1位使用的是所有位置號(hào)右側(cè)為1開頭的數(shù)位。r2使用的是所有位置號(hào)第2位為1的數(shù)位，以此類推。130示例：各r位值的計(jì)算

假設(shè)使用偶校驗(yàn)。131假設(shè)上述數(shù)據(jù)發(fā)送后，接收端收到的:10010100101（第7位差錯(cuò)）。此時(shí)接收端取出接收結(jié)果，并使用與發(fā)送端相同的方法計(jì)算出一組新的奇偶校驗(yàn)碼。然后將這些奇偶校驗(yàn)碼按r的順序（r8,r4,r2,r1）組成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)。本例中，組成的二進(jìn)制數(shù)是0111（十進(jìn)制數(shù)7），這就是準(zhǔn)確的差錯(cuò)位置。一旦找出差錯(cuò)位，接收端即可將該位的值反轉(zhuǎn)，以糾正差錯(cuò)。檢錯(cuò)與糾錯(cuò)1132傳輸媒體（傳輸介質(zhì)）有線通信無(wú)線通信雙絞線同軸電纜光纖無(wú)線電短波通信地面微波接力通信紅外線和激光衛(wèi)星通信VSAT衛(wèi)星通信133有線銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護(hù)套層內(nèi)導(dǎo)體無(wú)屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP同軸電纜1341雙絞線無(wú)屏蔽雙絞線（四對(duì)線芯）135平行導(dǎo)線的噪聲效應(yīng)如果兩條導(dǎo)線互相平行，離噪聲源（如電動(dòng)機(jī)）近的導(dǎo)線中產(chǎn)生的噪聲電平就會(huì)比另一條導(dǎo)線中的更高，從而導(dǎo)致負(fù)載不平衡以及信號(hào)損益。136雙絞線上的噪聲導(dǎo)線絞合并不保證一定能消除噪聲，但是能顯著減弱它的影響。所以“雙絞”的作用是減少相鄰導(dǎo)線的電磁干擾。137雙絞線的分類雙絞線既可以用于音頻傳輸，也可以用于數(shù)據(jù)傳輸。按雙絞線的性能，目前廣泛應(yīng)用的有五個(gè)不同的等級(jí)，級(jí)別越高性能越好。由于UTP的成本低于STP，所以使用的更廣泛。UTP可以分為六類：l類UTP：主要用于電話連接，通常不用于數(shù)據(jù)傳輸。2類UTP：通常用在程控交換機(jī)和告警系統(tǒng)。ISDN和T1/E1數(shù)據(jù)傳輸也可以采用2類電纜，2類線的最高帶寬為1MHz。3類UTP：又稱為聲音級(jí)電纜，是一類廣泛安裝的雙絞線。3類UTP的阻抗為100歐姆，最高帶寬為16MHz，適合于10Mbps雙絞線以太網(wǎng)和4Mbps令牌環(huán)網(wǎng)的安裝，也能運(yùn)行16Mbps的令牌環(huán)網(wǎng)。4類UTP：最大帶寬為20MHz，其它特性與3類UTP完全一樣，能更穩(wěn)定的運(yùn)行16Mbps令牌環(huán)網(wǎng)。5類UTP：又稱為數(shù)據(jù)級(jí)電纜，質(zhì)量最好。它的帶寬為100MHz，能夠運(yùn)行100Mbps以太網(wǎng)和FDDI，5類UTP的阻抗為100歐姆。5類UTP目前已被廣泛的應(yīng)用。6類UTP ：是一種新型的電纜，最大帶寬可以達(dá)到1000MHz，適用于低成本的高速以太網(wǎng)的骨干線路。電纜上通常印有類別標(biāo)志,如cat5或category5(5類線)

138雙絞線的特點(diǎn)其頻率范圍對(duì)于傳輸數(shù)據(jù)和語(yǔ)音都適用（現(xiàn)在5類非屏蔽雙絞線的傳輸頻率上限可以達(dá)到100MHZ以上）所以模擬傳輸（寬帶信號(hào)）/數(shù)字傳輸（基帶信號(hào)）均可使用單位價(jià)格最低，但每根只能連接一站點(diǎn)，線路總費(fèi)用增加抗高頻干擾能力較差使用雙絞線需在傳輸速率和傳輸距離之間作出選擇139雙絞線聯(lián)網(wǎng)的5-4-3規(guī)則

因?yàn)樾盘?hào)衰減，所以雙絞線最遠(yuǎn)的傳輸距離為100米。超過(guò)100米就需要一個(gè)中繼設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大處理。用雙絞線組網(wǎng)時(shí)，信號(hào)經(jīng)過(guò)的網(wǎng)段最多不能超過(guò)五段，也就是所加的中繼器最多為四個(gè),而且只有三個(gè)段用來(lái)接工作站。140雙絞線的連接HUBRJ-45接頭(水晶頭)141R