第02章-數(shù)據(jù)通信

第2章

數(shù)據(jù)通信與廣域網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)通信的介紹：第一階段：以語言為主，通過人力、馬力、烽火等原始手段傳遞信息。

第二階段：文字、郵政。（增加了信息傳播的手段）第三階段：印刷。（擴大信息傳播范圍）

第四階段：電報、電話、廣播。（進入電器時代）

第五階段：信息時代本章學習要求：掌握：數(shù)據(jù)通信的基本概念了解：傳輸介質(zhì)類型及主要特性了解：無線與衛(wèi)星通信技術(shù)的基本概念掌握：數(shù)據(jù)編碼的類型和基本方法了解：基帶傳輸?shù)幕靖拍钫莆眨侯l帶傳輸?shù)幕靖拍钫莆眨憾嗦窂陀玫姆诸惻c特點掌握：廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)類型與工作原理掌握：差錯控制方法2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念（學習要求：熟練掌握）信息、數(shù)據(jù)與信號之間的關(guān)系2.1.1信息、數(shù)據(jù)與信號（1）數(shù)據(jù)涉及的是事物的表現(xiàn)形式數(shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)兩種形式模擬數(shù)據(jù)是指在某個時間段產(chǎn)生的連續(xù)的值，例如聲音和視頻、溫度和壓力等都是時間的連續(xù)函數(shù)數(shù)字數(shù)據(jù)是指產(chǎn)生的離散的值，例如文本信息和整數(shù)信號是數(shù)據(jù)的表示形式，或稱數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，它使數(shù)據(jù)能以適當?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸信號有模擬信號和數(shù)字信號兩種基本形式傳輸信號的信道也有模擬信道和數(shù)字信道之分

2.1.1信息、數(shù)據(jù)與信號（2）對于數(shù)據(jù)通信而言，被傳輸?shù)亩M制代碼稱為“數(shù)據(jù)”；數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)據(jù)涉及對事物的表示形式，信息涉及對數(shù)據(jù)所表示內(nèi)容的解釋。數(shù)據(jù)通信的任務是傳輸二進制代碼序列，不需要解釋代碼所表示的內(nèi)容。數(shù)據(jù)通信中，習慣稱傳輸?shù)亩M制代碼為“碼元（code）”。數(shù)據(jù)通信—是指在不同計算機之間傳送表示字母、數(shù)字、符號的二進制代碼0、1比特序列的模擬或數(shù)字信號的過程。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號輸入漢字顯示漢字數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機數(shù)據(jù)計算機數(shù)據(jù)編碼標準ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）碼被國際標準化組織ISO接受，成為國際標準ISO646，又稱為國際5號碼;它用于計算機內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中的編碼標準;ASCII碼采用7位二進制比特編碼，可以表示128個字符;字符分為圖形字符與控制字符兩類。圖形字符包括數(shù)字、字母、運算符號、商用符號等。

計算機傳輸信號的概念信號是數(shù)據(jù)在傳輸過程中電信號的表示形式；模擬信號（analogsignal）的信號電平是連續(xù)變化的；數(shù)字信號（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表示；按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘栴愋停ㄐ畔到y(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。

模擬信號與數(shù)字信號波形2.1.2數(shù)據(jù)傳輸類型與通信方式數(shù)據(jù)傳輸類型（取決與通信信道）

—模擬通信

如果通信信道不允許直接傳輸計算機所產(chǎn)生的數(shù)字信號，則需要在發(fā)送端將數(shù)字信號變換模擬信號，在接收端再變回，此過程為調(diào)制解調(diào)。

—數(shù)字通信

如果通信信道允許直接傳輸計算機所產(chǎn)生的數(shù)字信號。數(shù)據(jù)通信三個基本問題（1）數(shù)據(jù)傳輸類型（取決與通信內(nèi)容）模擬傳輸：是指模擬數(shù)據(jù)的傳輸，不關(guān)心所傳輸信號的內(nèi)容，而只關(guān)心盡量減少信號的衰減和噪聲，長距離傳輸時，采用信號放大器放大被衰減的信號，但同時也放大了信號中的噪聲數(shù)字傳輸：是指數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸，關(guān)心信號的內(nèi)容，可以數(shù)字信號傳輸，也可以模擬信號傳輸，長距離傳輸時，采用轉(zhuǎn)發(fā)器，可消除噪聲的累積長距離傳輸時，通常采用的是數(shù)字傳輸數(shù)據(jù)通信方式—按照發(fā)送字節(jié)使用的信道數(shù)分類：串行通信并行通信—按照信號傳送方向與時間的關(guān)系分類：單工通信半雙工全雙工通信數(shù)據(jù)通信三個基本問題（2）串行通信與并行通信串行通信是指將待傳送的每個字符的8位二進制代碼按由低位到高位的順序依次發(fā)送的通信方式；并行通信是指將表示一個字符的8位二進制代碼同時通過8條并行的通信信道發(fā)送的通信方式。單工、半雙工與全雙工通信單工通信的信號只能向一個方向傳輸，不能改變；半雙工通信，信號可以是雙向傳輸，必須交替進行，一個時間一個方向；全雙工通信的信號可以同時雙向傳輸，可以用于單工或半雙工。同步技術(shù)分類（1）同步—指要求通信雙方在時間基準上保持一致。位同步—首先，解決收發(fā)雙方時鐘頻率的一致性問題：要求接收端根據(jù)發(fā)送端數(shù)據(jù)的起止時間和時鐘頻率，來校正自己的時間基準與時鐘頻率，這個過程稱為位同步；—位同步方法：外同步，內(nèi)同步?！馔椒ㄖ赴l(fā)送端在發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號的同時，另外發(fā)送一路同步時鐘信號，接收端根據(jù)接收到的同步時鐘信號校正時間基準與時鐘頻率；—內(nèi)同步法指從自含時鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時鐘的方法。（曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼）數(shù)據(jù)通信三個基本問題（3）同步技術(shù)分類（2）字符同步—保證收發(fā)雙方正確傳輸字符的過程。—字符同步的方法：同步式，異步式?！绞綄⒆址M織成組，以組為單位連續(xù)傳送；加上同步字符SYN，接收端根據(jù)SYN確定數(shù)據(jù)字符的起始與終止?！惒绞矫總€字符作為一個獨立的整體進行發(fā)送，字符之間的時間間隔可以是任意的。每個字符的第一位前加1位起始位（邏輯“1”），字符最后一位后加1、1.5或2位終止位（邏輯“0”）。同步通信和異步通信的區(qū)別同步通信，一列數(shù)據(jù)發(fā)送，傳輸效率高，但要求時鐘嚴格同步；異步通信，一個一個的0,1比特序列，效率低，開銷大，兩個時鐘頻率。2.2傳輸介質(zhì)及主要特性（學習要求：了解）2.2.1傳輸介質(zhì)（物理通路）的主要類型雙絞線同軸電纜光纖電纜無線與衛(wèi)星通信信道傳輸介質(zhì)的特性物理特性：傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述；傳輸特性：傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號，以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍；連通特性：允許點-點或多點連接；地理范圍：傳輸介質(zhì)最大傳輸距離；抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力；相對價格：器件、安裝與維護費用。2.2.2雙絞線的主要特性（1）—物理特性

兩根互相絕緣的銅導線并排在一起，用規(guī)則的方法絞合起來。絞合可減少對相鄰導線的電磁干擾。屏蔽雙絞線STP與非屏蔽雙絞線UTP2.2.2雙絞線的主要特性（2）—傳輸特性2.2.2雙絞線的主要特性（3）2.2.3同軸電纜的主要特性（1）—物理特性由內(nèi)導體、絕緣層、外屏蔽層及外部保護層組成；粗同軸電纜；細同軸電纜。2.2.3同軸電纜的主要特性（2）—傳輸特性基帶同軸電纜—一般僅用于數(shù)字信號的傳輸；寬帶同軸電纜—可以使用頻分多路復用方法，支持多路傳輸；也可以只用于單信道的高速數(shù)字通信——單信道寬帶。2.2.3

同軸電纜的主要特性（3）2.2.4光纖的主要特性（1）—物理特性直徑50-100μm的柔軟、能傳導光波的介質(zhì)；多種玻璃和塑料可以制作光纖；超高純度石英玻璃纖維制作的光纖得到最低傳輸損耗2.2.4光纖的主要特性（2）—傳輸特性全反射傳輸；2.2.4光纖的主要特性（2）—傳輸特性兩種光源：發(fā)光二極管（LED,Light-EmittingDiode），注入型激光二極管（ILD,InjectionLaserDiode）。兩種類型：單模光纖和多模光纖?！獑文９饫w指光纖的光信號僅與光纖軸成單個可分辨角度的單光纖傳輸；—多模光纖指光纖的光信號僅與光纖軸成多個可分辨角度的多光纖傳輸。單模光纖的傳輸性能優(yōu)于多模光纖。2.2.4

光纜的主要特性（3）無線傳輸無線電傳輸微波傳輸紅外線和毫米波光波傳輸根據(jù)波長分成不同的波段，依次為無線電、微波、紅外、可見光、紫外等2.3.1電磁波譜與移動通信無線電通信類型無線通信系統(tǒng)微波通信系統(tǒng)蜂窩移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)無線電頻率與帶寬的對應關(guān)系2.3.2無線通信（中、短波）視距傳播與電離層反射優(yōu)點：技術(shù)成熟，應用廣泛，發(fā)射功率小，傳輸距離遠；缺點：易受天氣等因素影響，信號幅度變化大，易被干擾。2.3.3微波通信（1）微波通信方式：地面微波接力通信，衛(wèi)星通信；優(yōu)點：—微波波段頻率很高，頻段范圍很寬，通信信道容量很大；—因為工業(yè)和天電干擾的主要頻譜比微波頻率低很多，對微波通信危害小，微波傳輸質(zhì)量較高；—與相同容量和長度的電纜相比，微波接力通信建設代價小，見效快，易于跨越山區(qū)、江河。缺點：—視距傳播，相鄰站之間不能有障礙物；—受惡劣氣候影響；—與電纜通信比較，隱蔽性和保密性較差；—對大量的中繼站的使用和維護耗費大量的人力和物力。2.3.3微波通信（2）2.3.4蜂窩無線通信（移動通信）大區(qū)制強覆蓋區(qū)；小區(qū)制，小覆蓋；區(qū)群，蜂窩。蜂窩移動通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.3.5衛(wèi)星通信（類似微波）

衛(wèi)星通信工作原理圖2.4數(shù)據(jù)編碼技術(shù)（學習要求：熟練掌握）數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸將數(shù)字數(shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號進行傳輸，通常有三種基本的調(diào)制方式：1)調(diào)幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)調(diào)頻FSK(FrequencyShiftKeying)3)調(diào)相PSK(PhaseShiftKeying)

目前廣泛應用的調(diào)制技術(shù)是正交調(diào)相：QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)振幅鍵控（ASK）—通過改變載波信號振幅來表示數(shù)字信號1、0的。數(shù)學表達式為：2.4.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法（1）—ASK特點：容易實現(xiàn)，技術(shù)簡單，抗干擾能力差。移頻鍵控（FSK）—通過改變載波信號角頻率來表示數(shù)字信號1、0的。數(shù)學表達式為：2.4.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法（2）—FSK特點：容易實現(xiàn)，技術(shù)簡單，抗干擾能力強，目前常用之一。移相鍵控（PSK）—通過改變載波信號相位值來表示數(shù)字信號1、0的。數(shù)學表達式為：2.4.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法（3）—PSK特點：抗干擾能力強，實現(xiàn)技術(shù)比較復雜。2.4.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法（4）—多相調(diào)制四相調(diào)相的相位偏移量八相調(diào)相的相位偏移量四相調(diào)相的波形數(shù)字數(shù)據(jù)的調(diào)制舉例基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相010011100數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號傳輸最簡單的方法是用兩個不同的電壓信號值來表示兩個二進制的數(shù)字數(shù)據(jù)值0和1常用的數(shù)字信號編碼有：不歸零編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼2.4.3數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法（1）—NRZ非歸零碼（NRZ）：早期使用的編碼方法，一般用低電平表示邏輯“0”，用高電平表示邏輯“1”。非歸零碼方式波形特點：不能直接提取同步信息；有直流分量；抗干擾性能差。2.4.3數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法（2）—曼徹斯特曼徹斯特：目前應用最廣泛的編碼方法之一。規(guī)則：每位的周期T分為前T/2和后T/2兩部分，通過前T/2傳輸該位的反碼，后T/2傳輸該位的原碼。優(yōu)點：無須另外發(fā)送同步信號；不含直流分量；缺點：效率低；需要編碼的時鐘信號頻率是發(fā)送信號頻率的兩倍。曼徹斯特方式波形2.4.3數(shù)字數(shù)據(jù)編碼方法（3）—差分曼徹斯特差分曼徹斯特：對曼徹斯特的改進。與曼徹斯特不同：一位開始處出現(xiàn)電平跳變表示二進制碼“0”，不發(fā)生跳變表示“1”。優(yōu)缺點：和曼徹斯特一般。曼徹斯特和差分曼徹斯特方式波形比較編碼舉例bit流不歸零編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼bit與bit之間有跳變，下一個bit為0100001011110bit與bit之間無跳變，下一個bit為1數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸采用脈沖編碼調(diào)制PCM技術(shù)（PulseCodeModulation）PCM以采樣定理為基礎采樣定理：如果在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，以有效信號f(t)最高頻率的二倍或二倍以上的速率對該信號進行采樣，則這些采樣值中包含了全部原始信號信息。2.4.4脈沖編碼調(diào)制方法（1）脈沖編碼調(diào)制（PCM）是把模擬信號變換為數(shù)字信號的一種調(diào)制方式。基本組成：采樣量化編碼信道譯碼干擾PCM基本組成2.4.4脈沖編碼調(diào)制方法（2）采樣—對連續(xù)的模擬信號按一定時間間隔取樣。根據(jù)奈奎斯特取樣定理，采樣頻率應為：或2.4.4脈沖編碼調(diào)制方法（3）量化—是將樣本幅度按量化級決定取值的過程；量化級取決與量化精度的規(guī)定；規(guī)定好每級對應的幅度范圍，將樣本幅值與量化級幅值比較，取整定級。量化2.4.4脈沖編碼調(diào)制方法（4）編碼—用相應位數(shù)的二進制代碼表示量化后的樣本量級；有K個量化級，則二進制位數(shù)為：采樣、量化和編碼舉例ABCDEFGHt256192128640PCM用于數(shù)字語音系統(tǒng)：（電話系統(tǒng)）聲音分為128個量化級；每個量化級采用7位二進制編碼表示；話音信道允許的最高頻率通常為3500Hz；采樣速率為8000樣本/秒；數(shù)據(jù)傳輸速率應達到7位×8000/秒=56Kbps；如果每個量化級采用7+1=8位二進制編碼表示;數(shù)據(jù)傳輸速率應達到8位×8000/秒=64Kbps。2.5數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾拍睿▽W習要求：了解）信道參數(shù)和名稱解釋數(shù)據(jù)的傳輸速率、帶寬信號的傳播速率噪聲、信噪比Nyquist定理在無噪聲信道中，當帶寬為HHz，信號電平為V級，則： 數(shù)據(jù)傳輸速率=2Hlog2Vb/s（V：信號電平的級數(shù)，在二進制中，僅為0、1兩級）即：以每秒高于2H次的速率對線路采樣是無意義的，因為高頻分量已被濾波器慮掉無法再恢復

Shannon定理在噪聲信道中，當帶寬為HHz，信噪比為S/N，則： 最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N)

很多情況下信噪比用分貝（dB）表示 信噪比（dB）=10log10S/N如：信噪比為30dB，則S/N=1000結(jié)論：可以用“帶寬”代替“速率”；“帶寬”和“速率”在網(wǎng)絡技術(shù)討論中幾乎是同義詞。舉例：噪聲信道中的傳輸速率在噪聲信道（話音信道）中，當帶寬為3500Hz，信噪比為30dB（較為典型的電話信道），則：最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N) =3500log2(1+1000) 35000(b/s)最大數(shù)據(jù)傳輸速率為35kbps，這是在噪聲信道中的傳輸速率極限，實際上是不可能達到的2.6多路復用技術(shù)（學習要求：了解）2.6多路復用技術(shù)兩個原因：傳輸介質(zhì)的傳輸容量超過單一信道傳輸?shù)耐ㄐ帕浚患茉O通信線路的費用相當高，必須充分利用通信線路的容量。多路復用的工作原理示意圖2.6.1多路復用技術(shù)的分類頻分多路復用FDM—波分多路復用WDM時分多路復用TDM2.6.2頻分多路復用（FDM）在一條通信線路設計多路通信信道，每路信道的信號以不同載波頻率調(diào)制，各個載波頻率不重疊；所有用戶在同樣的時間占用不同的頻帶資源。FDM圖示2音頻信號調(diào)制基頻調(diào)制后信號信號的頻分多路復用2.6.3波分多路復用（WDM）光纖通道采用波長分隔多路復用方法，簡稱為波分復用WDM。在一根光纖上復用80路或更多路的光載波信號稱為密集波分復用DWDM實際就是光的頻分復用。2.6.4時分多路復用（1）時分多路復用將信道的傳輸時間劃分為若干時間片，每個用戶分得一個時間片，在每個用戶占有的時間片內(nèi)，用戶使用信道的全部帶寬；所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶資源。TDM圖示2多路復用部件通道D多路復用部件物理主干通道C通道B通道A幀幀2.6.4時分多路復用（2）貝爾系統(tǒng)的T1載波（應用最廣泛）2.6.4時分多路復用分類同步時分多路復用（STDM）統(tǒng)計（異步）時分多路復用（ATDM）2.6.4時分多路復用分類同步時分多路復用（STDM）—將時間片預先分配給各個信道，并且時間片固定不變，各個信道的發(fā)送和接收必須是同步的；—時間片固定分配，不考慮信道是否有數(shù)據(jù)發(fā)送，造成信道資源浪費。同步TDM圖示2通道D物理主干通道C通道B通道A幀2.6.4時分多路復用分類統(tǒng)計（異步）時分多路復用（ATDM）—允許動態(tài)的分配時間片，改進的時分復用技術(shù)；—時間片序號和信道號之間不存在固定的對應關(guān)系，避免通信線路資源的浪費?！趥鬏?shù)臄?shù)據(jù)單元中必須包含地址信息，以便尋址目的節(jié)點異步TDM圖示2通道D物理主干通道C通道B通道A由于每個時間片傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中必須包含地址域，所以在提高傳輸介質(zhì)利用率的同時，也降低了有效數(shù)據(jù)的傳輸率2.6.4時分多路復用分類同步時分多路復用與統(tǒng)計時分多路復用注意：傳輸介質(zhì)與信道

傳輸介質(zhì)與信道是不同范疇的概念傳輸介質(zhì)是指傳輸信號的物理載體信道則提供了傳輸某種信號所需的帶寬，著重體現(xiàn)介質(zhì)的邏輯特性一根傳輸介質(zhì)可能同時提供多個信道一個信道也可能由多根傳輸介質(zhì)級聯(lián)而成2.7廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)（學習要求：熟練掌握）2.7.1線路交換方式線路交換是面向連接的服務；兩臺計算機通過通信子網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個實際的物理線路連接；線路交換要經(jīng)過三個階段：建立連接、數(shù)據(jù)傳輸與釋放連接；線路交換方式的優(yōu)點：通信實時性強，適用于交互式會話類通信；線路交換方式的缺點：對突發(fā)性通信不適應，系統(tǒng)效率低，系統(tǒng)沒有存儲數(shù)據(jù)的能力，不能平滑交通量。

線路交換方式的工作原理2.7.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式（1）發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個數(shù)據(jù)單元（報文或報文分組）進入通信子網(wǎng)；通信子網(wǎng)中的結(jié)點是通信控制處理機，它負責完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯校驗、存儲、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式分類數(shù)據(jù)通過通信子網(wǎng)傳輸時可以有報文（message）與報文分組（packet）兩種方式；報文傳輸：不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它當作一個邏輯單元發(fā)送；報文分組傳輸：限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長度，如果傳輸數(shù)據(jù)超過規(guī)定的最大長度，發(fā)送結(jié)點就將它分成多個報文分組發(fā)送。報文和報文分組結(jié)構(gòu)由于分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重發(fā)花費的時間較少；限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲空間利用率與傳輸效率；公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用分組交換技術(shù)。報文報文分組傳輸示例在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文添加首部構(gòu)成分組每一個數(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請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”校驗校驗校驗課件制作人：謝希仁分組傳輸?shù)膫鬏攩卧獔笪姆纸M傳輸以“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校驗數(shù)據(jù)首部分組

2校驗數(shù)據(jù)首部分組

3校驗課件制作人：謝希仁分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址等控制信息。報文分組傳輸中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機。用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。課件制作人：謝希仁收到分組后剝?nèi)ナ撞亢臀膊拷邮斩耸盏椒纸M后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。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)校驗校驗校驗課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)最后還原成原來的報文最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。報文1101000110101010110101011100010011010010課件制作人：謝希仁存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機可以存儲分組，多個分組可以共享通信信道，線路利用率高；通信子網(wǎng)中通信控制處理機具有路選功能，可以動態(tài)選擇報文分組通過通信子網(wǎng)的最佳路徑；可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；分組在通過通信子網(wǎng)中的每個通信控制處理機時，均要進行差錯檢查與糾錯處理，因此可以減少傳輸錯誤，提高系統(tǒng)可靠性；通過通信控制處理機可對不同速率的線路進行轉(zhuǎn)換，也可對不同的數(shù)據(jù)代碼格式進行變換。2.7.2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換分類（2）數(shù)據(jù)報方式（DG，Datagram）虛電路方式（VC，VirtualCircuit）2.7.3數(shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報是分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式；在數(shù)據(jù)報方式中，分組傳送之間不需要預先在源主機與目的主機之間建立“線路連接”；源主機所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳輸路徑；每個分組在通信子網(wǎng)中可能是通過不同的傳輸路徑到達目的主機。數(shù)據(jù)報方式的工作原理數(shù)據(jù)報方式的示意圖H1A通信子網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機數(shù)據(jù)報方式的特點同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)；同一報文的不同分組到達目的結(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復與丟失現(xiàn)象；每個分組在傳輸過程中必須帶目的地址與源地址；數(shù)據(jù)報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信。

2.7.4虛電路方式虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)合起來，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點，以達到最佳的數(shù)據(jù)交換效果;數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需預先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路;虛電路方式與線路交換方式相同，整個通信過程分為三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放。虛電路方式的工作原理虛電路方式的工作步驟虛電路方式的特點在每次分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯連接。這是因為不需要真正去建立一條物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；一次通信的所有分組都通過虛電路順序傳送，報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息。分組到達目的結(jié)點時不會出現(xiàn)丟失、重復與亂序的現(xiàn)象；分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇；每個結(jié)點可以和任何結(jié)點建立多條虛電路連接。2.8差錯控制方法（學習要求：熟練掌握）2.8.1差錯產(chǎn)生的原因與差錯類型傳輸差錯—接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象;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是隨機差錯（或隨機錯）；沖擊噪聲引起的差錯是突發(fā)差錯（或突發(fā)錯）；在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機差錯與突發(fā)差錯共同構(gòu)成的；差錯控制是檢查是否出現(xiàn)差錯以及如何糾正差錯。傳輸差錯產(chǎn)生過程2.8.2誤碼率的定義誤碼率是指二進制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，它在數(shù)值上近似等于：Pe=Ne

/

N，其中

N

為傳輸?shù)亩M制碼元總數(shù)，Ne

為被傳錯的碼元數(shù)；誤碼率應該是衡量數(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；對于一個實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，根據(jù)實際傳輸要求提出誤碼率要求；差錯出現(xiàn)具有隨機性，實際測量一個傳輸系統(tǒng)時，只有被測量的傳輸二進制比特數(shù)越大，才會越接近于真正的誤碼率值。

2.8.3差錯控制策略糾錯碼每個傳輸?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。檢錯碼分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯的冗余信息；接收端能發(fā)現(xiàn)出錯，但不能確定哪位是錯的，并且不能自己糾正傳輸差錯。

常用糾錯碼和檢錯碼糾錯碼：海明（Hamming）碼檢錯碼：校驗和奇偶校驗碼循環(huán)冗余檢錯碼CRC （CyclicRedundancyCheck）循環(huán)冗余檢錯碼CRC任何一個r位的幀都可看成為一個r-1

次的多項式f(x)

的系數(shù)列表如：1011001

看成是多項式

x6+x4+x3+x0

的系數(shù)列表設定一個生成多項式

G(x)，G(x)

為k階，r>k如

xkf(x)

/

G(x)=Q(x)+R(x)/G(x)其中Q(x)為商、R(x)為余數(shù)，R(x)

即為f(x)的

CRC

將

CRC

碼接在幀后一起發(fā)送，即發(fā)送數(shù)據(jù)為

xkf(x)+R(x)

二進制運算中，減法和加法都做異或運算：0+1=1,1+1=0

因為(xkf(x)-R(x))一定能被G(x)整除，即余數(shù)為0，則接收方只要計算CRC，并所得余數(shù)為0即為正確2.8.4循環(huán)冗余編碼（CRC）工作原理CRC校驗法舉例（1）發(fā)送數(shù)據(jù)0、1序列為110011（6位）:生成多項式0、1序列為11001（5位,k=4）:0、1序列=(1100110000)將乘以，乘積為:CRC校驗法舉例（2）將乘積用生成多項式去除，按模二算法應為：模二算法11CRC校驗法舉例（3）將余數(shù)比特序列加到乘積中:CRC校驗法舉例（4）接收端進行檢驗：用同樣的生成多項式除接收到的序列11標準CRC生成多項式G（x）CRC-12G（x）=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G（x）=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG（x）=x16+x12+x5+1CRC-32G（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12

+x11+