第2章網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

第2章網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信問(wèn)題原由數(shù)據(jù)通信技術(shù)完成數(shù)據(jù)的編碼、傳輸和處理，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供必要的技術(shù)支持和可靠的通信環(huán)境。那么，它是如何實(shí)現(xiàn)這些功能的呢？這就是本章所要討論的問(wèn)題。本章重點(diǎn)討論數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和常用通信信道類型、數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)和差錯(cuò)控制等技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)能力要求掌握:數(shù)據(jù)通信的基本概念,數(shù)據(jù)傳輸與編碼技術(shù).了解：數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。熟悉:多路復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)等。

§2.1

數(shù)據(jù)通信的基本概念

§2.6網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)控制

§2.5網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換

§2.4網(wǎng)絡(luò)多路復(fù)用

§2.2數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼

§2.3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸本章目錄計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信的基本概念網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)傳輸帶寬數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)數(shù)字傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)網(wǎng)絡(luò)多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸幀中繼交換分組交換報(bào)文交換電路交換數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)串行傳輸與并行傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼頻分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用單向傳輸與雙向傳輸同步傳輸與異步傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼密集波分多路復(fù)用碼分多路得用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)檢測(cè)方法差錯(cuò)的產(chǎn)生于類型ATM交換§2.1

數(shù)據(jù)通信的基本概念1、信息信息泛指那些通過(guò)各種方式傳播的、可被感受的聲音、文字、圖像、符號(hào)等所表征的某一特定事物的消息、情報(bào)或知識(shí)。

2、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是指所有輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)的總稱。數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。

⑴模擬數(shù)據(jù)：在時(shí)間和幅值取值上都是連續(xù)變化的,例如聲音、語(yǔ)音、視頻和動(dòng)畫(huà)片等。模擬數(shù)據(jù)通常用傳感器收集。

⑵數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：在時(shí)間上是離散的,在幅值上是經(jīng)過(guò)量話的,它一般是由0、1構(gòu)成的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列。2.1.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)3、信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)形式，它具有確定的物理描述,如電信號(hào)、光信號(hào)或磁場(chǎng)強(qiáng)度等。信號(hào)分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩種。圖2-2模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)波形ty（a）連續(xù)的模擬信號(hào)ty（b）離散的數(shù)字信號(hào)

⑴模擬信號(hào)：是一種連續(xù)變化的電脈沖序列，例如電話語(yǔ)音信號(hào)、電視信號(hào)等，它是隨時(shí)間變化的函數(shù)曲線，如圖2-2（a）所示。2.1.1

信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)

⑵數(shù)字信號(hào)：是離散的不連續(xù)的電信號(hào),通常用“高”和“低”電平脈沖序列組成的編碼來(lái)表示數(shù)據(jù),如圖2-2(b)所示。2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

任何一個(gè)通信系統(tǒng)都可以看作是由發(fā)送設(shè)備、傳輸信道和接收設(shè)備三大部分組成。我們把產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端稱為信源，把接收信息的一端稱為信宿，把信源傳送到信宿的通信線路稱為信道。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，難免受到外界電磁波等噪音源的干擾影響。因此，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)+噪音噪音源信源信道信宿2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

2、數(shù)據(jù)通信類型

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，將傳輸模擬信號(hào)的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，將傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。

(1)模擬通信系統(tǒng)：普通的電話、廣播、電視等信號(hào)都屬于模擬信號(hào),由模擬信號(hào)所構(gòu)成的通信系統(tǒng)屬于模擬通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)通常由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿以及噪音源組成，其基本結(jié)構(gòu)模型如圖2-4所示。圖2-4模擬通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信源調(diào)制器解調(diào)器信宿信道噪音源2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

(2)數(shù)字通信系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)通信、數(shù)字電話以及數(shù)字電視等信號(hào)都屬于數(shù)字信號(hào)，由數(shù)字信號(hào)構(gòu)成的通信系統(tǒng)屬于數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)通常由信源、編碼器、信道、解碼器、信宿以及噪音源組成，其基本結(jié)構(gòu)模型如圖2-5所示。圖2-5數(shù)字通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖2-5數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信源編碼器解碼器信宿信道噪音源由于數(shù)字信號(hào)不適合遠(yuǎn)距離傳輸，所以在傳輸前將其變?yōu)槟M信號(hào)。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)通常由信源、信源編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信道譯碼器、信源譯碼器、信宿、噪音源組成，其結(jié)構(gòu)模型如圖2-6所示。2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中，調(diào)制器用于將發(fā)送端數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào)；解調(diào)器用于將模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)。我們將具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器，它在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的連接如圖2-7所示。圖2-5數(shù)字通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)信宿噪音源信道編碼器信源譯碼器信源編碼器信源解調(diào)器調(diào)制器信道信道譯碼器圖2-6數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以上介紹了數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基本概念。事實(shí)上，無(wú)論是實(shí)現(xiàn)模擬通信,還是實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信,都涉及到一系列的技術(shù)問(wèn)題，包括數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)檢測(cè)與控制技術(shù)等。圖2-7調(diào)制解調(diào)器的功能作用電話線電話交換網(wǎng)計(jì)算機(jī)Modem電話機(jī)Modem電話機(jī)計(jì)算機(jī)電話線§2.2

數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼

在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)是用二進(jìn)制0、1比特序列表示的，在物理上是用低電平和高電平來(lái)呈現(xiàn)的。由于在線路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，因而數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ判诺烙心M信道與數(shù)字信道之分。為了便于不同數(shù)據(jù)在不同的信道中傳輸（適應(yīng)不同的傳輸特性),在數(shù)據(jù)送入信道之前必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)制和編碼。在通信系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼可分為4種基本形式：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制12模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼42.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制基于調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相3種調(diào)制技術(shù)，分別稱為振幅鍵控、移頻鍵控和移相鍵控。圖2-10顯示了對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)“010010”進(jìn)行不同調(diào)制方法的波形。圖2-10數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制原理示意圖2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制

1、振幅鍵控（Amplitude-ShiftKeying，ASK）

振幅鍵控是通過(guò)改變載波信號(hào)振幅來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0。例如，我們可以用載波幅度Um表示數(shù)字1，用載波幅度0表示數(shù)字0。ASK信號(hào)波形如圖2-10（a）所示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2、移頻鍵控（Frequency-ShiftKeying，F(xiàn)SK）

移頻鍵控方法是通過(guò)改變載波信號(hào)角頻率來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0。例如，我們可以用角頻率ω1t表示數(shù)字l，用角頻率ω2t表示數(shù)字0。FSK信號(hào)波形如圖2-10（b）所示。u(t)＝Um?sin（ω1t＋φ）數(shù)字10數(shù)字0u(t)＝振幅鍵控ASK信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易,技術(shù)簡(jiǎn)單,但抗干擾能力較差。2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

由于移頻鍵控FSK信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法之一。

3、移相鍵控（Phase-ShiftKeying，PSK）

移相鍵控方法是通過(guò)改變載波信號(hào)的相位值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0。如果用相位的絕對(duì)值表示數(shù)字信號(hào)1、0，則稱為絕對(duì)調(diào)相。如果用相位的相對(duì)偏移值表示數(shù)字信號(hào)1、0，則稱為相對(duì)調(diào)相。Um?sin（ω2t＋φ）

數(shù)字0Um?sin（ω1t＋φ）

數(shù)字1u(t)＝2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制Um?sin（ωt＋0）

數(shù)字1

接收端可以通過(guò)檢測(cè)載波相位的方法來(lái)確定它所表示的數(shù)字信號(hào)值。絕對(duì)調(diào)相波形如圖2-10（c）所示。

⑴絕對(duì)調(diào)相（AbsolutePSK）：在載波信號(hào)u(t)中,φ為載波信號(hào)的相位。當(dāng)表示數(shù)字1時(shí),取φ＝0；當(dāng)表示數(shù)字0時(shí),取φ＝π。這種最簡(jiǎn)單的絕對(duì)調(diào)相方法可以用下式表示：Um?sin（ωt＋π）

數(shù)字0u(t)＝

⑵相對(duì)調(diào)相（DifferentialPSK）：是用載波在兩位數(shù)字信號(hào)的交接處產(chǎn)生的相位偏移來(lái)表示載波數(shù)字信號(hào)。最簡(jiǎn)單的相對(duì)調(diào)相方法是：兩比特信號(hào)交接處遇0，載波信號(hào)相位不變；兩比特信號(hào)交接處遇1，載波信號(hào)相位偏移π。相對(duì)調(diào)相波形如圖2-10（d）所示。2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制

4、多相調(diào)制（MultiplePhaseModulation，MPM）在模擬數(shù)據(jù)通信中，為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，人們常采用多相調(diào)制方法，將待發(fā)送的數(shù)字信號(hào)按兩個(gè)比特一組的方式組織，兩位二進(jìn)制比特可以有4種組合，即

00、01、10、11每組是一個(gè)雙比特碼元，我們可以用4個(gè)不同的相位值去表示這4組雙比特碼元。那么，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。我們把這種調(diào)相方法稱為4相調(diào)制。同理，如果將發(fā)送的數(shù)據(jù)每3個(gè)比特組成一個(gè)3比特碼元組，3位二進(jìn)制數(shù)共有八種組合，那么對(duì)應(yīng)可以用八種不同的相位值去表示，我們把這種調(diào)相方法稱為八相調(diào)制。2.2.2模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬調(diào)制的目的：其一是將低頻信號(hào)搬遷到較高的頻帶進(jìn)行傳輸；其二是將模擬信號(hào)放大；其三是通過(guò)調(diào)制可以使用頻分多路復(fù)用技術(shù)。模擬數(shù)據(jù)調(diào)制可通過(guò)調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相3種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖2-11所示?；鶐鬏斝盘?hào)高頻載波信號(hào)(a)振幅調(diào)制(b)頻率調(diào)制(c)相位調(diào)制圖2-11模擬信號(hào)的模擬凋制2.2.2模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制

1、振幅調(diào)制（Amplitudemodulation，AM）振幅調(diào)制是以原來(lái)的模擬數(shù)據(jù)為調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的幅值按調(diào)制信號(hào)的幅值進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后載波信號(hào)的頻率和相位不變,幅值隨調(diào)制信號(hào)的幅值變化而變化,如圖2-11(a)所示。

2、頻率調(diào)制（Frequencymodulation，F(xiàn)M）頻率調(diào)制是以原來(lái)的模擬數(shù)據(jù)為調(diào)制信號(hào),對(duì)載波的頻率按調(diào)制信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)制,調(diào)制后載波信號(hào)的相位和幅值不變，頻率隨調(diào)制信號(hào)的幅值變化而變化，如圖2-11(b)所示。

3、相位調(diào)制（Phasemodulation，PM）相位調(diào)制是以原來(lái)的模擬數(shù)據(jù)為調(diào)制信號(hào),對(duì)載波的相位按調(diào)制信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后載波信號(hào)的頻率和幅值不變,相位隨調(diào)制信號(hào)的幅值變化而變化,如圖2-11(c)所示。2.2.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼就是如何把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用物理信號(hào)的波形表示，是用高低電平的不同組合來(lái)表示二進(jìn)制的方法。常用的編碼方式主要有3種：不歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。

1、不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ）

不歸零碼是一種全寬碼，即信號(hào)波形在一個(gè)碼元全部時(shí)間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流，每一位碼占全部碼元的寬度。不歸零碼可分為單極性和雙極性兩種：

⑴單極性不歸零碼(SinglePolarityNRZ)：是以無(wú)電壓（無(wú)電流）表示“0”，而用恒定的正電壓表示“1”。

⑵雙極性不歸零碼(DoublePolarityNRZ)：是以負(fù)電壓表示“0”，而用恒定的正電壓表示“1”。以上反之亦然，即負(fù)電壓表示“1”，正電壓表示“0”。

2.2.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼

2、曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一。其編碼規(guī)則是：每個(gè)比特的周期T分為前T/2與后T/2兩部分；通過(guò)前T/2傳送該比特的反碼，通過(guò)后T/2傳送該比特的原碼。

3、差分曼徹斯特編碼

是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn),它將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在信號(hào)中,在傳輸代碼信息的同時(shí)將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方，所以都屬于自同步編碼，其數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。

01101001tO曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼

01101001tO模擬信號(hào)PAM信號(hào)PAM信號(hào)數(shù)字信號(hào)2.2.4模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼是把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的編碼方法。由于數(shù)字信號(hào)傳輸失真小、誤碼率低、傳輸速率高、便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，所以將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化已成為必然趨勢(shì)。模擬數(shù)據(jù)數(shù)字編碼的最常用方法是脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation，PCM),PCM的工作過(guò)程包括3個(gè)步驟：采樣、量化與編碼，其相應(yīng)的波形信號(hào)如圖2-13所示。圖2-13PCM脈沖編碼調(diào)制過(guò)程示意圖采樣速率8000t/s指定數(shù)值給對(duì)應(yīng)的PAM信號(hào)將量化值進(jìn)行編碼2.2.4模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼

1、采樣（Sampling）

采樣是模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步。模擬信號(hào)是電平連續(xù)變化的信號(hào),采樣是隔一定的時(shí)間間隔,將模擬信號(hào)的電平幅度值取出來(lái)作為樣本,讓其表示原來(lái)的信號(hào)。采樣頻率f應(yīng)為：f≥2B

或f＝l／T≥2·f式中：B為通信信道帶寬；T為采樣周期；f為信道允許通過(guò)的信號(hào)最高頻率。

2、量化（Quantizing）量化是將采樣樣本幅度按量化級(jí)決定取值的過(guò)程，經(jīng)量化后的樣本幅度為離散的量化級(jí)值已不是連續(xù)值。量化的目的是為每一個(gè)PAM信號(hào)設(shè)定一個(gè)信號(hào)值。2.2.4模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼量化之前要將信號(hào)分為若干量化級(jí),同時(shí),要規(guī)定好每一級(jí)對(duì)應(yīng)的幅度范圍。若量化范圍在0～127,則每個(gè)采樣用7位二進(jìn)制(27＝128)來(lái)表示,量化速率需要56000bps(8000×7)；若量化的范圍在0～255,則每個(gè)采樣用8位二進(jìn)制（28＝256）來(lái)表示，量化速率需要64000bps（8000×8）。3、編碼（Encoding）

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)。為了能精確地還原成原來(lái)的模擬信號(hào)，量化值編碼在傳送數(shù)字至數(shù)模轉(zhuǎn)換器時(shí)，其速率必須和采樣時(shí)一樣。經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后，信號(hào)才會(huì)和原來(lái)模擬信號(hào)波形接近。【例2-2】聲音的帶寬為4000Hz，采用頻率為8000次/s，用8位二進(jìn)制編碼，則信道的數(shù)據(jù)傳輸速率為：8×8000＝64000bps＝64kbps。

數(shù)據(jù)傳輸是網(wǎng)絡(luò)通信的物質(zhì)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)涉及的內(nèi)容很多，包括數(shù)據(jù)傳輸媒介、數(shù)據(jù)傳輸帶寬、數(shù)據(jù)傳輸方式和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量參數(shù)等。數(shù)據(jù)傳輸涉及的主要內(nèi)容數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量參數(shù)傳輸方式傳輸帶寬傳輸媒介§2.3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路，是數(shù)據(jù)通信中實(shí)際傳送信息的載體。網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸介質(zhì)有：同軸電纜、雙絞線、光纖、微波、衛(wèi)星、紅外線等。1、同軸電纜（CoaxialCable）

同軸電纜是局域網(wǎng)中最早使用而且應(yīng)用十分廣泛的傳輸介質(zhì)，可以通過(guò)專用的中同軸電纜(俗稱粗纜)或小同軸電纜(俗稱細(xì)纜)來(lái)組網(wǎng)，并廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中。同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層及外部保護(hù)層組成，其結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。保護(hù)層、屏蔽層、絕緣層、導(dǎo)體圖2-14同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖同軸電纜的最大優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng),而且支持多點(diǎn)連接。缺點(diǎn)是物理可靠性不好，所以現(xiàn)在基本上已被雙絞線所替代。2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)

2、雙絞線（TwistedPair）

雙絞線的物理結(jié)構(gòu)是由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的2根、4根或8根絕緣導(dǎo)線組成。一對(duì)線可以作為一條通信線路，各個(gè)線對(duì)螺旋排列的目的是為了使各線對(duì)之間的電磁干擾最小。雙絞線是模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信最普通的傳輸媒體，它的主要應(yīng)用范圍是電話系統(tǒng)中的模擬話音傳輸，最適合于較短距離的信息傳輸，當(dāng)超過(guò)幾千米時(shí)信號(hào)因衰減可能會(huì)產(chǎn)生畸變，這時(shí)就要使用中繼器（Repeater）來(lái)放大信號(hào)和再生波形。雙絞線的價(jià)格在傳輸媒體中是最便宜的，并且安裝簡(jiǎn)單，所以得到廣泛的使用。在局域網(wǎng)中一般也采用雙絞線作為傳輸媒體。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽雙絞線STP（ShieldedTwistedPair）。2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)單模光纖多模光纖3、光纖（Fiber）

光纖是光導(dǎo)纖維（FiberOptics）的簡(jiǎn)稱，采用光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)，是網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)領(lǐng)域中發(fā)展最快、性能最好、應(yīng)用前途最廣泛的一種。光纖分為單模（8.3/125um）和多模（50/125um，62.5/125um）兩種。名稱傳輸介質(zhì)最大段長(zhǎng)度每段節(jié)點(diǎn)數(shù)10Base5粗同軸電纜500米10010Base2細(xì)同軸電纜185米3010Base-TUTP100米102410Base-F光纖2000米1024100Base-T4UTP100米100Base-TXUTP100米100Base-FX光纖2000米1000Base-SX光纖550米1000Base-LX光纖5000米1000Base-CXSTP25米1000Base-TUTP100米2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)4、微波通信（MicrowaveCommunication）

微波在空間主要是直線傳播，并且能穿透電離層進(jìn)入宇宙空間,其傳播距離受到限制且與天線的高度有關(guān),一般只有50km左右,長(zhǎng)途通信時(shí)必須建立多個(gè)中繼站,中繼站把前一站發(fā)來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)放大后再發(fā)往下一站,類似于“接力”,所以又把微波通信稱為數(shù)字微波接力通信。如果中繼站采用100m高的天線塔，則接力距離可增大到100km，如圖2-19所示。地球視線傳輸視線傳輸微波中繼站圖2-19地面微波接力通信2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)5、衛(wèi)星通信（SatelliteCommunication）

1945年,英國(guó)人阿塞·克拉克提出了利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的設(shè)想。1957年，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星Sputnik，使人們看到了實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的希望。1962年，美國(guó)成功地發(fā)射了第一顆通信衛(wèi)星Telsat，試驗(yàn)了橫跨大西洋的電話和電視傳輸。由于衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)、費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)、覆蓋面積大、不受地理?xiàng)l件的限制、通信信道帶寬寬、可進(jìn)行多址通信與移動(dòng)通信等優(yōu)點(diǎn)，因此它在最近的30多年里獲得了迅速的發(fā)展，并成為現(xiàn)代主要的通信手段之一。

衛(wèi)星通信是利用位于3萬(wàn)6千公里高空的人造地球衛(wèi)星作為太空無(wú)人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星通信能克服地面微波通信的距離限制,最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn),且通信費(fèi)用與距離無(wú)關(guān)。衛(wèi)星通信的組成如圖2-20所示。2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)20世紀(jì)80年代末發(fā)展了稱為“甚小口徑終端”(VSAT)的新一代數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)，90年代廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，如各國(guó)的大使館與國(guó)內(nèi)之間的通信都是通過(guò)VSAT來(lái)通信的。VSAT網(wǎng)通常由一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、一個(gè)大型主站和大量的VSAT小站組成，能單雙向傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務(wù)。VSAT網(wǎng)的基本組成如圖2-21所示。衛(wèi)星衛(wèi)星地球站衛(wèi)星地球站3.6χ104km地球圖2-20衛(wèi)星通信2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)圖2-21VSAT網(wǎng)的組成2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)

VSAT的小站和主站通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器構(gòu)成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主站采用大口徑天線，且發(fā)射功率大，小口徑天線發(fā)射功率小，小站與大站之間可以直接通信?！纠?-3】衛(wèi)星通信有較大的傳播延時(shí)，如果從地球站到衛(wèi)星的距離為40000km，那么從一個(gè)地球站經(jīng)過(guò)衛(wèi)星到另一個(gè)地球站的傳播時(shí)延有多大？解：在自由空間中,電磁撥的傳輸速度為300000km/s，從一個(gè)地球站經(jīng)過(guò)衛(wèi)星到另一個(gè)地球站的距離為40000km×2＝80000km所以傳播延時(shí)為80000km÷300000km/s＝267ms。2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)帶寬速率/工作頻帶性能傳輸距離價(jià)格應(yīng)用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s較好模擬：10km數(shù)字：500m低模擬/數(shù)字信號(hào)傳輸50Ω銅軸電纜75Ω銅軸電纜基帶10Mb/s較好＜3km低基帶數(shù)字信號(hào)寬帶≤450MHz較好100km中模擬、數(shù)據(jù)、音頻光纖寬帶49Gb/s很好2km以上高高微波寬帶4～6GHz好幾百km中等中等衛(wèi)星寬帶1～10GHz很好18000km高高以上介紹了雙絞線、同軸電纜、光纖、微波、衛(wèi)星通信5種介質(zhì)，其區(qū)別如下：2.3.2數(shù)據(jù)傳輸帶寬基帶傳輸頻帶傳輸寬帶傳輸基帶傳輸是指數(shù)字脈沖信號(hào)在傳輸介質(zhì)上保持?jǐn)?shù)據(jù)波形按原樣進(jìn)行傳輸。頻帶傳輸指把數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)后再發(fā)送和傳輸，到達(dá)接收端再把音頻信號(hào)解調(diào)成原來(lái)的數(shù)字信號(hào)。寬帶傳輸指比音頻更寬的頻帶，若是采用75Ω的CATV同軸電纜或光纖作傳輸介質(zhì)，帶寬為300MHz。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)傳輸介質(zhì)的信道帶寬可分為基帶、頻帶和寬帶。局域網(wǎng)中主要采用基帶和頻帶傳輸,有線電視和無(wú)線局域網(wǎng)中主要采用寬帶傳輸。2.3.2

數(shù)據(jù)傳輸帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)是衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘膮?shù)。有效性主要由數(shù)據(jù)傳輸速率、調(diào)制速率、信道帶寬、通信容量、誤碼率、傳輸延遲等來(lái)衡量；可靠性一般用數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率指標(biāo)來(lái)衡量；比特率和波特率是用來(lái)描述系統(tǒng)傳輸率的參量。

1、數(shù)據(jù)傳輸單位（DataTransferUnit）數(shù)據(jù)傳輸單位通?？捎帽忍?、碼元、碼字、碼字來(lái)表示。

⑴比特：是二進(jìn)制的縮寫(xiě)，即計(jì)算機(jī)常用術(shù)語(yǔ)“位”，在數(shù)據(jù)通信中用來(lái)度量消息的信息量。

⑵碼元：是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送的二進(jìn)制數(shù)字中的每一位的通稱。例如二進(jìn)制數(shù)字1000001是由7個(gè)碼元組成的序列。

⑶碼字：在7位ASCII碼中，1000001這7個(gè)碼元組成的序列代表字母A，通常將這個(gè)字母A稱為“碼字”。2.3.2數(shù)據(jù)傳輸帶寬

2、數(shù)據(jù)傳輸速率（DataTransferSpeed）數(shù)據(jù)傳輸速率是指每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)，又稱為比特率，用bps標(biāo)記，表示每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，單位用比特/每秒表示，它可由下式確定：

式中：T為數(shù)字信號(hào)脈沖重復(fù)周期；N為一個(gè)脈沖信號(hào)代表的有效狀態(tài)數(shù)，是2的整數(shù)倍。例如二進(jìn)制的一個(gè)脈沖可以表示“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)，故N＝2。Log2N為單位脈沖能表示的比特?cái)?shù)，如N＝4時(shí)表示一個(gè)單位脈沖為2bit。一個(gè)數(shù)字脈沖也稱為一個(gè)碼元，N為一個(gè)碼元所取的有效離散值個(gè)數(shù),若一個(gè)碼元僅可取0和1兩種離散值,則N＝2；若一個(gè)碼元可取00、01、10、11四種離散值，則N＝4。2.3.2數(shù)據(jù)傳輸帶寬【例2-4】脈碼調(diào)制系統(tǒng)PCM每秒鐘測(cè)量取樣8000次，量化電平為256個(gè)，求數(shù)據(jù)傳輸率。解：信號(hào)周期T＝l／8000，量化電平數(shù)N＝256＝282.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)

3、調(diào)制速率（ModulationSpeed）調(diào)制速率也稱為波形速率或碼元速率，它是數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的傳輸速率，表示數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中線路上每秒鐘傳送的波形個(gè)數(shù)。顯然，波形持續(xù)時(shí)間越短，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)牟ㄐ螖?shù)就越多，則數(shù)據(jù)傳輸速率也越高。數(shù)據(jù)傳輸速率與調(diào)制速率的區(qū)別與聯(lián)系如圖2-22所示。模擬信道解調(diào)器調(diào)制速率傳輸速率計(jì)算機(jī)調(diào)制器計(jì)算機(jī)圖2-22數(shù)據(jù)傳輸速率與調(diào)制速率的區(qū)別2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)

4、信道帶寬（ChannelBroadband）信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率范圍，通常稱為信道的通頻帶，單位用赫茲（調(diào)制速率）表示。信道帶寬由信道的物理特性所決定，例如電話線路的頻率范圍在300～3400Hz，那么，它的帶寬范圍也在300～3400Hz。信道寬度用W表示。

5、信道容量（ChannelCapacity）信道容量是指信道能傳輸信息的最大能力，一般用時(shí)間內(nèi)最大可傳送的字節(jié)數(shù)來(lái)表示。信道容量由信道帶寬F、可使用的時(shí)間T以及信道質(zhì)量決定。信道容量和信道帶寬具有正比關(guān)系，帶寬越寬，則容量越大，傳輸效率也就越高。關(guān)于信道容量的計(jì)算有兩條著名的定理。2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)

6、誤碼率（ErrorRates）誤碼率也稱為出錯(cuò)率，是指數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下信息傳輸?shù)腻e(cuò)誤率。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，要求誤碼率低于10-6。誤碼率可以用以下幾種表示方法：誤比特率Pb＝b1(接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù))/b0(傳輸總比特?cái)?shù)接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù))誤碼率Pe＝e1(接收碼元中錯(cuò)誤碼元數(shù))/e2(傳輸總碼元數(shù))誤字率Pw＝w1(接收的錯(cuò)誤碼字)/w0(傳輸總碼字?jǐn)?shù))誤組率PBw＝bw1(接收的錯(cuò)誤組數(shù))/bw0(傳輸信息總組數(shù))2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)

7、時(shí)延（Delay）時(shí)延是指一個(gè)報(bào)文或分組從一條鏈路的一端傳送到另一端所需的時(shí)間，它包括3部分：時(shí)延＝發(fā)送時(shí)延＋傳播時(shí)延＋處理時(shí)延

⑴發(fā)送時(shí)延：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使數(shù)據(jù)塊(分組或報(bào)文)從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。發(fā)送時(shí)延（傳輸時(shí)延）＝數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度／信道寬度

⑵傳播時(shí)延：電磁波在信道上的傳播一定的距離所需要花費(fèi)的時(shí)間速度傳播時(shí)延＝信道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速度(m/s)

⑶處理時(shí)延：數(shù)據(jù)在交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要處理所花費(fèi)的時(shí)間。處理時(shí)延的長(zhǎng)短取決于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中當(dāng)時(shí)的通信量。當(dāng)通信量很大時(shí),還會(huì)發(fā)生溢出,使分組丟失。2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)【例2-10】若A、B兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的距離為1000km,假設(shè)在電纜內(nèi)信號(hào)的傳播速度是2×108m/s,試對(duì)下列兩種鏈路分別計(jì)算發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延。⑴數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為108bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Mbps；⑵數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為1000bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gbps；解：根據(jù)上述計(jì)算發(fā)送時(shí)延公式和計(jì)算傳播時(shí)延公式，分別求出不同鏈路的不同時(shí)延。⑴發(fā)送時(shí)延＝108bit/(1Mbps)＝100s傳播時(shí)延＝1000km

/(2×108m/s)＝5ms⑵發(fā)送時(shí)延＝1000bit/(1Gbps)＝1μs傳播時(shí)延＝1000km/(2×108m/s)＝5ms通過(guò)此例說(shuō)明，并非信道帶寬越寬，數(shù)據(jù)在信道上跑的速度越快。2.3.4串行傳輸與并行傳輸

1、串行傳輸（SerialTransmission）

串行傳輸是指數(shù)據(jù)以串行方式，在一條信道上傳輸。在計(jì)算機(jī)中，通常是用8位的二進(jìn)制代碼來(lái)表示一個(gè)字符。在數(shù)據(jù)通信中，串行傳輸方式如圖2-23所示。接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備1234567812387645并行到串行的轉(zhuǎn)換串行到并行的轉(zhuǎn)換圖2-23串行傳輸示意圖2.3.4串行傳輸與并行傳輸接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備12345678校驗(yàn)數(shù)據(jù)位1數(shù)據(jù)線

2、并行傳輸（ParallelTransmission）

并行傳輸是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上傳輸。將表示一個(gè)字符的8位二進(jìn)制代碼同時(shí)通過(guò)8條并行的通信信道發(fā)送出去，這種工作方式稱為并行通信，如圖圖2-24所示。圖2-24并行傳輸示意圖2.3.5同步傳輸與異步傳輸

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，整個(gè)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)能否正確有效地工作，在相當(dāng)程度上依賴于是否能很好地實(shí)現(xiàn)同步。目前,串行通信的傳輸按通信約定的格式分為兩種，即同步通信方式和異步通信方式。

1、同步傳輸（Synchronous）

⑴位同步：在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，這個(gè)過(guò)程就叫做位同步。實(shí)現(xiàn)位同步的方法主要有以下兩種：

①外同步法。是在發(fā)送端發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，另外發(fā)送一路同步時(shí)鐘信號(hào)。接收端根據(jù)接收到的同步時(shí)鐘信號(hào)來(lái)校正時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的位同步。2.3.5同步傳輸與異步傳輸

②內(nèi)同步法。是從自含時(shí)鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時(shí)鐘的方法，曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼都是自含時(shí)鐘的編碼方法。

⑵字符同步：為保證收發(fā)雙方正確傳輸字符,將字符以組為單位傳送，在每組字符之前加上一個(gè)用于同步控制的同步字符SYN，數(shù)據(jù)結(jié)束后加上后同步信號(hào)，接收端根據(jù)SYN與后同步信號(hào)確定數(shù)據(jù)字符的起始與終止。同步傳輸方式如圖2-25所示。圖2-25同步傳輸方式示意圖1011010101101100...11110101101101000111111001111110同步字節(jié)數(shù)據(jù)幀同步字節(jié)2.3.5同步傳輸與異步傳輸2.異步傳輸（asynchronous）

異步傳輸一次只傳輸一個(gè)字符,每個(gè)字符用一位起始位引導(dǎo)、一位停止位結(jié)束。起始位為“0”,占一位;停止位為“1”,占1-2位。在沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)發(fā)送方可發(fā)送連續(xù)的停止位，接收方根據(jù)“1”至“0”的跳變來(lái)判別一個(gè)新字符的開(kāi)始,然后接收字符中的所有位。異步傳輸方式如圖2-26所示。11011010101001101100100010110101101100數(shù)據(jù)傳輸方向停止位數(shù)據(jù)位起始位圖2-26同步傳輸方式示意圖

指?jìng)魉偷男畔⑹冀K是一個(gè)方向傳送,沒(méi)反方向的交互。其信道一般是二線制，一根用于傳輸數(shù)據(jù),另一根用于監(jiān)測(cè)信號(hào)。

允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸,但在某一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸,它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信。

允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸,它是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合,它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。2.3.6單向傳輸與雙向傳輸單工數(shù)據(jù)傳輸半雙工數(shù)據(jù)傳輸全雙工數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)在通信線路上傳輸是有方向的，根據(jù)信號(hào)傳送的方向與時(shí)間關(guān)系，數(shù)據(jù)通信可分為三種基本工作方式：?jiǎn)喂ねㄐ?、半雙工通信與全雙工通信?！?.4網(wǎng)絡(luò)多路復(fù)用傳輸多路復(fù)用器多路復(fù)用器一條傳輸線路傳輸多路信號(hào)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)傳輸信號(hào)要求的帶寬與傳輸介質(zhì)允許通過(guò)的帶寬是不一樣的，為了節(jié)省開(kāi)銷，應(yīng)當(dāng)充分利用傳輸介質(zhì)的帶寬。在一條介質(zhì)上同時(shí)傳送多于一路以上信號(hào)的傳輸方式，叫做該介質(zhì)的多路復(fù)用。多路復(fù)用傳輸技術(shù)的基本原理如圖2-30所示。圖2-30多路復(fù)用基本原理示意圖2.4.1頻分多路復(fù)用

1、頻分多路復(fù)用的概念

在物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用。頻分多路復(fù)用的基本工作原理如圖2-31所示。圖2-31頻分多路復(fù)用原理示意圖信道（1）f1信道（2）f2信道（3）f3信道（4）f4信道（5）f5信道（6）f6多路復(fù)用器多路復(fù)用器源1源2源3源4源5源6目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4目標(biāo)5目標(biāo)6信道帶寬Bm警戒頻帶Bg2.4.1頻分多路復(fù)用圖2-32頻分多路技術(shù)實(shí)現(xiàn)示意圖104～108kHz108kHz0～4Hz60～64kHz64kHz0～4Hz100～104kHz104kHz0～4Hz0～4Hz108kHz104～108kHz0～4Hz104kHz100～104kHz電話機(jī)1電話機(jī)n電話機(jī)20～4Hz64kHz60～64kHz低通調(diào)制器帶通多路復(fù)用器低通調(diào)制器帶通調(diào)制器帶通低通帶通調(diào)制器低通帶通調(diào)制器低通調(diào)制器低通帶通多路復(fù)用器

2、頻分多路復(fù)用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

頻分多路復(fù)用主要用于電話模擬信號(hào)的傳輸。頻分多路復(fù)用技術(shù)用于模擬信號(hào)的頻分傳輸，主要用于電話和電視系統(tǒng)。一根CATV電纜的帶寬大約是500MHz，可傳送80個(gè)頻道的電視節(jié)目。每個(gè)頻道6MHz的帶寬中又進(jìn)一步劃分為聲音子通道、視頻子通道以及彩色子通道，并留有警戒頻帶。2.4.2時(shí)分多路復(fù)用

1、時(shí)分多路復(fù)用的概念時(shí)分多路復(fù)用（TDM）是將一條物理信道的傳輸時(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，在其占有的時(shí)間片內(nèi)用戶使用通信信道的全部帶寬。如果與FDM相比較,由于FDM是以信道頻帶作為分割對(duì)象,通過(guò)為多個(gè)信道分配互不重疊的頻率范圍的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此頻分多路復(fù)用更適于模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，而TDM則以信道傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象，通過(guò)為多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此更適合于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。

2、時(shí)分多路復(fù)用的實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，可分為同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)分多路復(fù)用兩種方式。2.4.2時(shí)分多路復(fù)用

(1)同步時(shí)分：指發(fā)送端的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)一條線路向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行分時(shí)處理，它們以固定的時(shí)隙進(jìn)行分配。

(2)異步時(shí)分：又被稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，它能動(dòng)態(tài)地按需分配時(shí)隙，以避免每個(gè)時(shí)隙段中出現(xiàn)空閑時(shí)隙。異步時(shí)分在分配時(shí)隙時(shí)是不固定的，而是只給想發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送端分配其時(shí)隙段，當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則不給它分配時(shí)隙。要接收的數(shù)據(jù)AAAABBCDDDBCDABDADAAAAAABBCDDD復(fù)用器解復(fù)器要發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)隙浪費(fèi),信道資源利用率底一個(gè)周期的數(shù)據(jù)塊(幀)在不同時(shí)刻，開(kāi)關(guān)切換到不同的輸入設(shè)備2.4.3密集波分多路復(fù)用

1、波分多路復(fù)用（WDM）

采用的是波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用技術(shù),在同一傳輸信道內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。WDM和FDM基本上都基于相同原理,所不同的是WDM應(yīng)用于光纖信道上的光波傳輸過(guò)程,而FDM應(yīng)用于電模擬傳輸。波分多路復(fù)用原理如圖2-34所示。圖2-34波分多路復(fù)用原理2.4.3密集波分多路復(fù)用

2、密集波分多路復(fù)用密集波分多路復(fù)用(DWDM)是在WDM上發(fā)展起來(lái)的。最初，在一根光纖上只能傳送兩路光波信號(hào)，CIENA首先推出了16路信道系統(tǒng)，現(xiàn)在已能做到在一根光纖上復(fù)用80路甚至更多路數(shù)的光載波信號(hào)。

DWDM的工作原理如圖2-35所示。

圖2-35密集波分多路復(fù)用原理示意圖復(fù)用器012345671550nm1551mn1552nm1553nm1554nm1555nm1556nm1557nm1550nm1551mn1552nm1553nm1554nm1555nm1556nm1557nm0123456720GbpsEDFA120km分用器§2.5網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換

各種數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信最簡(jiǎn)單的方式是利用傳輸介質(zhì)將兩個(gè)端點(diǎn)直接相連，但每個(gè)通信系統(tǒng)都采用把收發(fā)兩端直接相連的形式是不可能的，通常通過(guò)一個(gè)由多個(gè)結(jié)點(diǎn)組成的中間網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)從源結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的結(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相互通信。因此，數(shù)據(jù)交換是研究如何通過(guò)中間網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題。目前，常用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換方式可歸結(jié)為以下4種:

★電路交換★報(bào)文交換★分組交換★快速交換2.5.1電路交換在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，要先經(jīng)過(guò)呼叫過(guò)程建立一條端到端的電路。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，所建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)。

數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方發(fā)出拆除請(qǐng)求然后逐節(jié)拆除到對(duì)方節(jié)點(diǎn)。(1)電路建立(2)數(shù)據(jù)傳輸(3)電路拆除

1、電路交換概念電路交換是根據(jù)電話交換原理發(fā)展起來(lái)的一種直接交換方式。在數(shù)字通信中，電路交換傳輸主要是應(yīng)用同步傳輸模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。電路交換的過(guò)程分為3個(gè)步驟：電路交換原理如下圖所示。2.5.1電路交換源節(jié)點(diǎn)A交換節(jié)點(diǎn)1交換節(jié)點(diǎn)6呼叫請(qǐng)求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)釋放請(qǐng)求釋放應(yīng)答目的節(jié)點(diǎn)B電路建立數(shù)據(jù)傳輸電路拆除源節(jié)點(diǎn)A目的節(jié)點(diǎn)B公用電話交換網(wǎng)1234562.5.1電路交換2、電路交換的優(yōu)點(diǎn)(1)

連接建立后,數(shù)據(jù)以固定的傳輸率傳輸,傳輸延遲小。(2)

由于物理線路被單獨(dú)占用,故不可能發(fā)生沖突;(3)

適用于實(shí)時(shí)大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。3、電路交換的缺點(diǎn)(1)

建立連接將跨多個(gè)設(shè)備或線纜，則會(huì)需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。(2)

連接建立后，由于線路是專用的，即使空閑，也不能被其它設(shè)備使用造成一定的浪費(fèi)。(3)

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。2.5.2報(bào)文交換1、報(bào)文交換的工作原理報(bào)文交換類似于發(fā)送信件，是以報(bào)文為單位發(fā)送信息，不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是多少都把它當(dāng)作一個(gè)邏輯單元，每個(gè)報(bào)文由報(bào)頭、正文和報(bào)尾3部分組成，報(bào)頭中包含發(fā)送計(jì)算機(jī)的地址和接收信息的計(jì)算機(jī)地址。通信子網(wǎng)根據(jù)報(bào)頭目的地址選擇路徑在兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的一段鏈路上逐段傳輸，不需要在兩個(gè)主機(jī)之間建立多個(gè)結(jié)點(diǎn)組成的通道,報(bào)文交換過(guò)程如圖2-39所示。主機(jī)A主機(jī)BCCCDCGCA通信子網(wǎng)CFCBCE圖2-39報(bào)文交換過(guò)程2.5.2報(bào)文交換

2、報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)

⑴

電路利用率高。報(bào)文可以分時(shí)共享交換設(shè)備間的線路。

⑵

在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大時(shí),就不能接受新的呼叫。而在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)上,通信量大時(shí)仍然可以接收?qǐng)?bào)文,不過(guò)傳送延遲會(huì)增加。

⑶

報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn)。

⑷

報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。3、報(bào)文交換的缺點(diǎn)

⑴

數(shù)據(jù)的傳輸延遲比較長(zhǎng)，且延遲時(shí)間長(zhǎng)短不一，因此不適用于實(shí)時(shí)或交互式的通信系統(tǒng)。

⑵

當(dāng)報(bào)文傳輸錯(cuò)誤時(shí)，必須重傳整個(gè)報(bào)文。2.5.3分組交換分組交換是報(bào)文交換的改進(jìn)，因而又稱為報(bào)文分組交換。它將報(bào)文分成若干個(gè)分組,每個(gè)分組的長(zhǎng)度有一個(gè)上限,有限長(zhǎng)度的分組使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)能力降低了，以提高交換速度。分組交換適用于交互式通信，如終端與主機(jī)通信。報(bào)文分組的結(jié)構(gòu)如圖2-40所示。1010010101…0110011010首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)報(bào)文報(bào)文圖2-40報(bào)文分組的組成報(bào)文分組交換是在電路交換和報(bào)文交換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的,因而結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn),并且有數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式。2.5.3分組交換

1、數(shù)據(jù)報(bào)方式在數(shù)據(jù)報(bào)方式中子網(wǎng)接收主機(jī)A發(fā)送的報(bào)文經(jīng)編址、拆卸后分成若干分組,設(shè)有3個(gè)分組P1、P2、P3。CA將根據(jù)子網(wǎng)當(dāng)前的通路情況及通信量情況,將分組P1、P2、P3沿不同的子網(wǎng)路徑發(fā)送出去,接收端將接收的分組重新組裝成報(bào)文。這類服務(wù)沒(méi)有建立鏈路和拆除鏈路的過(guò)程，如圖2-42所示。圖2-42數(shù)據(jù)報(bào)方式交換過(guò)程主機(jī)ACCCDCGCA通信子網(wǎng)CFCBCEP1P2P3P3P2P1P2P1P1P2P3P3P1P3主機(jī)B2.5.3分組交換

2、虛電路方式

虛電路方式是試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式與電路交換方式結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點(diǎn),達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果。與電路交換方式類似，虛電路方式在數(shù)據(jù)傳輸前也要建立一條傳輸通路，但這條通絡(luò)是邏輯的而非物理的。虛電路方式兩個(gè)用戶的終端設(shè)備在開(kāi)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，用戶不需要在發(fā)送和接收時(shí)清除連接。虛電路可以通過(guò)呼叫請(qǐng)求建立，并要賦予虛電路號(hào)。子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)之間就是通過(guò)虛電路號(hào)將分組沿子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)逐站傳遞。虛電路的工作方式如圖2-43所示。2.5.3分組交換A1一B1虛電路：VC1＝LCl(3)＋LC2(2)＋LC3(1)A2一C1虛電路：VC2＝LCl(2)＋LC2(1)＋LC4(3)A3一Dl虛電路：VC3＝LC1(1)＋LC5(4)用戶A1與用戶B1建立的虛電路為VCl＝LCl(3)+LC2(2)+LC3(1)用戶A2與用戶C1建立的虛電路為VC2＝LCl(2)+LC2(1)+LC4(3)用戶A3與用戶D1建立的虛電路為VC3＝LCl(1)＋LC5(4)3LC32用戶B1用戶C1用戶A1用戶A2用戶A3用戶D1結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)D中繼結(jié)點(diǎn)1中繼結(jié)點(diǎn)2傳輸媒體411213LC1LC5LC2LC4圖2-43虛電路的工作方式2.5.3分組交換對(duì)比的內(nèi)容虛電路數(shù)據(jù)報(bào)連接的建立必須有不要目的站地址僅在連接建立階段使用，每個(gè)分組使用短的虛電路信號(hào)每個(gè)分組都有目的站的全地址路由選擇在虛電路建立時(shí)進(jìn)行，所有分組均按同一路由每個(gè)分組都有獨(dú)立選擇的路由路由器出現(xiàn)故障所有通過(guò)出故障的路由器的虛電路均不能工作出故障的路由器可能對(duì)丟失分組，一些路由會(huì)發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達(dá)目的站到達(dá)目的站時(shí)可能不按發(fā)送順序端到端的差錯(cuò)控制由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由主機(jī)負(fù)責(zé)端到端的流量控制由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由主機(jī)負(fù)責(zé)由于虛電路方式具有電路交換與分組交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因此在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的主要區(qū)別如下表：§2.6網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)控制編碼器數(shù)據(jù)打包處理自適應(yīng)碼率控制自適應(yīng)非均勻糾錯(cuò)控制反饋控制解碼器傳輸網(wǎng)絡(luò)Feedbackinformationpacketsbitstreamspackets在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，差錯(cuò)的產(chǎn)生是不可避免的，差錯(cuò)控制技術(shù)是分析差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)類型、研究發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)、糾正差錯(cuò)，把差錯(cuò)控制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。2.6.1差錯(cuò)的產(chǎn)生與類型圖2-52差錯(cuò)產(chǎn)生的過(guò)程1、差錯(cuò)的產(chǎn)生

在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，由于信號(hào)的衰減、噪音的干擾，通信線路上的數(shù)據(jù)信號(hào)與干擾信號(hào)疊加在一起，會(huì)造成接收端接收到發(fā)生差錯(cuò)的數(shù)據(jù)。例如，把“1變?yōu)?”和把“0變?yōu)?”。我們把通過(guò)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)象稱為傳輸差錯(cuò)，通常簡(jiǎn)稱為差錯(cuò)。產(chǎn)生差錯(cuò)的過(guò)程如圖2-52所示。(b)實(shí)際環(huán)境(a)理想狀態(tài)01011010010信源信宿0101101001001011010010信源信宿噪音干擾01010010110出錯(cuò)2.