第2章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

第2章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信基礎(chǔ)2.1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)1、信息信息泛指那些通過各種方式傳播的、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、語音、視頻和動(dòng)畫片等。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)、信號(hào)和信道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)或磁場強(qiáng)度等。信號(hào)分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩種。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（a）所示。

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表示數(shù)據(jù),如圖(b)所示。4、信道

信道是信息從發(fā)送端傳輸?shù)浇邮芏说囊粋€(gè)通路。一般由傳輸介質(zhì)和相應(yīng)的傳輸設(shè)備組成。

2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信的目的是兩個(gè)用戶之間交換信息。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是指以計(jì)算機(jī)為中心，用通信線路連接分布在遠(yuǎn)地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備而完成數(shù)據(jù)通信的系統(tǒng)。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)一般由三部分組成：源系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、目的系統(tǒng)。1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型2.2.1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(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)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(hào)模擬信號(hào)輸入漢字顯示漢字?jǐn)?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(jī)2、數(shù)據(jù)通信主要技術(shù)指標(biāo)1)數(shù)據(jù)傳輸速率：也稱比特速率，單位是位/秒，記為bit/s、b/s或bps2)信號(hào)傳輸速率：也稱碼元速率，單位波特，記為Baud,以B表示數(shù)據(jù)傳輸速率=信號(hào)傳輸速率xlog2N(bps)3)信道容量:表示信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，4)誤碼率：衡量差錯(cuò)的指標(biāo)。誤碼率=接收的錯(cuò)誤的二進(jìn)制比特?cái)?shù)/傳輸?shù)目偟亩M(jìn)制比特?cái)?shù)5)信道帶寬：在給定的范圍內(nèi)可用于傳輸?shù)淖罡哳l率與最低頻率的差值6)信道延遲：指信號(hào)從發(fā)送方發(fā)出經(jīng)信道到達(dá)接受方所需要的時(shí)間。3、奈奎斯特和香農(nóng)公式

⑴奈奎斯特(Nyquist)定理：1942年,H.Nyquist證明，任何一個(gè)信號(hào)如果通過帶寬為W（Hz）的理想低通濾波器，若每秒取樣2W次，就可以完整地重現(xiàn)該濾波過后的信號(hào)。在理想條件下(無噪音有限帶寬W的信道)，其最大的數(shù)據(jù)傳輸速率C（信道容量）為：式中：L為離散性信號(hào)或電平的個(gè)數(shù)##L（2）香農(nóng)公式香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯(cuò)的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為

C=Wlog2(1+S/N)b/sW為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。

S/N------信噪比，本身沒單位，通常換算成10lgS/N表示，單位dB香農(nóng)公式表明信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬

W

或信噪比

S/N

沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率

C

也就沒有上限。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。2.2數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)也稱傳輸媒體或傳輸媒介。一般來說，傳輸介質(zhì)可分為兩大類：（1）導(dǎo)向傳輸媒體（有線介質(zhì)）（2）非導(dǎo)向傳輸媒體（無線介質(zhì)）常見的有線介質(zhì)有雙絞線、同軸電纜和光纖常見的無線介質(zhì)有無線電波、微波和紅外線2.2.1雙絞線雙絞線的物理結(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。一對線可以作為一條通信線路，各個(gè)線對螺旋排列的目的是為了使各線對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）。2.2.2同軸電纜同軸電纜是局域網(wǎng)中最早使用而且應(yīng)用十分廣泛的傳輸介質(zhì)，可以通過專用的中同軸電纜(俗稱粗纜)或小同軸電纜(俗稱細(xì)纜)來組網(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)如圖所示。

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。保護(hù)層、屏蔽層、絕緣層、導(dǎo)體同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖各種電纜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)體無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP同軸電纜2.2.3光纖光纖是光導(dǎo)纖維（FiberOptics）的簡稱，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。1、光纖的結(jié)構(gòu)光纖有纖芯、封套和外套組成。中心一般是玻璃纖芯，光芯外包圍著一層折射率比纖芯低的玻璃封套又叫包層。最外層是一層薄的塑料外殼。通常把多條光纖扎成束，再加上外殼構(gòu)成光纜。2、光纖的系統(tǒng)光纖的系統(tǒng)由三部分組成：光發(fā)送器、光纖介質(zhì)和光接收器。發(fā)送端的光發(fā)送器利用電信號(hào)對光源進(jìn)行光強(qiáng)控制，從而將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)；光信號(hào)進(jìn)過光纖介質(zhì)傳輸?shù)焦饨邮斩?；光接收器通過光電二極管再把光信號(hào)還原成電信號(hào)。3、光纖分類纖芯中光束的多少可分為單模光纖（8.3/125um）和多模光纖（50/125um，62.5/125um）兩種。單模光纖多模光纖輸入脈沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖傳輸介質(zhì)帶寬速率/工作頻帶性能傳輸距離價(jià)格應(yīng)用同雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s較好模擬：10km數(shù)字：500m低模擬/數(shù)字信號(hào)傳輸50Ω同軸電纜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4、光纖通信特點(diǎn)與雙絞線和同軸電纜比較，光纖通信有很多優(yōu)點(diǎn)。傳輸信號(hào)的頻帶寬，通信容量大；信號(hào)衰弱減小，傳輸距離長；抗干擾能力強(qiáng)，應(yīng)用范圍廣；極高的數(shù)據(jù)傳輸率，極低的誤碼率2.2.4無線介質(zhì)1.微波

無線微波通信在數(shù)據(jù)通信中占有重要地位。微波在空間主要是直線傳播。傳統(tǒng)的微波通信主要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星通信2.擴(kuò)頻無線電3.紅外線4.激光擴(kuò)頻無線電是一種新的民用無線通信技術(shù)，具有傳輸速率高、發(fā)射功率小、抗干擾能力強(qiáng)以及保密性好等特點(diǎn)。其方向性很強(qiáng)，不易受電磁波干擾。但紅外線的穿透能力較差，易受障礙物的阻礙物的阻礙，所以一般做為近距離傳輸介質(zhì)。其方向性很強(qiáng)，不易受電磁波干擾。2.3數(shù)據(jù)傳輸方式2.3.1模擬傳輸與數(shù)字傳輸2.3.2串行通信與并行通信2.3.3數(shù)據(jù)傳輸方向2.3.4同步傳輸與異步傳輸2.3.1模擬傳輸與數(shù)字傳輸1.模擬傳輸與模擬傳輸系統(tǒng)

一般來說，模擬數(shù)據(jù)是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，并且占有一定的頻譜范圍。模擬數(shù)據(jù)可以直接用占有相同頻譜的電信號(hào)來表示。模擬傳輸系統(tǒng)中傳輸?shù)男盘?hào)既可以表示模擬數(shù)據(jù)，也可以表示數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。但無論傳輸哪種類型數(shù)據(jù)，在傳輸一定距離后，模擬信號(hào)都會(huì)衰減和畸變。為了實(shí)現(xiàn)長距離傳輸，模擬傳輸系統(tǒng)使用放大器來增強(qiáng)信號(hào)的能量，但同時(shí)也放大了信號(hào)中的噪聲分量，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致信號(hào)發(fā)生畸變，甚至造成數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤。模擬數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的典型應(yīng)用是模擬電話傳輸系統(tǒng)。2.數(shù)字傳輸與數(shù)字傳輸系統(tǒng)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是時(shí)間的離散函數(shù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以直接在數(shù)字信道上傳輸，模擬數(shù)據(jù)經(jīng)過采樣、量化和編碼后也可以在數(shù)字信道上傳輸。長距離的傳輸也會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的衰減和畸變，嚴(yán)重時(shí)影響到數(shù)據(jù)的完整性與正確性。為了延長傳輸距離，數(shù)字傳輸系統(tǒng)通常使用中繼器來克服信號(hào)衰減和畸變。中繼器將接收到的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過整形回復(fù)后，再將信號(hào)發(fā)送出去，從而克服信號(hào)的衰減和畸變。為了提高信號(hào)的干擾能力，并且便于接收端信號(hào)同步，數(shù)據(jù)必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)木幋a后才能傳輸。在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，每個(gè)端點(diǎn)必須通過編碼解碼器來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)編碼與解碼。2.3.2串行通信與并行通信1.串行通信

串行傳輸方式中，要把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)變成數(shù)據(jù)流，在一條串行通信道上進(jìn)行傳輸，一次只傳輸一個(gè)二進(jìn)制位，接收方再將這一串二進(jìn)制比特流轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)串行通信。串行通信的數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣容^并行傳輸慢，但是它只占用一條信道，通信成本較低，而且信號(hào)串?dāng)_較小，可用于長距離傳輸。源點(diǎn)終點(diǎn)2.3.2串行通信于并行通信2.并行通信

并行通信方式中，要把傳輸?shù)臄?shù)據(jù)以組為單位分為多組，每組信息的多位數(shù)據(jù)在多個(gè)并行信道上同時(shí)傳輸，如果需要還可以附加一位校驗(yàn)位。接收設(shè)備可同時(shí)接收到這些數(shù)據(jù)，不需要做任何變換就可以直接使用。并行通信特點(diǎn)如下：1.一位(比特）時(shí)間內(nèi)可傳輸多個(gè)比特，傳輸時(shí)間快。2.每位數(shù)據(jù)傳輸要求一個(gè)單獨(dú)的信道，通信成本高。3.由于信道之間的電容感應(yīng)，遠(yuǎn)距離傳輸可靠性較低，一般適用于近距離傳輸。源點(diǎn)終點(diǎn)2.3.3數(shù)據(jù)傳輸方向

按照數(shù)據(jù)在信道上傳輸方向與時(shí)間的關(guān)系，可以把數(shù)據(jù)通信方式分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信。單工半雙工全雙工ABABAB2.3.4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)鐘頻率來校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，這個(gè)過程就叫做位同步。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。2.3.4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)2.3.4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”的跳變來判別一個(gè)新字符的開始,然后接收字符中的所有位。異步傳輸方式如圖所示。11011010101001101100100010110101101100數(shù)據(jù)傳輸方向停止位數(shù)據(jù)位起始位2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)各種數(shù)據(jù)經(jīng)過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3種:2.4.1★線路（電路）交換2.4.2★報(bào)文交換2.4.3★分組交換

2.4.1線路交換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)用同步傳輸模式來實(shí)現(xiàn)的。電路交換的過程分為3個(gè)步驟：(1)電路建立(2)數(shù)據(jù)傳輸(3)電路拆除在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，要先經(jīng)過呼叫過程建立一條端到端的電路。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，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)出拆除請求然后逐節(jié)拆除到對方節(jié)點(diǎn)。2.4.1線路交換電路交換原理如下圖所示源節(jié)點(diǎn)A目的節(jié)點(diǎn)B公用電話交換網(wǎng)123456源節(jié)點(diǎn)A交換節(jié)點(diǎn)1交換節(jié)點(diǎn)6呼叫請求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)釋放請求釋放應(yīng)答目的節(jié)點(diǎn)B電路建立數(shù)據(jù)傳輸電路拆除2.4.1線路交換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。2.4.2文報(bào)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)文交換過程如圖2-39所示。2.4.2文報(bào)交換如圖所示主機(jī)A主機(jī)BCCCDCGCA通信子網(wǎng)CFCBCE圖2-39報(bào)文交換過程2.4.2文報(bào)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)仍然可以接收報(bào)文,不過傳送延遲會(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，且延遲時(shí)間長短不一，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。2.4.3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)分組的長度有一個(gè)上限,有限長度的分組使得每個(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2.3.4分組交換報(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。2.4.3分組交換1.分組交換過程

分組交換技術(shù)在文報(bào)交換的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了一些改進(jìn)。在發(fā)送端，把要發(fā)送的數(shù)據(jù)劃分為長度固定的數(shù)據(jù)段，每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面加上頭部信息組成一個(gè)完整的“分組’’，每個(gè)分組獨(dú)立進(jìn)行尋找路徑和傳輸，利用存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)方式，將各個(gè)分組傳輸?shù)侥康牡?。分組頭部包含目的地址、源地址以及其他附加信息。當(dāng)一次數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃蟹纸M都到達(dá)接受方時(shí)，接收方再將所有分組重組為原來的數(shù)據(jù)。2.4.3分組交換2.分組交換的特點(diǎn)1.分組具有統(tǒng)一的格式、長度較短并且長度限定在一定范圍內(nèi)。2.分組是暫時(shí)保存在節(jié)點(diǎn)的內(nèi)存中，而不是被保存在節(jié)點(diǎn)的外存中，交換速率高。3.分組交換采用的是動(dòng)態(tài)分配信道的策略，能充分利用鏈路的寬帶。節(jié)點(diǎn)和鏈路的使用為共享方式，極大地提高了通信線路的利用率。2.4.3分組交換3.分組交換的兩種工作方式

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)沒有建立鏈路和拆除鏈路的過程，如圖2-42所示。2.4.3分組交換如圖所示主機(jī)ACCCDCGCA通信子網(wǎng)CFCBCEP1P2P3P3P2P1P2P1P1P2P3P3P1P3主機(jī)B圖2-42數(shù)據(jù)報(bào)方式交換過程2.4.3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，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)備在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(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。虛電路可以通過呼叫請求建立，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。2.4.3分組交換如圖所示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2.4.3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)2.4.3分組交換

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：對比的內(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)2.4.3分組交換4.分組交換技術(shù)實(shí)例（1）X.25分組交換網(wǎng)1）物理層2）鏈路層3）分組層（2）幀中繼幀中繼實(shí)質(zhì)上是由X.25分組交換技術(shù)演化而來的。幀中繼只有物理層和數(shù)據(jù)鏈路層兩層。2.4.3分組交換（3）ATMATM是一種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在美國被稱為異步時(shí)分復(fù)用技術(shù)，在歐洲被稱為異步傳輸模式。ATM既是一種技術(shù)，也是一種業(yè)務(wù)（信元中繼業(yè)務(wù)）。2.5.1數(shù)字信號(hào)模擬化時(shí)的編碼方法計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信常常要借助模擬信道進(jìn)行傳輸，我們將這種數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào)的過程成為調(diào)制。調(diào)制的方法主要有三種：調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相。調(diào)幅（AM）：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。調(diào)頻（FM）：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。調(diào)相（PM）：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。一般分為絕對調(diào)相和相對調(diào)相兩種。（數(shù)字基帶信號(hào)，是信源發(fā)出的、未經(jīng)調(diào)制或頻譜變換、直接在有效頻帶與信號(hào)頻譜相對應(yīng)的信道上傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)，是消息代碼的電波形，是用不同的電平或脈沖來表示相應(yīng)的消息代碼。數(shù)字基帶信號(hào)的類型很多，常見的有矩形脈沖，三角波、高斯脈沖和升余弦脈沖等。最常用的是矩形脈沖，因?yàn)榫匦蚊}沖易于形成和變換。也是模數(shù)變換后的信號(hào)）2.5數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

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。下圖顯示了對數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)“010010”進(jìn)行不同調(diào)制方法的波形。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制原理示意圖2.5.2模擬信號(hào)數(shù)字化時(shí)的編碼方法模擬信號(hào)的數(shù)字化過程主要包括三個(gè)步驟：采樣、量化和編碼。采樣指用每隔一定時(shí)間的信號(hào)樣值序列來代替原來時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)。也就是在時(shí)間上將模擬信號(hào)離散化。量化和編碼是用有限個(gè)幅度值近似原來連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號(hào)的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定規(guī)律，把量化后的值用二進(jìn)制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制或多進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)流。這樣得到的數(shù)字信號(hào)可以通過光纖、微波干線、衛(wèi)星信道等數(shù)字線路傳輸。上述數(shù)字化的過程也被稱為脈沖編碼調(diào)制PCM。

（脈沖編碼調(diào)制是一種模擬信號(hào)的數(shù)字化方法。PCM將信號(hào)的強(qiáng)度依照同樣的間距分成數(shù)段，然后用獨(dú)特的數(shù)字記號(hào)（通常是二進(jìn)制）來量化。PCM常被用于數(shù)字電信系統(tǒng)上，也是電腦和紅皮書中的標(biāo)準(zhǔn)形式。在數(shù)字視頻中它也是標(biāo)準(zhǔn)，例如使用

ITU-R

BT.601。但是PCM并不流行于諸如DVD或DVR的消費(fèi)性商品上，因?yàn)樗枰喈?dāng)大的比特率（DVD格式雖然支持PCM，不過很少使用）；與之相較，壓縮過的音頻較符合效率。不過，許多藍(lán)光光盤使用PCM作音頻編碼。非常頻繁地，PCM編碼以一種串行通信的形式，使數(shù)字傳訊由一點(diǎn)至下一點(diǎn)變得更容易）1、采樣

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作為樣本,讓其表示原來的信號(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為信道允許通過的信號(hào)最高頻率。

2、量化量化是將采樣樣本幅度按量化級決定取值的過程，經(jīng)量化后的樣本幅度為離散的量化級值已不是連續(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。量化之前要將信號(hào)分為若干量化級,同時(shí),要規(guī)定好每一級對應(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）來表示，量化速率需要64000bps（8000×8）。3、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。為了能精確地還原成原來的模擬信號(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)過轉(zhuǎn)換后，信號(hào)才會(huì)和原來模擬信號(hào)波形接近。【例】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。2.5.3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表示二進(jìn)制的方法。

基帶傳輸在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)頻帶（即波形）的情況下直接傳輸數(shù)字信號(hào)，可以達(dá)到很高的數(shù)據(jù)傳輸速率和系統(tǒng)效率。在基帶傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼方式主要有以下幾種方法：

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：

2、逢“1”變化的NRZ碼DNRZ碼是NRZ碼的一種改進(jìn)形式他是用信號(hào)的相位變化來表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的，即在每位開始時(shí)，逢“1”電平跳變，逢“0”電平不跳變。DNRZ碼不僅保持了全寬碼的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)提高了信號(hào)的抗干擾性和易同步性。

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”。⑴單極性不歸零碼(SinglePolarityNRZ)：是以無電壓（無電流）表示“0”，而用恒定的正電壓表示“1”。3、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；通過前T/2傳送該比特的反碼，通過后T/2傳送該比特的原碼。

4、差分曼徹斯特編碼

是對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Ψ?，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。差分曼徹斯特編碼

01101001tO曼徹斯特編碼

01101001tO兩種曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼規(guī)則是:在信號(hào)位中電平從低到高跳變表示0在信號(hào)位中電平從高到低跳變表示1差分曼徹斯特編碼規(guī)則是:在信號(hào)位開始時(shí)不改變信號(hào)極性，表示邏輯“1”在信號(hào)位開始時(shí)改變信號(hào)極性，表示邏輯“0”

2.6多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道為何要復(fù)用？——提高線路利用率適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）多路復(fù)用至兩個(gè)或多個(gè)用戶共享公用信道的一種機(jī)制。通過多路復(fù)用技術(shù)，多個(gè)終端能共享一條高速信道，從而達(dá)到節(jié)省信道資源的目的，多路復(fù)用有頻分多路復(fù)用（FDMA）、時(shí)分多路復(fù)用（TDMA）、光波分多路復(fù)用（WDM）和碼分多路復(fù)用（CDMA）幾種。復(fù)用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復(fù)用方法頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)時(shí)分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途2.6.1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Bg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。2.6.2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象,通過為多個(gè)信道分配互不重疊的頻率范圍的方法來實(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)間作為分割對象，通過為多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的方法來實(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。

(1)同步時(shí)分：指發(fā)送端的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過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，開關(guān)切換到不同的輸入設(shè)備時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間CDCDCDAAAABBBBCDB在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BDBDBDAAAABCCCCDC在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時(shí)分復(fù)用頻率時(shí)間BCBCBCAAAABCDDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀2.6.3光波分多路復(fù)用

波分多路復(fù)用（WDM）

采用的是波長分隔多路復(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程,而FDM應(yīng)用于電模擬傳輸。波分多路復(fù)用原理如圖所示。波分多路復(fù)用原理2.6.4碼分多路復(fù)用1、碼分多路復(fù)用的概念碼分多路復(fù)用(CDMA)是一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的新技術(shù),筆記本電腦和掌上電腦等移動(dòng)性計(jì)算機(jī)的連網(wǎng)通信將會(huì)大量使用碼分多路復(fù)用技術(shù)。在CDMA系統(tǒng)中,所有用戶占用相同的帶寬，使用同一頻率同時(shí)發(fā)送或接收信號(hào)，各個(gè)用戶的信號(hào)用各自不同的地址碼序列來區(qū)分。2、碼分多路復(fù)用的基本原理

CDMA的理論基礎(chǔ)是微波擴(kuò)頻通信，利用擴(kuò)頻通信中不同碼型的擴(kuò)頻碼之間的相關(guān)性，為每個(gè)用戶分配一個(gè)擴(kuò)頻編碼，以區(qū)別不同的用戶信號(hào),發(fā)送端可用不同的擴(kuò)頻編碼分別向不同的接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，接收端用不同的擴(kuò)頻編碼進(jìn)行解碼,就可得到不同發(fā)送端送來的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多址通信。（1）碼片在CDMA中，將每一個(gè)比特時(shí)間在劃分為m個(gè)短的間隔，稱為碼片。使用CDMA的每一個(gè)通信站點(diǎn)被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列（ChipSequence）。在實(shí)用的系統(tǒng)中是使用偽隨機(jī)碼序列。（2）CDMA數(shù)據(jù)通信過程示例假定在一個(gè)CDMA系統(tǒng)中有很三個(gè)站X、S、T在互相通信（圖見書p046），并且所有的站利用全球定位系統(tǒng)對所發(fā)送的碼片序列進(jìn)行同步，即所有的碼片序列都在同一個(gè)時(shí)刻開始。CDMA的碼片序列信號(hào)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2.7

差錯(cuò)控制技術(shù)2.7.1差錯(cuò)的產(chǎn)生原因2.7.2差錯(cuò)控制方法2.7.3差錯(cuò)控制編碼2.7.1差錯(cuò)產(chǎn)生的原因1.差錯(cuò)：通信接收端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實(shí)際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。2.差錯(cuò)：由通信信道的噪聲產(chǎn)生。(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)通信信道噪聲熱噪聲

沖擊噪聲差錯(cuò)的類型

1）隨機(jī)差錯(cuò)

2）突發(fā)差錯(cuò)熱噪聲：傳輸介質(zhì)導(dǎo)體的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。1）特點(diǎn)：屬于隨機(jī)噪聲

時(shí)刻存在

幅度較小

強(qiáng)度與頻率無關(guān)

頻譜寬

隨機(jī)差錯(cuò)

1）由熱噪聲引起的差錯(cuò)

2）特點(diǎn)：孤立的

沖擊噪聲：由外界特定的短暫原因所造成。

1）

特點(diǎn)：幅度較大

持續(xù)時(shí)間長

2）會(huì)引起相鄰多個(gè)數(shù)據(jù)位出錯(cuò)

突發(fā)差錯(cuò)

1）沖擊噪聲引起的傳輸差錯(cuò)

2）特點(diǎn)：差錯(cuò)呈突發(fā)狀

影響一批連續(xù)數(shù)據(jù)位

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，隨機(jī)差錯(cuò)是極個(gè)別的，突發(fā)差錯(cuò)是主要差錯(cuò)。2.7.2差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)控制：在數(shù)據(jù)通信過程中，能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯(cuò)，并將差錯(cuò)限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)。常用差錯(cuò)控制方法：

1）反饋檢測

2）自動(dòng)請求重發(fā)

3）前向糾錯(cuò)反饋檢測方法

1）又稱回送校驗(yàn)法

2）特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：原理簡單

實(shí)現(xiàn)容易

可靠性強(qiáng)

缺點(diǎn)：開銷大

信道利用率低信源校驗(yàn)碼編輯器發(fā)送裝置存儲(chǔ)器反饋信號(hào)控制器接收裝置信宿傳輸信道發(fā)送端接收端反饋信號(hào)控制器校驗(yàn)碼編輯器自動(dòng)請求重發(fā)方法

1）較常采用的差錯(cuò)控制方法

2）ARQ的原理：發(fā)送方將要發(fā)送的數(shù)據(jù)附加上一定的冗余檢錯(cuò)碼一并發(fā)送，接收方則根據(jù)檢錯(cuò)碼對數(shù)據(jù)進(jìn)行差錯(cuò)檢測，如發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)，則接收方返回請求重發(fā)的信息，發(fā)送方在收到請求重發(fā)的信息后，重新傳送數(shù)據(jù)；如沒有差錯(cuò)，則發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)。特點(diǎn)：使用檢錯(cuò)碼，雙向信道，發(fā)送方需設(shè)置緩沖器前向糾錯(cuò)（

FEC）1）原理：由發(fā)送數(shù)據(jù)端發(fā)出能糾錯(cuò)的編碼，接收端收到這些編碼后便進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測出差錯(cuò)后自動(dòng)糾正差錯(cuò)。FEC原理如圖2-55所示。信源糾錯(cuò)碼編碼器發(fā)送器接收器糾錯(cuò)碼編碼器信宿噪音源前向信道2）特點(diǎn)：使用糾錯(cuò)碼單向信道發(fā)送方無須設(shè)置緩沖器2.7.3差錯(cuò)控制編碼在計(jì)算機(jī)通信中，檢測接收到的數(shù)據(jù)是否受到噪聲影響而發(fā)生了差錯(cuò)的方法是利用檢錯(cuò)碼來判斷。差錯(cuò)控制編碼原理：發(fā)送方對準(zhǔn)備傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行干擾編碼，接收方收到數(shù)據(jù)后進(jìn)行校驗(yàn)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)常用的差錯(cuò)控制編碼有：1）奇偶校驗(yàn)碼2）循環(huán)冗余碼3）海明校驗(yàn)碼

奇偶校驗(yàn)碼

奇偶校驗(yàn)碼是一種通過增加冗余位使得碼字中“１”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法，它是一種檢錯(cuò)碼。位＼數(shù)字０１２３４５６７８９偶校驗(yàn)C１０１０１０１０１０１１C２００１１００１１０００C３００００１１１１０００C４００００００００１１０C５１１１１１１１１１１１C６１１１１１１１１１１１C７０００００００００００奇偶校驗(yàn)碼1）垂直奇偶校驗(yàn)2）水平奇偶校驗(yàn)3）水平垂直奇偶校驗(yàn)垂直奇偶校驗(yàn)原理：將要發(fā)送的整個(gè)數(shù)據(jù)分為定長p位的q段，每段的后面按“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的規(guī)律加上一位奇偶位。編碼效率：R=P/(P+1)檢錯(cuò)能力：能檢出每列中的所有奇數(shù)個(gè)數(shù)，但檢不出偶數(shù)個(gè)數(shù)，對突發(fā)錯(cuò)，漏檢率約為50%。水平奇偶校驗(yàn)原理：將要發(fā)送的整個(gè)數(shù)據(jù)分為定長p位的q段，對各個(gè)數(shù)據(jù)段的相應(yīng)橫向進(jìn)行編碼，產(chǎn)生一個(gè)奇偶校驗(yàn)冗余位。編碼效率：R=Q/(Q+1)檢錯(cuò)能力：能檢出每行中的所有奇數(shù)個(gè)數(shù)，但檢不出偶數(shù)個(gè)數(shù)，對突發(fā)常對小于或等于p的突發(fā)錯(cuò)都能檢出。水平垂直奇偶校驗(yàn)原理：能同時(shí)進(jìn)行水平和垂直奇偶校驗(yàn)。編碼效率：R=PQ/(P+1)(Q+1)檢錯(cuò)能力：能檢出所有3位或3位以下的錯(cuò)誤，能檢出所有奇數(shù)個(gè)數(shù)和很大一部分偶數(shù)個(gè)數(shù)，并對突發(fā)長度小于或等于P+1的突出錯(cuò)都能檢出。

垂直奇偶檢驗(yàn)

水平奇偶校驗(yàn)水平垂直奇偶校驗(yàn)原理加上一個(gè)奇偶位橫向進(jìn)行編碼同時(shí)進(jìn)行水平和垂直編碼效率R=P/(P+1)R=Q/(Q+1)R=PQ/(P+1)(Q+1)檢錯(cuò)能力1.所有奇數(shù)個(gè)數(shù)2.漏檢率約為50%。1.所有奇數(shù)個(gè)數(shù)2.突發(fā)常對小于或等于p1.所有3位或3位以下2.所有奇數(shù)個(gè)數(shù)和很大一部分偶數(shù)個(gè)數(shù)3.突發(fā)長度小于或等于P+1循環(huán)冗余碼（CRC）簡稱循環(huán)碼；在發(fā)送端產(chǎn)生一個(gè)循環(huán)冗余碼，附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端，接收端收到的信息按發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行校驗(yàn)，若有錯(cuò)，需重發(fā)。檢錯(cuò)能力強(qiáng)，易實(shí)現(xiàn)，使用最廣泛的方法之一在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和磁盤數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，被廣泛應(yīng)用CRC碼生成和校驗(yàn)基本分為三步：第一步：在數(shù)據(jù)單元(k位）的末尾加上r個(gè)0。r是一個(gè)比預(yù)定除數(shù)的比特位數(shù)(r十1)少1的數(shù)。第二步：采用二進(jìn)制除法將新的加長的數(shù)據(jù)單元（k+r位)除以除數(shù)。由此除法產(chǎn)生的余數(shù)就是循環(huán)冗余碼校驗(yàn)碼。第三步：用從第二步得到的r個(gè)比特的CRC碼替換數(shù)據(jù)單元末尾附加的r個(gè)0。如果余數(shù)位數(shù)小于r，最左的缺省位數(shù)為0。如果除法過程根本未產(chǎn)生余數(shù)（也就是說，原始的數(shù)據(jù)單元本身就可以被除數(shù)整除）那么以r個(gè)0作為CRC碼替換余數(shù)所在的位置。產(chǎn)生的比特模式正好能被除數(shù)整除。111010100011010CRC校驗(yàn)碼信息碼

CRC冗余校驗(yàn)碼CRC校驗(yàn)碼的生成器和校驗(yàn)器r個(gè)比特0數(shù)據(jù)g(x)CRC校驗(yàn)碼r+1r余