計算機網(wǎng)絡通信基礎

計算機網(wǎng)絡通信基礎第一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1數(shù)據(jù)傳輸?shù)木幋a基礎2.1.1有線和無線通信碼型2.1.1.1單極性不歸零碼(NRZ碼)這種編碼的規(guī)則為：對于數(shù)據(jù)代碼中的“1”用＋Ｅ（或－Ｅ）電平表示，對于數(shù)據(jù)代碼中的“0”用0電平表示。這種碼的結構與數(shù)據(jù)代碼中的結構基本相同，這種碼對應于傳輸中的信號波形也與數(shù)據(jù)并串轉換后串行移位輸出數(shù)據(jù)的結構完全相同。如圖2-1(a)。第二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-1常見的編碼波形第三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.1.2單極性歸零碼(RZ碼)這種碼的編碼規(guī)則為：對于數(shù)據(jù)代碼中“1”對應一個＋Ｅ（或－Ｅ）脈沖，脈沖寬度比每位傳輸周期要短，即每個脈沖都要提前回到零電位；對于數(shù)據(jù)代碼中的“0”則不對應脈沖，仍按0電平傳輸，如圖2-1(b)。第四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.1.3雙極性不歸零碼(NRZ碼)這種碼的編碼規(guī)則為：對于數(shù)據(jù)代碼中“1”用＋Ｅ（或－Ｅ）電平傳輸，對于數(shù)據(jù)代碼中的“0”用－Ｅ（或＋Ｅ）電平傳輸。RS232即采用這種傳輸方式。如圖2-1(c)。其特點基本同單極性不歸零碼。第五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.1.4雙極性歸零碼(RZ碼)這種碼的編碼規(guī)則為：對于數(shù)據(jù)代碼中“1”用一個＋Ｅ（或－Ｅ）脈沖，對于數(shù)據(jù)代碼中的“0”用一個－Ｅ（或＋Ｅ）脈沖，且相應脈沖寬度都比每位數(shù)據(jù)所需傳輸周期要短，即每個＋Ｅ脈沖或－Ｅ脈沖都要在傳輸本位的周期時間內(nèi)回到零電位；對于任意數(shù)據(jù)組合之間都有0電位相隔，如圖2-1(d)。這種碼利于傳輸同步信號，但仍有直流分量問題存在。第六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.1.5差分編碼這種編碼規(guī)則為：對于數(shù)據(jù)代碼中的“1”用極性變化表示，即－Ｅ變?yōu)椋牛颍抛優(yōu)椋?；對于?shù)據(jù)代碼中“0”則極性不變化，即電壓（或電流）不變化。差分波形又稱為相對波形，（相應地前4種碼的波形又稱為絕對波形），如圖2-1(e)所示。這種碼也同樣不利于同步信號提取，但由于它是一種極性波形，盡管含有直流分量，但與前4種編碼相比，對判決電路的影響不大。第七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.1.6單極性相位編碼（曼徹斯特碼）這種碼的編碼規(guī)則為：對于數(shù)據(jù)代碼中的“1”用前半周期為0電平，后半周期為＋Ｅ（或－Ｅ）電平；對于數(shù)據(jù)代碼中的“0”則用前半周期為＋Ｅ（或－Ｅ）電平，后半周期為0電平，即通過傳輸每位數(shù)據(jù)中間的跳變方向表示傳輸數(shù)據(jù)的值，波形如圖2-1(f)。第八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五曼徹斯特碼特點首先每傳輸一位數(shù)據(jù)都對應一次跳變，利于同步信號提?。黄浯螌τ诿恳晃粩?shù)據(jù)其＋Ｅ（或－Ｅ）電平和0電平占用時間相同，所以直流分量恒定不變，利于判決電路工作。其缺點是數(shù)據(jù)編碼后脈沖頻率為數(shù)據(jù)傳輸速度的2倍。這種編碼被廣泛地用于10Ｍ以太網(wǎng)（Ethernet）和無線尋呼的編碼中。第九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.1.7交替反轉碼(AMI碼)這種碼的編碼規(guī)則為：對于數(shù)據(jù)代碼的“1”順序交替地用＋Ｅ和－Ｅ電平表示，對于數(shù)據(jù)代碼的“0”仍變換為傳輸碼的0電平，如圖2-1(g)所示。這種編碼具有下述特點：

(1)首先容易出現(xiàn)連“0”串，不利于提取同步定時信號；

(2)其次，其無直流分量，利于在不允許直流和低頻信號通過的介質(zhì)和信道中傳輸，利于判決電路工作；

(3)第三，其數(shù)據(jù)代碼“1”對應的傳輸碼的電平正負交替，利于誤碼觀察。它是脈沖調(diào)制編碼（PCM）中較常用的一種碼型。第十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.1.8三階高密度碼(HDB3碼)1.轉換方法

這種編碼方法建立在AMI傳輸碼基礎上，即先把數(shù)據(jù)代碼變換成AMI傳輸碼，再對AMI碼進行變換。變換方法為：AMI傳輸碼開始之后就對連“0”串進行檢查，當不出現(xiàn)4個或4個以上連“0”串時，則傳輸碼型不變，即AMI碼就是HDB3碼；在遇到首串4個或4個連“0”時，開始將每4個“0”中的第4個“0”或者第1個“0”和第4個“0”轉換為＋Ｅ（或－Ｅ）電平，此位碼稱為擾碼，也被稱為破壞點或破壞符號（用V表示）。第十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.編碼步驟(1)先將數(shù)據(jù)代碼按AMI碼規(guī)則轉換，直到遇到4個連“0”串；每遇到4個連“0”串就須將第4個“0”碼轉換為擾碼V，其電平可為正極性，也可為負極性；擾碼V總與其前相鄰的擾碼V極性相反，首次擾碼不必滿足此條件；(2)擾碼V之前的相鄰非“0”碼極性必須與本擾碼V極性相同，若不相同，則將連“0”串中的第一個“0”碼換為與V極相同并與它之前的非零碼極性相反的B碼以保證之；(3)擾碼之后的非“0”碼極性有時需變換，以保證與本擾碼極性相反，之后再按AMI規(guī)則轉換，重復步驟（1）。第十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.2光纖通信碼型光纖通信中，傳輸數(shù)據(jù)的介質(zhì)是光導纖維，介質(zhì)中傳輸?shù)男盘柺羌す?。在光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中，激光光源只有發(fā)光和不發(fā)光兩種狀態(tài)，它無法傳輸?shù)谌N以上的狀態(tài)，所有三種或三以上的流行的、技術成熟的傳輸碼型都無法在光纖中使用，相應的傳統(tǒng)技術也無法延用。所以在光纖通信系統(tǒng)中，需要重新編碼。目前光纖傳輸中最為常見的編碼有mBnB碼和插入比特碼。第十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.2.1mBnB碼（m位n位碼）mBnB碼又稱為分組碼（BlockCode），它把要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)每m位分為一組，加上冗余位，即可轉換為n位數(shù)據(jù)，故可以通過適當?shù)木幋a規(guī)則和方法使數(shù)據(jù)中除完全包含原有數(shù)據(jù)的內(nèi)容外，還可以包含串行傳輸所必須的時鐘信號，從而可傳輸誤碼監(jiān)測信息和消除直流分量。mBnB碼型中有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B，5B7B，6B8B等碼，這里我們只介紹最為常用的5B6B碼，通過5B6B碼可理解mBnB碼的編碼原理。第十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五1.5B6B碼編規(guī)則其本質(zhì)是先把所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，每5位分一組，再變換為6位一組為傳輸信號。為什么要這樣做呢？這是因為5位二進制數(shù)可能出現(xiàn)00000，00001，11110，01111，11111等“0”、“1”連續(xù)出現(xiàn)的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)的傳輸碼含直流分量，不利于接收方識別和同步，也不利于檢錯，所以把5位變成6位來編碼。我們知道5位二進制數(shù)共有32個碼組，6位二進制數(shù)共有64個碼組，在64個碼組中選用32個“0”、“1”個數(shù)相同或相近的碼組，就有很大的選擇余地，這種選擇方法就是5B6B碼的編碼規(guī)則。第十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五1.5B6B碼編規(guī)則（續(xù)）（1）首先在64個碼組中，含有3個“1”，3個“0”的碼組共有20組，如000111，001011，101010，010101等，這種碼組中“0”和“1”的個數(shù)相等，稱為平衡碼組，直流分量不明顯，當然予以首選。（2）此外還有4個“0”、2個“1”，或4個“1”、2個“0”的碼組共15對，因其“0”和“1”的個數(shù)不同，稱為不平衡碼組，如010111，101110，110011，100111等。這15對碼組每對互為反碼，如010111為正模式，則其反碼為101000稱為負模式。在這15對碼組中，盡量選擇無4連“0”或4連“1”的碼組，共選用12對共24個碼組。上兩項合來共選用44個碼組，足夠用來編碼32個5位二進制數(shù)，如表2-1所示。（3）剩下的3對不平衡碼組和其它“0”、“1”個數(shù)更為懸殊的共14個碼組，如000000，111111，011111，100000等，一概稱為禁字，不允許使用。第十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5B6B碼使用規(guī)則首先禁字不能使用，其次在6位碼連續(xù)傳輸過程中要盡可能保證“0”“1”的個數(shù)相同（平衡）。對于平衡碼組，已滿足上述條件，對于不完全平衡碼組采取正負模式交替使用的方法，即距離最近的兩個不完全平衡碼組，分別采用正模式碼和負模式碼，這樣依序正負兩兩間隔排列，來保證傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中“0”和“1”出現(xiàn)的概率相同。第十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五

3.5B6B碼的特點（1）誤碼監(jiān)測功能（2）傳輸數(shù)據(jù)“0”和“1”個數(shù)均衡，基線不起伏，利于判決電路工作。（3）同步數(shù)據(jù)串中連“0”和連“1”個數(shù)不超過6個，利于同步時鐘信號的提取。第十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.2.2插入比特碼插入比特碼是將串行數(shù)據(jù)中每Ｍ位劃為一組，然后這一組的末尾一位之后插入一位，根據(jù)插入位功能定義，這種碼又可分為三種形式：插入奇偶校驗碼（MBIP碼）、插入補碼（MBIC碼）和插入混合碼（MBIH碼）。第十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五1.MBIP碼在每Ｍ位串行數(shù)據(jù)后插入一位奇偶校驗位（也稱為Ｐ碼），以保證每個碼組（Ｍ＋1位）中“1”的個數(shù)是偶數(shù)，以利于誤碼監(jiān)測。但可能出現(xiàn)長的連“0”，不利于同步信號提取。第二十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.MBIC碼在每Ｍ位串行數(shù)據(jù)后插入最后一位數(shù)據(jù)的反碼，若Ｍ位中最后一位為“1”則插入一位“0”；反之，若Ｍ位中最后一位為“0”則插入一位“1”。這種編碼既可以進行誤碼監(jiān)測，又可減少連“0”連”“1”的不良影響，利于提取同步信號。第二十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五3.MBIH碼這種碼將串行數(shù)據(jù)中每Ｍ位分為一組，然后在其后插入一位混合碼，稱為Ｈ碼。將這些插入的混合碼提取出來，順序排列后具有特定的含義，除具有MBIP和MBIC碼的功能之外，還具有多種功能，因而使用廣泛。由于篇幅所限，MBIH碼中插入碼序列的定義以及其相關功能，請參考有關“光纖通信”及“數(shù)據(jù)通信原理”方面的資料。

第二十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.1.3頻率、頻譜和帶寬利用付里葉（Fourier）分析的方法，無論模擬信號還是數(shù)據(jù)信號，信號對應的時間函數(shù)都可以展開成正弦級數(shù)或余弦數(shù)，由此可看出任何信號都是由各種頻率的正弦成分組成的。對應于不同的信號，各正弦成分的強度、相位、頻率各異。這種用各種正弦頻率成分分析信號的方法稱為頻域方法。這些正弦頻率成分又稱為信號的頻譜。第二十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五例子信號：s(t)=sin(2πf1)t+1/3sin3(2πf1)t+1/5sin5(2πf1)t的波形及各成分的波形如圖2-2所示。第二十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-2第二十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五頻率組成類似于時域函數(shù)s(t)，我們可以利用頻域函數(shù)S(f)來說明信號的頻率組成，如圖2-3所示，其中S(f)軸表示對應頻率成分（分量）的幅值，f軸表示頻率值。又稱圖2-3為對應信號的頻譜圖，信號頻譜中最高頻率成分與最低頻率成分的差稱為信號的絕對帶寬。如信號s(t)的絕對帶寬為4f1。在圖2-2中再給s(t)增加一個直流電壓，則其波形變?yōu)槿鐖D2-2(f)，其頻譜如圖2-3。稱頻率為0的直流信號為直流分量。第二十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-3第二十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五頻譜一般情況下，模擬信號（連續(xù)信號）的頻譜是離散的，即頻域函數(shù)s(f)是離散的；相反數(shù)字信號（離散信號）的頻譜是連續(xù)的，如圖2-4。第二十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-4數(shù)字信號及其頻譜第二十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五帶寬從圖2-4可以看出：數(shù)字脈沖的帶寬為無窮大，但信號的大部分能量都集中在0～4/Ｔ的相對較窄的頻帶里，這個頻帶稱為有效頻帶或帶寬。在數(shù)據(jù)傳輸速率和帶寬之間存在一個對應關系：即傳輸信號中數(shù)據(jù)率越高，其帶寬越寬。從另一方面來看，信號的帶寬越寬，這種信號傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)率就越高。第三十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾娮訉W基礎第三十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.1概述在電信號的傳輸中可以用兩種基本方式進行：

(1)一種為模擬傳輸方式

(2)一種為數(shù)字傳輸方式模擬方式追求的是波形保持不變即保真，如電話通信中的語音傳輸。其特點是：

（1）缺點：波形容易失真；

（2）優(yōu)點：模擬信號頻帶較窄，只占用了線路的部分帶寬，更多的頻帶可供頻分復用。數(shù)字通信方式傳輸?shù)氖请娖骄幋a。其特點是：

（1）優(yōu)點：各電平電位間電壓差較大，易于保持性質(zhì)不變。比模擬信號的抗干擾能力強；

（2）缺點：數(shù)字脈沖的帶寬很寬，對線路的要求嚴格，且占用了線路的全部帶寬資源。第三十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.1.1基帶網(wǎng)與寬帶網(wǎng)從應用的角度講，計算機網(wǎng)絡依其傳輸介質(zhì)的頻帶寬度可分為兩類：

（1）寬帶網(wǎng)(BRB)

（2）基帶網(wǎng)(BAB)

兩者的差別是兩者的介質(zhì)傳輸帶寬不同，相應允許的數(shù)據(jù)傳輸率也不同。寬帶介質(zhì)實際上可劃分為多條基帶信道。但基帶網(wǎng)僅能提供一條信道。數(shù)字信號的頻帶很寬，故其不能在寬網(wǎng)中直接傳輸，必須將其轉化為模擬信號方可在寬帶網(wǎng)中傳輸。也就是說寬帶網(wǎng)中的多條信道，通常傳輸?shù)氖悄M信號。相反由于基帶網(wǎng)只傳輸一路信號，故其可以是數(shù)字信號也可以是模擬信號，通?；鶐ЬW(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)字信號。如10Ｍ以太網(wǎng)就是傳輸曼徹斯特碼構成的數(shù)字信號的基帶網(wǎng)。第三十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.1.2基帶傳輸基帶傳輸即數(shù)字傳輸。這里的基帶指的是基本頻帶，也就是前面所講的傳輸數(shù)據(jù)編碼電信號所固有的頻帶，這種信號可稱為基帶信號。所謂基帶傳輸就是對基帶信號不加調(diào)制而直接在線路上進行傳輸，它將占用線路的全部帶寬，也稱為數(shù)字基帶傳輸。上面所講的各種傳輸碼型，就是基帶信號的各種碼型。但是不能認為數(shù)字信號只能進行基帶傳輸，為了充分利用線路帶寬，可對數(shù)字信號進行調(diào)制后再進行傳輸，即下面所講的頻帶傳輸。第三十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.1.3頻帶傳輸進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸時，一般要借用已有的通信網(wǎng)（如電話網(wǎng)），而數(shù)據(jù)的原始形式是數(shù)字信號（基帶信號），它無法在帶寬較窄的通信網(wǎng)中傳輸，需要將帶寬很寬的數(shù)字信號（基帶信號）變換為帶寬符合通信網(wǎng)要求的模擬信號，而這種模擬信號通常由某一頻率或某幾個頻率組成，它占用了一個固有頻帶，所以稱為頻帶傳輸。第三十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五頻帶傳輸與傳統(tǒng)的模擬傳輸區(qū)別（1）傳統(tǒng)的模擬傳輸?shù)氖悄M信號波形，波形中的頻率、電壓隨時間的函數(shù)關系比較復雜，如聲音波形；而頻帶傳輸?shù)牟ㄐ伪容^單一，即頻率分量為很有限的一個或幾個，電壓幅度也為有限的幾個，其作用為：用不同幅度或不同頻率表示0/1電平。所以，傳統(tǒng)的模擬傳輸過程中保真度要求較高；（2）頻帶傳輸則要求較低，故適合于模擬傳輸?shù)男诺酪话愣歼m合于頻帶傳輸。

目前，大部分通信網(wǎng)都是為了模擬傳輸而設計的，所以本章中將頻帶傳輸和傳統(tǒng)的模擬傳輸都稱為模擬傳輸。第三十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.2數(shù)字傳輸中的常見電平標準2.2.2.1TTL電平標準

TTL電平標準是一種單極電平標準，用TTL電平標準可表示各種只需要單性電壓的傳輸碼型，如單極性不歸零碼、單極性歸零碼、單極性曼徹斯特碼等。通常情況，在計算機系統(tǒng)中，用TTL電平表示的單極性不歸零碼應用最為廣泛。TTL電平標準規(guī)定芯片電源電壓為5V，電壓在0～0.8V的電壓為低電平，即0電平；電壓在1.4～5V的電壓為高電平，即1電平。第三十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.2.2COMS電平標準CMOS電平標準是一種單極性電平標準，其適合使用情況與TTL基本相同。CMOS電平標準規(guī)定：芯片電源電壓VDD可在5～18V范圍內(nèi)，電壓在0～1/2VDD為低電平（0電平），電壓在1/2VDD～VDD為高電平（1電平），并且其高電平和低電平驅(qū)動能力（驅(qū)動電流）相同且大于10mA，所以說其具有“對稱”的特性。第三十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.2.3RS232C電平標準RS232C電平標準是一種雙極性電平不歸零標準，其通?？捎糜诟鞣N雙極性不歸零的傳輸碼型，如雙極性不歸零碼、雙極性曼徹斯特碼、差分編碼等。通常情況，在計算機與其外設（如打印機、繪圖儀、鼠標器調(diào)制解器等外圍設備）之間的數(shù)據(jù)傳輸廣泛使用此電平標準。常用專用集成電路有X75188、X75189、X1489等（X表示某個英文字母，具體內(nèi)容及使用方法請參考有關手冊）。第三十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.2.3RS232C電平標準RS232C電平標準電壓最大為±15V，通常都采用±12V。電壓在＋5～＋15V范圍內(nèi)表示邏輯“0”，電壓在－5～－15V范圍內(nèi)表示邏輯“1”，在＋3～＋5V和－3～－5V區(qū)間為噪聲容限區(qū)（即遲滯區(qū)域），即允許信號受干擾等情況，波形電壓在此范圍內(nèi)抖動。標準規(guī)定，電源布線長度不得超過15米，傳輸速度不能超過20Kb/s。由于RS232C的對稱特性和其電平的動態(tài)范圍進一步加寬，并且具有遲滯區(qū)域（噪聲空限區(qū)域），故其抗干擾能力比TTL和CMOS更強，傳輸能力也更強。實驗表明，使用雙絞線做傳輸介質(zhì)，在傳遞速度不超過40Kb/s時，傳輸距離可達1km以上。第四十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.2.4RS422A電平標準RS422A電平標準也是一種雙極性不歸零電平標準。同RS232C一樣，其可以用于表示各種雙極性不歸零傳輸碼型。RS422是為了克服RS232C電平近距離、低速度的弱點而提出的一種電平標準。RS422標準規(guī)定電纜長度不超過12米時最大傳輸速度為10Mb/s。當傳輸速度為100Kb/s時，電纜長度可達1200米。第四十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五特點與其它電平標準相比，RS422A電平是一種差動電平，其特點類似于模擬電路中差動信號的特點。TTL、CMOS、RS232C在傳輸數(shù)據(jù)時，一路物理信號占用一條信號線，參考電平為地線（0V），而RS422A在傳輸數(shù)據(jù)時，一路物理信號占用兩條信號線（正端和負端）作為差動信號，互為參考，而不以地電平作為參考。具體規(guī)定如下：正極性電壓為正端電壓比負端電壓高200mV～6V，負極性電壓為正端電壓比負端電壓低200mV～6V。RS422A標準又稱為平衡式標準，與其類似的標準有RS423非平衡標準、RS485高速傳輸標準等。第四十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.2.520mA電流環(huán)20mA電流環(huán)通常用作電傳打字機的傳輸接口標準，其與前幾種標準的不同之處在于：

（1）前幾種是電壓標準，20mA電流環(huán)是電流標準

（2）20mA電流環(huán)可以驅(qū)動打字機的線圈和繼電器線圈，具有較大的輸出功率，可以直接用于控制機械設備。在20mA電流環(huán)中，出現(xiàn)直流表示邏輯1，沒有電流就是邏輯0。電流是一種單極性電流標準，可以用于表示各種單極碼型。由于其兩種電流信號的電流差較大，其抗擾能力較強，傳輸距離和傳輸速度可以和RS232C相比擬，在過程控制中有廣泛的使用。第四十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.3數(shù)字傳輸基礎2.2.3.1并行傳輸與串行傳輸

1.并行傳輸：一個數(shù)據(jù)代碼由若干位組成，在數(shù)據(jù)設備內(nèi)進行近距離傳輸（1米或數(shù)米之內(nèi)）時，為了獲得高的數(shù)據(jù)傳輸速率，使每個代碼的傳輸時延盡量少，常采用并行傳輸方式，即數(shù)據(jù)的每一位各占一條信號線，并行傳輸。兩數(shù)據(jù)設備之間一次傳輸多位并行數(shù)據(jù)，每條連線對應一條信道，用于傳輸代碼的對應位，多條信道組成了多位并行信號。根據(jù)實際需要并行信道的寬度不是一成不變的，如計算機內(nèi)的數(shù)據(jù)總線就是并行傳輸?shù)囊粋€例子，有8位、16位、32位和64位等數(shù)據(jù)總線。第四十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.串行傳輸串行傳輸指的是：代碼的若干位順序接位串行排列成數(shù)據(jù)流，在一條信道上傳輸。數(shù)據(jù)源向數(shù)據(jù)宿發(fā)出了0、1組成的串行數(shù)據(jù)。由于代碼采取了串行傳輸方式，其傳輸速度與并行傳輸相比要低得多。但由于在硬信號的連接上節(jié)省了信道，利于遠程傳輸，所以廣泛用于遠程數(shù)據(jù)傳輸中，通信網(wǎng)和計算機網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)傳輸都是以串行方式進行的。第四十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.3.2數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐綗o論是并行傳輸還是串行傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)出數(shù)據(jù)后，接收方如何在合適的時刻正確地接收數(shù)據(jù)，即在發(fā)送方連續(xù)不斷地送來的數(shù)據(jù)中正確地區(qū)分出每一個代碼以正確完成傳輸任務是一個必須解決的問題。在并行傳輸中，由于其距離近，可以增加一根控制線（又稱握手信號線），由數(shù)據(jù)發(fā)送方控制此信號線，通過電平（或邊沿）變化來通知接收方數(shù)據(jù)是否有效，這就計算機中的寫控制。當然收發(fā)雙方的握手辦法很多，通常有：寫控制、讀控制、發(fā)送端數(shù)據(jù)準備好、接收端空。第四十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五解決同步問題為了正確識別和恢復代碼，必須解決以下問題：

（1）正確區(qū)分和識別每個比特（即每位）。

（2）區(qū)分出每個代碼（如一個ASCII碼字符），即區(qū)分出每個代碼的起始和結束位。

（3）區(qū)分出完整的報文數(shù)據(jù)塊（數(shù)據(jù)幀）的開始和結束位。以上三個問題對應著三個概念：位同步、字符同步和幀同步。第四十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五解決問題的辦法（1）同步傳輸方式

（2）異步傳輸方式

這兩種方式的區(qū)別在于：發(fā)送和接收設備的時鐘是異步的，還是同步的。

下面就異步傳輸和同步傳輸分別加以說明。第四十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五1.異步傳輸這種方式的原理是：每個字符都獨立傳輸，接收設備每收到一個字符的開始位后進行同步，如圖2-5所示。第四十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-5異步傳輸?shù)谖迨摚惨话傥迨屙?，編輯?023年，星期五特點在異步傳輸方式中由于不需要發(fā)送和接收設備之間另外傳輸定時信號，因而實現(xiàn)起來比較簡單。其缺點是：（1）一方面，由于每個字符都要加上起始位和結束位，因而傳輸開銷較大；（2）另一方面，由于發(fā)收雙方時鐘的差異（異步）使得傳輸速率不宜過高，因而傳輸效率低，常用于低速數(shù)據(jù)傳輸中。第五十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.同步傳輸這種方式的原理是：以固定的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號，字符間順序相連，既無間隙也沒有插入位。收發(fā)雙方的時鐘信號與傳輸?shù)拿恳晃粐栏駥?，以達到位同步，在開始發(fā)送一幀數(shù)據(jù)前須發(fā)送固定長度的幀同步字符，之后發(fā)送數(shù)據(jù)字符，發(fā)送完數(shù)據(jù)后再發(fā)送幀終止字符，這樣就實現(xiàn)了字符和幀同步，之后連續(xù)發(fā)送空字符，直到發(fā)送下一幀時重復上述過程，如圖2-6所示。第五十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-6同步傳輸?shù)谖迨?，共一百五十五頁，編輯?023年，星期五2.2.3.3通信方式數(shù)據(jù)傳輸是有方向的，這是傳輸電路的能力和特點所決定的。按傳輸?shù)姆较蛐裕煞譃槿N基本工作方式：1.單工通信：兩通信終端間只能由一方將數(shù)據(jù)傳輸給另一方，即一方僅可為發(fā)送端，另一方僅能為接收端。2.半雙工通信：兩通信終端可以互傳信息，即都可以發(fā)送或接收數(shù)據(jù)，但任一方都不能在同一時間既發(fā)送又接收，只能在同一時間一方發(fā)送，而另一方接收。第五十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五3.全雙工通信即兩通信終端可以在兩個方向上同時進行數(shù)據(jù)的收發(fā)傳輸。一般情況，在一條物理鏈路（線路）上只能進行單工數(shù)字通信或半雙工數(shù)字通信，要進行全雙工數(shù)字通信，一般需要兩條物理鏈路。由于電信號在有線傳輸時要求形成回路方可傳輸信號，所以一條傳輸鏈路通常由兩條電線組成，稱為二線制線路。則雙工傳輸就需要4條線組成兩條物理鏈路，稱為四線制線路。第五十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.3.4數(shù)據(jù)在通信網(wǎng)中的傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)由于是基帶信號，其頻譜很寬，通常不能直接在公用通信網(wǎng)中傳輸，為了實現(xiàn)高效率、低消耗、低價格的遠程數(shù)據(jù)通信，又必須依靠已有的通信網(wǎng)作為傳輸數(shù)據(jù)的通道，為此需要將基帶數(shù)字信號轉換為適合于公用通信網(wǎng)傳輸要求的信號進行傳輸，這就需進行調(diào)制解調(diào)。第五十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.3.5數(shù)據(jù)傳輸基本質(zhì)量指標在數(shù)據(jù)傳輸中，既要求傳輸速度快，還要求少出錯，這是兩個基本質(zhì)量指標。1.數(shù)據(jù)傳輸速率：通常意義上的數(shù)據(jù)傳輸速率是指發(fā)送端和接收端之間單位時間內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)的平均比特數(shù)，其單位為每秒位(b/s或bps)，或每秒千位(Kb/s)，或每秒兆位(Mb/s)，其關系為1Kb/s=103b/s，1Mb/s=106b/s。數(shù)據(jù)傳輸速率反映了終端設備之間的信息傳輸能力，它是一段時間的平均值。我們通常用它來描述數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能。第五十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量衡量數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的指標是差錯率，通常用誤碼率表示：誤碼率＝(接收方出現(xiàn)差錯的比特數(shù)(位數(shù))/總的傳輸比特數(shù)(位數(shù)))×100%誤碼率是一個統(tǒng)計平均值，在統(tǒng)計和測試時應采用統(tǒng)計學的方法，在足夠時間和足夠統(tǒng)計的數(shù)量后方可正確得出。第五十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五3.差錯原因產(chǎn)生差錯的原因一般有兩類，即獨立型差錯和突發(fā)型差錯。（1）獨立型差錯：獨立型差錯是指在傳輸?shù)倪B續(xù)碼元中只有單個碼元出現(xiàn)差錯，碼元間的差錯不存在關聯(lián)。（2）突發(fā)型差錯：突發(fā)型差錯是指發(fā)生突發(fā)或成片差錯。第五十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.4模擬傳輸基礎為了能在模擬信道上傳輸數(shù)據(jù)信號，我們需要進行信號變換，變換的原則是：(1)首先，變換后的信號要適應信道的特征，也就是這種新信號包含的頻率成分（頻譜）要落入相應模擬信道的通頻帶范圍之內(nèi)；(2)其次，新的信號中必須包含原始的正確數(shù)據(jù)信息。這種變換如圖2-7所示。第六十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-7第六十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五信號變換方法常見的變換有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相三種變換，這三種變換又分別被稱為振幅鍵控(ASK)、移頻鍵控(FSK)和移相鍵控(PSK)，如圖2-8所示。第六十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-8三種調(diào)制的基本波形

第六十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.5復用技術在長途通信中，一些高容量的同軸電纜、地面微波、衛(wèi)星設施以及光纜，其可傳輸?shù)念l率帶寬很寬，為了高效合理地利用資源，通常采用多路復用技術，使多路數(shù)據(jù)信號共同使用一條線路進行傳輸，如圖2-9。第六十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-9多路復用第六十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五

多路復用技術通常分為三種：（1）頻分復用（2）同步時分復用（3）異步時分復用下面簡要介紹它們的工作原理。

第六十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.5.1頻分復用(FDM)頻分多路復用在生活中就有許多應用，如無線電廣播、無線電視中將多個電臺的多組節(jié)目對應的聲音、圖像信號分別載在不同頻率的無線電波上，同時在同一無線空間傳播，接收者根據(jù)需要接收特定的某種頻率的信號收聽或收看。同樣，正在普及的有線電視也是同一原理?？傊?，頻分復用是把線路或空間的通頻帶資源分成多個頻段（帶），將其分別分配給多個用戶，每個用戶終端的數(shù)據(jù)通過分配給它的子通路（頻段）傳輸，當該用戶沒有數(shù)據(jù)傳輸時該通路保持空閑狀態(tài)，別的用戶不能使用該通路。頻分復用適合于模擬信號的頻分傳輸，主要用于電話和電纜電視(CATV)系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，應和調(diào)制解調(diào)技術結合使用。頻分復用原理如圖2-10所示。第六十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-10頻分復用第六十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.5.2同步時分復用(STDM)同步時分復用采用固定時隙分配方式，即將傳輸時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段（稱為幀），再將每一幀劃分成固定長度的多個時隙（時間片），各時隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號，即將這些時隙分配給固定的用戶終端，并且周期地重復分配每一幀；所有終端在每一幀都順序分配到一個時隙，即每幀中都有特定用戶的時隙片。如圖2-11所示。第六十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-11同步時分復用

第七十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.5.3異步時分復用(ATDM)異步時分復用技術又被稱為統(tǒng)計時分復用或智能時分復用(ITDM)，它能動態(tài)地按需分配時隙，避免每幀中出現(xiàn)空閑時隙。ATDM就是只有某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它。當用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時不給它分配線路資源（時隙）。線路的空閑時隙可用于其它用戶的數(shù)據(jù)傳輸。所以每個用戶的傳輸速率可以高于平均速率（即通過多占時隙），最高可達到線路總的傳輸能力（即占用所有時隙）。如線路總的傳輸能力為9600b/s，4個用戶公用此線路，在STDM方式時，則每個用戶的最高速率2400b/s，而在ITDM方式時，每個用戶的最高速率可達9600b/s。

第七十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.6光纖傳輸基礎光通信與電通信有兩點差異：（1）一是光通信用光波作傳輸信號（2）二是用光導纖維構成的光纜作為信號的傳輸線路。在光纖通信中的起主導作用的是產(chǎn)生和接收光波的激光器、檢波器以及傳輸光波的光導纖維。光纖通信與傳統(tǒng)的電通信相比具有全新的特點，原理也不相同，下面分別簡單介紹。

第七十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.2.6.1光纖通信的基本原理目前使用光纖通信系統(tǒng)，普遍采用的是數(shù)字編碼、強度調(diào)制和直接檢波通信系統(tǒng)。光纖通信的基本構成如圖2-12。第七十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-12光纖通信系統(tǒng)基本組成第七十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五1.強度調(diào)制強度就是光強，即單位面積的光功率。所謂強度調(diào)制，就是用信號電流去直接調(diào)制光流的光強，使光強隨信號的電流而變化。直接檢波就是光信號到達光接收機后將光強信號檢測轉換為電流信號。第七十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.光端機光端機分為光發(fā)送機和光接收機。光發(fā)送機將載有數(shù)據(jù)的電信號調(diào)制生成的光波信號送入光導纖維，經(jīng)光導纖維傳至光接收機。光接收機是將光信號變換成電信號的設備。在光纖通信系統(tǒng)中通常把多路復用設備稱為電端機。第七十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3數(shù)字數(shù)據(jù)交換技術在兩個遠距離終端間建立專用的點一點通信的方法，只適用于需要在該兩端間進行連續(xù)高密度通信的場合。但實際上，任何兩個終端的通信業(yè)務量分布總是非均勻的，一般僅在一天的某些時間內(nèi)較忙，就是在忙時，兩用戶間也不需要保持連續(xù)的通信。因此，點——點間的固定通信從傳輸線路利用率來說是很不經(jīng)濟的，特別是當終端數(shù)目增加時，要在所有終端間建立起固定的點——點通信就既無必要也不切實際。解決這個問題的辦法是將各地的終端連至一個具有某種交換能力的通信交換網(wǎng)。這個通信網(wǎng)包括若干條信道，而交換設備則能將網(wǎng)絡的各種信道按用戶要求連接起來，如圖2-13所示。第七十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-13信息交換示意圖第七十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五

數(shù)字數(shù)據(jù)交換方式（1）電路交換(CircuitSwitching)；（2）報文交換(MessageSwitching)；（3）分組交換(PacketSwitching)。實際上，由于上述(2)(3)兩種交換方式均采用了信息的存儲轉發(fā)原理，因此不少人把它們都歸于存儲轉發(fā)交換一類。下面我們分別對這四種信息交換方式加以分析討論。

第七十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3.1電路交換2.3.1.1概述電路交換的一個例子是電話交換機。其特點是在開始正式信息傳輸之前，首先由用戶呼叫，一直等到收一發(fā)間建立起一條適當?shù)男畔⑼?，用戶才開始進行信息傳輸。在整個信息傳輸期間，該信道一直為通信雙方用戶占用，通信結束后才釋放線路。電路交換系統(tǒng)有如下三個基本功能部分：（1）交換中心網(wǎng)絡（SwitchingCenterNetwork，SCN）；（2）呼叫信息處理（CallInformationProcessing，CIP）；（3）呼叫信令處理（CallSignalingProcessing，CSP）。第八十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五以上三個功能也可分別簡稱為連接、控制和信令功能。圖2-14所示為此三功能部分的相互關系。

圖2-14電路交換的基本功能第八十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五

功能解釋（1）連接功能實際就是執(zhí)行線路的連接和釋放；（2）而為了正確、快速地實行交換連接，就需要呼叫信息處理系統(tǒng)對交換中的網(wǎng)絡加以控制。（3）在通信過程中，呼叫信令處理系統(tǒng)負責在適當時候向用戶提供撥號音、振鈴、回鈴音等信令信號。圖2-15流程圖的形式說明上述各接續(xù)過程。第八十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-15電話接續(xù)流程圖

第八十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3.1.2工作方式電路交換系統(tǒng)有兩種組成方式：空分工作方式和時分工作方式。第八十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五1.空分交換所謂空分交換是指按空間劃分的交換。即各次連接采用不同的物理線路連接，從開始交換信息直至結束，這條線路都是實際存在的交換結束后，這條線路就釋放?？辗纸粨Q是通過各種類型的空分接線器按不同方式組合連接起來的。圖2-16所示為最簡單的空分接線器。在n路輸入線與n路輸出線之間有n2個接點。通常這些接點是觸點開關或電子開關。只要適當控制這些接點的通與斷，即可在任一路輸入線和任一路輸出線之間構成通路。第八十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-16簡單的空分接線器第八十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-17三級接續(xù)交換第八十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.時分交換時分交換是時分多路復用方式在交換上的應用。在這種方式中，多個用戶共用一條物理線路，各用戶按所分配的時隙（時間片）輪流使用傳輸介質(zhì)。此時，用戶的傳輸在時間上是不連續(xù)的，但由于電子開關動作足夠快，而一般用戶終端的收發(fā)速度又比線路的傳輸速率低得多，所以用戶不會察覺還有其它用戶與他一起共享同一傳輸和交換資源。圖2-18為一最簡單的時分交換機示意圖。第八十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-18時分交換示意圖

第八十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3.1.3特點（1）可以進行實時的或?qū)υ挿绞降耐ㄐ?。?）要求有一定的時間才能建立起通信。（3）一旦兩終端建立起通信，在雙方通信期間，信道和使用的有關設備被一直占用而無法提供給別的用戶使用。

第九十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3.2報文交換報文交換與下一節(jié)即將討論的分組交換同屬于存儲轉發(fā)方式。這種交換方式是根據(jù)報文傳輸?shù)奶攸c提出來的。我們知道，電話交換要求為用戶提供雙向連接以便進行對話式通信，它不允許有明顯的信息傳輸時延。但比較起來，電報的交換傳輸則基本上只要求單向連接，而且一般也允許有一定的時延。根據(jù)允許有一定的時延這樣一個特點，提出了一種所謂的存儲轉發(fā)(Store-and-Forward)技術。

第九十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3.2.1報文交換的工作原理實際上，對一個報文轉換的中間節(jié)點來說，它的功能遠不只是存儲轉發(fā)這一條，還有許多其它的因素需要考慮：因為鏈路的傳輸條件并不理想，可能會出現(xiàn)傳輸差錯，因此各節(jié)點應該具有誤碼檢測的功能。網(wǎng)絡兩節(jié)點間一般有不止一條鏈路存在，這就必然存在一個傳輸路由選擇問題。報文交換既然是以報文為單位進行信息傳輸?shù)模敲锤鞴?jié)點必須能判別各報文的起點和終點。為了保證信息傳輸?shù)恼＿M行，還必須具有其它一些特殊控制功能。例如為防止網(wǎng)絡中信息的過分擁擠，應該采用一些特殊措施，以及在排隊時讓一些緊急報文優(yōu)先傳輸?shù)?。第九十二頁，共一百五十五頁，編輯?023年，星期五信息報文為了使各節(jié)點能自動完成上述功能和處理進入的信息，就要求每一進入網(wǎng)絡的信息除了用戶要傳送的報文外，還必須附加一些信息（例如報文開始和結束的標志、報文的目的站地址等）。不同的計算機通信網(wǎng)絡可能采用不同的協(xié)議規(guī)定，因而可能有不相同的信息格式。圖2-19分別給出了通用的報文格式和應答格式。第九十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-19報文交換通用信息格式

第九十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五報文附加信息：起始標志，它只是告訴節(jié)點有信息輸入；信息開始標志；信息源節(jié)點地址；信息目的節(jié)點地址，還可能包括傳輸路由信息；控制信息，它可以包括所傳報文的排隊優(yōu)先權標志，并指明本幀所傳信息是報文或只是應答信號；報文編號，這是由信息的發(fā)送方給定的。在接收節(jié)點收到報文并經(jīng)誤碼校驗后，用這個編號向發(fā)方回送應答信號。第九十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五報文在報文轉接網(wǎng)絡中的傳輸過程（1）報文源節(jié)點從用戶子網(wǎng)收到報文后首先將報文存儲起來，然后將具有規(guī)定格式的信息沿目的節(jié)點方向下一個中間節(jié)點。（2）該中間節(jié)點接收到該信息后首先要對它進行誤碼檢測，判斷有無差錯出現(xiàn)。（3）若有錯，則拒絕存儲信息，并產(chǎn)生一個否定應答信號回發(fā)給前一節(jié)點要求重發(fā)；如果未檢測到差錯，則再進一步判斷所收信息是屬于應答信號或是報文信號。（4）如是報文信號，則接收并存儲該信號，同時向?qū)Ψ桨l(fā)送節(jié)點發(fā)肯定應答信號。（5）前一節(jié)點收到前發(fā)信息報文的肯定應答信號后，說明已完成轉發(fā)任務，故可清除存儲的前發(fā)信號。（6）本節(jié)點所存儲的信息進入所選路徑的轉發(fā)排隊隊列等候，直到有一條鏈路可供它利用時再向前轉發(fā)。以后重復以上過程逐節(jié)點轉發(fā)，直到目的終點站。

第九十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3.2.2報文交換網(wǎng)絡的特點（1）與電路交換不同，即使接收終端被占用，也能開始信息的傳輸。（2）如果發(fā)現(xiàn)接收信號有錯，可以要求前節(jié)點重發(fā)。（3）通過校驗信息編號來發(fā)現(xiàn)這種信息丟失，而要求重發(fā)該編號的信息。（4）交換節(jié)點有碼型、碼速的變換能力。（5）從信道利用率看，報文交換網(wǎng)絡要優(yōu)于電路交換網(wǎng)。（6）可以使某些緊急信息能夠優(yōu)先通過網(wǎng)絡。

第九十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3.3分組交換2.3.3.1分組交換的工作過程如圖2-22、2-23、2-24所示。第九十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-22分組交換網(wǎng)示意圖第九十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-23分組的拆裝過程第一百頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-24分組交換節(jié)點工作原理第一百零一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.3.3.2分組交換的特點分組的傳輸足夠快，過網(wǎng)時延足夠小，允許進行準實時通信。采用適應式路由選擇法可以把網(wǎng)絡的業(yè)務量均勻地分配給整個網(wǎng)絡。傳輸可靠性較高。在節(jié)點機中可以進行碼速和碼型變換?？梢酝ㄟ^復用技術對各路提供質(zhì)量穩(wěn)定的服務，分組交換網(wǎng)的節(jié)點機是在計算機基礎上實現(xiàn)的，充分體現(xiàn)了數(shù)據(jù)通信與計算機技術相結合，這也是目前先進通信技術的一種發(fā)展趨勢。表2-2列出了這三種交換方式的特點及其比較。第一百零二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五表2-2

電路交換報文交換分組交換在能否進行實時通信方面線路接通后可進行實時會話式通信非實時存儲—轉發(fā)，不能進行會話式通信可接近實時存儲—轉發(fā)，可進行會話式網(wǎng)絡傳遞時延小，但建立呼叫有一定時延大，變化范圍也大小線路利用率當進行斷續(xù)通信或短報文通信時線路利用律低高高通信速率和電碼變換不能進行通信速率和電碼變換能能差錯控制功能不具有可具有具有傳輸路由每次通信過程中路由不變每一報文傳遞過程中路由不變可以有不同路由網(wǎng)絡過載的影響隨著網(wǎng)絡負荷的加大呼損率增加隨著網(wǎng)絡負荷加大，傳輸時延加大，引起阻塞可進行流量控制，可在一定傳遞時延條件下防止阻塞計費方法按距離和時間計算按字節(jié)或字節(jié)與連接時間計費按字節(jié)或分組數(shù)及連接時間計費第一百零三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.4差錯控制第一百零四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.4.1差錯控制方法和特征在數(shù)據(jù)通信中采用的差錯控制方式有三種：、檢錯反饋重發(fā)或稱自動請求重發(fā)(AutomaticRepeatRequest，ARQ)自動糾錯或稱向前糾錯(ForwardErrorControl，F(xiàn)EC)混合方式(HybridFEC-ARQ)第一百零五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五計算機通信中基本的ARQ協(xié)議?！華RQ退回NARQ選擇重傳ARQ

在以有線為主的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，ARQ應用最普遍。在無線系統(tǒng)中，前問糾錯控制也得到廣泛的應用。但不論哪種控制差錯的方式，從本質(zhì)上來說，都是以降低實際的傳輸效率來取傳輸高可靠性的。在確定信道條件下，確定差錯控制的一個重要任務是如何以較少的代價來換取所需要的可靠性指標。第一百零六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.4.2糾檢錯碼基本概念監(jiān)督位檢糾錯編基本方法是在待發(fā)送的消息序列中，將每消息或從消息序列中截出的一組k位數(shù)字與某一大于k的n位數(shù)字序列相對應。這種因糾檢錯需要而附加上去的(n-k)位稱為監(jiān)督位。將一個n位數(shù)字序列與k位消息序列作對應的過程稱為編碼，反之則稱為譯碼。漢明距離第一百零七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.4.3常用的檢錯碼第一百零八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.4.3.1恒比碼我國采用的五單位保護電碼如表2-3所示。第一百零九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五表2-3我國的五單位保護電碼數(shù)字電碼數(shù)字電碼012340110101011110011011011010567890011110101111000111010011第一百一十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.4.3.2垂直水平奇偶校驗碼垂直水平奇偶校驗碼也稱縱橫奇偶校驗或方陣碼。在這種校驗碼中，每一字符占據(jù)一列，低位比特在上，高位比特在下。在t單元碼中，用第8位比特作為垂直奇偶校驗位。若干字符縱向排列形成一個方陣。因此各字符的同一比特位形成一行。在每一行的最右邊一位作為水平奇偶校驗位。表2-4所示為垂直水平奇偶校驗碼結構。第一百一十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五表2-4縱橫奇偶校驗碼舉例b110101010101010b201100110011001

b300011110000111b400000001111111

b500000000000000

b610100110010010

b7010110011011011111000b8001011001101000第一百一十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五縱橫奇偶校驗無法檢出的差錯圖2-25列出兩種縱橫奇偶校驗無法檢出的差錯例子。第一百一十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-25兩種縱橫奇偶校驗無法檢出的差錯第一百一十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.4.3.3循環(huán)碼和循環(huán)冗余校驗循環(huán)碼(CyclicCodes)是一種線性分組碼(Linearblockcodes)。在一個長度為n的碼組中有k個信息位和(n-k)個監(jiān)督位。監(jiān)督位的產(chǎn)生只與該組內(nèi)的信息位有關。通常稱這種結構的碼為(n,k)碼，比值k/n稱為這種碼的編碼效率。在CRC碼中常用的有如下三種生成多項式：CRC-12碼：P(x)=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16碼：P(x)=x16+x15+x2+1CCITT規(guī)定的CRC碼生成多項式為：

P(x)=x16+x12+x5+1第一百一十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5流量控制第一百一十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.1網(wǎng)絡擁擠和死鎖2.5.1.1網(wǎng)絡擁擠和死鎖的含義網(wǎng)絡的各種資源，比如網(wǎng)絡節(jié)點中的信息緩存器容量總是有限的。因此，如果不對進入網(wǎng)絡的流量加以限制，就會出現(xiàn)由于緩存器超過負荷而造成的擁擠現(xiàn)象。當信息通過網(wǎng)絡受到了比預計更長的延遲時，我們就說該網(wǎng)絡是處于擁擠狀態(tài)。此時網(wǎng)絡節(jié)點傳送出去的信息數(shù)愈來愈少，它遠少于進入節(jié)點的信息數(shù)，從而使擁擠區(qū)域在網(wǎng)中迅速擴展開來。如果不采取措施，當所有的信息緩存器被占滿而無法騰空時，就出現(xiàn)了所謂的“死鎖”現(xiàn)象，此時，信息的傳遞也就停止了。第一百一十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.1.2死鎖的種類1.緩存器死鎖：圖2-26所示為一個簡單的緩存器死鎖例子。圖中假定僅當下一節(jié)點可以給前節(jié)點報文分配緩存器時，前節(jié)點的報文才能傳遞至下一節(jié)點。如圖所示，由于圖中每一節(jié)點的緩存器都已被待發(fā)至下一節(jié)點的報文所占滿，因此，各節(jié)點的報文都因為其后續(xù)節(jié)點無法提供空閑緩存器而不能發(fā)至下一節(jié)點。這種由于缺乏空閑緩存器所造成的死鎖稱為緩存器死鎖。第一百一十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-26緩存器死鎖舉例第一百一十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.重裝死鎖當一條報文分成若干分組傳送時，目的節(jié)點的緩存器首先必須將各信息分組存儲起來，以便當收齊所有分組后，重新組裝成報文送給用戶終端。因此，報文愈長，就要求愈多的緩存器空間。一般目的節(jié)點在某一時間間隔內(nèi)收到的是分屬于若干條報文的不同分組的集合，由于目的節(jié)點的緩存器容量有限，當緩存器被不同報文的分組占滿，而由于任何一個報文都因分組不齊而裝配不成時，就會造成死鎖。我們把這種死鎖稱為重裝死鎖。圖2-27所示為目的節(jié)點重裝死鎖的示意圖。第一百二十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-27重裝死鎖示意圖第一百二十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五3.存儲轉發(fā)死鎖中轉節(jié)點的緩存空間裝滿后，就可能會造成信息既進不來又出不去的局面，這種死鎖稱為存儲轉發(fā)死鎖。存儲轉發(fā)死鎖分為直接型和間接型兩種。直接型存儲轉發(fā)死鎖間接型存儲轉發(fā)死鎖

直接型存儲轉發(fā)死鎖的。參見圖2-28（a）。第一百二十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-28直接型存儲轉發(fā)死鎖第一百二十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.1.3網(wǎng)絡擁擠對網(wǎng)絡性能的影響網(wǎng)絡擁擠的出現(xiàn)會使網(wǎng)絡的性能逐漸下降，而且這種性能的惡化隨網(wǎng)絡負荷的增加而迅速加劇。1.導致吞吐量下降和死鎖

圖2-29所示為網(wǎng)絡吞吐量（單位時間內(nèi)流經(jīng)網(wǎng)絡的業(yè)務量）與網(wǎng)絡負荷（進入網(wǎng)絡的業(yè)務量）的變化關系。第一百二十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-29網(wǎng)絡吞吐量與輸入負荷關系第一百二十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.導致傳輸時延增加擁擠對網(wǎng)絡性能影響的另一方面是使信息傳遞時延增加。當進網(wǎng)的信息量增加到一定程度時，在各節(jié)點等待處理的排隊隊列變長了，因此使排隊時延增加。對電路交換網(wǎng)來說，擁擠的影響是使呼叫的建立很困難。第一百二十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.2流量控制的含義和目的2.5.2.1流量控制的含義所謂流量控制（簡稱流控）就是調(diào)整發(fā)送信息的速率，使接收節(jié)點能夠及時處理它們的一個過程。從網(wǎng)絡用戶看來，流量控制是一種阻止不能在預定時間內(nèi)提供給對方用戶的信息進入網(wǎng)絡的方法。第一百二十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.2.2流量控制的目的流量控制是為了防止網(wǎng)絡擁擠及死鎖的出現(xiàn)而采取的一種措施。當發(fā)至某一接收節(jié)點的信息速率超出了該接收節(jié)點的處理或轉換報文的能力時，就會出現(xiàn)擁擠現(xiàn)象。因此，防止擁擠的問題就簡化為向各節(jié)點提供一種能控制來自其它節(jié)點的信息速率的方法問題。流控的另一目的是使業(yè)務量均勻地分配給各網(wǎng)絡節(jié)點。因此，即使在網(wǎng)絡正常工作情況下，流控也能減少信息的傳遞時延，并能防止網(wǎng)絡的任何部分（相對于其余部分來說）處于過負荷狀態(tài)。第一百二十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.3流量控制方法網(wǎng)絡中會產(chǎn)生全局性和局部性擁擠。通常，我們是通過各層的協(xié)議來解決擁擠問題的。協(xié)議的層次包括主機-主機、源節(jié)點-目的節(jié)點和節(jié)點-節(jié)點協(xié)議。通過節(jié)點-節(jié)點或鏈路協(xié)議的流控機制可以減輕節(jié)點之間的局部性擁擠；而通過主機-主機或源節(jié)點-目的節(jié)點協(xié)議（端-端協(xié)議）則可解決全局性的擁擠問題，因為它們能控制進入網(wǎng)絡的流量。下面分別對這三種流控方法加以說明。第一百二十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.3.1主機-主機流量控制目前主要有如下兩種主機流量控制方法：1.傳輸前等待方式：每個主機系統(tǒng)均設置緩存區(qū)池。在傳輸前，當這個主機與某個主機建立通信時，系統(tǒng)就為這對通信分配一個最低限度的基本緩存區(qū)，并保持到通信結束為止。如果傳輸量較大，可根據(jù)需要再向系統(tǒng)動態(tài)地申請緩存區(qū)，并在使用完畢后立即退還給緩存區(qū)池。當緩存區(qū)池中緩存容量低于一定限度時，對已占用多個基本緩存區(qū)的一對通信，系統(tǒng)要令發(fā)方主機暫停數(shù)據(jù)傳輸，直到基本緩存區(qū)騰空后才允許此發(fā)送方主機繼續(xù)傳送數(shù)據(jù)。第一百三十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.緩存區(qū)預約方式在兩個主機之間的通信建立后，接收方主機將以比特為單位的緩存區(qū)容量通知發(fā)方主機。發(fā)方主機就按此指定的緩存器容量發(fā)送數(shù)據(jù)。在分配的緩存區(qū)用完時，要等待收方再次分配緩存區(qū)后才能繼續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)。

如果每個主機都能可靠地執(zhí)行主機-主機間的流控方法，則在接收主機端就不會產(chǎn)生擁擠。但主機間的通信是通過通信子網(wǎng)來完成的，如果通信子網(wǎng)中的各節(jié)點存在擁擠現(xiàn)象，則仍然會大大增加信息的傳遞時延。因此，除了對主機-主機間的流控外，還必須對源節(jié)點-目的節(jié)點之間以及子網(wǎng)中間的節(jié)點-節(jié)點間的流量進行控制。第一百三十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.3.2源節(jié)點-目的節(jié)點流控該方法針對重裝死鎖問題。

1.窗口流控方法：如果目的節(jié)點處于擁擠狀態(tài)，它可以在解除擁擠之前暫不發(fā)許可應答。目的節(jié)點也可以要求減小窗口尺寸，當擁擠狀態(tài)去除后再增加或維持原來的窗口尺寸。圖2-30所示為窗口尺寸與吞吐量及網(wǎng)絡時延的關系。第一百三十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-30窗口尺寸與吞吐量及網(wǎng)絡時延關系第一百三十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.窗口流控應用在SDLC、HDLC、X.25、ARPANET以及IBM的SNA中，本質(zhì)上均采用了窗口流控方式。在SDLC中，每次可以連續(xù)發(fā)7幀信息而不必等待應答。而在HDLC中，該數(shù)值可增至127。在X.25中，在虛通路上傳送的數(shù)據(jù)分組頭中包含有發(fā)送及接收的分組順序數(shù)，可以通過這些順序數(shù)來實現(xiàn)流控。在X.25中，通常將窗口尺寸限制在1至7間，而在擴展模式下，則可將窗口尺寸擴至1至127。第一百三十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.3.3中轉節(jié)點——節(jié)點間流控一般說來，采用自適應式路由選擇法對消除存儲轉發(fā)死鎖死鎖都是有效的。第一百三十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五1.Merlin-Schweitzer方法如圖2-31所示。第一百三十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-31Merlin流控法第一百三十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.Merlin-Schweitzer方法分析為了證明這種流控方法不會出現(xiàn)死鎖，讓我們看一下任何瞬間所有節(jié)點中的編號為M的緩存器的狀態(tài)。顯然，它們只可能有三種狀態(tài)：其一為空閑；其二為被送至與本節(jié)點相連的本地終端用戶的分組所占用，這種狀態(tài)不會持久，它很快就會因分組遞交給本地終端而騰空；其三，為被送至其它節(jié)點的分組所占用，這種狀態(tài)也不會持久，因為這時由于分組已經(jīng)過M跳了，還未到達目的節(jié)點，故應丟棄該分組，也會使該緩存器騰空?？傊?，無論哪一個節(jié)點的編號為M的緩存器都不會一直被同一分組長期占用，它必然會被騰空，可以接收來自前面節(jié)點中編號為M-1緩存器的分組，而使前面的第M-1緩存器騰空后，又可容納路由表再前面的第M-2號緩存器的分組等等。因此，所有分組要么最終被送到目的節(jié)點去，要么被丟棄，分組總是處于流動狀態(tài)。換言之，死鎖現(xiàn)象再也不會出現(xiàn)了。第一百三十八頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.3.4全局性流控法—許可證法1.許可證法原理：全局性流控的基本思想是如果能把在通信子網(wǎng)內(nèi)流動的信息分組總數(shù)限制在一定數(shù)目內(nèi)，則可以防止網(wǎng)絡的擁擠和死鎖。2.許可證分配：圖2-32中的曲線說明，其最佳許可證池規(guī)模為2或3。此時，即使總吞吐量為6300分組/秒（已經(jīng)接近飽和值的80%）時，最佳許可證池規(guī)模對應的進場延遲也可以忽略不計。第一百三十九頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五圖2-32許可證池規(guī)模與進場延遲的關系第一百四十頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.5.4流量控制方法的綜合應用上面，我們對計算機網(wǎng)絡中常用的幾種流控方法作了介紹。其中每種控制方法都有其不同的目的和應用場合，每一種方法也都有其一定的局限性。正因為如此，在實際的計算機網(wǎng)絡中，幾乎總是綜合應用了不止一種的流控方式。第一百四十一頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.6移動通信技術簡介2.6.1第一代移動通信系統(tǒng)第一代移動通信系統(tǒng)（也叫1G）主要采用模擬和頻分多址（FDMA）技術。整個發(fā)展過程又可分為三個階段：（1）第一階段的小容量大區(qū)制（或單區(qū)制）人工交換移動通信系統(tǒng)（2）中容量中區(qū)制自動交換移動通信系統(tǒng)（3）大容量小區(qū)制程控交換移動通信系統(tǒng)。第一百四十二頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.6.2第二代移動通信系統(tǒng)2.6.2.1分類第二代移動通信（2G）起于90年代初期，流行于90年代中后期。第二代移動通信系統(tǒng)主要采用數(shù)字式時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）技術。其產(chǎn)品類型又可分為兩大類：（1）第一類數(shù)字式TDMA系統(tǒng)（2）第二類數(shù)字式窄帶CDMA系統(tǒng)。第一百四十三頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.6.2.2改進第二代移動通信在整個移動通信發(fā)展史上起到了重要作用，在這個階段中的系統(tǒng)構成方面，與模擬系統(tǒng)無多大差別。所不同的僅是在射頻調(diào)制技術、多址方式、話音編碼、信道編碼和數(shù)字信號處理、控制信道以及保密和確認等六個方面采用了全新的數(shù)字技術，因而使得移動能信性能增強了許多。第一百四十四頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.6.2.3特點第二代數(shù)字移動蜂窩通信系統(tǒng)除了在第一代模擬移動通信的基礎上進一步提高了頻譜利用率、擴大系統(tǒng)容量并增加非話音業(yè)務外，還把IC卡（即SIM卡）技術應用于其安全保密措施之中，原則上杜絕了移動通信中的“盜號”與“扒機”現(xiàn)象。IC卡的應用為移動電話的安全使用起到了關鍵性的作用。第二代數(shù)字式移動蜂窩通信系統(tǒng)的另一個明顯特點就是，由于超大規(guī)模集成技術的應用，移動臺和基站的體積、重量和功率可以大大降低，同時手機的升級換代迅速，各項功能極為豐富，品牌和式樣也較多。特別是中文字幕手機和國產(chǎn)手機的流行，以及包括記事簿功能、個人數(shù)字處理功能、游戲、尋呼等多功能手機的開發(fā)與應用。第一百四十五頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.6.3第三代移動通信系統(tǒng)第三代移動通信（3G）系統(tǒng)也叫“未來陸地移動能信（FPLMTS）”系統(tǒng)，由國際電聯(lián)（ITU）正式命名為IMT─2000，意即第三代移動通信系統(tǒng)是工作在2000MHz頻段，并于2000年左右正式投入商用。IMT─2000是一個全球無縫覆蓋、全球漫游，包括衛(wèi)星移動通信、陸地移動通信和無繩電話等蜂窩移動能信的大系統(tǒng)。它可以向公眾提供前兩代產(chǎn)品所不能提供的各種寬帶信息業(yè)務，如高速數(shù)據(jù)、慢速圖像與電視圖像等，傳輸速率高達2Mbps，帶寬可達5MHz以上。第三代移動通信IMT─2000技術標準，是一種真正的“寬頻多媒體全球數(shù)字移動電話技術”，并與改進的GSM網(wǎng)絡系統(tǒng)兼容。第一百四十六頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五2.6.3.1第三代移動通信的技術方案IMT─2000的首選技術是寬帶CDMA（W─CDMA）。W─CDMA技術方案目前基本上有兩種：（1）一種是美國的，與IS─95互相兼容（2）一種是歐洲和日本的，不與IS─95兼容。

第一百四十七頁，共一百五十五頁，編輯于2023年，星期五第三代移動通信的候選技術標準較有代表性的有：（1）美國的CDMA─One建議，其特點是采用多級DS─CDMA，射頻信道帶寬為1.25、5、10、20MHz，PN碼片速率為1.288、3.6864