第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)課件

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型2.2數(shù)據(jù)通信的基本概念2.3通信方式2.4數(shù)據(jù)傳輸2.5多路復(fù)用技術(shù)2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.7差錯控制.2.1.1通信系統(tǒng)的基本要素通信是把信息從一個地方傳送到另一個地方的過程，即信息的傳輸與交換。用來實(shí)現(xiàn)通信過程的系統(tǒng)被稱為通信系統(tǒng)。為了把信息從一個地方傳送到另一個地方，通信系統(tǒng)中所采用的信息傳送方式是多種多樣的。但不論通信系統(tǒng)采用何種通信方式，對一個通信系統(tǒng)來說都必須具備三個基本要素,即信源、信宿和通信媒體。其中，信源是在通信過程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備。信宿是通信過程中接收和處理信息的設(shè)備。通信媒體是信息傳輸過程中承載信息的媒體。如圖2-1所示。2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型圖2-1通信系統(tǒng)基本要素信源通信媒體信宿.2.1.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型如果一個通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⑹菙?shù)據(jù)，則稱這種通信為數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)這種通信的系統(tǒng)是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為主體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)就是數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。實(shí)際的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)有許多連接方法，但當(dāng)把許多連接方法構(gòu)成的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行抽象化后，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可表示成如圖2-2、圖2-3所示的基本構(gòu)成。圖2-2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本構(gòu)成

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信源和信宿是各種類型的計(jì)算機(jī)或終端，它們被稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE。一個DTE通常既是信源又是信宿。由于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中DTE發(fā)出和接收的都是數(shù)據(jù)，所以把DTE之間的通路稱為數(shù)據(jù)電路。信源信號轉(zhuǎn)換設(shè)備通信媒體信號轉(zhuǎn)換設(shè)備信宿.數(shù)據(jù)電路是由傳輸信道及其兩端的數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備DCE組成。傳輸信道包括通信線路和通信設(shè)備。傳輸信道是傳輸信息的通道，可以是有線的，如雙絞線、電纜等，也可以是無線的，如微波等。

DCE是DTE與傳輸信道之間的接口設(shè)備，即數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的信號轉(zhuǎn)換設(shè)備。

發(fā)送方的DCE有兩項(xiàng)功能:一是將來自DTE的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行變換，使之消除原數(shù)據(jù)信號內(nèi)的直流分量，使信號頻率與信道相適應(yīng)，避免收發(fā)雙方的不同步。二是對信號進(jìn)行數(shù).模轉(zhuǎn)換，當(dāng)傳輸信道為模擬信道時，DCE將來自DTE的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號調(diào)制成模擬數(shù)據(jù)信號。接收方的DCE施行與發(fā)送方相反的功能。調(diào)制解調(diào)器和數(shù)據(jù)服務(wù)單元DSU是最常見的DCE。DTEDCE傳輸信道DCEDTE數(shù)據(jù)電路接口接口圖2-3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本構(gòu)成.

1.數(shù)據(jù)和信息數(shù)據(jù)是被記錄下來的可以被鑒別的符號。數(shù)據(jù)具有穩(wěn)定性和表達(dá)性。數(shù)據(jù)可分為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩大類。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)由阿拉伯?dāng)?shù)字和小數(shù)點(diǎn)組成,它可以進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算;

非數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是由不包括阿拉伯?dāng)?shù)字在內(nèi)的各種符號組成的,即包括數(shù)字符號、字符、聲音、圖像等，它是不能進(jìn)行算術(shù)運(yùn)算.信息是對數(shù)據(jù)的解釋，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理并經(jīng)過解釋才有意義,才成為信息。

信息和數(shù)據(jù)是有區(qū)別的:數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，是尚未組織起來的事實(shí)的集合,而信息則是按照一定要求以一定格式組織起來的數(shù)據(jù),凡經(jīng)過加工處理或換算成人們想要得到的數(shù)據(jù)即可稱為信息.2.2數(shù)據(jù)通信的基本概念.數(shù)據(jù)處理是把數(shù)據(jù)加工處理成為所需要的信息的過程。數(shù)據(jù)處理通常是數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)處理，如將一組原始數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)后，計(jì)算機(jī)以一定的數(shù)學(xué)模型計(jì)算所需的結(jié)果。數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系可用圖2-4來表示。

2.模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

模擬數(shù)據(jù)是在某個區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值，例如聲音和視頻都是振幅連續(xù)變化的波形，又如溫度和壓力都是連續(xù)變化的值.

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是離散的值，例如文本信息和整數(shù)。

3.信號在電子技術(shù)中，信號是數(shù)據(jù)的電或電磁的編碼。數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)輸出收集資料分析加工信息圖2-4數(shù)據(jù)與信息的關(guān)系.

對應(yīng)于模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，信號也可分為模擬信號和數(shù)字信號。

模擬信號是隨時間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波，可以利用其某個分量（振幅、頻率或相位）來表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。它可用以下三個部分來描述:

（1）振幅:用來表示信號波形變化的大小。

（2）頻率:用來表示每秒內(nèi)波形重復(fù)的次數(shù),單位為Hz(次/秒）。

（3）相位:用來表示波形在單一周期內(nèi)的時間位置。

數(shù)字信號則是一系列離散的電脈沖，可以利用其某一瞬間的狀態(tài)來表示要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。無論是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)還是模擬數(shù)據(jù)，在傳輸過程中都要轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸?shù)哪撤N信號形式。模擬數(shù)據(jù)可以直接用模擬信號來表示;數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可直接用數(shù)字信號來表示。如圖2-5所示。.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)也可以用模擬信號來表示，此時要利用調(diào)制解調(diào)器來進(jìn)行轉(zhuǎn)換。模擬數(shù)據(jù)也可以用數(shù)字信號來表示。

4.信道

信道是指傳輸信息的通路。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有物理信道和邏輯信道之分。

物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路，網(wǎng)絡(luò)中兩個結(jié)點(diǎn)之間的物理通路稱為通信鏈路。物理信道由傳輸介質(zhì)及有關(guān)設(shè)備組成,它有多種不同的分類.圖2-5模擬信號和數(shù)字信號的表示.

按傳輸介質(zhì)不同可分為有線信道、無線信道、衛(wèi)星信道等.

按信道傳輸信號類型不同可分為模擬信道和數(shù)字信道等。邏輯信道也是一種通路，它是在物理信道的基礎(chǔ)上，由結(jié)點(diǎn)內(nèi)部的連接來實(shí)現(xiàn)的。

5.帶寬

帶寬是指信道所能傳送的信號的頻率寬度，也就是可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差。

例如，一條傳輸信道可以接受從300Hz到3000Hz的頻率,則在這條傳輸信道上傳送頻率的帶寬就是2700Hz。信道的帶寬由傳輸介質(zhì)、接口部件、傳輸協(xié)議以及傳輸信息的特性等因素所決定。它在一定程度上體現(xiàn)了信道的傳輸性能，是衡量傳輸系統(tǒng)的一個重要指標(biāo)。信道的容量、傳輸速率和抗干擾性等均與帶寬有密切的聯(lián)系。通常，信道的帶寬大，信道的容量也大，其傳輸速率相應(yīng)也高。.2.2.2數(shù)據(jù)通信中的主要技術(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)通信的一個主要任務(wù)是傳輸數(shù)據(jù)信息，傳輸數(shù)據(jù)時希望傳輸速度快、出錯率低、信息量大、可靠性高、費(fèi)用低。這些要求可用以下技術(shù)指標(biāo)來加以描述。

1.數(shù)據(jù)傳輸速率

（1）數(shù)據(jù)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率是指每秒鐘能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)，單位為位/秒，記作bps。數(shù)據(jù)傳輸速率的計(jì)算公式為

式中T—表示一個數(shù)字脈沖信號的寬度或重復(fù)周期,單位為秒;N—表示一個數(shù)字脈沖信號所能表示的有效離散值的個數(shù)..

一個數(shù)字脈沖又稱為一個碼元。若一個碼元所表示的二進(jìn)制的有效值狀態(tài)為2，即只有0和1，N=2，則該碼元只能攜帶一個二進(jìn)制信息;若一個碼元所表示的二進(jìn)制的有效值狀態(tài)為4，即為00、01、10、11,N=4，則該碼元只能攜帶兩個二進(jìn)制信息.以此類推，若一個碼元所表示的二進(jìn)制的有效值狀態(tài)為N,則該碼元只能攜帶log2N個二進(jìn)制信息。

（2）調(diào)制速率如上所述，當(dāng)N=2時，S=1/T，此時數(shù)據(jù)傳輸速率就等于每秒鐘所能傳送的碼元數(shù)量?？梢砸隽硪粋€描述數(shù)據(jù)傳輸速率的技術(shù)指標(biāo)，即調(diào)制速率，又稱波特率、碼元速率，單位為波特，記作Baud。計(jì)算公式為B=1/T

由以上兩式合并可以得出調(diào)制速率和數(shù)據(jù)傳輸速率的對應(yīng)關(guān)系式.

【例】在一個碼元能表示4種二進(jìn)制有效值狀態(tài)下，且T=833×10-6

。求數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率。解

2.信道容量信道容量表征一個信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，單位也是位/秒（bps）。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別在于,前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸能力的極限，而后者則表示實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。奈奎斯特首先給出了無噪聲情況下調(diào)制速率的極限值與信道帶寬的關(guān)系B=2H（Baud）.

其中，H表示信道帶寬,也稱頻率范圍,即信道能傳輸?shù)纳?、下限頻率的差值，單位為Hz。由此可推出表征信道數(shù)據(jù)傳輸能力的奈奎斯特公式C=2Hlog2N（bps）此處，N仍然表示攜帶數(shù)據(jù)的碼元可能取的離散值的個數(shù)，C即是該信道最大的數(shù)據(jù)傳輸速率。由以上兩式可見，對于特定的信道，其調(diào)制速率不可能超過信道帶寬的2倍,但若能提高每個碼元可能取的離散值的個數(shù),則數(shù)據(jù)傳輸速率便可成倍提高。

例如,普通電話線路的帶寬約為3kHz,則其調(diào)制速率的極限值為6kBaud。若每個碼元可能取的離散值的個數(shù)為16(即N=16),則最大數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)C=2Hlog2N=2×3k×log216=24(kbps).實(shí)際的信道總要受到各種噪聲的干擾，香農(nóng)則進(jìn)一步研究了受隨機(jī)噪聲干擾的信道的情況，給出了計(jì)算信道容量的香農(nóng)公式.

C=H×log2（1+S/N）（bps）其中，S表示信號功率，N為噪聲功率,S/N則為信噪比。由于實(shí)際使用的信道的信噪比都要足夠大,故常表示成10lg(S/N）,以分貝（dB）為單位來計(jì)量，在使用時要特別注意。例如，信噪比為30dB、帶寬為3kHz的信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率為

C=H×log2（1+S/N）=3k×log2（1+1030/10）≈3k×10=30（kbps）由此可見，只要提高信道的信噪比，便可提高信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。需要強(qiáng)調(diào)的是，上述兩個公式計(jì)算得到的只是信道數(shù)據(jù)傳輸速率的極限值，實(shí)際使用時必須留有充足的余地。

3.誤碼率誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)，它的定義為二進(jìn)制數(shù)據(jù)在傳輸時出錯的概率。.誤碼率等于被傳錯的二進(jìn)制數(shù)據(jù)位數(shù)與所傳二進(jìn)制數(shù)據(jù)總位數(shù)之比，設(shè)傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)的總位數(shù)為N位,傳錯的二進(jìn)制數(shù)據(jù)總位數(shù)為Ne，則誤碼率的計(jì)算公式為

Pe=Ne/N

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率要低于10-6

，即平均每傳輸106

位數(shù)據(jù)僅允許有一位出錯。在通信系統(tǒng)中，系統(tǒng)對誤碼率的要求應(yīng)權(quán)衡可靠性和提高通信效率兩方面的因素,誤碼率越低，設(shè)備也就越復(fù)雜。傳輸介質(zhì)的誤碼率是由其特性決定的，雙絞線的誤碼率在10-6

～10-5

之間，基帶同軸電纜的誤碼率低于10-7

，寬帶同軸電纜的誤碼率低于10-9

，光纖的誤碼率可以低于10-10。

4.時延時延是指一個數(shù)據(jù)報(bào)文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)（或一條鏈路）的一端傳輸?shù)搅硪欢怂璧臅r間。.

（1）數(shù)據(jù)傳輸時延傳輸時延是指信號在介質(zhì)信道中傳輸所需要的時間。其計(jì)算公式為傳輸時延=介質(zhì)信道長度.電磁波在信道中的傳輸速率電磁波在真空（空氣）中的傳輸速率為3×108m/s,在電纜中的傳輸速率要比在真空中的略低，約為2.4×108m/s，在光纖中的傳輸速率約為2.0×10

8m/s。例如:1000km長的光纖線路帶來的傳輸時延大約為106/(2.0×108)=5（ms）。

（2）數(shù)據(jù)發(fā)送時延發(fā)送時延是指發(fā)送一個完整的數(shù)據(jù)塊所需要的時間，其計(jì)算公式為發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度/數(shù)據(jù)傳輸速率例如:一個10MB的數(shù)據(jù)塊在傳輸速率為1Mbps的信道上發(fā)送,則發(fā)送時延為10×220×8/220=80s,也就是要用1分多鐘的時間才能把這樣大的一個數(shù)據(jù)塊發(fā)送完畢。.

（3）數(shù)據(jù)排隊(duì)時延排隊(duì)時延是指數(shù)據(jù)在各交換結(jié)點(diǎn)等待發(fā)送而在緩存的隊(duì)列中排隊(duì)所需要的時間。排隊(duì)時延的大小主要由當(dāng)時網(wǎng)絡(luò)中的通信量來決定。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中通信量過大時，還有可能造成隊(duì)列溢出、數(shù)據(jù)丟失等情況.數(shù)據(jù)總的時延為以上三種時延之和，即總時延=數(shù)據(jù)傳輸時延+數(shù)據(jù)發(fā)送時延+數(shù)據(jù)排隊(duì)時延

例如:一個100MB的數(shù)據(jù)塊通過帶寬為1000Mbps的光纖發(fā)送到1000km遠(yuǎn)的計(jì)算機(jī)，發(fā)送時延為80s，而傳輸時延只有5ms，對于這種情況，如果暫時忽略排隊(duì)時延，那么發(fā)送時延起主導(dǎo)作用。5.吞吐量吞吐量是指成功傳輸數(shù)據(jù)量的大小。這是衡量網(wǎng)絡(luò)性能的技術(shù)指標(biāo)之一。一般情況下，成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量（吞吐量）小于總的數(shù)據(jù)傳輸量。.2.3.1并行通信和串行通信并行通信和串行通信是兩種基本的通信方式。計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間的并行通信一般通過計(jì)算機(jī)的并行端口（LPT）,串行通信通過串行端口（COM）。普通微機(jī)支持4個COM端口和3個以上的LPT端口，但一般只有2個COM端口和1個LPT端口有效。

1.并行通信在并行通信中，一般有多個數(shù)據(jù)位同時在兩臺設(shè)備之間傳輸。以8位數(shù)據(jù)位的并行通信為例，如圖2-6所示。圖中發(fā)送端和接收端有8條數(shù)據(jù)線相連，發(fā)送端同時發(fā)送8個數(shù)據(jù)位，接收端同時接收8個數(shù)據(jù)位。常見的并行通信協(xié)議如:IEEE488。微機(jī)與并行打印機(jī)之間的通信即是并行通信。2.3通信方式.

優(yōu)點(diǎn):傳輸速率快。

缺點(diǎn):線路成本高，不易維修，易受干擾。

2.串行通信在串行通信中，數(shù)據(jù)是一位一位地在通信線路上進(jìn)行傳輸?shù)摹Ｓ捎跀?shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線上的傳輸方式是并行傳輸，所以計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間通過串行線路進(jìn)行通信時，就要使用并/串轉(zhuǎn)換設(shè)備在發(fā)送端將并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，然后再逐位地通過通信線路到達(dá)接收端，在接收端則將串行數(shù)據(jù)重新轉(zhuǎn)換成并行數(shù)據(jù)，以便處理。如圖2-7所示。圖2-6并行通信示意圖

.

在網(wǎng)絡(luò)中，數(shù)據(jù)的串.并行轉(zhuǎn)換是由網(wǎng)卡負(fù)責(zé)的。此外，微機(jī)與Modem之間的通信也是串行通信。

圖2-7串行通信示意圖

優(yōu)點(diǎn):架設(shè)方便，容易維護(hù)，線路成本低。

缺點(diǎn):傳輸速率較慢。總之，串行通信適用于長距離、低速率的通信;而并行通信適用于短距離、高速率的通信。2.3.2同步通信和異步通信.

1.異步通信異步通信又叫群同步通信。在這種通信系統(tǒng)中，傳輸?shù)男畔⒈环殖扇舾蓚€“群”。所謂的“群”，一般是以字符為單位,在每個字符的前面加上起始位，在結(jié)束處加上終止位，從而組成一個字符序列。數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中，字符與字符間的間隔時間是任意的，即字符間采用異步定時，但字符中的各個比特用固定的時鐘頻率傳輸。所以，在數(shù)據(jù)通信中，習(xí)慣上稱之為“異步通信”。在這種通信方式中，每個字符以起始位和終止位加以分隔，故也稱為“起-止”傳輸。如圖2-8所示。

圖2-8異步通信示意圖.在異步通信方式中,一次只傳輸一個字符(由5～8位比特組成）。每個字符用一位起始位引導(dǎo)，一位終止位結(jié)束。起始位為“0”，占一位時間，終止位為“1”，占1～2位的持續(xù)時間，如采用奇偶校驗(yàn)時，在終止位前加一位校驗(yàn)碼。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時,發(fā)送方可發(fā)送連續(xù)的終止位(稱空閑位)。接收方根據(jù)“1”至“0”的跳變來判別一個新字符的開始，然后接收字符中的所有位。

2.同步通信在同步通信方式下，接收端接收的每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端準(zhǔn)確地保持同步，中間無間斷時間，實(shí)現(xiàn)這種同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。

在外同步法中，接收端的同步信號事先由發(fā)送端傳來，而不是自己產(chǎn)生也不是從信號中提取出來的。.即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時鐘脈沖，接收端按照這個時鐘脈沖頻率和時序鎖定接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過程中始終與發(fā)送端保持同步。然后向發(fā)送端發(fā)送準(zhǔn)備接收的確認(rèn)信息，發(fā)送端接收到確認(rèn)信息后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。

自同步法是指接收端能從接收到的數(shù)據(jù)信號波形中提取同步信號的方法。典型的例子就是著名的曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼（編碼方法可參考第四節(jié)圖2-14）。在這兩種編碼方法中都是將時鐘和數(shù)據(jù)包含在信號中，在傳輸代碼信息時，也將時鐘同步信號一起傳輸給對方。與異步通信相比，同步通信的數(shù)據(jù)傳輸是整批的，比起異步通信一次一個字符來，效率要高。2.3.3數(shù)據(jù)通信的方向在串行通信中，依數(shù)據(jù)流的方向，又可分為單工、半雙工以及全雙工等三種模式。如圖2-9所示。.圖2-9串行通信的三種模式.

1.單工通信所謂單工通信是指傳送的信息始終是一個方向的通信。對于單工通信，發(fā)送端把信息發(fā)往接收端，根據(jù)信息流向即可判斷哪一端是發(fā)送端，哪一端是接收端。單工通信的信道一般是二線制。也就是說，單工通信存在兩個信道，傳輸數(shù)據(jù)用的主信道和監(jiān)測信號用的監(jiān)測信道。聽廣播和看電視就是單工通信的例子。

2.半雙工通信所謂半雙工通信是指數(shù)據(jù)傳輸允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸,但是，在某一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，因而半雙工通信實(shí)際上是一種切換方向的單工通信。對于半雙工通信，通信的雙方都具備發(fā)送和接收裝置，即每一端可以是發(fā)送端也可以是接收端，信息流是輪流使用發(fā)送和接收裝置的。對講機(jī)的通信就是半雙工通信。.

3.全雙工通信所謂全雙工通信是指數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸，因此全雙工通信是兩個單工通信方式的結(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。全雙工通信一般采用多條線路或頻分法來實(shí)現(xiàn)，也可采用時分復(fù)用或回波抵消等技術(shù)。這種全雙工通信方式適合計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。.2.4.1數(shù)據(jù)傳輸?shù)男问皆谕ㄐ畔到y(tǒng)中，要把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)或模擬數(shù)據(jù)從一個地方傳到另一個地方，總是要借助于一定的物理信號，如電磁波和光。物理信號可以是連續(xù)的模擬信號，也可以是離散的數(shù)字信號。2.4數(shù)據(jù)傳輸.模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)中的任何一種數(shù)據(jù)都可以通過調(diào)制或編碼的過程形成兩種信號（模擬和數(shù)字）中的任何一種信號。于是就產(chǎn)生了四種數(shù)據(jù)傳輸形式，如圖2-10所示。音頻電話系統(tǒng)模擬信號模擬數(shù)據(jù)編碼譯碼器數(shù)字信號二進(jìn)制數(shù)調(diào)制解調(diào)器模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字發(fā)射機(jī)數(shù)字信號（a）模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù)（b）數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)（c）模擬信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

（d）數(shù)字信號傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)圖2-10數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃姆N形式.2.4.2基帶傳輸所謂基帶是指調(diào)制前原始信號所占用的頻帶，是原始信號所固有的基本頻帶。在信道中直接傳送基帶信號時，稱為基帶傳輸。進(jìn)行基帶傳輸?shù)南到y(tǒng)稱為基帶傳輸系統(tǒng)。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信源數(shù)據(jù)經(jīng)編碼器轉(zhuǎn)換為典型的表示二進(jìn)制的比特序列的矩形脈沖信號,它是能夠被直接傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為主體的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，由信源產(chǎn)生的基帶信號都是數(shù)字信號，所以這里所說的基帶傳輸是一種數(shù)字傳輸。使用基帶傳輸時，首先解決數(shù)據(jù)的編碼問題，即如何把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用物理信號的波形表示。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是由二進(jìn)制組成的，而數(shù)字信號是由離散的電壓式電流的脈沖序列組成的，每個脈沖代表一個信號單元，或稱碼元。下面介紹幾種數(shù)據(jù)編碼形式.

1.不歸零碼.

不歸零碼是一種全寬碼，即信號波形在一個碼元全部時間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流，每一位碼元都占用全部碼元寬度。不歸零碼又可分為單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼。

(1)單極性不歸零碼。單極性不歸零碼脈沖是以無電壓（無電流)表示“0”，用恒定的正電壓表示“1”。二進(jìn)制數(shù)“1011001”的單極性不歸零碼脈沖如圖2-11所示。

圖2-11單極性不歸零碼脈沖

(2)雙極性不歸零碼。雙極性不歸零碼是以恒定的負(fù)電壓表示“0”,以恒定的正電壓表示“1”。二進(jìn)制數(shù)“1011001”的雙極性不歸零碼脈沖如圖2-12所示。.

2.歸零碼歸零碼就是一個碼元的信號波形不占用碼元的全部時間，即在一個碼元時間內(nèi)發(fā)出電流的時間短于一個碼元的時間寬度,發(fā)出的是窄脈沖。所以不論碼元發(fā)出電流還是不發(fā)出電流，碼元波形都“歸零”，因此這種信號編碼為歸零碼。二進(jìn)制數(shù)“10011001”的單極性歸零碼脈沖和雙極性歸零碼脈沖如圖2-13所示。圖2-12雙極性不歸零碼脈沖.

3.曼徹斯特碼在曼徹斯特碼中，首先將一個碼元時間一分為二，如果在前半個碼元時間里，電壓為高電平，在碼元的中間發(fā)生電壓跳變，即從高電平跳到低電平，此時表示“1”;反之,如果在一個碼元的中間從低電平跳到高電平，則表示“0”。二進(jìn)制數(shù)“10011001”的曼徹斯特碼如圖2-14（a）所示。圖2-13歸零碼脈沖.

4.差分曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼也是首先將一個碼元時間一分為二，如果在一個碼元開始處有跳變（跳變方向根據(jù)前一碼元的后半周期而定),則表示“0”，如果在一個碼元開始處無跳變，則表示“1”。但任何波形都在碼元的中間位置進(jìn)行跳變。二進(jìn)制數(shù)“10011001”的差分曼徹斯特碼如圖2-14(b)所示.圖2-14曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼.從曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼的脈沖波形中可以看出，這兩種雙極型編碼的每一個碼元都被調(diào)制成兩個電平，所以數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。這兩種編碼方法都將時鐘和數(shù)據(jù)包含在信號中，在傳輸代碼信息的同時，也將時鐘同步信號一起傳輸給對方，所以這兩種編碼都屬于自同步編碼。

5.4B.5B編碼在光纖分布式數(shù)據(jù)接口中采用了獨(dú)特的4B/5B編碼。這種編碼的特點(diǎn)是將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)流每4bit作為一個組，然后按照4B/5B編碼規(guī)則將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的5bit碼。

5bit碼共有32種組合,但只采用其中的24種,16種對應(yīng)4bit碼，8種用作控制碼,以表示幀的開始和結(jié)束、光纖線路的狀態(tài)（靜止、空閑、暫停）等。標(biāo)準(zhǔn)4B/5B編碼對照表見表2-1，用于100MbpsFDDIPMD的4B/5B編碼控制碼表見表2-2。.字符４bit碼５bit碼0000011110100010100120010101003001110101401000101050101010116011001110701110111181000100109100110011101010101101110111011112110011010131101110111411101110015111111101表２-1

標(biāo)準(zhǔn)4B/5B編碼對照表.

現(xiàn)用不歸零碼畫出4bit碼和5bit碼的對應(yīng)波形，5bit碼經(jīng)差分編碼后，轉(zhuǎn)換成光信號，將收到的MAC子層的4位符號變?yōu)?位符號;在32種組合中選擇16種的原則如下:（1）凡有三個以上連“0”的不選;（2）以兩個連“0”開頭的不選，盡量選擇以“1”開頭的編碼;符號類型符號編碼意義線路狀態(tài)符號IHQ111110010000000空閑暫停靜態(tài)開始定界符JK11000SD的第一字節(jié)SD的第二字節(jié)控制指示符RS0011111001邏輯0（重置）邏輯1（設(shè)置）結(jié)束定界符T01101終止數(shù)據(jù)流表2-2

用于100MbpsFDDIPMD的4B/5B編碼控制碼表.（3）奇數(shù)必以“1”結(jié)尾，偶數(shù)必以“0”結(jié)尾;

（4）剩下16種編碼:其中8種用作控制碼，其余的禁用;（5）以差分編碼方式，將5位符號變?yōu)閭鬏斢梅?。?guī)則:遇“1”跳變，遇“0”不跳變。使用4B.5B編碼,將4bit數(shù)據(jù)流編成5bit數(shù)據(jù)流在媒體上傳輸,其效率為80%,即100Mbps的數(shù)據(jù)傳輸率，要求在光纖上傳送光信號的碼元速率為125MBaud，只增大了25%。如圖2-15所示。圖2-154B/5B編碼方式.2.4.3頻帶傳輸頻帶傳輸也稱寬帶傳輸，就是把基帶數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)調(diào)制變換,變成能在公共電話線上傳輸?shù)哪M信號，模擬信號經(jīng)模擬傳輸介質(zhì)傳送到接收端后，再還原成原來數(shù)據(jù)的傳輸。頻帶傳輸實(shí)際上是模擬傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和遠(yuǎn)程通信通常采用頻帶傳輸。使用模擬通信系統(tǒng)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)時，需要借助于調(diào)制解調(diào)裝置.如圖2-16所示。相應(yīng)于載波信號的振幅、頻率和相位這三個特征，數(shù)字信號的模擬調(diào)制有三種基本調(diào)制技術(shù):移幅鍵控法、移頻鍵控法和移相鍵控法。下面分別介紹這三種調(diào)制技術(shù)。圖2-16頻帶傳輸系統(tǒng)模型

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1.移幅鍵控法移幅鍵控就是把頻率和相位設(shè)為常量，把振幅定義為變量.即用載波的兩種不同的振幅來表示二進(jìn)制值的兩種狀態(tài)。用振幅恒定的載波的存在表示“1”，而用載波的不存在表示“0”。如圖2-17所示。

圖2-17ASK移幅鍵控

ASK方式容易受增益變化的影響,是一種效率相當(dāng)?shù)偷恼{(diào)制技術(shù)。在電話線路上，通常只能達(dá)到1200bps的速率。2.移頻鍵控法.移頻鍵控也叫頻率鍵控，是把振幅和相位作為常量，而用載波頻率附近的兩個不同頻率來表示兩個二進(jìn)制值。它以頻率較低的信號狀態(tài)代表“0”，以頻率較高的信號狀態(tài)代表“1”。如圖2-18所示。

圖2-18FSK移頻鍵控移頻鍵控方式比起移幅鍵控方式來，不容易受干擾的影響.利用音頻通信線路傳送移頻鍵控信號時，通常傳輸速率可達(dá)1200bps。這種方式一般用于高頻(3～30MHz）的無線電傳輸,它甚至也能用于較高頻率、使用同軸電纜的局部網(wǎng)絡(luò)。.

3.移相鍵控法移相鍵控就是把振幅和頻率定義為常量，而用相位的變化來表示二進(jìn)制值的變化。

（1）絕對移相鍵控所謂絕對移相（APSK），就是利用正弦載波的不同相位直接表示數(shù)字，例如，用載波信號的相位差為π的兩個不同相位來表示兩個二進(jìn)制值。當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，絕對移相鍵控信號和載波信號的相位差為“0”;當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，絕對移相鍵控信號和載波信號的相位差為π。如果基帶信號是單極性不歸零碼脈沖序列，則絕對移相鍵控信號如圖2-19所示.圖2-19APSK移相鍵控

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（2）相對移相鍵控相對移相鍵控也叫差分移相鍵控，是利用前后碼元信號相位的相對變化來傳送數(shù)字信息的。例如，當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，后一個碼元信號和前一個碼元信號的相位差為π;當(dāng)傳輸?shù)幕鶐盘枮椤?”時，后一個碼元信號和前一個碼元信號的相位差為0。如果基帶信號是單極性不歸零碼脈沖序列，則相對移相鍵控信號如圖2-20所示。

圖2-20DPSK移相鍵控.移相鍵控(PSK)技術(shù)有較強(qiáng)的抗干擾能力，而且比FSK方式更有效，可以有效提高數(shù)據(jù)傳輸速率。移相鍵控法(PSK）和移幅鍵控法(ASK）還可以組合使用，這種方式稱為相位幅度調(diào)制PAM。在音頻通信線路上,相位幅度調(diào)制信號的傳輸速率最高可達(dá)9600bps。2.4.4其他數(shù)據(jù)傳輸形式

1.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸當(dāng)利用數(shù)字通信媒體傳送模擬信號時就要對模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號編碼。

方法如下:在發(fā)送端設(shè)置一個編碼器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號再發(fā)送，而在接收端設(shè)置一個解碼器，將接收的數(shù)字信號轉(zhuǎn)變成模擬信號。將模擬信號數(shù)字化的方法有兩種，即脈沖編碼調(diào)制PCM和增量調(diào)制。.

脈沖編碼調(diào)制是把模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的最基本方法之一，它是由美國貝爾實(shí)驗(yàn)室于1939年研發(fā)的，常用于對語音信號進(jìn)行編碼。PCM處理信號的方法，基本上可分三個步驟:

采樣、量化、編碼，如圖2-21所示。

采樣:即以模擬信號頻率的兩倍以上的頻率來定時采樣。目前一般采用8000次/秒的采樣頻率。每一個采樣信號稱為PAM。

量化:其目的是為每一個PAM信號設(shè)定一個對應(yīng)值，若量化的范圍在0～127之間，則每個采樣要用7位二進(jìn)制數(shù)(27=128）來表示，而量化速率需要56000bps（8000×7=56000）,若量化的范圍在0～255之間,則每個取樣需要用8位二進(jìn)制數(shù)(28=256)來表示，而量化速率需要64000bps（8000×8=64000）。

編碼:為了能精確地還原成原來的模擬信號,量化值編碼在傳送數(shù)字至數(shù)模轉(zhuǎn)換器時，其速率必須和采樣時一樣。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，信號才會和原來的模擬信號波形接近。.2.模擬數(shù)據(jù)的模擬傳輸模擬數(shù)據(jù)經(jīng)由模擬通信系統(tǒng)傳輸時不需要進(jìn)行變換，但是,由于考慮到便于無線傳輸和頻分多路傳輸?shù)男枰?，模擬形式的輸入數(shù)據(jù)可在高頻正弦波下進(jìn)行模擬調(diào)制。模擬調(diào)制有振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制三種調(diào)制技術(shù)，最常用的兩種調(diào)制技術(shù)是振幅調(diào)制（AM）和頻率調(diào)制（FM）。圖2-21PCM處理信號的過程.在數(shù)據(jù)通信或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，傳輸介質(zhì)的帶寬或容量往往超過傳輸單一信號的需求，為了有效地利用通信線路，希望一個信道同時傳輸多路信號，這就是所謂的多路復(fù)用技術(shù)。采用多路復(fù)用技術(shù)能把多個信號組合在一條物理信道上進(jìn)行傳輸，其方法是在發(fā)送端將若干個彼此無關(guān)的信號合并為一個能在一條共用信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號，在信號的接收端還能將復(fù)合信號分離出與原來一樣的若干個彼此無關(guān)的信號來。多路復(fù)用技術(shù)的原理如圖2-22所示，由多路復(fù)用器合并N個輸入通道的信號(N取決于所用傳輸介質(zhì)的限制因素）組成一路復(fù)合信號,經(jīng)傳輸速率較高的線路傳輸后,由多路譯碼器將復(fù)合信號按通道號再分離出來，然后把它們送到相應(yīng)的輸出端。2.5多路復(fù)用技術(shù).配置多路復(fù)用線路有許多種不同方法，多路復(fù)用器的類型也各異，常用的多路復(fù)用技術(shù)有時分多路復(fù)用(TDM）、頻分多路復(fù)用（FDM）和波分多路復(fù)用（WDM）等。2.5.1時分多路復(fù)用所謂時分多路復(fù)用是將一條物理信道按時間分成若干個時間片（時隙）輪流分配給多個信號使用。圖2-22多路復(fù)用技術(shù)原理.每一時間片由要復(fù)用的一個信號占用，一個信號的時間片用完后，信道再分配給下一個信號。這樣利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號了。如圖2-23所示。

圖2-23時分多路復(fù)用示意圖.時分多路復(fù)用多用于數(shù)字信號的傳輸，又可分為靜態(tài)時分多路復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時分多路復(fù)用兩種。靜態(tài)時分多路復(fù)用又叫同步時分多路復(fù)用，它的時間片是預(yù)先為每個傳輸信號分配好了的，是固定不變的，不論有沒有信號傳輸，時間片都要分配。而統(tǒng)計(jì)時分多路復(fù)用是比靜態(tài)時分多路復(fù)用復(fù)雜得多，也有效得多的復(fù)用方式，它只對有數(shù)據(jù)要傳輸?shù)妮斎氩糠址峙鋾r間片，因此線路的利用率更高。2.5.2頻分多路復(fù)用

頻分多路復(fù)用電路常用于模擬信號的傳輸，其工作原理是:按照頻率劃分信號的方法，把傳輸頻帶分成若干個較窄的頻帶,每個窄頻帶構(gòu)成一個子通道，獨(dú)立地傳輸信息。FDM將每一信息經(jīng)調(diào)制變成不同的載波頻率，各個信號都有自己的帶寬。.為了避免信號彼此干擾，各載波之間留有適當(dāng)?shù)念l率間距,各載波之間便不會有因信號的互相重疊而發(fā)生干擾的現(xiàn)象產(chǎn)生.如圖2-24所示。圖2-24頻分多路復(fù)用示意圖2.5.3波分多路復(fù)用

波分多路復(fù)用是在光纖信道上使用頻分多路復(fù)用的一個變種，其基本原理是:

利用波分多路復(fù)用設(shè)備將不同信道的信號調(diào)制成不同波長的光，并復(fù)用到光纖信道上。在接收方，采用波分設(shè)備分離不同波長的光。主要用于光纖通信。它是利用不同波長的光在一條光纖上同時傳輸多路信號。.如圖2-25所示,這是一種在光纖上獲得WDM的簡單方法。在這種方法中，兩根光纖連接到一個棱柱(或更可能是衍射光柵）上，每根光纖的能量處于不同的波段。兩束光通過棱柱或光柵,合成到一根共享的光纖上，傳送到遠(yuǎn)方的目的地，隨后再將它們分解開來。圖2-25波分多路復(fù)用.數(shù)據(jù)通信最簡單的形式是兩個結(jié)點(diǎn)直接用線路連接進(jìn)行通信，但在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備和計(jì)算機(jī)都直接相連是不現(xiàn)實(shí)的。解決這一問題的方法就是設(shè)置交換結(jié)點(diǎn)，各通信結(jié)點(diǎn)和交換結(jié)點(diǎn)相連，再把各交換結(jié)點(diǎn)用通信線路相連，從而組成通信網(wǎng)絡(luò)。在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)中通過網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的某種轉(zhuǎn)接方式來實(shí)現(xiàn)從任一端系統(tǒng)到另一端系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)通路接續(xù)的技術(shù)，就稱為“數(shù)據(jù)交換技術(shù)”或“數(shù)據(jù)交換方式”。2.6.1電路交換電路交換是一種直接交換，即在采用電路交換技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸期間，在源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間有一條利用中間結(jié)點(diǎn)構(gòu)成的專用物理連接線路，直到數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束。1.電路交換的三個過程2.6數(shù)據(jù)交換技術(shù).

（1）電路建立。在正式開始數(shù)據(jù)傳輸之前，首先由一端通信結(jié)點(diǎn)發(fā)起呼叫，另一端進(jìn)行回應(yīng)，交換網(wǎng)建立連接，直到兩端通信結(jié)點(diǎn)間建立起一條轉(zhuǎn)接式數(shù)據(jù)通路，然后才開始進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。建立時要求通信雙方都要處于可用狀態(tài)，并且兩者之間的線路要空閑。其信道的形成不是惟一的，如果兩者之間的一條線路忙，則可選擇其他的線路通過。這個過程類似于電話通信的呼叫階段。

（2）數(shù)據(jù)傳輸。電路建立后，即可進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在整個傳輸期間，該通路一直被通信雙方占用，直到通信結(jié)束后才釋放線路。這個過程類似于電話通信的通話階段。

（3）電路拆除。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，要由通信雙方中的任意一方發(fā)出拆除請求，然后進(jìn)行拆除，即把線路的控制權(quán)釋放。這個過程類似于電話通信中的掛機(jī)。

2.電路交換的特性（1）適合語音通信。.（2）數(shù)據(jù)傳送時速率是固定的，因此沒有傳輸延遲現(xiàn)象。（3）因其電路信道有占用性，信道利用率不高。（4）通信時，雙方設(shè)備必須都處于可用的狀態(tài)。（5）線路不具有記憶性。2.6.2報(bào)文交換報(bào)文交換屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換。報(bào)文交換的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文。所謂報(bào)文就是包括結(jié)點(diǎn)所要發(fā)送的數(shù)據(jù)及源結(jié)點(diǎn)地址、目的結(jié)點(diǎn)地址和其他控制信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)塊。報(bào)文可隨機(jī)發(fā)送,且長度不限。報(bào)文交換不需要在通信雙方之間建立專用通路，而采用“存儲轉(zhuǎn)發(fā)”的方式。當(dāng)一方要發(fā)送一個報(bào)文時,先將包括目的結(jié)點(diǎn)地址在內(nèi)的控制信息加到所要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)上，形成報(bào)文，并發(fā)送到與其相連的中間結(jié)點(diǎn)上。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)在收到報(bào)文后,先檢查報(bào)文有無錯誤，將報(bào)文暫存在本結(jié)點(diǎn)，然后根據(jù)報(bào)文的目的結(jié)點(diǎn)地址及路由信息將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點(diǎn)，就這樣一直轉(zhuǎn)發(fā)下去，直到報(bào)文到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)為止。.

1.報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)（1）可提高線路的利用率，不像電路交換網(wǎng)常有占用線路的問題，只要結(jié)點(diǎn)有空即可。（2）通信時，雙方不必都處于可用狀態(tài)（3）可以把一個報(bào)文同時向多個目的地發(fā)送。（4）當(dāng)出現(xiàn)大量通信時，信息會被延時傳送，而不會被拒絕傳送。

2.報(bào)文交換的缺點(diǎn)（1）傳送數(shù)據(jù)時具有延時性，故此種方式不適合用于具有實(shí)時性及交談的通信系統(tǒng)中。（2）中間結(jié)點(diǎn)收到的數(shù)據(jù)過多而無法存儲或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時，會丟失報(bào)文，影響數(shù)據(jù)傳送的正確性。2.6.3分組交換分組交換技術(shù)也屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)。.它是把一個報(bào)文分成若干個較小的報(bào)文分組，每個分組的長度有一個上限。在發(fā)送方將報(bào)文分割成若干個分組后，每個分組都有一個編號，各個分組經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)存儲轉(zhuǎn)發(fā)到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)后，目的結(jié)點(diǎn)再按分組編號重組報(bào)文。為此在發(fā)送端和接收端都應(yīng)有分組拆裝設(shè)備PAD，在網(wǎng)絡(luò)中要有分組交換設(shè)備PSE。

1.數(shù)據(jù)報(bào)在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，每個分組的傳送是被單獨(dú)處理的，就像報(bào)文交換中的報(bào)文一樣。每個分組被稱為一個數(shù)據(jù)報(bào)，每個數(shù)據(jù)報(bào)自身攜帶足夠的地址信息。一個結(jié)點(diǎn)接收到一個數(shù)據(jù)報(bào)后,根據(jù)數(shù)據(jù)中的地址信息和結(jié)點(diǎn)所存儲的路由信息，選擇一個合適的路徑，將數(shù)據(jù)報(bào)原樣地發(fā)送到下一個結(jié)點(diǎn)，直到到達(dá)目的地。如圖2-26所示。因此，當(dāng)某一個結(jié)點(diǎn)要發(fā)送一個報(bào)文時，先由PAD將報(bào)文拆分成若干個帶有序號和地址信息的數(shù)據(jù)報(bào),依次發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)上。.

此后，各數(shù)據(jù)報(bào)所走路徑就可能不再相同，因?yàn)楦鱾€結(jié)點(diǎn)隨時根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量、故障等情況選擇路由，所以不能保證各個數(shù)據(jù)報(bào)按順序到達(dá)目的地，有的數(shù)據(jù)報(bào)甚至還會在途中丟失。到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)后，再由PAD將各分組按分組序號進(jìn)行重組。

圖2-26數(shù)據(jù)報(bào)交換數(shù)據(jù)報(bào)方式?jīng)]有電路的呼叫建立過程，但要為每個數(shù)據(jù)報(bào)做路由選擇。.

2.虛電路在虛電路方式中，要進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，在網(wǎng)絡(luò)的源結(jié)點(diǎn)和目的結(jié)點(diǎn)之間先要建立一條邏輯通路。如圖2-27所示。假設(shè)A結(jié)點(diǎn)有一個或多個分組要發(fā)送到C結(jié)點(diǎn)去，那么它首先要發(fā)送一個呼叫請求分組到1結(jié)點(diǎn)，請求建立一條到C結(jié)點(diǎn)的連接。如此重復(fù)，經(jīng)過1結(jié)點(diǎn)→4結(jié)點(diǎn)→5結(jié)點(diǎn)→6結(jié)點(diǎn),6結(jié)點(diǎn)最終將呼叫請求分組傳送到C結(jié)點(diǎn)。如果C結(jié)點(diǎn)允許接受這個連接，就發(fā)送一個呼叫接收分組沿原路線返回到A結(jié)點(diǎn)。這樣一個從A結(jié)點(diǎn)到C結(jié)點(diǎn)的邏輯連接就建立好了。到此，A結(jié)點(diǎn)就可以在已建立好的邏輯連接上或者說在虛電路上交換數(shù)據(jù)了。每個分組除了包含數(shù)據(jù)之外還得包含一個虛電路標(biāo)識符。在預(yù)先建立好的路徑上的每個結(jié)點(diǎn)都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，不再需要路由選擇判定。于是來自A結(jié)點(diǎn)的每一個數(shù)據(jù)分組都通過結(jié)點(diǎn)1、4、5、6到達(dá)C結(jié)點(diǎn)，來自C節(jié)點(diǎn)的每一個數(shù)據(jù)分組也都通過6、5、4、1到達(dá)A結(jié)點(diǎn)。.通信結(jié)束后，由任何一方發(fā)出斷開連接的請求，由另一方響應(yīng)后，清除此虛電路。圖2-27虛電路交換虛電路技術(shù)和電路交換技術(shù)的不同之處在于，虛電路方式所建立的是邏輯通路，不是專用的，分組在每個結(jié)點(diǎn)上仍然需要緩沖，并在線路上進(jìn)行排隊(duì)等待輸出。

數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路的差別如下:.（1）數(shù)據(jù)報(bào)的傳遞路徑并非惟一，因此經(jīng)過的各個結(jié)點(diǎn)都必須執(zhí)行選擇路徑的操作。而虛電路就不同了，其事先建立好傳送的路徑，因此，各個結(jié)點(diǎn)不必都執(zhí)行路徑選擇的操作。事實(shí)上，選擇路徑操作是很占時間的，因此，若是要傳送大量數(shù)據(jù)時，常采用虛電路的方式。（2）若就可靠性而言，則以數(shù)據(jù)報(bào)較佳，原因在于，假若網(wǎng)絡(luò)上某個結(jié)點(diǎn)上突然出現(xiàn)故障，數(shù)據(jù)報(bào)由于其傳送路徑不是惟一的，因此，可以另外找路徑來傳送數(shù)據(jù)，但虛電路則因路徑是固定的，所以可能較易受到影響而無法正常傳送數(shù)據(jù)。（3）虛電路適用于實(shí)時數(shù)據(jù)的傳送，而數(shù)據(jù)報(bào)則不能。.2.7.1差錯控制概述

差錯控制是指在數(shù)據(jù)通信過程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯，把差錯限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。一般來說，傳輸中的差錯是由噪聲引起的。噪聲有兩大類,一類是信道固有的、持續(xù)存在的隨機(jī)熱噪聲，另一類是由外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲。熱噪聲所引起的差錯是隨機(jī)差錯，可在物理信道設(shè)計(jì)時，選用質(zhì)量高的媒體及提高信噪比，盡量減少熱噪聲的影響，因而由它導(dǎo)致的隨機(jī)差錯通常較少。沖擊噪聲具有突發(fā)性，所引發(fā)的差錯稱為突發(fā)差錯。沖擊噪聲有時幅度可能相當(dāng)大，無法通過提高信號幅度來避免，所以沖擊噪聲是引起傳輸差錯的主要原因。利用差錯控制編碼來進(jìn)行差錯控制的方法基本上有兩類，一類是檢錯重發(fā)法,如自動請求重發(fā)ARQ;另一類是前向糾錯FEC.2.7差錯控制.

在ARQ方式中，接收端檢測出有差錯時，就設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā)，直至收到正確的碼字為止。在FEC方式中，接收端不但能發(fā)現(xiàn)差錯,而且能確定二進(jìn)制碼元發(fā)生錯誤的位置，從而加以糾錯。因此，差錯控制編碼又可分為檢錯碼和糾錯碼。

檢錯碼是指能自動發(fā)現(xiàn)差錯的編碼。

糾錯碼是指不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能自動糾正差錯的編碼。FEC方式采用糾錯碼。衡量編碼性能好壞的一個重要指標(biāo)是編碼效率R,它是碼字中的信息位所占的比例。若碼字中的信息位為k位,編碼時外加冗余位為r位，則編碼后得到的碼字長度為n=k+r位，由此編碼效率R可表示為R=k/n=k/（k+r）顯然，編碼效率越高，信道中用來傳送信息碼元的有效利用率就越高。.2.7.2奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)是一種最基本的校驗(yàn)方法，其中奇偶校驗(yàn)碼是一種檢錯碼。其方法是在面向字節(jié)的數(shù)據(jù)通信中，在每個字節(jié)的尾部加上一個校驗(yàn)碼，構(gòu)成一個帶有校驗(yàn)位的碼組，使得碼組中“1”的個數(shù)成為偶數(shù)(稱為偶校驗(yàn))或者奇數(shù)(稱為奇校驗(yàn))，并把整個碼組一起發(fā)送出去。接收端在收到信號后，對每一個碼組檢查其中“1”的個數(shù)是否為偶數(shù)（對奇校驗(yàn)則檢查“1”的個數(shù)是否為奇數(shù)），如果檢查通過就認(rèn)為收到的數(shù)據(jù)正確，否則發(fā)回一個信號給發(fā)送端，要求重新發(fā)送該段數(shù)據(jù)。

1.垂直奇偶校驗(yàn)垂直奇偶校驗(yàn)是將要發(fā)送的整個信息塊分為定長(p位）的若干段(比如q段),每段后面按“1”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的規(guī)律加上一位奇偶位，如圖2-28所示。.pq位信息(I11,I21,…,Ip1,…,I1q,I2q,…,Ipq)中，每p位構(gòu)成一段(即表中的一列)，共有q段(即共有q列)。每段加上一位奇偶校驗(yàn)位，即圖中的ri

的編碼規(guī)則為偶校驗(yàn):ri=I1iI2i…Ipi（i=1，2，…，q）奇校驗(yàn):ri=I1iI2i…Ipi+1（i=1，2，…，q）其中，表示異或加。垂直奇偶校驗(yàn)?zāi)軝z測出每列中奇數(shù)位錯，但檢測不出偶數(shù)位錯。對于突發(fā)性錯誤來說，奇數(shù)位錯與偶數(shù)位錯的發(fā)生概率相同，因而對差錯的檢出率只有50%。

+++++I11I12…I1qI21I22…I2qIP1IP2…IPqr1r2…rq發(fā)送信號信息位冗余位圖2-28垂直奇偶校驗(yàn).

2.水平奇偶校驗(yàn)為了降低對突發(fā)錯誤的漏檢率，可以采用水平奇偶校驗(yàn)的方法。水平奇偶校驗(yàn)又稱為橫向奇偶校驗(yàn)，它是對各個信息段的相應(yīng)位橫向進(jìn)行編碼，產(chǎn)生一個奇偶校驗(yàn)冗余位。如圖2-29所示。水平奇偶校驗(yàn)不但可以檢測出各段同一位上的奇數(shù)位錯，而且還能檢測出突發(fā)長度小于等于p的所有突發(fā)錯誤碼，所以水平奇偶校驗(yàn)的差錯漏檢率比垂直奇偶校驗(yàn)要小一些。但是實(shí)現(xiàn)水平奇偶校驗(yàn)時必須等待要發(fā)送的全部信息塊都到齊后才能計(jì)算冗余位，也就是要使用數(shù)據(jù)緩沖器，因此它的編碼和檢測實(shí)現(xiàn)起來都要復(fù)雜一些。I11I12…I1qr1I21I22…I2qr2IP1IP2…IPqrP發(fā)送信號信息位冗余位圖2-29水平奇偶校驗(yàn).

3.水平垂直奇偶校驗(yàn)同時進(jìn)行水平奇偶校驗(yàn)和垂直奇偶校驗(yàn)就構(gòu)成了水平垂直奇偶校驗(yàn)，也稱為縱橫向校驗(yàn)。水平垂直奇偶校驗(yàn)?zāi)軝z測出所有3位或3位以下的錯誤、奇數(shù)位錯、突發(fā)長度小于等于p+1的突發(fā)錯誤以及很大一部分偶數(shù)位錯。測量表明，這種方式的編碼可使誤碼率降至原誤碼率的百分之一到萬分之一。2.7.3循環(huán)冗余碼奇偶校驗(yàn)碼作為檢錯碼雖然簡單，但是漏檢率太高。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)通信中用得最廣泛的檢錯碼是一種漏檢率低得多的也便于實(shí)現(xiàn)的循環(huán)冗余碼CRC。