第02章-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

本章學(xué)習(xí)要求：理解：數(shù)據(jù)通信基本概念和通信系統(tǒng)基本組成掌握：傳輸介質(zhì)類(lèi)型及主要特性了解：無(wú)線與衛(wèi)星通信技術(shù)的基本概念理解：基帶傳輸與頻帶傳輸?shù)幕靖拍钫莆眨簲?shù)據(jù)通信方式掌握：數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼掌握：多路復(fù)用掌握：數(shù)據(jù)交換掌握：差錯(cuò)控制掌握：同步技術(shù)五大技術(shù)!!!2.1數(shù)據(jù)通信概述數(shù)據(jù)通信是指計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間交換數(shù)據(jù)的過(guò)程。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各地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備而執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸功能的系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)間的通信是實(shí)現(xiàn)資源共享的基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的核心是數(shù)據(jù)通信設(shè)施。如何將不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的信號(hào)進(jìn)行傳輸，是數(shù)據(jù)通信技術(shù)要解決的問(wèn)題。2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本組成有三要素：

信源、信宿和信道。

信道(Channel)：通信雙方以傳輸介質(zhì)為基礎(chǔ)的傳輸信息的通道。2.1.2數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)(Data)：是傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。信息(Information)：是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。--模擬(Analog)數(shù)據(jù)與數(shù)字(Digital)數(shù)據(jù)信號(hào)(Signal)：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式傳播。

--模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)

--基帶(Baseband)與寬帶(Broadband)信號(hào)數(shù)字通信：指在通信信道中傳送數(shù)字信號(hào)的通信方式。模擬通信：指在通信信道中傳送模擬信號(hào)的通信方式。模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)的特點(diǎn)模擬信號(hào)：

波動(dòng)性；持續(xù)變化；反映事物的本質(zhì)；在電信業(yè)已經(jīng)被廣泛使用超過(guò)100年；數(shù)字信號(hào)：離散性；躍變性；設(shè)備性能先進(jìn)；較為便宜；

（a）模擬信號(hào)（b）數(shù)字信號(hào)判斷下列信號(hào)的類(lèi)型?A.時(shí)間、溫度、電波、聲音B.字符，二進(jìn)制數(shù)，電脈沖信號(hào)中沒(méi)有斷開(kāi)或不連續(xù)的的地方__模擬信號(hào)信號(hào)僅取一些有限數(shù)目的值__數(shù)字信號(hào)2.1.3數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)有效性指標(biāo)：傳輸速率、信道帶寬和信道容量可靠性指標(biāo)：誤碼率1．信道帶寬和信道容量帶寬(Bandwidth)：在模擬通信系統(tǒng)中，帶寬通常表示傳輸信道的最高頻率與最低頻率之間的差距，單位為赫茲（Hz）。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，帶寬通常用來(lái)描述單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)給定的通信線路的數(shù)據(jù)量，相當(dāng)于數(shù)據(jù)傳輸速率，單位是bps。信道容量(Channelcapacity)：信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率2．傳輸速率1)數(shù)據(jù)傳輸速率，也稱(chēng)比特率2)調(diào)制速率，也稱(chēng)波特率比特率(BitRate)：數(shù)據(jù)傳輸速率(bps，b/s)。碼元(CodeCell)：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元。t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)同步脈沖同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元的開(kāi)始波特率(Baud)：每秒傳送的碼元數(shù)(即信號(hào)傳送速率或碼元速率)。3．誤碼率誤碼率(Biterrorrate)：信道傳輸可靠性指標(biāo)

P=錯(cuò)誤的位數(shù)/傳輸?shù)目偽粩?shù)

10-10.1

deci10-20.01centi10110deca102100hecto公制單位(常識(shí))：數(shù)據(jù)存貯單位：當(dāng)前常用的數(shù)據(jù)存貯單位有：KB、MB、GB、TB、PB、EB、……其中：

1KB=210B=1024Bytes1MB=220B=1048576Bytes1GB=230B1TB=240B

……數(shù)據(jù)傳輸速率單位：當(dāng)前常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：Kbps、Mbps、Gbps、Tbps、Pbps、Ebps、……其中：

1Kbps=1×103bps1Mbps=1×106bps1Gbps=1×109bps1Tbps=1×1012bps

……

2.1.4數(shù)據(jù)通信方式在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，從不同的角度看有多種不同的通信方式，如：

并行通信和串行通信方式；單工通信、半雙工通信和全雙工通信方式；點(diǎn)到點(diǎn)通信和點(diǎn)到多點(diǎn)通信方式；基帶通信和頻帶通信方式；同步通信和異步通信方式等。單工：數(shù)據(jù)單向傳輸

無(wú)線電廣播、電視半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向傳輸，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸對(duì)講機(jī)（不同時(shí)雙向，即：雙向交替）全雙工：數(shù)據(jù)可同時(shí)雙向傳輸電話1.單工、半雙工、全雙工方式單工、半雙工與全雙工通信的實(shí)現(xiàn)：

如果將信號(hào)的各位分別在多條線路上同時(shí)傳輸，稱(chēng)為并行傳輸；如果只用一條線，讓信號(hào)以位為單位順序傳輸，就成為串行傳輸。2.并行傳輸與串行傳輸速度效率成本？應(yīng)用場(chǎng)合？3.點(diǎn)到點(diǎn)通信和點(diǎn)到多點(diǎn)通信

1)點(diǎn)到點(diǎn)通信

2)點(diǎn)到多點(diǎn)通信通常也稱(chēng)：廣播式通信2.2信號(hào)的調(diào)制與編碼2.2.1基帶傳輸和頻帶傳輸1．基帶傳輸由計(jì)算機(jī)或終端等數(shù)字設(shè)備產(chǎn)生的、未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)相對(duì)應(yīng)的電脈沖信號(hào)通常呈矩形波形式，這種電脈沖信號(hào)被稱(chēng)為基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)所占有(固有)的頻率范圍稱(chēng)為基本頻帶，簡(jiǎn)稱(chēng)基帶(Baseband)。在信道中直接傳輸基帶信號(hào)的傳輸方式就是基帶傳輸。在基帶傳輸中，整個(gè)信道只傳輸這一種信號(hào)。2．頻帶傳輸頻帶傳輸就是先將基帶信號(hào)變換(調(diào)制)成便于在模擬信道中傳輸?shù)?、具有較高頻率范圍的信號(hào)(這種信號(hào)稱(chēng)為頻帶信號(hào))，再將這種頻帶信號(hào)在信道中傳輸。

由于頻帶信號(hào)也是一種模擬信號(hào)，頻帶傳輸實(shí)際上就是模擬傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的遠(yuǎn)距離通信通常都是頻帶傳輸。思考練習(xí)：如何區(qū)分以下三個(gè)術(shù)語(yǔ)？帶寬寬帶基帶為什么要進(jìn)行調(diào)制或編碼？主要的四種數(shù)據(jù)調(diào)制或編碼方式：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(信號(hào))－＞模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(信號(hào))－＞數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)(信號(hào))－＞數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)(信號(hào))－＞模擬信號(hào)（現(xiàn)少用）使信號(hào)能在相應(yīng)的信道上有效地傳輸。通常將模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變?yōu)槟M信號(hào)的過(guò)程，稱(chēng)為調(diào)制。通常將模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)的過(guò)程，稱(chēng)為編碼。

(數(shù)字信號(hào)—＞模擬信號(hào)的編碼方法)

2.2.2信號(hào)的調(diào)制移頻鍵控（ＦＳＫ）工作原理圖FSK方式Modem的工作原理

Modem實(shí)現(xiàn)全雙工通信的工作原理多相調(diào)制———四相調(diào)制數(shù)據(jù)比特位相對(duì)相位偏移值000°0190°10180°11270°注意多相調(diào)制———八相調(diào)制請(qǐng)問(wèn)：若碼元速率為800Baud,采用八相調(diào)制，則數(shù)據(jù)傳輸速率為多少？1．?dāng)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字化編碼1)單極性全寬碼（NRZ）和歸零碼（RZ）2)雙極性全寬碼和歸零碼2.2.3信號(hào)的編碼11111110000000+VV00?VV0+V0?V單極性非歸零碼雙極性非歸零碼單極性歸零碼雙極性歸零碼單極性、雙極性歸零與非歸零(全寬)的編碼比較3)曼徹斯特碼與差分曼徹斯特碼

011101001數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)不歸零碼差分

曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼

邊界不跳變邊界跳變不歸零編碼（Non-Return-Zero）這里是雙極性全寬碼NRZ缺點(diǎn)：發(fā)送和接收方不能保持同步曼徹斯特編碼（Manchester）特點(diǎn)：每一位二進(jìn)制信號(hào)的中間都有跳變，若從低電平跳變到高電平，表示數(shù)字信號(hào)“0”；若從高電平跳變到低電平，表示數(shù)字信號(hào)“1”，反之也可以。優(yōu)點(diǎn)：每一個(gè)比特中間的跳變可以作為接收端的時(shí)鐘信號(hào)，以保持接收端和發(fā)送端之間的同步差分曼徹斯特編碼（DifferenceManchester）特點(diǎn)：每一位二進(jìn)制信號(hào)的跳變依然提供收發(fā)端之間的同步，但每位二進(jìn)制數(shù)據(jù)的取值，要根據(jù)其開(kāi)始邊界是否發(fā)生跳變來(lái)決定，若一個(gè)比特開(kāi)始存在跳變則表示“0”，無(wú)跳變?yōu)椤?”。2.2.4模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化編碼

(模擬信號(hào)－＞數(shù)字信號(hào))三個(gè)步驟則：每個(gè)樣本須用7位二進(jìn)制編碼表示。若采樣速率為8000樣本/秒；則：數(shù)據(jù)傳輸速率＝7位×8000/秒=56KbpsPCM用于數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)：

將聲音分為128個(gè)量化級(jí)；2.3多路復(fù)用把利用一條物理信道同時(shí)傳輸多路信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為多路復(fù)用。什么時(shí)候可使用多路復(fù)用技術(shù)？多路復(fù)用技術(shù)的分類(lèi):頻分多路復(fù)用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)時(shí)分多路復(fù)用TDM(TimeDivisionMultiplexing)波分多路復(fù)用WDM(WaveDivisionMultiplexing)碼分多路復(fù)用CDM(CodeDivisionMultiplexing)2.3.1頻分多路復(fù)用在一條通信線路設(shè)計(jì)多路通信信道;每路信道的信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制;各個(gè)載波頻率是不重疊的,一條通信線路就可以同時(shí)獨(dú)立地傳輸多路信號(hào)。

頻分多路復(fù)用頻帶劃分示意圖f0tUsablebandwidthChannel1Channel2Channel3Guardband2.3.2時(shí)分多路復(fù)用

時(shí)分多路復(fù)用是將信道用于傳輸?shù)臅r(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；在每個(gè)用戶占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶使用通信信道的全部帶寬。

DemonstrationofTDM:UsablebandwidthDemonstrationofTDM:Usablebandwidth時(shí)分多路復(fù)用的分類(lèi)

同步時(shí)分多路復(fù)用

異步（統(tǒng)計(jì)）時(shí)分多路復(fù)用

區(qū)別？同步時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)

ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

更有效利用線路資源用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用貝爾系統(tǒng)T1載波（北美標(biāo)準(zhǔn)）(193/125=1.544Mbps)問(wèn)：每個(gè)信道的傳輸速率？

實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率？E1的時(shí)分復(fù)用幀（歐洲及我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)）

32×8/125=2.048Mb/s傳輸線路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1…………時(shí)分復(fù)用幀TCH0CH1CH2…CH15CH16CH17CH30CH31CH0…8bitt時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀T=125us15個(gè)話路15個(gè)話路問(wèn)：每個(gè)信道的傳輸速率？

實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率？2.3.3波分多路復(fù)用

光纖通道技術(shù)采用了波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為波分復(fù)用WDM;在一根光纖上復(fù)用80路或更多路的光載波信號(hào)稱(chēng)為密集波分復(fù)用DWDM；目前單模光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率最高可以達(dá)到20Gbps

。2.3.4碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用(CodeDivisionMultiplexing，CDM)則是一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的新技術(shù)，筆記本計(jì)算機(jī)和掌上計(jì)算機(jī)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)。碼分多路復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)是微波擴(kuò)頻通信。擴(kuò)頻通信的特征是使用比發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸速率高許多倍的偽隨機(jī)碼對(duì)載荷數(shù)據(jù)的基帶信號(hào)的頻譜進(jìn)行擴(kuò)展，形成寬帶低功率頻譜密度的信號(hào)來(lái)發(fā)射。2.4同步技術(shù)

通信系統(tǒng)能否可靠而有效地工作，在相當(dāng)大程度上依賴于是否能很好地實(shí)現(xiàn)同步。同步就是要求通信雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致。2.4.1同步的類(lèi)型在通信系統(tǒng)中，按照同步的功能可以將同步技術(shù)分為：載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步。按照獲取與傳輸同步信息方式分為：外同步法發(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)。自同步法發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)中自含時(shí)鐘編碼。2.4.2同步的實(shí)現(xiàn)方法（了解）1．載波同步方法2．位同步方法3．幀同步方法1)集中式插入法2)分散式插入法4．網(wǎng)同步方法1)主從同步法2)相互同步法2.4.3異步傳輸和同步傳輸(1)同步傳輸方式SYN（ASCII碼為16H，以01101000表示）或一個(gè)同步字節(jié)01111110特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸效率高，不使用附加位，適用于高速數(shù)據(jù)傳輸線路系統(tǒng)（≥2400bps）(2)異步傳輸方式

不傳送時(shí)，為高電平（1表示停止）

1個(gè)起始位（低電平0）傳送一個(gè)字符（7位信息位+1位校驗(yàn)位）

1.5，2個(gè)停止位（高電平1）起始位停止位數(shù)據(jù)位校驗(yàn)位間隔,不固定高電平每個(gè)字符的傳輸要求：為何稱(chēng)為異步？不同步？字符內(nèi)同步，字符間異步?。。∽址?字符2字符3字符4

t1≠t2≠t3

t1t2t3同步傳輸與異步傳輸?shù)谋容^

同步傳輸優(yōu)點(diǎn)：傳輸開(kāi)銷(xiāo)小，具有較高的傳輸效率。缺點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)起來(lái)較復(fù)雜，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊中有一位出錯(cuò)必須重傳整個(gè)數(shù)據(jù)塊。常用于高速率傳輸場(chǎng)合。

異步傳輸優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，設(shè)備技術(shù)開(kāi)銷(xiāo)小，價(jià)格便宜。缺點(diǎn)：每一個(gè)字符都要加上輔助位造成傳輸效率降低。常用在低速率傳輸場(chǎng)合。2.5數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換方式：電路交換存儲(chǔ)（轉(zhuǎn)發(fā)）交換報(bào)文報(bào)文分組交換數(shù)據(jù)報(bào)虛電路2.5.1電路交換（或線路交換）方式

電路交換（CircuitSwitching或CircuitExchanging）方式通信的雙方在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送之前先要建立一個(gè)實(shí)際的物理線路連接，連接的電路被通信的一對(duì)用戶獨(dú)占，只有通信結(jié)束電路釋放后，才能被別人使用。聽(tīng)到撥號(hào)音2.電話網(wǎng)撥號(hào)3.電話網(wǎng)程控或人工連接；對(duì)方電話發(fā)出鈴聲。4.電話網(wǎng)電路交換在電話網(wǎng)中的三個(gè)過(guò)程：拿起話筒1.電話網(wǎng)建立連接對(duì)話5.電話網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸電話網(wǎng)掛斷6.釋放連接電路交換特點(diǎn)：電路交換是面向連接的服務(wù)；兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個(gè)實(shí)際的物理線路連接；電路交換在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中要經(jīng)過(guò)建立連接、數(shù)據(jù)傳輸與釋放連接的三個(gè)階段；電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)：通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，適用于交互式會(huì)話類(lèi)通信；電路交換方式的缺點(diǎn)：對(duì)突發(fā)性通信不適應(yīng)，系統(tǒng)效率低，系統(tǒng)沒(méi)有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，不能平滑交通量。

電路交換方式示意圖電路交換過(guò)程交換節(jié)點(diǎn)A交換節(jié)點(diǎn)B交換節(jié)點(diǎn)C交換節(jié)點(diǎn)D連接呼叫呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)傳輸交換時(shí)延傳輸時(shí)延傳輸時(shí)延確認(rèn)連接釋放時(shí)間連接---->呼叫---->傳輸---->確認(rèn)-->連接釋放

2.5.2存儲(chǔ)（轉(zhuǎn)發(fā)）交換

存儲(chǔ)交換方式與電路交換方式的主要區(qū)別：發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元（報(bào)文或報(bào)文分組）進(jìn)入通信子網(wǎng)；通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯(cuò)控制、存儲(chǔ)、路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

存儲(chǔ)交換方式分類(lèi)：

存儲(chǔ)交換方式可分為：

報(bào)文（message）

報(bào)文分組（packet）二者區(qū)別：報(bào)文傳輸：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)邏輯單元發(fā)送；報(bào)文分組傳輸：限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度，如果傳輸數(shù)據(jù)超過(guò)規(guī)定的最大長(zhǎng)度，發(fā)送結(jié)點(diǎn)就將它分成多個(gè)報(bào)文分組發(fā)送。報(bào)文交換的基本過(guò)程

交換節(jié)點(diǎn)D交換時(shí)延傳輸時(shí)延時(shí)間報(bào)文報(bào)文報(bào)文交換節(jié)點(diǎn)A交換節(jié)點(diǎn)B交換節(jié)點(diǎn)C確認(rèn)確認(rèn)確認(rèn)報(bào)文和報(bào)文分組結(jié)構(gòu):

由于分組長(zhǎng)度較短，在傳輸出錯(cuò)時(shí)，檢錯(cuò)容易并且重發(fā)花費(fèi)的時(shí)間較少；限定分組最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，有利于提高存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間利用率與傳輸效率；公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。報(bào)文分組報(bào)文報(bào)文號(hào)目的地址源地址校驗(yàn)報(bào)文號(hào)目的地址源地址報(bào)文分組數(shù)據(jù)校驗(yàn)報(bào)文分組號(hào)數(shù)據(jù)報(bào)文交換與分組交換節(jié)點(diǎn)ABCD

A1DCB節(jié)點(diǎn)A

假設(shè)每個(gè)網(wǎng)段的傳輸時(shí)延相同，則當(dāng)分組縮短時(shí)，比原來(lái)縮短幀發(fā)送時(shí)間。注意：短分組雖縮短了傳輸時(shí)間，但增加了節(jié)點(diǎn)處理量。存儲(chǔ)交換方式的優(yōu)點(diǎn)由于通信子網(wǎng)中通信控制處理機(jī)可以存儲(chǔ)分組，多個(gè)分組可以共享通信信道，線路利用率高；通信子網(wǎng)中通信控制處理機(jī)具有路選功能，可以動(dòng)態(tài)選擇報(bào)文分組通過(guò)通信子網(wǎng)的最佳路徑；可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；分組在通過(guò)通信子網(wǎng)中的每個(gè)通信控制處理機(jī)時(shí)，均要進(jìn)行差錯(cuò)檢查與糾錯(cuò)處理，因此可以減少傳輸錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)可靠性；通過(guò)通信控制處理機(jī)可以對(duì)不同通信速率的線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也可以對(duì)不同的數(shù)據(jù)代碼格式進(jìn)行變換。

2.5.3數(shù)據(jù)報(bào)方式

（Datagram）數(shù)據(jù)報(bào)是分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式；在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立“線路連接”；源主機(jī)所發(fā)送的每一個(gè)分組都可以獨(dú)立地選擇一條傳輸路徑；每個(gè)分組在通信子網(wǎng)中可能是通過(guò)不同的傳輸路徑到達(dá)目的主機(jī)。數(shù)據(jù)報(bào)方式的工作原理數(shù)據(jù)報(bào)方式的特點(diǎn)：同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過(guò)通信子網(wǎng)；每個(gè)分組在傳輸過(guò)程中都必須帶有目的地址與源地址；同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象；數(shù)據(jù)報(bào)方式報(bào)文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話式通信。

2.5.4虛電路方式（VirtualCircuit）

（注意與電路交換的區(qū)別）虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式與電路交換方式結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果;數(shù)據(jù)報(bào)方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需要預(yù)先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路;虛電路方式與電路交換方式相同，整個(gè)通信過(guò)程分為以下三個(gè)階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放階段。虛電路方式的特點(diǎn)：在每次分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯連接。這是因?yàn)椴恍枰嬲ソ⒁粭l物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；一次通信的所有分組都通過(guò)這條虛電路順序傳送，因此報(bào)文分組不必帶有分組號(hào)等附加信息。分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象；分組通過(guò)虛電路上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測(cè)，而不需要做路徑選擇；每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以和任何結(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。

1234CircuitSwitchingtCircuitestablishmentDatatransferUserdataCircuitterminationP1P2P3P4P1P2P3P4P3P412341234Virtualcircuit

P2P1P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4DatagramP2P1CircuitestablishmentDatatransferCircuitterminationtDemoofCircuitSwitching&PacketSwitching

ABCD四種交換方式比較電路交換報(bào)文交換數(shù)據(jù)報(bào)交換虛電路交換報(bào)文報(bào)文報(bào)文2.5.5ATM交換方式（應(yīng)用實(shí)例）ATM的基本數(shù)據(jù)傳輸單元是信元；信元長(zhǎng)度固定為53字節(jié)；信元包括5字節(jié)的信元頭與48字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)。物理鏈路、虛通路與虛通道的關(guān)系

物理鏈路（PhysicalLink）虛通路（VP，VirtualPath）虛通道（VC，VirtualChannel）

物理鏈路是連接ATM交換機(jī)一ATM交換機(jī)、ATM交換機(jī)－ATM主機(jī)的物理線路。每條物理鏈路可以包含一條或多條虛通路VP。每條虛通路VP又可以包含一條或多條虛通道VC。有人形象地把它們比喻成：物理鏈路好比是連接兩個(gè)城市之間的高速公路，虛通路好比是高速公路上的兩個(gè)方向的道路，而虛通道好比是每條道路中的一條條的車(chē)道，那么信元就好比是高速公路上行駛的車(chē)輛。

ATM網(wǎng)的虛連接可以分為兩級(jí)：虛通路連接（VPC，VirtualPathConnection）虛通道連接（VCC，VirtualChannelConnection）

虛通路

在虛通路（VP，VirtualPath）一級(jí)，兩個(gè)ATM端用戶間建立的連接被稱(chēng)為虛通路連接，而兩個(gè)ATM設(shè)備間的鏈路被稱(chēng)為虛通路鏈路（VPL，VirtualPathLink），那么，一條虛通路連接是由多段虛通路鏈路組成的。每一段虛通路鏈路VPL都是由虛通路標(biāo)識(shí)符（VPI，VirtualPathIdentifier）標(biāo)識(shí)的。每條物理鏈路中的VPI值是誰(shuí)一的。虛通路可以是永久的，也可以是交換式的。每條虛通路中可以有單向或雙向的數(shù)據(jù)流，ATM支持不對(duì)稱(chēng)的數(shù)據(jù)速率，即允許兩個(gè)方向的數(shù)據(jù)速率可以是不同的。

虛通道在虛通道（VC，VirtualChannel）一級(jí)，兩個(gè)ATM端用戶間建立的連接被稱(chēng)為虛通道連接，而兩個(gè)ATM設(shè)備間的鏈路稱(chēng)為虛通道鏈路（VCL，VirtualChannelLink）。虛通道連接VCC是由多條虛通道鏈路VCL組成的。每一條虛通道鏈路VCL都是用虛通道標(biāo)識(shí)符（VCI，VirtualChannelIdentifier）來(lái)標(biāo)識(shí)的。

ATM應(yīng)用的例子

一位教授與一位學(xué)生通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)授課的過(guò)程。這位教授的工作站裝有ATM接口卡、聲卡、攝像機(jī)，并連接到本地的ATM交換機(jī)，成為一臺(tái)能產(chǎn)生多媒體信息的ATM端主機(jī)。學(xué)生的計(jì)算機(jī)也連接到ATM網(wǎng)中，形成一種基于ATM網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。教學(xué)過(guò)程中，教授與學(xué)生之間要傳送文本、語(yǔ)音、視頻信息。學(xué)生對(duì)文本信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求較低，而對(duì)語(yǔ)音、視頻信息的實(shí)時(shí)性傳輸要求較高。如果語(yǔ)音與視頻信息不能同時(shí)傳送時(shí)，教授講課過(guò)程中語(yǔ)音和視頻將不諧調(diào)，這將會(huì)嚴(yán)重影響教學(xué)效果。同時(shí)，文本、語(yǔ)音與視頻信息的信息量相差很大，而人們對(duì)語(yǔ)音與視頻信息傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性要求也不一樣。支持遠(yuǎn)程教學(xué)的ＡＴＭ網(wǎng)

上圖在虛通路號(hào)VPI＝l的虛通路上定義:

虛通道1（VCI＝l）用于傳送文本信息虛通道2（VCI＝2）用于傳送語(yǔ)音信息虛通道3（VCI＝3）用于傳送視頻信息

通過(guò)虛通道VCI＝1傳輸?shù)奈谋緮?shù)據(jù)的信元頭將帶有VPI＝1／VCI＝1的虛連接標(biāo)識(shí)；通過(guò)虛通道VCI=2傳輸?shù)恼Z(yǔ)音數(shù)據(jù)的信元頭將帶有VPI＝1/VCI＝2的虛連接標(biāo)識(shí)：通過(guò)虛通道VCI=3傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)的信元頭將帶有VPI＝1／VCI＝3的虛連接標(biāo)識(shí)。ATM交換機(jī)將根據(jù)VPI/VCI虛連接標(biāo)識(shí)和路由表來(lái)分別完成三路數(shù)據(jù)的傳輸。

為不同的虛通道VC分配不同的傳輸速率例如，視頻數(shù)據(jù)的傳輸需要最高的傳輸速率，那么我們可以按照它的要求，分配虛通道3（VCI＝3）的傳輸速率為24Mb/s，而分配給用于語(yǔ)音傳輸?shù)奶撏ǖ?（VCI＝2）的傳輸速率可以為4Mb／s，分配給用于義本數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶撏ǖ?（VCI＝1）的傳輸速率可以為9Mb／s。這樣，通過(guò)為不周的應(yīng)用分配不同帶寬的方法，可以滿足多媒體信息傳輸?shù)男枨?。同時(shí)，ATM網(wǎng)允許一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的連接。在網(wǎng)上教學(xué)、網(wǎng)絡(luò)會(huì)議等應(yīng)用中，可以通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)，在不同的用戶之間建立多條虛連接。

用于多媒體傳輸?shù)奶撏ǖ?.6差錯(cuò)控制

差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)類(lèi)型傳輸差錯(cuò)是通過(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；差錯(cuò)控制是檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)；通信信道的噪聲分為兩類(lèi)：熱噪聲和沖擊噪聲；熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)，或隨機(jī)錯(cuò)；沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)，或突發(fā)錯(cuò)；在通信過(guò)程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的。

信道差錯(cuò)產(chǎn)生示意圖誤碼率的定義

誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，它在數(shù)值上近似等于：Pe=Ne/N，其中N為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)，Ne為被傳錯(cuò)的碼元數(shù)；誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)之一。注意：對(duì)于一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說(shuō)誤碼率越低越好，要根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求；對(duì)于實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M(jìn)制比特，要折合成二進(jìn)制比特來(lái)計(jì)算；差錯(cuò)的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，在實(shí)際測(cè)量一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時(shí)，只有被測(cè)量的傳輸二進(jìn)制比特?cái)?shù)越大，才會(huì)越接近于真正的誤碼率值。2.6.1差錯(cuò)控制方法在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，差錯(cuò)控制包括差錯(cuò)檢測(cè)和差錯(cuò)糾正兩部分，具體實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制的方法主要有以下3種：1．反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法2．前向糾錯(cuò)方法3．混合糾錯(cuò)方法

1．反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法（AutomaticRepeatreQuest)它是由發(fā)送端發(fā)出能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的編碼，接收端依據(jù)檢錯(cuò)碼的編碼規(guī)則來(lái)判斷接收到的編碼中有無(wú)差錯(cuò)產(chǎn)生，并通過(guò)反饋信道把判斷的結(jié)果用規(guī)定的信號(hào)告知發(fā)送端，發(fā)送端根據(jù)反饋信息，把接收端認(rèn)為有差錯(cuò)的信息重發(fā)，直至接收端正確接收為止。

2．前向糾錯(cuò)方法前向糾錯(cuò)方法(ForwardErrorCorrecting，F(xiàn)EC)是由發(fā)送端發(fā)出能糾錯(cuò)的碼，接收端收到這些碼后，通過(guò)糾錯(cuò)譯碼器不僅能自動(dòng)地發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，而且能自動(dòng)地糾正傳輸中的錯(cuò)誤，然后把糾錯(cuò)后的數(shù)據(jù)送到接收端。FEC方式的優(yōu)點(diǎn)是發(fā)送時(shí)不需要存儲(chǔ)，不需要反饋信道，適用于單向?qū)崟r(shí)通信系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是譯碼設(shè)備復(fù)雜，所選糾錯(cuò)碼必須與信道干擾情況緊密對(duì)應(yīng)。

3．混合糾錯(cuò)方法混合糾錯(cuò)方法是反饋重發(fā)檢錯(cuò)和前向糾錯(cuò)兩種方法的結(jié)合?；旌霞m錯(cuò)方法是由發(fā)送端發(fā)出、同時(shí)具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)能力的編碼，接收端收到編碼后檢查差錯(cuò)情況，如差錯(cuò)在可糾正范圍內(nèi)，則自動(dòng)糾正之；如差錯(cuò)很多且超出了糾錯(cuò)能力，則經(jīng)反饋信道送回發(fā)送端，要求重發(fā)。前向糾錯(cuò)和混合糾錯(cuò)方法具有理論上的優(yōu)越性，但由于對(duì)應(yīng)的編碼/譯碼過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，且編碼的效率很低，因而很少被采用。目前絕大多數(shù)通信系統(tǒng)所采用的差錯(cuò)控制方式都是反饋重發(fā)檢錯(cuò)(ARQ)方式。2.6.2差錯(cuò)控制編碼

糾錯(cuò)碼：每個(gè)傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息；

接收端能發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。檢錯(cuò)碼:

分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息；接收端能夠發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，但不能確定哪位是錯(cuò)的，并且自己不能糾正傳輸差錯(cuò)。

奇偶校驗(yàn)（ParityCheck）:設(shè)：原數(shù)據(jù)為１０１１００１則：

Oddparity:Evenparity:

ParitybitParitybitParityCheck:設(shè)：原始數(shù)據(jù)為１０１１００１:

一位或奇數(shù)位出錯(cuò)

Oddparity:Paritybit0接收方可檢測(cè)出差錯(cuò)！011或：ParitybitParityCheck:Paritybit00設(shè)：原始數(shù)據(jù)為１０１１００１:

兩位或偶數(shù)位出錯(cuò)

Oddparity:接收方檢測(cè)不出差錯(cuò)！01或：Paritybit水平垂直奇偶校驗(yàn)：I11I12……I1qR1,q+1I21I22……I2qR2,q+1┋

┋

┋

┋

Ip,1Ip,2……Ip,qRp,q+1Rp+1,1Rp+1,2……Rp+1,qRp+1,q+1循環(huán)冗余校驗(yàn)

（CyclicRedundancyCheck）循環(huán)冗余校驗(yàn)：是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中最常用的一種差錯(cuò)校驗(yàn)碼，其特征是信息字段和校驗(yàn)字段的長(zhǎng)度可以任意選定。模2除算法:

模2除做法與算術(shù)除法類(lèi)似，但每一位除（減）的結(jié)果不影響其它位，即不向上一位借位。所以實(shí)際上就是異或。然后再移位移位做下一位的模2減。步驟如下：

用除數(shù)對(duì)被除數(shù)最高幾位做模2減，沒(méi)有借位。除數(shù)右移一位，若余數(shù)最高位為1，商為1，并對(duì)余數(shù)做模2減。若余數(shù)最高位為0，商為0，除數(shù)繼續(xù)右移一位。一直做到余數(shù)的位數(shù)小于除數(shù)時(shí)，該余數(shù)就是最終余數(shù)。CRC檢錯(cuò)算法：

∴接收方檢驗(yàn)正確！被發(fā)送的數(shù)據(jù)CRC模2算法:發(fā)送方

例2：f(x)=1010001101（即f(x)=

x9+x7+x3+x2+1）

G(x)=110101(即G(x)=x5+x4+x2+1k=5)

R=?

1101010110

QG(x)110101

101000110100000

xk·f(x)

110101 111011

110101

111010

110101

111110

110101

101100

110101

110010

110101

01110R被發(fā)送數(shù)據(jù)!0余數(shù)不足K位則：高位補(bǔ)0CRC模2算法:接收方

f’(x)=101000110101110 G(x)=110101 (k=5bits)

R’=?

1101010110

Q(x)G(x)110101

101000110101110

實(shí)際收到的數(shù)據(jù)

110101 111011

110101

111010

110101

111110

110101

101111

110101

110101

110101

0

R’

∴接收正確！CRC校驗(yàn)過(guò)程演示:標(biāo)準(zhǔn)CRC生成多項(xiàng)式G（x）CRC-12G（x）=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G（x）=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG（x）=x16+x12+x5+1CRC-32G（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+

x2+x+1CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部單個(gè)錯(cuò)；CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部離散的二位錯(cuò)；CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；CRC校驗(yàn)碼能檢查出全部長(zhǎng)度小于等于K位的突發(fā)錯(cuò)；CRC校驗(yàn)碼能以[1-（1/2）K-1]的概率檢查出長(zhǎng)度為（K+1）位的突發(fā)錯(cuò)；如果K=16，則該CRC校驗(yàn)碼能全部檢查出小于或等于16位的所有的突發(fā)差錯(cuò)，并能以

1-（1/2）16-1=99.997％的概率檢查出長(zhǎng)度為17位的突發(fā)錯(cuò)，漏檢概率為0.003%。2.7通信介質(zhì)通信介質(zhì)的兩大類(lèi)型有線傳輸介質(zhì)無(wú)線傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)的特性：物理特性：傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述；傳輸特性：傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號(hào)，以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍；地理范圍：傳輸介質(zhì)最大傳輸距離；抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力；相對(duì)價(jià)格：器件、安裝與維護(hù)費(fèi)用。雙絞線同軸電纜光纖2.7.1有線通信介質(zhì)

屏蔽雙絞線

STP:

ShieldedTwistedPair

非屏蔽雙絞線UTP:

UnshieldedTwistedPair1、雙絞線TP

(TwistedPair)

結(jié)構(gòu)圖STP與UTP實(shí)物圖

屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)UTP:(主要參數(shù)）粗細(xì)約1mm(AWG24)傳輸距離一般為100m既可傳輸模擬信號(hào)，也可傳輸數(shù)字信號(hào)。類(lèi)別：Category1－Category7CategoriesofUnshieldedTwistedPair:

Type

Use

Category1 VoiceOnly(TelephoneWire)Category2 Datato4Mbps(LocalTalk) Category3 Datato10Mbps(Ethernet) Category4 Datato20Mbps(16MbpsTokenRing)Category5 Datato100Mbps(FastEthernet)Category5e Datato1000Mbps(GigabitEthernet)Category6 Datato1000Mbps(GigabitEthernet)TheEIA/TIA(ElectronicIndustryAssociation/TelecommunicationIndustryAssociation)hasestablishedstandardsofUTP.RequiredCableGradeFrequency(MHz)

DataRate(Mbps)Cat31610Cat42020Cat5100100Cat5E1001000Cat62501000ParametersassociatedtoeachUTPcategory

UTP連接器外部線路連接器墻內(nèi)連接器信息模塊色標(biāo)打線鉗:RJ-45連接器結(jié)構(gòu)

:RJ-45JackRJ-45PlugReleaseLeverRXTXPWRLNK網(wǎng)卡上RJ-45接口單RJ-45接口網(wǎng)卡接口面板圖右圖為常見(jiàn)的RJ-45接口以太網(wǎng)卡接口面板,面板上通常有幾個(gè)指示燈，含義如下：PWR:電源接通指示LNK:網(wǎng)絡(luò)連通指示RX:接收狀態(tài)指示TX:發(fā)送狀態(tài)指示無(wú)屏蔽雙絞線(UTP)無(wú)屏蔽雙絞線連接解剖圖（TIA/EIA568A)雙絞線制作過(guò)程(TIA/EIA568A)把線剪平剝?nèi)ネ馄兙€撥線（調(diào)整線序）壓入RJ-45頭目測(cè)雙絞線是否被金屬片壓牢用測(cè)線工具檢測(cè)（全部綠色通過(guò)）棕白棕白蘭白橙白綠綠蘭橙8765432187654321BrownWhite/BrownGreenWhite/BlueBl