計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)第二章

第二章熬踞通信基砒

2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

2?2數(shù)據(jù)傳輸方式

2.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

2?4多路復(fù)用技術(shù)j

2.5一交換方式'

2.6差錯(cuò)控制技產(chǎn)、：

小結(jié).

習(xí)題

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2「數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展與計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展密

切相關(guān)、互相影響。

數(shù)據(jù)通信就是以信息處理技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)

為基礎(chǔ)的通信方式，具體地說(shuō)，它主要研究的是

對(duì)計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸、交換和處理

的理論、方法以及實(shí)現(xiàn)技術(shù)。數(shù)據(jù)通信技術(shù)為計(jì)

算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和發(fā)展提供了技術(shù)支持和可靠的

通信環(huán)境。i

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2N信,羨t數(shù)據(jù)和信號(hào)

?:?通信的目的是交換信息。

?:?信息是人腦對(duì)客觀物質(zhì)的反映，既可以是對(duì)物質(zhì)

的形態(tài)、大小、結(jié)構(gòu)、性能等特性的描述，也可

以是物質(zhì)與外部的聯(lián)系。

。信息的載體可以是數(shù)字、文字、語(yǔ)音、圖形和圖

像等。

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2M信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)

?:?數(shù)據(jù)是把事件的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式，

它能夠被識(shí)別，也可以被描述。

?:?數(shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)之分。

?:?模擬數(shù)據(jù)是指在某個(gè)區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值。例如,

聲音和視頻是幅度連續(xù)變化的波形，溫度和壓力

（傳感器收集的數(shù)據(jù)）也是連續(xù)變化的值。

。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在某個(gè)區(qū)間內(nèi)是離散的值。例如，文本

信息和整數(shù)等。e/k—

中“,

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2M信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)

?:?數(shù)據(jù)和信息是兩個(gè)不同的概念。數(shù)據(jù)是獨(dú)立的，

是尚未組織起來(lái)的事實(shí)的集合，信息則是經(jīng)過(guò)加

工處理后的數(shù)據(jù)。

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2N信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)

?:?信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體的物理表現(xiàn)，具有確定的物理

描述，如電壓、磁場(chǎng)強(qiáng)度等。

?:?在計(jì)算機(jī)中，信息是用數(shù)據(jù)表示的并轉(zhuǎn)換成信號(hào)

進(jìn)行傳送。

?:?信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種形式。

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2N信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)

模擬信號(hào)是指時(shí)間上和空間上連續(xù)變化的信

號(hào)；數(shù)字信號(hào)是指一系列在時(shí)間上離散的信號(hào)。

圖2.T給出了模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的表現(xiàn)形式。

幅度

Ib

101101

I~I

■「

數(shù)字/號(hào)

圖2.1模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

G1算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

2.1.2信道及信道類型

?:?信道是傳輸信號(hào)的通路，由傳輸線路及相應(yīng)的附

屬設(shè)備組成。同一條傳輸線路上可以有多個(gè)信道。

例如，一條光纜可以同時(shí)供幾千人通話，有幾千

條電話信道。

?:?信道可以有以下幾種分類方式。

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2工^信道及信道類型

1.物理信道和邏輯信道

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(lái)傳送信號(hào)或數(shù)據(jù)的實(shí)際物理通路，它由

傳輸介質(zhì)及有關(guān)通信設(shè)備組成。邏輯信道也是網(wǎng)絡(luò)上的一

種通路，當(dāng)信號(hào)的接收者和發(fā)送者之間不僅存在一條物理

工道，而且在此物理信道的塞礎(chǔ)上，還實(shí)現(xiàn)了其他多路連

時(shí)，就把這些連接稱為邏蠡信道。

?邏輯信道在物理信道的基礎(chǔ)上，根據(jù)需要增加一些必要

的控制規(guī)程來(lái)控制數(shù)據(jù)的傳輸，即邏輯信道在物理信道上

增加軟件或硬件規(guī)程，用以受現(xiàn)物理信道的可靠數(shù)據(jù)傳輸。

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2工Z信道及信道類型

2.有線信道和無(wú)線信道

?:?根據(jù)傳輸介質(zhì)是否有形，物理信道可以分為有線

信道和無(wú)線信道。

?:?有線信道由雙絞線、同軸電纜、光纜等有形傳輸

介質(zhì)及設(shè)備組成。厚

?:?而無(wú)線信道由無(wú)線電、微波和紅外線等無(wú)形傳輸

介質(zhì)及相關(guān)設(shè)備組成，無(wú)線信號(hào)以電磁波的形式

在空間傳播。4.f

■

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2總2信道及信道類型

3,模擬信道和數(shù)字信道

中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)。當(dāng)在模擬信道上傳輸計(jì)算

機(jī)直接輸出的二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號(hào)時(shí)，賦需要在信道兩邊

分別安潴調(diào)制解調(diào)器，以完成模擬與數(shù)爭(zhēng)信號(hào)（A/D）之

間的變換。

數(shù)字信道中傳輸?shù)氖请x散方式的二進(jìn)制數(shù)字脈沖信號(hào)。計(jì)

算機(jī)中產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)是由“0”和“1”的二進(jìn)制代碼

組成的離散方式的信號(hào)序列。利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號(hào)

時(shí)，不需要進(jìn)行變換。但是，在信道的兩邊通常需要安裝

用于數(shù)字編碼的編碼器和用于解碼的解碼器，即調(diào)制解調(diào)

器。關(guān)于數(shù)據(jù)編碼的內(nèi)容將在2,3節(jié)討論。

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2^13信道及信道類型

4.專用信道和公用信道

?:?專用信道又稱專線，這是一種連接用戶之間設(shè)備

的專有固定線路，它可以是自行架設(shè)的專門線路,

也可以是向電信部門租用的專線。

?:?公用信道是一種公共交換信道，它是一種通過(guò)交

換機(jī)轉(zhuǎn)接、為大量用戶提供服務(wù)的共用信道，因

此又被稱為公共交換信道。公共電話交換網(wǎng)就屬

于公共交換信道。/

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2.13通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

?：?在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，為了描述數(shù)據(jù)傳輸速率的大

小和傳輸質(zhì)量的好壞，需要運(yùn)用下列技術(shù)指標(biāo)。

?:?工■數(shù)據(jù)傳輸速率（S）

?:*2.調(diào)制速率（B）

?:*3.出錯(cuò)率

?:*4.帶寬

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233通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

1.數(shù)據(jù)傳輸速率（s）

。數(shù)據(jù)傳輸速率就是指數(shù)據(jù)在信道中傳輸?shù)乃俣?。它是指?/p>

有效帶寬上，單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制代碼的有效位數(shù)。

?S用bit/s（比特每秒，也即bps）、Kbit/s（千比特

每秒，1024bit/s?103bit/s）、Mbit/s（》匕比特

每秒，1024X1024?106bit/s）、Gbit/s（吉比

特每秒，（1024）3bit/s?109bit/s）或Tbit/s

（太比特每秒，（1024）4bit/s?1012bit/s）等單

位來(lái)表示。i

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23^通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

2.調(diào)制速率（B）

?:?調(diào)制速率即波特率，也稱為波形速率或碼元速率。

一個(gè)碼元就是一個(gè)數(shù)字脈沖。是指經(jīng)過(guò)調(diào)制后的

信號(hào)。所以調(diào)制速度特指在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信過(guò)

程中，從調(diào)制解調(diào)器輸出的調(diào)制信號(hào)，每秒鐘載

波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)。

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2昌3通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

2.調(diào)制速率（B）

?：?B用波特（Baud）為單位。1波特就表示每秒鐘傳送一個(gè)碼元或一個(gè)

波形。波特率是脈沖數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的傳輸速率。若以T（s）來(lái)

表示每個(gè)波形的持續(xù)時(shí)間，則調(diào)制速率可以表示為B=1/T（波特）

比特率和波特率之間有下列關(guān)系：

公式S=Blog2N

其中，N為一個(gè)脈沖信號(hào)所表示的有效狀態(tài)數(shù)。在二進(jìn)制中，一個(gè)脈

沖的有和無(wú)用“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)表示。對(duì)于多相調(diào)制來(lái)說(shuō)，n

表示相的數(shù)目。在二相調(diào)制中，n=2,故5=3,即比特率與波特

率相等。但在更高相數(shù)的多相調(diào)制時(shí)，S與B就不同了，參見表2?1

所示。

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2.4三通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

表2.1比特率和波特率的關(guān)系

波特率B1200120012001200

多相調(diào)制相數(shù)二相調(diào)制(n四相調(diào)制(n八相調(diào)制(n卜六相調(diào)制(n

=2)=4)=8)=16)

比特率S(bit-s-01200240036004800

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通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

?：?波特率（調(diào)制速率）和比特速率（數(shù)據(jù)傳輸速率）是兩個(gè)最容易混淆

的概念，但它們?cè)跀?shù)據(jù)通信中確實(shí)很重要。兩者的區(qū)別與聯(lián)系如圖

2.2所示。

共用電話網(wǎng)

（模擬信道）

計(jì)算機(jī)ModemModem計(jì)算機(jī)

波特率

(Baud)

比特率

(bit/s)

圖2.2比特率和波特率的區(qū)別

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2^^通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

3,出錯(cuò)率

?：?出錯(cuò)率是指數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下信息傳輸?shù)腻e(cuò)

誤率，也稱誤碼率。傳輸可靠性指標(biāo)由于傳輸中信息的曩

小單位不同而不同。信息的單位可以是比林、碼元、碼字,

因此，出錯(cuò)率有以下幾種表示方法：

?誤比特率Pb：接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)占傳輸總比特?cái)?shù)的比例。

誤碼率Pe：接收的錯(cuò)誤碼元數(shù)占傳輸總碼元數(shù)的比例。

。一般在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，出錯(cuò)率應(yīng)該低于ICT，

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通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

4,帶寬

?:?帶寬就是指通信信道的寬度，代表信道傳輸信息的能力。

?:?在模擬信道中，即傳輸信道的最高頻率與最低頻率的差，

其單位為Hz。信道帶寬是由信道的物理特性來(lái)決定的，

如電話線路的帶寬范圍在300?3400HN之間。而在數(shù)

字信道中，人們常用數(shù)據(jù)傳輸速率（比特率）表示信道的

傳輸能力（帶寬），即每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)，單位為bit例

如，雙絞線以太網(wǎng)的傳輸速率為10Mbit/s或

100Mbit/s^o

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2■士M通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)

4.帶寬

通常情況下，信道帶寬和信道容量具有正比關(guān)系，

帶寬越寬，容量就越大。但在實(shí)際情況下，由于

信道中存在噪聲或干擾現(xiàn)象，因此，信道帶寬的

無(wú)限增加并不能使信道容量無(wú)限增加。

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2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中需要解決的問題有：

?：?數(shù)據(jù)通信采用串行傳輸還是并行傳輸?

是單向傳輸還是雙向傳輸？

如何實(shí)現(xiàn)接收方與發(fā)送方的同步？

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2并行通信和串行通信

1.并行通信

?：?并行數(shù)據(jù)傳輸是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)

并行信道上同時(shí)進(jìn)行傳輸，如圖2.3所示是以并

行傳輸?shù)姆绞綄?個(gè)字符代碼的幾位二進(jìn)制比特

分別通過(guò)幾個(gè)并行的信道同時(shí)傳輸，一次傳送8

個(gè)比特。

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2.21并行通信和串行通信

——信道8—?

——信道7-?

----信道6----?

|——信道5~~?

端----信道4一?

——信道3―?

----信道2-----?

——信道1-?

圖2.3并行數(shù)據(jù)傳輸

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2.21.并行通信和串行通信

并行數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是速度快，但發(fā)送端

和接收端之間需要有若干條線路，費(fèi)用高，因

此較適合于近距離和高速率的通信。通常計(jì)算

機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與各種外部設(shè)備之間的通

信方式可以選擇并行傳輸，計(jì)算機(jī)內(nèi)部的通信

通常都是并行傳輸。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

221并行通信和串行通信

2.串行通信

?串行數(shù)據(jù)傳輸是指以串行方式在一條信道上傳

輸數(shù)據(jù)。對(duì)于一個(gè)由若干位二進(jìn)制數(shù)表示的字

符，串行傳輸都是用一個(gè)傳輸信道，按位有序

地對(duì)字符進(jìn)行傳輸。由于計(jì)算機(jī)內(nèi)部都是采用

并行數(shù)據(jù)傳輸，因此數(shù)據(jù)在發(fā)送前，必須要進(jìn)

行并/串轉(zhuǎn)換，在接收端再進(jìn)行相反的變換，由

此來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信，如圖2.4所示。

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2■去1并行通信和串行通信

8?

7

并

并

串

串87654321-5-?接

轉(zhuǎn)

轉(zhuǎn)

換

換4-?端

2-?

圖2.4串行數(shù)據(jù)傳輸

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2.2」并行通信和串行通信

串行數(shù)據(jù)傳輸只需要一條傳輸信道，成本

低，但其速度也低，串行數(shù)據(jù)傳輸常用于計(jì)算

機(jī)的串口上，在遠(yuǎn)程通信中通常也采用串行數(shù)

據(jù)傳輸方式。

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2.2.2同步傳輸和異步傳輸

數(shù)字通信中必須解決的一個(gè)重要問題就是

數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方如何在時(shí)間基準(zhǔn)上保持

步調(diào)一致。其方法一般有兩種，即同步傳輸和

異步傳輸。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.2.2同步傳輸和異步傳輸

工■同步傳輸

?:?同步傳輸采用的是按位傳輸?shù)耐郊夹g(shù)，即當(dāng)數(shù)

據(jù)在進(jìn)行同步傳輸時(shí)，字符間會(huì)有一個(gè)固定的時(shí)

間間隔，這個(gè)時(shí)間間隔由數(shù)字時(shí)鐘來(lái)確定。發(fā)送

方在發(fā)送數(shù)據(jù)前，首先向接收方發(fā)送一串同步的

時(shí)鐘脈沖，接收方按照時(shí)鐘脈沖信號(hào)進(jìn)行頻率鎖

定，然后接收數(shù)據(jù)信息，如圖2.5所示。

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2.2.2同步傳輸和異步傳輸

同步字節(jié)數(shù)據(jù)幀同步字節(jié)

011111101000010101..100101010101011110

計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)

圖2.5同步傳輸

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2.2.2同步傳輸和異步傳輸

例如，在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前，先發(fā)

送一個(gè)同步字符SYN(01111110),用于接

收方進(jìn)行同步的檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方都進(jìn)入同

步狀態(tài)。在同步字符或字節(jié)之后，可以連續(xù)發(fā)送

任意多個(gè)字符或數(shù)據(jù)塊，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢后，發(fā)送

方再使用同步字符或字節(jié)來(lái)標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過(guò)程的

結(jié)束。1

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2.2.2同步傳輸和異步傳輸

2.異步傳輸

?:?異步傳輸采用的是群同步技術(shù)，傳輸?shù)男畔⒖梢员环殖扇?/p>

干個(gè)“群”，群中的比特?cái)?shù)不是固定的，在發(fā)送端和接收

端之間只需要保持一個(gè)“群”內(nèi)的同步。具體來(lái)說(shuō)，異步

傳輸方式傳輸一個(gè)字符時(shí)，每個(gè)字符前面有一個(gè)起始位，

后面有一個(gè)停止位，當(dāng)沒有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，發(fā)送器就發(fā)出

連續(xù)的停止位，這樣，接收器就可以根據(jù)從1到0的跳變

來(lái)識(shí)別一個(gè)新字符的開始。此外，異步傳輸要求每個(gè)字符

增加2?3位校驗(yàn)碼，如圖2,6所示。i

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.2.2同步傳輸和異步傳輸

?:?異步傳輸?shù)闹饕攸c(diǎn)是可以以不同速率發(fā)送，且實(shí)

現(xiàn)比較容易，比較適合于低速通信。

停止位起始位

數(shù)據(jù)傳輸方向

tt同步字節(jié)

101111110010101011001010111100

計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)

圖2.6異步傳輸

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二童

?:?按照數(shù)據(jù)在通信線路上傳輸?shù)姆较?，可以將?shù)據(jù)

的傳輸方式分為單工通信、半雙工通信和全雙工

通信3種。

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2.2.3單工不半雙工和全雙3

1?單工通信

?:?單工通信中的數(shù)據(jù)傳輸只能沿一個(gè)方向進(jìn)行。任

何時(shí)候都不能改變信號(hào)的傳送方向，如無(wú)線電廣

播和電視都屬于單工通信。為了保證傳送信息的

正確性，在單工通信中需要進(jìn)行差錯(cuò)控制。

。單工通信的線路一般都是二線制，存在兩個(gè)信道,

分別為用來(lái)傳輸信息的主信道和監(jiān)測(cè)信息的監(jiān)測(cè)

德道。

咄*，，，，“

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二阜

雙騫租全碉

2.半雙工通信

?:?半雙工通信中的數(shù)據(jù)傳輸可以兩個(gè)方向進(jìn)行，但

同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送。信息流輪

流地使用發(fā)送和接收裝置，傳輸監(jiān)測(cè)信號(hào)通過(guò)兩

種方式進(jìn)行。

?:?一種是在應(yīng)答時(shí)轉(zhuǎn)換傳輸信道；

。另一種是把主信道和監(jiān)測(cè)信道分開設(shè)立，供監(jiān)測(cè)

信號(hào)使用。

《廿算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

2.2.3單匚T雙工和全雙王

3.全雙工通信

?:?全雙工通信中的數(shù)據(jù)傳輸可以同時(shí)沿相反的兩個(gè)

方向進(jìn)行。

?:?線路結(jié)構(gòu)包括兩個(gè)進(jìn)行信息傳輸?shù)男诺篮蛢蓚€(gè)進(jìn)

行監(jiān)測(cè)的信道，這就保證了通信信道兩端的發(fā)送、

接收裝置可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。

GI算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2^3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成與類型

?一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由三大部分組成，即信源系

統(tǒng)（發(fā)送端）、傳輸系統(tǒng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）和目的系

統(tǒng)（接收端）。

。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端叫信

源，接收信息的一端叫信宿。

?:?信源與信宿之間通過(guò)通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)進(jìn)行通

《廿算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二量

2.3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成與類型

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

敏宇出衿源模擬信號(hào).叔柢信號(hào)數(shù)宇出杓派

?泮正文

正文JTTLTL

------1公用電話網(wǎng)

PC機(jī)調(diào)制解調(diào)希調(diào)制假調(diào)卷

源系統(tǒng)任籍系或目的系茨

。極場(chǎng)系統(tǒng)

發(fā)

樓

送

松

的

的

信

悟

號(hào)

號(hào)

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

2WL數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成與類型

信源發(fā)出的可以是模擬數(shù)據(jù)，也可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)；傳輸系統(tǒng)中有的信道

為模擬信道，只能傳輸模擬信號(hào)，而有的為數(shù)字信道，只能傳輸數(shù)字信

號(hào)。因此有必要將信源傳出的數(shù)據(jù)按照所要經(jīng)過(guò)的信道類型進(jìn)行相應(yīng)的

編碼變換。在信源數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)樾盘?hào)傳輸時(shí)，有以下4種可能的關(guān)系，如

圖2?7所示。.

①數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)傳輸。例如，10Base-T以太網(wǎng)。

?②數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)傳輸。例如，使用調(diào)制解調(diào)器上網(wǎng)。

③模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)傳輸。例如，數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)。

④模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)傳輸。例如，早期的電話傳輸系統(tǒng)。

4

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

2.3.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成與類型

（1）（2）

數(shù)字編碼

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)遍制模擬信號(hào)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)一NRZ、曼徹斯數(shù)字信號(hào)

?ASK、AFK、-----------?

特、差分信徹

（數(shù)字信道）PSK等（模擬信道）

斯特等

(3)

模擬數(shù)據(jù)肱沖編碼調(diào)制數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)調(diào)制模擬信號(hào)

---------?-----------?-----------A-----------?

PCM（數(shù)字信道）AM、FM、PM（模擬信道）

圖2.7信源數(shù)據(jù)與傳輸信號(hào)的關(guān)系類型

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)

?:?數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以用高低電平的矩形脈沖來(lái)編碼，常

用的編碼方式有不歸零編碼、曼徹斯特編碼和差

分曼徹斯特編碼。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)

工?不歸零編碼NRZ(NonReturntoZero)

。不歸零細(xì)碼可以用負(fù)電壓代表邏輯1,用正電壓代表邏輯

0o當(dāng)影也可以有其他的表示方法。

。不歸零編碼的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、容易實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn)是接收方和發(fā)

送方無(wú)法保持司步。為了保證收、發(fā)雙方同步，必須在發(fā)

送NRZ碼的同時(shí)，用另一個(gè)信道同時(shí)發(fā)送同步時(shí)鐘信量,

見圖2.8a。此外，如果信號(hào)中1和0的個(gè)數(shù)不等時(shí)，#

在著數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不希望的直流分量。

。計(jì)算機(jī)串口與調(diào)制解調(diào)器之間使用的就是基帶傳輸中的不

歸零編碼技術(shù)。iV

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

22數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)

2.曼徹斯特編碼(Manchester)

?:?曼徹斯特編碼是目前廣泛使用的編碼方法之一，其編碼規(guī)

則如下。

?(1)每比特的周期T分為前后兩個(gè)相等的部分。

?(2)每一位二進(jìn)制的中間都有跳變，其中間的這個(gè)電平跳

變就作為雙方的同步信號(hào)。便

?(3)當(dāng)每位由低電平跳變到高電平時(shí)，就表示數(shù)字信號(hào)1；

每位由高電平跳變到低電平時(shí)，就表示數(shù)字信號(hào)0。

?:?典型的曼徹斯特編碼波形如圖2.8b所示。

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3,差分曼徹斯特編碼(DifferenceManchester)

?:?差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)，它的編碼規(guī)

則如下：

?：?(1)每個(gè)比特值無(wú)論是1還是0,中間都有一次電平跳變,

這不跳變做同步之用。

?(2)若比特值為0,則前半個(gè)比特的電平與上一個(gè)比特的

后聿個(gè)比特的電平相反；若比特值為1,則前半個(gè)比特的

電平與上一個(gè)比特的后半個(gè)比特的電平相同。其典型波形

如圖2.8c所示。由圖可見，若本位的比特值為0,則開

始處出現(xiàn)電平跳變；反之，當(dāng)本位的比特值為1時(shí)，開始

處不發(fā)生電平跳變。SJ版球二

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2.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)

(a)NRZ編碼

NRZ編碼的一

同步時(shí)鐘

(b)曼徹斯特

編碼

(C)差分曼徹

斯特編碼

圖2.8數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)編碼波形

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.3.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

。電話通信信道是典型的模擬通信信道，它是目前世界上覆

蓋面最廣、應(yīng)用最普遍的一種通信信道。無(wú)論網(wǎng)絡(luò)與通信

技術(shù)如何發(fā)展，電話仍然是一種基本的通信手段。傳統(tǒng)的

電話通信信道是為傳輸模擬語(yǔ)音信號(hào)設(shè)計(jì)的，只適用于傳

輸音頻范圍(300Hz?3400Hz)的模擬信號(hào)，無(wú)法直

接傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)。

為了利用電話交換網(wǎng)的模擬語(yǔ)音信道實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)信號(hào)

的傳輸，必須將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化為模擬信號(hào)。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2■室3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

。在調(diào)制過(guò)程中，所選用的載波信號(hào)可以表示為正弦波形式:

u(t)=A(t)sin(cot+ip)

其中，幅度A、頻率3和相位甲的變化均影響信號(hào)波形。

它們是正弦波的控制參數(shù)，也稱為調(diào)制參數(shù)?？梢酝ㄟ^(guò)改

變這3個(gè)參量實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼。相應(yīng)的調(diào)制方

式分別稱為幅度調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制，下面將分別

介紹這幾種調(diào)制技術(shù)。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.&3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

工?幅度調(diào)制

?:?幅度調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)幅，也稱為幅移鍵控，它的調(diào)制

原理是用兩個(gè)不同振幅的載波分別表示0和工。例

如，可以用幅度為A=1的載波信號(hào)表示數(shù)字1,

用幅度A=0的載波信號(hào)表示數(shù)字0，波形圖如

圖2?9所示。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.3.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

基帶信號(hào)

調(diào)幅

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.3.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

2.頻率調(diào)制

?：?頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)頻，也稱為頻移鍵控，它的調(diào)制

原理是用兩個(gè)不同頻率3的載波分別表示二進(jìn)制

值0和1。例如圖2?10所示。

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2.3.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

基帶信號(hào)

調(diào)頻

圖2.10頻率調(diào)制

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.3.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

3.相位調(diào)制

?:?相位調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)相，也稱為相移鍵控，它的調(diào)制

原理是用兩個(gè)不同相位甲的載波分別表示二進(jìn)制

值。和工。相移鍵控按相位的變化情況分為絕對(duì)相

移鍵控和相對(duì)相移鍵控兩種形式。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二阜

2.3.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

。絕對(duì)相移鍵控用兩個(gè)固定的不同相位表示數(shù)字。和

1,例如：相位偏移工800如表示0用相位00表示

1,如圖2?工工所示。

基帶信號(hào)01001|1|100

IIII

-疝血血iA伽

圖2.11絕對(duì)相移鍵控

MI算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、》第二章

2.3?3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

?：?相對(duì)相移鍵控用載波在兩位數(shù)字信號(hào)的交接處產(chǎn)生的相位偏移來(lái)表示

載波所表示的數(shù)字信號(hào)。最簡(jiǎn)單的相對(duì)調(diào)相方法是：與前一個(gè)信號(hào)同

相表示數(shù)字0,相位偏移1800表示數(shù)字，如圖2.12所示。這種方

法具有較好的抗干擾性。

基帶信號(hào)

調(diào)相

（相對(duì)）

圖2.12相對(duì)相移鍵控

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.3.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)

。利用調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相將發(fā)送端的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成

模擬信號(hào)的過(guò)程稱為調(diào)制，相應(yīng)的調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)

制器；在接收端把模擬信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程

稱為解調(diào)，相應(yīng)的設(shè)備稱為解調(diào)器。同時(shí)具備調(diào)制

和解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。

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2.M模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)

?:?在數(shù)字化的交換和傳輸系統(tǒng)中，通常需要將模擬

的語(yǔ)音數(shù)據(jù)編碼成數(shù)字信號(hào)后再進(jìn)行傳輸。典型

的編碼方法為脈沖調(diào)制PCM(PulseCode

Modulation),它是波形編碼中最重要的一種

方式，在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信等

方面均獲得了極為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的數(shù)字傳輸

系統(tǒng)大多采用PCM體制。如圖2?13所示。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

2.卻卜模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)

?:*PCM過(guò)程主要由采樣、量化與編碼三個(gè)步驟組成。

取樣

量化

編碼011100011011001100

圖2.13PCM體制

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24多路復(fù)用技術(shù)

?:?為了更加有效地利用通信線路，希望一個(gè)信道中

能夠同時(shí)傳輸多路信息。人們把利用一條物理線

路同時(shí)傳輸多路信息的過(guò)程稱為多路復(fù)用。

多路復(fù)用技術(shù)能把多個(gè)信號(hào)組合在一條物理信道

內(nèi)進(jìn)行傳輸，使多臺(tái)計(jì)算機(jī)或終端設(shè)備共享信道

資源，提高信道的利用率。特別是在遠(yuǎn)距離傳輸

時(shí)，可大大節(jié)省電纜的成本、安裝與維護(hù)費(fèi)用。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

“多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)通常有：

。頻分多路復(fù)用FDM(FrequencyDivision

Multiplexing)、

。時(shí)分多路復(fù)用TDM(TimeDivision

Multiplexing)、.

。波分多路復(fù)用WDM(WavelengthDivision

Multiplexing)、

?:?碼分多路復(fù)用CDMA(CodeDivision

MultiplexAccess)，等。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

力in項(xiàng)分多路復(fù)月

頻分多路復(fù)用就是將一條物理信道可以傳輸?shù)念l帶分割成

若干條較窄的頻帶，每個(gè)頻帶都可以分配給用戶形成數(shù)據(jù)

傳輸子路徑。

。事實(shí)上，介質(zhì)的可用帶寬往往超過(guò)每個(gè)用戶信號(hào)所需的帶

寬。因此，我們就可以把該介質(zhì)的總帶寬分割成若干個(gè)和

傳輸?shù)膯蝹€(gè)信號(hào)帶寬相同的子信道，然后每個(gè)信道傳輸一

個(gè)信號(hào)。頻分多路復(fù)用的一般情況如圖2,14所示。

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24^頻分多路復(fù)用

頻率

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2時(shí)分多路復(fù)/

時(shí)分多路復(fù)用即通過(guò)一個(gè)自動(dòng)分配系統(tǒng)將一條傳輸信

道按照一定的時(shí)間間隔分割成多條獨(dú)立的、速率較低的傳

輸宿造。

每一個(gè)時(shí)間間隔叫做一個(gè)時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片由復(fù)用

的一個(gè)信號(hào)占用。這樣，利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉，

便可在同一物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)，這實(shí)際上是多

個(gè)信號(hào)輪流使用物理介質(zhì)。

時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)又包括同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)

分多路復(fù)用兩種。.

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.4.2時(shí)分多路復(fù)/

1.同步時(shí)分多路復(fù)用：

?：?同步時(shí)分多路復(fù)用就是對(duì)信道進(jìn)行固定的時(shí)隙分

配，不管終端是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，都會(huì)占用一個(gè)

時(shí)隙。由于在發(fā)送端每路信號(hào)都在他們固定的時(shí)

隙，所以接收端可以根據(jù)時(shí)隙的位置判斷出是哪

路信號(hào)。如圖2.15所示。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.42時(shí)分多路復(fù)用

圖2.15同步時(shí)分多路復(fù)用

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.1^時(shí)分多路復(fù)用

2.異步時(shí)分多路復(fù)用：異步時(shí)分多路復(fù)用也稱為智

能時(shí)分復(fù)用，它可以動(dòng)態(tài)地按照需要來(lái)分配時(shí)隙,

從而避免了同步時(shí)分多路復(fù)用中出現(xiàn)的浪費(fèi)時(shí)隙

的現(xiàn)象，從而提高了時(shí)隙的利用率，如圖2?16所

力SO?

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.4.2時(shí)分多路復(fù)用

統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用幀

圖2.16異步時(shí)分多路復(fù)用

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.4.3波分多路復(fù)月

?:?波分多路復(fù)用就是在光的頻分復(fù)用。波分多路復(fù)

用的本質(zhì)是在一條光纖中用不同顏色的光波來(lái)傳

輸多路信號(hào)，而不同的色光在光纖中傳輸彼此互

不干擾。波分多路復(fù)用是頻分多路復(fù)用的一個(gè)變

種，主要應(yīng)用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)中。如

圖2?17所示.

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243波分多路復(fù)用

8x2.5Gb/s8x2.5Gb/s

1310nm1310nm

圖2,17波分多路復(fù)用<

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2出軍碼分多路復(fù)用

。碼分多路復(fù)用常稱為碼分多址CDMA,是另一種共享信道

的方法。每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信。

由于各用戶使用經(jīng)過(guò)特殊挑選的不同碼型，因此不會(huì)造成

干擾。

?:?碼分多路復(fù)用最初是用于軍事通信，因?yàn)檫@種系統(tǒng)發(fā)送的

信號(hào)有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被

敵人發(fā)現(xiàn)。隨著技術(shù)的進(jìn)步，CDMA設(shè)備的價(jià)格和體積都

大幅度下降，因而現(xiàn)在已廣泛使用在民用的移動(dòng)通信中，

特別是在無(wú)線局域網(wǎng)中。二

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.葭交換方式

。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，常常需要通過(guò)有中間節(jié)點(diǎn)的線路來(lái)將數(shù)

據(jù)從源地發(fā)送到目的地，以此實(shí)現(xiàn)通信。而這些中間節(jié)點(diǎn)

并不關(guān)心數(shù)據(jù)內(nèi)容，只是提供一種交換設(shè)備，將數(shù)據(jù)從一

個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接到另一個(gè)節(jié)點(diǎn)，直到最終到達(dá)目的地，這個(gè)過(guò)

程稱為交換。在考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)，一個(gè)重要因素就是怎樣

進(jìn)行信息交換，即采用何種交換方式。.

?目前，通常使用的信息交換方式有三種：電路交換、報(bào)文

交換和分組交換。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2,5>1電路交換

。電路交換(CircuitSwitching)又稱線路交換，是數(shù)

據(jù)通信領(lǐng)域最早使用的交換方式。它是一種直接的交換方

式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)在通信雙方之間建立專用的臨時(shí)通信鏈

路，即在兩個(gè)工作站之間具有實(shí)際的物理連接。

?:?信道上的所有設(shè)備實(shí)際上只起開關(guān)作用，開關(guān)合即信道通,

對(duì)信息傳輸沒有額外的延時(shí)，而只有傳播延時(shí)。在通信過(guò)

程中，交換設(shè)備對(duì)通信雙方的通信內(nèi)容不做任何干預(yù)，即

對(duì)信息的代碼、格式和傳輸控制順序等沒有影響。最普通

的電路交換的例子是電話通信系統(tǒng)。L

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二阜

^電路交換

電路交換過(guò)程包括3個(gè)階段，即建立連接、數(shù)據(jù)傳送和斷開

連接。

1.建立連接。在進(jìn)行任何信號(hào)傳送之前，參與通信的兩個(gè)

站點(diǎn)間必須建立連接。其過(guò)程為：由主叫用戶發(fā)出線路呼

M請(qǐng)求，在交換節(jié)點(diǎn)建立一條物理線路，然后接收方發(fā)出

應(yīng)答信號(hào)，這樣就建立一條通信線路的連接。

?:*2■數(shù)據(jù)傳送。建立好通信線路后，數(shù)據(jù)通信的雙方便可以

沿著已經(jīng)建立好的線路傳輸數(shù)據(jù)了。

?:*3,斷開連接。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的數(shù)據(jù)傳送后，通常由通信

雙方中的一方來(lái)發(fā)出拆線的請(qǐng)求，另外一方同意后，原來(lái)

的線路就可以被釋放了。J

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二童

2.5工電路交換

主機(jī)HA

囪2.1通路交換的工作原理示意圖

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.5KP電路交換

電路交換的優(yōu)點(diǎn)如下：

(工)傳輸延遲小，惟一的延遲是電磁信號(hào)的傳播時(shí)

間。

(2)線路一旦接通，不會(huì)發(fā)生沖突。

(3)對(duì)于占用信道的用戶來(lái)說(shuō)，數(shù)據(jù)以固定的速率

進(jìn)行傳輸，可靠性和實(shí)時(shí)響應(yīng)能力都很好，適用

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

電路交換

缺點(diǎn)：

(工)電路交換建立線路所需的時(shí)間較長(zhǎng)。另外，線路連接一

旦建立就獨(dú)占線路，因此線路的利用率低。

(2)線路連接一旦建立就獨(dú)占線路，因此線路的利用率低。

(3)電路交換系統(tǒng)不具備差錯(cuò)控制的能力，無(wú)法發(fā)現(xiàn)并糾正

傳輸過(guò)程中的錯(cuò)誤。―

(4)電路交換不具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，不能改變數(shù)據(jù)的內(nèi)容。

也不能自動(dòng)調(diào)整和均衡通信流量。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

室至電路交換

?:?因此根據(jù)電路交換的特點(diǎn)，它適用于高負(fù)荷的持

續(xù)通信和實(shí)時(shí)性要求強(qiáng)的場(chǎng)合，尤其適用于會(huì)話、

語(yǔ)音、圖像等交互式通信類；而不適合傳輸突發(fā)

性、間斷型數(shù)字信號(hào)的計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)

與終端之間的通信。一

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二單

2.5-2報(bào)文交換

。在中轉(zhuǎn)結(jié)點(diǎn)把待傳輸?shù)男畔⒋鎯?chǔ)起來(lái)，然后通過(guò)緩沖器向

下一結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式稱為存儲(chǔ)交換或存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)

(StoreandForward)。

。報(bào)文交換(MessageSwitching),就是發(fā)送方先把

待發(fā)送的信息分成多個(gè)報(bào)文正文，在報(bào)文正文上附加發(fā)送

站、接收站地址及其他控制信息，形成一份份完整的報(bào)文。

然后，以報(bào)文為單位在交換網(wǎng)絡(luò)的各結(jié)點(diǎn)間傳送。結(jié)點(diǎn)在

接收整個(gè)報(bào)文后對(duì)報(bào)文進(jìn)行緩存和必要的處理。等到指定

輸出端的線路和下一結(jié)點(diǎn)空閑時(shí)，再將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)出去，直

到目的結(jié)點(diǎn)。％.

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2.5.2報(bào)文交換

報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)電路利用率高。報(bào)文從源點(diǎn)傳送到目的地采用“存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)”方式，

在傳送報(bào)文時(shí)，一個(gè)時(shí)刻僅占用一段通道。由于許多報(bào)文可以分時(shí)共

享兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通道，所以對(duì)于同樣的通信量來(lái)說(shuō)，對(duì)電路的傳輸

能力要求較低。

(2)在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大時(shí)，就不能接受新的呼叫。

而在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)上，通信量大時(shí)仍然可以接收?qǐng)?bào)文，不過(guò)傳送延遲

會(huì)增加。

(3)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)。

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2.5-2報(bào)文交換

缺點(diǎn)：

(1)在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要排隊(duì)，

報(bào)文經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間長(zhǎng)且不定，所以不能滿

足實(shí)時(shí)或交互式的通信要求。

(2)有時(shí)節(jié)點(diǎn)收到過(guò)多的數(shù)據(jù)而無(wú)空間存儲(chǔ)或不能

及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，就不得不丟棄報(bào)文。

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2.53分組交換

?:?報(bào)文交換對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊（報(bào)文）的大小不加限

缶當(dāng)傳輸大報(bào)文時(shí)，單個(gè)報(bào)文可能占用一條線

路長(zhǎng)達(dá)幾分鐘，這樣顯然不適合交互式通信。為

了更好地利用信道容量，并降低節(jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)量的

突發(fā)性，可以將報(bào)文交換改進(jìn)為分組交換。

?:?分組交換將用戶的大報(bào)文分成若干個(gè)更小的等長(zhǎng)

的數(shù)據(jù)段，這數(shù)據(jù)段稱為分組。如圖2?19所示。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

25M分組交換

報(bào)文

10100111010110000101001110KXX)

發(fā)送在前

首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)濘部數(shù)據(jù)

分組分組

?圖2,19分組的示意圖

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2^^分組交換

?：?分組交換包括兩種，即數(shù)據(jù)報(bào)分組交換和虛電路分組交換。

1.數(shù)據(jù)報(bào)分組交換

?:?在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，每個(gè)分組的傳送是被單獨(dú)處理的，像報(bào)

文交換中的報(bào)文一樣。每個(gè)分組被稱為一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)，每個(gè)

數(shù)據(jù)報(bào)自身攜帶足夠的地址信息，一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收到數(shù)據(jù)報(bào)

后，將其原樣地發(fā)送到下節(jié)點(diǎn)。因?yàn)楦鱾€(gè)節(jié)點(diǎn)隨時(shí)根據(jù)網(wǎng)

絡(luò)流量、故障等情況選擇路徑，從而各個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)的到達(dá)也

不保證是按時(shí)的，甚至有的數(shù)據(jù)報(bào)會(huì)丟失。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

分組交換

ACK

圖2.20數(shù)據(jù)報(bào)工作方式示意圖

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2.53?分組交換

。這種分組交換方式簡(jiǎn)稱為數(shù)據(jù)報(bào)方式，其基本傳

輸?shù)臄?shù)據(jù)單元是小報(bào)文。數(shù)據(jù)報(bào)的特點(diǎn)：同一個(gè)

報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑來(lái)傳輸；

不同分組到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)亂序、重復(fù)

或丟失現(xiàn)象；數(shù)據(jù)報(bào)傳輸?shù)难舆t較大，只適用于

突發(fā)性通信。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.5.M分組交換

2?虛電路分組交換

?:?在虛電路分組交換方式中，在發(fā)送分組之前，需要在發(fā)送

站和目的站之間建立一條邏輯連接（即虛電路）。它之所

以是“虛”的，是因?yàn)檫@條電路不是專用的。此時(shí)每個(gè)分

組除含有數(shù)據(jù)外，還有虛電路標(biāo)識(shí)，所以在途經(jīng)各節(jié)點(diǎn)時(shí)

不進(jìn)行路由選擇，只需按照事先建立好的連接傳輸。數(shù)據(jù)

傳輸完畢，可由任何一方發(fā)出清除請(qǐng)求分組，以終止本次

連接。但是這條路徑與電路交換中的專用通道不同，分組

在每個(gè)節(jié)點(diǎn)仍需要緩沖，并排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

分組交換

節(jié)點(diǎn)E節(jié)點(diǎn)F

圖2.21虛電路的

工作原理示意圖

釋放應(yīng)答

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

2.5-3分組交換

?：?虛電路分組交換適用于兩端之間的長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)交換，尤其是在交互式

會(huì)話中每次傳送的數(shù)據(jù)很短的情況下，可免去每個(gè)分組要有地址信息

的額外開銷。它提供了更可靠的通信功能，保證每個(gè)分組正確到達(dá)，

且保持原來(lái)順序。還可對(duì)兩個(gè)數(shù)據(jù)端點(diǎn)的流量進(jìn)行控制，接收方在來(lái)

不及接收數(shù)據(jù)時(shí)，可以通知發(fā)送方暫緩發(fā)送分組。但虛電路有一個(gè)弱

點(diǎn)，當(dāng)某個(gè)節(jié)點(diǎn)或某條鏈路出現(xiàn)故障而徹底失效時(shí)，則所有經(jīng)過(guò)故障

點(diǎn)的虛電路將立即被破壞。

數(shù)據(jù)報(bào)分組交換省去了呼叫建立階段，它傳輸少數(shù)兒個(gè)分組的速度要

比虛電路方式簡(jiǎn)便靈活。在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，分組可以繞開故障區(qū)而到

達(dá)目的地，因此故障的影響面要比虛電路方式小得多。但數(shù)據(jù)報(bào)不保

證分組的按序到達(dá)，數(shù)據(jù)的丟失也不會(huì)立即知道。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二堂

2.5?4交換技術(shù)的比較

傳輸延遲處理延遲

建路呼叫

清求

傳輸

拆除

節(jié)點(diǎn)ABCDBCD節(jié)點(diǎn)A

(a)電路交換(b)報(bào)文交換

圖2.22幾種交換技術(shù)的工作時(shí)序圖

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.5?4交換技術(shù)的比較

簡(jiǎn)單總結(jié)一下3種技術(shù)的主要特點(diǎn)。

(工)電路交換：在數(shù)據(jù)傳送之前必須先設(shè)置一條通路，在線路釋放之前，

該通路將由一對(duì)用戶獨(dú)占，對(duì)于間歇式的通信電路交換效率不高。

(2)報(bào)文交換：報(bào)文從源點(diǎn)傳送到目的地采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式，在傳送報(bào)

文時(shí)，同時(shí)只占用一段通道。在交換節(jié)點(diǎn)中需要緩沖存儲(chǔ)，報(bào)文需要

排隊(duì)。因此，報(bào)文交換不能滿足實(shí)時(shí)通信的要求。

(3)分組交換：交換方式和報(bào)文交換方式類似，但報(bào)文被分成分組傳送，

并規(guī)定了最大的分組長(zhǎng)度。在數(shù)據(jù)報(bào)分組交換中，目的地需要重新組

裝報(bào)文。在虛電路分組交換中，在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過(guò)虛呼叫設(shè)置

一條虛電路。分組交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中最廣泛使用立%交換技

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2.儕差錯(cuò)控制技術(shù)

?:?通常，我們把通過(guò)通信信道接收到的數(shù)據(jù)與原來(lái)

發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為傳輸差錯(cuò)，簡(jiǎn)稱為

差錯(cuò)。

?:?由于差錯(cuò)的產(chǎn)生是不可避免的，因此，在網(wǎng)絡(luò)通

信技術(shù)中必須對(duì)此加以研究和解決。

?:?通常差錯(cuò)控制技術(shù)包括兩個(gè)主要內(nèi)容：差錯(cuò)的檢

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二單

2.6.1差錯(cuò)的分類與差錯(cuò)出現(xiàn)的可能原醫(yī)

?:?①熱噪聲差錯(cuò)

?:?②沖擊噪聲差錯(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)共同組成的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)對(duì)平

均誤碼率的要求是介于10?9與10?6之間，若想

達(dá)到這項(xiàng)要求，必須解決好自動(dòng)檢測(cè)差錯(cuò)以及自

動(dòng)校正差錯(cuò)的問題。K

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.6.。差錯(cuò)控制的方法

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，常見差錯(cuò)控制的方法主要有以下三

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

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.6.。差錯(cuò)控制的方法

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，常見差錯(cuò)控制的方法主要有以下三

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

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2?6?2三差錯(cuò)控制的方法

工?反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法

反饋重發(fā)檢錯(cuò)方法又稱自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ

(AutomaticRepeatre—Quest)方法,

如圖2.23所示。

接

發(fā)

收

信檢錯(cuò)碼送信

器

息編碼器器息

噪聲源

反饋反饋

控制控制

圖2.23ARQ方法原理圖

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二童

2.63三差錯(cuò)控制的方法

2.前向糾錯(cuò)方法

前向糾錯(cuò)方法FEC(ForwardErrorCorrecting)是由發(fā)送端發(fā)

出能糾錯(cuò)的編碼，接收端收到這些編碼后，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)送到接收端高層處理，如圖2.24所示。

發(fā)

接

送

信檢錯(cuò)碼收檢錯(cuò)碼信

器

息編碼器器譯碼器息

噪聲源

圖2.24FEC方法原理圖

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2?6?2三差錯(cuò)控制的方法

3.混合糾錯(cuò)方法

?；旌霞m錯(cuò)方法就是反饋重發(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，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)。.

MN‘""'""'

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二阜

2而3差錯(cuò)控制編碼

為了讓接收方能自行糾錯(cuò)就必須攜帶更多的糾

錯(cuò)碼，因而傳輸效率不高。在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)中出錯(cuò)

率其實(shí)并不高，因而網(wǎng)絡(luò)中通常采用反饋重發(fā)檢

錯(cuò)方法。

下面是常用的三種添加檢錯(cuò)碼的差錯(cuò)控制編碼

方法：「

1.奇偶校驗(yàn)

2■方塊校驗(yàn)

3.循環(huán)冗余校驗(yàn)

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.6.3差錯(cuò)控制編碼

1.奇偶校驗(yàn)

?:?奇偶校驗(yàn)（ParityChecking）是以字符為單位的校驗(yàn)

方法，也稱垂直百校驗(yàn)（V敢：）。一人字符由8位組成,

低7位是信息字符的ASCII,最高位（附加位）為奇偶校

嵬碼位。

?:?奇偶校驗(yàn)又分為奇校驗(yàn)和偶校驗(yàn)兩種。在偶校驗(yàn)時(shí)，發(fā)送

方通過(guò)檢驗(yàn)位的取值不同，從而保證傳輸字符代碼中“1”

的個(gè)數(shù)為偶數(shù)個(gè)。同理，奇校驗(yàn)時(shí)，展送方必須保證傳輸

字符代碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)個(gè)。接收端收到信號(hào)之后,

對(duì)每個(gè)碼組檢查其中“1”的個(gè)數(shù)是否為偶數(shù)（偶校驗(yàn)）

或奇數(shù)（奇梭驗(yàn)），從而判斷收到的數(shù)據(jù)是否出錯(cuò)。

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2.6.3差錯(cuò)控制編碼

偶校驗(yàn)和奇校驗(yàn)的應(yīng)用示例。

表2.2奇偶校驗(yàn)位的設(shè)置

ASCII的位代碼的字

校驗(yàn)方式校驗(yàn)位ASCII

7654321符

偶校驗(yàn)0101100189

1，

奇校驗(yàn)1101100189Y

《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)》第二章

2而3差錯(cuò)控制編碼

?:?奇偶檢驗(yàn)雖然簡(jiǎn)單，但并不是一種安全的差錯(cuò)控

制方法。奇偶校驗(yàn)只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)比特位的錯(cuò)

誤，對(duì)偶數(shù)個(gè)比特位的錯(cuò)誤則無(wú)能為力。

。一般地，在低速傳輸時(shí)，出錯(cuò)概率較低，效果還

可以令人滿意。而當(dāng)傳輸數(shù)據(jù)速率很高時(shí)，噪聲

脈沖很可能破壞1位以上的數(shù)據(jù)位，差錯(cuò)檢驗(yàn)的

結(jié)果很可能是錯(cuò)誤的。

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2.6.3差錯(cuò)控制編碼

2■方塊校驗(yàn)

方塊校驗(yàn)也稱水平垂直冗余校驗(yàn)（LRC）,其工作

原理的實(shí)質(zhì)仍然是奇偶檢驗(yàn)。LRC是一種對(duì)行和

列都進(jìn)行上述奇偶校驗(yàn)的方法。它是一種在VRC

校驗(yàn)法的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)校驗(yàn)的方法，它的

工作原理同VRC法十分相似。它在傳送一批字符

（如7個(gè)）之后，增加了一個(gè)稱為方塊校驗(yàn)字符的

檢驗(yàn)字符。L

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2-6-3差錯(cuò)控制編碼

表2.3LRC的工作方式

LRC字

N字符1E字符2T字符3w字符4。字符5R字符6K字符7

字符符（偶）

位111111111

位20000