《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程》 課件 單元2 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

單元2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1

數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)理解并掌握數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的概念。理解信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)的概念，明確三者之間的關(guān)系。掌握數(shù)據(jù)信道的概念、分類以及相關(guān)性能指標(biāo)。理解數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)特征。能夠明確區(qū)分帶寬與寬帶。能夠梳理出數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)圖。學(xué)習(xí)目標(biāo)內(nèi)容梳理通信是指在兩點(diǎn)或多點(diǎn)之間通過(guò)通信系統(tǒng)進(jìn)行信息交換的過(guò)程。數(shù)據(jù)通信不同于傳統(tǒng)的通信方式，它是伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展起來(lái)的，具有廣闊的發(fā)展前景。數(shù)據(jù)通信的定義是依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)在兩個(gè)功能單元之間傳遞數(shù)據(jù)信息。（一）數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)由數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）、數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）和通信線路組成。數(shù)據(jù)通信的基本結(jié)構(gòu)如圖所示。2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本概念1.數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTEDTE（DataTerminalEquipment，數(shù)據(jù)終端設(shè)備）通常由輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和輸入輸出控制器組成。DTE的功能有發(fā)送、接收數(shù)據(jù)，信息處理，差錯(cuò)控制及數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換等。計(jì)算機(jī)、傳真機(jī)、卡片輸入機(jī)、磁卡閱讀器等都可作為數(shù)據(jù)終端設(shè)備使用。2.1.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本概念2.數(shù)據(jù)通信設(shè)備DCEDCE(DataCircuitTerminatingEquipment，數(shù)據(jù)通信設(shè)備）也稱為數(shù)據(jù)電路端接設(shè)備，指在通信系統(tǒng)中提供建立、保持和終止聯(lián)接等功能的設(shè)備，用來(lái)連接DTE與傳輸介質(zhì)之間的設(shè)備，為用戶提供入網(wǎng)的連接點(diǎn)。DCE的功能就是完成數(shù)據(jù)信號(hào)的變換。例如，調(diào)制解調(diào)器，在計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)通信中，DCE用RS-232接口，此接口可以使調(diào)制解調(diào)器和其他設(shè)備與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)。傳真機(jī)計(jì)算機(jī)調(diào)制解調(diào)器1.信息信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋，是對(duì)客觀事物屬性和特性的描述。2.數(shù)據(jù)人們?yōu)榱藢⒂^念世界的信息記載下來(lái)，便于存儲(chǔ)和傳播，必須將信息物理化，信息物理化之后表現(xiàn)形式，即信息的載體，稱為數(shù)據(jù)（Data）。數(shù)據(jù)可分為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)和模擬數(shù)據(jù)。3.信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的表示形式，信號(hào)是數(shù)據(jù)的載體。數(shù)據(jù)需轉(zhuǎn)換為信道可識(shí)別的信號(hào)，才能在信道上傳輸。信號(hào)可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。2.1.2信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)三者的關(guān)系如圖所示。2.1.2信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)1.信道信道是信號(hào)的傳輸媒質(zhì)，可分為物理信道和邏輯信道。2.信道的分類信道按使用權(quán)限可分為專業(yè)信道和共用信道；信道按傳輸介質(zhì)可分為有線信道、無(wú)線信道和衛(wèi)星信道；信道按傳輸信號(hào)可分為模擬信道和數(shù)字信道。2.1.3數(shù)據(jù)信道信道按使用權(quán)限按傳輸信號(hào)按傳輸介質(zhì)有線信道共用信道專業(yè)信道無(wú)線信道衛(wèi)星信道模擬信道數(shù)字信道3.信道容量信道容量是指信道傳輸信息的最大能力，通常用信息速率來(lái)表示。4.信道的傳播延遲信號(hào)在信道中傳播，從信源端到達(dá)信宿端所需要的時(shí)間，這個(gè)時(shí)間稱為信道的傳播延遲（或時(shí)延）。2.1.3數(shù)據(jù)信道信源端信宿端信道時(shí)延5.信道帶寬信道帶寬是指信道所能傳送的信號(hào)頻率寬度，代表信道傳輸信息的能力。信道帶寬為最高頻率上限與最低頻率下限之差，單位用赫茲（Hz）表示。信道容量和信道帶寬是正比關(guān)系，帶寬越大，容量越大。6.寬帶與帶寬的區(qū)別2.1.3數(shù)據(jù)信道移動(dòng)寬帶是上網(wǎng)的接入方式，指的是具備高通信速率和高吞吐量的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，能夠滿足多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?。帶寬是指通信信道的寬度，即信道所能傳送的信?hào)頻率寬度，代表信道傳輸信息的能力。在模擬信道中，帶寬指?jìng)鬏斝诺赖淖罡哳l率和最低頻率的差，單位為Hz。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bps。寬帶帶寬有效性和可靠性，是用來(lái)度量通信系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。有效性通常用傳輸速率、信道容量、帶寬等指標(biāo)來(lái)衡量；可靠性通常用誤碼率指標(biāo)來(lái)衡量。2.1.4數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)有效性可靠性度量通信系統(tǒng)性能傳輸速率信道容量帶寬誤碼率1.傳輸速率傳輸速率有兩種表示方法，分別是比特率和波特率。（1）比特率比特率又稱為數(shù)據(jù)傳輸速率，是一種數(shù)字信號(hào)的傳輸速率，指的是單位時(shí)間內(nèi)信道內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?。它表示單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制代碼的有效位（bit）數(shù)，單位為比特每秒，記為bps（bitspersecond）或bit/s、b/s。2.1.4數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)傳輸速率比特率波特率（2）波特率波特率是一種調(diào)制速率，也稱波形速率。它表示單位時(shí)間內(nèi)（每秒）信道上實(shí)際傳輸信號(hào)碼元的個(gè)數(shù)?；蛘哒f(shuō)，在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，線路上每秒鐘發(fā)生信號(hào)變化的次數(shù)就是波特率。其單位為波特（baud）。比特率與波特率的關(guān)系表示為：B=R/log2N其中B波特率，R比特率，N為電平數(shù)，log2N為實(shí)際傳輸信號(hào)碼元的個(gè)數(shù)。2.誤碼率誤碼率指的是數(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。誤碼率Pe表示為：Pe=Ne/N其中N是傳送的總位數(shù)，Ne是出錯(cuò)的位數(shù)。3.吞吐量吞吐量指的是單位時(shí)間內(nèi)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)能夠處理的信息總量，單位是字節(jié)/秒或位/秒。在單信道總線型網(wǎng)絡(luò)中：吞吐量=信道容量*傳輸效率。2.1.4數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)4.碼元和碼字計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送中的每一位二進(jìn)制稱為“碼元”或“碼位”。由若干個(gè)碼元組成的序列，稱為“碼字”。2.1.4數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)1100001111000000001……碼元若干個(gè)碼元組成：碼字感謝聆聽(tīng)單元2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.2數(shù)據(jù)傳輸方式了解數(shù)據(jù)傳輸方式的分類。理解調(diào)制、解調(diào)概念以及基本調(diào)制方法。了解數(shù)字傳輸信號(hào)編碼方案。了解脈沖編碼調(diào)制PCM編碼過(guò)程。能區(qū)分單工、半雙工、全雙工通信方式。能區(qū)分并行傳輸、串行傳輸方式。能區(qū)分同步傳輸、異步傳輸方式。能區(qū)分基帶傳輸、頻帶傳輸、寬帶傳輸方式。學(xué)習(xí)目標(biāo)內(nèi)容梳理數(shù)據(jù)傳輸方式指的是數(shù)據(jù)在傳輸信道上傳遞的方式。1.按傳輸方向分為：?jiǎn)喂ねㄐ?、半雙工通信和全雙工通信。2.按傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)（信號(hào)線多少）分為：并行傳輸和串行傳輸。3.按同步的方式分為：同步傳輸和異步傳輸。4.按信號(hào)頻率分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。2.2.1數(shù)據(jù)傳輸方式按傳輸方向按信號(hào)頻率按傳輸位數(shù)單工通信半雙工通信全雙工通信按同步方式并行傳輸串行傳輸同步傳輸異步傳輸基帶傳輸頻帶傳輸寬帶傳輸數(shù)據(jù)傳輸方式1.按傳輸方向分為：?jiǎn)喂ねㄐ?、半雙工通信和全雙工通信。（1）單工通信：數(shù)據(jù)傳輸是單向的，只能一方發(fā)送另一方接收，反之則不可以。例如：無(wú)線電廣播、遙控等屬于單工通信，計(jì)算機(jī)對(duì)輸出設(shè)備（如打印機(jī)或者顯示器）的通信也大都采用單工方式進(jìn)行操作。2.2.1數(shù)據(jù)傳輸方式（3）全雙工通信：數(shù)據(jù)傳輸可以雙向同時(shí)進(jìn)行。全雙工通信需要兩個(gè)信道，一個(gè)用來(lái)發(fā)送，一個(gè)用來(lái)接收。例如：常用的電話系統(tǒng)屬于全雙工通信。（2）半雙工通信：數(shù)據(jù)傳輸可以雙向進(jìn)行，但只能交替進(jìn)行，同一個(gè)時(shí)刻只能有一個(gè)方向傳輸數(shù)據(jù)。例如：傳統(tǒng)對(duì)講機(jī)等屬于半雙工通信。2.按傳輸數(shù)據(jù)位數(shù)（信號(hào)線多少）分為：并行傳輸和串行傳輸。（1）并行傳輸：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，每個(gè)比特使用單獨(dú)的一條線路，在數(shù)據(jù)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行近距離傳輸（1米或數(shù)米之內(nèi)）的過(guò)程。（2）串行傳輸：指數(shù)據(jù)一位一位地依次在一條信道上傳輸，傳輸按時(shí)間順序逐位傳輸?shù)姆绞健?.2.1數(shù)據(jù)傳輸方式3.按同步的方式分為：同步傳輸和異步傳輸。（1）同步傳輸：在發(fā)送一組字符或數(shù)據(jù)塊之前，在其前面加入一個(gè)同步字節(jié)，同步字節(jié)后面的數(shù)據(jù)字符不需任何附加位，同步字節(jié)表示數(shù)據(jù)傳送的開(kāi)始，發(fā)送端和接收端應(yīng)先約定同步字節(jié)。在同步字節(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，再使用同步字節(jié)，來(lái)標(biāo)識(shí)整個(gè)發(fā)送過(guò)程的結(jié)束。2.2.1數(shù)據(jù)傳輸方式（2）異步傳輸：每一個(gè)字符按照一定的格式組成一個(gè)幀進(jìn)行傳輸，即在一個(gè)字符（7位或8位）前加1個(gè)起始位，以表示字符碼的開(kāi)始；在字符碼和校驗(yàn)碼后面加1~2個(gè)停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位，來(lái)判斷一個(gè)新字符的開(kāi)始，從而起到通信雙方的起止同步作用。4.按信號(hào)頻率分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。（1）基帶傳輸基帶信號(hào)是信源發(fā)出的、沒(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的原始電信號(hào)?；鶐盘?hào)直接在信道上進(jìn)行傳輸?shù)姆绞骄褪腔鶐鬏?。?）頻帶傳輸頻帶信號(hào)是用載波對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后的信號(hào)。頻帶傳輸是將基帶信號(hào)調(diào)制為模擬信號(hào)后再進(jìn)行傳輸，接收方需對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)還原為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。常用的頻帶調(diào)制方式有頻率調(diào)制、相位調(diào)制、幅度調(diào)制和調(diào)幅加調(diào)相的混合調(diào)制方式。2.2.1數(shù)據(jù)傳輸方式基帶信號(hào)模擬信號(hào)調(diào)制成頻帶調(diào)制頻率調(diào)制相位調(diào)制幅度調(diào)制調(diào)幅加調(diào)相的混合調(diào)制4.按信號(hào)頻率分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。（3）寬帶傳輸寬帶傳輸是指將信道分成多個(gè)子信道，分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號(hào)?？衫脤拵鬏斚到y(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)聲音、文字和圖像的一體化傳輸，即“三網(wǎng)合一”（語(yǔ)音網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)和電視網(wǎng)合一）。寬帶傳輸與基帶傳輸相比有以下優(yōu)點(diǎn)：2.2.1數(shù)據(jù)傳輸方式能在一個(gè)信道中傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息，使系統(tǒng)具有多種用途。一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶遠(yuǎn)。ABC4.按信號(hào)頻率分為：基帶傳輸、頻帶傳輸和寬帶傳輸。（4）局域網(wǎng)術(shù)語(yǔ)“10Base-T”“10Base-T”是雙絞線以太網(wǎng)，其中"10"表示信號(hào)的傳輸率為10Mbps；"Base"表示信道上傳輸?shù)氖腔鶐盘?hào)（即基帶傳輸）；"T"是英文Twisted-pair(非屏蔽雙絞線)的縮寫。2.2.1數(shù)據(jù)傳輸方式10Base-T表示信號(hào)的傳輸率為10Mbps表示信道上傳輸?shù)氖腔鶐盘?hào)Twisted-pair(非屏蔽雙絞線)的縮寫1.數(shù)據(jù)和信號(hào)進(jìn)行變換的原因數(shù)據(jù)（無(wú)論模擬或數(shù)字）在傳輸過(guò)程中需要變換為適合于信道傳輸?shù)男盘?hào)形式才能傳輸。主要有以下幾個(gè)原因：2.2.2數(shù)據(jù)與信號(hào)變換技術(shù)010203信號(hào)是數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的載體，要適應(yīng)信道傳輸介質(zhì)的傳輸特性。為提高傳輸質(zhì)量，需優(yōu)化信道編碼?？梢蕴岣咝诺蕾Y源利用率。2.信號(hào)變換技術(shù)信號(hào)變換主要通過(guò)“調(diào)制”和“編碼”技術(shù)實(shí)現(xiàn)。調(diào)制是根據(jù)消息信號(hào)的幅度去改變載波信號(hào)特性（幅度、頻率或者相位）的過(guò)程。編碼是信息從一種形式或格式，轉(zhuǎn)換為另一種形式的過(guò)程。解碼則是編碼的逆過(guò)程。2.2.2數(shù)據(jù)與信號(hào)變換技術(shù)3.數(shù)據(jù)的傳輸方式與編碼方式數(shù)據(jù)的傳輸方式：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬傳輸，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字傳輸，模擬數(shù)據(jù)數(shù)字傳輸，模擬數(shù)據(jù)模擬傳輸。（二）數(shù)據(jù)的傳輸方式與編碼方式1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸數(shù)字信號(hào)傳輸時(shí)對(duì)信道編碼的基本要求是：不包含直流成分；碼型中應(yīng)自帶同步時(shí)鐘信號(hào)；利于接收端提取用于位同步。常用的數(shù)字信號(hào)編碼：全寬碼（不歸零碼）、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。2.2.2數(shù)據(jù)與信號(hào)變換技術(shù)數(shù)字信號(hào)編碼全寬碼（不歸零碼）非全寬碼（歸零碼）單極性雙極性曼徹斯特差分曼徹斯特1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸（1）全寬碼（不歸零碼）全寬碼（不歸零碼（NRZ）），信號(hào)電平由0、1表示，并且在表示完一個(gè)碼元后，電壓不需回到0。一位碼元占一個(gè)單位脈沖的寬度。不歸零碼，又可分為單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼。（a）單極性不歸零碼（b）雙極性不歸零碼2.2.2數(shù)據(jù)與信號(hào)變換技術(shù)1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字傳輸（2）雙相位編碼歸零碼（非全寬碼），用極性不同的脈沖分別表示二進(jìn)制的“1”和“0”，在脈沖結(jié)束之后要維持一段時(shí)間的零電平。能夠自同步，但信息密度低。常用的歸零碼有“曼徹斯特編碼”和“差分曼徹斯特編碼”。①曼徹斯特編碼每個(gè)碼元均用兩個(gè)不同相位的電平信號(hào)表示，也就是一個(gè)周期的方波，但0碼和1碼的相位正好相反，即用正電壓的跳變?yōu)?；用負(fù)電壓的跳變?yōu)?。曼徹斯特編碼的缺點(diǎn)：信號(hào)碼元速率是數(shù)據(jù)速率的2倍，因此需要雙倍的傳輸帶寬，對(duì)信道容量要求高。②差分曼徹斯特編碼，保留了曼徹斯特編碼“自含時(shí)鐘編碼”的優(yōu)點(diǎn)，仍將每比特中間的跳變作為同步時(shí)鐘，其不同之處在于：用碼元的起始處有無(wú)跳變來(lái)表示，通常規(guī)定有跳變時(shí)代表“0”，沒(méi)有跳變時(shí)代表“1”（所謂0跳1不跳）。2.2.2數(shù)據(jù)與信號(hào)變換技術(shù)（二）數(shù)據(jù)的傳輸方式與編碼方式2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道傳輸時(shí)，需先將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)，這個(gè)過(guò)程稱為“調(diào)制”?！罢{(diào)制”的實(shí)質(zhì)就是利用數(shù)字信號(hào)去控制載波的某個(gè)參數(shù)（幅度、頻率和相位）。在接收端，將模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱為“解調(diào)”，用到的設(shè)備稱為“調(diào)制解調(diào)器（MODEM）”。2.2.2數(shù)據(jù)與信號(hào)變換技術(shù)（二）數(shù)據(jù)的傳輸方式與編碼方式2.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬調(diào)制有3種常見(jiàn)基本形式：振幅鍵控、移頻鍵控、移相鍵控。（1）振幅鍵控（ASK）傳輸：載波的振幅隨著數(shù)字信號(hào)變化而變化，當(dāng)“1”出現(xiàn)時(shí)接通振幅為A的載波，“0”出現(xiàn)時(shí)關(guān)斷載波。（2）移頻鍵控（FSK）：載波的頻率隨著數(shù)字信號(hào)變化而變化。是用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率，來(lái)表示0和1二進(jìn)制值。（3）移相鍵控（PSK）：載波的相位隨著數(shù)字信號(hào)變化而變化。通過(guò)改變載波信號(hào)的相位值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1，0的。2.2.2數(shù)據(jù)與信號(hào)變換技術(shù)（二）數(shù)據(jù)的傳輸方式與編碼方式3.模擬數(shù)據(jù)數(shù)字傳輸模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字信道上傳輸，需先進(jìn)行模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化處理，而將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法有脈沖編碼調(diào)制PCM。PCM編碼過(guò)程為采樣、量化和編碼。2.2.2數(shù)據(jù)與信號(hào)變換技術(shù)模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字化傳輸PCM編碼的三個(gè)步驟模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化過(guò)程感謝聆聽(tīng)單元2單元2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.3數(shù)據(jù)信道復(fù)用技術(shù)了解多路復(fù)用技術(shù)原理。了解常見(jiàn)的信道復(fù)用技術(shù)的分類。理解各信道復(fù)用技術(shù)原理。學(xué)習(xí)目標(biāo)內(nèi)容梳理為提高信道資源利用率，降低通信成本，人們研究和發(fā)展出多路復(fù)用技術(shù)，即把多個(gè)信號(hào)組合起來(lái)在一條物理信道上進(jìn)行傳輸，使一條物理信道變?yōu)槎鄺l邏輯信道，在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)可大大節(jié)省電纜的安裝和維護(hù)費(fèi)用。多路復(fù)用的基本原理：數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，傳輸媒體的帶寬或容量往往會(huì)大于傳輸單一信號(hào)的需求，為了有效地利用通信線路，希望一個(gè)信道同時(shí)傳輸多路信號(hào)，這就是所謂的多路復(fù)用技術(shù)(Multiplexing)。復(fù)用技術(shù)過(guò)程如圖所示。2.3.1多路復(fù)用技術(shù)原理2.3.2多路復(fù)用技術(shù)分類信道復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用技術(shù)碼分復(fù)用技術(shù)常見(jiàn)的信道復(fù)用技術(shù)有頻分復(fù)用技術(shù)、時(shí)分復(fù)用技術(shù)、波分復(fù)用技術(shù)、碼分復(fù)用技術(shù)。1.頻分復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用（FDM—FrequencyDivisionMultiplexing）將用于傳輸信道的總帶寬，劃分成若干個(gè)子頻帶（或稱子信道），每一個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)。頻分復(fù)用屬于頻帶傳輸，需要用到調(diào)制解調(diào)技術(shù)?？捎糜谀M傳輸系統(tǒng)。2.3.2多路復(fù)用技術(shù)分類2.時(shí)分復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用（TDM—TimeDivisionMultiplexing）就是將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間，劃分成若干時(shí)間片（簡(jiǎn)稱時(shí)隙），并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用，每一路信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)，獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。2.3.2多路復(fù)用技術(shù)分類3.波分復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用（WDM–WavelengthDivisionMultiplexing）其本質(zhì)上也是頻分復(fù)用。波分復(fù)用在光通信領(lǐng)域，專門用于光纖通信。2.3.2多路復(fù)用技術(shù)分類4.碼分復(fù)用技術(shù)碼分復(fù)用（CDM–CodeDivisionMultiplexing）又叫碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)，也是一種共享信道的方法。它是靠不同的編碼來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)的一種復(fù)用方式。碼分復(fù)用技術(shù)最初用于軍事通信，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于民用移動(dòng)通信和無(wú)線局域網(wǎng)。2.3.2多路復(fù)用技術(shù)分類5.復(fù)用器和分用器在發(fā)送端使用復(fù)用器，讓各信息合起來(lái)使用一個(gè)信道進(jìn)行通信。在接收端使用分用器（解復(fù)用器），把合起來(lái)的信息分別送到相應(yīng)的終點(diǎn)。2.3.2多路復(fù)用技術(shù)分類感謝聆聽(tīng)單元2單元2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.4

數(shù)據(jù)交換技術(shù)熟練掌握數(shù)據(jù)交換技術(shù)分類。清晰理解數(shù)據(jù)交換技術(shù)的工作特點(diǎn)、工作原理、典型應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)。學(xué)習(xí)目標(biāo)內(nèi)容梳理交換，從通信資源分配的角度看，是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。數(shù)據(jù)交換技術(shù)（dataswitchingtechniques）是指在兩個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）之間，建立數(shù)據(jù)通信的暫時(shí)互連通路的各種技術(shù)。交換技術(shù)通常有：電路交換、報(bào)文交換、分組交換、信元交換。2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換信元交換報(bào)文交換分組交換數(shù)據(jù)報(bào)虛電路（一）電路交換電路交換（CircuitSwitching），也稱為線路交換。即在兩個(gè)工作站之間建立實(shí)際的物理連接，一旦通信線路建立，這對(duì)端點(diǎn)就獨(dú)占該條物理通道，直至通信線路被取消。電路交換典型應(yīng)用：電話系統(tǒng)、公用電話交換網(wǎng)。2.4.1電路交換（一）電路交換電路交換是面向連接的，其通信過(guò)程需要經(jīng)歷三個(gè)階段，如圖所示：電路建立階段；數(shù)據(jù)傳輸階段;拆除（釋放）電路連接階段。2.4.1電路交換（一）電路交換1.電路建立階段在通信雙方開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)之前，必須建立一條端到端的物理線路。首先，由發(fā)送數(shù)據(jù)的一方發(fā)出連接請(qǐng)求，沿途經(jīng)過(guò)的中間節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)建立電路連接，并向下一個(gè)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)連接請(qǐng)求，直到連接請(qǐng)求到達(dá)接收方。接收方如果同意建立連接，則沿原路返回一個(gè)應(yīng)答，請(qǐng)求通信的發(fā)送方接收到應(yīng)答后就建立了一個(gè)連接。建立連接的過(guò)程實(shí)際上就是電路資源的分配過(guò)程，就是在收發(fā)雙發(fā)之間分配了一定的帶寬資源，所以這個(gè)連接也稱為物理連接。2.4.1電路交換（一）電路交換2.數(shù)據(jù)傳輸階段成功建立了電路連接后，雙方就可以開(kāi)始傳輸數(shù)據(jù)。該線路是被雙方獨(dú)占的，數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中不需要進(jìn)行路徑選擇，數(shù)據(jù)在每個(gè)中間節(jié)點(diǎn)上沒(méi)有停留，直接向前傳遞，因此電路交換的傳輸延遲最短，一般沒(méi)有阻塞問(wèn)題，除非有意外的線路或節(jié)點(diǎn)故障使電路中斷。而且電路交換是全雙工的，數(shù)據(jù)可以在已經(jīng)建立好的物理線路上進(jìn)行雙向傳輸。需要注意的是，一旦建立好電路連接后，即使雙方?jīng)]有數(shù)據(jù)傳輸，該線路也被雙方占用，不能再被其他站點(diǎn)使用。這是因?yàn)殡娐方粨Q系統(tǒng)屬于資源與分配系統(tǒng)，一旦分配好了資源，不管有沒(méi)有數(shù)據(jù)在傳輸，都不能再被其他站點(diǎn)使用。這也正是電路交換的一個(gè)缺點(diǎn)，會(huì)造成帶寬資源的浪費(fèi)。2.4.1電路交換（一）電路交換3.拆除（釋放）電路連接階段數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，應(yīng)該盡快拆除連接以釋放占用的帶寬資源。通信的任何一方都可以發(fā)出拆除連接的請(qǐng)求信號(hào)，拆除信號(hào)沿途經(jīng)過(guò)各個(gè)中間節(jié)點(diǎn)，一直到達(dá)通信的另一方。釋放電路連接后，帶寬資源就可以分配給其他需要的站點(diǎn)。4.優(yōu)缺點(diǎn)2.4.1電路交換專用信道（通信速率較高），數(shù)據(jù)傳輸迅速、可靠、不會(huì)丟失、有序，通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，時(shí)延很小，電路交換適用于數(shù)據(jù)傳輸量大、可靠性要求較高的情況。當(dāng)建立了連接而雙方之間暫時(shí)沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，造成帶寬資源浪費(fèi)，信道不共享，數(shù)據(jù)通信效率低，系統(tǒng)不具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力。優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換可以分為“報(bào)文存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換”與“分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換”兩種方式。其中的分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，又可以分為“數(shù)據(jù)報(bào)”方式與“虛電路”方式。（二）報(bào)文交換報(bào)文交換采取“存儲(chǔ)—轉(zhuǎn)發(fā)”（Store-and-Forward）方式，不需要在通信的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立專用的物理線路，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)接收整個(gè)報(bào)文（信息+地址），檢查目標(biāo)節(jié)點(diǎn)地址，然后根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的交通情況在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)節(jié)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多次的存儲(chǔ)——轉(zhuǎn)發(fā)，最后到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。2.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（二）報(bào)文交換2.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換用戶可隨時(shí)發(fā)送報(bào)文，線路效率高，節(jié)點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)報(bào)文的差錯(cuò)控制及碼制轉(zhuǎn)換。實(shí)時(shí)性差，不適合傳送實(shí)時(shí)或交互式業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)報(bào)文交換典型應(yīng)用：電子郵件系統(tǒng)（E-mail）、電報(bào)。要求網(wǎng)絡(luò)中每個(gè)結(jié)點(diǎn)有較大的緩沖區(qū)，對(duì)交換節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)量有較高要求。（三）分組交換分組交換也稱包交換，仍采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)傳輸方式，但將一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文先分割為若干個(gè)較短的分組，然后把這些分組（攜帶源、目的地址和編號(hào)信息）逐個(gè)地發(fā)送出去。2.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換分組交換的優(yōu)缺點(diǎn)2.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換限制分組的最大長(zhǎng)度，降低了節(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)量；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，因而提高交換速度；分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的開(kāi)銷。分組在各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)需要排隊(duì)，這就會(huì)造成一定的時(shí)延；優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)各分組可以獨(dú)立路由，選擇最佳路徑。（三）分組交換分組在網(wǎng)絡(luò)中傳輸，還可以分為兩種不同的方式：數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路。數(shù)據(jù)報(bào)傳輸是一種面向無(wú)連接的傳輸方式；虛電路傳輸是一種面向連接的傳輸方式。數(shù)據(jù)報(bào)方式數(shù)據(jù)報(bào)方式，每個(gè)分組自身攜帶有足夠的信息（完整的地址信息），它的傳送是被單獨(dú)處理的。數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的特點(diǎn)如下：2.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換B同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過(guò)網(wǎng)絡(luò)；C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；D每一個(gè)分組在傳輸過(guò)程中都必須帶有目的地址與源地址，增大了傳輸開(kāi)銷；E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。A事先無(wú)需建立連接，提供的是一種無(wú)連接的服務(wù)；（三）分組交換虛電路方式虛電路交換在通信和網(wǎng)絡(luò)中，是由分組交換通信所提供的面向連接的通信服務(wù)。在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)或應(yīng)用進(jìn)程之間建立起一個(gè)邏輯上的連接或虛電路后，就可以在兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間依次發(fā)送每一個(gè)分組，接收端收到分組的順序必然與發(fā)送端的發(fā)送順序一致，因此接收端無(wú)須負(fù)責(zé)在接收分組后重新進(jìn)行排序。其通信過(guò)程：包括虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆除三個(gè)階段。虛電路分組交換的特點(diǎn)如下：2.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換B不會(huì)出現(xiàn)分組丟失、重復(fù)、紊亂的現(xiàn)象，有質(zhì)量保證；C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)，不需要做路徑選擇；D同一條物理線路上可以建立多條虛電路；E適用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的傳送。A報(bào)文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需攜帶虛電路標(biāo)識(shí)號(hào)；（四）信元交換ATM（AsynchronousTransferMode，異步傳輸模式）是一種信元交換和多路復(fù)用技術(shù)，是一種面向連接的交換技術(shù)。它采用信元（Cell）作為傳輸單位，信元具有固定長(zhǎng)度，總共53字節(jié)，前5字節(jié)是信頭（Header），其余48字節(jié)是數(shù)據(jù)段。信元交換技術(shù)是一種快速分組交換技術(shù)，它綜合吸取了分組交換高效率和電路交換高速率的優(yōu)點(diǎn)。2.4.3信元交換信頭（Header）數(shù)據(jù)段5字節(jié)48字節(jié)信元（53字節(jié)）（四）信元交換1.ATM模型（1）三個(gè)功能層：ATM物理層、ATM層和ATM適配層。（2）功能層的作用ATM物理層：利用通信線路的比特流傳送功能，實(shí)現(xiàn)ATM信元流的傳送?？刂茢?shù)據(jù)位在物理介質(zhì)上的發(fā)送和接收，負(fù)責(zé)跟蹤ATM信號(hào)邊界，將ATM信元封裝成數(shù)據(jù)幀。ATM層：負(fù)責(zé)建立虛連接并通過(guò)ATM網(wǎng)絡(luò)傳送ATM信元。ATM適配層：主要任務(wù)是在上層協(xié)議處理所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)單元和ATM信元之間，建立一種轉(zhuǎn)換關(guān)系，同時(shí)還要完成數(shù)據(jù)包的分段和組裝。2.典型應(yīng)用（1）對(duì)帶寬要求高和對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求高的應(yīng)用；（2）廣域網(wǎng)主干線。2.4.3信元交換四種交換方式的比較2.4.3信元交換感謝聆聽(tīng)單元2單元2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.5

數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)檢測(cè)與校正了解數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)的原因。了解數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)校驗(yàn)方式。掌握奇偶校驗(yàn)方法。掌握循環(huán)冗余校驗(yàn)碼方法。學(xué)習(xí)目標(biāo)內(nèi)容梳理差錯(cuò)控制，在數(shù)字通信中利用編碼方法對(duì)傳輸中產(chǎn)生的差錯(cuò)進(jìn)行控制，以提高數(shù)字消息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。為了確保無(wú)差錯(cuò)地傳輸，必須具有檢錯(cuò)和糾錯(cuò)的功能。數(shù)據(jù)傳輸中出現(xiàn)差錯(cuò)有多種原因，一般分成內(nèi)部因素和外部因素：內(nèi)部因素有噪音脈沖、脈動(dòng)噪音、衰減、延遲失真等；外部因素有電磁干擾、太陽(yáng)噪音、工業(yè)噪音等。2.5.1數(shù)據(jù)出現(xiàn)差錯(cuò)的原因內(nèi)部因素噪音脈沖、脈動(dòng)噪音、衰減、延遲失真等外部因素電磁干擾、太陽(yáng)噪音、工業(yè)噪音等2.5.2常見(jiàn)校驗(yàn)方式常見(jiàn)校驗(yàn)方式奇偶校驗(yàn)循環(huán)冗余碼校驗(yàn)1.奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)是一種校驗(yàn)代碼傳輸正確性的方法。根據(jù)被傳輸?shù)囊唤M二進(jìn)制代碼的數(shù)位中“1”的個(gè)數(shù)，是奇數(shù)或偶數(shù)來(lái)進(jìn)行校驗(yàn)。采用奇數(shù)的稱為奇校驗(yàn)，反之，就稱為偶校驗(yàn)。采用何種校驗(yàn)是事先規(guī)定好的，通常設(shè)置校驗(yàn)位，用它約定代碼中“1”的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。采用奇偶校驗(yàn)時(shí)，若其中兩位同時(shí)發(fā)生跳變，則會(huì)發(fā)生沒(méi)有檢測(cè)出錯(cuò)誤的情況。2.5.2.1奇偶校驗(yàn)1.奇偶校驗(yàn)采用奇偶校驗(yàn)時(shí)，若其中兩位同時(shí)發(fā)生跳變，則會(huì)發(fā)生沒(méi)有檢測(cè)出錯(cuò)誤的情況。1）校驗(yàn)方法奇校驗(yàn)：就是讓原有數(shù)據(jù)序列中（包括要加上的一位）1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)。如1000110