《數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)課件》(王磊)-第2章

第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信是計算機網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)，本章將系統(tǒng)地介紹數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的相關(guān)概念，并詳細講解數(shù)據(jù)通信中涉及到的主要技術(shù)。

第1節(jié)數(shù)據(jù)通信中的基本概念數(shù)據(jù)通信的信號表示消息、信息和信號信號是消息的載體，一般表現(xiàn)為隨時間變化的某種物理量，而消息是信號的具體內(nèi)容。在消息中包含一定數(shù)量的信息。信息的傳送一般都不是直接的，它必須借助于一定形式的信號（如電信號、光信號等），才能傳輸和進行各種處理。模擬信號和數(shù)字信號模擬信號數(shù)字信號模擬信號和數(shù)字信號模擬信號是指幅度的取值是連續(xù)的。這里“連續(xù)”的含義是在某一取值范圍內(nèi)可以取無窮多個值。

數(shù)字信號是指幅度取值是有限個數(shù)，為離散信號。它可以是二進制碼，也可以是多進制碼。

數(shù)字信號與模擬信號的區(qū)別是根據(jù)幅度取值上是否離散決定。在一定的條件下，模擬信號與數(shù)字信號可以通過轉(zhuǎn)換器（如調(diào)制解調(diào)器）進行相互轉(zhuǎn)換。

數(shù)據(jù)傳輸模式單工、半雙工和全雙工（1）單工（2）半雙工（3）全雙工異步傳輸和同步傳輸（1）異步傳輸（2）同步傳輸異步傳輸實現(xiàn)簡單但傳輸效率低；同步傳輸技術(shù)較復(fù)雜但傳輸效率高，常用于高速數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)傳輸速率調(diào)制速率調(diào)制速率用來表示信號電壓和方向的變化過程，即每秒鐘信號變化的次數(shù)。它是指在數(shù)據(jù)傳輸過程中，在信道上每秒傳輸信號碼元（波形）的個數(shù)，又稱符號速率、碼元速率或波特率，記為NBd，其單位是波特（Baud）。假設(shè)一個信號碼元持續(xù)時間為T，則調(diào)制速率為NBd為：波特比特率比特是信息論中定義信源發(fā)出信息量的度量單位。在數(shù)據(jù)通信中，用它來標識二進制代碼的位，它也是計算機使用的最小數(shù)據(jù)單位。一個比特就是一個二進制數(shù)中的“1”或“0”。比特率是指信道上每秒鐘傳輸比特的個數(shù)，記為Rb，其單位是比特/秒（bit/s或bps）。假設(shè)一個比特的持續(xù)時間為Tb，則比特率Rb為：bps例題在圖（a）和圖（b）所示的信號中，假設(shè)T=0.2s，那么它們的調(diào)制速率和比特率分別是多少？

圖（a）圖（b）調(diào)制速率和比特率的關(guān)系

比特率和調(diào)制速率的意義是不同的，它們是數(shù)據(jù)通信中非常重要的兩個概念，但往往會將兩者混淆。調(diào)制速率中的碼元可以是二進制，也可以是多進制的，調(diào)制速率不管所傳輸?shù)男盘枮槎嗌龠M制，都表示每秒鐘所傳輸波形的個數(shù)。但對于比特率，則必須折合為相應(yīng)的二進制碼元來計算。調(diào)制速率和比特率可以相互換算，換算公式如下：(其中，M為進制數(shù))第2節(jié)衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標為了使數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)能夠更快速、準確的傳遞信息，必須對數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸性能進行衡量。了解和掌握這些指標對于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的設(shè)計、維護和管理都是十分必要的。衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要性能指標有帶寬、時延、差錯率等。帶寬模擬信號的帶寬一般來說，信道的帶寬越大，模擬信號的傳輸質(zhì)量就越高。模擬通信中的信號帶寬指的是信號所具有的頻帶寬度，它的大小等于最高頻率與最低頻率之差，單位是“赫茲（Hz）”。ft0fHfL帶寬W=fH–fL數(shù)字信號的帶寬對于數(shù)字信號來說，信道的帶寬越大，信號在時間軸上所占的寬度就越小。帶寬為1Mb/s時間每秒

4

106

個比特0.25s帶寬為4Mb/s在數(shù)字通信中，線路帶寬又指數(shù)據(jù)終端的發(fā)送速率，也就是傳輸介質(zhì)每秒所能傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，單位為bps。時間1

s每秒

106

個比特11001需要注意的兩點：1.現(xiàn)在人們通常用更簡單但并不是很嚴格的記法來描述網(wǎng)絡(luò)或鏈路的帶寬，如“線路的帶寬是10M”，而省略了后面的b/s，他的意思就表示帶寬為10Mb/s。2.在通信領(lǐng)域和計算機領(lǐng)域，對數(shù)量“千”、“兆”和“吉”等的英文縮寫有些情況下意思略有不同。如計算機中的數(shù)據(jù)量往往用字節(jié)作為度量的單位。一個字節(jié)（byte）代表8個比特，它的縮寫是大寫B(tài)?！扒ё止?jié)”的“千”用大寫“K”表示，他等于210，即1024，而不是1000。而在通信領(lǐng)域小寫的“k”表示103，即準確的1000而不是1024。時延時延（delay或latency），是指一個報文或分組從一個網(wǎng)絡(luò)（或一條鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。處理時延排隊時延總時延發(fā)送時延傳播時延為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行必要處理及排隊等待所需的時間，計算時常常忽略不計各種時延產(chǎn)生的地點1011001…發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點

B結(jié)點

A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時延(即傳輸時延)在隊列中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路

是否可以認為“在高速鏈路（或高帶寬鏈路）上，比特應(yīng)當跑的更快些”？ABAB寬帶線路窄帶線路在寬帶線路上比特傳播得快

在窄帶線路上比特傳播得慢

錯誤的概念思考寬帶和窄帶線路：車速一樣寬帶線路：車道變寬比喻：汽車運貨寬帶線路窄帶線路思考收發(fā)端之間的傳輸距離為1000km，信號在媒體上的傳播速率為2×108m/s。試計算以下兩種情況的發(fā)送時延和傳播時延，并分析結(jié)果：（1）數(shù)據(jù)長度為107bit，發(fā)送速率為100kb/s；（2）數(shù)據(jù)長度為103bit，發(fā)送速率為1Gb/s。

在數(shù)據(jù)通信中，發(fā)送時延和傳播時延哪個是占主要地位的？例題差錯率差錯率是衡量數(shù)據(jù)傳輸可靠性的一個重要指標，它反映了各種干擾、信道質(zhì)量對通信可靠性的影響。誤碼率誤比特率可靠性與有效性數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的可靠性通常用差錯率來衡量，而有效性通常用帶寬、時延等指標來衡量。可以想象，若一味地追求高帶寬、低時延，必然會導(dǎo)致差錯率的提升；若想降低差錯率，則需增加一系列的差錯校驗機制，這又必然會導(dǎo)致傳輸效率的降低。因此，可靠性與有效性是相互矛盾的。在進行數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)設(shè)計時，應(yīng)在滿足其可靠性的基礎(chǔ)上，盡量地提高有效性。

有效性可靠性第3節(jié)數(shù)據(jù)編碼

數(shù)據(jù)編碼是指把需要加工處理的數(shù)據(jù)庫信息，用特寫的數(shù)字來表示的一種技術(shù)，是根據(jù)一定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和目標的定性特征，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為代碼或編碼字符，在數(shù)據(jù)傳輸中表示數(shù)據(jù)組成，并作為傳送、接收和處理的一組規(guī)則和約定。

數(shù)據(jù)編碼概述數(shù)據(jù)

模擬數(shù)據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)

信號

模擬信號數(shù)字信號

數(shù)據(jù)與信號有四種組合方式：數(shù)字數(shù)據(jù)——模擬信號編碼

數(shù)字數(shù)據(jù)——數(shù)字信號編碼

模擬數(shù)據(jù)——數(shù)字信號編碼模擬數(shù)據(jù)——模擬信號編碼數(shù)字—數(shù)字編碼數(shù)字—數(shù)字編碼是用數(shù)字信號來表示數(shù)字信息。為了更好的理解該編碼過程，必須要搞清楚以下基本概念：1.單極性和雙極性2.如何判斷高電平和低電平3.收發(fā)端之間的信號必須保持嚴格的同步關(guān)系單極性不歸零編碼單極性不歸零編碼是最簡單、最基本的編碼，它只采用一個電壓值（0和+E）表示數(shù)據(jù)信息。

單極性歸零編碼單極性歸零編碼使數(shù)據(jù)“1”對應(yīng)一個+E或-E脈沖，但該脈沖僅維持碼元時間的一部分（如碼元時間的一半）就變成0電平；對于數(shù)據(jù)“0”則不對應(yīng)脈沖，仍按0電平傳輸。

雙極性不歸零編碼雙極性不歸零編碼對于數(shù)據(jù)“1”，用+E或-E電平傳輸，對于數(shù)據(jù)“0”，用-E或+E電平傳輸，其特點基本上與單極性不歸零編碼相同。

雙極性歸零編碼雙極性歸零編碼對于數(shù)據(jù)“1”，用+E或-E電平傳輸，對于數(shù)據(jù)“0”，用-E或+E電平傳輸，且相應(yīng)的脈沖持續(xù)時間都小于碼元持續(xù)時間。

曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼規(guī)律為：將未經(jīng)編碼的二進制基帶數(shù)字信號用高電平和低電平不斷交替的信號表示，至于用從高電平到低電平的跳變還是從低電平到高電平的跳變來表示“1”，原則上都可以。差分曼徹斯特編碼在差分曼徹斯特編碼中，每位中間的跳變并不用來表示數(shù)據(jù)，它利用每個碼元開始時有無跳變來表示“0”或“1”，有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。

模擬—數(shù)字編碼模擬—數(shù)字編碼就是用數(shù)字信號表示模擬信息。從嚴格意義上講，這一編碼過程更準確的說法應(yīng)該是把模擬數(shù)據(jù)變成數(shù)字數(shù)據(jù)，稱為數(shù)字化（Digitization）。下圖所示是一個典型的數(shù)字化傳輸系統(tǒng)。

脈沖編碼調(diào)制PCM的理論依據(jù)是奈奎斯特抽樣定理，即若帶限信號的頻率上限為fH，用fS≥2fH的頻率對其進行抽樣，那么在接收端就可以通過低通濾波器將該信號完整的恢復(fù)出來。

脈沖編碼調(diào)制（PCM）PCM的編碼過程包括采樣、電平量化和編碼三個步驟。

脈沖編碼調(diào)制（PCM）差錯控制編碼差錯控制編碼概述差錯控制編碼的實質(zhì)就是通過增加冗余信息來保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾院蜏蚀_性。

差錯控制的基本方式差錯控制中的基本概念（1）碼重分組碼的一個碼組中“1”的個數(shù)，碼重是沒有單位的。（2）碼距兩個碼組對應(yīng)位上數(shù)字不同的位數(shù)稱碼組間的碼距。（3）最小碼距某種編碼所產(chǎn)生的各個碼組間距離的最小值。1.碼組“100111010”的碼重是多少？2.碼組“10111”和“10101”的碼距是多少？3.碼組“10111”和“101010”的碼距是多少？4.碼組“10111”、“10000”和“01110”的最小碼距是多少？5.若有一組三位二進制碼，需要在傳輸中能夠檢測出1位錯誤，則對最小碼距d有何要求？練習(xí)奇偶校驗奇偶校驗是一種最簡單的檢錯碼，它在低速率通信設(shè)備中應(yīng)用非常普遍。其編碼規(guī)則是：首先將要傳輸?shù)男畔⒎纸M，然后在各組信息后邊加一位校驗位，校驗位的取值使得整個碼組（包含校驗位）中“1”的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。

奇偶校驗的主要優(yōu)點是簡單，缺點是當出現(xiàn)偶數(shù)個錯誤的時候檢測不能顯示出錯，因此奇偶校驗只能檢測出部分傳輸差錯。

為了增強奇偶校驗的檢錯能力，人們在奇偶校驗的基礎(chǔ)上又開發(fā)出了二維奇偶校驗的方法（又稱水平垂直奇偶校驗），其方法是對數(shù)據(jù)塊進行水平和垂直兩個方向進行校驗，其在傳輸時按列順序進行傳輸。

采用二維奇偶校驗以后，數(shù)據(jù)傳輸相對要可靠的多，但如果傳輸過程中出現(xiàn)差錯，則必須在傳輸全部結(jié)束后才能檢測出來。

位碼字偶校驗位1234567811100101002001101010311110010141011000105001001101偶校驗位100110100二維奇偶校驗示例循環(huán)冗余校驗（CRC）循環(huán)冗余校驗（CyclicRedundancyCode，CRC）是普蘭奇（Prange）在1957年提出的。在其后的20多年里，隨著循環(huán)碼的代數(shù)結(jié)構(gòu)、性能和編譯方法的不斷提高，極大的推動了循環(huán)冗余校驗在實際差錯控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。目前，循環(huán)冗余校驗過程已由集成電路產(chǎn)品實現(xiàn)，由于其運算速度較快，因此在多種通信和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中廣泛應(yīng)用。

循環(huán)冗余校驗是一種通過多項式除法運算檢測錯誤的方法，因此首先需要了解多項式和二進制數(shù)之間的聯(lián)系。

【注】關(guān)于多項式和二進制數(shù)從數(shù)學(xué)的角度來講，所有的數(shù)都可以用多項式來表示。例如，123可以表示為：

123=1×102+2×101+3×100

這里的1、2、3分別是多項式的系數(shù)。擴展開來，對于二進制數(shù)10111，可以表示為以x為基數(shù)的多項式：

x4+x2+x+1

當然，反過來用一串二進制數(shù)來表示一個多項式也是可以的。練習(xí)：多項式和二進制數(shù)的相互轉(zhuǎn)換1011010，000001，x7+x5+x2+1CRC碼的生成和校驗（原理）①確定生成多項式G（x）；②在數(shù)據(jù)末尾加“0”，“0”的個數(shù)與生成多項式次數(shù)一致；③用加“0”后的多項式除以G（x）；④用得到的余數(shù)去替換第②步加上的“0”，發(fā)送數(shù)據(jù)；⑤接收端收到數(shù)據(jù)后，用數(shù)據(jù)除以G（x），若余數(shù)為“0”，則表示數(shù)據(jù)傳輸正確，否則表示傳輸錯誤。舉例：多項式的除法計算一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)采用CRC校驗，假設(shè)要發(fā)送的數(shù)據(jù)為1010001101，生成多項式G(x)=x5+x4+x2+1，那么實際發(fā)送的比特串是多少？

1101010110

←

Q

商

除數(shù)

P→

110101101000110100000

←

2nM被除數(shù)

110101

111011

110101

111010

110101

111110

110101

101100

110101

110010

110101

01110

←

R

余數(shù)因此，所發(fā)送的數(shù)據(jù)串為101000110101110。擴頻編碼擴頻是擴展頻譜（SpreadSpectrum）的簡稱，它是一種專為無線通信量身定做的傳輸技術(shù)，現(xiàn)在也將其看作是一種編碼。它的基本思想是將攜帶信息的信號擴展到較寬的頻譜中，用以加大抗干擾和抗竊聽能力。其具體做法是在發(fā)送端將數(shù)據(jù)利用擴頻碼調(diào)制實現(xiàn)頻譜擴展后，再進行寬帶通信；接收端則采用相同的擴頻碼進行解擴和解調(diào)，恢復(fù)成原始數(shù)據(jù)信號。

擴頻原理跳頻（FH）直接序列擴頻（DSSS）第4節(jié)數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)交換的概念數(shù)據(jù)交換的必要性多個用戶之間進行數(shù)據(jù)通信，最簡單的實現(xiàn)方法就是在任意兩個用戶之間建立直達線路，這種實現(xiàn)方式稱為全連接，由全連接方式形成的通信網(wǎng)，叫做完全連接網(wǎng)。若有N部電話需要進行通信，則需要N（N-1）/2根線，也就是說，當需要通信的電話數(shù)量增大時，需要的電線數(shù)量與電話數(shù)的平方是成正比的，而這在現(xiàn)實中是不可能進行實現(xiàn)的。因此，當電話的數(shù)量增多時，就需要使用交換機或一個具備交換功能的網(wǎng)絡(luò)把它們連接起來，使任何一個通過該交換機（或者接入到該交換網(wǎng)）的用戶都能夠?qū)崿F(xiàn)通信操作。所謂交換，其實就是在多個數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）之間為通信雙方建立臨時互連通路的過程。數(shù)據(jù)通信與計算機網(wǎng)絡(luò)中常見的交換方式有三種：電路交換、報文交換和分組交換。

電路交換電路交換是在收發(fā)端之間建立電路連接，并將該連接保持到通信結(jié)束的一種交換方式。目前，電信網(wǎng)中所采用的就是這種交換方式。

電路交換的原理為了更好的理解電路交換的基本原理，可以先來看一下電話通信的具體過程：在打電話之前，首先需要進行撥號，連接成功后就可以進行通話，通話完成后需要把電話掛掉。即經(jīng)過了“撥號—通話—掛機”三個步驟。

而在電路交換中，我們形象的把這三步分別稱為：建立連接→通信→釋放連接注意：這里需要指出一個概念，所有象這種必須通過“建立連接→通信→釋放連接”三個步驟的連網(wǎng)方式我們稱為是“面向連接的”連網(wǎng)方式。否則就可以稱為是“無連接的”連網(wǎng)方式。因此可以看出，電路交換必定是面向連接的。若建立一個如下圖所示的電路交換網(wǎng)絡(luò)，其中A、B、C、D、E為網(wǎng)絡(luò)通信站點，1、2、3、4、5、6、7為交換結(jié)點，站點A若要和站點D進行電路交換，需經(jīng)過以下步驟：

電路交換舉例（電信網(wǎng)）DCA和B通話經(jīng)過四個交換機通話在A到B的連接上進行((((交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換舉例（電信網(wǎng)）(((交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA(C和D的通話只經(jīng)過一個本地交換機通話在C到D的連接上進行電路交換的特點（1）數(shù)據(jù)傳輸快速可靠，實時性好，且順序不會發(fā)生錯亂。（2）交換結(jié)點對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)不分析、不存儲、不處理，開銷小，效率高。（3）提供“透明通路”，即對通信的內(nèi)容與形式不加限制，只要通信雙方可以理解即可。（4）由于通信中信道被通信雙方獨占，導(dǎo)致線路利用率低。（5）傳輸質(zhì)量較多的依賴于線路性能，差錯率較高。（6）安全性較差。

電路交換的適用場合電路交換適用于傳輸信息量較大，通信對象比較確定且對安全性要求不太高的用戶。電路交換并不適合于計算機之間的通信。

報文交換由于電路交換的資源利用率低，不同類型的用戶間不能直接開通，靈活性差，所以，又發(fā)展了報文交換。報文交換的原理報文交換的基本思想是“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”。網(wǎng)絡(luò)中的交換結(jié)點收到數(shù)據(jù)后，將其存儲到緩存中，查找該數(shù)據(jù)的目的地址及對應(yīng)的路由，并逐步轉(zhuǎn)發(fā)到目的站點。

報文交換的特點（1）線路利用率高。（2）可以實現(xiàn)不同類型用戶之間的通信。（3）報文通過交換結(jié)點的時延較大，不利于實時通信。（4）交換結(jié)點需要有較大的緩存和較強的處理功能，增加了網(wǎng)絡(luò)成本。

報文交換雖然解決了電路交換的部分缺點，但由于其高時延和高成本，因此在實際應(yīng)用中并不多見。尤其是在分組交換產(chǎn)生之后，報文交換已經(jīng)逐步退出歷史舞臺。

分組交換分組交換產(chǎn)生的背景20世紀60年代，世界正處于美蘇爭霸的格局下。當時，采用電路交換的電信網(wǎng)已經(jīng)非常完善，但戰(zhàn)爭期間，一旦正在通信的鏈路中有一個交換結(jié)點被摧毀，整個通信鏈路將中斷，而要重新恢復(fù)通信必須再次建立連接，這幾秒到十幾秒的通信中斷在戰(zhàn)爭中是無法容忍的。在這樣的背景下，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的高級研究規(guī)劃署ARPA（AdvancedResearchProjectAgency）提出要研制一種新型的、適用于現(xiàn)代戰(zhàn)爭的網(wǎng)絡(luò)，主要用于對付前蘇聯(lián)的核威脅。

根據(jù)美國軍方提出的要求，這種新型的網(wǎng)絡(luò)必須滿足以下的一些要求：1.和傳統(tǒng)的電信網(wǎng)不同，這種新型的網(wǎng)絡(luò)不是為了打電話，而是用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送。2.新型的網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計算機，而不局限于單一類型的計算機。3.所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都同等重要。因為網(wǎng)絡(luò)必須經(jīng)受的住敵人的核打擊，所以在網(wǎng)絡(luò)中不能有某些特別重要的節(jié)點，否則敵人將首先瞄準和摧毀這些重要的節(jié)點。4.計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。當網(wǎng)絡(luò)中的某一節(jié)點或鏈路被破壞時，冗余的路由能夠使正在進行的通信自動找到合適的路由，使通信維持暢通。5.網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當盡可能的簡單，但能夠非?？煽康膫魉蛿?shù)據(jù)。根據(jù)這些要求，一批專家終于設(shè)計出了使用分組交換的網(wǎng)絡(luò)。分組交換的原理分組交換仍然沿用報文交換的“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式。不同的是，分組交換不再以整段數(shù)據(jù)作為傳輸單位，而是將長報文劃分為較短的、長度相等的數(shù)據(jù)段，在每一段數(shù)據(jù)前邊加上一個首部（包含地址等控制信息）構(gòu)成分組再進行發(fā)送。接收端收到這些分組后，根據(jù)首部中所含信息將其按序排列，并剝?nèi)ナ撞?，恢?fù)成原來的長報文。

報文1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸1.在發(fā)送端，先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。

數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文首部首部首部分組

1分組

2分組

3請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”2.在每一個數(shù)據(jù)段前添加首部構(gòu)成分組。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

33.分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。首部的重要性：（1）每一個分組的首部都含有地址等控制信息。（2）分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機。（3）用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3收到的數(shù)據(jù)4.接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文11010001101010101101010111000100110100105.在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文。這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！結(jié)點交換機主機分組交換網(wǎng)示意圖H1A分組交換網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組結(jié)點交換機主機在結(jié)點交換機

A

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點交換機

C

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在結(jié)點交換機

E

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達目的主機

H5注意分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)的過程ABCDEH1H5H2H4H3H6高速鏈路結(jié)點交換機123412341

2

3

412

3

41

2

3

4需要說明的是，每個結(jié)點交換機都是有多個端口的。分組交換的特點（1）報文交換所有的優(yōu)點。（2）一般情況下可滿足實時性通信的要求。（3）可靠性高、經(jīng)濟性好。（4）網(wǎng)絡(luò)中附加的信息較多，對長報文的傳輸效率低。（5）技術(shù)實現(xiàn)相對復(fù)雜。

總體來說，分組交換集成了電路交換和報文交換的主要優(yōu)點，且非常適合于傳輸數(shù)字信息，因此是目前使用最多的交換方式。

P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放三種交換方式的比較第5節(jié)數(shù)據(jù)通信的傳輸信道信道概述所謂信道，是指信息傳輸?shù)耐ǖ?。目前對于信道有兩種理解：一種是指信號的傳輸介質(zhì)，如雙絞線、光纖等，稱為狹義信道；另一種則是將傳輸媒體和完成各種形式的信號變換功能的設(shè)備包含在內(nèi)，統(tǒng)稱為廣義信道。在論述通信原理時，信道一般是指廣義信道；但在描述信號通路時，信道又指狹義信道。

除了廣義信道和狹義信道外，信道還有多種分類方法：可按傳輸介質(zhì)分為有線信道和無線信道；按傳輸信號的類型分為模擬信道和數(shù)字信道；按使用方法分為專用信道和公用信道；還可按參數(shù)特性分為恒參信道和隨參信道。

傳輸介質(zhì)雙絞線雙絞線（TwistedPair）是由兩根絕緣銅線相互絞在一起而構(gòu)成的，并因此得名。將兩根導(dǎo)線絞在一起的目的是為了減少干擾。雙絞線是目前網(wǎng)絡(luò)中最常用的傳輸介質(zhì)。

雙絞線分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）兩種。相對于UTP，STP又在銅線外部加了一層金屬層來屏蔽電磁干擾。雖然STP的抗干擾性能更強，但其價格比UTP要貴且安裝困難，因此在實際工程中的用途遠不如UTP廣泛。

屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線根據(jù)EIA/TIA制定的標準，UTP可分為1類線、2類線、3類線、4類線、5類線、超5類線、6類線、超6類線、7類線等幾種類型。在這些類型中，類數(shù)越高，說明雙絞線支持的傳輸速率越快，傳輸效果越好。

將兩根導(dǎo)線絞在一起的目的，是為了減少一根導(dǎo)線中電流發(fā)射的能量對另一根導(dǎo)線產(chǎn)生干擾，而且絞在一起有助于減少其他導(dǎo)線中的信號對這兩根導(dǎo)線的干擾。因為，當兩根導(dǎo)線靠的很近且相互平行時，一根導(dǎo)線中電流信號的變化將在另一根線上產(chǎn)生相似的電流變化；若兩根導(dǎo)線靠得很近且相互垂直時，某根導(dǎo)線中電流信號的變化幾乎不會在另一根導(dǎo)線上產(chǎn)生電流。

5類線的排線標準：

T568A：綠白、綠、橙白、藍、藍白、橙、棕白、棕。T568B：橙白、橙、綠白、藍、藍白、綠、棕白、棕。若一根網(wǎng)線的兩端都采用T568B標準進行排列，稱其為直連線，用于連接不同類型的設(shè)備（如計算機到交換機、交換機到路由器等）；若一根網(wǎng)線的一端采用T568A標準排列，另一端采用T568B標準排列，稱其為交叉線，用于連接相同類型的設(shè)備（如計算機到計算機、交換機到交換機等）。

（在100Mbps以下的網(wǎng)絡(luò)中，只有橙白、橙、綠白、綠四根線有用）

5類線的制作第一步：準備工具第二步：準備剝線5類線的制作第三步：抽出外套層5類線的制作第四步：露出四對電纜5類線的制作第五步：按序號排好5類線的制作第六步：排列整齊5類線的制作第七步：剪斷5類線的制作第八步：剪斷后5類線的制作第九步：放入插頭5類線的制作第十步：準備壓實5類線的制作第十一步：壓緊（A）5類線的制作第十一步：壓緊（B）5類線的制作第十二步：完成5類線的制作同軸電纜同軸電纜是由兩根同軸心、相互絕緣的圓形金屬導(dǎo)體（也稱同軸對）構(gòu)成，或是由這樣的同軸對作為基本單元、多個同軸對所組成的電纜。最里邊是內(nèi)導(dǎo)體，外包一層絕緣材料，外邊再套一個空心的圓柱形外導(dǎo)體，最外邊則是起保護作用的塑料外皮。與雙絞線相比，同軸電纜的價格貴，但帶寬大、數(shù)據(jù)速率高、傳輸距離長、抗干擾性能強，因此在較長一段時間內(nèi)被用于局域網(wǎng)中。隨著雙絞線技術(shù)的提高，同軸電纜已經(jīng)逐步被高性能的雙絞線所取代。

光纖光纖由能傳送光波的超細玻璃纖維（SiO2）制成，外包一層比玻璃折射率低的材料，使進入光纖中的光波在兩種材料的界面上形成全反射，從而不斷的向前傳播。多模光纖和單模光纖h1

多模輸入電信號輸出電信號單模

波長:1300,1550nmh2波長

:850,1300nmh2h1芯/封套特性光纖的直徑減小到一個光波波長光纖信道的特點傳輸頻帶極寬傳輸容量極大傳輸損耗小抗干擾能力強保密性能好傳輸質(zhì)量高無線介質(zhì)◆兩個地面站之間傳送◆距離：50km左右地球地面站之間的直視線路

微波傳送塔微波中繼無線介質(zhì)衛(wèi)星通信地球地面站地面站22,300公里地球無線介質(zhì)地球同步衛(wèi)星信道容量為了提高信號的傳輸效率，人們總是希望在一定的時間內(nèi)能夠傳輸盡可能多的數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生盡可能少的差錯。但只要是數(shù)字信號通過實際的信道，必然會產(chǎn)生失真。實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴重)輸入信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴重)奈奎斯特第一準則低通與帶通的概念0wf低通信道0w1w2f帶通信道奈奎斯特第一準則在帶寬為W（Hz）的理想低通信道中，信息的極限碼元傳輸速率為2W（Baud）；在帶寬為W（Hz）的理想帶通信道中，信息的極限碼元傳輸速率為W（Baud）。

注意：上面所說的具有理想特性的低通或帶通信道是理想化的信道，它和實際上所使用的信道當然有相當大的差別。所以，一個實際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯的低于奈奎斯特第一準則給出的這個上限數(shù)值。例題有一個帶寬為3100Hz的理想低通信道，其最高碼元傳輸速率是多少？若一個碼元攜帶了4bit的信息量，其最高信息傳輸速率是多少？

解：根據(jù)奈奎斯特第一準則，帶寬為3100Hz的理想低通信道的極限碼元速率為2×3100=6200Baud。再根據(jù)碼元速率的定義得知，一個碼元攜帶4bit的信息量表示1Baud=4bit/s。因此，該信道的最高信息傳輸速率為6200×4=24800bit/s。

香農(nóng)定理1948年，香農(nóng)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道所能達到的極限傳輸速率。香農(nóng)定理指出：信息的極限傳輸速率C為：

C=Blog2（1+S/N）bps式中，B為信道的帶寬（單位是Hz），S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率，N是信道內(nèi)的高斯噪聲功率。S/N稱為信噪比，它的單位是1，但實際描述中常用分貝（dB）表示，他們有如下轉(zhuǎn)換關(guān)系：S/N（dB）=10log10（S/N）

例題某信道帶寬為3100Hz，信道上僅存在高斯白噪聲，信噪比為30dB，求信道容量。

解：當信噪比比30dB時，S/N=1000，代入香農(nóng)公式，得C=Blog2（1+S/N）=3100log2（1+1000）≈30900bit/s

香農(nóng)定理表明，信道的帶寬或信噪比越大，在信道內(nèi)的極限傳輸速率就越高?；蛘哒f，只要信道內(nèi)僅存在高斯白噪聲且傳輸速率低于極限傳輸值，就一定能夠找到一種辦法實現(xiàn)無差錯的傳輸。但是，香農(nóng)并沒有指出具體的實現(xiàn)方法，因此香農(nóng)定理所指出的信道容量，目前只是一個衡量實際數(shù)據(jù)通信系