数据通信与通信网基础2课件

3.5

数据交换技术若H1与H5A与E分别称源结点与宿结点。通信子网必须能为所有进网的数据流提供从源结点到宿结点的通路，而实现这种数据通路的技术就称为数据交换技术。从通信资源的分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换是面向连接的。在线路交换和转接过程中，通信的双方首先必须通过网络节点建立起专用的通信信道，即在两个网络节点之间建立起实际的物理线路连接，然后，双方使用这条端到端的线路进行数据传输。如电话通信系统。3.5.1电路交换(CIRCUITSWITCHING)利用电路交换进行通信过程电路建立数据传输拆除电路特点电路建立时间延迟大线路利用率低传输实时性、透明性好适合于远程批处理信息传输和实时性要求高的场合报文交换在报文交换方式中，当一个站点要发送数据给另一个站点时，不需要事先在两站之间建立专用通路。报文交换的特点线路利用率高，故障的影响小不需要收、发两端同时处于激活状态延迟时间长，不适合于对实时性要求强的传输，例如：会话或实时转播等。报文长度不限对中间节点的要求高，例如：存储能力或处理能力等。

通信不可靠、失序有时中间节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文；而且发出的报文不按顺序到达目的。报文交换的主要缺点每一个结点对报文数据的存储转发时间较长，传输一份报文的总时间并不比采用线路交换方式短，或许会更长。因此，报文交换不适于传输实时的或交互式业务，例如话音、传真飞终端与主机之间的会话业务等。事实上，报文交换只是主要应用于非计算机数据业务（如民用电报业务）的通信网中，以及公共数据网发展的初期。2.分组交换(packetswitching)

分组交换将用户的大报文分成若干个报文分组(包)，并以报文分组为单位在网络中传输。每一个报文分组均含有数据和目的地址，同一个报文的不同分组可以在不同的路径中传输，到达终点以后，再将它们重新组装成完整的报文。特点：开销大（地址信息），适应少量数据的传送。每个数据报（即分组）必须携带详细的地址信息。通信不可靠、失序。故障的影响小。数据报可以绕开故障区而到达目的地。三种交换的比较3.5.3高速交换技术帧中继交换帧中继是一种减少结点处理时间的技术。帧中继以帧为单位进行交换，又称为快速分组交换异步传输模式ATM以信元为基本传输单位，主要采用了信元交换和异步时分多路复用技术。可以动态分配带宽，因此非常适合于输出突发性数据。3.6数据通信的主要性能指标3.6.1数据传输速率与信道带宽1.基本概念信道带宽带宽是指物理信道的频率宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差，单位为赫兹(Hz)。信道带宽则限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频率，也就是限定了一个频率通带。数据传输速率指单位时间内信道上传送的信息量，单位为比特/秒(bit/second)，记作bps。信道容量及NYQUIST原理问题：一个模拟信号对脉冲载波进行PCM

调制，就得到相应的数字信号，这是采样。从采样得到的数字信号能否恢复原模拟信号？采样定理：设模拟信号的带宽是W，Ts是采样间隔，则当采样率fs=1/Ts=2W时，由采样数据就可以恢复原模拟信号。话音频率<4000Hz，采样率8000次/秒。从采样定理可以得到信道带宽与信道的数据传输速率的关系—Nyquist原理：设信号是M值，带宽为W的信道传输的二进制数据的最大速率，即信道容量为

C=2Wlog2

M M=

2，C=2W信道容量--最大数据传输率M最大数据率(C)26000bps412000bps818000bps1624000bps3230000bps6436000bpsD=2Wlog2KD=传输率，单位b/s或bpsW=带宽，单位HzK=信号电平级数例如：话音级线路(3000Hz)的信道容量计算，如右图所示。Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。Nyquist公式：用于理想信道非理想信道实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。a）衰减

信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。b）延迟信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。c）噪声

热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。

串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线

脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等）。噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。Nyquist公式和Shannel公式的比较●D=2Wlog2K说明数据传输率D随信号编码级数增加而增加。●C=Wlog2(1+S/N)说明信道能达到的最高传输速率。对于一个物理信道而言，如果带宽、噪声、传输介质等已经确定，那么按照香农定理，其最大传输速率（极限速率）也就确定了，采用不同的调制技术，可以得到不同的数据传输速率，但总是小于香农定义的极限速率。反过来，如果噪声、传输介质、调制技术等都已确定，那么带宽越宽（如从10MHz扩充到20MHz），意味着数据传输速率越高。3.6.2误码率Pe误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率，也称为“出错率”。误码率是衡量通信系统在正常的工作情况下传输可靠性的指标传输延迟信息传输的延迟指数据从信源（源计算机）到信宿（目的计算机）所花费的时间。信息传输的延迟时间主要与发送和接收处理时间、电信号响应时间、中间转发时间以及信道传输延迟时间有关。[Return]3.6.3影响信道质量的其他因素3.7.2 公用分组交换网采用X.25协议，又叫X.25网X.25是一种老式的数据通信服务，应用在线路质量不可靠的模拟电话线路上，协议的很大部分集中在寻址、流量控制、差错校验等一系列问题上，效率很低，速率一般小于或等于60Kbps。X.25协议是ITU－T制定的“在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备（DCE）之间的接口”规范X.25的分组有两类，即控制分组和数据分组。虚电路的建立、数据传输的流量控制、虚电路的拆除等，都要用到控制分组。每个X.25分组由分组头部和分组的数据部分组成。X.25由分组交换机、用户接入设备和传输线路组成。3.7.3 数字数据网数字数据网（DDN）是一种利用数字信道（光纤、数字微波、卫星）和数字交叉复用技术组成的、以传输数字信号为主的数字数据传输网络。DDN简称专线。我国的DDN网叫china

DDN，一般提供N＊64Kbps的数据速率，目前最高为2Mbps，由DDN交换机和传输线路组成。3.7.4 帧中继网帧中继是一种支持HDLC规程的宽带数据业务标准，由X.25分组交换技术演变而来，与X.25相比，不再强调数据传输的可靠性，而重于数据的快速传输，最大限度地提高网络的吞吐量。帧中继是一种快速分组交换技术。帧中继省略了X.25的分组层，以数据链路层的帧为基础实现多条逻辑链路的统计复用和转换。帧中继网由三部分组成：帧中继接入设备（FRAD）是具有帧中继接口的任何类型的接入设备，如主机、分组交换机、路由器等帧中继交换设备。有帧中继交换机、具有帧中继接口的分组交换机及其他复用设备,为用户提供标准的帧中继接口。公用帧中继业务。该业务是通过用户网络接口（UNI）提供的，UNI的用户一侧是帧中继接入设备，用于本地用户设备接入帧中继网络；另一侧是帧中继交换设备，用于帧中继接口与骨干网之间的连接。3.7.5综合业务数字网（ISDN）以电话综合数字网为基础发展而成的通信网，以公用电话交换网作为通信网络，即利用电话线进行数据传输。它提供端到端的数字连接承载包括语音和非语音在内的多种电信业务。它的基本特性是在各用户之间实现64KbpS或128KbpS速率为基础的端到端的透明传输。ISDN的速率和接口标准：基本速率接口，即2B十D，其中B为64KbpS的数字信道，D为16KbpS的控制数字信道；机群速率接口，即30B＋D或23B＋D，其中B和D均为64KbpS的数字信道。B信道主要用于传送用户信息流，D信道主要用于传送电路交换的信息或传送分组交换的数据信息。目前，电信部门采用的接口标准是2B十D，即两个数字信道。由于ISDN完全采用数字信道，因而能获得较高的通信质量与可靠性。同时，ISDN为今后可能出现的新的通信业务提供了可扩展性传统的电信网向ISDN发展的过程ISDN具有如下优点：速率快。通常调制解调器传输速率最高不超过56KbpS，而目前电信部分开设的2B＋D在使用一个信道（即IB）时传输速率是64Kbps，而使用两个信道（2B）时的传输速率为128Kbps。可靠性强。ISDN将您和电话线之间的最后100英尺变成数字连接。ISDN的数字传输比模拟传输受静电和噪音的影响要小，传输数据更加安全可靠。可适用的领域宽，其中包括计算机联网、远程通信、文件交换、工作站／语音通信、图像传送、多媒体信息存取等。可同时执行多个通信任务，在一条ISDN电话线上可以用一条信道保持声音通话，用另一条信道上网。3.7.6非对称数字用户环路（ADSL）利用普通电话线进行高速数据传输。ADSL技术提供的数据传输速率是不对称的，下行速率是：1．5～8MbpS，而上行速率最高只有1Mbps。ADSL的最大传输距离为5.5km。与电话拨号和ISDN拨号相比，除传输速度快的优点之外，ADSL它采用的是专线的连接方式，ADSL调制解调器与网络总是处于连接的状态;另一方面，ADSL可以做到打电话和上网同时进行。ISDN的电话通信是在ISDN信道上实现的，因而本地断电的时候会造成无法打电话的问题，ADSI无论是否有电，都不用担心。

ADSL设计目的有两个功能：高速数据通信和交互视频。数据通信功能可为因特网访问、公司远程计算或专用的网络应用。交互视频包括高速网络视频通信的视频点播（VOD）、电影、游戏等3.7.7有线电视网络（cabletelevisionnetwork）以有线电视使用的宽带同轴电缆作为传输介质，利用有线电视网（CATV）提供高速数据传输的广域网连接技术。电缆调制解调器（cablemodem）除了提供视频信号业务外，还能提供语音、数据等宽带多媒体信息业务。这种技术也具有不对称的特性，上行速率是768Kbps，下行速率最高可以达到38Mbps。在使用cablemodem技术时，须对现有CATV系统进行双向改造，使之成为HFC系统，即双向系统。1.差错的分类①热噪声差错：由传输介质的电子热运动产生的。这类干扰信号的特点是：时刻存在，但幅度较小，对传输信号的影响较弱，提高传输介质质量是消除这类干扰的有效办法。②冲击噪声差错：由外界电磁干扰引起的，这类干扰信号的出现无任何规律可言，而且幅度较大，是引起传输差错的主要原因。3.8差错控制技术2.差错控制在接收端对收到的数据进行检测，并进行纠正。这种方法在通信系统中称为差错控制。无差错传输通常采用的两种控制技术检错法：让每个传输分组带上足够的检测信息，以便在接收端能发现错误并根据这些附加的检测信息还原出原始信息(2)纠错法(又称为正向纠错法)：让分组中附加一定的检测信息，使接收端能够发现接收的信号中有错误，但不能确定哪一位是错误的，只能通知发送方要求重发3.常用检错码水平奇偶校验以字符为单位的校验方法。在每个字节的尾部加上一个校验位，构成带有校验位的码组，使得码组中‘1’的个数为偶数个（偶校验）或奇数个（奇检验）。垂直奇偶校验：在整个数据段所有字节的某一位上进行奇偶校验方块校验(也称水平垂直冗余校验LRC)奇偶校验实现简单，但检错能力差，一般只用于低速传送环境。循环冗余校验CRC

最精确和最常用的差错控制技术是循环冗余校验(CRC)，其基本思想是先建立实际发送数据的二进制之间的数量关系。CRC码是把待发送的二进制数据序列当作一个多项式f(x)的系数，发送之前用收发双方预定的一个生成多