第二章数据通信基础2

2.2.3 模拟数据在数字信道上传输 采用脉冲编码调制 PCM（ pulse code modulation）技术，此技术以采样定理为基础 采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信号 f(t）最高频率的二倍对该信号进行采样，则这些采样值中包含了全部原始信号信息 转换的过程：采样，量化，编码量化：将幅值划分为 n个量化级，将采样得到的数值用取整或四色五入等方法归到某个临近的整数值编码：用一定的二进制数字表示量化后的幅值采样、量化、编码语音信道 语音数据的最高频率通常为 3400HZ，一般语音提供带宽4KHZ，根据 Nyquist定理，采样频率 8000次 /秒足以捕获所有的信息即每次采样 125us 对于每个采样值还需要用一个二进制代码表示，二进制代码的位数表示了采样值的量化精度。在主干上，每一路的语音信号通常采用 8位二进制代码来表示一个采样值，那么对语音信号进行 PCM编码后要求的数据传输速率为64Kbps2.2.4 基带传输、频带传输和宽带传输 基带传输：由信源产生的原始电信号。比如将数值数据 0、 1直接用两种不同的电压表示后送到线路上去传输局域网采用基带传输方式 频带带传输：将基带信号进行调制后形成模拟信号，进行传输 宽带传输：很多的频带传输放在一条物理介质上采用频分复用技术实现传输就是宽带传输有线电视网：带宽可达 750MHZ。有线通上网就需要解决双向传输的问题，混合光纤 HFC（频段 54 550MHZ是电视信号， 550 750MHZ是数字数据2.2.5 异步通信和同步通信 在数字数据通信中，一个最基本的要求就是发送端和接收端之间以某种方式保持位同步，接收端必须对所接收的数据流中的每一位进行正确的采样，才能保证数据接收的正确性 接收器和发送器要做的事情1、识别各数据位每个时钟的起止时刻 ,它也必须知道每个位的持续时间 ,以在适当的时刻对传输线采样 ,读出每个 bit。（位同步）2、接收器的时钟与发送器保持相同的频率，以保证单位时间读取的信号单元数相同，也即保证传输信号的准确性 同步问题细解 当发送器与接收器的时钟不完全一致准确时就会出现问题。假如偏移一个百分点 (接收器的时钟比发送器的快或慢1%),则第一次采样将偏离位中央 (位中央分别距位起始及位终止处 0.5ms)0.01位时间 (0.01ms)。在 50次或更多次的采样后 ,接收器将因在不正确的位时间采样而出现错误(500.01=0.5ms)。 对较小的定时误差 ,这种差错可能会推迟出现 ,但只要发送器发送一个足够长的位串并且发送器和接收器之间没有同步机制 ,接收器与发送器就有可能出现失去同步。 在数字通信中，发送器传输的数据信息，可能是每次发送一个字符，又可能是每次发送一个数据帧（大的数据块）异步通信 异步通信： 发送方或接收方之一无需向对方发送时钟同步信号（ 发送方和接收方采用独立时钟） 异步通信特点：1）以字符为单位的数据传输并且以特殊的位作为标志，每个字符要附加 1位起始位和 1位停止位，以标记字符的开始和结束，此外还要附加 1位奇偶校验位2）数据传输过程中，字符可顺序出现在比特流中，字符间的间隔时间是任意的；字符内各个比特间的同步定时 异步通信发送数据前必须进行约定的四个参数： 波特率，奇偶校验，字符长度，停止位长度异步通信 举例 : 发送字符 ABC发送： 1 起始比特 , 7 数据比特 , 1 偶检验比特 , 1 停止比特采样过程： 1）在空闲状态，接收器搜寻 1 到 0的跳变2)然后对接下来的 7个间隔 (字符长度 )采样3)再搜寻 1到 0的跳变继续下一个字符 异步通信简单而廉价 ,但每个字符需要额外的 2到 3位。例如传送一个七位码 ,用 1位停止位 , 1位开始位，额外开销是 2/9=0.22 适用于较大时间间隔的数据 (键盘 ),低速近距离 交互 如何减小额外开销 ? （大的数字位块，引入另一个问题： 位块越大，定时偏差越大）同步通信 同步通信：发送方和接收方的采样时钟是同一个，在相同的数据传送速率下，发送端和接受端的通信频率保持严格同步 1、外同步 ：接收端的同步信号事先由发送端送来；（应用：短距离的高速传输中，该时钟信号可由专门的时钟线路传输 ）2、自同步 ：从数据信号波形中提取同步信号的方法曼彻斯特编码（应用：计算机网络采用同步传输方式时，常将时钟同步信号植入数据信号帧中，以实现接收器与发送器的时钟同步） 传输单位不是以单个字符作为单位，而是以一串数据传输 根据同步通信规程，同步通信又分为面向字符的同步通信和面向 bit流的同步通信面向字符的同步通信 如何界定字符块的开始和结束呢？数据块 由字符组成并以 特殊的字符 作为开始和结束标志，数据块前加一个或两个同步字符 SYN用于数据块的同步传递的是 ASCII可显示字符，字符集可采用 ASCII或 EBCDIC中不用的字符（比如控制字符）， 每个字符无需起始位和停止位 典型的面向字符的同步通信规程 BISYNC 必须商议的参数：波特率，字符长度，奇偶校验面向位流的同步通信 在面向 bit流的同步通信中，每个数据块的头部和尾部用一个或多个特殊的比特序列（ 01111110）来标记数据块的开始和结束，数据块将作为比特流处理，而不作为字符流处理 (透明传输，位插入法） 典型的面向位流的同步通信规程是高级数据链路控制 HDLC和同步数据链路控制 SDLC规程 双方约定的参数：传输速率， CRC生成多项式2.2.5 串行通信和并行通信 串行通信：以位为单位以时间为序 并行通信：以字符为单位以时间为序 典型的串行接口 RS-232C是计算机或终端与 modem间接口的物理层协议，物理层协议是定义了接口的机械、电气、功能和过程特性 EIA-RS-232C标准，其中 EIA(Electronic Industry Association)代表美国电子工业协会， RS（ Recommeded standard）代表推荐标准， 232是标识号， C代表 RS232的最新一次修改（ 1969），在这之前，有 RS232B、 RS232A 计算机或终端设备称为 DTE（ data terminal equipment)调制解调器 DCE(data circuit-terminating equipment)RS232C标准 机械特性： 1)25针 D型插座及相关的长、宽、高2) 25PIN 9PIN3) DTE端为 male DCE端为 female 电气特性：逻辑 0： 12V，逻辑 1： 12V 最大传输距离 15m 最大传输速率 单路信号带宽，各路信号使用互不重叠的频率范围 各路信号以不同的载波频率进行调制，并且在各载波频率之间留有一定的间隔使得各路信号带宽不相互重叠，那么这些信号可以同时在介质上传输（有线电视信号的传输） 例：三级语音级的电话信道，每条语音级信道的有用带宽限制在 3100HZ左右，复用时，为每条信道分配 4000HZ，相互之间隔离（隔离带 900HZ)FDM（微观）FDM(宏观）2.3.2 时分多路复用 TDM 每个信号按时间先后轮流交替使用单一信道，宏观同时进行，微观并行。对单一信道的交替使用可以按位、字节或块等单位来进行 一帧帧起始符信道 1字符信道 2字符 信道 n字符分类：同步时分多路复用 STDM 方法：复用器为每路分配固定的时间片，时间片组成帧（一个完整循环）缺点：如果某个信道无数据，将造成信道资源的浪费异步时分多路复用 ATDM 时间片是按需动态分配 目的：提高信道的利用率 方法：复用器动态为每路分配时间每个周期将时间片依次分配给有信息的信道 在传输的数据单元中必须包含地址信息，以便寻址目的节点异步时分多路复用示例 每个时间片都携带信道号，增加了额外开销（假设每帧 3个时间片）总结：传输介质与信道关系（多对多）2.4 数据交换 当数据到达中间节点，中间节点如何转发数据 分类：电路交换，报文交换，分组交换2.4.1 电路交换 缺点： 1）用于建立连接的呼叫时间大大长于数据传送时间 2）通信带宽不能充分利用，效率低 优点：实时性好，比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。2.4.2 报文交换 (message switching) 将用户的报文存储在交换机的存储器中。当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，它以 “存储 转发 ”方式在网内传输数据 。 缺点：以 报文 为单位进行存储转发， 网络传输时延大，且占用大量的交换节点的缓存，不能满足对 实时性要求高的用户。 适用范围：报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用 电报 网 目前报文交换已不再使用。2.6.3 分组交换 (packet switching) 分组交换在线路上采用动态复用技术传送按 一定 长度分割为许多小段的数据 分组（规定了最大数据长度） 。 每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。 到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。 分组交换特点：分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。（计算机网络经常使用）虚电路交换 将电路交换与分