（电路与系统专业论文）以太网10baset到e1接口的硬件设计及实现.pdf

： 皇王型垫查堂堡主堡塞 a b s t r a c t t h i sp a p e ra c c o m p l i s h e st h ee 1 l a nn e t b r i d g eu t i l i z i n gt h ee 1l i n eo f t h e t e l e c o mf o rt h el a ni n t e r c o n n e c t i n g t h es u b j e c ti sb a s e do na c e r t a i nc o m p a n y s p r o j e c tt h e t r a n s m i s s i o no fe t h e r n e t 1 0 b a s e - tt oe 1i n t e r f a c e ， w h i c hm a yc h a n g et h er a t eo fi n t e r f a c ea c c o r d i n gt ot h ev a r i o u ss i t u a t i o n sa n db e e a s i l yc o n t r o l l e d t h es y s t e mc a l la c c o m p l i s ht h e d a t at r a n s m i s s i o no fe t h e m e t t h r o u g he 1l i n e t h ed a t ap r o c e s si s ：m a n c h e s t e rd e c o d i n g , r a t ec h a n g i n g ，h d l c l i n kc o d i n g ，h d b 3c o d i n g , t h e nt h r o u g ht h ee 1l i n et r a s m i s s i o n ，t h er e c e i v e dd a t a t h r o u g ht h en e g t i v ep r o c e s si sc h a n g e di n t oe t h e m e t d a t aa n de n t e r st h e10 b a s e t i n t e r f a c e t h ep a p e ri sd e a l tw i t ht h eb a s i ck n o w l e d g e ，t h er e c e n ts i t u a t i o n ，t h e s t a n d a r da n dt h er d a t e dt h e o r i e so fe t h e m e tl a na n de lw a nt r a n s m i s s i o i l ，t h e n e m p h a s i z e so nt h e s t r u c t u r e t h es p e c i a lc h i p sa n dt h ef p g au s e d t h ef p g a p r o g r a m sw r i t i n g ，d e b u g g i n g a n ds i m u l a t i o na r eb a s e do ns u c ha n a l y s i sa n d i n t r o d u c t i o n f i n a l l y , t h ec i r c u i t b o a r di s d e s i g n e da n d t h eh a r d w a r ed e b u gi s p e r f o r m e d t h ea u t h o r sm a i nt a s k si n c l u d e s 1 d i s c o v e rt h ep o s s i b i l i t yo ft r a n s i m i s s i o no fe t h e m e t1 0 b a s e - tt oe 1a n dg e t g o o d c o n t r o lo f e t h e m e t ，t h ew a y t h a te 1w o r k sa n di n t e r f a c em o d e l 2 g e tg o o dc o n t r o lo f c h a r a c t e r sa n du s a g eo f r e l a t e dc h i p s 3 m a s t e rf p g aa n di t sp r o g r a m m i n g ，s i m u l a t i o na n dd o w n l o a dt o o l s 4 w r i t et h ep r o g r a m so fi n t e r f a c eh d b 3 sc o d i n ga n dd e c o d i n g ，d e b u ga n d s i m u l a t e 5 d e s i g nt h ep r i n t e dc i r c u i tb o a r da n da c c o m p l i s ht h ed e b u g g i n g k e y w o r d s ：1 0 b a s e te 1f p g ah d b 3 h d l ce h e m e t 皇三熬堕查兰塑主兰兰一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他久已经发表或撰写过酶研究成栗，也举包含 楚获褥毫子辩技大学或其它教育规构鳇学锭或证书瑟使用过的材料。 与我一网工作的同志对本研究所做的任何贞献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 、a 1 签名：型釜日裳：2 0 0 3年文足够强 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全7 解电子科技大学有关缳留、使用学僚论文 的规定，骞投保蜜劳岛国家蠢关部门或机构送交论文的复印传粳磁 盘，允许论文被燕阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密豹学位论文在解密蜃应遵守此规定) 签名：垒墨导师签名：憋 磊辩：2 0 0 2年羡胃更箩蠢 i i 引言 随着通信网络( 文献【3 】【7 【8 】) 的飞速发展，越来越多的企业内部都建立有 自己的局域网。而以太网是现在局域网中应用最为广泛的。从1 9 7 3 年出现以太 网开始，以太网技术不断发展着，i e e e 8 0 2 3 委员会负责制定以太网标准。以太 网是非常常用及有发展潜力的一种计算机通信网。文献( 1 4 】【1 5 】【2 6 】介绍了有关以 太网的知识，包括其基本理论、数据格式及一些协议细节进行了较为详尽的描述。 对一个小型企业来说，可以方便地在自己的局域网上采用i n t e m e t 的技术和产品 来建立专用企业网络( 即i n t r a n e 0 。而对于一个大型公司或者一个系统来说，由于 其分公司和下属机构地理分布不集中，整个公司或系统各个局域网之间的连接就 成为关键问题。 e l 线路( 文献【3 0 】【3 3 】【3 4 】) 本身的通信可靠性有保障，利用电信部门本身的传 输网络和成熟技术，e l 线路上的数据可以在几十千米到几千千米的距离上传送， 甚至可以进行跨国传送。要实现以太网1 0 b a s e - t 到e l 接口的转换，需要先经 过曼彻斯特解码，用存储器作为缓存( 文献 1 s 2 2 2 3 】) 来实现码率变换( 文献 1 【2 】f 2 7 】【2 8 】) ，为了便于与广域网接口传输和检错，加入h d l c 链路控制( 文 献【4 1 5 】 3 1 3 2 】) ，要在e 1 线路上传输，须满足其接口要求，进行h d b 3 编解码 ( 文献【1 7 1 9 】) 。 可编程逻辑器件从8 0 年代初以来得到了极大发展，最初是小规模的p l a ， p a l ，g a l ，发展到大规模的c p l d ，f p g a ，2 0 0 0 年已出现门数达1 0 0 0 万门的 f p g a ，矸( 淡正朝着内嵌c p u ，能实现s o c ( 片上系统) 的方向发展。f p g a 可使硬件电路能用软件进行设计，它具有可重复编程，使用灵活等特点。近年来 f p g a 得到了越来越广的使用，用f p g a 实现设计中的功能，可加快设计进度， 降低设计风险，且拥有自主的知识产权。文献( 9 】 1 0 j f l l l 2 1 1 介绍了f p g a 及对 其进行编程的有关知识。 在此背景下，我教研室开发以太网】o b a s e 下到e 】的接口转换设备，并且 可以和我教研室前期开发的q p s k 调制解调设备和多路e l 通过f p g a 复接及分 接设备进行连接，可应用于以太网局域网无线接入、远程监控，无线视频数据传 输等军事及民用场合，并可以有效利用现有的e i 线路，具有较高的社会和经济 价值。该系统可从单机的网卡或局域网的h u b 所采用的r j 。4 5 接口送入以太网 数据，经过码速变换，线路码编解码，进入e l 线路传输，然后经过其相反类似 过程，再送入远端的局域网中，还可经过2 0 4 8 m 的q p s k 调制解调器进行传输， 电子科技大学硕士论文 实现无线接入，另外可以与e l 的复接设备连接，相当于一次群的复接成为高次 群，有较多的应用。 本文首先介绍了相关的通信及以太网基本理论和接口系统的具体工作流程， 结合系统和专用芯片的要求，使用x i l i n x 公司的相关开发软件f o u n d a t i o n 编写 f p g a 中的控制及编解码程序，并对工作流程和程序进行仿真，分析仿真结果。 通过熟悉掌握与该设计有关的几种芯片的特性及使用，自己使用e d a 设计软件 p r o t e l ( 文献 1 2 1 6 ) 设计系统的硬件电路板，最后将控制程序下载到f p g a 中，完成整个系统的软硬件调试。 该系统已经调试通过，传输质量可满足数据、音频及视频通信要求。该系统 是给某公司开发的产品，鉴于这方面的要求，本文在阐明原理时，仅介绍了所使 用的芯片设计相关的原理、功能与工作流程，而未给出它们的型号等细节以及具 体的控制程序内容。 另：文中的2 m 在未说明的情况下均指2 0 4 8 m b p s 。 2 第一章数据通信及以太网的相关知识 1 1 数据通信的基本知识 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，网络中主要应用的是数 据通信，采用什么样的通信技术是必须考虑的首要问题。 1 1 1 信道、码元及主要技术指标 1 信道 传递信息的必经之路称为“信道”。在计算机网络中有所谓的物理信道和逻 辑信道之分。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路。网络中两个节点之 间的物理通路称为通信链路。物理信道由传输介质及有关设备组成。逻辑信道也 是一种通路。但在信号收、发点之间并不存在一条物理上的传输介质，而是在物 理信道基础上，由节点内部的连结来实现，通常把逻辑信道称为“连接”。 物理信道有多种不同的分类。按传输介质不同可分为有线信道、无线信道、 卫星信道：如按信道传输信号类型不同可分为模拟信道和数字信道。用来传输正 弦波模拟量的信道称为模拟信道。能直接传输二进制脉冲电信号的信道称为数字 信道。如果要在模拟信道上传输计算机直接输出的二迸制脉冲信号时，就要在信 道两边分别安装调制解调器，用脉冲信号对高频正弦波信号进行调制及解调。 2 码元 码元是对网络中传送的二进制数字中的每一位的通称，例如：二进制数字 1 0 1 0 0 1 1 是由7 个码元组成的序列，通常称为“码字”，在7 位a s c i i 码中，这个 码字就是字符s 。 3 数据通信系统主要技术指标 ( 】) 数据传输速率：是指传输线上传输信息的速度，数据传输的速率有两种 表示方法，即信号速率和调制速率。 信号速率s ：单位时间内所传送信号二进位代码的有效位( b i t ) 数，单位用 每秒比特数b i t s ( b p s ) 或每秒千比特数表示。 第一章数据通信及以太网的相关知识 1 1 数据通信的基本知识 计算机网络是计算机技术与通信技术相结合的产物，网络中主要应用的是数 据通信，采用什么样的通信技术是必须考虑的首要问题。 1 1 1 信道、码元及主要技术指标 1 信道 传递信息的必经之路称为“信道”。在计算机网络中有所谓的物理信道和逻 辑信道之分。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路。网络中两个节点之 间的物理通路称为通信链路。物理信道由传输介质及有关设备组成。逻辑信道也 是一种通路。但在信号收、发点之间并不存在一条物理上的传输介质，而是在物 理信道基础上，由节点内部的连结来实现，通常把逻辑信道称为“连接”。 物理信道有多种不同的分类。按传输介质不同可分为有线信道、无线信道、 卫星信道：如按信道传输信号类型不同可分为模拟信道和数字信道。用来传输正 弦波模拟量的信道称为模拟信道。能直接传输二进制脉冲电信号的信道称为数字 信道。如果要在模拟信道上传输计算机直接输出的二迸制脉冲信号时，就要在信 道两边分别安装调制解调器，用脉冲信号对高频正弦波信号进行调制及解调。 2 码元 码元是对网络中传送的二进制数字中的每一位的通称，例如：二进制数字 1 0 1 0 0 1 1 是由7 个码元组成的序列，通常称为“码字”，在7 位a s c i i 码中，这个 码字就是字符s 。 3 数据通信系统主要技术指标 ( 】) 数据传输速率：是指传输线上传输信息的速度，数据传输的速率有两种 表示方法，即信号速率和调制速率。 信号速率s ：单位时间内所传送信号二进位代码的有效位( b i t ) 数，单位用 每秒比特数b i t s ( b p s ) 或每秒千比特数表示。 皇主型垫查兰堡主堡兰一 一一 调制速率b ：也称码元速率，是脉冲信号经过调制后的传输速率，或者说 是信号在调制过程中信号状态变化的次数，单位以波特( b a u d ) 为单位。通常用于 表示调制解调器之间传输信号的速率。 两种速率之间有下列关系 s = b l 0 9 2 n 其中n 为一个脉冲信号所表示的有效状态。在二元制方式即二进制中，一 个脉冲有、无表示0 、1 两个状态。即，m = 2 ，敌s = b ，即数据传输速率b 和信 号传输速率s 是一样的。 ( 2 ) 误码率：指信息传输的错误率，是衡量传输系统可取性的指标，误码率 以接收码元中错误码元数占传输总码元数的比例来衡量通常应低于1 0 4 。 ( 3 ) 信道容量：指信道能传输信息的最大能力。一般用单位时间内最大可传 送信息的比特数表示。信道容量与信道通频带、可用时间及能通过的信号功率与 干扰功率比值有关。实际应用中信道容量应大于传输速率，否则高的传输速率得 不到充分发挥利用。 1 1 2 基带传输与宽带传输 数据按照在传输线上是否经过了调制变形处理再进行传输的方式，分为基带 传输和宽带传输两类，宽带传输属于频带传输范畴。 1 基带传输 在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的“0 ”、“1 ”，数字脉冲 信号，就是基带传输。一个脉冲信号的基本频带可从直流成分到数兆赫频带越 宽，传播线路的电容、电感对传输信号波形衰减影响越大，传输距离一般不超过 2 k r a ，超过时则需增加放大整形电路( 中继器) 延长传输距离。 基带传输简单，设备费用较少，适于传输距离不长的场合a 2 宽带传输 宽带传输系统中，传输介质的带宽( 即允许传播信息的频带宽度) 较宽，系统 设计时将此频带分割成几个子频带，即将一条宽带信道划分成为多条基带信 道使用多路复用技术在一个信道中同时传播声音、图像和数据多种信息， 4 皇主型垫查兰堡主堡兰一 一一 调制速率b ：也称码元速率，是脉冲信号经过调制后的传输速率，或者说 是信号在调制过程中信号状态变化的次数，单位以波特( b a u d ) 为单位。通常用于 表示调制解调器之间传输信号的速率。 两种速率之间有下列关系 s = b l 0 9 2 n 其中n 为一个脉冲信号所表示的有效状态。在二元制方式即二进制中，一 个脉冲有、无表示0 、1 两个状态。即，m = 2 ，敌s = b ，即数据传输速率b 和信 号传输速率s 是一样的。 ( 2 ) 误码率：指信息传输的错误率，是衡量传输系统可取性的指标，误码率 以接收码元中错误码元数占传输总码元数的比例来衡量通常应低于1 0 4 。 ( 3 ) 信道容量：指信道能传输信息的最大能力。一般用单位时间内最大可传 送信息的比特数表示。信道容量与信道通频带、可用时间及能通过的信号功率与 干扰功率比值有关。实际应用中信道容量应大于传输速率，否则高的传输速率得 不到充分发挥利用。 1 1 2 基带传输与宽带传输 数据按照在传输线上是否经过了调制变形处理再进行传输的方式，分为基带 传输和宽带传输两类，宽带传输属于频带传输范畴。 1 基带传输 在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的“0 ”、“1 ”，数字脉冲 信号，就是基带传输。一个脉冲信号的基本频带可从直流成分到数兆赫频带越 宽，传播线路的电容、电感对传输信号波形衰减影响越大，传输距离一般不超过 2 k r a ，超过时则需增加放大整形电路( 中继器) 延长传输距离。 基带传输简单，设备费用较少，适于传输距离不长的场合a 2 宽带传输 宽带传输系统中，传输介质的带宽( 即允许传播信息的频带宽度) 较宽，系统 设计时将此频带分割成几个子频带，即将一条宽带信道划分成为多条基带信 道使用多路复用技术在一个信道中同时传播声音、图像和数据多种信息， 4 皇王型垫丕兰婴主丝兰一 使系统具有多种用途。多路复用技术是将多个信号，通过调制技术调制到各自不 同的正弦载波频率上，在各自的频段范围内进行传输。通常由调制解调器完成。 常用的复用方式有频分复用，时分复用，码分复用和统计复用等。 i i 3 数据传输方式和交换方式 i 单工通信、半双工通信和全双工通信 按照通信线路的通信方式和信号在传输线上的传送方向分，有以下三种。 ( 1 ) 单工通信：信息只能单方向从a 发送到接收端b ，信道传输方向不能改 变。为保证数据传送的正确，接收端对接收到的数据进行校验，若校验出错，请 求重发，故还有另外一条控制信号线( 两线制) 。 ( 2 ) 半双工通信：数据信息可以双向发送，但不能同时进行。核方式要求两端 都有收、发装置。改变信息传送方向时由开关k 1 ，k 2 进行切换，仍是两线制， 此方式适用于会话式终端之间通信。因为通信中要频繁调换信道传输方向，效率 较低。 ( 3 ) 全双工通信：能同时在两个方向进行通信，相当于两个相反方向的单工通 信组合，简称四线制。此方式通信效率高，控制简单但造价较贵。 2 数据交换方式 在网络中的计算机通常是经过公用通信传输线路进行数据交换以提高传输 设备的利用率，局域网中的数据交换方式有线路交换和存储交换两大类。存储交 换中常用报文交换和报文组交换两种。 ( 1 ) 线路交换：在线路交换中，通过网络结点在工作站之间建立专用通信通 道。即在两个工作站之间具有实际的物理连接。电话系统就是这种方式。通信过 程可分为：电路建立阶段、数据传输阶段、拆除电路连接三个阶段。其特点是先 喜雾结点的线路接通，然后才通信线路利用气等低，数据以固定的速率进行 传输。1 ( 2 ) 报文交换( m e s s a g es w i t c h i n g ：也叫报文转接，在这种工作方式中，两 个工作站点之间无须建立专用通道，用户把需要传输的数据分割成定大小的报 文，以报文为单位( 信息的逻辑单位) 在网络中传输。发送工作站点要将目的地址 皇王型垫丕兰婴主丝兰一 使系统具有多种用途。多路复用技术是将多个信号，通过调制技术调制到各自不 同的正弦载波频率上，在各自的频段范围内进行传输。通常由调制解调器完成。 常用的复用方式有频分复用，时分复用，码分复用和统计复用等。 i i 3 数据传输方式和交换方式 i 单工通信、半双工通信和全双工通信 按照通信线路的通信方式和信号在传输线上的传送方向分，有以下三种。 ( 1 ) 单工通信：信息只能单方向从a 发送到接收端b ，信道传输方向不能改 变。为保证数据传送的正确，接收端对接收到的数据进行校验，若校验出错，请 求重发，故还有另外一条控制信号线( 两线制) 。 ( 2 ) 半双工通信：数据信息可以双向发送，但不能同时进行。核方式要求两端 都有收、发装置。改变信息传送方向时由开关k 1 ，k 2 进行切换，仍是两线制， 此方式适用于会话式终端之间通信。因为通信中要频繁调换信道传输方向，效率 较低。 ( 3 ) 全双工通信：能同时在两个方向进行通信，相当于两个相反方向的单工通 信组合，简称四线制。此方式通信效率高，控制简单但造价较贵。 2 数据交换方式 在网络中的计算机通常是经过公用通信传输线路进行数据交换以提高传输 设备的利用率，局域网中的数据交换方式有线路交换和存储交换两大类。存储交 换中常用报文交换和报文组交换两种。 ( 1 ) 线路交换：在线路交换中，通过网络结点在工作站之间建立专用通信通 道。即在两个工作站之间具有实际的物理连接。电话系统就是这种方式。通信过 程可分为：电路建立阶段、数据传输阶段、拆除电路连接三个阶段。其特点是先 喜雾结点的线路接通，然后才通信线路利用气等低，数据以固定的速率进行 传输。1 ( 2 ) 报文交换( m e s s a g es w i t c h i n g ：也叫报文转接，在这种工作方式中，两 个工作站点之间无须建立专用通道，用户把需要传输的数据分割成定大小的报 文，以报文为单位( 信息的逻辑单位) 在网络中传输。发送工作站点要将目的地址 皇王型垫查堂堡主望兰 添加公报文中，然后报文在网络上从一个结点传送到另一个结点。某一个结点收 到一个不是传输给自己的报文后，当该报文去终点地址的信道不空闲时，则将该 报文存储在结点的存储器中进行暂时存储并且在待发报文盎记表中登记，等到 该结点至报文终点地址的路径空闲时，再向下一方向站点转发。 报文交换的主要缺陷是不宜用于实时通信或交互通信，网络的延时较长且 变化较大，因而不适用于语音交换也不适用于交互式的“终端一主机”连接。 ( 3 ) 报文分组交换( p a c k e ts w i t c h i n s ) ：报文分组交换也称包交换、它将用户的 个报文分成着干个报文组( 或信息包) ，以报文组为单位在网络中传输，每个组 均含有数据和目的地址，同一报文的不同组可以在不同路径中传输，到达终点后 再将一个报文的所有报文组重新汇集成完整的报文。报文是面向用户的，而报文 组是面向网络的，它是为传输方便而采取的措施，无沦什么用户，在同一计算机 网络中，报文组的格式都是一样的。报文分组交换传输进程和报文交换方式相同。 报文分组交换的主要优点是传输性能得到提高，在局域网中是一种常用的交 换转接方式。 1 1 4 数据同步方式和差错控制 1 数据同步方式 数据被发送在传输线上传输时，接收端能否正确地接收下来，关键就是要解 决“同步”问题，即接收端应知道所接收信息的起始时间和持续时间，当发送端 以某一速率在一定起始时间内发送数据时，接收端也必须以同一种速率在相同的 起止时间内接收数据。否则“收、发端产生微小误差，随着时间增加，误差逐渐 积累会造成收发失步而出错。使系统收、发同步方式有两种： ( 1 ) 异步方式( 起止式方式) ：此方式以一个个字符为单位，在每个字符代码前 增加一个起始位( 逻辑o ) ，接收端收到起始位后，启动内部时钟，按要求接收一 个字符的代码，字符代码之后接着1 位、1 5 位或2 位停止位( 逻辑1 ) 。逻辑l 有 时叫空号，逻辑0 叫传号。 用异步方式传送一个字符r ( 编码为1 0 1 0 0 1 0 ) 的情况如图2 1 所示，平时不传 输字符时，传输线一直处于高电平空号状态，一旦接收端检测到传输线状态从空 号跳到传号时，意味着发送端巳开始发送字符，接收端利用这个电平从高到低的 6 皇王型垫查堂堡主望兰 添加公报文中，然后报文在网络上从一个结点传送到另一个结点。某一个结点收 到一个不是传输给自己的报文后，当该报文去终点地址的信道不空闲时，则将该 报文存储在结点的存储器中进行暂时存储并且在待发报文盎记表中登记，等到 该结点至报文终点地址的路径空闲时，再向下一方向站点转发。 报文交换的主要缺陷是不宜用于实时通信或交互通信，网络的延时较长且 变化较大，因而不适用于语音交换也不适用于交互式的“终端一主机”连接。 ( 3 ) 报文分组交换( p a c k e ts w i t c h i n s ) ：报文分组交换也称包交换、它将用户的 个报文分成着干个报文组( 或信息包) ，以报文组为单位在网络中传输，每个组 均含有数据和目的地址，同一报文的不同组可以在不同路径中传输，到达终点后 再将一个报文的所有报文组重新汇集成完整的报文。报文是面向用户的，而报文 组是面向网络的，它是为传输方便而采取的措施，无沦什么用户，在同一计算机 网络中，报文组的格式都是一样的。报文分组交换传输进程和报文交换方式相同。 报文分组交换的主要优点是传输性能得到提高，在局域网中是一种常用的交 换转接方式。 1 1 4 数据同步方式和差错控制 1 数据同步方式 数据被发送在传输线上传输时，接收端能否正确地接收下来，关键就是要解 决“同步”问题，即接收端应知道所接收信息的起始时间和持续时间，当发送端 以某一速率在一定起始时间内发送数据时，接收端也必须以同一种速率在相同的 起止时间内接收数据。否则“收、发端产生微小误差，随着时间增加，误差逐渐 积累会造成收发失步而出错。使系统收、发同步方式有两种： ( 1 ) 异步方式( 起止式方式) ：此方式以一个个字符为单位，在每个字符代码前 增加一个起始位( 逻辑o ) ，接收端收到起始位后，启动内部时钟，按要求接收一 个字符的代码，字符代码之后接着1 位、1 5 位或2 位停止位( 逻辑1 ) 。逻辑l 有 时叫空号，逻辑0 叫传号。 用异步方式传送一个字符r ( 编码为1 0 1 0 0 1 0 ) 的情况如图2 1 所示，平时不传 输字符时，传输线一直处于高电平空号状态，一旦接收端检测到传输线状态从空 号跳到传号时，意味着发送端巳开始发送字符，接收端利用这个电平从高到低的 6 跳变，启动定时机构按发送的速率顺序接收字符，一个字符发送结束，发送端又 使传输线处于高电平，直至发送下一个字符为止。 窑d 】 糟g 0 2 图2 , 1 起止式异步操作 采用异步方式，每个字符都带有所需的开始和停止的同步信息，此系统可随 时发送字符。使用较方便。不难看出，异步方式中每个欲发送字符所含比特数 相同。 ( 2 ) 同步方式：同步方式是在一块数据的前面加入1 个或2 个以上的同步字符 s y n 。s y n 字符是a s c i i 码中精心选择出来供通信用同步控制字符。同步字符后 面的数据字符不需要任何附加位，同步字符表示字符传送的开始，发送端和接收 端应先约定同步字符的个数。在接收端首先检测寻找同步字符s y n ，如果检测 出约定个数的s y n 字符，那么后续的就全部是要求传送的字符，直至控制字符 指出一组字符传输结束( 图2 2 ) 。 第】囊据头 隔丌赢再翮 l l l l 一 圃 摹2 致据关 匝亚亚讽 图2 2 同步传送操作 圃 同步传送不需要起始位、停止位，不留空闲也不用停顿，可连续不停地发送， 多用于字符信息块的高速传送，一般在发送几千个数据信息位之后需要再进行一 次同步。同步传送效率高于异步传送，缺点是线路控制较复杂，要有发送检测同 步字符的线路，同步传送时如果发生字符间的间隔( 停顿) ，会使接收端失步，破 坏整个数据块的正确性，而异步传送中的一个错误只影响一个字符的正确接收。 同步字符并不一定是s y n 字符目前面向位的传输方式，正在替代面向字 符的传输方式，数据块以位流( 比特流而不是字符流) 传输，但由于数据可以是任 意的位组合格式，无法保证前文、后文( 同步字符) 的编码组合在数据中完全不出 现。采用了更高级的同步措旆。例如，面向位传输的h d l c 方式，用了o 】1 1 】l o 位组合方式作为前、后文标志。如果在数据中也出现这种组合方式的数据，则在 发送的数据中，每5 个1 之后，额外插入一个“0 ”。当接收方检测5 个1 之后 再检查为0 便把它删去。这种处理过程称为填充，以太网就是采用这种方法。 2 差错检验和校正 在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影 响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在已知信噪比的情况下达到 定的误比特率指标，首先应合理设计基带信号，选择调制、解调方式，采用频 域均衡或时域均衡，使误比特率尽可能降低。但若误比特率仍不能满足要求，则 必须采用信道编码，即差错控制编码，将误比特率进一步降低，以满足指标要求。 随着差错控制编码理论的完善和数字电路技术的发展，信道编码己成功地应用于 各种通信系统中，而且在计算机、磁记录与存储中也得到日益广泛的应用。 差错控制编码的基本做法是：在发送端被传输的信息序列上附加一些监督 码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联( 约束) 。接收 端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之间的关系，旦传输过程中发生差 错，则信息码元与监督码元之间的关系将受到破坏，从而可以发现错误，乃至纠 正错误。研究各种编码和译码方法正是差错控制编码所要解决的问题。常用的差 错控制方式主要有三种：检错重发( 简称a r q ) 、前向纠错( 简称f e c ) 和混合纠错 ( 简称h e c ) 。 1 2 以太网局域网相关知识介绍 1 2 1 局域网功能及发展历程 将分散的计算机、终端、外围设备通过通信媒体互相连按在一起，能够实现 互相通信的整个系统，或者说通过通信媒体互连起来的自治的计算机整合体，叫 做计算机网络。其目的是通过数据通信，实现系统资源f 包括硬件资源、软件资 源、数据资源1 的共享，增加单机功能，摄高系统的可靠性。计算机网络通常分 为三大类，多机系统、局部地区网络l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ) 和广域网络 w a n ( w i d e a r e a n e t w o r k ) 。局域两的主要特征是短距离工作，最主要的功能是提 供资源共享和相互通信具体提供以下服务功能： ( 1 ) 资源共享。网络的核心目的是实现资源共享，它包括共享的硬件、软件、 数据资源。 8 发送的数据中，每5 个1 之后，额外插入一个“0 ”。当接收方检测5 个1 之后 再检查为0 便把它删去。这种处理过程称为填充，以太网就是采用这种方法。 2 差错检验和校正 在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影 响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在已知信噪比的情况下达到 定的误比特率指标，首先应合理设计基带信号，选择调制、解调方式，采用频 域均衡或时域均衡，使误比特率尽可能降低。但若误比特率仍不能满足要求，则 必须采用信道编码，即差错控制编码，将误比特率进一步降低，以满足指标要求。 随着差错控制编码理论的完善和数字电路技术的发展，信道编码己成功地应用于 各种通信系统中，而且在计算机、磁记录与存储中也得到日益广泛的应用。 差错控制编码的基本做法是：在发送端被传输的信息序列上附加一些监督 码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联( 约束) 。接收 端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之间的关系，旦传输过程中发生差 错，则信息码元与监督码元之间的关系将受到破坏，从而可以发现错误，乃至纠 正错误。研究各种编码和译码方法正是差错控制编码所要解决的问题。常用的差 错控制方式主要有三种：检错重发( 简称a r q ) 、前向纠错( 简称f e c ) 和混合纠错 ( 简称h e c ) 。 1 2 以太网局域网相关知识介绍 1 2 1 局域网功能及发展历程 将分散的计算机、终端、外围设备通过通信媒体互相连按在一起，能够实现 互相通信的整个系统，或者说通过通信媒体互连起来的自治的计算机整合体，叫 做计算机网络。其目的是通过数据通信，实现系统资源f 包括硬件资源、软件资 源、数据资源1 的共享，增加单机功能，摄高系统的可靠性。计算机网络通常分 为三大类，多机系统、局部地区网络l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ) 和广域网络 w a n ( w i d e a r e a n e t w o r k ) 。局域两的主要特征是短距离工作，最主要的功能是提 供资源共享和相互通信具体提供以下服务功能： ( 1 ) 资源共享。网络的核心目的是实现资源共享，它包括共享的硬件、软件、 数据资源。 8 发送的数据中，每5 个1 之后，额外插入一个“0 ”。当接收方检测5 个1 之后 再检查为0 便把它删去。这种处理过程称为填充，以太网就是采用这种方法。 2 差错检验和校正 在实际信道上传输数字信号时，由于信道传输特性不理想及加性噪声的影 响，所收到的数字信号不可避免地会发生错误。为了在已知信噪比的情况下达到 定的误比特率指标，首先应合理设计基带信号，选择调制、解调方式，采用频 域均衡或时域均衡，使误比特率尽可能降低。但若误比特率仍不能满足要求，则 必须采用信道编码，即差错控制编码，将误比特率进一步降低，以满足指标要求。 随着差错控制编码理论的完善和数字电路技术的发展，信道编码己成功地应用于 各种通信系统中，而且在计算机、磁记录与存储中也得到日益广泛的应用。 差错控制编码的基本做法是：在发送端被传输的信息序列上附加一些监督 码元，这些多余的码元与信息码元之间以某种确定的规则相互关联( 约束) 。接收 端按照既定的规则检验信息码元与监督码元之间的关系，旦传输过程中发生差 错，则信息码元与监督码元之间的关系将受到破坏，从而可以发现错误，乃至纠 正错误。研究各种编码和译码方法正是差错控制编码所要解决的问题。常用的差 错控制方式主要有三种：检错重发( 简称a r q ) 、前向纠错( 简称f e c ) 和混合纠错 ( 简称h e c ) 。 1 2 以太网局域网相关知识介绍 1 2 1 局域网功能及发展历程 将分散的计算机、终端、外围设备通过通信媒体互相连按在一起，能够实现 互相通信的整个系统，或者说通过通信媒体互连起来的自治的计算机整合体，叫 做计算机网络。其目的是通过数据通信，实现系统资源f 包括硬件资源、软件资 源、数据资源1 的共享，增加单机功能，摄高系统的可靠性。计算机网络通常分 为三大类，多机系统、局部地区网络l a n ( l o c a la r e an e t w o r k ) 和广域网络 w a n ( w i d e a r e a n e t w o r k ) 。局域两的主要特征是短距离工作，最主要的功能是提 供资源共享和相互通信具体提供以下服务功能： ( 1 ) 资源共享。网络的核心目的是实现资源共享，它包括共享的硬件、软件、 数据资源。 8 ( 2 ) 数据传送。数据和文件的传输是计算机局域网中最基本的功能。用以实 现各网络计算机用户或终端的相互联系。利用这一功能，地理位置分散的生产单 位、部门可通过计算机网络连接起来，进行集中的控制和管理。现代局域网不仅 能传送文件、数据信息，还可以同时传送声音和图像，这一功能对实现办公自动 化有着特别重要的作用。 f 3 ) 电子邮件。它是数据传送的一个特例。局域网各站点之间，可以提供电 子邮递服务。 ( 4 ) 提高了计算机系统的可靠性和可用性。网络上的计算机通过网络可以彼 此互为后备机，一旦菜台计算机出现故障，故障机的任务就可由其它计算机代为 处理，避免了单机系统的无后备时可能出现的围故随导致系统瘫痪现象。这在重 要的工业过程控制、实时数据处理等应用中是非常重要的。提高计算机的可用性 是指当网络中某台计算机负担过重时，网络可将新的任务转交给较空闲的计算机 完成，均衡网络内各台计算机的负担，提高了可用性。 ( 5 ) 易于进行分布式处理。利用网络技术能将多台计算机连成具有高性能的 计算机系统，将较大型的综合性问题通过一定算法将任务交给不同的计算机完 成，以解决大量复杂问题，即所谓分布式系统。它使整个系统的效能大为加强。 从局域网的发展来看，大概可以分为以下四个阶段 第一阶段是6 0 年代末至7 0 年代初。是局域网的萌芽阶段。1 9 6 9 年由美国 国防部出资研制的连着四台计算机的实验性网络a 褂狐网投入运行。它的出 现为计算机局部网络的形成和发展，在理论上和技术上莫定了基础。 第二阶段是7 0 年代中期，这是局部网络的发展阶段。其主要特点是局部网 络由实验室进入产业界。这个时期最具影响力的是以太网( e t h e m e o 的出现，这是 计算机局部网络发展史上的一个里程碑。它一出现便引起了人们的极大兴趣和高 度重视，许多厂家纷纷效尤，开发出了各种各样的局域网这样一来，局域网便 迅速成为了一种工业体系。以太网仍是当今使用最多的网络。 第三阶段是8 0 年代时期。这是局域网的大发展时期，也是局域网的成效年 代，其主要特点是局域网已商品化和标准化。每个计算机公司都有自己的局域网 产品，专门生产和销售局域网的公司也相继出现，如n o v e l l 公司、3 c o m 公司、 i b m 公司等。这一时期，不仅局域网的硬件和软件技术得到了充分发展而且 各种局域网的国际标准基本形成，1 9 8 0 年2 月制定的i e e e8 0 2 1 8 0 2 7 标 9 准已被国际标准化组织( i s o ) 正式确定为局域网的国际标准。而当前最为普遍接 受的网络类型是以太网、令牌环形网、a r c h e r 网络。 第四阶段是从9 0 年代开始的。局域网将更加成熟它将进一步促进全球计算 机网络时代的到来，新型传播介质如以光导纤维电缆为基础的f d d i ( f i b e r d i s t r i b u t e dd a t ai n t e r f a c e ) 技术已开始使用，使局域网介质传输速率达到l o o m b p s ，传统的无屏蔽双绞线传输速率可达1 0 mb v s ，并正研究传输速率高达 1 0 0 m b p s 的双绞线传输技术。此外，局域网上的分布式管理系统取得了极大的进 展，一种称为c l i e n t s e r v e r ( 客户机服务器) 结构的出现并得到极广泛的使用，使 微机局域网的分布式处理逐步走向实用和成熟。 1 2 2 局域网的结构 局域网的重要性 局域网( l o c a la r e an e t w o r k ，l a n ) 是我们所接触得最多得网络，在局域 网技术出现之后，计算机网络发生了巨大的变化。作为固定的昂贵的点对点连接 的替代物，这种设计在基本原理上同远程网络是不同的，因为它们依赖于共享网 络。每个局域网包括一种共享介质，通常是电缆，许多计算机都连在上面。计 算机按顺序使用介质来传输包。通过研究出现了几种局域网设计，这些设计在使 用的电压与调制技术等细节以及共享方式( 即协调机制和包传输机制) 上有所区 别。由于共享消除了重复性，所以共享对网络有重要的经济影响：它降低了费用。 结果是允许计算机共享介质的局域网技术流行起来了。允许多台计算机共享通信 介质的网络被用于局域通信。点对点连接被用于长距离网络和一些其他特殊情 况。共享能降低费用，从技术上和经济上考虑共享网络一般用于局域通信。共享 网络中的计算机必须协调使用网络，而协调需要通信。因为通信所需的时间由距 离决定，所以计算机之间在地理上的长距离将带来较长的延迟。长延迟的共享网 络是不合适的，因为它们要花费更多时间来协调共享介质的使用，传输数据的时 间相应地就减少了。 l 局域网的重要性可以简单地归纳为：局域网技术已经成为计算机网络中最流 行的形式。现在局域网连接的计算机比其他网络类型都多。安装那么多局域网的 原因之是经济方面的：局域网技术比较便宜并且容易得到。然而，对局域网有 很高需求的主要原因可以归结到计算机网络的一个基本原理，就是访问的局部性 ( 1 0 c a i t yo fr e f e r e n c e ) 。访问的局部性原理指出在一组计算机中通信并不 1 0 准已被国际标准化组织( i s o ) 正式确定为局域网的国际标准。而当前最为普遍接 受的网络类型是以太网、令牌环形网、a r c h e r 网络。 第四阶段是从9 0 年代开始的。局域网将更加成熟它将进一步促进全球计算 机网络时代的到来，新型传播介质如以光导纤维电缆为基础的f d d i ( f i b e r d i s t r i b u t e dd a t ai n t e r f a c e ) 技术已开始使用，使局域网介质传输速率达到l o o m b p s ，传统的无屏蔽双绞线传输速率可达1 0 mb v s ，并正研究传输速率高达 1 0 0 m b p s 的双绞线传输技术。此外，局域网上的分布式管理系统取得了极大的进 展，一种称为c l i e n t s e r v e r ( 客户机服务器) 结构的出现并得到极广泛的使用，使 微机局域网的分布式处理逐步走向实用和成熟。 1 2 2 局域网的结构 局域网的重要性 局域网( l o c a la r e an e t w o r k ，l a n ) 是我们所接触得最多得网络，在局域 网技术出现之后，计算机网络发生了巨大的变化。作为固定的昂贵的点对点连接 的替代物，这种设计在基本原理上同远程网络是不同的，因为它们依赖于共享网 络。每个局域网包括一