计算机网络_CH03_数据通信技术基础

1、数据和信号数据和信号模拟数据模拟数据数字数据数字数据信息信息数据数据模拟信号模拟信号数字信号数字信号有意义的实体有意义的实体涉及数据的涉及数据的内容和解释内容和解释在某个区间产生连续的值在某个区间产生连续的值产生离散的值产生离散的值是数据的电磁是数据的电磁 (或电子或电子)编码编码涉 及 到 事涉 及 到 事物的形式物的形式是一种连续变化的电磁波是一种连续变化的电磁波是一系列的电压脉冲是一系列的电压脉冲信号信号模拟数据模拟数据模拟信号模拟信号放大器放大器调制器调制器模拟数据模拟数据数字信号数字信号 PCM编码器编码器数字数据数字数据模拟信号模拟信号调制器调制器数字数据数字数据数字信号数字信号

2、数字数字发送器发送器信源和信宿：信源和信宿：信源就是信息的发送端，是发信源就是信息的发送端，是发出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收出待传送信息的设备；信宿就是信息的接收端，是接收所传送信息的设备。端，是接收所传送信息的设备。信号转换设备：信号转换设备：是将信源发出的信息转换成是将信源发出的信息转换成适合于在信道上传输的信号的设备。适合于在信道上传输的信号的设备。传输传输系统系统输输入入信信息息输输入入数数据据发送发送的信号的信号接收接收的信号的信号输输出出数数据据源点源点终点终点发送器发送器接收器接收器调制解调器调制解调器PC 机机公用电话网公用电话网调制解调器调制解调器数字比特流数字比特

3、流数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 正文正文正文正文数据通信系统数据通信系统源系统源系统目的系统目的系统传输系统传输系统输输出出信信息息PC 机机通信系统举例通信系统举例通信系统举例通信系统举例(b) 局域网用户通过局域网用户通过Internet上网通信上网通信SiSiInternetSiSiToken-ring数据传输速率数据传输速率数据传输速率数据传输速率数据传输速率数据传输速率信道带宽信道带宽n模拟信道：表示通信线路允许通过的信号频带范围就称为线路带宽(通频带)。信道带宽信道带宽每秒 106 个比特时间时间1 0 1 0 1 11 s带宽为带宽为1 Mb/s 时间时间

4、每每秒秒 4 106 个比特个比特0.25 s带宽为带宽为4 Mb/s 带宽带宽误码率和误组率误码率和误组率发送时延发送时延 = 数据块长度（比特）数据块长度（比特）信道带宽（比特信道带宽（比特/秒）秒）时延时延传播时延传播时延 = 信道长度（米）信道长度（米）信号在信道上的传播速率（米信号在信道上的传播速率（米/秒）秒）时延时延时延时延总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延时延时延时延时延1 0 1 1 0 0 1发送器发送器队列队列在链路上产生在链路上产生传播时延传播时延结点结点 B结点结点 A在发送器产生发送时延在发送器产生发送时延( (即传输时延即传输时延) )在队列中产生在

5、队列中产生处理时延处理时延数据数据从结点从结点 A 向结点向结点 B 发送数据发送数据链路链路时延时延时延时延例例2-3若若AB两台计算机之间的距离为两台计算机之间的距离为1000km，假定在，假定在电缆内信号的传播速度是电缆内信号的传播速度是2108m/s，试对下列类型的链，试对下列类型的链路分别计算发送时延和传播时延。路分别计算发送时延和传播时延。 （1）数据块长度为）数据块长度为108bit，数据发送速率为，数据发送速率为1Mb/s； （2）数据块长度为）数据块长度为1000bit，数据发送速率为，数据发送速率为1Gbit/s信道容量信道容量信道容量噪声误码率带宽数据传输速率信道容量信道

6、容量信道容量信道容量铜线铜线铜线铜线聚氯乙烯聚氯乙烯 套层套层聚氯乙烯聚氯乙烯套层套层屏蔽层屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘层绝缘层无屏蔽双绞线无屏蔽双绞线 UTP屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPA扭绞距扭绞距线径线径 0.40.41.4 mm1.4 mmB近端串扰近端串扰远端串扰远端串扰外导体屏蔽层外导体屏蔽层绝缘层绝缘层绝缘保护套层绝缘保护套层内导体内导体远供电源远供电源光纤及包层光纤及包层填充物填充物外护套外护套包带层包带层包层包层纤芯纤芯（a）光缆结构剖面图）光缆结构剖面图（b）光波在纤芯中传播）光波在纤芯中传播折射角折射角入射角入射角 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 包层包层（低折射

7、率的媒体）（低折射率的媒体） 纤芯纤芯（高折射率的媒体）（高折射率的媒体） 包层包层纤纤芯芯高折射率高折射率( (纤芯纤芯) )低折射率低折射率( (包层包层) )光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲单模光纤单模光纤输入脉冲输入脉冲输出脉冲输出脉冲多模光纤多模光纤无线电无线电微波微波红外线红外线可见光可见光紫外线紫外线X射线射线 射线射线双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆卫星卫星地面微波地面微波 调幅调幅无线电无线电 调频调频无线电无线电 海事海事无线电无线电光纤光纤电视电视(Hz)f (Hz)fLFMFHFVHF UHF SHFE

8、HFTHF波段波段104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024 移动移动无线电无线电 1、 频分复用频分复用2、 时分复用时分复用3、 码分复用码分复用4、 波分复用波分复用频率频率1频率频率3频率频率2频率频率4时间时间频率频率T4T3T2T1T1T2T3T4频率频率时间时间B C DB C DB C DB C DAAAA在在 TDM 帧中的位置不变帧中的位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM

9、 帧帧TDM 帧帧频率频率时间时间C DC DC DC DAAAATDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧BBBB在在 TDM 帧中帧中的位置不变的位置不变频率频率时间时间BDBDBDBDAAAATDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧CCCC在在 TDM 帧中帧中的位置不变的位置不变频率频率时间时间B CB CB CB CAAAATDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧在在 TDM 帧中帧中的位置不变的位置不变DDDDABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧个时分复用帧#1acbcd静态时分复用静态时分复用#2#3#4

10、用户用户用户用户ABCDabcdttttt3 个个 STDM 帧帧#1acbab bcacd#2#3统计时分复用统计时分复用0TSm1TSm1iiimimiimiiimSmSSm112211) 1(111SSS 站的码片序列站的码片序列 S110ttttttm 个码片个码片tS 站发送的信号站发送的信号 SxT 站发送的信号站发送的信号 Tx总的发送信号总的发送信号 Sx + Tx规格化内积规格化内积 S Sx规格化内积规格化内积 S Tx数据码元比特数据码元比特发发送送端端接接收收端端 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 155

11、5 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s1310 nm20 Gb/s复复用用器器分分用用器器EDFA120 km网络拓扑结构网络拓扑结构交换节点交换节点转接中心转接中心用户线用户线中继线中继线全连通全连通交换交换网络网络用户用户接口接口中继中继接口接口控制控制单元单元信号信号单元单元中继线中继线用户线用户线（1 1）建立连接）建立连接（2 2）维持连接）维持连接（3 3）拆除连接）拆除连接电路交换电路交换

12、报文交换报文交换分组交换分组交换快速分组交换快速分组交换多速率电路交换多速率电路交换快速电路交换快速电路交换存储存储 - - 转发转发ATMATM交换交换X.25X.25分组网分组网帧中继、帧中继、 SMDSSMDS信元交换信元交换正向证实信号正向证实信号正向拆线信号正向拆线信号主叫挂机主叫挂机反向拆线信号反向拆线信号被叫挂机被叫挂机被叫用户被叫用户主叫用户主叫用户回铃音回铃音取机取机拨号拨号拨号音拨号音占用信号占用信号占用信号占用信号振铃振铃通话通话( (信息传送信息传送) )连接连接释放释放呼叫呼叫建立建立A A局局B B局局C C局局挂机挂机连接释放连接释放数据传送数据传送连接建立连接建

13、立A B C D t报文报文C1C4C3C2C3本地网本地网省中心省中心省间中心省间中心地市中心地市中心县中心县中心长途网长途网ABt用户电报机用户电报机B用户电报机用户电报机AA局局B局局C局局M1M1M1M1传播时延传播时延传输时延传输时延存储存储 / 处理时延处理时延报报文文报报文文报报文文A B C DtP2P1报文报文A主机B主机C链路P5P6P4P3P2P1PSEaPSEbPSEcP1P2P3P4P1P2P3P4P3P4A B C DP2P1 差错产生的原因差错产生的原因n码间距离码间距离 ：两个码字的对应：两个码字的对应位取值不同的个数。例：位取值不同的个数。例：10100010

14、010010011010110110001001码间距离码间距离 d = 3例例2 000000 000111 111000 111111收到收到0101114 1 5 2恢复恢复000111n检错码检错码n纠错码纠错码 汉明码（汉明码（Hamming)n奇偶校验码的性质奇偶校验码的性质 可以检测出所有的可以检测出所有的1位或奇数位错，但无法确位或奇数位错，但无法确定错码的位置。定错码的位置。 无法检测出偶数个错。无法检测出偶数个错。n合理安排不同的数据位与监督位的组合理安排不同的数据位与监督位的组合，根据差错位所造成的影响不同，合，根据差错位所造成的影响不同，有可能确定差错的位置。有可能确定

15、差错的位置。n汉明码能够确定汉明码能够确定一位差错一位差错的位置，并的位置，并可以纠错。可以纠错。例如例如 A A4 4=0111001=0111001，对应的码多项式为，对应的码多项式为 ：码多项式码多项式 (n(n，k)k)循环码中，为了便于描述与计算，循环码中，为了便于描述与计算，经常使用经常使用 n-1 n-1 次次 码多项式来表示码字，码多项式来表示码字，码字码字 A =aA =an-1n-1 a an-2n-2 a a1 1 a a0 0 ，它对应，它对应的码多项式为：的码多项式为：01222211)(axaxaxaxaxAnnnn11001110)(345234564xxxxxx

16、xxxxA 在在(n(n，k)k)循环码中，存在循环码中，存在惟一惟一的最高的最高幂次为幂次为(n-k)(n-k)，编码中最多，编码中最多 k-1k-1 个个连续连续的的 0 0 项，且项，且常数项必须为常数项必须为1 1 的码多项式的码多项式g(x)g(x)，此码多项式的幂次最低（，此码多项式的幂次最低（0 0 元除元除外）；其它所有的码多项式都能被外）；其它所有的码多项式都能被g(x)g(x)整除；并且整除；并且g(x)g(x)是是 x xn n+1 +1 的一个因式。的一个因式。 g(x)g(x)称为该编码集的称为该编码集的生成多项式生成多项式。生成多项式生成多项式 g(x)g(x)CRC-16 CRC-CCITTCRC-321)(21516xxxxg1)(51216xxxxg1)(245781011121622232632xxxxxxxxxxxxxxxg 标准生成多项式标准生成多项式选择选择 r 阶生成多项式阶生成多项式 G(x) ，r = nk在数据帧末尾加在数据帧末尾加 r 个个0，形成多项式，形成多项式 xrM(x) xrM(x) R(x) G(x) G(x)移项得：移项得： xrM(x) R(x) Q(x) G(x) 得到循环码多项式：得到循环码多项式： T(x) = xrM(x) R(x)，是一个可以被是一个可以被 G(x) 整除的编码。整除的编码。 Q(x)