第02章-数据通信及广域网技术

1、作业:77-79页一二、1,2,3,7三、1,5,6四、2,3本章学习要求本章学习要求：掌握：掌握：数据通信的基本概念数据通信的基本概念了解：传输介质类型及主要特性了解：传输介质类型及主要特性了解：无线与卫星通信技术的基本概念了解：无线与卫星通信技术的基本概念掌握：数据编码的类型和基本方法掌握：数据编码的类型和基本方法了解：基带传输的基本概念了解：基带传输的基本概念掌握：频带传输的基本概念掌握：频带传输的基本概念掌握：多路复用的分类与特点掌握：多路复用的分类与特点掌握：广域网中的数据交换技术的类型与工作原理掌握：广域网中的数据交换技术的类型与工作原理 掌握：差错控制方法掌握：差错控制方法 2.

2、1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2.1.1 信息、数据与信号信息、数据与信号通信的目的是交换信息，通信的目的是交换信息， 信息的载体可以是数字、文信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合；母、数字、语音、图形或图像的组合； 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；形或图像用二进制代码的数据来表示； 为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信

3、号编码的方式表示；字信号编码的方式表示；数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码符号的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的比特序列的模拟或数字信号的过程。过程。 信息编码标准信息编码标准ASCII 码被国际标准化组织码被国际标准化组织ISO接受，成为国际标准接受，成为国际标准ISO 646，又称为国际，又称为国际5号码号码;它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准;ASCII码采用码采用7位二进制比特编码，可以表示位二进制比特编码，可以表示128个字个字符符;字符分为图

4、形字符与控制字符两类。图形字符包括数字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。字、字母、运算符号、商用符号等。 多媒体网络应用多媒体网络应用随着计算机技术的发展，多媒体技术得到了广泛应用；随着计算机技术的发展，多媒体技术得到了广泛应用；利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重要内容之一；要内容之一；与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求数据通与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性；信系统具有高速率与低延时的特性；如果每帧图像由如

5、果每帧图像由1024768个点阵组成，图像颜色有个点阵组成，图像颜色有256种，每个种，每个点阵用点阵用1字节二进制数表示，每秒钟传送字节二进制数表示，每秒钟传送30帧图像，那么每秒钟帧图像，那么每秒钟需要传送需要传送235,929,601字节；字节；如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进行如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进行22,050次取次取样，每次取样值用样，每次取样值用1字节表示，那么单声道每秒钟需要传送字节表示，那么单声道每秒钟需要传送22,050字节；双声道立体声每秒钟需要传送字节；双声道立体声每秒钟需要传送44,100字节；字节；多媒体技术在网络中的应用，将对数据

6、通信系统提出更高的要求多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高的要求。 信号的概念信号的概念 信号是数据在传输过程中电信号的表示形式；信号是数据在传输过程中电信号的表示形式；模拟信号（模拟信号（analog signal）的信号电平是连续变化的；）的信号电平是连续变化的；数字信号（数字信号（digital signal）是用两种不同的电平去表示）是用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示；比特序列的电压脉冲信号表示；按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。拟通信系统与数字通信系统两种。 模

7、拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形 (a)(a)v(t)v(t)tt(b)(b)2.1.2 数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式 网络中两台计算机的通信过程网络中两台计算机的通信过程 通信子网通信子网资源子网资源子网CCPBCCPDCCPCCCPECCPACCPF主机H主机HAB网络通信系统设计中要解决的几个基本问题网络通信系统设计中要解决的几个基本问题：数据传输类型数据传输类型 模拟通信模拟通信 数字通信数字通信 数据通信方式数据通信方式 串行通信、并行通信串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信单工通信、半双工或全双工通信同步方式同步方式 同步通信同步通信 异步通信

8、异步通信串行通信与并行通信串行通信与并行通信 发送端接收端串行通信信道串行通信信道(a)(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信 发送接收单向通道单向通道双向通道双向通道双向通道双向通道(a)(a)(b)(b)(c)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送同步通信与异步通信同步通信与异步通信一个或多个SYN字符控制字符数据字符SYNSYN控制字符t字节5字节4字节3字节3字节2字节1bbbbbbb终止位(逻辑 0 )起始位(逻辑 1 )65

9、43210同步通信异步通信2.2 传输介质及其主要特性传输介质及其主要特性2.2.1 传输介质的主要类型传输介质的主要类型双绞线双绞线同轴电缆同轴电缆光纤电缆光纤电缆无线与卫星通信信道无线与卫星通信信道传输介质的特性传输介质的特性：物理特性：传输介质物理结构的描述；物理特性：传输介质物理结构的描述；传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及 调制技术、传输容量、传输的频率范围；调制技术、传输容量、传输的频率范围；连通特性：允许点连通特性：允许点- -点或多点连接；点或多点连接；地理范围：传输介质最大传输距离；地理范围：传输介质最大传输距离；抗干

10、扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据 影响的能力；影响的能力；相对价格：器件、安装与维护费用。相对价格：器件、安装与维护费用。双绞线（双绞线（Twisted Pair）双绞线由两条相互绝缘的铜线象螺纹一样扭绞在一起。扭绞的目双绞线由两条相互绝缘的铜线象螺纹一样扭绞在一起。扭绞的目的是为了减少线对之间的电磁干扰。的是为了减少线对之间的电磁干扰。电话端局到用户电话之间使用双绞线传输模拟的语音信号，距离电话端局到用户电话之间使用双绞线传输模拟的语音信号，距离可达可达56公里。公里。在很多数字租用线路上，几公里范围内的传输速率可达几在很多数字租用线路

11、上，几公里范围内的传输速率可达几Mbps。在在LAN中，以太网可在中，以太网可在100米距离内使双绞线上的速率达到米距离内使双绞线上的速率达到10 Mbps、100 Mbps，甚至是不可思议的，甚至是不可思议的250 Mbps。经常把经常把4对双绞线封装在塑料套中构成所谓的非屏蔽双绞线对双绞线封装在塑料套中构成所谓的非屏蔽双绞线UTP（Unshielded TP），其中有两类最常用于计算机网络：），其中有两类最常用于计算机网络： 3类（类（category 3）UTP：较早应用于：较早应用于10 Mbps以太网和电话通以太网和电话通信，其扭绞程度较为松散。信，其扭绞程度较为松散。 5类（类（c

12、ategory 5）UTP 或超或超5类（类（category 5e）：现普遍应用）：现普遍应用于百兆和千兆以太网中，其扭绞程度较之于于百兆和千兆以太网中，其扭绞程度较之于3类类UTP更加紧密，更加紧密，抗干扰能力更强。抗干扰能力更强。屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP（Shielded TP）有一层总的屏蔽层，）有一层总的屏蔽层，ScTP中每对中每对线及总体都有屏蔽层。价格贵，性能好，应用少。线及总体都有屏蔽层。价格贵，性能好，应用少。2.2.2 双绞线的主要特性双绞线的主要特性 屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STP 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP铜线绝缘层外屏蔽层外部保护层（a ） 屏蔽双绞线（a ） 屏

13、蔽双绞线铜线绝缘层外部保护层（b ） 非屏蔽双绞线（b ） 非屏蔽双绞线双绞线双绞线-RJ45连接头连接头 双绞线检测仪是专门双绞线检测仪是专门用来检测用来检测8根（根（4对）对）双绞线是否通路的仪双绞线是否通路的仪器器 双绞线压线钳双绞线压线钳 内导体绝缘层外屏蔽层外部保护层2.2.3 同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性 粗同轴电缆粗同轴电缆 细同轴电缆细同轴电缆两种同轴电缆两种同轴电缆基带同轴电缆（基带同轴电缆（Baseband Coax）：阻抗匹配为）：阻抗匹配为50，用于数字传输，用于数字传输，1公里电缆可达公里电缆可达12Gbps的传输速率。的传输速率。又分为：又分为： 粗缆（Th

14、ick）：10Base-5，AUI，单段长度500米，最长5段达2.5公里。 细缆（Thin）：10Base-2，BNC，单段长度185米，最长5段达925米。宽带同轴电缆（宽带同轴电缆（Broadband Coax）：阻抗匹配为）：阻抗匹配为75，用于电视信号的模拟传输（用于电视信号的模拟传输（CATV），带宽可达），带宽可达800MHz以上，采用以上，采用FDM技术。传输数字信号时，要技术。传输数字信号时，要使用使用Cable MODEM这样的特殊设备，现在综合有线这样的特殊设备，现在综合有线电视网络已成为电视网络已成为MAN的一种形式。的一种形式。2.2.4 光纤的主要特性光纤的主要特性

15、光电转换LED发送端输入输入PIN接收端输出输出光纤光纤光信号光电转换光纤包层外部保护层(a)(a)保护层包层光纤(b)(b)包层保护层光纤（光纤（Fiber Optics）光纤由传导光波的高纯石英玻璃纤维和保护层（光纤由传导光波的高纯石英玻璃纤维和保护层（jacket）构成，其中纤芯（）构成，其中纤芯（core）的）的折射率大于包裹着它的包层（折射率大于包裹着它的包层（cladding）折射率，这样光信号就被保持在纤芯中不）折射率，这样光信号就被保持在纤芯中不会散播出去。会散播出去。经常将多根光纤封装在坚固的外壳（经常将多根光纤封装在坚固的外壳（sheath）中，形成所谓的多芯光缆。）中，形

16、成所谓的多芯光缆。单模和多模光纤单模和多模光纤光线可以多个不同的入射角（大于或等于临界角）在纤芯内全反射光线可以多个不同的入射角（大于或等于临界角）在纤芯内全反射传播，可认为每一束不同入射角的光线具有一个不同的模态传播，可认为每一束不同入射角的光线具有一个不同的模态（mode），具备这种特性的光纤称为多模光纤（），具备这种特性的光纤称为多模光纤（multi-mode fiber）。）。当光纤的直径减小到几个光波波长时，光纤就如同一个波导，光线当光纤的直径减小到几个光波波长时，光纤就如同一个波导，光线在纤芯内以直线传播而不会发生反射，这种光纤称为单模光纤在纤芯内以直线传播而不会发生反射，这种光纤

17、称为单模光纤（single-mode fiber）。）。由于光线在单模光纤中按直线传播，减小了损耗，因而可传播更长由于光线在单模光纤中按直线传播，减小了损耗，因而可传播更长的距离，几的距离，几Gbps的速率可达几十公里。的速率可达几十公里。多模光纤的直径约在几十多模光纤的直径约在几十m，而单模光纤不到，而单模光纤不到10m。实际使用中，。实际使用中，裸光纤（纤芯和包层）的直径一般为裸光纤（纤芯和包层）的直径一般为125m，其中多模的纤芯有，其中多模的纤芯有62.5m（常用）和（常用）和50m两种；而单模的纤芯只有两种；而单模的纤芯只有9m。昂贵的光纤？昂贵的光纤？光纤传输比较昂贵的原因主要在于

18、光端设备和连接的复杂性。实际上，光纤传输比较昂贵的原因主要在于光端设备和连接的复杂性。实际上，光纤本身并不算贵。光纤本身并不算贵。有两种光源可用于信号源：有两种光源可用于信号源：LED（发光二极管）和（发光二极管）和ILD（注入型激光二（注入型激光二极管）。以光信号的有和无来表示二进制的极管）。以光信号的有和无来表示二进制的“1”和和“0”。接收端由光电二极管构成的光检测器将光信号转换成电信号。接收端由光电二极管构成的光检测器将光信号转换成电信号。光纤的连接：光纤的连接： 机械式：快速，一般不需特殊设备，新技术和连接器改善了接合的损耗（有些 0.1 dB），适合于小数量和应急的应用。 熔结：需

19、要昂贵的特殊设备，极低的损耗（有的可达 0.05 dB），长距离链路的唯一方法。实际的光纤实际的光纤2.3 无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术2.3.1 电磁波谱与移动通信电磁波谱与移动通信10010210410610810101012101410161018102010221024无线电微波红外紫外线可见光X-射线-射线1041051061071081091010101110121013101410151016f(Hz)f(Hz)双绞线同轴电缆无线电( A M )无线电( F M )电视频道卫星通信地面微波通信光纤频段LFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF2.3.2 无线通信无线通信

20、视距传播视距传播电离层反射电离层反射地球表面地球表面电离层2.3.3 微波通信微波通信 微波信号没有绕射功能，两个微波信号只能在可视情微波信号没有绕射功能，两个微波信号只能在可视情况下才能正常接收；况下才能正常接收； 大气对微波信号的吸收与散射影响较大。大气对微波信号的吸收与散射影响较大。 2.3.4 蜂窝无线通信蜂窝无线通信 （Cellular Radio）寻呼系统（寻呼系统（Paging systems）：单向（单信道，单频率），简单，成本低。）：单向（单信道，单频率），简单，成本低。无绳电话（无绳电话（Cordless phones）：功率低，距离短。）：功率低，距离短。移动电话（移动电

21、话（Mobile phones）：双向（双频率）。模拟）：双向（双频率）。模拟数字（数字（GSM，Global Systems for Mobile communications）GPRS（General Packet Radio Service）CDMA（Code Division Multiple Access）。）。蜂窝单元和频率重用蜂窝单元和频率重用把一块区域（把一块区域（area）分割成小的单元（）分割成小的单元（cell），每个单元拥有自），每个单元拥有自己的频率（通过信号功率的大小来控制单元的大小范围，每个频己的频率（通过信号功率的大小来控制单元的大小范围，每个频率上可有若干个通

22、话），且相邻的单元使用不同的频率。率上可有若干个通话），且相邻的单元使用不同的频率。当某个单元的用户数量超过负载能力时，就降低信号功率，将该当某个单元的用户数量超过负载能力时，就降低信号功率，将该单元分割成更小的单元。单元分割成更小的单元。2.3.5 卫星通信卫星通信 卫星地球表面卫星发送多点接收多点接收地球同步卫星通信地球同步卫星通信在赤道上空大约在赤道上空大约36000 km的地球同步卫星可接收地面来的微波信号，经放的地球同步卫星可接收地面来的微波信号，经放大后重新发射回地面。地面现常用低成本的小孔终端大后重新发射回地面。地面现常用低成本的小孔终端VSAT（very small apert

23、ure terminal，1米的天线，输出功率为米的天线，输出功率为1W）+地面中心站地面中心站HUB（较大（较大的、高增益天线，用于中继）经过两次反射进行通信，上行速率只有的、高增益天线，用于中继）经过两次反射进行通信，上行速率只有19.2 kbps，但下行可达，但下行可达512 kbps。延迟大：端到端的传播时间大约为延迟大：端到端的传播时间大约为250ms300ms，典型值为，典型值为270ms，使用，使用中心站的中心站的VSAT则为则为540ms。1234低轨道卫星通信（低轨道卫星通信（Low-orbit Satellites）Motorola的的“铱星计划铱星计划”：利用蜂窝无线通信

24、的思想，在地球表：利用蜂窝无线通信的思想，在地球表面上空面上空750 km处，布置处，布置77颗低轨道卫星（后改为颗低轨道卫星（后改为66颗），采用圆颗），采用圆形极地轨道形成形极地轨道形成6串卫星项链，覆盖整个地球，每颗卫星最多有串卫星项链，覆盖整个地球，每颗卫星最多有48道点波束，地球表面共有道点波束，地球表面共有1628个单元，在这里单元和用户都是个单元，在这里单元和用户都是移动的。移动的。卫星和光纤的比较卫星和光纤的比较带宽：光纤比卫星大的多，但现在还远远不能完全利带宽：光纤比卫星大的多，但现在还远远不能完全利用。用。移动性和远程能力：卫星好于光纤，但光纤加上蜂窝移动性和远程能力：卫星

25、好于光纤，但光纤加上蜂窝无线电有其独到之处。无线电有其独到之处。广播：卫星具有无可比拟的优势。广播：卫星具有无可比拟的优势。延迟和可靠性：光纤当之无愧。卫星巨大的延迟时间延迟和可靠性：光纤当之无愧。卫星巨大的延迟时间及对天气的依赖性令人束手无策。及对天气的依赖性令人束手无策。2.4 数据编码技术数据编码技术2.4.1 数据编码类型数据编码类型数据编码方法模拟数据编码数字数据编码振幅键控ASK移频键控FSK移相键控PSK非归零码NRZ曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码2.4.2 模拟数据编码方法模拟数据编码方法 01001000+0+0+0+0212+数据(a)ASK(b)FSK(c)PSK(绝对)(

26、d)PSK(相对)1212.4.3 数字数据编码方法数字数据编码方法 01001011数据数据(a)非归零码同步时钟(b)曼彻斯特编码(c)差分曼彻斯特编码频带传输:用模拟通信信道传输模拟信号基带传输:用数字通信信道传输数字数据信号应用广泛后后T/2为原码为原码,前前T/2为反码为反码在开始边界在开始边界,电电平跳变为平跳变为0,不跳不跳变为变为12.4.4 脉冲编码脉冲编码 调制方法调制方法 D8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5At0.270.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.410.40.120.1(a)样本量化级二进制编码编码信号

27、0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8(b)PCM用于数字语音系统用于数字语音系统：声音分为声音分为128个量化级；个量化级；每个量化级采用每个量化级采用7位二进制编码表示；位二进制编码表示；采样速率为采样速率为8000样本样本/秒；秒；数据传输速率应达到数据传输速率应达到7位位8000/秒秒=56Kbps；如果每个量化级采用如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示位二进制编码表示;数据传输速率应达到数据传输速率应达到8位位8000 /秒秒= 64Kbps。2.5 基带传输技术基带传输技术 2.5.1 基带传输

28、的定义基带传输的定义 在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号据信号是典型的矩形脉冲信号; ;矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带, ,简称为基带简称为基带, ,矩矩形脉冲信号就叫做基带信号形脉冲信号就叫做基带信号; ;在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输传输; ;在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码输的基带信号

29、，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号信号; ;在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号; ;基带传输是一种最基本的数据传输方式。基带传输是一种最基本的数据传输方式。 2.5.2 通信信道带宽对基带传输的影响通信信道带宽对基带传输的影响 E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)E(t)000000ttttt1 2 3 4 5 6 7 8 9 1001100010(a)(b)(c)(d)(e)0 10 1 20 1 2 3 40 1 2 3 4 5 6 7 8ttttt2.5.3 数据传输速率的定义与信道速

30、率的极限数据传输速率的定义与信道速率的极限 数据传输速率的定义数据传输速率的定义 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标；数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标；数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特码的二进制比特数，单位为比特/秒，记做秒，记做bps；常用的数据传输速率单位有：常用的数据传输速率单位有：Kbps、Mbps、Gbps与与Tb/s，其中：，其中： 1Kbps = 1103 bps 1Mbps = 1106 bps 1Gbps = 1109 bps 1Tbps = 11012 bps信道速

31、率的极限值信道速率的极限值奈奎斯特准则奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传输速率：二进制数据信号的最大数据传输速率 Rmax与通信信道带宽与通信信道带宽B（B=f，单位，单位Hz） 的关系为的关系为Rmax=2f（bps）；）；香农定理香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时， 数据传输速率数据传输速率Rmax与信道带宽与信道带宽B，信噪比，信噪比S/N 的关系为的关系为Rmax = Blog2（1+S/N） S/N为信噪比；为信噪比；如如:S/N=1000 B=3000Hz Rmax=30Kbps2.6 频带传输技术频带传输技术2.6.1 频

32、带传输的定义频带传输的定义利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；调制解调器（调制解调器（modem）是频带传输中最典型的通信设）是频带传输中最典型的通信设备。备。2.6.2 调制解调器的基本工作原理调制解调器的基本工作原理在发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上在发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号；传输的模拟信号；在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。字信号。电话机电话线电话线电话机电话交换网电话交换网计算机计算机ModemModem移频键控移频键控(F

33、SK)方式方式Modem的工作原理的工作原理 电话交换网电话交换网组合器OSCOSC1270Hz1070Hz1 0 0 11270Hz带通滤波器1070Hz带通滤波器1 0 01组合器滤波器滤波器计算机调制器解调器计算机电话机电话机Modem实现全双工通信的工作原理实现全双工通信的工作原理011070Hz1270Hz012025Hz2225Hz上频带下频带fol=1170Hzfoh=2125Hz电话交换网通频带2.6.3 调制解调器的分类与应用调制解调器的分类与应用 外置外置Modem与计算机的连接与计算机的连接 电话插座电源插座调制解调器调制解调器电话机计算机2.7 多路复用技术多路复用技术

34、 多路复用的工作原理多路复用的工作原理 高速通信线路多路复用器多路复用器2.7.1 多路复用技术的分类多路复用技术的分类频分多路复用频分多路复用FDM波分多路复用波分多路复用WDM时分多路复用时分多路复用TDM2.7.2 频分多路复用频分多路复用在一条通信线路设计多路通信信道在一条通信线路设计多路通信信道; ;每路信道的信号以不同的载波频率进行调制每路信道的信号以不同的载波频率进行调制; ;各个载波频率是不重叠的各个载波频率是不重叠的, , 一条通信线路就可以同时独立地传输一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。多路信号。 13003100信道16064687260646872频率( k H

35、z)（c ）（c ）频率( k Hz)（b ）（b ）频率( H z)（a ）（a ）信道2信道311信道1信道2信道32.7.3 波分多路复用波分多路复用 光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用WDM;在一根光纤上复用在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号称为密集波分复用路或更多路的光载波信号称为密集波分复用DWDM； 目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到20Gbps 。共享光纤共享光纤光栅光栅功率波长共享光纤的波谱功率波长光纤1的波谱功率波长光纤2的波谱光纤1光纤2光纤3光纤4

36、功率波长光纤3的波谱功率波长光纤4的波谱2.7.4 时分多路复用时分多路复用 时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；每个用户分得一个时间片；每个用户分得一个时间片；在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。 信道2 4信道1信道2信道3信道401193比特帧（1 2 5 微秒 ）帧开始位7位数据位校验位T1载波系统时分多路复用的分类时分多路复用的分类 同步时分多路复用同步时分多路复用 统计时分多路复用统计时分多路复用 124.n13.n.1234.n时间片1时

37、间片2时间片n125.m41257.m.1234.m时间片1时间片2时间片n2.8 数据交换方法数据交换方法数据通过通信子网的传输过程可以分为数据通过通信子网的传输过程可以分为：报文与报文分组交换报文与报文分组交换线路交换与存储转发交换线路交换与存储转发交换2.8.1 线路交换方式线路交换方式 线路交换是面向连接的服务；线路交换是面向连接的服务；两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传线路交换在数据传输过程中要经过建立

38、连接、数据传输与释放连接的三个阶段；输与释放连接的三个阶段；线路交换方式的优点：通信实时性强，适用于交互式线路交换方式的优点：通信实时性强，适用于交互式会话类通信；会话类通信；线路交换方式的缺点：对突发性通信不适应，系统效线路交换方式的缺点：对突发性通信不适应，系统效率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。 线路交换方式的工作原理线路交换方式的工作原理结点A呼叫请求呼叫应答报文或报文分组应答释放请求释放应答线路建立数据传输线路释放结点B结点C结点D主机H主机HAB2.8.2 存储转发交换方式存储转发交换方式 存储转发交换方式与线路交换方式的主

39、要区别：存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别：发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网；子网；通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。 存储转发交换方式分类存储转发交换方式分类： 数据通过通信子网传输时可以有报文（数据通过通信子网传输时可以有报文（message）与报）与报文分组（文分组（packet）

40、两种方式；）两种方式；报文传输：不管发送数据的长度是多少，都把它当作报文传输：不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；一个逻辑单元发送；报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度，如果报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。多个报文分组发送。报文和报文分组结构报文和报文分组结构 由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；发花费的时间较少；限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的限定分组最大数据长

41、度，有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率；存储空间利用率与传输效率；公用数据网采用的是分组交换技术。公用数据网采用的是分组交换技术。报文分组报文分组报文报文报文号目的地址源地址校验报文号目的地址源地址报文分组数据校验报文分组号数据存储转发方式的优点存储转发方式的优点由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组，多由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组，多个分组可以共享通信信道，线路利用率高；个分组可以共享通信信道，线路利用率高；通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径；选择报文分组通过通信子网的

42、最佳路径；可以平滑通信量，提高系统效率；可以平滑通信量，提高系统效率；分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时，均分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时，均要进行差错检查与纠错处理，因此可以减少传输错误，要进行差错检查与纠错处理，因此可以减少传输错误，提高系统可靠性；提高系统可靠性；通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。 2.8.3 数据报方式数据报方式 数据报是分组存储转发的一种形式；数据报是分组存储转发的一种形式；在数据报方式中，分组传送之间不需要

43、预先在源主机在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立与目的主机之间建立“线路连接线路连接”；源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径；输路径；每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。达目的主机。数据报方式的工作原理数据报方式的工作原理结点A结点F结点C结点E结点D结点G结点Bp2p1p1p1p1p2p2p2p1p2ACKACKACKACKACKACK主机H主机HAB数据报方式的特点数据报方式的特点同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信同一报文

44、的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网；子网；同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象；重复与丢失现象；每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。不适用于长报文、会话式通信。 2.8.4 虚电路方式虚电路方式 虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效来，发挥

45、两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果果; ;数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路; ;虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。阶段。 虚电路方式虚电路方式的工作原理的工作原理呼叫请求呼叫应答释放请求释放应答虚电路建

46、立数据传输虚电路拆除p1p1p1p2p2p2ACKACKACK1结点A结点E结点F结点B结点G结点D结点C主机H主机HAB虚电路方式的特点虚电路方式的特点在每次分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立在每次分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。这是因为不需要真正去建立一条物理链一条逻辑连接。这是因为不需要真正去建立一条物理链路，连接发送方与接收方的物理链路已经存在；路，连接发送方与接收方的物理链路已经存在；一次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送，因此一次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送，因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。分组到报文分组不必带目的地址、源

47、地址等辅助信息。分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检测，而不需要做路径选择；测，而不需要做路径选择；每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。 2.8.5 ATM交换方式交换方式 ATM的基本数据传输单元是信元；的基本数据传输单元是信元；信元长度固定为信元长度固定为53字节；字节；信元包括信元包括5字节的信元头与字节的信元头与48字节的用户数据。字节的用户数据。53字节信元头用户数据48字节5字节物理

48、链路、虚通路与虚通道的关系物理链路、虚通路与虚通道的关系 物理链路（物理链路（Physical Link）虚通路（虚通路（VP，Virtual Path）虚通道（虚通道（VC，Virtual Channel） 物理链路虚通路虚通道支持远程教学的支持远程教学的ATM网网 ATM端用户ATM交换机ATM交换机ATM交换机ATM交换机ATM网络ATM网络ATM接口卡声音文本视频ATM端用户ATM端用户2.9 差错控制方法差错控制方法2.9.1 差错产生的原因与差错类型差错产生的原因与差错类型传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送数据传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送数据 不一致的现象不一致的

49、现象;差错控制是检查是否出现差错以及如何纠正差错；差错控制是检查是否出现差错以及如何纠正差错；通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声；通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声；由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错；由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错；冲击噪声引起的差错是突发差错，或突发错；冲击噪声引起的差错是突发差错，或突发错；在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。差错共同构成的。 传输差错传输差错产生过程产生过程信源通信信道信宿数据噪声数据+噪声(a)00110011110001111100001100010001

50、0110011001010传输数据数据信号波形噪声数据信号与噪声信号叠加后的波形采样时间接收数据原始数据出错的位(b)2.9.2 误码率的定义误码率的定义 误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：值上近似等于：Pe=Ne/N，其中，其中N为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，Ne为被传错的码元数；为被传错的码元数；误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数之一；数之一；对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，对于

51、一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求；要根据实际传输要求提出误码率要求；对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进制比特来计算；二进制比特来计算；差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。 2.9.3 检错码与纠错码检错码与纠错码 纠错码：纠错码： 每个传输的分组带上足够的冗余信息；每个传输

52、的分组带上足够的冗余信息； 接收端能发现并自动纠正传输差错。接收端能发现并自动纠正传输差错。检错码检错码: : 分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息；分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息； 接收端能够发现出错，但不能确定哪位是错的，并且接收端能够发现出错，但不能确定哪位是错的，并且自己不能纠正传输差错。自己不能纠正传输差错。 2.9.4 循环冗余编码工作原理循环冗余编码工作原理 发送方接收方发送数据 f ( x )生成多项式 G ( x )f(x) xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)实际发送: f ( x)xk.+R(x)数据字段校验字段f(x)xk.R(x)发送数据 f (x

53、)生成多项式 G ( x )R(x)=R(x) 接收正确R(x)=R(x) 接收出错发送f(x) xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)CRC检错检错方法举例方法举例 1 1 0 0 1 1发送数据比特序列CRC校验码比特序列1 0 0 1带CRC校验码的发送数据比特序列1 1 0 0 1 1 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 101 0 0 0 0 11 1 0 0 1 1 0 0 0 01 1 0 0 1G(x)1 1 0 0 11 0 0 0 01 1 0 0 11 0 0 1R(x)1 0 0 0 0 1Q(x)f(x).xk标准标准CRC生成多项式生成多项式G（x）CRC-12 G（x）= x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16 G（x）= x16+x15+x2+1CRC-CCITT G（x）= x16+x12+x5+1CRC-32 G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1 CRC校验码的检错能力校验码的检错能力CRC校验码能检查出全部单个错；校验码能检查出全部单个错；CRC校验码能检查出全部