第2章数据通信基础知识

1、第第 2 章章 数据通信基础知识数据通信基础知识内容介绍内容介绍v 2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 v 2.2 数据通信方式数据通信方式 v 2.3 数据编码技术数据编码技术 v 2.4 传输介质传输介质 v 2.5 多路复用技术多路复用技术 v 2.6 广域网中数据交换技术广域网中数据交换技术 v 2.7 差错控制技术差错控制技术 数据（数据（Data） 是对客观事实进行描述和记载的物理符号；是传递（携是对客观事实进行描述和记载的物理符号；是传递（携 带）信息的载体。带）信息的载体。信息（信息（Information） 是数据的含义或解释。是数据的含义或解释。信号（信号（Sig

2、nal） 数据的物理量编码数据的物理量编码（通常为电磁编码），（通常为电磁编码），数据以信号的数据以信号的 形式在介质中传播。形式在介质中传播。2.1 数据通信的基本概念1. 数据与信号模拟信号模拟信号 模拟信号是指幅值可连续取值的连续信号，电视图像信模拟信号是指幅值可连续取值的连续信号，电视图像信 号、语音信号、温度压力传感器的输出信号以及许多遥号、语音信号、温度压力传感器的输出信号以及许多遥 感遥测信号都是模拟信号。感遥测信号都是模拟信号。数字信号数字信号 数字信号指幅度的取值被限制数字信号指幅度的取值被限制 在有限个离散数值之内的连续在有限个离散数值之内的连续 信号，二进制码就是一种数字

3、信号，二进制码就是一种数字 信号，计算机数据、数字电话信号，计算机数据、数字电话 和数字电视等都是数字信号。和数字电视等都是数字信号。t2.1 数据通信的基本概念2. 数据通信系统基本结构噪声噪声 任何信道都不完美，对传输的信号产任何信道都不完美，对传输的信号产 生干扰生干扰 外界：闪电、串扰、电气设备外界：闪电、串扰、电气设备 内部：介质特性内部：介质特性2.1 数据通信的基本概念信源信源 产生和发送信息的设备产生和发送信息的设备发送器发送器 根据传输介质特性，进行信号变换根据传输介质特性，进行信号变换接收器接收器 接受信号，还原成合适的信号接受信号，还原成合适的信号信宿信宿 接受和处理信息

4、的设备接受和处理信息的设备信道信道 信源和信宿间的通信线路信源和信宿间的通信线路v 码元与比特码元与比特码元（码元（Code cellCode cell） 信号传输时，一个波形称为一个码元（信号编码单元）。信号传输时，一个波形称为一个码元（信号编码单元）。2.1 数据通信的基本概念3. 数据通信的主要技术指标 比特：比特：二进制数的一位。二进制数的一位。v 信号传输率与数据传输速率信号传输率与数据传输速率 v信号传输率信号传输率 ( (波特率波特率) B) B v 单位时间内传送的波形数，单位为波特单位时间内传送的波形数，单位为波特(Baud)(Baud)，又称，又称v 波形速率波形速率 (

5、(线路上每秒钟传送的线路上每秒钟传送的波形个数波形个数) ) ，又称码元，又称码元v 速率速率 。v数据传输率数据传输率 ( (比特率比特率) ) S Sv 即单位时间内所传送的二进制信息的位数，单位为位即单位时间内所传送的二进制信息的位数，单位为位v / /秒，记作秒，记作bpsbps或或b/sb/s。2.1 数据通信的基本概念2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念v比特率比特率S S和波特率和波特率B B的关系的关系 S SB Bloglog2 2N N上式中，上式中，N N为一个码元所取的离散值个数。为一个码元所取的离散值个数。通常通常N=2N=2K K，K K为二进制信息的位数为

6、二进制信息的位数 K=log K=log2 2N N；N=2N=2时，时，S=BS=B， v 带宽带宽 物理信道频带宽度，即信道允许传送信号的最高频率和物理信道频带宽度，即信道允许传送信号的最高频率和 最低频率之差。单位：最低频率之差。单位：HzHz。v 信道容量信道容量 信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，是信道传信道容量表示一个信道的最大数据传输速率，是信道传 输数据能力的极限，单位为输数据能力的极限，单位为bpsbps。信道容量与数据传输速率的区别：信道容量与数据传输速率的区别： 前者表示信道的最大数据传输速率，而后者是实际的数前者表示信道的最大数据传输速率，而后者是实际的数 据传输

7、速率。据传输速率。2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念v 信道容量的计算信道容量的计算无噪声的信道容量无噪声的信道容量 奈奎斯特公式：奈奎斯特公式： C=2HlogC=2Hlog2 2N(b/s) N(b/s) 式中，式中，H H为信道的带宽，即信道传输上、下限为信道的带宽，即信道传输上、下限 频率的差值，单位为赫频率的差值，单位为赫(Hz)(Hz)；N N为一个码元所取的为一个码元所取的 离散值个数。离散值个数。 例例2-2 2-2 普通电话线路带宽约普通电话线路带宽约3k Hz3k Hz，若码元的离，若码元的离散值个数散值个数N=16N=16，则最大数据传输速率是多少？，则最大数据

8、传输速率是多少？2.1 数据通信的基本概念有噪声的信道容量有噪声的信道容量 香农公式：香农公式： C=HlogC=Hlog2 2(1+S/N) (b/s) (1+S/N) (b/s) 式中，式中，S S为信号功率，为信号功率，N N为噪声功率，为噪声功率，S/NS/N称为信噪比。称为信噪比。 通常把信噪比表示成通常把信噪比表示成10lg(S/N)10lg(S/N)分贝分贝(dB)(dB)。 例例2-3 2-3 已知信噪比为已知信噪比为30dB30dB，带宽为，带宽为3kHz3kHz，求最，求最 大数据传输速率是多少？大数据传输速率是多少？2.1 数据通信的基本概念 1. 模拟通信与数字通信2.

9、2 数据编码方式v 模拟通信模拟通信 在线路上传输模拟信号的通信方式在线路上传输模拟信号的通信方式v 数字通信数字通信 是指用数字信号作为载体来传输信息，或是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。的通信方式。 2.2 数据编码方式v 数字通信的优点数字通信的优点 抗噪声（干扰）能力强，可实现高质量的远抗噪声（干扰）能力强，可实现高质量的远 距离通信。距离通信。 能实现高保密通信能实现高保密通信缺点缺点 占用频带宽占用频带宽2.2 数据编码方式v 编码的定义编码的定义 在信息传输时，往往要对信号源的信号进行变在信

10、息传输时，往往要对信号源的信号进行变 换，使其变为适合于信道的传输形式，这种变换，使其变为适合于信道的传输形式，这种变 换称为换称为编码编码。v 编码的类型编码的类型 数据的模拟信号编码：模拟数据的模拟信号编码：模拟模拟，数字模拟，数字模拟模拟 数据的数字信号编码：模拟数据的数字信号编码：模拟-数字，数字数字，数字-数字数字数字或数字或模拟数据模拟数据ModulatorDemodulator数字或数字或模拟数据模拟数据g(t)s(t)g(t)载波发送方发送方接收方接收方调制调制解调制解调制调制：调制：对信号源的信息进行处理对信号源的信息进行处理, ,使其变为适合于信使其变为适合于信 道传输形式

11、的过程。道传输形式的过程。解调：解调：接受方将收到的已调制的信号还原成原信号。接受方将收到的已调制的信号还原成原信号。 2.2 数据编码方式 2. 数据的模拟信号编码数据的模拟信号编码v 调制与解调调制与解调：相位：相位A : A : 振幅振幅 ：频率：频率 调制的基础是载波，载波有三要素：幅度、频率调制的基础是载波，载波有三要素：幅度、频率 和相位，针对载波的不同要素对它进行调制和相位，针对载波的不同要素对它进行调制 。2.2 数据编码方式v对数字信号的调制对数字信号的调制u 振幅键控振幅键控ASKASK 调幅（调幅（AMAM）用载波的两个不同振幅用载波的两个不同振幅表示表示0 0和和1 1

12、u 移频键控移频键控FSK FSK 调频（调频（FMFM）用载波的两个不同频率用载波的两个不同频率表示表示0 0和和1 1u 移相键控移相键控PSK PSK 调相调相 ( PM )( PM )用载波的起始相位的变化用载波的起始相位的变化表示表示0 0和和1 12.2 数据编码方式绝对调相绝对调相相对调相相对调相2.2 数据编码方式2.2 数据编码方式2.2 数据编码技术数据编码技术t码元码元1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号数字数据编码是用两个不同的电平来表示两个不数字数据编码是用两个不同的电平来表示两个不同的二进制数同的二进制数0 0和和1 1。 n 分类分类不归零编码、曼彻

13、斯特编码、差分曼彻斯特编码不归零编码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码3. 数据的数字信号编码数据的数字信号编码2.2 数据编码技术数据编码技术v不归零制不归零制NRZNRZ用正电平表示用正电平表示1 1，负电平表示，负电平表示0 0，正负直接转换，中，正负直接转换，中间不在无电平处停留。间不在无电平处停留。缺点：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。缺点：不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。2.2 数据编码技术数据编码技术v 曼彻斯特编码曼彻斯特编码编码方法是将每个码元分成两个相等的间隔；码编码方法是将每个码元分成两个相等的间隔；码元元“0”0”是由低至高电平转换，即其前半个码元的是由低

14、至高电平转换，即其前半个码元的电平为低电平，后半个码元的电平为高电平。码电平为低电平，后半个码元的电平为高电平。码元元“1”1”是从高电平到低电平的变换，即其前半个是从高电平到低电平的变换，即其前半个码元的电平为低电平，后半个码元的电平为高电平。码元的电平为低电平，后半个码元的电平为高电平。2.2 数据编码技术数据编码技术3、差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码码元码元1 1时，前半个码元的电平与上一个码元的后半时，前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样；若码元为个码元的电平一样；若码元为0 0，前半个码元的电，前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反。平与上一个码元的后半个

15、码元的电平相反。0 0 1 0 0 1 1 1102.2 数据编码技术数据编码技术v 三种数字编码的波形图三种数字编码的波形图2.2 数据编码技术数据编码技术4、模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码使模拟数据能在数字信道上传输使模拟数据能在数字信道上传输v 采样定理采样定理如果模拟信号的最高频率为如果模拟信号的最高频率为F F，若以，若以2F2F的采样的采样频率对其采样，频率对其采样， 则从采样得到的离散信号序列则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。就能完整地恢复出原始信号。n 采样采样 按一定间隔对语音信号进行采样按一定间隔对语音信号进行采样n 量化量化n 编码编码把每

16、个样本舍入到最接近的量化级别上把每个样本舍入到最接近的量化级别上对每个舍入后的样本转为二进制码对每个舍入后的样本转为二进制码v 数据通信方式是指数据在信道上传输所采取的方式。数据通信方式是指数据在信道上传输所采取的方式。 通常有如下分类方法：通常有如下分类方法：按数据代码传输的顺序分为串行传输和并行传输。按数据代码传输的顺序分为串行传输和并行传输。按数据传输的同步方式分为同步传输和异步传输。按数据传输的同步方式分为同步传输和异步传输。按数据传输的流向和时间关系分为单工、半双工和按数据传输的流向和时间关系分为单工、半双工和 双工传输。双工传输。基带传输与频带传输。基带传输与频带传输。2.3 数据

17、通信方式1 1、并、并/ /串行通信串行通信v 并行通信并行通信n 定义定义 将数据以成组方式在两条以上的并行信道上同时将数据以成组方式在两条以上的并行信道上同时 传输。传输。发送端发送端接收端接收端并行通信信道2.3 数据通信方式n 适用情况适用情况n 通信距离较近的情况通信距离较近的情况n 优点优点n 字符同步、速度快字符同步、速度快n 缺点缺点n 需要传输信道多、设备复杂、成本高需要传输信道多、设备复杂、成本高2.3 数据通信方式v 串行通信串行通信n 定义定义n 数据流以串行方式在一条信道上传输。数据流以串行方式在一条信道上传输。2.3 数据通信方式n 适用情况适用情况n 通信距离较远

18、的情况通信距离较远的情况n 优点优点n 该方法实现简单，采用较多该方法实现简单，采用较多n 缺点缺点n 为解决收、发方码组或字符同步，需要外加同步为解决收、发方码组或字符同步，需要外加同步 措施；速度慢。措施；速度慢。2.2 数据通信方式2 2、单、单/ /双工通信双工通信v 单工通信单工通信n 定义定义 数据单向传输数据单向传输n 适用适用 无线电广播、有线电广播、电视无线电广播、有线电广播、电视2.2 数据通信方式v 半双工通信半双工通信n 定义定义 信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限信息流可以在两个方向上传输，但同一时刻只限 于在一个方向传输。于在一个方向传输。n 适用适用 对讲

19、机对讲机n 优点优点n 节省传输线路节省传输线路n 缺点缺点 效率低效率低2.3 数据通信方式v 全双工通信全双工通信n 定义定义 数据能同时沿信道的两个方向传输，即通信的数据能同时沿信道的两个方向传输，即通信的 一方在发送信息的同时也能接收信息，其收、一方在发送信息的同时也能接收信息，其收、 发信道分开设置。发信道分开设置。n 适用适用 计算机网络中数据通信计算机网络中数据通信n 特点特点n 效率高但结构复杂、成本高效率高但结构复杂、成本高2.3 数据通信方式3 、异步传输和同步传输异步传输和同步传输v 同步技术同步技术 在通信过程中，为保证发送端发送的信息能够被在通信过程中，为保证发送端发

20、送的信息能够被接收端正确无误地接收接收端正确无误地接收, ,要求发送端和接收端动作的要求发送端和接收端动作的起始时间和频率保持一致的技术。起始时间和频率保持一致的技术。 2.3 数据通信方式v 异步传输方式异步传输方式n 定义定义以字符为单位传输数据，数据低位在前，高位以字符为单位传输数据，数据低位在前，高位 在后。每个字符前加在后。每个字符前加1 1个起始位，表示一个字符个起始位，表示一个字符 开始；后加开始；后加1 1到到2 2个停止位，表示一个字符结束。个停止位，表示一个字符结束。n 优点优点 频率的漂移不会积累；频率的漂移不会积累； 每两个字符之间的间隔时间不固定；每两个字符之间的间隔

21、时间不固定； 实现简单。实现简单。n 缺点缺点 传输效率低传输效率低2.3 数据通信方式v 同步传输方式同步传输方式n 定义定义 以数据块为单位传输数据。在数据块的开头一以数据块为单位传输数据。在数据块的开头一 般加般加1 1到到2 2个字节的个字节的SYN(SYN(同步字符同步字符) )。而后以固定。而后以固定 的时钟节拍来发送数据信号。的时钟节拍来发送数据信号。n 优点优点 效率高。效率高。n 缺点缺点 和异步的优点相对应和异步的优点相对应2.3 数据通信方式v 基带传输基带传输 在信道上直接用基带信号（方波）传送数据。在信道上直接用基带信号（方波）传送数据。v 频带传输频带传输 将数字信

22、号调制成模拟信号后再发送和传输的将数字信号调制成模拟信号后再发送和传输的 方式。方式。 p和传统模拟传输的区别和传统模拟传输的区别2.3 数据通信方式4、基带基带/ /频带频带/ /宽带传输宽带传输v 宽带传输宽带传输 将宽的频带划分成若干个子频带，分别用这些将宽的频带划分成若干个子频带，分别用这些 子频带来传输各类不同的信号，多用于广域网子频带来传输各类不同的信号，多用于广域网 宽带接入技术，如宽带接入技术，如ADSLADSL。2.3 数据通信方式4、基带基带/ /频带频带/ /宽带传输宽带传输2.4 传输介质传输介质双绞线、双绞线、 同轴电缆同轴电缆( (粗、细粗、细) )n 金属导体金属

23、导体n 光纤光纤n 无线无线无线电、微波、卫星、红外线无线电、微波、卫星、红外线2.4 传输介质传输介质1、双绞线双绞线（Twist Pair，TP）内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线-每根每根4对、对、25对、对、50对、对、1000对对-典型连接距离典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点： 成本低成本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统） 平衡传输（高速率）平衡传输（高速率） 抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短屏蔽双绞线屏蔽双

24、绞线(STP) (STP) 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)(UTP)以铝箔屏蔽以减少干以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，应用较少扰和串音，应用较少无任何屏蔽层，无任何屏蔽层，应用广泛应用广泛2.4 传输介质传输介质v 双绞线的分类双绞线的分类 屏蔽双绞线电缆的外面由一层金属材料包裹，以屏蔽双绞线电缆的外面由一层金属材料包裹，以减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高数据传减小辐射，防止信息被窃听，同时具有较高数据传输速率输速率。但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装但屏蔽双绞线电缆的价格相对较高，安装时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，时要比非屏蔽双绞线困难，必须使用特殊的连接器，技术要求

25、也比非屏蔽双绞线电缆高。与屏蔽双绞线技术要求也比非屏蔽双绞线电缆高。与屏蔽双绞线相比，非屏蔽双绞线电缆外面只需一层绝缘胶皮，相比，非屏蔽双绞线电缆外面只需一层绝缘胶皮，因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适因而重量轻、易弯曲、易安装，组网灵活，非常适用于结构化布线，所以在无特殊要求的计算机网络用于结构化布线，所以在无特殊要求的计算机网络布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。布线中，常使用非屏蔽双绞线电缆。v 屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的对比屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线的对比2.4 传输介质传输介质该类双绞线的最高传输频率为该类双绞线的最高传输频率为20MHz20MHz，最高传，最高传输速率为输速率为

26、16Mbit/s16Mbit/s，可用于语音传输和最高传，可用于语音传输和最高传输速率为输速率为16Mbit/s16Mbit/s的数据传输。的数据传输。 v 各类双绞线的特性各类双绞线的特性n 3 3类双绞线类双绞线n 4 4类双绞线类双绞线3 3类双绞线的最高传输频率为类双绞线的最高传输频率为16MHz16MHz，最高传，最高传输速率为输速率为10Mbit/s10Mbit/s，用于语音和最高传输速率，用于语音和最高传输速率为为10Mbit/s10Mbit/s的数据传输。的数据传输。 2.4 传输介质传输介质与与5 5类双绞线相比，超类双绞线相比，超5 5类双绞线的衰减和串扰类双绞线的衰减和串

27、扰更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数更小，可提供更坚实的网络基础，满足大多数应用的需求。应用的需求。n 5 5类双绞线类双绞线n 超超5 5类双绞线类双绞线5 5类双绞线电缆使用了特殊的绝缘材料，使其类双绞线电缆使用了特殊的绝缘材料，使其最高传输频率达到最高传输频率达到100MHz100MHz。2.4 传输介质传输介质标准制定机构和制造商正在考虑利用一种新型标准制定机构和制造商正在考虑利用一种新型的铜缆系统，其带宽可以高达的铜缆系统，其带宽可以高达600MHz600MHz。n 6 6类双绞线类双绞线n 7 7类双绞线类双绞线6 6类双绞线的最高频率为类双绞线的最高频率为200MHz200

28、MHz频率，频率， 连接连接千兆以太网时连接距离可以达到标准的千兆以太网时连接距离可以达到标准的100m100m。2.4 传输介质传输介质T568A 绿白绿白 绿绿 橙白橙白 蓝蓝 蓝白蓝白 橙橙 棕白棕白 棕棕T568B 橙白橙白 橙橙 绿白绿白 蓝蓝 蓝白蓝白 绿绿 棕白棕白 棕棕n 两种标准两种标准2.4 传输介质传输介质v 双绞线的连接标准双绞线的连接标准ANSI/EIA/TIA568ANSI/EIA/TIA568商业大楼电信布线标准商业大楼电信布线标准规定了两种双绞线的线序。规定了两种双绞线的线序。2.4 传输介质传输介质1 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23

29、 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 81 12 23 34 45 56 67 78 8交叉线交叉线直连线直连线直连线：两端接头的线序相同。直连线：两端接头的线序相同。交叉线：两端接头线序不同，一端用交叉线：两端接头线序不同，一端用A，一端用，一端用B交叉线：同种接口交叉线：同种接口交换机交换机-交换机、交换机、PC-PC、路由器、路由器-PC机机直连线：异种接口直连线：异种接口 PC/路由器路由器-交换机交换机/HUBn 交叉线和直连线的使用交叉线和直连线的使用2.4 传输介质传输介质2.4 传输介质传输介质n 双绞线的制作双绞线的制作双绞线（双绞线

30、（5 5类类UTPUTP）RJ-45RJ-45接头（水晶头）接头（水晶头）网线钳网线钳测线仪测线仪n准备工具准备工具 剪一段适当长度的网线（小于剪一段适当长度的网线（小于100100米），用网米），用网线钳剥去外皮约线钳剥去外皮约2.52.5厘米，将厘米，将4 4对细线扇形分开。对细线扇形分开。 将细线按白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、将细线按白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕的顺序排列。将白棕、棕的顺序排列。将8 8条线并拢，排在一个条线并拢，排在一个平面上，拉直。网线剪齐，留约平面上，拉直。网线剪齐，留约1.51.5厘米长度。厘米长度。 水晶头金属片向前，卡口处向下，将网线插水晶头金属片

31、向前，卡口处向下，将网线插入水晶头内，注意白橙线对准第一脚。检查是入水晶头内，注意白橙线对准第一脚。检查是否充分、整齐的排列插入，用网线钳压紧即可否充分、整齐的排列插入，用网线钳压紧即可2.4 传输介质传输介质n网线制作网线制作2.4 传输介质传输介质2、同轴电缆同轴电缆v 组成组成铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套n 细缆细缆2.4 传输介质传输介质n 粗缆粗缆2、同轴电缆同轴电缆v 分类分类有光脉冲有光脉冲-1 -1，无光脉冲，无光脉冲-0 -02.4 传输介质传输介质3、光纤光纤v 传输原理传输原理光的全反射光的全反射v 调制方法调制方法亮度调制亮度调制v 应用领域

32、应用领域局域网主干、电信网络、服务器连接局域网主干、电信网络、服务器连接通信中，由光发送机产生光束，将表示数字代码的电信号转通信中，由光发送机产生光束，将表示数字代码的电信号转变成光信号，并将光信号导入光纤，光信号在光纤中传播，变成光信号，并将光信号导入光纤，光信号在光纤中传播，在另一端由光接收机负责接收光纤上传出的光信号，并进一在另一端由光接收机负责接收光纤上传出的光信号，并进一步将其还原成为发送前的电信号。步将其还原成为发送前的电信号。光纤收发器集成了光发送机和光接收机的功能：既负责光的光纤收发器集成了光发送机和光接收机的功能：既负责光的发送也负责光的接收。发送也负责光的接收。2.4 传输

33、介质传输介质v 光传输系统光传输系统v 光纤的分类光纤的分类2.4 传输介质传输介质n 多模光纤多模光纤n 单模光纤单模光纤以一定角度进入光纤的一束光。可以让多条光以一定角度进入光纤的一束光。可以让多条光波以不同的入射角（但必须大于临界值）进入波以不同的入射角（但必须大于临界值）进入同一条纤芯进行传输，将这类光纤称为多模。同一条纤芯进行传输，将这类光纤称为多模。当光纤的直径减小到只允许一个波长的光波传当光纤的直径减小到只允许一个波长的光波传输时，这时的光纤就如同一根波导体，没有反输时，这时的光纤就如同一根波导体，没有反射，而是沿直线传输，将这种光纤称为单模。射，而是沿直线传输，将这种光纤称为单

34、模。 单模光纤采用激光二极管（单模光纤采用激光二极管（LDLD）作为光源，）作为光源，而多模光纤采用发光二极管（而多模光纤采用发光二极管（LEDLED）为光源；）为光源； 多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，多模光纤的芯线粗，传输速率低、距离短，整体的传输性能差，但成本低，一般用于建筑整体的传输性能差，但成本低，一般用于建筑物内或地理位置相邻的环境中；物内或地理位置相邻的环境中； 单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容单模光纤的纤芯相应较细，传输频带宽、容量大、传输距离长，但需激光源，成本较高，量大、传输距离长，但需激光源，成本较高，通常在建筑物之间或地域分散的环境中使用。通常在建筑物之间或

35、地域分散的环境中使用。n 多模光纤与单模光纤的主要区别多模光纤与单模光纤的主要区别2.4 传输介质传输介质v 光纤的优缺点光纤的优缺点2.4 传输介质传输介质n 传输带宽高：仅受光电转换器件的限制传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（100Gb/s100Gb/s）n 传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输n 抗干扰性能极好、误码率低，保密性好抗干扰性能极好、误码率低，保密性好n 轻便轻便n 价格较高价格较高n 需要光电转换需要光电转换2.4 传输介质传输介质4、无线介质无线介质v 主要类型主要类型v 特点特点n 无线电无线电n 微波微波n 红外线红外线n 无需物理连接无需物理连接n

36、 适用于长距离或不便布线的场合适用于长距离或不便布线的场合n 易受干扰，为障碍物所阻隔易受干扰，为障碍物所阻隔v 多路复用多路复用当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时，将一条物理信道逻辑分割成多条信道，每条时，将一条物理信道逻辑分割成多条信道，每条逻辑信道单独传输一条数据信息，且互不干扰，逻辑信道单独传输一条数据信息，且互不干扰，以达到提高物理信道利用率和吞吐量的一种技术。以达到提高物理信道利用率和吞吐量的一种技术。2.5 多路复用技术多路复用技术1、概述概述DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道共享信道MUX信信源源信信宿宿v 定义定

37、义当物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带当物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽足够多的情况下，可将该物理信道的总带宽划宽足够多的情况下，可将该物理信道的总带宽划分成若干个与传输单个信号带宽相同分成若干个与传输单个信号带宽相同 ( (或略宽或略宽) )的的子频带，将多路原始信号的频谱移到物理信道频子频带，将多路原始信号的频谱移到物理信道频谱的不同频段上，以实现频谱上的不重叠，从而谱的不同频段上，以实现频谱上的不重叠，从而达到共用一个信道的目的。达到共用一个信道的目的。 2.5 多路复用技术多路复用技术2、频分多路复用频分多路复用FDMFDM2.5 多路复用技术多路复用技术v 用途用途主

38、要用于模拟信道的复用主要用于模拟信道的复用v 举例举例2.5 多路复用技术多路复用技术3、时分复用时分复用TDMTDMv 定义定义如果物理信道可支持的位传输速率超过单个原始如果物理信道可支持的位传输速率超过单个原始信号要求的数据传输速率，就可以将信道传输时信号要求的数据传输速率，就可以将信道传输时间划分成工作周期间划分成工作周期 T T（时间片），再将每个周期（时间片），再将每个周期划分成若干时隙，划分成若干时隙， 轮流分配给轮流分配给n n个信源来使用公个信源来使用公共线路共线路 ，这样，这样 ，就可以在一条物理信道上传输，就可以在一条物理信道上传输多个数字信号多个数字信号 。 v 原理原理

39、整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。信号占用一个波长范围来进行传输。在这种方法中，两根光纤连到一个棱柱或衍射在这种方法中，两根光纤连到一个棱柱或衍射光栅，每根光纤里的光波处于不同的波段上，光栅，每根光纤里的光波处于不同的波段上，这样两束光通过棱柱或衍射光栅合到一根共享这样两束光通过棱柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再将两束光用光栅的光纤上，到达目的地后，再将两束光用光栅分解开来。分解开来。 2.5 多路复用技术多路复用技术4、波分复用波分复用光的频分复用光的频分复用v 原理原理2.5 多路复用技术多路复

40、用技术5、码分复用码分复用CDMCDM每个用户把发送信号用接收方的地址码序列编码每个用户把发送信号用接收方的地址码序列编码（任意两个地址码序列相互正交）。不同用户发（任意两个地址码序列相互正交）。不同用户发送的信号在接收端被叠加，然后接收者用同样的送的信号在接收端被叠加，然后接收者用同样的地址码序列解码。由于地址码的正交性，只有与地址码序列解码。由于地址码的正交性，只有与自己地址码相关的信号才能被检出，由此恢复出自己地址码相关的信号才能被检出，由此恢复出原始数据。原始数据。在无线移动通信中应用广泛。在无线移动通信中应用广泛。v 数据交换数据交换在通信子网中结点间的数据传输过程称为数据在通信子网

41、中结点间的数据传输过程称为数据 交换。交换。2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术 不关心被传输的数据内容，仅执行交换的动作，不关心被传输的数据内容，仅执行交换的动作， 起数据交换的功能。起数据交换的功能。v 结点和站点结点和站点结点：结点：用于数据交换的中间设备用于数据交换的中间设备站点：站点：发送和接收数据的终端设备发送和接收数据的终端设备 通过网络中的结点在两个站点之间建立专用的通过网络中的结点在两个站点之间建立专用的 通信线路进行数据传输的交换方式。通信线路进行数据传输的交换方式。v 原理原理2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术1、电路交换（、电路交换（C

42、ircuit switching）v 过程过程n 建立线路建立线路n 占用线路进行数据传输占用线路进行数据传输n 释放线路释放线路v 电路交换的优点电路交换的优点2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术n 传输时延小，通信实时性强传输时延小，通信实时性强n 线路一旦建立，独享物理线路，无冲突线路一旦建立，独享物理线路，无冲突v 电路交换的缺点电路交换的缺点n 建立物理线路所需时间较长建立物理线路所需时间较长n 中间结点不具有存储功能，不具有数据差中间结点不具有存储功能，不具有数据差n 错控制错控制n 带宽浪费带宽浪费 数据与目的地址、源地址、控制信息等组成一数据与目的地址、源地址、

43、控制信息等组成一数据单元进入通信子网。通信子网的中间结点负责数据单元进入通信子网。通信子网的中间结点负责接收数据单元、暂存、差错校验、根据地址确定输接收数据单元、暂存、差错校验、根据地址确定输出端口和线路，排队等待线路，转发给下一结点，出端口和线路，排队等待线路，转发给下一结点，直至终点。直至终点。v 原理原理2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术2、存储转发交换、存储转发交换v 分类分类n 报文交换报文交换 分组交换分组交换v 报文交换报文交换2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术n 原理原理 以以报文报文为单位进行为单位进行“存储存储- -转发转发”交换。目的交

44、换。目的地址、源地址、控制信息等附加在报文上。交换地址、源地址、控制信息等附加在报文上。交换过程中，交换设备将收到的报文先过程中，交换设备将收到的报文先存储存储，待信道，待信道空闲时再空闲时再转发转发出去，一级级中转，直到目的地。出去，一级级中转，直到目的地。2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术n 特点特点u相邻结点仅在传输报文时建立结点间的连接。相邻结点仅在传输报文时建立结点间的连接。u整个报文（整个报文（MessageMessage）作为一个整体一起发送。）作为一个整体一起发送。u没有建立和拆除连接所需的等待时间；没有建立和拆除连接所需的等待时间；u线路利用率高；线路利用率

45、高；u报文大小不一，造成存储管理复杂，且对存储容报文大小不一，造成存储管理复杂，且对存储容 量要求较高；量要求较高；u大报文造成存储转发的延时过长；大报文造成存储转发的延时过长；u出错后整个报文全部重发。出错后整个报文全部重发。v 分组交换分组交换2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术n 原理原理 规定交换设备处理和传输的数据长度。将长规定交换设备处理和传输的数据长度。将长 报文分成若干个小分组进行传输。报文分成若干个小分组进行传输。n 提高线路利用率。提高线路利用率。n 各分组可通过不同路径传输，容错性好。各分组可通过不同路径传输，容错性好。n 对转发结点的存储要求较低，可用内

46、存来缓冲分对转发结点的存储要求较低，可用内存来缓冲分 组组速度快；转发延时小速度快；转发延时小适于交互式通信；适于交互式通信；n 有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由 选择功能某个分组出错可以仅重发出错的分组选择功能某个分组出错可以仅重发出错的分组 效率高；效率高；缺点缺点n 需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担。n 分组交换的优点分组交换的优点2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术n 分组交换的分类分组交换的分类2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术交换方式交换方式数据

47、报方式数据报方式 (data gram(data gram，DG)DG)虚电路方式虚电路方式 (virtual circuit(virtual circuit，VC)VC)2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术n 数据报方式数据报方式1 1、源主机将报文分组，加上地址，依次传至源主机将报文分组，加上地址，依次传至相邻结点相邻结点A A。2 2、结点、结点A A收到各分组后查地址表启动路由算收到各分组后查地址表启动路由算法，选择路由将分组发往下一结点，不同分组法，选择路由将分组发往下一结点，不同分组可传至不同结点。可传至不同结点。3 3、同一报文的不同分组通过不同路径到达目、同一报

48、文的不同分组通过不同路径到达目的结点后，可能出现乱序，需要排序。的结点后，可能出现乱序，需要排序。n 虚电路方式虚电路方式2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术1 1、源主机将报文分组，加上地址，发送前首先、源主机将报文分组，加上地址，发送前首先呼叫相邻结点呼叫相邻结点A A，结点，结点 A A按路由选择算法找到下按路由选择算法找到下一结点并呼叫，依次类推最终呼叫目的主机，目一结点并呼叫，依次类推最终呼叫目的主机，目的主机发回响应，虚电路建立。的主机发回响应，虚电路建立。2 2、源主机按虚电路指示依次发送各分组。中间、源主机按虚电路指示依次发送各分组。中间各结点按虚电路转发，不需

49、重新选择路由。各结点按虚电路转发，不需重新选择路由。3 3、同一报文的各分组沿同一路径到达目的结点，、同一报文的各分组沿同一路径到达目的结点，不需重新排序。不需重新排序。4 4、每个结点和其他任何结点可建立多条虚电路。、每个结点和其他任何结点可建立多条虚电路。 把通过通信信道接收到的数据与原来发送的数把通过通信信道接收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为据不一致的现象称为“传输差错传输差错”。差错检测差错检测: : 判断数据经传输后是否有错的手段和方判断数据经传输后是否有错的手段和方 法。法。差错控制差错控制：确保传输数据正确的方法和手段。：确保传输数据正确的方法和手段。v 什么是差错什么

50、是差错2.7 差错控制与检错差错控制与检错1、差错控制的概念、差错控制的概念 特点：时刻存在、幅度较小、强度与频率无关，特点：时刻存在、幅度较小、强度与频率无关，但频谱很宽。是随机类噪声。称为但频谱很宽。是随机类噪声。称为“随机差错随机差错”。v 热噪声差错热噪声差错2.7 差错控制与检错差错控制与检错2、差错的分类与出现的可能原因、差错的分类与出现的可能原因v 冲击噪声差错冲击噪声差错 特点特点: : 冲击噪声幅度大、持续时间长等，是产生冲击噪声幅度大、持续时间长等，是产生差错的主要原因称为差错的主要原因称为“突发差错突发差错”。 指接收码元中错误的位数占传输总位数的比例指接收码元中错误的位

51、数占传输总位数的比例 Pe=Pe=接收码元中错误的位数接收码元中错误的位数/ /传输的总位数传输的总位数 2.7 差错控制与检错差错控制与检错3、误码率、误码率 在发送的数据中增加一些用于检查差错的附加在发送的数据中增加一些用于检查差错的附加位位, , 这些附加位被称为这些附加位被称为检错码检错码。 接收方根据收到的检错码检测到差错时，发出接收方根据收到的检错码检测到差错时，发出“否定应答否定应答” ，通知对方进行重发。，通知对方进行重发。 特点：特点：通过通过“重传机制重传机制”达到纠正差错的目的，达到纠正差错的目的，易实现，编码和解码的速度较快。易实现，编码和解码的速度较快。 常用的检错码

52、常用的检错码：奇偶校验码和循环冗余码等。：奇偶校验码和循环冗余码等。2.7 差错控制与检错差错控制与检错4、无差错传输的两种控制技术、无差错传输的两种控制技术v 检错检错 纠错码纠错码是指在发送每一组信息时发送足够的附是指在发送每一组信息时发送足够的附加位，接收端通过这些附加位在接收译码器的控加位，接收端通过这些附加位在接收译码器的控制下发现错误，并自动地纠正错误。制下发现错误，并自动地纠正错误。 译码器设备较复杂，为了纠正差错，附加的冗译码器设备较复杂，为了纠正差错，附加的冗余码较多，会降低传输效率。余码较多，会降低传输效率。 常见纠错编码常见纠错编码：海明纠错码、正反纠错码等。：海明纠错码

53、、正反纠错码等。 适用场合适用场合：没有反向信道，线路传输时间长，：没有反向信道，线路传输时间长， 要求重发不经济的场合。要求重发不经济的场合。2.7 差错控制与检错差错控制与检错v 纠错纠错奇校验奇校验是在二进制序列中是在二进制序列中“1”1”的个数为奇数，的个数为奇数，则校验位为则校验位为0 0 ；若；若“1”1”的个数为偶数，则校验的个数为偶数，则校验位为位为1 1 。偶校验偶校验是在二进制序列中是在二进制序列中“1”1”的个数为偶数，的个数为偶数，则校验位为则校验位为0 0 ；若；若“1”1”的个数为奇数，则校验的个数为奇数，则校验位为位为1 1 。2.7 差错控制与检错差错控制与检错

54、5、常用差错检验编码、常用差错检验编码v 奇偶校验奇偶校验n 规则规则2.7 差错控制与检错差错控制与检错水平奇偶校验水平奇偶校验：又称横向奇偶校验，若字符序列相：又称横向奇偶校验，若字符序列相应位中应位中“1”1”的个数为奇数，则奇校验的校验码字的个数为奇数，则奇校验的校验码字位位0 0，偶校验的校验码为，偶校验的校验码为1 1。垂直奇偶校验垂直奇偶校验：又称纵向向奇偶校验，若单个字符：又称纵向向奇偶校验，若单个字符的各个位中的各个位中“1”1”的个数为奇数，则奇校验的校验的个数为奇数，则奇校验的校验码字位码字位0 0，偶校验的校验码为，偶校验的校验码为1 1。水平垂直奇偶校验水平垂直奇偶校

55、验：又称横纵奇偶校验或方块奇偶：又称横纵奇偶校验或方块奇偶校验，既做水平校验也做垂直校验，检错能力可以校验，既做水平校验也做垂直校验，检错能力可以明显提高。明显提高。n 分类分类2.7 差错控制与检错差错控制与检错位位数字数字N E T W O R K 水平奇校验水平奇校验水平偶校验水平偶校验C11 1 1 1 1 1 1 C20 0 0 0 0 0 0 C30 0 1 1 0 1 0 C41 0 0 0 1 0 1 C51 1 1 1 1 0 0 C61 0 0 1 1 1 1 C7 0 1 0 1 1 0 1 垂直奇校验垂直奇校验垂直偶校验垂直偶校验n 奇偶校验举例奇偶校验举例2.7 差错

56、控制与检错差错控制与检错v 循环冗余校验（循环冗余校验（CRCCRC） n 差错检测原理：差错检测原理：n 收发双方约定一个生成多项式收发双方约定一个生成多项式G(x)，发送方，发送方n 根据发送的数据和根据发送的数据和 G(x) 计算出计算出 CRC 校验和校验和n（校验码）并把它加在数据的末尾形成新的二（校验码）并把它加在数据的末尾形成新的二n 进制序列一起发送。进制序列一起发送。n 接收方则用接收方则用接收到的数据除以接收到的数据除以G(x) ，若余数，若余数n 不为零，则传输有错。不为零，则传输有错。2.7 差错控制与检错差错控制与检错n 规则：规则： 求校验码求校验码 设数据帧为设数

57、据帧为k k位，多项式形式记为位，多项式形式记为C(X)C(X) ；生成；生成码多项式记为码多项式记为G(X)G(X) ；校验码多项式记为；校验码多项式记为T(X)T(X)。 若若G(X)G(X)为为r r阶，在阶，在C(X)C(X) 末尾附加末尾附加r r个零，使帧个零，使帧长为长为k+rk+r，可以表示为，可以表示为X X r r * * C(X) C(X)。 校验码校验码T T（X X）= X = X r r * * C(X)/ G C(X)/ G（X X）的余数的余数 将将T(X)T(X)加在数据帧加在数据帧C(X)C(X) 的末尾，形成要发送的末尾，形成要发送的数据的比特序列。的数据的比特序列。2.7 差错控制与检错差错控制与检错 检错和还原信息码检错和还原信息码 用收到的二进制序列，除以用收到的二进制序列，除以 G(X) G(X) 的二进制的二进制 形式，余数若为形式，余数若为0 0，则无差错，否则有差错。，则无差错，否则有差错。 若若G(X)G(X)为为r r阶，则收到的二进制序列中的右阶，则收到的二进制序列中的右 数数r r位为校验位，其他位为原信息码位。位为校验位，其他位为