计算机网络第2章 数据通信基础知识

1、Computer Networks计算机网络计算机网络Computer NetworksComputer Networks教学内容教学内容第第1章章 引论引论第第2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识第第3章章 计算机网络体系结构计算机网络体系结构第第4章章 计算机局域网络计算机局域网络第第5章章 计算机广域网技术计算机广域网技术第第6章章 网络操作系统网络操作系统第第7章章 常用网络设备常用网络设备第第8章章 网络互联与因特网基础网络互联与因特网基础第第9章章 因特网的应用因特网的应用第第10章章 网络管理与网络安全网络管理与网络安全Computer Networks第第2章章 数据通信的

2、基础知识数据通信的基础知识n本章内容n信道信道 n传输介质传输介质n数据编码数据编码n多路复用技术多路复用技术n数据交换技术数据交换技术n差错控制及检错差错控制及检错Computer Networks2.1 基本概念基本概念n数据及计算机通信术语数据及计算机通信术语n数据（数据（Data）：传递（携带）信息的实体。：传递（携带）信息的实体。n信息（信息（Information）：是数据的内容或解释。：是数据的内容或解释。n信号（信号（Signal）：数据的物理量编码（通常为电编：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式在介质中传播。码），数据以信号的形式在介质中传播。n模拟信号、数字

3、信号模拟信号、数字信号n基带（基带（Base band）、宽带（）、宽带（Broad band）n信道（信道（Channel）：传送信息的线路（或通路）。：传送信息的线路（或通路）。n比特（比特（bit）：即一个二进制位。比特率为每秒传输的：即一个二进制位。比特率为每秒传输的比特数（即比特数（即数据数据传送速率）。传送速率）。n码元（码元（Code cell）：时间轴上的一个信号编码单元。：时间轴上的一个信号编码单元。Computer Networks同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元从何时开始同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元从何时开始 同步脉冲也可位于码元的中部同步脉冲也可位于码元

4、的中部 一个码元也可有多个同步脉冲相对应一个码元也可有多个同步脉冲相对应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信号信号同步脉冲同步脉冲tComputer Networksn波特（波特（Baud）：码元传输的速率单位。波特率：码元传输的速率单位。波特率为每秒传送的码元数（即信号传送速率）。为每秒传送的码元数（即信号传送速率）。n比特率、波特率和信号编码级数的关系如下：比特率、波特率和信号编码级数的关系如下： Rbit = Rbaud log2M 上式中：上式中： M-信号的编码级数，信号的编码级数，Rbit-比特率，比特率，Rbaud-波特率波特率n一个信号往往可以携带多个二进制位

5、，所以在固定一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。话说，一个码元中可以传送多个比特。n例如：当波特率为例如：当波特率为9600时时n若M=2，数据传输率为9600b/sn若M=16，数据传输率为38.4kb/sComputer Networksn误码率误码率：信道传输可靠性指标，是一个概率值。：信道传输可靠性指标，是一个概率值。n信息编码信息编码：将信息用二进制数表示的方法。将信息用二进制数表示的方法。n例如：例如：ASCII编码、编码、BCD编码等编码等n数据编码数

6、据编码：将数据用物理量表示的方法。：将数据用物理量表示的方法。n例如：字符例如：字符A的的ASCII编码为编码为01000001，其数，其数据编码可能为据编码可能为01000001tComputer Networksn带宽（带宽（Band width，BW）n信道传输能力的度量。信道传输能力的度量。在传统的通信工程中：nBW fmax fmin 单位：赫兹（Hz）n在计算机网络中，一般用每秒允许传输的二进制位数作为带宽的计量单位。主要单位： b/s ，kb/s，Mb/s，Gb/s。n例如：传统以太网理论上每秒可以传输1千万比特，它的带宽为10Mb/s。n时延（时延（Delay）：信息从网络的一

7、端传送到另一端所需信息从网络的一端传送到另一端所需的时间。的时间。时延时延=处理时延处理时延+排队时延排队时延 +发送时延发送时延+传播时延传播时延n处理时延处理时延=对数据进行处理和错误校验所需的时间n排队时延排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间n发送时延发送时延=数据位数/信道带宽n传播时延传播时延=d/s d:距离，s:介质中信号传播速度(0.7c)Computer Networksn时延带宽乘积：时延带宽乘积：某一信道所能容纳的比特数。时延带宽乘积=带宽传播时延例如，某信道的时延带宽乘积为100万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了100万比特。信道信道带宽带宽传播

8、时延传播时延管道体积管道体积=时延带宽乘积时延带宽乘积Computer Networksn往返时延（往返时延（Round-Trip Time，RTT）：从发送端发送数据开始，到发送端收到接收端的确认所经历的时间RTT2传播时延n传输可靠性传输可靠性两个含义：n数据能正确送达n数据能有序送达（当采用分组交换时）Computer Networks1. 数据通信的一般概念数据通信的一般概念n通信的三个要素：通信的三个要素：信源信源、信宿信宿和和信道信道噪声噪声信源信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目的系统目的系统 任何信道都不是完美无缺的，因此会对传输的信任何信道都不是完美无缺

9、的，因此会对传输的信号产生干扰，称为号产生干扰，称为“噪声噪声”。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（衰减、延迟与频率有关）内部：介质特性（衰减、延迟与频率有关）Computer Networks 2.2 信道及其主要特征信道及其主要特征1. 数字信道和模拟信道数字信道和模拟信道n数字信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道。传输数据的信道。n计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输nADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网、局域网n模拟信道模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据：

10、以连续模拟信号形式传输数据的信道。的信道。nCATV、无线电广播、电话拨号线路、无线电广播、电话拨号线路Computer Networksn模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号n模拟信号模拟信号n时间上连续，包含无穷多个信号值时间上连续，包含无穷多个信号值n模拟信号能在数字信道上传输吗？模拟信号能在数字信道上传输吗？n数字信号数字信号n时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号n数字信号能在模拟信道上传输吗？数字信号能在模拟信道上传输吗？ta） 模拟信号tb） 数字信号Computer Networksn周期信号和非周期信号周期

11、信号和非周期信号n周期信号周期信号n信号由不断重复的固定模式组成信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波）（如正弦波）n非周期信号非周期信号n信号没有固定的模式和波形循环信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号）（如语音的音波信号）。tTTTtTTT周周期期信信号号非非周周期期信信号号ttComputer Networksn数字通信与模拟通信数字通信与模拟通信n数字通信数字通信n在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输n模拟通信模拟通信n在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输n数字通信的优点数字通信的优点n抗

12、噪声（干扰）能力强抗噪声（干扰）能力强n可以控制差错，提高了传输质量可以控制差错，提高了传输质量n便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理n易于加密、保密性强易于加密、保密性强n可以传输语音、数据、影像，通用、灵活可以传输语音、数据、影像，通用、灵活n计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。如通过电话线拨号上网。Computer Networks2. 信道的最大数据传输率信道的最大数据传输率nNyquist公式公式：用于无噪声理想低通信道用于无噪声理想低通信道nNyquist公式为公式为估算已知带宽信道的最高数估算已

13、知带宽信道的最高数据传输速率据传输速率提供了依据。提供了依据。n例如，话音级线路的带例如，话音级线路的带 宽约为宽约为3.1kHz，根据上，根据上 式计算的信道最大数据式计算的信道最大数据 传输率如右表所示传输率如右表所示C = 2W log2 MC = 数据传输率，单位数据传输率，单位b/s W = 带宽，单位带宽，单位HzM = 信号编码级数信号编码级数M 最大数据率最大数据率 2 6200 b/s 4 12400 b/s 8 18600 b/s16 24800 b/s32 31000 b/sComputer Networksn非理想信道非理想信道n实际的信道上存在损耗、延迟、噪声。实际的

14、信道上存在损耗、延迟、噪声。n损耗损耗引起信号强度减弱，导致信噪比信噪比S/N降低降低。n延迟延迟会使接收端的信号产生畸变信号产生畸变。n噪声噪声会破坏信号，产生误码破坏信号，产生误码。n例如：数据传输速率为56kb/s时，持续时间0.01s的干扰会破坏约560个比特。010110011001010010110011001010010110111001000误码位传输数据：信号：噪声：信号与噪声叠加：采样时序：接收数据：原始数据：Computer NetworksNyquist公式和公式和Shannon公式的比较公式的比较nC = 2W log2Mn用于理想信道（这样的信道存在吗？）用于理想信

15、道（这样的信道存在吗？）n数据传输率随信号编码级数增加而增加。数据传输率随信号编码级数增加而增加。nC = W log2（1+S/N）n用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）n无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。声信道可能达到的最大数据传输速率上限。n原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。Computer Networks4. 数据传输方式数据传输方式n单单/双工通信双工通信单单/双向传输双向传输n单工单工：数据单向

16、传输：数据单向传输（例：无线电广播）（例：无线电广播）n半双工半双工：数据可以双向交替传输，但不能在同：数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输一时刻双向传输（例：对讲机）（例：对讲机）n全双工全双工：数据可以双向同时传输：数据可以双向同时传输（例：电话）（例：电话）n需要具有两条物理上独立的传输线路；需要具有两条物理上独立的传输线路；n或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不同方向的信号传输。于不同方向的信号传输。Computer Networksn基带基带/频带频带/宽带传输宽带传输n基带传输基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号

17、：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。直接在信道上传送。n例如：以太网（局域网）例如：以太网（局域网）n频带传输频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调。传送，接收方需要解调。n例如：通过电话网络传输数据例如：通过电话网络传输数据n宽带传输宽带传输：把信号调制成频带为几十：把信号调制成频带为几十MHZ到几到几百百MHZ的模拟信号后再传送，接收方需要解调。的模拟信号后再传送，接收方需要解调。n例如：闭路电视的信号传输例如：闭路电视的信号传输Computer Networksn数据同步方式数据同步方式n目的是使接收端与发送端在时间基准

18、上一致：目的是使接收端与发送端在时间基准上一致：n同步脉冲频率同步脉冲频率n数据从什么时候开始，什么时候结束数据从什么时候开始，什么时候结束n位边界位边界n数据块边界数据块边界n数据通信中需要在三个层次上实现同步：数据通信中需要在三个层次上实现同步：n位位位同步位同步n字符字符字符同步字符同步n帧帧(Frame)帧同步帧同步Computer Networksn位同步位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步，发送端保持同步，2种同步方法：种同步方法：n外同步外同步发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，接收方用接发送端发送数据之前发送同步脉冲信号，

19、接收方用接收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。收到的同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。n自同步自同步通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号通过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自中包含同步信号，接收方从数据编码信号提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。己的时钟脉冲频率。发送站 同步信号数据接收的同步信号锁定后的同步信号接收站接收站收到的数据数据Computer Networks 2.3 传输介质传输介质l磁介质磁介质高带宽、低费用、高带宽、低费用、高延时（小时）高延时（小时） 在通信中很少使用在通信中很少使用 例：例：7

20、GB/8mm磁带，磁带，1000盘盘/50*50*50cm3，24h可送到任何地方。可送到任何地方。 总容量总容量=7*1000*8Gbits，总时间，总时间=24*60*60=86400s 传送速率传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 若让刘翔来传送若让刘翔来传送1盘盘10GB的磁带，在的磁带，在110米内其传输速率是多少？米内其传输速率是多少？l金属导体金属导体双绞线、双绞线、 同轴电缆同轴电缆(粗、细粗、细)l光纤光纤l无线介质无线介质无线电、微波、卫星、红外线无线电、微波、卫星、红外线Computer Networks屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP) 非屏蔽双绞线非屏蔽

21、双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以减少干扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛常用的双绞线：常用的双绞线：3类（类（16Mb/s） 和和5类（类（155Mb/s）两种）两种Computer Networksn光纤光纤（Optical Fiber）n依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播n优缺点：优缺点：n传输带宽高：传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（仅受光电转换器件的限制（100Gb/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

22、电转换需要光电转换n纤芯材料：纤芯材料：n塑料塑料n二氧化硅二氧化硅 （高纯玻璃）（高纯玻璃）Computer Networksn光纤传输光纤传输原理原理光的反射光的反射n光从折射光从折射率高的率高的介质入射到折射介质入射到折射率低的率低的介质时会介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当当入射角入射角临界值临界值时时产生全反射，不会泄漏。产生全反射，不会泄漏。n纤芯纤芯-折射率高折射率高，玻璃包层玻璃包层-折射率低折射率低n亮度调制亮度调制：有有光光脉冲脉冲-1，无，无光光脉冲脉冲-0n光传输系统：光源、介质、光检测光传输系统：光源、介质、光检

23、测n光源光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管发光二极管/激光二极管激光二极管n光检测器光检测器：光电二极管光电二极管PIN/雪崩二极管雪崩二极管APDn单向传输，双向需两根光纤单向传输，双向需两根光纤n应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接Computer Networks单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳常见规格：常见规格：纤纤芯芯50um缓变型缓变型-MMF 62.5um缓变型缓变型/增强型增强型-MMF 8.3um突变型突

24、变型-SMF 包层包层125umComputer Networksn高密度多芯光缆高密度多芯光缆剖面结构剖面结构芯芯封套封套外套外套加强芯加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束Computer Networksn无线电无线电n基站与终端之间通信采用无线链路n应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）BS基站覆盖的无线电区域基站覆盖的无线电区域BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端Computer Networksn地球同步卫星地球同步卫星n与地面站相对固定位置n使用3颗卫星即可覆盖全球n传输延迟时间长（270ms）n广播式传输n应用领域：n电视传输n长途电话n专用网络n广域网3

25、5,784公里公里地球地球Computer Networks 2.4 数据编码数据编码n不同类型的信号在不同类型的信道上传输不同类型的信号在不同类型的信道上传输有有4种情况：种情况：数据数据：模拟数据：模拟数据 数字数据数字数据信号信号：模拟信号：模拟信号 数字信号数字信号 信道信道：模拟信道：模拟信道 数字信道数字信道Computer Networks1. 数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码n使数字数据能在数字信道上传输使数字数据能在数字信道上传输n把数字数据转换成某种数字脉冲信号把数字数据转换成某种数字脉冲信号n常见的有两类：常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码不归零码和曼彻斯特

26、编码n不归零码（不归零码（NRZ，Non-Return to Zero）n二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示；分别用两种电平来表示；n常用常用5V表示表示1，5V表示表示0；n缺点：缺点：n存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；n不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。Computer Networksn曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Manchester Coding）n用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。n规定在规定在每个码元的中间发生跳变每个码元的中间发生跳变：n高高低的跳变代表低的跳变代表0

27、，低，低高的跳变代表高的跳变代表1n每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种化提取出来作为同步信号。这种编码也称为自编码也称为自同步码（同步码（Self-Synchronizing Code）。）。n缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的据速率的2倍）。倍）。n差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Differential ）n每个码元的中间每个码元的中间仍要发生跳变。仍要发生跳变。n用用码元开始处码元开始处有无跳变来表示有无跳变来表示0和和1 ，有跳变，有跳变代表代表0，无跳变

28、代表，无跳变代表1。Computer Networks2. 数字数据的调制数字数据的调制n使数字数据能在模拟信道上传输使数字数据能在模拟信道上传输n三种常用的调制技术三种常用的调制技术：n幅移键控ASK （Amplitude Shift Keying）n频移键控FSK （Frequency Shift Keying）n相移键控PSK （Phase Shift Keying）n原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。 载波信号载波信号 S(t) = Acos( t+ ) nS(t)的参量包括：的参量包括： 幅度幅度A、频率频率 、初相位初相位 n调制就

29、是要使调制就是要使A、 或或 随数字基带信号的变化而变化随数字基带信号的变化而变化Computer Networks3. 模拟数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码n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n采样定理：采样定理：n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，若以，若以2F的采样频率对其采样，则的采样频率对其采样，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。从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。n要转换的模拟数据主要是电话语音信号要转换的模拟数据主要是电话语音信号n模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。模拟数据要在数字线

30、路上传输，必须将其转换成数字信号。三个步骤：三个步骤：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：把每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n编码编码：对每个舍入后的样本进行编码：对每个舍入后的样本进行编码n编码后的信号称为编码后的信号称为PCM信号（脉码调制信号（脉码调制, Pulse Coded Modulation）。）。Computer Networksn语音信号的数字化语音信号的数字化n语音带宽语音带宽f2倍语音最大频率）倍语音最大频率）n样本量化级数：样本量化级数：256级（级（8bit/每样本）每样本）n数据率：数

31、据率：8000次次/s*8bit = 64kb/sn每路每路PCM信号的速率信号的速率 = 64kb/s采样电路采样电路量化和编码量化和编码Computer NetworksPCM编码过程举例Computer Networks 2.5 多路复用技术多路复用技术n多路复用多路复用：多个信息源共享一个公共信道：多个信息源共享一个公共信道n为何要复用？为何要复用？提高线路利用率提高线路利用率n适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时平均传输需求时n类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）DEMUX复用器复用器解

32、复用器解复用器共享信道共享信道MUX信信源源信信宿宿Computer Networksn复用的基本思想：复用的基本思想：n把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道，把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道，每个子信道传输一路数据每个子信道传输一路数据。n复用方法复用方法n频分复用频分复用FDM （Frequency Division Multiplexing）n按频率划分不同的信道，如按频率划分不同的信道，如CATV系统系统n波分复用波分复用WDM （Wave Division Multiplexing） n按波长划分不同的信道，用于光纤传输按波长划分不同的信道，用于光纤传输n时分复用时分复用

33、TDM （Time Division Multiplexing）n按时间划分不同的信道，目前应用最广泛按时间划分不同的信道，目前应用最广泛n码分复用码分复用CDM （Code Division Multiplexing）n按地址码划分不同的信道，非常有发展前途按地址码划分不同的信道，非常有发展前途Computer Networksn由于每路数据总是使用每个时间片的固定由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，所以这种时分复用也称为时隙，所以这种时分复用也称为同步时分同步时分复用复用。n一个时间片内传输的多路数据称为一个时间片内传输的多路数据称为帧帧。n时分复用的典型例子：时分复用的典型例子：P

34、CM信号的传输信号的传输n把多个话路的把多个话路的PCM语音数据用语音数据用TDM的方法装的方法装成帧（帧中还包括了帧同步信息和信令信息）成帧（帧中还包括了帧同步信息和信令信息）n每帧在一个时间片内发送每帧在一个时间片内发送n每个时隙承载一路每个时隙承载一路PCM信号信号Computer Networksn统计（异步）统计（异步）TDMSTDMnTDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。nSTDM：用户不固定占用某个时隙，有空时隙：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入。就将数据放入。

35、ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2时间片时间片1时间片时间片2同步同步TDM带宽浪费A1B1B2时间片时间片1时间片时间片2统计统计TDM可用带宽C2Computer Networks时分复用时分复用数字载波复用标准数字载波复用标准nT-标准标准 （北美、日本）（北美、日本）nE-标准标准 （欧洲、（欧洲、中国中国、南美）、南美）nE1（一次群）标准（一次群）标准n每每125us为一个时间片，每时间片分为为一个时间片，每时间片分为32个通道（时隙）。个通道（时隙）。每个时隙可容纳每个时隙可容纳8bit。n通道通道0用于同步，通道用于同步，通道16用于信令，

36、其他用于信令，其他30个通道用于传输个通道用于传输30个个PCM话音数据。话音数据。nE1速率速率 = （32x8bit）/125us = 2.048 Mb/sn对对E1进一步复用，还可构成进一步复用，还可构成E2到到E5等高次群。等高次群。nE5可承载可承载7680个话路，数据率约为个话路，数据率约为565Mb/s。n新的新的TDM标准是同步光网络（标准是同步光网络（SONET）和）和ITU-T的同步数字系列的同步数字系列（SDH）。常用的线路速率为（近似值）。常用的线路速率为（近似值） 155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s和和10Gb/s。Computer Networksn码分

37、复用码分复用CDMn原理：原理：每个用户把发送信号用接收方的地址码序每个用户把发送信号用接收方的地址码序列编码列编码（任意两个地址码序列相互正交）。不同（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，然后接收者用用户发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，同样的地址码序列解码。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，由此只有与自己地址码相关的信号才能被检出，由此恢复出原始数据。恢复出原始数据。n地址码序列两两相互正交：地址码序列两两相互正交：n码序列码序列A、B，应满足，应满足 A B =0，A B =0，A A =1

38、，A A =-1 其中其中 为内积运算。为内积运算。n在无线移动通信中应用广泛。在无线移动通信中应用广泛。Computer Networks 2.6 数据交换技术数据交换技术n什么是交换？什么是交换？n按某种方式动态地分配传输线路资源按某种方式动态地分配传输线路资源。n例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。线路又可分配给其它用户。n最初的交换：人工转接交换最初的交换：人工转接交换n为什么要采用交换技术？为什么要采用交换技术？n节省线路

39、投资，提高线路利用率。节省线路投资，提高线路利用率。n实现交换的方法主要有：实现交换的方法主要有：电路交换电路交换、报文报文交换交换和和分组交换分组交换。Computer Networksn电路交换电路交换n在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。n可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道。n特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。称为称为“面向连接的面向连接的”（典型例子：电话）（典型例子：电话）n过程：过程：建立连接建立连接通信通信释放连接释放连接n优缺点：

40、优缺点：n建立连接的时间长；建立连接的时间长；n一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；n无纠错机制；无纠错机制；n建立连接后，传输延迟小。建立连接后，传输延迟小。n不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到特点，真正传输数据的时间不到10%。n例如：建立连接的时间为例如：建立连接的时间为0.5秒，计算机以秒，计算机以1Mb/s的速率发送的速率发送10k字节。线路利用率？字节。线路利用率？Computer Networksn电话网络中的电路交换n电路交换也能在多路复用信道上实现n在

41、物理线路的某个信道上建立连接Computer Networksn报文交换报文交换n以报文为单位进行以报文为单位进行“存储存储-转发转发”交换的技术。交换的技术。n在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为术称为存储存储-转发转发。n传输之前不需要建立端到端的连接传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻结点传，仅在相邻结点传输报文时建立结点间的连接。输报文时建立结点间的连接。称为称为“无连接的无连接的”（典型例子：电报

42、）（典型例子：电报）n整个报文（整个报文（Message）作为一个整体一起发送。）作为一个整体一起发送。n优缺点：优缺点：n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；n线路利用率高；线路利用率高；n传输可靠性较高；传输可靠性较高；n报文大小不一，造成存储管理复杂；报文大小不一，造成存储管理复杂；n大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高；大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高；n出错后整个报文全部重发。出错后整个报文全部重发。n比较：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？比较：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？Computer N

43、etworksn分组交换（包交换）分组交换（包交换）n将报文分割成若干个大小相等的分组（将报文分割成若干个大小相等的分组（Packet）进行）进行存储转发。存储转发。n数据传输前不需要建立一条数据传输前不需要建立一条端到端端到端的通路的通路也是也是“无连接的无连接的”。n有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。功能。n优缺点：优缺点：n对转发结点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组对转发结点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组速度速度快；快；n转发延时小转发延时小适用于交互式通信；适用于交互式通信；n某个分组出错可以仅重发出错的分组某个

44、分组出错可以仅重发出错的分组效率高；效率高；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分组交换有两种交换方式：分组交换有两种交换方式：n数据报方式和虚电路方式数据报方式和虚电路方式Computer Networksn虚电路方式（Virtual Circuit）n通信前预先建立一条逻辑连接虚电路虚电路n虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的n类比：铁路系统（旅客类比：铁路系统（旅客/列车列车:分组，铁路网分组，铁路网:网

45、络，火车站网络，火车站:节点）节点）n“西安北京西安北京”这条线路可以看成是一条虚路径这条线路可以看成是一条虚路径n也需要三个过程：建立数据传输拆除n建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源n虚电路的路由在建立时确定，传输数据时则不再需要n数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路的路由穿越网络“数字管道”n提供的是“面向连接”的服务n但却没有像电路交换那样始终占用一条端到端的物理通道，只是断续地依次占用传输路径上各个链路段与铁路系统类比！n可以看成是采用了电路交换思想的分组交换n能够保证分组按序到达n永久虚电路PVC和交换虚电路SVCComputer Networks 2.7 差错控

46、制与检错差错控制与检错n什么是差错控制？什么是差错控制？n在通信过程中，发现、检测差错并进行纠正在通信过程中，发现、检测差错并进行纠正n为何要进行差错控制？为何要进行差错控制？n不存在理想的信道不存在理想的信道传输总会出错传输总会出错n与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。差错率。n产生差错的原因：产生差错的原因：n信号衰减和热噪声信号衰减和热噪声n信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；n信号反射，串扰；信号反射，串扰；n冲击噪声，闪电、大功率电机的启停等。冲击噪声，闪电、大功率电机的启

47、停等。Computer Networksn差错控制的差错控制的基本方法：接收方进行差错检测，基本方法：接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。并向发送方应答，告知是否正确接收。n差错控制技术差错控制技术n自动请求重传自动请求重传Automatic Repeat Request （ARQ）n停等停等 ARQn每发送一帧就需要一个应答帧每发送一帧就需要一个应答帧n只重传刚才出错的帧只重传刚才出错的帧nGo-back-N ARQn每发送每发送N帧需要一个应答帧帧需要一个应答帧n需重传前面（需重传前面（N-i+1）帧（）帧（0iN）n选择重传选择重传 ARQn每发送每发送N帧需要一个应答帧帧需要一个应答帧n只只重传出错的帧重传出错的帧Computer Networksn差错控制编码：检错码和纠错码差错控制编码：检错码和纠错码n纠错码在计算机通信中很少使用纠错码在计算机通信中很少使用n检错码主要有两种编码方法：检错码主要有两种编码方法：n奇偶校验奇偶校验（Parity Checking）n可以在两个级别上实现：可以在两个级别上实现：n在原始数据字节的最高位（或最低位）增加一个奇偶校验在原始数据字节的最高位（或最低位）增加一个奇偶校验位，使结果中位，使结果中1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。验）。n例如：例如：1100010增