数据通信基础与物理层ppt课件

1、计算机网络根底教程计算机网络根底教程第第2 2章章 数据通讯根底与物理层数据通讯根底与物理层本章内容：2.1 数据通讯根本概念2.2 数据交换技术2.3 传输媒体2.4 网络构造化布线简介2.5 物理层协议 2.6 实训工程2.1 数据通讯根本概念数据通讯的普通概念 数据通讯是按照通讯协议,利用数据传输技术, 经过某种类型的介质把模拟信号或数字信号从一个地点向另一个地点传送的通讯方式. 2.1 数据通讯根本概念数据通讯的特点:数据通讯是实现计算机和计算机之间、人和计算机之间的通讯；计算机之间的通讯有严厉的通讯协议；对数据传输可靠性要求很高；信息量具有突发性；设备的多样性；2.1 数据通讯根本概

2、念数据通讯的过程:1 建立通讯线路，物理通道；2 建立数据传输链路，逻辑通道；3 传送通讯控制信号和数据；4 数据传输终了，双方确认，释放链路；5 断开物理通道；2.1 数据通讯根本概念数据通讯系统:模型信源信源转换器转换器信道信道转换器转换器信宿信宿DTEDCEDCEDTE信道信道2.1 数据通讯根本概念1.1.信息信息 普通以为信息是人对现实世界事物存在方式或运动形状的某种普通以为信息是人对现实世界事物存在方式或运动形状的某种 认识。表示信息的方式可以是数值、文字、图形、声音、图像认识。表示信息的方式可以是数值、文字、图形、声音、图像 以及动画等。以及动画等。2.2.数据数据 数据是把事件

3、的某些属性规范化后的表现方式，它能被识别，也数据是把事件的某些属性规范化后的表现方式，它能被识别，也 可以被描画。例如十进制数、二进制数、字符等。可以被描画。例如十进制数、二进制数、字符等。3.3.信号信号 信号是数据的电磁或电子编码，是数据的详细物理表现，具有确信号是数据的电磁或电子编码，是数据的详细物理表现，具有确 定的物理描画。例如电压、磁场强度等。定的物理描画。例如电压、磁场强度等。4.4.信道信道 在传输介质内存在着传输信号的通道在传输介质内存在着传输信号的通道. .5.5.带宽带宽 信号的带宽是指信道中可以传送的信号的频率范围信号的带宽是指信道中可以传送的信号的频率范围2.1.1

4、信号、信道与带宽2.1 数据通讯根本概念 信号可以是模拟的也可以是数字的。其中模拟信号是指一种延续变化的电信号，例如：线上传送的按照话音强弱幅度延续变化的电波信号。数字信号是指一种离散变化的电信号，例如计算机产生的电信号就是“0和“1的电压脉冲序列串。与信号的分类相对应，信道也分为传输模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类。 数据可以是模拟的也可以是数字的。 模拟是与延续相对应的。模拟数据是取某一区间的延续值，而模拟信号是一个延续变化的物理量。 数字是与离散相对应的。数字数据取某一区间内有限个离散值，数字信号取几个不延续的物理形状来代表数字。 模拟信号和数字信号的区别如以下图所示。

5、注注: 模拟和数字模拟和数字2.1 数据通讯根本概念 注注: 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号(a) (a) 模拟信号模拟信号 (b) (b) 数字信号数字信号 2.1 数据通讯根本概念 数据通讯的长间隔传输及信号衰减的抑制数据通讯的长间隔传输及信号衰减的抑制1 1模拟信号和数字信号都可以在适宜的传输媒体上进展传输模拟信号和数字信号都可以在适宜的传输媒体上进展传输 2 2模拟信号无论表示模拟数据还是数字数据模拟信号无论表示模拟数据还是数字数据, ,在传输一定间隔后在传输一定间隔后都会衰减。抑制的方法是用放大器来加强信号的能量，但噪音分量都会衰减。抑制的方法是用放大器来加强信号的能量，但噪音

6、分量也会加强，以致引起信号畸变。也会加强，以致引起信号畸变。3 3数字信号长间隔传输也会衰减，抑制的方法是运用中继器，数字信号长间隔传输也会衰减，抑制的方法是运用中继器，把数字信号恢复为把数字信号恢复为“0 0、1 1的规范电平后继续传输。的规范电平后继续传输。2.1.2数据传输方式：并行与串行传输数据传输方式：并行与串行传输n并行传输n多个数据位同时传输n发送设备将 8 个数据位经过8 条数据线，传送给接纳设备。接纳设备可以直接运用接纳到的数据。并行的数据传送线也叫总线。适用于短间隔通讯。n要求并行设备2.1.2数据传输方式：并行与串行传输数据传输方式：并行与串行传输n串行传输n 每次由源地

7、传到目的地的数据只需一位，比并行速度慢，发送和接纳时需求串并转换设备，但是可以利用公用系统，具有经济、适用的特点。可以满足长间隔的通讯需求。n1位数据传输n串行设备n并行和串行转换2.1.2数据传输方式：并行与串行传输数据传输方式：并行与串行传输n并行与串行传输n 2.1.3 数据传输方式：方向数据传输方式：方向n信道的通讯方式：n单工有监视信号的反向流动n半双工n全双工串行通讯的方向性构造有三种串行通讯的方向性构造有三种2.1.3 数据传输方式：方向数据传输方式：方向n单工通讯方式有监视信号的反向流动单工通讯方式有监视信号的反向流动n 数据单向传输无线电广播数据单向传输无线电广播发送端发送端

8、接纳端接纳端信道信道数据数据监视信号监视信号2.1.3 数据传输方式：方向数据传输方式：方向n半双工通讯方式半双工通讯方式n 数据可以双向传输，但不能在同一时辰双数据可以双向传输，但不能在同一时辰双向传输对讲机向传输对讲机发送端发送端接纳端接纳端信道信道数据数据监视信号监视信号接纳端接纳端发送端发送端2.1.3 数据传输方式：方向数据传输方式：方向n全双工通讯方式全双工通讯方式n 数据可同时双向传输数据可同时双向传输发送端发送端发送端发送端数据监视信号接纳端接纳端接纳端接纳端数据监视信号2.1.3 数据传输方式：方向数据传输方式：方向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

9、)(a)(b)(b)(c)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送单工单工半双工半双工全双工全双工同步，就是接纳端要按发送端所发送的每个码元的反复频率以及起止时间同步，就是接纳端要按发送端所发送的每个码元的反复频率以及起止时间来接纳数据。来接纳数据。 在通讯时，接纳端要校准本人的时间和反复频率，以便和发送端获得在通讯时，接纳端要校准本人的时间和反复频率，以便和发送端获得一致，这一过程称为同步过程。一致，这一过程称为同步过程。 目前，传输信息的同步方式有异步式和同步式两种。目前，传输信息的同步方式有异步式和同步式两种。(1)异步传输异步传输 异步式又称为起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间

10、插入异步式又称为起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息。同步信息。 它在要传输的字符前设置一启动用的起始位，预告字符的信息代码即它在要传输的字符前设置一启动用的起始位，预告字符的信息代码即将开场，在信息代码和校验位普通总共为将开场，在信息代码和校验位普通总共为8比特终了以后，再设置比特终了以后，再设置12位比特的终止位，表示该字符已终了。终止位也反映了平常不进展通讯位比特的终止位，表示该字符已终了。终止位也反映了平常不进展通讯时的形状，即处于时的形状，即处于“传号形状。传号形状。 2.1.4 2.1.4 同步方式同步方式 2.1.4 2.1.4 同步方式同步方式图图2-11为

11、字母为字母“A的代码的代码1000001在异步方式时的代码构造在异步方式时的代码构造。图图2-11 异步式代码构造异步式代码构造 各字符之间的间隔是恣意的、不同步的，但在一个字符时间之内，收发双方各数据位各字符之间的间隔是恣意的、不同步的，但在一个字符时间之内，收发双方各数据位必需同步，所以这种通讯方式又称为起止同步方式。必需同步，所以这种通讯方式又称为起止同步方式。 异步方式实现起来简单容易，频率的漂移不会积累，每个字符都为该字符的位同步提异步方式实现起来简单容易，频率的漂移不会积累，每个字符都为该字符的位同步提供了时间基准，对线路和收发器要求较低。供了时间基准，对线路和收发器要求较低。 缺

12、陷是线路效率低，由于每个字符需多占用缺陷是线路效率低，由于每个字符需多占用23位的开销。位的开销。 异步方式在低速终端信道上获得了广泛的运用。异步方式在低速终端信道上获得了广泛的运用。 2.1.4 2.1.4 同步方式同步方式 (2) (2)同步传输同步传输 同步式要求不论能否传输信息代码，每个比特位必需同步式要求不论能否传输信息代码，每个比特位必需在收发两端一直坚持同步，中间没有延续时间，即为比特在收发两端一直坚持同步，中间没有延续时间，即为比特位同步。位同步。 普通接纳端从接纳的信号中提取同步信号，由于在接普通接纳端从接纳的信号中提取同步信号，由于在接纳信号码元纳信号码元1 1和和0 0的

13、极性变化中就包含了同步信息。的极性变化中就包含了同步信息。 当不传送信息代码时，在线路上传送的是全当不传送信息代码时，在线路上传送的是全1 1或其他或其他特定代码，在传输开场时用同步字符特定代码，在传输开场时用同步字符SYNSYN编码为编码为00101100010110使收发双方进入同步。当搜索到两个以上使收发双方进入同步。当搜索到两个以上SYNSYN同步字符同步字符时，接纳端开场接纳信息，以后就从传输信息中检测同步时，接纳端开场接纳信息，以后就从传输信息中检测同步信息。在两个延续的报文之间，应插入两个以上的信息。在两个延续的报文之间，应插入两个以上的SYNSYN同同步字符。步字符。 图图2-

14、122-12为同步传送的代码构造。为同步传送的代码构造。图图2-12 同步式代码构造同步式代码构造 普通在高速传输数据的系统中采用同步式。普通在高速传输数据的系统中采用同步式。2.1.5 基带传输与数字信号编码基带传输与数字信号编码基带: 频谱从“0开场而未经任何处置的脉冲信号所占据的频率范围。基带信号: 将由不同电压表示的数字信号1 或0 。 基带传输:数字数据以原来的 “0 或 “1 的方式在信道上传送，称为基带传送。 如何把数字信息用电信号的波形表示出来: 数字信号是离散的，每个脉冲代表一个信号单元，或称码元。在计算机网络中主要用二进制的数据信号，可用两种码元分别代表二进制数字符号1和0

15、，也称为二元码。 表示二进制数字的码元的方式不同，便产生出不同的编码方案。基带传输是一种最简单的传输方式，近间隔通讯的局域网基带传输是一种最简单的传输方式，近间隔通讯的局域网都采用基带传输。基带传输时，需求处理的问题是数字数都采用基带传输。基带传输时，需求处理的问题是数字数据的数字信号表示。据的数字信号表示。 (1)基带传输基带传输2.1.5 基带传输与数字信号编码基带传输与数字信号编码(2)数字信号编码数字信号编码a a单极性全宽码单极性全宽码 b b双极性全宽码双极性全宽码 2.1.5 基带传输与数字信号编码基带传输与数字信号编码(2)数字信号编码数字信号编码c c单极性归零编码单极性归零

16、编码 d d双极性归零编码双极性归零编码 2.1.5 基带传输与数字信号编码基带传输与数字信号编码(2)数字信号编码数字信号编码归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点 不归零码在传输中难以确定一位的终了和另一位的不归零码在传输中难以确定一位的终了和另一位的开场，需求用某种方法使发送端和接纳端之间进展定时开场，需求用某种方法使发送端和接纳端之间进展定时或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因此归零码在信道上占用的频带较宽度成反比的关系，因此归零码在信道上占用的频带较宽。宽。

17、单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通讯设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，数据通讯设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏衔接点的外表电镀层；双极性码的直直流分量还会损坏衔接点的外表电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。 2.1.5 基带传输与数字信号编码基带传输与数字信号编码(3). 曼彻斯特码和差分曼彻斯特码 图2-5a所示为曼彻斯特码。在每一个码元时间间隔内，当发0时，在间隔的中间时辰电平从低向高跳变；当发1时，在间隔的中间时辰电平从高向低跳变。

18、这类码元的特点是在每一码元的时间间隔内，至少有一次跳变。图图2-5(a) 曼彻斯特码曼彻斯特码2.1.5 基带传输与数字信号编码基带传输与数字信号编码图图2-52-5b b所示为差分曼彻斯特码。在每一个码元的时间间隔内，无论发所示为差分曼彻斯特码。在每一个码元的时间间隔内，无论发1 1或发或发0 0，在间隔的中间都有电平的跳变，但发，在间隔的中间都有电平的跳变，但发1 1时，间隔开场时辰电平不跳时，间隔开场时辰电平不跳变，发变，发0 0时，间隔开场时辰电平会跳变。时，间隔开场时辰电平会跳变。图图2-5(b) 2-5(b) 差分曼彻斯特码差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的运用很普遍，已成

19、为局域网的规范编码。曼彻斯特码和差分曼彻斯特码的运用很普遍，已成为局域网的规范编码。(3). (3). 曼彻斯特码和差分曼彻斯特码曼彻斯特码和差分曼彻斯特码频带传输：代表数据的二进制 “1 和 “0 ，经过调制解调器，变换 成具有一定频带范围的模拟信号进展传输。 调制解调器最根本的调制方法有以下几种在图2-1中给出了这几种波形传输数据的波形的表示图：1调幅AM 即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0对应于无载波输出，而1对应于有载波输出。2调频FM 即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0对应于频率f1，而1对应于频率f2。3调相PM 即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0对应于

20、相位0度，而1对应于180度。2.1.6 频带传输与模拟信号编码2.1.6 频带传输与模拟信号编码几种调制方法 多路复用是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每多路复用是指在数据传输系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每一个数据源都有本人的信道一样。一个数据源都有本人的信道一样。 多路复用技术就是把许多个单个信号在一个信道上同时传输的技术。多路复用系统可以未多路复用技术就是把许多个单个信号在一个信道上同时传输的技术。多路复用系统可以未来自多个信息源的信息进展合并，然后将这一合成的信息群经单一的线路和传输设备进展传来自多个信息源的信息进展合并，然后将这

21、一合成的信息群经单一的线路和传输设备进展传输。在接纳端，那么设有能将信息群分别成单个信息的设备，因此，只用一套发送安装和接输。在接纳端，那么设有能将信息群分别成单个信息的设备，因此，只用一套发送安装和接纳安装就能替代多个设备，如下图。纳安装就能替代多个设备，如下图。 2.1.7 多路复用技术2.1.7 多路复用技术常用的多路复用技术常用的多路复用技术 主要有四种方式：主要有四种方式：频分多路复用频分多路复用Frequency Division MultiplexingFrequency Division Multiplexing，FDMFDM、时分多路复用时分多路复用Time Division

22、 MultiplexingTime Division Multiplexing，TDMTDM、波分多路复用波分多路复用Wavelength Division MultiplexingWavelength Division Multiplexing，WDMWDM码分多路复用码分多路复用Code Division MultiplexingCode Division Multiplexing，CDMCDM。在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该物理信道在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该物理信道的总带宽分割成假设干个和传输的单个信道带宽一样或略为

23、宽一点的子信道，的总带宽分割成假设干个和传输的单个信道带宽一样或略为宽一点的子信道，每一个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。每一个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。 多路的原始信号在频分复用前，首先要经过频谱搬移技术，将各路信号的频谱多路的原始信号在频分复用前，首先要经过频谱搬移技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，这可以经过频率调制时采用不同的载波来实现。搬移到物理信道频谱的不同段上，这可以经过频率调制时采用不同的载波来实现。如图如图2-17所示。所示。2.1.7 多路复用技术1 1频分多路复用频分多路复用FDMFDM技术技术 2.1.7 多路复用技术1 1频分多路

24、复用频分多路复用FDMFDM技术技术 在两个通道间应留有间隙作为防护频带，以防相互关扰。在两个通道间应留有间隙作为防护频带，以防相互关扰。 这种方式适用于多点终端以及低速线路。频分多路复用要这种方式适用于多点终端以及低速线路。频分多路复用要求在已分配的频段间应有求在已分配的频段间应有“防护频带，而防护频带要占用一防护频带，而防护频带要占用一定的线路才干，因此使传输效率有所降低。定的线路才干，因此使传输效率有所降低。频分多路复用原理表示图 2.1.7 多路复用技术2 2时分多路复用时分多路复用TDMTDM技术技术 假设媒体能到达的位传输速率超越传输数据所需的数据传假设媒体能到达的位传输速率超越传

25、输数据所需的数据传输速率，可采用时分多路复用技术，即将一条物理信道按时间输速率，可采用时分多路复用技术，即将一条物理信道按时间分成假设干个时间片轮番地分配给多个信号运用。每一时间片分成假设干个时间片轮番地分配给多个信号运用。每一时间片由复用的一个信号占用，这样，利用每个信号在时间上的交叉，由复用的一个信号占用，这样，利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。 时分多路复用不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传时分多路复用不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传输模拟信号。输模拟信号。 TDMTDM又分为又分为同步时分复用同步时分复

26、用Synchronous Division MultiplexingSynchronous Division Multiplexing，STDMSTDM异步时分复用异步时分复用Asynchronous Division MultiplexingAsynchronous Division Multiplexing，ATDMATDM 2.1.7 多路复用技术1 1同步时分多路复用同步时分多路复用 同步时分复用采用固定时间片分配方式，即将传输信号的同步时分复用采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特定长度延续地划分成特定时间段一个周期，再将时间按特定长度延续地划分成特定时间段一个周期，再将每个

27、时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式每个时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路信号，各路信号在每一时间段都顺序分配到一个时分配给各路信号，各路信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙隙 由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥有者能否传输数据都有一定时隙，这就呵斥时隙无论时隙拥有者能否传输数据都有一定时隙，这就呵斥时隙浪费，其时隙的利用率很低，为了抑制浪费，其时隙的利用率很低，为了抑制STDMSTDM的缺陷，引入了的缺陷，引入了异步时分复用技术异步时分复用技术2.1.7 多路复用技术2 2异步

28、时分多路复用异步时分多路复用 异步时分多路复用又称统计时分复用技术，它能动态异步时分多路复用又称统计时分复用技术，它能动态地按需分配时隙，以防止每个时间段中出现空闲时隙。地按需分配时隙，以防止每个时间段中出现空闲时隙。ATDMATDM就是只需当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配就是只需当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它；当用户暂停发送数据时，那么不给它分配时隙。电给它；当用户暂停发送数据时，那么不给它分配时隙。电路的空闲可用于其他用户的数据传输路的空闲可用于其他用户的数据传输 异步时分多路复用 2.1.7 多路复用技术 异步时分多路复用需求比较复杂的寻址和控制才干，需异步时分多路复用

29、需求比较复杂的寻址和控制才干，需求有保管输入排队信息的缓冲器，普通用微处置机来处理求有保管输入排队信息的缓冲器，普通用微处置机来处理，因此，设备费用较高。，因此，设备费用较高。 时分多路复用技术通常用于基带局域网，是计算机通讯时分多路复用技术通常用于基带局域网，是计算机通讯网分时系统的根底。网分时系统的根底。时分多路复用原理表示图2.1.7 多路复用技术3 3波分多路复用波分多路复用 波分多路复用在概念上与频分多路复用类似，因此也称波分多路复用在概念上与频分多路复用类似，因此也称其为光的频分复用。所不同的是波分多路复用技术运用于全其为光的频分复用。所不同的是波分多路复用技术运用于全光纤组成的网

30、络中，传输的是光信号，并按照光的波长区分光纤组成的网络中，传输的是光信号，并按照光的波长区分信号。信号。WDMWDM技术的任务原理如下图技术的任务原理如下图 2.1.7 多路复用技术4 4码分多路复用码分多路复用 码分多路复用也是一种共享信道的方法，每个用户可在码分多路复用也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间运用同样的频带进展通讯，但运用的是基于码型的同一时间运用同样的频带进展通讯，但运用的是基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通讯各方之间不会相互关扰，且抗干扰才干强。不重叠，通讯各方之间不会相互关扰

31、，且抗干扰才干强。 2.1.7 多路复用技术3 3波分多路复用波分多路复用 波分多路复用在概念上与频分多路复用类似，因此也称波分多路复用在概念上与频分多路复用类似，因此也称其为光的频分复用。所不同的是波分多路复用技术运用于全其为光的频分复用。所不同的是波分多路复用技术运用于全光纤组成的网络中，传输的是光信号，并按照光的波长区分光纤组成的网络中，传输的是光信号，并按照光的波长区分信号。信号。WDMWDM技术的任务原理如下图技术的任务原理如下图 n数据交换技术的定义数据交换技术的定义n 一个进网的数据流到达的第一个节点称为源节点；分开子网前到达的一个进网的数据流到达的第一个节点称为源节点；分开子网

32、前到达的最后一个节点称为目的节点。网络层必需为一切进网的数据流提供从源最后一个节点称为目的节点。网络层必需为一切进网的数据流提供从源节点到目的节点的通路，实现这种数据通路的技术称为节点到目的节点的通路，实现这种数据通路的技术称为“数据交换技术数据交换技术。2.2 2.2 数据交换技术数据交换技术数据交换数据交换线路交换方式线路交换方式存储转发方式存储转发方式报文交换报文交换分组交换分组交换数据报分组交换数据报分组交换虚电路分组交换虚电路分组交换2.2 2.2 数据交换技术数据交换技术2.2.12.2.1电路交换电路交换2.2 2.2 数据交换技术数据交换技术2.2.12.2.1电路交换电路交换

33、n 线路交换方式的通讯包括三种形状：n1电路建立：在传输任何数据之前，都必需建立端到端站到站的线路。n2数据传送：所传输的数据可以是数字的也可以是模拟的。n3线路撤除：在某个数据传送周期终了以后，就要终了衔接，通常由两个站中的一个来完成这个动作。线路交换实现数据通讯需经过建立衔接、数据传送、释放衔接三个步骤。 在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条公用的物理通路。假设A站要与D站传输数据，需求在AD之间建立一条物理衔接。详细的方法是：站点A向节点1发出欲与站点D衔接的恳求，由于站点A与节点1已有直接衔接，因此不用再建立衔接。需求做的是在节点1到节点4之间建立一条公用线路。从图中我们可以看

34、到，从1到4的通路由多条，比如1-2-3-4，1-6-5-4，1-6-3-4和1-2-5-4等，这时就需求根据一定的路由选择算法，从中选择一条，如1-6-3-4。节点4再利用直接衔接与站点D连通。至此就完成了AD之间的线路建立。 1 1电路建立电路建立 2 2数据传输数据传输 电路电路1-6-3-41-6-3-4建立以后，数据就可以从站点建立以后，数据就可以从站点A A传输到站点传输到站点D D。数据既可以是数字数据，也可以是模拟数据，在整个数据传数据既可以是数字数据，也可以是模拟数据，在整个数据传输过程中，所建立的电路必需一直坚持衔接形状。输过程中，所建立的电路必需一直坚持衔接形状。3 3电

35、路撤除电路撤除 数据传输终了后，由某一方数据传输终了后，由某一方A A或或D D发出撤除恳求，然发出撤除恳求，然后逐节撤除到对方节点。就像系统中，通话双方的任何一方后逐节撤除到对方节点。就像系统中，通话双方的任何一方都可以先挂机。都可以先挂机。 2.2 2.2 数据交换技术数据交换技术电路交换技术的优缺陷及其特点电路交换技术的优缺陷及其特点 优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丧失且坚持原来优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丧失且坚持原来的顺序。的顺序。 缺陷：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费，缺陷：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费，在短时间数据传输时电路建立和撤除所用的时间得不

36、偿失。在短时间数据传输时电路建立和撤除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。 特点：在数据传送开场之前必需先设置一条公用的通路。特点：在数据传送开场之前必需先设置一条公用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通讯，电路交换效率不高。式的通讯，电路交换效率不高。 2.2 2.2 数据交换技术数据交换技术2.2.2报文交换的原理和特点报文交换的原理和特点1 1报文交换原理报文交换原理 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发

37、送报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，不断逐个节点地转送到目的节点。到下一个节点，不断逐个节点地转送到目的节点。 每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。用路由信息找出下一个节点

38、的地址，再把整个报文传送给下一个节点。因此，端与端之间无需先经过呼叫建立衔接。因此，端与端之间无需先经过呼叫建立衔接。 2 2报文交换的特点报文交换的特点 报文从源点传送到目的地采用报文从源点传送到目的地采用“存储存储转发转发方式，在传送报文时，方式，在传送报文时，一个时辰仅占用一段通道。一个时辰仅占用一段通道。 在交换节点中需求缓冲存储，报文需求排队，故报文交换不能满足实在交换节点中需求缓冲存储，报文需求排队，故报文交换不能满足实时通讯的要求。时通讯的要求。 126435AB报文交换的过程报文交换的过程3 3报文交换的优点报文交换的优点 电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个节点之间的通

39、道，所电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个节点之间的通道，所以对于同样的通讯量来说，对电路的传输才干要求较低。以对于同样的通讯量来说，对电路的传输才干要求较低。 在电路交换网络上，当通讯量变得很大时，就不能接受新的呼叫。而在电路交换网络上，当通讯量变得很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，通讯量大时依然可以接纳报文，不过传送延迟会添加。在报文交换网络上，通讯量大时依然可以接纳报文，不过传送延迟会添加。 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。难做到这一点。 报文交换网络可以进展速度和代

40、码的转换。报文交换网络可以进展速度和代码的转换。4 4报文交换的缺陷报文交换的缺陷 不能满足实时或交互式的通讯要求，报文经过网络的延迟时间长且不不能满足实时或交互式的通讯要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。定。 有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。 报文交换的优缺陷报文交换的优缺陷2.2.32.2.3报文分组交换报文分组交换 报文分组交换是报文交换的一种改良，它报文分组交换是报文交换的一种改良，它将报文分成假设干个分组，每

41、个分组的长度有将报文分成假设干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储才干降低了，分组可以存储到内存中，的存储才干降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。它适用于交互式通讯，如终提高了交换速度。它适用于交互式通讯，如终端与主机通讯。分组交换有虚电路分组交换和端与主机通讯。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。它是计算机网络中运用数据报分组交换两种。它是计算机网络中运用最广泛的一种交换技术。最广泛的一种交换技术。 2.2.32.2.3报文分组交换报文分组交换 (1)、数据报分组交换、数据报分组交换 在数据报方式中

42、，每个分组被称为一个数据报datagram，假设干个数据报构成一次要传送的报文或数据块。数据报交换方式采用把分组看成一个小报文进展单独处置。每个数据报在传输的过程中，都要进展途径选择，各个数据报可以按照不同的途径到达目的地，因此，各数据报不能保证按发送的顺序到达目的结点，有些数据报甚至还能够在途中丧失。在接纳端，再按分组的顺序将这些数据报组重新合成一个完好的报文。 例如站点例如站点A A要向站点要向站点D D传送一个报文，报文在交换节点传送一个报文，报文在交换节点1 1被被分割成分割成4 4个数据报，它们分别经过不同的途径到达站点个数据报，它们分别经过不同的途径到达站点D D，数据，数据报报1

43、 1的传送途径是的传送途径是1-6-3-41-6-3-4，数据报，数据报2 2的传送途径是的传送途径是1-2-3-41-2-3-4，数，数据报据报3 3的传送途径是的传送途径是1-6-5-41-6-5-4，数据报，数据报4 4传送的途径是传送的途径是1-2-5-41-2-5-4。由于由于4 4个数据报所经的途径不同，从而导致它们的到达失去了个数据报所经的途径不同，从而导致它们的到达失去了顺序顺序2 2、1 1、4 4、3 3。 (1)(1)、数据报分组交换、数据报分组交换(2)(2)、虚电路分组交换、虚电路分组交换 在虚电路分组交换中，为了进展数据传输，网络的源节点和目的节在虚电路分组交换中，

44、为了进展数据传输，网络的源节点和目的节点之间要先建一条逻辑通路。每个分组除了包含数据之外还包含一个虚点之间要先建一条逻辑通路。每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符。在预先建好的途径上的每个节点都知道把这些分组引导到电路标识符。在预先建好的途径上的每个节点都知道把这些分组引导到哪里去，不再需求路由选择断定。最后，由某一个站用去除恳求分组来哪里去，不再需求路由选择断定。最后，由某一个站用去除恳求分组来终了这次衔接。它之所以是终了这次衔接。它之所以是“虚虚的，是由于这条电路不是公用的。图的，是由于这条电路不是公用的。图2.212.21显示了虚电路分组交换方式的传输过程。例如站点显示了虚电路

45、分组交换方式的传输过程。例如站点A A要向站点要向站点D D传送传送一个报文，报文在交换节点一个报文，报文在交换节点1 1被分割成被分割成4 4个数据报，数据报个数据报，数据报1 1、2 2、3 3和和4 4，沿一条逻辑链路沿一条逻辑链路1-6-3-41-6-3-4，按顺序发送。，按顺序发送。(2)(2)、虚电路分组交换、虚电路分组交换 呼叫请求呼叫应答释放请求释放应答虚电路建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虚虚电电路路方方式式工工作作原原理理图图三种数据交换技术的比较n三种数据交换技术总结如下：n1线路

46、交换：在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将不断被一对用户完全占有。n2报文交换：报文从发送方传送到接纳方采用存储转发的方式。在传送报文时，只占用一段通路；在交换节点中需求缓冲存储，报文需求排队。因此，这种方式不满足实时通讯的要求。n3分组交换：此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。这是网络中最广泛采用的一种交换技术。三种数据交换技术的比较三种数据交换技术的比较n 三种数据交换方式各有其特点，对于实时性强的交互式传输，电路交换最适宜，不宜采用报文方式；对于网络中较轻的或间歇式负载，报文交换方式较合算；对于中等

47、或稍重的负载，分组交换方式有较好的效果。三种数据交换技术的比较交换方式交换方式 项项 目目线路交换线路交换报文交换报文交换分组交换分组交换接续时间接续时间较长较长较短较短较短较短传输延时传输延时短短长长短短传输可靠性传输可靠性较高较高较高较高高高过载反应过载反应拒绝接受呼叫拒绝接受呼叫节点延时增长节点延时增长采用流控技术采用流控技术线路利用率线路利用率低低高高高高实时性业务实时性业务适用适用不适用不适用适用适用实现费用实现费用较低较低较高较高较高较高传输带宽传输带宽固定带宽固定带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽动态使用带宽2.2.42.2.4、其他数据交换技术、其他数据交换技术n 随着通

48、讯和网络运用的开展，传统的交换技术曾经不能满足需求。例如，交互式的会话通讯对实时性要求很高，延时要小；高明晰度HDTV图像及高速数据的传送要求高速宽带的通讯网。目前提高数据交换速度的方案有很多，主要有DSI，Frame Relay和ATM等。2.2.42.2.4、其他数据交换技术、其他数据交换技术n 1利用数字语音插空技术DSIDigital Speech Interpolation能提高线路交换的传输才干。传统的线路交换技术在接通到通路后，该通路被一对用户完全占用。但是在传输语音信号时，通路并不一直处于忙的形状，而是有很多空闲的形状。DSI技术的原理是仅当传输语音信号时，才向通话用户分配通道

49、，其他时辰可把通道分配给数据通讯。2.2.42.2.4、其他数据交换技术、其他数据交换技术n 2帧中继Frame Relay是对目前广泛运用的X.25分组交换通讯协议的简化和改良，它在链路上无过失控制功能和流量控制功能，并且帧中继采用面向衔接的方式，是一种简化的面向衔接的分组交换。由于光纤通讯具有低误码率的特性，无需在链路层进展过失控制，可采用端对端检错重发控制方式，采用固定长度的分组。这种简化了的协议，可以方便地用VLSI技术实现。这种高速分组交换技术有很多优点：可灵敏设置信号的传输速率；充分利用网络资源，提高传输效率；可对分组呼叫进展带宽的动态分配。因此可获得低延时、高吞吐率的网络特性。2

50、.2.42.2.4、其他数据交换技术、其他数据交换技术n 3异步传输方式ATMAsynchronous Transfer Mode是线路交换与分组交换技术的结合，能最大限制地发扬线路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高明晰度电视图像等各种高速综合业务的传输才干。2.2.42.2.4、其他数据交换技术、其他数据交换技术 在异步传输方式在异步传输方式ATMATM中，其信元传输所占用的时隙中，其信元传输所占用的时隙并不固定并不固定, ,这也是所谓的统计时分复用。另外，在一帧中占这也是所谓的统计时分复用。另外，在一帧中占用的时隙数也不固定用的时隙数也不固定, ,可以有可以有1 1至多个时

51、隙，完全根据当时至多个时隙，完全根据当时用户通讯的情况而定。而且各时隙之间并不要求延续，纯用户通讯的情况而定。而且各时隙之间并不要求延续，纯粹是粹是“见缝插针见缝插针。在交换时，也是类似的。这个过程如。在交换时，也是类似的。这个过程如下图。下图。 2.2.42.2.4、其他数据交换技术、其他数据交换技术ATMATM的信元格式的信元格式 CCITT CCITT的研讨组在作了深化的研讨和协商后，将的研讨组在作了深化的研讨和协商后，将ATMATM的数据分组取为固定长度，并将其称为的数据分组取为固定长度，并将其称为ATMATM信元。另外信元。另外, ,信元的长度也确定为信元的长度也确定为5353个字节

52、。个字节。 信头由信头由5 5个字节的内容组成，主要用来标明在异步时个字节的内容组成，主要用来标明在异步时分复用上属于同一虚拟通路的信元，并完成适当的选路分复用上属于同一虚拟通路的信元，并完成适当的选路功能。详细来说，信头中包括这样一些内容，即：普通功能。详细来说，信头中包括这样一些内容，即：普通流量控制流量控制GFCGFC、虚拟通道标识、虚拟通道标识VPIVPI、虚拟通路标、虚拟通路标识识VCIVCI、净荷类型标识、净荷类型标识PTIPTI、信元丧失优先等级、信元丧失优先等级CLPCLP、信头过失控制、信头过失控制HECHEC。剩余的。剩余的4848字节的信息字节的信息段那么是净荷的数据。段

53、那么是净荷的数据。 2.2.42.2.4、其他数据交换技术、其他数据交换技术ATMATM交换技术交换技术 虚信道虚信道(VC)(VC)就是两个或多个端点之间运送就是两个或多个端点之间运送ATMATM信元的信道，信元的信道，与分组交换的虚电路类似。虚信道由信头中的虚信道标识符与分组交换的虚电路类似。虚信道由信头中的虚信道标识符VCIVCI来标识。虚通道来标识。虚通道(VP)(VP)是指链路端点之间虚信道的逻辑是指链路端点之间虚信道的逻辑联络。在传输过程中，虚通道就是在给定的参考点上具有同联络。在传输过程中，虚通道就是在给定的参考点上具有同一虚通道标识符一虚通道标识符(VPI)(VPI)的一群虚信

54、道。虚信道与虚通道的关系的一群虚信道。虚信道与虚通道的关系如下图。如下图。 ( (虚信道和虚通道虚信道和虚通道) )2.2.42.2.4、其他数据交换技术、其他数据交换技术 ATM ATM交换兼有电路交换和分组交换的优点，交换兼有电路交换和分组交换的优点，交换时延很小，通路速率灵敏，信道利用率高。交换时延很小，通路速率灵敏，信道利用率高。它既支持恒定比特率信元周期地出现的延续它既支持恒定比特率信元周期地出现的延续型业务，又支持信元非周期地出现突发型业型业务，又支持信元非周期地出现突发型业务；既支持低速业务，又支持高速业务，还能支务；既支持低速业务，又支持高速业务，还能支持变速信元出现密度不同业

55、务，既支持实时持变速信元出现密度不同业务，既支持实时性业务，又支持非实时性业务。因此，性业务，又支持非实时性业务。因此，ATMATM交换交换是实现宽带综合业务数字网是实现宽带综合业务数字网B-ISDNB-ISDN的一种较的一种较好的宽带交换技术。好的宽带交换技术。 2.3 传输媒介传输媒介 2.3.1 传输介质的主要类型传输介质的主要类型 常用的网络传输媒介可分为两类：一类是有线的；一类是无线的。有线传输媒介主要有双绞线、同轴电缆及光缆；无线媒介有无线电、微波、和卫星等。 2.3.2 2.3.2 双绞线双绞线Twisted-pairTwisted-pair (1)、双绞线的物理特性 l 双绞线

56、是由相互绝缘的两根铜线按一定扭距相互绞合在一同的类似于线的传输媒体，为了减少信号传输中串扰及电磁干扰EMI影响的程度，通常将这些线按一定的密度相互缠绕在一同。每根铜线加绝缘层并有颜色来标志，如以下图所示： l 双绞线的价钱在传输媒体中是最廉价的，并且安装简单，所以得到广泛的运用。l 双绞线是模拟和数字数据通讯最普通的传输媒体，它的主要运用范围是系统中的模拟话音传输，最适宜于较短间隔的信息传输，当超越几千米时信号会发生衰减，这时就要运用中继器来放大信号和再生波形。双绞线构造表示图l 在局域网中普通都采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为非屏蔽双绞线UTP和屏蔽双绞线STP，如图2-6所示。两者的差

57、别在于屏蔽双绞线在双绞线和外皮之间添加了一个铅箔屏蔽层，如图2-4(a)所示，目的是提高双绞线的抗干扰性能。图2-4 STP与UTP构造表示图2非屏蔽双绞线的类型非屏蔽双绞线的类型 按照EIA/TIA电气工业协会/电信工业协会568A规范，共分为15 类，其中计算机网络常用的是3类和5类。 l 1类线 可用于传输，但不适宜数据传输，这一级电缆没有固定的性能要求。l 2类线 可用于传输和最高为4Mbit/s的数据传输，包括4对双绞线。l 3类线 可用于最高为10Mbit/s的数据传输，包括4对双绞线，常用于10BaseT以太网的语音和数据传输。l 4类线 可用于16Mbit/s的令牌环网和大型1

58、0BaseT以太网，包括4对双绞线。其测试速度可达20Mbit/s。l 5类线 或超5类线既可用于100Mbit/s的快速以太网衔接又支持150Mbit/s的ATM数据传输，包括4对双绞线，是衔接桌面设备的首选传输介质。 l 6类线和7类线2.3.3 同轴电缆同轴电缆Coaxial cable 1同轴电缆的物理特性同轴电缆的物理特性l 同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，即内导体铜芯导线和外导体(屏蔽层)，外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之间用绝缘资料隔离，如图2-5所示。同轴电缆具有较高的带宽和极好的抗干扰特性。图2-5 同轴电缆构造表示图l 同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量

59、，按射频级丈量单位RG来度量，RG越高，铜芯导线越细，RG越低，铜芯导线越粗。l 同轴电缆又可分为两类：粗缆和细缆。经常提到的10BASE-2和10Base-5以太网就是分别运用细同轴电缆和粗同轴电缆组网的。用同轴电缆组网，需求在两端衔接50的反射电阻，这就是通常所说的终端匹配器。50、75和 93同轴电缆l 运用同轴电缆同轴电缆组网的其它衔接设备，细缆与粗缆的不尽一样，即使称号一样，其规格、大小也是有差别的。 2.3.4 光缆Fiber Optical Cable 1光纤的物理特性 l 光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光信号的媒体，如图2-6所示。 一根光缆中至少应包括

60、两条独立的导芯，一条发送，另一条接纳。玻璃内芯玻璃内芯玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套图2-6 光纤构造表示图l 一根光缆可以包括二至数百根光纤，并用加强芯和填充物来提高机械强度。光束在玻璃纤维内传输，防磁防电，传输稳定，质量高。因此光纤多适用于高速网络和骨干网。l 根据运用的光源和传输方式，光纤可分为多模光纤和单模光纤。l 单模光纤采用注人式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单模光纤的芯线直径非常接近光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度差别很小时，光线那么不用经过多次反射式的传播，而是不断向前传播能以单一的方式无反射地沿直线传播，如图2-7所示。 玻璃芯的直径大于光波波长 玻璃芯的直径接