課程代碼4741計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)原理第三章_物理層

1、第3章 物 理 層 物理層位于OSI參考模型的最底層，它的主要功能是實(shí)現(xiàn)比特流的透明傳輸，為數(shù)據(jù)鏈路層提供數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。它直接面向?qū)嶋H承擔(dān)數(shù)據(jù)的物理介質(zhì)（即通信信道）。物理層的傳輸單位為比特，即一個(gè)二進(jìn)制位（“0”或“1”）。ITU的X.25建議的DTE與DCE3.1 物理層接口與協(xié)議 3.1.1物理層接口 ISO對(duì)OSI模型的物理層所作的定義為：在物理信道實(shí)體之間合理地通過(guò)中間系統(tǒng)，為比特流傳輸所需的物理連接的激活、保持和去除提供機(jī)械的、電氣的、功能性和規(guī)程性的手段。比特流傳輸可以采用異步傳輸，也可以采用同步傳輸完成3.1.2物理層的功能和提供的服務(wù) 1機(jī)械特征 為了使不同廠家生產(chǎn)的DTE、

2、DCE設(shè)備便于連接，物理層的機(jī)械特性對(duì)插頭和插座的幾何尺寸、插針或插孔芯數(shù)及其排列方式、鎖定裝置形式作了詳細(xì)的規(guī)定，其幾何尺寸與DCE連接相配合，插針芯數(shù)和排列方式與DCE連接器成鏡像對(duì)稱(chēng)。ISO標(biāo)準(zhǔn)化了DCE連接器的幾何尺寸及插孔芯數(shù)和排列方式。一般來(lái)說(shuō)，DTE的連接器常用插針形式，其幾何尺寸與DCE連接器相配合.2電氣特征 物理層的電氣特征規(guī)定了導(dǎo)線的電氣連接及有關(guān)電路的特性，DTE與DCE接口的各根導(dǎo)線（也稱(chēng)電路）的電氣連接方式有非平衡方式、采用差動(dòng)接收器的非平衡方式和平衡方式三種。 3信號(hào)的功能特性 物理層的功能特性規(guī)定了接口信號(hào)的來(lái)源、作用以及其它信號(hào)之間的關(guān)系。 4規(guī)程特性 物理層

3、的規(guī)程特性規(guī)定了使用交換電路進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的控制步驟，這些控制步驟的應(yīng)用使得比特流傳輸?shù)靡酝瓿伞?目前由ITU建議在物理層使用的規(guī)程有V系列標(biāo)準(zhǔn)，X系列標(biāo)準(zhǔn)，它們分別適用于各種不同的交換電路中。3.1.3物理層協(xié)議舉例 1RS-232C標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)利用公用電話網(wǎng)絡(luò)作為傳輸介質(zhì)，并通過(guò)調(diào)制解調(diào)器將遠(yuǎn)程設(shè)備連接起來(lái)的技術(shù)規(guī)定。RS-232C標(biāo)準(zhǔn)接口只控制DTE與DCE之間的通信，與連接在兩個(gè)DCE之間的電話網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有直接的關(guān)系。RS-232C的電氣特性規(guī)定邏輯“1”的電平為-15至-5伏，邏輯“O”的電平為+5至+15伏，也即RS-232C采用士15伏的負(fù)邏輯電平，5伏之間為過(guò)度區(qū)域不作定義。RS-

4、232C功能特性功能特性引腳號(hào)信號(hào)線功能說(shuō)明信號(hào)線型連接方向123456782022AABABBCACBBBABCFCDCE保護(hù)地線(GND)發(fā)送數(shù)據(jù)(TD)接收數(shù)據(jù)(RD)請(qǐng)求發(fā)送(RTS)清除發(fā)送(CTS)數(shù)據(jù)設(shè)備就緒(DSR)信號(hào)地線(Sig.GND)載波檢測(cè)(CD)數(shù)據(jù)終端就緒(DTR)振鈴指示(RI)地線數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)線控制線控制線控制線地線控制線控制線控制線DCEDTEDCEDTEDTEDTEDCEDTE DTE-DCE連接若兩臺(tái)DTE設(shè)備（如兩臺(tái)計(jì)算機(jī)）在近距離直接連接方式 2EIA RS-449及RS-422與RS-423接口標(biāo)準(zhǔn) 1977年年底，EIA頒布了一個(gè)新標(biāo)準(zhǔn)RS-449

5、，次年，這個(gè)接口標(biāo)準(zhǔn)的兩個(gè)電氣子標(biāo)準(zhǔn)：RS-423（采用差動(dòng)接收器的非平衡方式）和RS-422（平衡方式）也相繼問(wèn)世。RS-449標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性有兩個(gè)子標(biāo)準(zhǔn)，即平衡式的RS-422標(biāo)準(zhǔn)和非平衡式的RS-423標(biāo)準(zhǔn)。RS-422電氣標(biāo)準(zhǔn) RS-422電氣標(biāo)準(zhǔn)是平衡方式標(biāo)準(zhǔn)，它的發(fā)送器、接收器分別采用平衡發(fā)送器和差動(dòng)接收器，由于采用完全獨(dú)立的雙線平衡傳輸，抗串?dāng)_能力大大增強(qiáng)。又由于信號(hào)電平定義為士6伏（士2伏為過(guò)渡區(qū)域）的負(fù)邏輯，性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-423電氣標(biāo)準(zhǔn) RS-423電氣標(biāo)準(zhǔn)是非平衡標(biāo)準(zhǔn)，它采用單端發(fā)送器（即非平衡發(fā)送器）和差動(dòng)接收器。雖然發(fā)送器與RS-232C標(biāo)準(zhǔn)相同

6、，但由于接收器采用差動(dòng)方式，所以傳輸距離和速率仍比RS-232C有較大的提高e RS-423的信號(hào)電平定義為6伏（其中4伏為過(guò)度區(qū)域）的負(fù)邏輯。3. 100系列和200系列接口標(biāo)準(zhǔn) ITU V.24建議中有關(guān)DTE-DCE之間的標(biāo)準(zhǔn)有100系列、200系列兩種。4X21和X21 bis建議 ITU對(duì)DTE-DCE的接口標(biāo)準(zhǔn)有V系列和X系列兩大類(lèi)建議。3.2 傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)是通信網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送方和接收方之間的物理通路，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸介質(zhì)可分為有線和無(wú)線兩大類(lèi)。雙絞線、同軸電纜和光纖是常用的三種有線傳輸介質(zhì)；無(wú)線電通信、微波通信、紅外通信以及激光通信的信息載體都屬于無(wú)線傳輸介質(zhì)。3.2.1

7、雙絞線 雙絞線是最常用的傳輸介質(zhì)。雙絞線芯一般是銅質(zhì)的，能提供良好的傳導(dǎo)率。既可以用于傳輸模擬信號(hào)也可以用于傳輸數(shù)字信號(hào)。雙絞線分為兩種：無(wú)屏蔽的和屏蔽的。3.2.2同軸電纜 同軸電纜分為基帶同軸電纜（阻抗50）和寬帶同軸電纜(阻抗75)?；鶐S電纜又可分為粗纜和細(xì)纜兩種，都用于直接傳輸數(shù)字信號(hào)；寬帶同軸電纜用于頻分多路復(fù)用的模擬信號(hào)傳輸，也可用于不使用頻分多路復(fù)用的高數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)傳輸。閉路電視所使用的CATV電纜就是寬帶同軸電纜。3.2.3光纖 光纖是光導(dǎo)纖維的簡(jiǎn)稱(chēng)，它由能傳導(dǎo)光波的超細(xì)石英玻璃纖維外加保護(hù)層構(gòu)成。多條光纖組成一束，就構(gòu)成一條光纜。相對(duì)于金屬導(dǎo)線來(lái)說(shuō)具有重量輕、線徑細(xì)

8、的特點(diǎn)。光纖適合于在幾個(gè)建筑物之間通過(guò)點(diǎn)到點(diǎn)的鏈路連接局域網(wǎng)絡(luò)。光纖具有不受電磁干擾或噪聲影響的特征，適宜在長(zhǎng)距離內(nèi)保持高數(shù)據(jù)傳輸率而且能夠提供很好的安全性。 光纖通信系統(tǒng)的基本組成 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng) 電電 路路光光 源源光光 檢檢測(cè)測(cè) 器器放大放大電路電路光發(fā)送機(jī)光發(fā)送機(jī) 光接收機(jī)光接收機(jī) 電信號(hào) 光纜 光纜 電信號(hào)光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷漭斎朊}沖輸出脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖3.2.4無(wú)線傳輸介質(zhì) 目前常用的技術(shù)按照頻率由低向高排列有：無(wú)線電波、微波、紅外線和可見(jiàn)光。 由若干小區(qū)構(gòu)成的覆蓋區(qū)叫做區(qū)群。由于區(qū)群的結(jié)

9、構(gòu)酷似蜂窩，因此人們將小區(qū)制移動(dòng)通信系統(tǒng)叫做蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，多址接人方法主要有3種：頻分多址接入FDMA、時(shí)分多址接入TDMA與碼分多址接入CDMA。蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)的設(shè)計(jì)，涉及OSl參考模型的物理層、數(shù)據(jù)鏈路層與網(wǎng)絡(luò)層。 蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng) 微波通信的載波頻率為微波通信的載波頻率為1OOMHz1OOMHz1OGHz1OGHz范圍。因?yàn)榉秶?。因?yàn)轭l率高，可同時(shí)傳送大量信息，用來(lái)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，頻率高，可同時(shí)傳送大量信息，用來(lái)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，速率可達(dá)數(shù)速率可達(dá)數(shù)MbpsMbps 微波天線衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)、費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)、覆蓋面積大、不受地理?xiàng)l件的限制、通信信道帶寬帶、可

10、進(jìn)行多址通信與移動(dòng)通信的優(yōu)點(diǎn)，因此獲得了迅速的發(fā)展，并成為現(xiàn)代主要的通信手段之一。 地球同步衛(wèi)星地球同步衛(wèi)星 與地面站相對(duì)固定位置 使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球 傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（270ms） 廣播式傳輸 應(yīng)用領(lǐng)域： 電視傳輸 長(zhǎng)途電話 專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò) 廣域網(wǎng)35,784km地球地球3.2.5傳輸介質(zhì)的選擇 傳輸介質(zhì)的選擇取決于以下諸因素：網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Y(jié)構(gòu)、實(shí)際需要的通信容量、可靠性要求、能承受的價(jià)格范圍。 常用傳輸介質(zhì)的比較常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸方式傳輸方式速率速率/工作頻帶工作頻帶傳輸距離傳輸距離性能性能價(jià)格價(jià)格應(yīng)用應(yīng)用雙絞線雙絞線寬帶寬帶基帶基帶1Gb/s模擬模擬: 10km數(shù)字?jǐn)?shù)字:

11、 500m較好較好低低模擬模擬/數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)傳輸信號(hào)傳輸50同軸電纜同軸電纜基帶基帶10Mb/s3km較好較好較低較低基帶數(shù)字信基帶數(shù)字信號(hào)號(hào)75同軸電纜同軸電纜寬帶寬帶450MHz100km較好較好較低較低模擬電視、模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻數(shù)據(jù)及音頻光纖光纖基帶基帶40Gb/s20km以上以上很好很好較高較高遠(yuǎn)距離高速遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸微波微波寬帶寬帶46GHz幾百幾百km好好中等中等遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星衛(wèi)星寬帶寬帶110GHz18000km很好很好高高遠(yuǎn)程通信遠(yuǎn)程通信3.3 數(shù)據(jù)通信技術(shù)3.3.1通信信道 數(shù)據(jù)通信的任務(wù)是傳輸數(shù)據(jù)信息，希望達(dá)到傳輸速度快、出錯(cuò)率低、信息量大、可靠性高，

12、并且既經(jīng)濟(jì)又便于使用維護(hù)。這些要求可以用下列技術(shù)指標(biāo)加以描述。1數(shù)據(jù)傳輸速率 所謂數(shù)據(jù)傳輸速率，是指每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)，單位為位秒，記為bps或b/s，它可由下式確定： R=(1/T).log2N(bps) 式中T為一個(gè)數(shù)字脈沖信號(hào)的寬度,單位為秒。一個(gè)數(shù)字脈沖也稱(chēng)為一個(gè)碼元,N為一個(gè)碼元所取的有效離散值個(gè)數(shù),也稱(chēng)調(diào)制電平數(shù),N一般取2的整數(shù)次方值。若一個(gè)碼元僅可取0和1兩種離散值,則該碼元只能攜帶一位二進(jìn)制信息;若一個(gè)碼元可取00、01、10和11四種離散值,則該碼元就能攜帶兩位二進(jìn)制信息。以此類(lèi)推,若一個(gè)碼元可取N種離散值,則該碼元便能攜帶log2N位二進(jìn)制信息另一個(gè)技術(shù)指標(biāo)信號(hào)傳

13、輸速率，也稱(chēng)碼元速率、調(diào)制速率或波特率，單位為波特率。信號(hào)傳輸速率表示單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，也就是信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的傳輸速率。若信號(hào)碼元的寬度為T(mén)秒，則碼元速率定義為： B=(1/T)(Baud)一般在二元調(diào)制方式中（N=2),S和B都取同一值(因?yàn)閘og22=1),習(xí)慣上二者是通用的。但在多元調(diào)制的情況下,必須將它們區(qū)別開(kāi)來(lái)。R=(1/T).log2N(bps) = (1/T)(Baud)=B-5v=0 -5v=1 1 0 1 0 1 1 0 11個(gè)碼元取2個(gè)離散值，發(fā)送8個(gè)碼元等于發(fā)送了8位-5v =00 -2.5v=01+2.5v=10 +5v =1111 00 00 10 01

14、 10 00 01t1個(gè)碼元取4個(gè)離散值，發(fā)送8個(gè)碼元等于發(fā)送了16位如采用四相調(diào)制方式，即N=4，且T=83310-6秒則可求出數(shù)據(jù)傳輸率為：R=(1/T)log2N=1/（833X106）log24=2400(bps) 而調(diào)制速率為： B=1/T=1/（833X106）=1200(baud)2信道容量 信道容量表征一個(gè)信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，單位也用位秒(bps)。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別在于，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，是信道傳輸速率數(shù)據(jù)能力的極限，而后者則表示實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率。奈奎斯特首先給出了無(wú)噪聲情況下碼元速率的極限值B與信息帶寬H的關(guān)系： B=2*H(Baud)其中，H是信

15、道的帶寬，也稱(chēng)頻率范圍，即信道能傳輸?shù)纳?、下限頻率的差值，單位為Hz。 實(shí)際的信道總要受到各種噪聲的干擾，香農(nóng)則進(jìn)一步研究了受隨機(jī)噪聲干擾的信道情況，給出了計(jì)算信道容量的香農(nóng)公式： C=H*log2(1+S/N) 其中，H表示信道的帶寬，S表示信號(hào)功率，N為噪聲功率，S/N則為信噪比。由于實(shí)際使用的信道的信噪比都要足夠大，故常表示成 10*log10 (S/N) 以分貝(dB)為單位來(lái)計(jì)算，在使用時(shí)要特別注意。3誤碼率 誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的工作情況下的傳輸可靠性的指標(biāo)，它定義為二進(jìn)制數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)的概率。設(shè)傳輸?shù)亩M(jìn)制數(shù)據(jù)總數(shù)為N位，其中出錯(cuò)的位數(shù)為Ne，則誤碼率表示為；

16、Pe= Ne/N計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般要求誤碼率低于10-9，即平均每傳輸109位數(shù)據(jù)僅允許錯(cuò)一位。若誤碼率達(dá)不到這個(gè)指標(biāo)，可以通過(guò)差錯(cuò)控制方法進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。 4通信方式 通信有兩種基本方式，即串行方式和并行方式。通常情況下，并行方式用于近距離通信，串行方式用于距離較遠(yuǎn)的通信。 串行通信的方向結(jié)構(gòu)。串行數(shù)據(jù)通信的方向性結(jié)構(gòu)有三種，即單工、半雙工和全雙工。發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器單工方式：?jiǎn)喂し绞剑喊腚p工方式：半雙工方式：全雙工方式：全雙工方式：A站站B站站可同時(shí)不可同時(shí)信 道 8信 道 7信

17、道 6信 道 5信 道 4信 道 3信 道 2信 道 1發(fā) 送 端 發(fā) 送 端 并行數(shù)據(jù)傳輸87654321發(fā)送端并串轉(zhuǎn)換87654321串并轉(zhuǎn)換接收端串行數(shù)據(jù)傳輸3.3.2模擬數(shù)據(jù)通信和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信 (1)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可定義為有意義的實(shí)體，它涉及事物的存在形式。數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩大類(lèi)。 (2)信號(hào)。信號(hào)是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。對(duì)于模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，信號(hào)也可分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)值時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)值 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見(jiàn)的是二值信號(hào)見(jiàn)的是二值

18、信號(hào)ta） 模擬信號(hào)tb） 數(shù)字信號(hào) 信息編碼信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法 例如：例如：ASCIIASCII編碼、編碼、BCDBCD編碼等編碼等 數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法 例如：字符例如：字符“A”A”的的ASCIIASCII編碼為編碼為0100000101000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t 信息通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程信息通過(guò)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程 把攜帶把攜帶信息信息的的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)用物理用物理信號(hào)信號(hào)形式通過(guò)信道傳送到目的地形式通過(guò)信道傳送到目的地 信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能

19、直接在信道上傳輸信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸 編碼編碼：數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò) 調(diào)制調(diào)制：數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)適合傳輸?shù)男问竭m合傳輸?shù)男问桨搭l率、幅度、相位按頻率、幅度、相位 解調(diào)解調(diào)：接收波形：接收波形數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 解碼解碼：數(shù)字信號(hào)：數(shù)字信號(hào)原始數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)在信道上傳輸在信道上傳輸信號(hào)信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信道信息編碼信息編碼信息解碼信息解碼 不同類(lèi)型的信號(hào)在不同類(lèi)型的信道上傳輸不同類(lèi)型的信號(hào)在

20、不同類(lèi)型的信道上傳輸有有4 4種情況：種情況：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)：模擬信號(hào)：模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 信道信道：模擬信道：模擬信道 數(shù)字信道數(shù)字信道 模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語(yǔ)音語(yǔ)音移頻移頻,調(diào)制調(diào)制模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬模擬模擬PCM編碼編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制調(diào)制 編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼與調(diào)制的區(qū)別 編碼編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)

21、據(jù)：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù) 調(diào)制調(diào)制：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)x(t)g(t)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方g(t)編碼編碼解碼解碼數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)g(t)s(t)g(t)載波發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方調(diào)制調(diào)制解調(diào)制解調(diào)制3.3.3多路復(fù)用技術(shù) 頻分多路復(fù)用FDM和時(shí)分多路復(fù)用TDM是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。對(duì)于光纖信道，還使用頻分多路復(fù)用的一個(gè)變種稱(chēng)為波分多路復(fù)用WDM。 頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDMF

22、DM 原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬移頻后帶寬MUXCH1 CH2 CH3帶寬復(fù)用信號(hào)帶寬復(fù)用信號(hào)f復(fù)用器復(fù)用器 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用TDMTDM 原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。傳輸。在

23、通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時(shí)隙號(hào)時(shí)隙號(hào)1231D3D2D1時(shí)間片時(shí)間片12時(shí)間片時(shí)間片2D1時(shí)隙時(shí)隙D2復(fù)用器復(fù)用器t 由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱(chēng)為時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱(chēng)為同步時(shí)分同步時(shí)分復(fù)用復(fù)用。 一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱(chēng)為一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱(chēng)為幀幀。 時(shí)分復(fù)用的典型例子：時(shí)分復(fù)用的典型例子：PCMPCM信號(hào)的傳輸信號(hào)的傳輸 把多個(gè)話路的把多個(gè)話路的PCMPCM語(yǔ)音數(shù)據(jù)用語(yǔ)音數(shù)據(jù)用TDMTDM的方法裝成幀的方法裝成幀（幀中還包括了幀

24、同步信息和信令信息）（幀中還包括了幀同步信息和信令信息） 每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送 每個(gè)時(shí)隙承載一路每個(gè)時(shí)隙承載一路PCMPCM信號(hào)信號(hào)T1載波 Bell系統(tǒng)的T1載波利用脈碼調(diào)制PCM和時(shí)分TDM技術(shù)，使24路采樣聲音信號(hào)復(fù)用一個(gè)通道。每一個(gè)幀包含 193位，每一幀用 125us時(shí)間傳送。T1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mbps。 E1-幀格式 T1T1、E1E1線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信0121631幀同步幀同步信令信令30 路數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)（路數(shù)字語(yǔ)音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)）+2 路控制路控制用戶話路用戶話路用戶話路用戶話路1517 波分復(fù)用波分

25、復(fù)用光的頻分復(fù)用光的頻分復(fù)用 原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜光譜F1F2F3共享光纖的光譜共享光纖的光譜光纖光纖2光纖光纖3光纖光纖1共享光纖共享光纖 棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵3.3.4異步傳輸和同步傳輸 通信過(guò)程中收、發(fā)雙方必須在時(shí)間上保持同步，一方面碼元之間要保持同步，另一方面由碼元組成的字符或數(shù)據(jù)塊之間在起止時(shí)間上也要保持同步，實(shí)現(xiàn)字符或數(shù)據(jù)塊之間在起止時(shí)間上同步的常用方法有異步傳輸和同步傳輸兩種。 1異步傳輸 異步傳輸方式中，一次只傳輸一個(gè)字符

26、（由58位數(shù)據(jù)組成）。每個(gè)字符用一位起始位引導(dǎo)。一位停止位結(jié)束。起始位為“O”，占一位時(shí)間；停止位為“1”，占1到2位的持續(xù)時(shí)間。 2同步傳輸 同步傳輸時(shí)，為使接收方能判定數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始和結(jié)束，還須在每個(gè)數(shù)據(jù)塊的開(kāi)始處和結(jié)束處各加一個(gè)幀頭和一個(gè)幀尾，加有幀頭、幀尾的數(shù)據(jù)稱(chēng)為一幀。幀頭和幀尾的特性取決于數(shù)據(jù)塊是面向字符的還是面向位的。3.4 數(shù)據(jù)編碼 3.4.1數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 數(shù)字信號(hào)可以直接采用基帶傳輸，所謂基帶就是指表示二進(jìn)位制比特序列的矩形脈沖信號(hào)所占的固有頻帶，稱(chēng)為基本頻帶（簡(jiǎn)稱(chēng)基帶）。 a)單極性脈沖 b)雙極性脈沖 c)單極性歸零脈沖 d)雙極性歸零脈沖 e)交

27、替雙極性歸零脈沖 不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開(kāi)始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進(jìn)行定時(shí)或同步；歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系，因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。 單極性碼會(huì)積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流耦合，直流分量還會(huì)損壞連接點(diǎn)的表面電鍍層；雙極性碼的直流分量大大減少，這對(duì)數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼的特點(diǎn) 在計(jì)算機(jī)通信與網(wǎng)絡(luò)中，廣泛采用的同步方法有位同步和群同步兩種。實(shí)現(xiàn)位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。 1)位同步位同步又稱(chēng)同步傳輸，它是使接收端對(duì)每一位數(shù)據(jù)

28、都要和發(fā)送端保持同步。實(shí)現(xiàn)位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。 在外同步法中，接收端的同步信號(hào)事先由發(fā)送端送來(lái)，而不是自己產(chǎn)生也不是從信號(hào)中提取出來(lái)。即在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，發(fā)送端先向接收端發(fā)出一串同步時(shí)鐘脈沖，接收端按照這一時(shí)鐘脈沖頻率和時(shí)序鎖定接收端的接收頻率，以便在接收數(shù)據(jù)的過(guò)程中始終與發(fā)送端保持同步。 自同步法是指能從數(shù)據(jù)信號(hào)波形中提取同步信號(hào)的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼，常用于局域網(wǎng)傳輸。在曼徹斯特編碼中，每一位的中間有一跳變，位中間的跳變既作時(shí)鐘信號(hào)，又作數(shù)據(jù)信號(hào)；從高到低跳變表示1，從低到高跳變表示0。還有一種是差分曼徹斯特編碼，每位中間的跳變僅提供時(shí)鐘定時(shí)，而用每位開(kāi)

29、始時(shí)有無(wú)跳變表示0或1，有跳變?yōu)?，無(wú)跳變?yōu)?。2)群同步在數(shù)據(jù)通信中，群同步又稱(chēng)異步傳輸。是指?jìng)鬏數(shù)男畔⒈环殖扇舾伞叭骸?。?shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，字符可順序出現(xiàn)在比特流中，字符間的間隔時(shí)間是任意的，但字符內(nèi)各個(gè)比特用固定的時(shí)鐘頻率傳輸。字符間的異步定時(shí)與字符內(nèi)各個(gè)比特間的同步定時(shí)，是群同步即異步傳輸?shù)奶卣鳌?模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字信號(hào)編碼的最常用的方法是脈碼調(diào)制PCM，它常用于對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行編碼。脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)的。信號(hào)數(shù)字化的轉(zhuǎn)換過(guò)程可包括采樣、量化和編碼三個(gè)步驟。模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼 采樣定理：采樣定理： 如果模擬信號(hào)的最高頻率為如果模擬信號(hào)

30、的最高頻率為F F，若以，若以22F F的采樣頻率對(duì)的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。復(fù)出原始信號(hào)。 要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語(yǔ)音信號(hào)，模擬數(shù)要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語(yǔ)音信號(hào)，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。號(hào)。 PCMPCM編碼：編碼： 采樣采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣：按一定間隔對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行采樣 量化量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上 編碼編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)

31、行編碼 編碼后的信號(hào)稱(chēng)為編碼后的信號(hào)稱(chēng)為PCMPCM信號(hào)（信號(hào)（ Pulse Coded Pulse Coded ModulationModulation，脈碼調(diào)制）。，脈碼調(diào)制）。 語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化 語(yǔ)音帶寬語(yǔ)音帶寬f f4kHz22倍語(yǔ)音最大頻率）倍語(yǔ)音最大頻率） 樣本量化級(jí)數(shù)：樣本量化級(jí)數(shù)：256256級(jí)（級(jí)（8b/8b/每樣本）每樣本） 數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率：80008000次次/s/s8b = 64kb/s8b = 64kb/s 每路每路PCMPCM信號(hào)的速率信號(hào)的速率 = 64kb/s= 64kb/s采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼PCM編碼過(guò)程舉例 脈碼調(diào)制PCM

32、脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ)，對(duì)連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行周期性采樣，利用大于有效信號(hào)最高頻率或其帶寬倍的采樣頻率，通過(guò)低通濾波器從這些采樣中重新構(gòu)造出原始信號(hào)。 采樣定理表達(dá)公式:Fs(=1/Ts)2Fmax或Fs2Bs 式中Ts為采樣周期 Fs為采樣頻率 Fmax為原始信號(hào)的最高頻率 Bs(=Fmax-Fmin)為原始信號(hào)的帶寬3.4.2調(diào)制解調(diào)器1模擬用戶線路的調(diào)制解調(diào)器數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)MODEMMODEM數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)g(t)s(t)g(t)載波發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方調(diào)制調(diào)制解調(diào)制解調(diào)制 模擬信號(hào)模擬信號(hào) 時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)值時(shí)間上連續(xù)，包含無(wú)窮多個(gè)信號(hào)

33、值 數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào) 時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見(jiàn)的是二值信號(hào)見(jiàn)的是二值信號(hào)ta） 模擬信號(hào)tb） 數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制 三種常用的調(diào)制技術(shù)三種常用的調(diào)制技術(shù)： 幅移鍵控ASK （Amplitude Shift Keying） 頻移鍵控FSK （Frequency Shift Keying） 相移鍵控PSK （Phase Shift Keying） 原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。 載波信號(hào)載波信號(hào) S S( (t t) = ) = A Acos(cos( t t+ + )

34、 ) S S( (t t) )的參量包括：的參量包括： 幅度幅度A A、頻率頻率 、初相位初相位 調(diào)制就是要使調(diào)制就是要使A A、 或或 隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化 ASKASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0 0和和1 1 FSKFSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0 0和和1 1 PSKPSK：用載波的起始相位的變化表示：用載波的起始相位的變化表示0 0和和1 1帶寬,波特率,碼元,位傳輸率 一種介質(zhì)的帶寬是指在最小衰減的情況下能夠通過(guò)這種介質(zhì)的頻率范圍。波特率是指每秒鐘的采樣次數(shù)。每個(gè)采樣發(fā)送一份信息，這份信息稱(chēng)為碼元

35、。因此，波特率和碼元率是相同的。調(diào)制技術(shù)（比如QPSK）決定了每個(gè)采樣的位數(shù)。位傳輸率是指一條信道上發(fā)送的信息的數(shù)量，它等于每秒采樣數(shù)乘以每個(gè)采樣的位數(shù)。 正交振幅調(diào)制 QAM QAM是一種采用技術(shù)上更為復(fù)雜的多元制的振幅相位混合調(diào)制方法，是一種在兩個(gè)正交載波上進(jìn)行幅度調(diào)制的調(diào)制方式。這兩個(gè)載波通常是相位差為90度(/2)的正弦波，因此被稱(chēng)作正交載波。這種調(diào)制方式因此而得名。 星座圖中的16個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)(r，)都不相同。其中r代表振幅，代表相位。這16個(gè)點(diǎn)可表示0000到1111共16種不同組合的數(shù)據(jù)，即：當(dāng)傳送數(shù)據(jù)為0000時(shí)，ModemModem輸出信號(hào)的振幅和相位為(r0，0)，當(dāng)傳送數(shù)據(jù)

36、為0001時(shí)，ModemModem輸出信號(hào)的振幅和相位為(r1，1)， ，當(dāng)傳送數(shù)據(jù)為1111時(shí)，ModemModem輸出信號(hào)的振幅和相位為(r15，15)。 正交振幅調(diào)制 QAMr(r,)可供選擇的相位有 12 種，而對(duì)于每一種相位有 1 或2 種振幅可供選擇。 由于4 bit 編碼共有16 種不同的組合，因此這 16 個(gè)點(diǎn)中的每個(gè)點(diǎn)可對(duì)應(yīng)于一種 4 bit 的編碼。 若每一個(gè)碼元可表示的比特?cái)?shù)越多，則在接收端進(jìn)行解調(diào)時(shí)要正確識(shí)別每一種狀態(tài)就越困難。 舉例 2數(shù)字用戶線路 DSL 就是數(shù)字用戶線(Digital Subscriber Lines)的縮寫(xiě)。而 DSL 的前綴 x 則表示在數(shù)字用

37、戶線上實(shí)現(xiàn)的不同寬帶方案。 xDSL 技術(shù)就是用數(shù)字技術(shù)對(duì)現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶業(yè)務(wù)。 雖然標(biāo)準(zhǔn)模擬電話信號(hào)的頻帶被限制在 3003400 kHz 的范圍內(nèi)，但用戶線本身實(shí)際可通過(guò)的信號(hào)頻率仍然超過(guò) 1 MHz。 xDSL 技術(shù)就把 04 kHz 低端頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來(lái)沒(méi)有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)使用。xDSL 的幾種類(lèi)型 ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶線 HDSL (High speed DSL)：高速數(shù)字用戶線 SDSL (Single-line DSL)：1 對(duì)線的數(shù)字用戶線 VD

38、SL (Very high speed DSL)：甚高速數(shù)字用戶線 DSL ：ISDN 用戶線。 RADSL (Rate-Adaptive DSL)：速率自適應(yīng) DSL，是 ADSL 的一個(gè)子集，可自動(dòng)調(diào)節(jié)線路速率）。 ADSL 的極限傳輸距離 ADSL 的極限傳輸距離與數(shù)據(jù)率以及用戶線的線徑都有很大的關(guān)系（用戶線越細(xì)，信號(hào)傳輸時(shí)的衰減就越大），而所能得到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率與實(shí)際的用戶線上的信噪比密切相關(guān)。 例如，0.5 毫米線徑的用戶線，傳輸速率為 1.5 2.0 Mb/s 時(shí)可傳送 5.5 公里，但當(dāng)傳輸速率提高到 6.1 Mb/s 時(shí)，傳輸距離就縮短為 3.7 公里。 如果把用戶線的線徑

39、減小到0.4毫米，那么在6.1 Mb/s的傳輸速率下就只能傳送2.7公里 ADSL 的特點(diǎn) 上行和下行帶寬做成不對(duì)稱(chēng)的。 上行指從用戶到 ISP，而下行指從 ISP 到用戶。 ADSL 在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個(gè) ADSL 調(diào)制解調(diào)器。 我國(guó)目前采用的方案是離散多音調(diào) DMTDMT (Discrete Multi-Tone)調(diào)制技術(shù)。這里的“多音調(diào)”就是“多載波”或“多子信道”的意思。DMT 技術(shù) DMT 調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中 25 個(gè)子信道用于上行信道，而 249 個(gè)子信道用于下行信道。 每個(gè)子信道

40、占據(jù) 4 kHz 帶寬（嚴(yán)格講是 4.3125 kHz），并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。這種做法相當(dāng)于在一對(duì)用戶線上使用許多小的調(diào)制解調(diào)器并行地傳送數(shù)據(jù)。DMT 技術(shù)的頻譜分布 頻譜頻率上行信道傳統(tǒng)電話04下行信道(kHz)401381100ADSL 的數(shù)據(jù)率 由于用戶線的具體條件往往相差很大（距離、線徑、受到相鄰用戶線的干擾程度等都不同），因此 ADSL 采用自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)使用戶線能夠傳送盡可能高的數(shù)據(jù)率。 當(dāng) ADSL 啟動(dòng)時(shí)，用戶線兩端的 ADSL 調(diào)制解調(diào)器就測(cè)試可用的頻率、各子信道受到的干擾情況，以及在每一個(gè)頻率上測(cè)試信號(hào)的傳輸質(zhì)量。 ADSL 不能保證固定的數(shù)據(jù)率。

41、對(duì)于質(zhì)量很差的用戶線甚至無(wú)法開(kāi)通 ADSL。 通常下行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 6.4 Mb/s 之間，而上行數(shù)據(jù)率在 32 kb/s 到 640 kb/s 之間。ADSL 的組成 ATU-CATU-CATU-RATU-C用戶線 電話分離器 區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)至 ISP居民家庭基于 ADSL 的接入網(wǎng)端局或遠(yuǎn)端站DSLAM至本地電話局PSPS數(shù)字用戶線接入復(fù)用器 DSLAM (DSL Access Multiplexer)接入端接單元 ATU (Access Termination Unit)ATU-C（C 代表端局 Central Office）ATU-R（R 代表遠(yuǎn)端 Remote）電話分離器

42、 PS (POTS Splitter) 3.5 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸，按數(shù)據(jù)傳送技術(shù)劃分，交換網(wǎng)絡(luò)又可分為電路交換網(wǎng)、報(bào)文交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)。 交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交換網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 3.5.1電路交換(Circuit Switching) 電話交換網(wǎng)是使用電路交換技術(shù)的典型例子。用電路交換技術(shù)完成數(shù)據(jù)傳輸要經(jīng)歷以下電路建立、數(shù)據(jù)傳輸、電路拆除三個(gè)過(guò)程。 電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速，數(shù)據(jù)不會(huì)丟失且保持原來(lái)的序列。缺點(diǎn)是在某些情況下，電路空閑時(shí)的信道容量被浪費(fèi)；當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸階段的持續(xù)時(shí)間不長(zhǎng)時(shí)，電路建立和拆除所用的時(shí)間就得不償失。因此，它適用于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的

43、大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。 電路交換電路交換 在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專(zhuān)用線路的過(guò)程。在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專(zhuān)用線路的過(guò)程。 可以是真正的物理線路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。可以是真正的物理線路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。 特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。稱(chēng)為稱(chēng)為“面向連接的面向連接的”（典型例子：電話）（典型例子：電話） 過(guò)程：過(guò)程：建立連接建立連接通信通信釋放連接釋放連接 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；建立連接的時(shí)間長(zhǎng)； 一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低； 無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制；無(wú)糾錯(cuò)機(jī)制； 建立連接后，傳輸

44、延遲小。建立連接后，傳輸延遲小。 不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%10%。 電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換3.5.2報(bào)文交換(Message Switching) 報(bào)文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報(bào)文，報(bào)文就是站點(diǎn)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊，其長(zhǎng)度不限且可變。報(bào)文交換不需要在兩個(gè)站之間建立專(zhuān)用通路，傳送方式采用“存儲(chǔ)一轉(zhuǎn)發(fā)”方式。端與端之間無(wú)須先通過(guò)呼叫建立連接。報(bào)文交換的主要缺點(diǎn)是；它不能滿足實(shí)時(shí)或交互式的通信要求，報(bào)文經(jīng)過(guò)網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間長(zhǎng)且不定。因此，這種方式不能用于語(yǔ)音連接，也不適合于交

45、互式終端到計(jì)算機(jī)的連接。 報(bào)文交換報(bào)文交換 以報(bào)文為單位進(jìn)行以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲(chǔ)存儲(chǔ)- -轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。交換的技術(shù)。 在交換過(guò)程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來(lái)，待信道在交換過(guò)程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來(lái)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱(chēng)為輸技術(shù)稱(chēng)為存儲(chǔ)存儲(chǔ)- -轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)。 傳輸之前不需要建立端到端的連接傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接。輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接。稱(chēng)為稱(chēng)為“無(wú)連接的無(wú)連接的”（典型例子：電報(bào)）（典型例子：電報(bào)）

46、整個(gè)報(bào)文（整個(gè)報(bào)文（MessageMessage）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)缺點(diǎn)： 沒(méi)有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；沒(méi)有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間； 線路利用率高；線路利用率高； 傳輸可靠性較高；傳輸可靠性較高； 報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜； 大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過(guò)長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高； 出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。3.5.3分組交換(Packet Switching) 將一個(gè)報(bào)文分成若干個(gè)分組，每個(gè)分組的長(zhǎng)度有一個(gè)上限，典型的最大長(zhǎng)度是數(shù)千位

47、。分組交換的具體過(guò)程又可分為虛電路分組交換和數(shù)據(jù)報(bào)分組交換兩種。報(bào)文分組交換的主要特點(diǎn) 在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。 1101000110101010110101011100010011010010假定這個(gè)報(bào)文較長(zhǎng)不便于傳輸數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)報(bào)文添加首部構(gòu)成分組 每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。首部首部首部分組 1分組 2分組 3請(qǐng)注意：現(xiàn)在左邊是“前面”分組交換的傳輸單元 分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。 依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3分組首部的重要性 每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制

48、信息。 分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。 用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。收到分組后剝?nèi)ナ撞?接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。數(shù) 據(jù)首部分組 1數(shù) 據(jù)首部分組 2數(shù) 據(jù)首部分組 3收到的數(shù)據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)最后還原成原來(lái)的報(bào)文 最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來(lái)的報(bào)文。 這里我們假定分組在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒(méi)有被丟棄。報(bào)文11010001101010101101010111000100110100101.虛電路方式 在虛電路分組交換中，為了進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)之間要先建一條邏輯通路。每個(gè)分組除了包含數(shù)據(jù)之外還包含一個(gè)虛電路標(biāo)識(shí)符。在預(yù)先建好的路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，不再需要路由選擇判定。最后，由某一個(gè)站用清除請(qǐng)求分組來(lái)結(jié)束這次連接。它之所以是“虛”的，是因?yàn)檫@條電路不是專(zhuān)用的。 虛電路分組交換的主要特點(diǎn)是：在數(shù)據(jù)傳送之前必須通過(guò)虛呼叫設(shè)置一條虛電路。但并不像電路交換那樣有一條專(zhuān)用通路，分組在每個(gè)節(jié)點(diǎn)上仍然需要緩沖，并在線路上進(jìn)行排隊(duì)等待輸出。 虛電路方式（Virtual Circuit） 通信前預(yù)先建立一條邏輯連接虛電路虛電路 虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏