第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) Computer Technology 本章導(dǎo)讀 數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，數(shù)據(jù)通信技術(shù)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)。本章主要介紹了數(shù)據(jù)通信的重要概念，比較詳細(xì)地講解了數(shù)據(jù)通信技術(shù)的主要技術(shù)指標(biāo)、通信方式、復(fù)用技術(shù)、交換技術(shù)及差錯(cuò)控制技術(shù)等。第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)Computer Technology 學(xué)習(xí)目標(biāo) 掌握數(shù)據(jù)通信基本原理和方式 掌握數(shù)據(jù)通信三種模式 掌握基帶傳輸?shù)母鞣N編碼方式 掌握數(shù)據(jù)交換的幾種方式第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)Computer Technology 數(shù)據(jù)通信是一門獨(dú)立的學(xué)科，它涉及的范圍很廣。數(shù)據(jù)通信的任務(wù)是通過(guò)某種類型的介質(zhì)（如電話線、

2、光纖等）將數(shù)據(jù)從一個(gè)地點(diǎn)傳送到另一個(gè)地點(diǎn)的通信方式。數(shù)據(jù)是信息的載體，是信息的表示形式，而信息是數(shù)據(jù)的具體含義。數(shù)據(jù)通信就是要研究用什么媒體、什么技術(shù)來(lái)使信息數(shù)據(jù)化以及如何傳輸它。2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念Computer Technology 數(shù)據(jù) 對(duì)于數(shù)據(jù)通信來(lái)說(shuō)，被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱之為“數(shù)據(jù)”（Data）。數(shù)據(jù)涉及對(duì)事物的表示形式，人們習(xí)慣將被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼的0.1稱為碼元。2.1.1 數(shù)據(jù)和信號(hào)Computer Technology 信號(hào) 信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的表示形式。數(shù)據(jù)必須轉(zhuǎn)化為信號(hào)才能在媒體上傳輸。 數(shù)據(jù)以模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)的形式由一端傳輸?shù)搅硪欢?。模擬信號(hào)是一種波形連續(xù)

3、變化的電信號(hào)，它的取值可以是無(wú)限個(gè)，如電話送出的話音信號(hào)，電視攝像產(chǎn)生的圖像信號(hào)等；2.1.1 數(shù)據(jù)和信號(hào)Computer Technology 數(shù)字信號(hào)是一種離散信號(hào)，它的取值是有限的，信號(hào)波形如圖2-1所示。在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，傳輸模擬信號(hào)的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，而傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。2.1.1 數(shù)據(jù)和信號(hào)圖2-1 模擬信號(hào)（a）與數(shù)字信號(hào)（b）波形Computer Technology信源： 產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端叫信源信宿：接收信息的一端叫信宿 信道：將通信線路稱為信道 2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型Computer Technology2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型圖2-2

4、簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型Computer Technology 模擬通信系統(tǒng) 普通的電話、廣播、電視等都屬于模擬通信系統(tǒng)，模擬通信系統(tǒng)模型如圖2-3所示。模擬通信系統(tǒng)通常由信源、非電/電變換器（發(fā)話器）、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、電/非電變換器、信宿以及噪聲源組成。2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型Computer Technology2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型圖2-3 模擬通信系統(tǒng)模型Computer Technology在模擬通信系統(tǒng)中，需要兩種變換 （1）第一種變換：發(fā)送端的連續(xù)消息要變換成原始電信號(hào)，接收端收到的信號(hào)要反變換成原連續(xù)消息。（2）第二種變換：調(diào)制和解調(diào)。調(diào)制：將原始電信號(hào)變換成其頻

5、帶適合信道傳輸?shù)男盘?hào)。解調(diào)：在接收端將信道中傳輸?shù)男盘?hào)還原成原始的電信號(hào)。 2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型Computer Technology 數(shù)字通信系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)通信、數(shù)字電話以及數(shù)字電視都屬于數(shù)字通信系統(tǒng)，數(shù)字通信系統(tǒng)是指利用數(shù)字信號(hào)傳遞消息的通信系統(tǒng)，數(shù)字通信系統(tǒng)的模型如圖2-4所示 2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型Computer Technology2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型圖2-4 數(shù)字通信系統(tǒng)模型Computer Technology數(shù)字通信的主要特點(diǎn)：（1）抗干擾能力強(qiáng)，尤其是數(shù)字信號(hào)通過(guò)中繼再生后可消除噪聲積累；（2）數(shù)字信號(hào)通過(guò)差錯(cuò)控制編碼，可提高通信的可靠性；（3）由于數(shù)字

6、通信傳輸一般采用二進(jìn)制碼，所以可使用計(jì)算機(jī)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的遠(yuǎn)距離大規(guī)模自動(dòng)控制系統(tǒng)和自動(dòng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以計(jì)算機(jī)為中心的通信網(wǎng)；2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型Computer Technology（4）在數(shù)字通信中，各種消息（模擬的和離散的）都可變成統(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。在系統(tǒng)中對(duì)數(shù)字信號(hào)傳輸情況的監(jiān)視信號(hào)、控制信號(hào)及業(yè)務(wù)信號(hào)都可采用數(shù)字信號(hào)。（5）數(shù)字信號(hào)易于加密處理，所以數(shù)字通信保密性強(qiáng)。2.1.2 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型Computer Technology 信道是傳輸信號(hào)的通道，是通信系統(tǒng)的三要素之一，是通信系統(tǒng)的重要組成部分。任何信號(hào)離開信道都不能進(jìn)行傳輸。 信道包括傳輸介

7、質(zhì)和通信設(shè)備。傳輸介質(zhì)可以是有形介質(zhì)，如同軸電纜及光纖等，也可以是無(wú)形介質(zhì)，如傳輸電磁波的空間。通信設(shè)備有：發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、調(diào)制器、解調(diào)器等。 2.2 信道特性Computer Technology 信道按所使用的傳輸介質(zhì)可以分為有線信道與無(wú)線信道兩類。 （1）有線信道：使用有形的介質(zhì)作為傳輸介質(zhì)的信道稱之為有線信道，它包括電話線、雙絞線、同軸電纜和光纖等。 （2）無(wú)線信道：以電磁波在空間傳播的方式傳送信息的信道稱為無(wú)線信道，它包括無(wú)線電、微波、紅外線和衛(wèi)星通信信道。2.2 信道特性Computer Technology2模擬信道與數(shù)字信道 （1）模擬信道：能傳輸模擬信號(hào)的信道稱為模擬信道

8、。模擬信號(hào)的電平隨時(shí)間連續(xù)變化，語(yǔ)音信號(hào)是典型的模擬信號(hào)。如果利用模擬信道傳送數(shù)字信號(hào)，則必須經(jīng)過(guò)數(shù)字與模擬信號(hào)之間的變換。 2.2 信道特性Computer Technology （2）數(shù)字信道：能傳輸離散數(shù)字信號(hào)的信道稱為數(shù)字信道。離散的數(shù)字信號(hào)在計(jì)算機(jī)中是指由“0”和“1”的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列。當(dāng)利用數(shù)字信道傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)不需要進(jìn)行變換，而通常需要進(jìn)行數(shù)字編碼。2.2 信道特性Computer Technology 專用信道和公用信道 （1）專用信道：專用信道又稱專線，這是一種連接用戶之間設(shè)備的固定線路，它可以是自行架設(shè)的專門線路，也可以是向電信部門租用的專線。專用信道一般用在距離

9、較短或數(shù)據(jù)傳輸量較大的場(chǎng)合。 （2）公用信道：公用信道是一種通過(guò)公共交換機(jī)轉(zhuǎn)接，為大量用戶提供服務(wù)的信道。顧名思義，采用公共信道是用戶與用戶之間的通信，通過(guò)公共交換機(jī)到交換機(jī)之間的線路轉(zhuǎn)接。公共電話交換網(wǎng)就屬于公共交換信道。2.2 信道特性Computer Technology 信道帶寬是指信道所能傳送的信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差，是信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率范圍，單位用赫茲（Hz）表示。 信道容量是指單位時(shí)間內(nèi)信道所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?，是衡量一個(gè)信道傳輸數(shù)字信號(hào)的重要參數(shù)。 2.2.1 信道帶寬和信道容量Computer Technology 時(shí)延主要由發(fā)送時(shí)延、傳播時(shí)延

10、、處理時(shí)延組成。 發(fā)送時(shí)延 是節(jié)點(diǎn)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使數(shù)據(jù)塊從節(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間，也就是從數(shù)據(jù)塊的第一比特開始發(fā)送算起，到最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需要的時(shí)間。有人把發(fā)送時(shí)延稱為傳輸時(shí)延，它的計(jì)算公式是：2.2.2 信道時(shí)延Computer Technology 傳播時(shí)延 是指從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到接收端收到數(shù)據(jù)（或者從接收端發(fā)送確認(rèn)幀，到發(fā)送端收到確認(rèn)幀）總共經(jīng)歷的時(shí)間。是電磁波在信道中需要傳輸一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。傳播時(shí)延的計(jì)算公式是：2.2.2 信道時(shí)延Computer Technology 處理時(shí)延 是指計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)所需的時(shí)間，與計(jì)算機(jī)CPU的性能有關(guān)。這是數(shù)據(jù)在交換點(diǎn)位存儲(chǔ)轉(zhuǎn)

11、發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理而花費(fèi)的時(shí)間。 2.2.2 信道時(shí)延Computer Technology 誤碼率 是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常情況下傳輸可靠性的指標(biāo)，它定義為二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸中被傳錯(cuò)的概率，因此，也稱為“出錯(cuò)率” 2.2.3 誤碼率Computer Technology 所謂數(shù)據(jù)的編碼，就是將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成信號(hào)或?qū)⒁环N數(shù)據(jù)形式轉(zhuǎn)換為另一種數(shù)據(jù)形式的過(guò)程；解碼就是將信號(hào)還原成數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)形式還原的過(guò)程。而調(diào)制和解調(diào)是最常用的一種編碼與解碼方法。2.3 數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制技術(shù)圖2-6 數(shù)據(jù)的編碼和調(diào)制Computer Technology 非歸零編碼（NRZ,non-return to zero

12、） 非歸零編碼的特征是采用雙極性的不同電平表示二進(jìn)制值“0”和“1”，用正電壓代表“1”。負(fù)電壓代表“0”，當(dāng)然也可以采用負(fù)邏輯雙極性表示。 2.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼Computer Technology 曼徹斯特（Manchester）編碼 在局域網(wǎng)中廣泛應(yīng)用的是曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。曼徹斯特編碼的規(guī)則是在每個(gè)比特的中間電平跳變一次，在表示數(shù)據(jù)“0”的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，信號(hào)的前半周為高電平，后半周為低電平，電平由高到低跳變一次；在表示數(shù)據(jù)“1”的時(shí)間區(qū)間內(nèi)，信號(hào)的前半周為低電平，后半周為高電平，電平從低到高跳變一次。 2.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼Computer Technology曼徹斯特

13、編碼的優(yōu)點(diǎn)是： （1）每個(gè)比特的中間有一次電平跳變，兩次電平跳變的時(shí)間間隔可以是T/2或T，利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào)。因此，曼徹斯特編碼信號(hào)又稱作“自含時(shí)鐘編碼”信號(hào)，發(fā)送曼徹斯特編碼信號(hào)時(shí)無(wú)需另發(fā)同步信號(hào)。 （2）曼徹斯特編碼信號(hào)不含直流分量。2.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼Computer Technology 曼徹斯特編碼的缺點(diǎn)是： 效率較低，如果信號(hào)傳輸速率是10Mbps，那么發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)頻率應(yīng)為20MHz，另外一位數(shù)據(jù)可能有兩次跳變，對(duì)帶寬的利用率只有50%，降低了效率。2.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼Computer Technology 差分曼徹斯特編碼（Difference Ma

14、nchester）編碼 差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn)。在差分曼徹斯特編碼中，每個(gè)比特中間的跳變只用做時(shí)鐘，并不表示數(shù)據(jù)本身，而用每個(gè)比特開始處是否產(chǎn)生跳變來(lái)表示“0”或“1”，如果某一比特開始處不跳變，就表示“1”，跳變則表示“0”。 2.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼Computer Technology2.3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼圖2-7數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼Computer Technology1.什么是信道？可以分為哪幾類？2.什么是信道帶寬？什么是信道容量？數(shù)據(jù)傳輸中的時(shí)延有哪3種？3.常用的基帶信號(hào)編碼方式有幾種？試畫出二進(jìn)制位流“110110010”的各種編碼圖。作業(yè)Computer Tech

15、nology 發(fā)送端將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱為調(diào)制（Modulation），調(diào)制設(shè)備就稱為調(diào)制器（Modulator）；接收端將模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過(guò)程稱為解調(diào)（Demodulation），解調(diào)設(shè)備就稱為解調(diào)器（Demodulator）。若發(fā)送端和接收端以全雙工方式進(jìn)行通信時(shí)，就需要一個(gè)同時(shí)具備調(diào)制和解調(diào)功能的設(shè)備，稱為調(diào)制解調(diào)器（Modem）。 2.3.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)Computer Technology 振幅調(diào)制（Amplitude Shift Keying，ASK） 振幅調(diào)制又叫振幅鍵控，這種方式使用載波的兩個(gè)不同振幅來(lái)表示二進(jìn)制“0”和“1”。 2.3.2

16、 數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖2-8振幅調(diào)制Computer Technology 頻率調(diào)制（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK） 頻率調(diào)制簡(jiǎn)稱調(diào)頻（FM），也叫頻移鍵控。這種方式使用載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率分別表示二進(jìn)制“0”和“1”。2.3.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖2-9頻率調(diào)制Computer Technology 相位調(diào)制（Phase Shift Keying，PSK） 相位調(diào)制也叫相位鍵控（PSK）。是指幅度和頻率保持不變，而載波的相位隨發(fā)送的數(shù)字信號(hào)而變化的調(diào)制方法，它是用數(shù)字基帶信號(hào)控制正弦載波信號(hào)的相位。 相位調(diào)制包括絕對(duì)調(diào)相和相對(duì)調(diào)相兩種方式。2.3.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)Comp

17、uter Technology 絕對(duì)調(diào)相，用相位的絕對(duì)值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)“0”和“1”，而與前一位數(shù)據(jù)的相位無(wú)關(guān)。例如，用初始相位為的載波信號(hào)表示“0”，用初始相位為0的載波信號(hào)表示“1”。 2.3.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖2-10絕對(duì)調(diào)相Computer Technology 相對(duì)調(diào)相，每位數(shù)據(jù)的起始相位以前一位結(jié)束點(diǎn)的相位為基準(zhǔn)進(jìn)行變化，表示“0”的載波的起始相位相對(duì)于前一位的偏移為0，表示“1”的載波的起始相位相對(duì)于前一位的偏移為。2.3.2 數(shù)字調(diào)制技術(shù)圖2-11相對(duì)調(diào)相Computer Technology 脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation），簡(jiǎn)稱PCM。是數(shù)字信號(hào)對(duì)

18、連續(xù)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化和編碼產(chǎn)生。 脈沖編碼調(diào)制主要經(jīng)過(guò)3個(gè)過(guò)程：采樣、量化和編碼 2.3.3 脈沖編碼調(diào)制Computer Technology 采樣 模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步是采樣模擬信號(hào)是電平連續(xù)變化的信號(hào)，按大于或等于有效信號(hào)最高頻率或其帶寬兩倍的采樣頻率，將模擬信號(hào)的電平幅值取出來(lái)作為樣本信號(hào) ，它對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行周期性掃描，把時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)。該模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣后還應(yīng)當(dāng)包含原信號(hào)中所有信息，也就是說(shuō)能無(wú)失真的恢復(fù)原模擬信號(hào)。 2.3.3 脈沖編碼調(diào)制Computer Technology 量化 量化是將采樣所得到的樣本信號(hào)幅值按量級(jí)比較、取整的過(guò)程。經(jīng)過(guò)量

19、化后的樣本幅值為離散的量級(jí)值，而不是連續(xù)值。 2.3.3 脈沖編碼調(diào)制Computer Technology 編碼 一個(gè)模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣量化后，得到已量化的脈沖幅度調(diào)制信號(hào)，它僅為有限個(gè)數(shù)值。編碼，就是用一組二進(jìn)制碼組來(lái)表示每一個(gè)有固定電平的量化值。 2.3.3 脈沖編碼調(diào)制Computer Technology 同步 是指通信的收/發(fā)雙方發(fā)送和接收數(shù)據(jù)在時(shí)間基準(zhǔn)上必須保持一致。 同步方法分為異步方式和同步方式。如果采用異步方式進(jìn)行同步，就叫異步傳輸方式；如果采用同步方式進(jìn)行同步，就叫做同步傳輸方式。2.4 數(shù)據(jù)同步技術(shù)Computer Technology 異步傳輸方式 又稱起止式同步方式，

20、是最早使用也是最簡(jiǎn)單的一種方法，在異步傳輸方式中，以字符為一個(gè)整體進(jìn)行傳輸，每個(gè)字符之間有一定的時(shí)間間隔，間隔的大小并不限定，為了給接收端提供一個(gè)字符開始和結(jié)尾的信息，在每個(gè)字符前設(shè)置“起”信號(hào)和在結(jié)尾處設(shè)置“止”信號(hào)。在每個(gè)字符前設(shè)置“起”信號(hào)是低電平，相當(dāng)于數(shù)字“0”狀態(tài) 2.4.1 異步傳輸方式Computer Technology2.4.1 異步傳輸方式圖2-12 異步傳輸方式Computer Technology 為了保證收發(fā)雙方的同步，數(shù)據(jù)塊在發(fā)送之前，在數(shù)據(jù)塊的前面必須加上一個(gè)或多個(gè)用特殊的字符或標(biāo)識(shí)符表示的同步字符SYN（以01101000表示）或一個(gè)同步字節(jié)（01111110

21、）用于接收方進(jìn)行同步檢測(cè)，從而使收發(fā)雙方進(jìn)入同步狀態(tài)，如圖2-13所示。這些同步字符用于標(biāo)記數(shù)據(jù)塊的開始，也用于區(qū)分和隔離連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊，從而使發(fā)送端與接收端建立起一個(gè)同步的傳輸過(guò)程。 2.4.2 同步傳輸方式Computer Technology 常采用以下兩種方法來(lái)實(shí)現(xiàn)同步時(shí)鐘。 （1）采用單獨(dú)的同步時(shí)鐘線，把發(fā)送端的時(shí)鐘作為基本時(shí)鐘傳輸給接收端，而接收端以此為依據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)采樣，完成數(shù)據(jù)的正確接收。這種方法通信成本較高，可以應(yīng)用于短距離高速傳輸?shù)那闆r。2.4.2 同步傳輸方式Computer Technology （2）發(fā)送端把時(shí)鐘信號(hào)與數(shù)據(jù)信號(hào)一起編碼（如曼徹斯特編碼方法），形成一個(gè)

22、包含時(shí)鐘信息的數(shù)據(jù)代碼進(jìn)行發(fā)送，而接收端從代碼中分離出時(shí)鐘信號(hào)，用此時(shí)鐘信號(hào)作為接收采樣的工作時(shí)鐘，同樣達(dá)到同步時(shí)鐘的目的。這種方法可以應(yīng)用于基帶局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中，如10Base以太網(wǎng)就是使用曼徹斯特編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)同步時(shí)鐘的提取。2.4.2 同步傳輸方式Computer Technology2.4.2 同步傳輸方式圖2-13 同步傳輸方式Computer Technology 在通信系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，大多數(shù)傳輸介質(zhì)的傳輸能力通常大大超過(guò)傳輸單一信息的信道需求，為了更加有效地利用通信線路，希望一個(gè)信道中能夠同時(shí)傳輸多路信息。人們把利用一條物理線路同時(shí)傳輸多路信息的過(guò)程稱為信道復(fù)用（又稱多路復(fù)用）

23、。2.5 信道復(fù)用技術(shù)Computer Technology2.5 信道復(fù)用技術(shù)圖2-14信道復(fù)用Computer Technology 目前主要有4種信道復(fù)用方式：頻分多路復(fù)用（Frequency Division Multiplexing，F(xiàn)DM）、時(shí)分多路復(fù)用（Time Division Multiplexing，TDM）、波分多路復(fù)用（Wave-Length Division Multiplexing，WDM）和碼分多路復(fù)用（Code Division Multiplexing Access，CDMA）。2.5 信道復(fù)用技術(shù)Computer Technology 如果一個(gè)物理信道的可用

24、帶寬超過(guò)單個(gè)信號(hào)源的信號(hào)帶寬，就可以把信道帶寬按頻率劃分為若干個(gè)子信道，從而在同一介質(zhì)上實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多路信號(hào)，即將信道的可用頻帶（帶寬）按頻率分割多路信號(hào)的方法劃分為若干互不交疊的頻段，每路信號(hào)占據(jù)其中一個(gè)頻段，從而形成許多個(gè)子信道。 2.5.1 頻分多路復(fù)用技術(shù)Computer Technology2.5.1 頻分多路復(fù)用技術(shù)圖2-15 頻分多路復(fù)用Computer Technology 如果一條通信線路的位傳輸速率大于單一信號(hào)源所要求的傳輸速率，就可以采用時(shí)分多路復(fù)用。 時(shí)分多路復(fù)用是把一個(gè)物理信道從時(shí)間上分割為多個(gè)很短的時(shí)間段，稱為間隙，使多個(gè)信號(hào)源輪流占用信道，每個(gè)信號(hào)源每次使用一個(gè)間

25、隙，按一定時(shí)間間隔循環(huán)使用，所有信號(hào)源一次占用的間隙組成一個(gè)時(shí)分復(fù)用幀，每個(gè)信號(hào)源占用的所有時(shí)隙構(gòu)成一條子信道，所有子信道分配的傳輸容量相同。2.5.2 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)Computer Technology 時(shí)分多路復(fù)用又可分為同步時(shí)分多路復(fù)用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM）與異步時(shí)分多路復(fù)用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）2.5.2 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)Computer Technology （1）同步時(shí)分多路復(fù)用 同步時(shí)分多路復(fù)用采用固定時(shí)間片分配方式，即將傳輸信號(hào)的時(shí)間按特

26、定長(zhǎng)度連續(xù)地劃分成特定時(shí)間段，再將每一時(shí)間段劃分成等長(zhǎng)度的多個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號(hào)，在每一時(shí)間段各路數(shù)字信號(hào)都按順序地分配到一個(gè)時(shí)隙。2.5.2 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)Computer Technology （2）異步時(shí)分多路復(fù)用 異步時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)能動(dòng)態(tài)地按需分配時(shí)隙，以避免每個(gè)時(shí)間段中出現(xiàn)空閑時(shí)隙。也就是說(shuō)，只有當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)才把時(shí)隙分配給它。當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則不給它分配時(shí)隙，電路的空閑時(shí)隙可用于其它用戶的數(shù)據(jù)傳輸。 2.5.2 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)Computer Technology2.5.2 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)圖2-16時(shí)分多路復(fù)用Computer T

27、echnology 波分多路復(fù)用是指在一根光纖上使用不同的波長(zhǎng)同時(shí)傳送多路光波信號(hào)的一種技術(shù)。主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)。波分多路復(fù)用就是光纖的頻分復(fù)用。由于光載波的頻率很高，而習(xí)慣上是用波長(zhǎng)而不用頻率來(lái)表示所使用的光載波，因而稱其為波分多路復(fù)用。 2.5.3 波分多路復(fù)用技術(shù)Computer Technology2.5.3 波分多路復(fù)用技術(shù)圖2-17波分多路復(fù)用Computer Technology 波分復(fù)用的技術(shù)特點(diǎn)和主要優(yōu)勢(shì) （1）可靈活增加光纖傳輸容量 （2）同時(shí)傳輸多路信號(hào) （3）成本低、維護(hù)方便 （4）可靠性高，應(yīng)用廣泛2.5.3 波分多路復(fù)用技術(shù)Computer Techno

28、logy 碼分多路復(fù)用常稱為碼分多址（coding division multiplexing access，CDMA），是另一種共享信道的方法，每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型互不重疊，通信各方之間不會(huì)相互干擾，且抗干擾能力強(qiáng)。2.5.4 碼分多路復(fù)用技術(shù)Computer Technology 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信方式有多種分類方法,現(xiàn)主要按照以下三個(gè)方面來(lái)介紹通信方式。 （1）并行傳輸和串行傳輸 （2）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信 （3）單工、雙工通信 2.6 通信方式Computer Technology 在計(jì)算機(jī)中，

29、通常用8位二進(jìn)制代碼來(lái)表示一個(gè)字符。根據(jù)組成字符的各個(gè)二進(jìn)制位是否同時(shí)傳輸，將字符在發(fā)送端與接收端之間的傳輸方式分為串行傳輸和并行傳輸。如果以一個(gè)二進(jìn)制位為單位傳輸，就是串行傳輸,如果以字節(jié)為單位傳輸就是并行傳輸。2.6.1 并行傳輸和串行傳輸Computer Technology 串行傳輸 串行傳輸是指數(shù)據(jù)以串行方式在一條信道上傳輸，即一位一位地傳送，在通信時(shí)一次只能傳送一位。2.6.1 并行傳輸和串行傳輸圖2-18串行數(shù)據(jù)通信Computer Technology 并行傳輸 并行傳輸是把多個(gè)比特以成組的方式在多個(gè)并行的信道上同時(shí)傳輸，通常以8個(gè)比特構(gòu)成的一個(gè)字符為單位，一次傳輸8個(gè)比特，占

30、用8條信道。2.6.1 并行傳輸和串行傳輸Computer Technology 并行傳輸?shù)奶攸c(diǎn)是：傳輸速度快，一位（比特）時(shí)間內(nèi)可傳輸一個(gè)字符；通信成本高，每位傳輸要求一個(gè)單獨(dú)的信道支持。 2.6.1 并行傳輸和串行傳輸圖2-19并行數(shù)據(jù)通信Computer Technology 為適應(yīng)不同的需要，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的各終端節(jié)點(diǎn)可以采用不同的線路連接方式進(jìn)行連接，根據(jù)計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與終端之間不同的線路連接方式，相應(yīng)的也有不同的通信方式。2.6.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信Computer Technology 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，又稱一對(duì)一通信。它是由一條通信線路把兩個(gè)DTE（數(shù)據(jù)

31、終端設(shè)備）連接起來(lái)構(gòu)成的通信方式。 2.6.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信Computer Technology 點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 根據(jù)通信系統(tǒng)中一個(gè)端點(diǎn)與多個(gè)端點(diǎn)間的線路連接形式不同，一對(duì)多通信又可以分為分支式通信和集線式通信兩種。2.6.2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信Computer Technology 數(shù)據(jù)在通信線路上的傳輸是有方向的。按照信道的多少和在某一時(shí)間內(nèi)信息傳輸?shù)姆较?，通信方式又可分為以下三種。 （ 1）單工通信 （2）半雙工通信 （3）全雙工通信2.6.3 單工、雙工通信Computer Technology 單工通信 單工通信信道是單向信道，發(fā)送端和接收端的身份是固定的，發(fā)送端只能發(fā)送信息，

32、不能接收信息；接收端只能接收信息，不能發(fā)送信息。數(shù)據(jù)信號(hào)僅從一端傳送到另一段，即信息流是單向的。 2.6.3 單工、雙工通信Computer Technology 半雙工通信 半雙工通信是指數(shù)據(jù)可沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳送，雙方通信只能交替進(jìn)行，采用分時(shí)間段傳輸，而不能同時(shí)進(jìn)行。 2.6.3 單工、雙工通信Computer Technology 全雙工通信 是指同時(shí)可在兩個(gè)通信設(shè)備間進(jìn)行兩個(gè)方向上的信息傳輸。兩端應(yīng)同時(shí)具有發(fā)送和接收的功能。 2.6.3 單工、雙工通信Computer Technology2.6.3 單工、雙工通信（a）單工通信 （b）半雙工通信 （c）全雙工

33、通信圖2-21 數(shù)據(jù)通信方式Computer Technology 交換技術(shù)，就是動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源的技術(shù)。典型的交換技術(shù)有兩種電路交換（Circuit Switching，CS）方式和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（Store and Forward Switching）方式，其中存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式又可以分為報(bào)文交換（Message Switching，MS）和分組交換（Packet Switching，PS）兩種。2.7 數(shù)據(jù)交換技術(shù)Computer Technology 電路交換（Circuit Switching ）也稱為線路交換，是數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域最早使用的交換方式。它是一種直接的交換方式，為一對(duì)需要進(jìn)

34、行通信的節(jié)點(diǎn)之間建立一條臨時(shí)的專用通信鏈路，即提供一條專用的傳輸信道，既可以是物理通道又可以是邏輯通道（使用時(shí)分或頻分復(fù)用技術(shù)）。 2.7.1 電路交換Computer Technology 目前，公用電話交換網(wǎng)廣泛使用的交換方式是電路交換，經(jīng)由電路交換的通信包括3個(gè)階段。 1建立電路 2傳輸數(shù)據(jù) 3電路拆除2.7.1 電路交換Computer Technology 電路交換的特點(diǎn)： （1）需先建立連接，然后才能進(jìn)行通信。建立連接、拆除連接時(shí)間長(zhǎng)，有效通信效率低。 （2）通信線路利用率低。 （3）一旦電路建立后，數(shù)據(jù)以固定的速率傳輸，除傳輸鏈路的延時(shí)外，不再存在其它延時(shí)，適用于實(shí)時(shí)大批量數(shù)據(jù)的傳輸。 （4）不同類型、不同規(guī)格、不同速率的終端很難互相進(jìn)行通信。 （5）不夠靈活，通信過(guò)程中一旦出現(xiàn)故障需重新建立連接。2.7.1 電路交換Computer Technology 報(bào)文交換方式傳輸?shù)膯挝皇菆?bào)文，在報(bào)文中包括要發(fā)送的正文信息和指明收發(fā)站的地址及其它控制信息。在報(bào)文交換方式中，不需要在兩個(gè)站之間建立一條專用通路。 2.7.2 報(bào)文交換Computer Technology 報(bào)文交換具有如下特點(diǎn)： （1）源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)在通信時(shí)不需要建立一條專用的通路。 （2）電路利用率高。由于許