第二章數(shù)據(jù)通信基礎講述

1、2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡1第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l第一節(jié)第一節(jié) 相關基本概念相關基本概念l教學目標 l了解數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構成l掌握數(shù)據(jù)通信的基本概念和常用術語、主要技術指標和通信方式 l重點/難點:l數(shù)據(jù)通信的常用術語和主要技術指標2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡2第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型一、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型l數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)由信源/ /信宿、信道和變換器組成信宿、信道和變換器組成 2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡3第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l二、數(shù)據(jù)通信的常用術語二、數(shù)據(jù)通信的常用術語l信息是人腦對客觀物質的反映。l數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的內容和解釋，而l信號

2、是數(shù)據(jù)的電或磁的編碼。l信道是傳輸信號的通路，信號帶寬指信號的頻率范圍，信道帶寬指信道上能夠傳輸信號的最大頻率范圍。2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡4第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l三、數(shù)據(jù)通信的方式三、數(shù)據(jù)通信的方式l按照通信中字節(jié)使用的信道數(shù)，數(shù)據(jù)通信的方式可分為:l串行傳輸和并行傳輸串行傳輸和并行傳輸；2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡5第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l根據(jù)數(shù)據(jù)通信的傳輸方向可分為根據(jù)數(shù)據(jù)通信的傳輸方向可分為：l單工通信、半雙工通信和全雙工通信；2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡6第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l四、數(shù)據(jù)通信中的同步方式 l同步，就是要求通信的收發(fā)雙方在時間基準上保持一致（以下圖說明同步的意義）

3、。2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡7第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l數(shù)據(jù)通信中常用的兩種同步方式是：數(shù)據(jù)通信中常用的兩種同步方式是：l異步傳輸和同步傳輸l異步傳輸方式（起止式）或字符同步：在被傳送的字符前后加起止位，實現(xiàn)定時的傳輸方式。（起始位處于低電平，停止位處于高電平）2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡8第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l異步傳輸方式的過程和特點異步傳輸方式的過程和特點l每傳輸一個字符，就用起始位來通知收方，以此來重新核對收發(fā)雙方同步l不會因偏差的累積而導致錯位，加之字符之間的空閑位也為這種偏差提供一種緩沖，所以異步串行通信的可靠性高l由于要在每個字符的前后加上起始位和停止位這樣一些附加位，使得傳輸效

4、率變低，一般用在數(shù)據(jù)速率較慢的場合2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡9第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l同步傳輸方式：一次傳送由若干個字符組成的數(shù)據(jù)塊，而不是只傳送一個字符。2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡10第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l特點：不需要在每個字符前后附加起始和停止特點：不需要在每個字符前后附加起始和停止位，因此，傳輸效率提高了。同時，由于采用位，因此，傳輸效率提高了。同時，由于采用了一些傳輸控制字，故增強了通信控制能力和了一些傳輸控制字，故增強了通信控制能力和校驗功能。校驗功能。2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡11第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l五、數(shù)據(jù)通信的主要技術指標五、數(shù)據(jù)通信的主要技術指標l1 1、數(shù)據(jù)傳輸

5、速率：用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的快慢，是信道的、數(shù)據(jù)傳輸速率：用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的快慢，是信道的實際數(shù)據(jù)傳輸速率。有以下兩種表示方法。實際數(shù)據(jù)傳輸速率。有以下兩種表示方法。l比特率S：數(shù)字信號的傳輸速率，單位：b/s,kb/s,mb/s等l波特率B：B1/T(Baud)(也表示碼元的傳輸率)l比特率和波特率的關系：lSBlog2N(N表示一個脈沖所表示的有效狀態(tài)數(shù))（舉例如下）2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡12第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l例如，一連續(xù)信號碼元傳輸速率為例如，一連續(xù)信號碼元傳輸速率為 1200Baud1200Baud，每個，每個信號可表示信號可表示4 4個不同的狀態(tài)，則數(shù)據(jù)傳輸速率（比特

6、個不同的狀態(tài)，則數(shù)據(jù)傳輸速率（比特率）為率）為2400bps2400bps： 2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡13第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l2 2、誤碼率：表示二進制數(shù)據(jù)位在傳輸中出錯的概率，、誤碼率：表示二進制數(shù)據(jù)位在傳輸中出錯的概率，用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。l公式： PeNe/Nl例如，若數(shù)據(jù)傳輸10000個bit，接收經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有一個bit錯了，則誤碼率Pe = 10-4 2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡14第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l3 3、信道容量：指信道所能承受的最大傳輸速率，用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的能力。l信道容量有兩種衡量的方法：奈奎斯特公式和香農(nóng)公式。l(

7、1) 奈奎斯特公式（Nyquist）對有限帶寬無噪聲信道，信道容量可用如下公式計算： l其中，C 最大數(shù)據(jù)速率（信道容量）H 信道的帶寬（Hz）N 一個脈沖所表示的有效狀態(tài)數(shù) 2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡15第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l例如，若某信道帶寬為例如，若某信道帶寬為4kHz4kHz，任何時刻信號可取，任何時刻信號可取0 0、1 1、2 2和和3 3四種電平之一，則信道容量為：四種電平之一，則信道容量為：2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡16第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l(2) 香農(nóng)公式（Shannon）l對有限帶寬隨機噪聲（服從高斯分布）信道，信道容量可用如下公式計算：l l其中，H 信道的帶寬（H

8、z）S 信道內信號的功率N 信道內服從高斯分布的噪聲的功率 S/N是信噪比，通常用分貝表示，單位dB（分貝） 2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡17第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l例：計算信噪比為30dB，帶寬為4kHz的信道最大容量：l解:由 ，得出 S/N=1000則，C=4klog2(1+1000)40kbpsl表示無論采用何種調制技術，信噪比為30dB，帶寬為4kHz的信道最大的數(shù)據(jù)速率約為40kbps。2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡18第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l第二節(jié) 數(shù)據(jù)傳輸介質l教學目標 l了解數(shù)據(jù)傳輸介質的概念及分類 l了解網(wǎng)絡中常用的傳輸介質l重點/難點：l雙絞線和光纖的特點及應用2002年計

9、算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡19第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l一、傳輸介質基本概念l指傳送信息的載體，是通信網(wǎng)絡中發(fā)送方和接收方之間的物理通路。常用的傳輸介質可分為有線（雙絞線、同軸電纜和光纖）和無線兩類 。l選擇傳輸介質應考慮的因素（介質特性）l物理特性：傳輸介質物理結構的描述l傳輸特性：傳輸介質允許傳輸數(shù)字或模擬信號，以及調制技術、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍。l地理范圍：傳輸介質最大的物理傳輸距離l抗干擾性：傳輸介質防止噪聲與電磁干擾對傳輸數(shù)據(jù)影響的能力l易用性：安裝連接是否方便。l可維護性：維護費用2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡20第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l二、二、雙絞線l 雙絞線分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏

10、蔽雙絞線（STP）兩類，可以用于傳輸模擬或數(shù)字信號，常用點到點連接，也可用于多點連接。在三種有線傳輸介質中，雙絞線的地理范圍最小、抗干擾性最低，但價格最便宜，是當前使用最普遍的傳輸介質。（如下圖所示） UTP 屏蔽雙絞線2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡21第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l三、同軸電纜三、同軸電纜l同軸電纜有基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜兩種基本類型。其中，基帶同軸電纜用來傳輸數(shù)字信號，寬帶同軸電纜可以傳輸模擬或數(shù)字信號。同軸電纜可用于點到點連接或多點連接。在三種有線傳輸介質中，同軸電纜的地理范圍中等、抗干擾性中等，價格也中等。 同軸電纜結構 2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡22第二章 數(shù)據(jù)通信基

11、礎l四、四、光纖l光纖分單模光纖和多模光纖兩種，只能單向傳輸數(shù)字信號，用于點到點連接。在三種有線傳輸介質中，光纖性能最好、傳輸距離長、不受電磁干擾或噪聲影響、體積小、重量輕，但價格也是最高的。 2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡23第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l五、無線介質五、無線介質l常用的無線介質是無線電波和微波等。無線傳輸不需鋪設網(wǎng)絡傳輸線，而且網(wǎng)絡終端移動方便。其中，微波通信常用的有地面微波通信和衛(wèi)星通信兩種。 雙絞線和光纖的特點及應用2002年計算機網(wǎng)絡計算機網(wǎng)絡24第二章 數(shù)據(jù)通信基礎l第三節(jié)第三節(jié) 數(shù)據(jù)編碼與傳輸技術數(shù)據(jù)編碼與傳輸技術l教學目標 l了解數(shù)據(jù)通信的編碼與傳輸方式l掌握數(shù)據(jù)通信的

12、基本概念和常用術語、主要技術指標和通信方式 l重點/難點:l數(shù)據(jù)通信的常用術語和主要技術指標數(shù)據(jù)通信技術的基本內容數(shù)據(jù)通信基本概念數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本結構信息、數(shù)據(jù)、信號數(shù)據(jù)通信的主要技術指標數(shù)據(jù)傳輸方式串行通信、并行通信單工通信、半雙工通信、全雙工通信基帶傳輸、頻帶傳輸、寬帶傳輸數(shù)據(jù)的同步技術異步傳輸、同步傳輸數(shù)據(jù)編碼技術數(shù)字數(shù)據(jù)信號模擬傳輸幅移鍵控ASK、頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK數(shù)字傳輸不歸零碼NRZ、曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼模擬數(shù)據(jù)信號模擬傳輸調幅、調頻、調相數(shù)字傳輸脈沖編碼調制PCM多路復用技術時分多路復用、頻分多路復用、波分多路復、碼分多路復用數(shù)據(jù)交換技術線路交換、報文存儲轉

13、發(fā)交換、報文分組存儲轉發(fā)交換（數(shù)據(jù)報方式、虛線路方式）傳輸介質傳輸介質類型與特點差錯控制技術檢錯碼、糾錯碼和差錯控制機制數(shù)據(jù)的編碼和傳輸技術 v在計算機中，數(shù)據(jù)是以離散的二進制“0”、“1”比特序列方式表示的。計算機數(shù)據(jù)在傳輸過程中的數(shù)據(jù)編碼類型主要取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型。v通信信道分為模擬信道和數(shù)字信道，而依賴于信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也分為模擬數(shù)據(jù)與數(shù)字數(shù)據(jù)。因此，數(shù)據(jù)的編碼方法包括數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼與調制和模擬數(shù)據(jù)的編碼與調制。數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼l利用數(shù)字通信信道直接傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信號的方法稱作數(shù)字信號的基帶傳利用數(shù)字通信信道直接傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)信號的方法稱作數(shù)字信號的基帶傳輸，而數(shù)字數(shù)據(jù)在

14、傳輸之前，需要進行數(shù)字編碼。數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方式輸，而數(shù)字數(shù)據(jù)在傳輸之前，需要進行數(shù)字編碼。數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼方式有四種：不歸零碼、歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼有四種：不歸零碼、歸零碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼 。l不歸零編碼（不歸零編碼（Non-Return to Zero，NRZ）lNRZ編碼規(guī)定可用負電平表示邏輯編碼規(guī)定可用負電平表示邏輯“1”，用正電平表示邏輯，用正電平表示邏輯“0”，反之亦然。反之亦然。l曼徹斯特編碼（曼徹斯特編碼（Manchester）l曼徹斯特編碼是目前應用最廣泛的編碼方法之一，其特點是每一位曼徹斯特編碼是目前應用最廣泛的編碼方法之一，其特點是每一位二進

15、制信號的中間都有跳變，若從低電平跳變到高電平，就表示數(shù)二進制信號的中間都有跳變，若從低電平跳變到高電平，就表示數(shù)字信號字信號“1”，若從高電平跳變到低電平，就表示數(shù)字信號，若從高電平跳變到低電平，就表示數(shù)字信號“0”；l差分曼徹斯特編碼（差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester）l差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進。其特點是每一位二進差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進。其特點是每一位二進制信號的跳變依然提供收發(fā)端之間的同步，但每位二進制數(shù)據(jù)的取制信號的跳變依然提供收發(fā)端之間的同步，但每位二進制數(shù)據(jù)的取值，要根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定，若一個比特開始處存值，要根

16、據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定，若一個比特開始處存在跳變則表示在跳變則表示“0”，無跳變則表示，無跳變則表示“1”。數(shù)字數(shù)據(jù)編碼的示例幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控 l幅移鍵控幅移鍵控ASK（Amplitude Shift Keying）lASK是通過改變載波信號的幅度值表示數(shù)字信號是通過改變載波信號的幅度值表示數(shù)字信號“1”、“0”，以幅，以幅度度A1表示數(shù)字信號的表示數(shù)字信號的“1”，用載波幅度，用載波幅度A2表示數(shù)字信號的表示數(shù)字信號的“0”（通（通常常A1取取1，A2取取0），而載波信號的參數(shù)），而載波信號的參數(shù)f 和和恒定。恒定。l頻移鍵控頻移鍵控FSK（Frequency Shift

17、 Keying）lFSK是通過改變載波信號頻率的方法表示數(shù)字信號是通過改變載波信號頻率的方法表示數(shù)字信號“1”、“0”，用，用f 1表示數(shù)字信號表示數(shù)字信號“1”，用，用f 2表示數(shù)字信號表示數(shù)字信號“0”，而載波信號的，而載波信號的A和和不變。不變。l相移鍵控相移鍵控PSK（Phase Shift Keying）lPSK是通過改變載波信號的相位值表示數(shù)字信號是通過改變載波信號的相位值表示數(shù)字信號“1”、“0”，而載，而載波信號的波信號的A和和f不變。不變。PSK包括兩種類型：包括兩種類型：l絕對調相絕對調相l(xiāng)絕對調相使用相位的絕對值，絕對調相使用相位的絕對值，為為0表示數(shù)字信號表示數(shù)字信號“

18、1”，、，、為為表表示數(shù)字信號示數(shù)字信號“0”。l相對調相相對調相l(xiāng)相對調相使用相位的相對偏移值，當數(shù)字數(shù)據(jù)為相對調相使用相位的相對偏移值，當數(shù)字數(shù)據(jù)為0時，相位不變化，時，相位不變化，而數(shù)字數(shù)據(jù)為而數(shù)字數(shù)據(jù)為1時，相位要偏移時，相位要偏移。模擬數(shù)據(jù)的調制編碼 l在模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信源的信息經(jīng)過轉換，形成在模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，信源的信息經(jīng)過轉換，形成電信號，比如人說話的聲音經(jīng)過電話轉變?yōu)槟M的電電信號，比如人說話的聲音經(jīng)過電話轉變?yōu)槟M的電信號，這也是模擬數(shù)據(jù)的基帶信號。信號，這也是模擬數(shù)據(jù)的基帶信號。l模擬數(shù)據(jù)的基帶信號具有比較低的頻率，不宜直接在模擬數(shù)據(jù)的基帶信號具有比較低的頻率，不宜

19、直接在信道中傳輸，需要對信號進行調制，將信號搬移到適信道中傳輸，需要對信號進行調制，將信號搬移到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內，接收端將接收的已調信號合信道傳輸?shù)念l率范圍內，接收端將接收的已調信號再搬回到原來信號的頻率范圍內，恢復成原來的消息，再搬回到原來信號的頻率范圍內，恢復成原來的消息，比如無線電廣播。比如無線電廣播。模擬數(shù)據(jù)的編碼 l脈沖編碼調制脈沖編碼調制PCM（Pulse Code Modulation）是）是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法。由于數(shù)字信號傳輸失真模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法。由于數(shù)字信號傳輸失真小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸速率高，因此在網(wǎng)絡中除計小、誤碼率低、數(shù)據(jù)傳輸速率高，因此在網(wǎng)絡中除

20、計算機直接產(chǎn)生的數(shù)字信號外，語音、圖像信息必須數(shù)算機直接產(chǎn)生的數(shù)字信號外，語音、圖像信息必須數(shù)字化才能經(jīng)計算機處理。字化才能經(jīng)計算機處理。lPCM技術的典型應用是語音數(shù)字化。在發(fā)送端通過技術的典型應用是語音數(shù)字化。在發(fā)送端通過PCM編碼器將語音數(shù)據(jù)變換為數(shù)字化的語音信號，編碼器將語音數(shù)據(jù)變換為數(shù)字化的語音信號，通過通信信道傳送到接收方，接收方再通過通過通信信道傳送到接收方，接收方再通過PCM解解碼器還原成模擬語音信號。碼器還原成模擬語音信號。l數(shù)字化語音數(shù)據(jù)傳輸速率高、失真小，可以存儲在計數(shù)字化語音數(shù)據(jù)傳輸速率高、失真小，可以存儲在計算機中，進行必要的處理。因此在網(wǎng)絡與通信的發(fā)展算機中，進行必

21、要的處理。因此在網(wǎng)絡與通信的發(fā)展中語音數(shù)字化成為重要的部分。中語音數(shù)字化成為重要的部分。PCM編碼的典型應用 PCM的工作原理 脈沖編碼調制包括三部分：采樣、量化和編碼。 采樣 每隔一定的時間間隔，采集模擬信號的瞬時電平值做為樣本，表示模擬數(shù)據(jù)在某一區(qū)間隨時間變化的值。 量化 量化是將取樣樣本幅度按量化級決定取值的過程。 量化級可以分為8級、16級，或者更多的量化級，這取決于系統(tǒng)的精確度要求。 編碼 編碼是用相應位數(shù)的二進制代碼表示量化后的采樣樣本的量級。PCM的工作過程PCM用于數(shù)字化語音系統(tǒng)，將聲音分為128個量化級，采用7位二進制編碼表示，再使用1個比特進行差錯控制，采樣速率8000次秒

22、，因此，一路話音的數(shù)據(jù)傳輸速率為88000 bps64kbps2.4 多路復用技術l應用原因應用原因:一是通信工程中用于通信線路鋪設的一是通信工程中用于通信線路鋪設的費用相當昂貴費用相當昂貴,需要充分利用通信線路的通信量需要充分利用通信線路的通信量.二是無論在廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)中二是無論在廣域網(wǎng)還是局域網(wǎng)中,傳輸介質的容傳輸介質的容量往往都超過了單一信道傳輸?shù)耐ㄐ帕苛客汲^了單一信道傳輸?shù)耐ㄐ帕?為了充為了充分利用傳輸介質分利用傳輸介質,人們研究與應用了在一條物理人們研究與應用了在一條物理線路上建立多條通信信道的技術線路上建立多條通信信道的技術.l實質實質:將來自若干信息源的信息進行合并將來

23、自若干信息源的信息進行合并,然后將然后將這一合成的信息群經(jīng)單一的線路和傳輸設備進這一合成的信息群經(jīng)單一的線路和傳輸設備進行傳輸行傳輸.在接受方在接受方,則使用能將信息群分離成各個則使用能將信息群分離成各個單獨信息的設備對信號群進行分離單獨信息的設備對信號群進行分離.信道復用技術 l信道復用的目的是讓不同的計算機連接到相同的信道上，共享信道復用的目的是讓不同的計算機連接到相同的信道上，共享信道資源。信道資源。l四種信道復用方式：頻分復用四種信道復用方式：頻分復用FDM、時分復用、時分復用TDM、波分復用、波分復用WDM和碼分復用。和碼分復用。 頻分多路復用FDMlFDM是把信道的可用頻帶分成多個

24、互不交疊的頻段（帶）是把信道的可用頻帶分成多個互不交疊的頻段（帶） ，每，每個信號占其中一個頻段。接收時用適當?shù)臑V波器分離出不同信個信號占其中一個頻段。接收時用適當?shù)臑V波器分離出不同信號，分別進行解調接收。號，分別進行解調接收。波分多路復用WDMlWDM主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)。波分復用就是光的頻主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)。波分復用就是光的頻分復用。人們借用傳統(tǒng)的載波電話的頻分復用的概念，可以做分復用。人們借用傳統(tǒng)的載波電話的頻分復用的概念，可以做到使用一根光纖來同時傳輸多個頻率很接近的光載波信號到使用一根光纖來同時傳輸多個頻率很接近的光載波信號,提高提高了光纖的傳輸能力。了光纖的傳

25、輸能力。l最初，在一根光纖上只能復用兩路光載波信號，隨著技術的發(fā)最初，在一根光纖上只能復用兩路光載波信號，隨著技術的發(fā)展，在一根光纖上復用的路數(shù)越來越多。現(xiàn)在已達到在一根光展，在一根光纖上復用的路數(shù)越來越多。現(xiàn)在已達到在一根光纖上復用纖上復用80路或更多路數(shù)的光載波信號，這種復用方式就是路或更多路數(shù)的光載波信號，這種復用方式就是密密集波分復用集波分復用DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing)。時分多路復用TDMlTDM又分為同步時分復用（又分為同步時分復用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM）

26、和異步時分復用）和異步時分復用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）。）。 同步時分復用STDMlSTDM采用固定時間片分配方式，將傳輸信號的時間按特定長采用固定時間片分配方式，將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段（一個周期），再將每一時間段劃度連續(xù)地劃分成特定時間段（一個周期），再將每一時間段劃分成等長度的多個時隙，每個時隙以固定的方式分配給各路數(shù)分成等長度的多個時隙，每個時隙以固定的方式分配給各路數(shù)字信號，各路數(shù)字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。字信號，各路數(shù)字信號在每一時間段都順序分配到一個時隙。l由于在同步時分復用

27、方式中，時隙預先分配且固定不變，無論由于在同步時分復用方式中，時隙預先分配且固定不變，無論時隙擁有者是否傳輸數(shù)據(jù)都占有一定時隙，形成了時隙浪費，時隙擁有者是否傳輸數(shù)據(jù)都占有一定時隙，形成了時隙浪費，其時隙的利用率很低其時隙的利用率很低 。異步時分復用l異步時分復用技術又被稱為統(tǒng)計時分復用，它能動態(tài)地按需分配時隙，避異步時分復用技術又被稱為統(tǒng)計時分復用，它能動態(tài)地按需分配時隙，避免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。lATDM就是只有當某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它。當用戶就是只有當某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它。當用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時，則不給它分配時隙。線路

28、的空閑時隙可用于其他用戶的暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時，則不給它分配時隙。線路的空閑時隙可用于其他用戶的數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸 。l在所有的數(shù)據(jù)幀中，除最后一個幀外，其他所有幀均不會出現(xiàn)空閑的時隙，在所有的數(shù)據(jù)幀中，除最后一個幀外，其他所有幀均不會出現(xiàn)空閑的時隙，從而提高了資源的利用率，也提高了傳輸速率。從而提高了資源的利用率，也提高了傳輸速率。碼分多路復用l碼分多路復用又稱為碼分多址碼分多路復用又稱為碼分多址CDMA (Coding Division Multiplexing Access)。lCDMA也是一種共享信道的方法，每個用戶可在同一也是一種共享信道的方法，每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進行通信，但

29、使用基于碼型的分時間使用同樣的頻帶進行通信，但使用基于碼型的分割信道方法，即每個用戶分配一個地址碼，各個碼型割信道方法，即每個用戶分配一個地址碼，各個碼型互不重疊，通信各方之間不會相互干擾，且抗干擾能互不重疊，通信各方之間不會相互干擾，且抗干擾能力強。力強。2.5 數(shù)據(jù)交換技術數(shù)據(jù)交換技術線路交換 l線路交換（線路交換（Circuit Switching）l也稱為電路交換，是一種直接的交換方式，為一對也稱為電路交換，是一種直接的交換方式，為一對需要進行通信的節(jié)點之間提供一條臨時的專用通道，需要進行通信的節(jié)點之間提供一條臨時的專用通道，即提供一條專用的傳輸通道，既可以是物理通道又即提供一條專用的

30、傳輸通道，既可以是物理通道又可以是邏輯通道（使用時分或頻分復用技術）。這可以是邏輯通道（使用時分或頻分復用技術）。這條通道是由節(jié)點內部線路對節(jié)點間傳輸路徑經(jīng)過適條通道是由節(jié)點內部線路對節(jié)點間傳輸路徑經(jīng)過適當選擇、連接而完成的，是一條由多個節(jié)點和多條當選擇、連接而完成的，是一條由多個節(jié)點和多條節(jié)點間傳輸路徑組成的鏈路。節(jié)點間傳輸路徑組成的鏈路。線路交換通信的三個階段 l線路的建立線路的建立l通過源節(jié)點請求完成交換網(wǎng)中相應節(jié)點的連接過程，通過源節(jié)點請求完成交換網(wǎng)中相應節(jié)點的連接過程，這個過程建立起一條由源節(jié)點到目的節(jié)點傳輸通道。這個過程建立起一條由源節(jié)點到目的節(jié)點傳輸通道。l數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸l線路

31、建立完成后，就可以在這條臨時的專用線路上傳線路建立完成后，就可以在這條臨時的專用線路上傳輸數(shù)據(jù)，通常為全雙工傳輸。輸數(shù)據(jù)，通常為全雙工傳輸。l線路的拆除線路的拆除l在完成數(shù)據(jù)傳輸后，源節(jié)點發(fā)出釋放請求信息，請求在完成數(shù)據(jù)傳輸后，源節(jié)點發(fā)出釋放請求信息，請求終止通信，若目的節(jié)點接受釋放請求，則發(fā)回釋放應終止通信，若目的節(jié)點接受釋放請求，則發(fā)回釋放應答信息。在線路拆除階段，各節(jié)點相應地拆除該線路答信息。在線路拆除階段，各節(jié)點相應地拆除該線路的對應連接，釋放由該線路占用的節(jié)點和信道資源。的對應連接，釋放由該線路占用的節(jié)點和信道資源。線路交換的特點l呼叫建立時間長且存在呼損。呼叫建立時間長且存在呼損。

32、l線路交換的信道利用率低。線路交換的信道利用率低。l對通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方對通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。l通信線路一旦建立通信線路一旦建立,一固定的速度直接傳輸數(shù)據(jù)一固定的速度直接傳輸數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速、有序，適用于實時大批量連續(xù)的數(shù)傳輸可靠、迅速、有序，適用于實時大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。據(jù)傳輸。l用于計算機網(wǎng)絡的不足之處用于計算機網(wǎng)絡的不足之處 資源浪費資源浪費 適應性不強適應性不強 不夠靈活不夠靈活數(shù)據(jù)交換技術存儲轉發(fā)交換 l存儲轉發(fā)交換（存儲轉發(fā)交換（Sto

33、re and Forward Switching）l報文存儲轉發(fā)交換報文存儲轉發(fā)交換l報文分組存儲轉發(fā)交換報文分組存儲轉發(fā)交換l數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報l虛線路虛線路 報文存儲轉發(fā)交換l對于數(shù)字數(shù)據(jù)通信，廣泛使用的是報文交換技術對于數(shù)字數(shù)據(jù)通信，廣泛使用的是報文交換技術;l在報文交換中，每一個報文由傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和報頭組成，在報文交換中，每一個報文由傳輸?shù)臄?shù)據(jù)和報頭組成，并且長度不限且可變，報頭中有源地址和目標地址。并且長度不限且可變，報頭中有源地址和目標地址。節(jié)點根據(jù)報頭中的目標地址為報文進行路徑選擇。并節(jié)點根據(jù)報頭中的目標地址為報文進行路徑選擇。并且對收發(fā)的報文進行相應的處理。且對收發(fā)的報文進行相應的處理

34、。 工作過程： 數(shù) 據(jù) 報頭中間結點檢查是否有誤存儲并選擇一條合適的空閑線路下一結點重復上一動作目的結點報文交換的特點l源節(jié)點和目標節(jié)點在通信時不需要建立一條專用的通路；源節(jié)點和目標節(jié)點在通信時不需要建立一條專用的通路；l與線路交換相比，報文交換沒有建立線路和拆除線路所與線路交換相比，報文交換沒有建立線路和拆除線路所需的等待和時延；需的等待和時延；l線路利用率高，節(jié)點間可根據(jù)線路情況選擇不同的速度線路利用率高，節(jié)點間可根據(jù)線路情況選擇不同的速度傳輸，能高效地傳輸數(shù)據(jù)；傳輸，能高效地傳輸數(shù)據(jù)；l要求節(jié)點具備足夠的報文數(shù)據(jù)存儲能力，一般節(jié)點由微要求節(jié)點具備足夠的報文數(shù)據(jù)存儲能力，一般節(jié)點由微機或小

35、型機擔當；機或小型機擔當；l數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，每個節(jié)點在存儲轉發(fā)中，都進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃愿?，每個節(jié)點在存儲轉發(fā)中，都進行差錯控制，即檢錯和糾錯。差錯控制，即檢錯和糾錯。l由于采用了對完整報文的存儲由于采用了對完整報文的存儲/轉發(fā)，節(jié)點存儲轉發(fā)，節(jié)點存儲/轉發(fā)的轉發(fā)的時延較大，不適用于交互式通信。時延較大，不適用于交互式通信。 分組交換l由于計算機的廣泛使用由于計算機的廣泛使用,對數(shù)據(jù)交換提出了更高對數(shù)據(jù)交換提出了更高的要求的要求:l能適應低速到高速的交換能適應低速到高速的交換l有盡量快的連續(xù)速度有盡量快的連續(xù)速度l要適應用戶實時通信的要求要適應用戶實時通信的要求,網(wǎng)絡延時要小網(wǎng)絡延時要小l

36、有高的傳輸準確性有高的傳輸準確性l適應多樣化的數(shù)據(jù)業(yè)務適應多樣化的數(shù)據(jù)業(yè)務 分組交換l分組交換屬于分組交換屬于“存儲存儲/轉發(fā)轉發(fā)”交換，它不像報文交換，它不像報文交換以報單位進行交換、傳輸，而是以更短的、交換以報單位進行交換、傳輸，而是以更短的、標準的標準的“報文分組報文分組”（Packet）為單位進行交）為單位進行交換傳輸。換傳輸。 l假如假如A站有一份比較長的報文要發(fā)送給站有一份比較長的報文要發(fā)送給C站。站。則它首先將報文按規(guī)定長度劃分成若干分組，則它首先將報文按規(guī)定長度劃分成若干分組，每個分組附加上地址及糾錯等其他信息，然每個分組附加上地址及糾錯等其他信息，然后將這些分組順序發(fā)送到交換

37、網(wǎng)的節(jié)點后將這些分組順序發(fā)送到交換網(wǎng)的節(jié)點C。l分組交換又分為數(shù)據(jù)報交換和虛線路交換。分組交換又分為數(shù)據(jù)報交換和虛線路交換。數(shù)據(jù)報分組交換l交換網(wǎng)把進網(wǎng)的任一分組都當作單獨的交換網(wǎng)把進網(wǎng)的任一分組都當作單獨的“小小報文報文”來處理，而不管它屬于哪個報文的分來處理，而不管它屬于哪個報文的分組，就像報文交換中把一份報文進行單獨處組，就像報文交換中把一份報文進行單獨處理一樣。這種分組交換方式簡稱為數(shù)據(jù)報傳理一樣。這種分組交換方式簡稱為數(shù)據(jù)報傳輸方式，作為基本傳輸單位的輸方式，作為基本傳輸單位的“小報文小報文”被被稱為數(shù)據(jù)報（稱為數(shù)據(jù)報（datagram）。）。數(shù)據(jù)報分組交換的特點 l同一報文的不同分

38、組可以由不同的傳輸同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)；路徑通過通信子網(wǎng)；l同一報文的不同分組到達目的節(jié)點時可同一報文的不同分組到達目的節(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復或丟失現(xiàn)象；能出現(xiàn)亂序、重復或丟失現(xiàn)象；l每一個報文在傳輸過程中都必須帶有源每一個報文在傳輸過程中都必須帶有源節(jié)點地址和目的節(jié)點地址；節(jié)點地址和目的節(jié)點地址；l使用數(shù)據(jù)報方式時，數(shù)據(jù)報文傳輸延遲使用數(shù)據(jù)報方式時，數(shù)據(jù)報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信。報文、會話式通信。虛線路分組交換l虛線路就是兩個用戶的終端設備在開始虛線路就是兩個用戶的終端設備在開始互相發(fā)送和

39、接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(wǎng)絡建立邏輯上的連接，所有分組都必網(wǎng)絡建立邏輯上的連接，所有分組都必須沿著事先建立的虛線路傳輸，用戶不須沿著事先建立的虛線路傳輸，用戶不需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時清除連接。需要發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時清除連接。l虛線路方式具有分組交換與線路交換兩虛線路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優(yōu)點，在計算機網(wǎng)絡中得到廣種方式的優(yōu)點，在計算機網(wǎng)絡中得到廣泛的應用。泛的應用。虛線路的特點l虛線路在每次報文分組發(fā)送之前，必須在源節(jié)虛線路在每次報文分組發(fā)送之前，必須在源節(jié)點與目的節(jié)點之間建立一條邏輯連接，也包括點與目的節(jié)點之間建立一條邏輯連接，也包括虛線路建立、數(shù)

40、據(jù)傳輸和虛線路拆除三個階段。虛線路建立、數(shù)據(jù)傳輸和虛線路拆除三個階段。l報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，報文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息，只需要攜帶虛線路標識號。報文分組到達目的只需要攜帶虛線路標識號。報文分組到達目的節(jié)點不會出現(xiàn)丟失、重復與亂序的現(xiàn)象；節(jié)點不會出現(xiàn)丟失、重復與亂序的現(xiàn)象；l報文分組通過每個虛線路上的節(jié)點時，節(jié)點只報文分組通過每個虛線路上的節(jié)點時，節(jié)點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇。需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇。l通信子網(wǎng)中每個節(jié)點可以和任何節(jié)點建立多條通信子網(wǎng)中每個節(jié)點可以和任何節(jié)點建立多條虛線路連接。虛線路連接。差錯控制技術 l根據(jù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

41、的模型，當數(shù)據(jù)從信源發(fā)出，經(jīng)過根據(jù)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型，當數(shù)據(jù)從信源發(fā)出，經(jīng)過通信信道傳輸，由于信道總存在著一定的噪聲，數(shù)據(jù)通信信道傳輸，由于信道總存在著一定的噪聲，數(shù)據(jù)到達信宿端后，接收的信號實際上是數(shù)據(jù)信號和噪聲到達信宿端后，接收的信號實際上是數(shù)據(jù)信號和噪聲信號的疊加。接收端在取樣時鐘作用下接收數(shù)據(jù)，并信號的疊加。接收端在取樣時鐘作用下接收數(shù)據(jù)，并根據(jù)閾值電平判斷信號電平。如果噪聲對信號的影響根據(jù)閾值電平判斷信號電平。如果噪聲對信號的影響非常大時，就會造成數(shù)據(jù)的傳輸錯誤，非常大時，就會造成數(shù)據(jù)的傳輸錯誤， 數(shù)據(jù)通信中的實際情況通信信道中的噪聲 l通信信道中的噪聲分為熱噪聲和沖擊噪聲。通信信道

42、中的噪聲分為熱噪聲和沖擊噪聲。l熱噪聲熱噪聲l是由傳輸媒體的電子熱運動產(chǎn)生的，其特點是時刻是由傳輸媒體的電子熱運動產(chǎn)生的，其特點是時刻存在，幅度小，干擾強度與頻率無關，但頻譜很寬，存在，幅度小，干擾強度與頻率無關，但頻譜很寬，屬于隨機噪聲。屬于隨機噪聲。l由熱噪聲引起的差錯屬于一種隨機差錯。由熱噪聲引起的差錯屬于一種隨機差錯。l沖擊噪聲沖擊噪聲l是由外界電磁干擾引起的，與熱噪聲相比，沖擊噪是由外界電磁干擾引起的，與熱噪聲相比，沖擊噪聲的幅度較大，是引起差錯的主要原因。沖擊噪聲聲的幅度較大，是引起差錯的主要原因。沖擊噪聲持續(xù)時間與數(shù)據(jù)傳輸中每個比特的發(fā)送時間相比，持續(xù)時間與數(shù)據(jù)傳輸中每個比特的發(fā)

43、送時間相比，可能較長，因而沖擊噪聲引起的相鄰多個數(shù)據(jù)位出可能較長，因而沖擊噪聲引起的相鄰多個數(shù)據(jù)位出錯呈突發(fā)性。錯呈突發(fā)性。l沖擊噪聲引起的傳輸差錯稱為突發(fā)差錯。沖擊噪聲引起的傳輸差錯稱為突發(fā)差錯。差錯產(chǎn)生的原因l在通信過程中出現(xiàn)的傳輸差錯，是由隨機差錯和突發(fā)在通信過程中出現(xiàn)的傳輸差錯，是由隨機差錯和突發(fā)差錯共同構成的，而造成差錯可能的原因包括：差錯共同構成的，而造成差錯可能的原因包括：l在數(shù)據(jù)通信中，信號在物理信道上的線路本身的電在數(shù)據(jù)通信中，信號在物理信道上的線路本身的電氣特性隨機產(chǎn)生的信號幅度、頻率、相位的畸形和氣特性隨機產(chǎn)生的信號幅度、頻率、相位的畸形和衰減；衰減；l電氣信號在線路上產(chǎn)

44、生反射噪聲的回波效應；電氣信號在線路上產(chǎn)生反射噪聲的回波效應；l相鄰線路之間的串線干擾；相鄰線路之間的串線干擾；l大氣中的閃電、電源開關的跳火、自然界磁場的變大氣中的閃電、電源開關的跳火、自然界磁場的變化以及電源的波動等外界因素?；约半娫吹牟▌拥韧饨缫蛩亍?差錯的控制 l在數(shù)據(jù)通信中，原發(fā)送信息，不具備抗干擾性能，如在數(shù)據(jù)通信中，原發(fā)送信息，不具備抗干擾性能，如果引入冗余度后，就可以使新的碼組具有一定的抗干果引入冗余度后，就可以使新的碼組具有一定的抗干擾能力。擾能力。l例如，兩個碼元構成四種碼組例如，兩個碼元構成四種碼組00、01、10、11，無，無法檢錯，而使用三個碼元，有用碼組為法檢錯，而使用三個碼元，有用碼組為000、011、101和和110；l目前差錯控制常采用冗余編碼方案，檢測和糾正信息目前差錯控制常采用冗余編碼方案，檢測和糾正信息傳輸中產(chǎn)生的錯誤。傳輸中產(chǎn)生的錯誤。l冗余編碼思想就是：冗余編碼思想就是：把要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)在發(fā)送時按把要發(fā)送的有效數(shù)據(jù)在發(fā)送時按照所使用的某種差錯編