計算機通信及網(wǎng)絡(luò)-CH02-數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)

計算機通信與網(wǎng)絡(luò)

ComputerTelecommunications&Networks南京郵電大學(xué)計算機學(xué)院“計算機通信與網(wǎng)絡(luò)”國家精品課程組第2章數(shù)據(jù)通信技術(shù)基礎(chǔ)物理層物理層是網(wǎng)絡(luò)分層模型中的最底層，它建立在物理傳輸介質(zhì)的基礎(chǔ)上，通過不同計算機系統(tǒng)終端的通信接口使用物理傳輸介質(zhì)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信實體之間比特流的透明傳送（數(shù)據(jù)傳輸）。物理層不包含傳輸介質(zhì)本身。由于物理介質(zhì)的多樣性，數(shù)據(jù)通信接口也有很多相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。內(nèi)容概要數(shù)據(jù)通信是為了實現(xiàn)計算機與計算機或計算機與終端之間信息交互而產(chǎn)生的一種通信技術(shù)，是計算機與通信相結(jié)合的產(chǎn)物。數(shù)據(jù)傳輸是實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)通信著重于數(shù)據(jù)的傳輸，不涉及數(shù)據(jù)所表示的原始信息，而計算機通信則著重于信息的交互。內(nèi)容概要內(nèi)容綱要數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳送技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信接口特征內(nèi)容綱要

數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳送技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信接口特征2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1、數(shù)據(jù)、信息和信號2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)3、傳輸媒體4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1、數(shù)據(jù)、信息和信號信息是事物存在的方式和運動狀態(tài)的表現(xiàn)形式。信息以物質(zhì)介質(zhì)為載體，傳遞和反映世界各種事物存在方式和運動狀態(tài)的表征。信息論的創(chuàng)始人香農(nóng)認(rèn)為：“信息是能夠用來消除不確定性的東西”。數(shù)據(jù)(data)——通常是指預(yù)先約定的具有某種含義的數(shù)字、符號和字母的組合。信號(signal)——數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電磁波的表示形式。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念1、數(shù)據(jù)、信息和信號根據(jù)信息的不同形式，數(shù)據(jù)和信號也有不同的表示形式?！澳M的”(analogous)——時間和大小是連續(xù)變化的。“數(shù)字的”(digital)——時間和大小取值是離散的。調(diào)制——把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程。解調(diào)——把模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的過程。信道——表示向某一方向傳送數(shù)據(jù)的傳輸通道。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念模擬數(shù)據(jù)模擬信號放大器調(diào)制器模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號

PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號數(shù)字發(fā)送器1、數(shù)據(jù)、信息和信號2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信源和信宿：信源就是信息的發(fā)送端，是發(fā)出待傳送信息的設(shè)備；信宿就是信息的接收端，是接收所傳送信息的設(shè)備。信號轉(zhuǎn)換設(shè)備：是將信源發(fā)出的信息轉(zhuǎn)換成適合于在信道上傳輸?shù)男盘柕脑O(shè)備。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號正文正文數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)舉例數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)舉例(b)局域網(wǎng)用戶通過Internet上網(wǎng)通信數(shù)據(jù)通信InternetPSTN用戶用戶MODEMNAS服務(wù)器路由器AAA服務(wù)器電話網(wǎng)用戶訪問Internet2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念有線雙絞線同軸電纜光纜無線地面微波衛(wèi)星微波無線電波紅外線，藍牙等技術(shù)3、傳輸媒體3、傳輸媒體雙絞線銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放置，再用規(guī)則的方法絞合起來。絞合的導(dǎo)線可以減少相鄰線對的相互干擾。多對絞合導(dǎo)線構(gòu)成了雙絞線電纜。雙絞線可用于模擬傳輸和數(shù)字傳輸。價格低，安裝方便，但帶寬窄，抗干擾性能較差。雙絞線2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體雙絞線A扭絞距線徑0.4～1.4mmB近端串?dāng)_遠(yuǎn)端串?dāng)_白綠綠白橙藍白藍橙白棕棕12345678局域網(wǎng)EIA/TIA568A

UTP內(nèi)4對8線的編號與線色2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體類型阻抗返回?fù)p耗 近端串?dāng)_ >1Mhz100m 100m3類UTP10012db43db4類UTP10012db58db5類UTP10012db64db雙絞線2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體同軸電纜外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護套層內(nèi)導(dǎo)體2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線（單股實心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層以及保護塑料外層組成。由于外導(dǎo)體屏蔽層的作用，同軸電纜具有較好的抗干擾特性（特別是高頻段），適合高速數(shù)據(jù)傳輸。通常按特性阻抗數(shù)值不同，可分為兩類：50Ω同軸電纜：數(shù)據(jù)通信中傳輸基帶信號75Ω同軸電纜：模擬傳輸系統(tǒng)（CATV）

同軸電纜2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體RG-8/RG-1110Base5阻抗50粗纜0.4”

RG-58A/U10Base2阻抗50細(xì)纜0.18”

RG-59U10Broad3600阻抗75CATV0.25”

RG-63ARCnet阻抗930.25”(0.635cm)同軸電纜傳輸特性2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體光纜遠(yuǎn)供電源光纖及包層填充物外護套包帶層光纜結(jié)構(gòu)剖面圖2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念利用光的全反射原理，通過纖芯傳導(dǎo)。通過傳遞光脈沖進行通信。3、傳輸媒體光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成。纖芯很細(xì)，直徑為8～100um，且折射率較高，包層相對折射率較低。多根光纖構(gòu)成光纜。光纖通信衰耗小，距離長，抗干擾能力強，傳輸容量大，保密性好。多模光纖：多條不同入射角光線在一條光纖中，以多種模式傳輸。單模光纖：直徑只有一個光波長大小，以一種模式直線傳輸。光纜2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體光線在光纖中的折射折射角入射角包層（低折射率的媒體）包層（低折射率的媒體）纖芯（高折射率的媒體）包層纖芯2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體光纜高折射率(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?.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體光纖輸入脈沖輸出脈沖單模光纖輸入脈沖輸出脈沖多模光纖2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體在交通不便、施工不便的地方（高山、海洋、城市），或距離較遠(yuǎn)的情況下，使用無線傳輸方式，成本較低。信息技術(shù)的發(fā)展，人們要求在運動中進行電話通信或計算機通信。無線電波可以在自由空間各個方向傳播，實現(xiàn)多種通信。這種通信不使用前述的各種導(dǎo)向傳輸媒體，故稱為“非導(dǎo)向傳輸媒體”。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波調(diào)幅無線電調(diào)頻無線電海事無線電光纖電視(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024移動無線電2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體無線傳輸所使用的頻段很廣，人們可以根據(jù)需要使用不同頻段特性進行通信。傳統(tǒng)無線電：長波、中波、短波甚高頻、特高頻、超高頻、極高頻微波通信（2－40GHz，直線傳播)地面接力微波：在地面建立若干微波中繼站，中繼站將前一站信號接收，放大后轉(zhuǎn)發(fā)到下一站，實現(xiàn)“接力”式傳輸。衛(wèi)星通信：將微波中繼站放在衛(wèi)星上實現(xiàn)。通信建立遠(yuǎn)，覆蓋面積大。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體地面微波的工作頻率范圍一般為1～20GHz，其特點是直線傳播，因此只能在視距范圍內(nèi)進行傳輸。由于受到地形和天線高度的限制，兩微波站間的通信距離一般為30～50km。又稱為“中繼微波”，或“微波中繼”。地面微波2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體衛(wèi)星通信的最大特點是通信距離遠(yuǎn)，且通信費用與通信距離無關(guān)。使用衛(wèi)星實現(xiàn)“微波中繼”。同步衛(wèi)星發(fā)射出的電磁波能輻射到地球上的通信覆蓋區(qū)的跨度達18000多公里。理論上，只要地球赤道上空的同步軌道上，等距離地放置3顆相隔120度的通信衛(wèi)星，就能基本上實現(xiàn)全球的通信。衛(wèi)星微波2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體衛(wèi)星微波波段頻率(GHz)下行(GHz)上行(GHz)問題C4/63.7~4.25.925~6.425地面上的干擾Ku11/1411.7~12.214.0~14.5降雨Ka20/3017.7~21.727.5~30.5降雨，設(shè)備價格高2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體無線電波是一個廣義的概念，從含義上講，無線電波是全向傳播，而微波是定向傳播。無線電波不同頻段用于不同通信方式3~30MHz，用于短波通信；30~300MHz，用于數(shù)據(jù)通信；蜂窩無線電移動通信。無線電波2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體紅外線技術(shù)已經(jīng)在計算機通信中得到了應(yīng)用，例如兩臺筆記本電腦對著紅外接口，可傳輸文件。紅外線鏈路只需一對收發(fā)器，可調(diào)制不相干的紅外光，在視線距離的范圍內(nèi)傳輸，具有很強的方向性。紅外線技術(shù)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念3、傳輸媒體紅外線技術(shù)和藍牙技術(shù)等調(diào)制非相干紅外線光2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)在數(shù)字通信中，將相同時間間隔的信號稱為碼元。傳碼速率：傳碼速率又稱為調(diào)制速率、波特率，記作NBd，是指在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每秒鐘傳輸信號碼元的個數(shù)，單位是波特（Baud）。傳信速率：又稱為比特率，記作Rb，是指在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，每秒鐘傳輸二進制碼元的個數(shù)，單位是比特/秒（bit/s,或kbit/s或Mbit/s）。

數(shù)據(jù)傳輸速率2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

數(shù)據(jù)傳輸速率2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)[例2-1]若信號碼元持續(xù)時間為1×10-4秒，試問傳送8電平信號，則傳碼速率和傳信速率各是多少？解：由于T=1×10-4秒，所以傳碼速率NBd=1/T=10000波特由于傳送的信號是8電平，所以，M=8。則傳信速率Rb=NBdlog2

M=30000bit/s。

數(shù)據(jù)傳輸速率2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

信道帶寬信號帶寬：(bandwidth)是指信號具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。模擬信道：表示通信線路允許通過的信號頻帶范圍就稱為線路帶寬(通頻帶)。數(shù)字信道：“帶寬”是所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”同義語，單位是“比特每秒”。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

信道帶寬常用的帶寬單位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）請注意：在計算機界，數(shù)據(jù)量的表示K=210,M=220,G=230,T=240。2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念時間軸上信號的寬度隨速率的增大而變窄，對應(yīng)的信號頻率增加，則占用帶寬也增加。每秒

106

個比特時間1

01

0

111s帶寬為1Mb/s

時間每秒

4

106

個比特0.25s帶寬為4Mb/s

帶寬4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)

誤碼率和誤組率誤碼率：在一定時間內(nèi)接收到出錯的比特數(shù)e1與總的傳輸比特數(shù)e2之比。Pe＝（e1/e2)×100％由于實際的傳輸信道及通信設(shè)備存在隨機差錯與突發(fā)差錯，而數(shù)據(jù)通信常采用數(shù)據(jù)塊或幀為單位進行傳輸，使用誤組率可以更好反映傳輸效率。誤組率：在一定時間內(nèi)接收出錯的組數(shù)b1與總的傳輸組數(shù)b2之比。Pb＝（b1/b2)×100％2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念發(fā)送時延（傳輸時延）：發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間。信道帶寬：數(shù)據(jù)在信道上的發(fā)送速率。常稱為數(shù)據(jù)在信道上的傳輸速率。發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（比特/秒）

時延4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念傳播時延：電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。信號傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。傳播時延=信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）

時延4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念處理時延：交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延是處理時延中的重要組成部分。處理時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時的通信量。有時可用排隊時延作為處理時延。

時延4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念數(shù)據(jù)從源點經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)傳送，到達目的點所經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延和處理時延之和：總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延

時延4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

時延1011001…發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點

B結(jié)點

A在發(fā)送器產(chǎn)生發(fā)送時延(即傳輸時延)在隊列中產(chǎn)生處理時延數(shù)據(jù)從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念所謂高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。提高網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，減小網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，主要是減少發(fā)送時延和處理時延。

時延4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

時延4、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)[例2-3]若AB兩臺計算機之間的距離為1000km，假定在電纜內(nèi)信號的傳播速度是2×108m/s，試對下列類型的鏈路分別計算發(fā)送時延和傳播時延。（1）數(shù)據(jù)塊長度為108bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Mb/s；（2）數(shù)據(jù)塊長度為1000bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gbit/s內(nèi)容綱要

數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳送技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信接口特征2.2數(shù)據(jù)傳輸方式1、并行傳輸與串行傳輸2、異步傳輸與同步傳輸3、單工、半雙工和全雙工傳輸4、模擬傳輸和數(shù)字傳輸2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

并行傳輸1、并行傳輸與串行傳輸并行傳輸指的是數(shù)據(jù)以成組的方式，在兩個系統(tǒng)之間多條并行信道上同時進行傳輸。8位/16位/32位

2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

并行傳輸1、并行傳輸與串行傳輸通信速度快，一個單位時間可以傳送一組數(shù)據(jù)。收、發(fā)雙方有時需要另外的電路信號協(xié)調(diào)收發(fā)操作，來實現(xiàn)收發(fā)雙方的字符同步。并行傳輸必須有多條并行信道，成本比較高，不適宜遠(yuǎn)距離傳輸，因此一般在高速、近距離傳輸中使用。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

串行傳輸1、并行傳輸與串行傳輸串行傳輸指的是組成字符的若干位二進制碼排列成數(shù)據(jù)流在一條信道上逐位順序傳輸。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

串行傳輸1、并行傳輸與串行傳輸優(yōu)點：只需一條傳輸信道，成本低，易于實現(xiàn)，是目前遠(yuǎn)距離通信主要采用的一種傳輸方式。缺點：收、發(fā)雙方必須保持字符同步。要使接收方能夠從接收的數(shù)據(jù)比特流中正確區(qū)分出與發(fā)送方相同的每個字符，這是串行傳輸必須解決的問題。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2、異步傳輸與同步傳輸在數(shù)據(jù)傳輸中，接收方必須在所接收的比特流中，正確識別“0”，“1”信號的取樣（尋找最佳判斷時間），識別和確認(rèn)一個8位字符的開始，識別一組數(shù)據(jù)的開始，這個技術(shù)稱為收發(fā)雙方的同步。有三種同步：位同步，字符同步和幀同步（又稱為：組同步，數(shù)據(jù)塊同步）。位同步一般通過相關(guān)電路提取同步時鐘。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

異步傳輸（字符級同步）2、異步傳輸與同步傳輸不論字符所采用的代碼為多少位，在發(fā)送每一個字符代碼（即字符的數(shù)據(jù)位）時，都要在前面加上一個起始位，表示一個字符的開始；后面加上一個停止位，表示一個字符的結(jié)束。

2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

異步傳輸（字符級同步）2、異步傳輸與同步傳輸異步傳輸方式以字符為單位傳輸，又稱為起止式同步。接收方可以根據(jù)字符之間從終止到起始的跳變，即由“1”變“0”的下降沿來識別一個字符的開始，進行取樣，直到取樣完整個字符，以區(qū)分字符。優(yōu)點：實現(xiàn)字符同步比較簡單，收發(fā)雙方的時鐘信號不需要嚴(yán)格同步。缺點：對每個字符都需加入起始位和終止位，因而傳輸效率低。由于所傳輸?shù)膬蓚€字符之間間隔可以是任意時間長度，因此又稱為異步傳輸方式。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式2、異步傳輸與同步傳輸

異步傳輸（字符級同步）2.2數(shù)據(jù)傳輸方式

同步傳輸（數(shù)據(jù)組級同步）2、異步傳輸與同步傳輸同步傳輸方式以固定的時鐘節(jié)拍來發(fā)送數(shù)據(jù)信號，因此在一個串行數(shù)據(jù)流中，各信號碼元間隔一定。數(shù)據(jù)的發(fā)送一般以組(或幀)為單位，采用幀同步方式，同時實現(xiàn)字符同步。優(yōu)點：不需要單獨加起始位和終止位，故具有較高的傳輸效率。缺點：必須建立準(zhǔn)確的時鐘信號，實現(xiàn)起來比較復(fù)雜。

2.2數(shù)據(jù)傳輸方式3、單工、半雙工和全雙工傳輸單工傳輸——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。半雙工傳輸——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當(dāng)然也就不能同時接收)。全雙工傳輸——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。全雙工傳輸?shù)乃木€或二線傳輸全雙工數(shù)據(jù)傳輸可以使用四線或二線傳輸技術(shù)實現(xiàn)。四線傳輸時有兩條物理上獨立的信道，一條發(fā)送一條接收。二線傳輸可以把兩個方向的信號采用頻分復(fù)用或時分復(fù)用的方法將信道的帶寬一分為二，或采用回波抵消技術(shù)使兩個方向的數(shù)據(jù)共享信道帶寬。2.2數(shù)據(jù)傳輸方式4、模擬傳輸和數(shù)字傳輸模擬傳輸模擬信號：時間和幅度取值連續(xù)變化的信號量。模擬信道：適于模擬信號傳輸?shù)男诺滥M傳輸系統(tǒng)：傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)數(shù)字傳輸數(shù)字信號：時間和幅度取值離散（不連續(xù)變化）的信號量。數(shù)字信道：適于數(shù)字信號傳輸?shù)男诺罃?shù)字傳輸系統(tǒng)：傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)幅度時間幅度時間內(nèi)容綱要

數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)傳輸方式

數(shù)據(jù)傳送技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信接口特征2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)1、數(shù)據(jù)序列的電信號表示2、信道容量的概念3、基帶傳輸4、頻帶傳輸5、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)1、數(shù)據(jù)序列的電信號表示數(shù)據(jù)序列單極性不歸零碼單極性歸零碼雙極性不歸零碼雙極性歸零碼0100110001112.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)1、數(shù)據(jù)序列的電信號表示數(shù)據(jù)序列偽三元編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼差分編碼0100110001112.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。

碼元傳輸?shù)乃俾试礁?，或信號傳輸?shù)木嚯x越遠(yuǎn)，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴(yán)重。2、信道容量的概念失真不嚴(yán)重失真嚴(yán)重實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴(yán)重)

數(shù)字信號通過實際的信道2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念信道容量是指在一定的條件下，給定通信路徑（信道）上所能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念信道容量噪聲誤碼率帶寬數(shù)據(jù)傳輸速率理想低通信道的最高碼元傳輸速率N=2WBaudW是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz)奈奎斯特(Nyquist)定理不能通過能通過0頻率(Hz)W(Hz)2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念在理想的低通信道中，如果信道帶寬為WHz，則此系統(tǒng)最高碼元傳輸速率是每秒

2

W

個碼元。每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒

2

個碼元。Baud是波特，是碼元傳輸速率的單位，1波特為每秒傳送1個碼元。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念奈奎斯特(Nyquist)定理實際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元速率，要明顯地低于奈氏準(zhǔn)則給出上限數(shù)值。波特(Baud)和比特(bit)是兩個不同的概念。波特是碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝唬棵雮鞫嗌賯€碼元）。碼元傳輸速率也稱為調(diào)制速率、波形速率或符號速率。比特是信息量的單位。

要強調(diào)以下兩點2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念當(dāng)考慮傳輸線路上所傳輸?shù)臄?shù)字信號時，并未考慮信號本身的特點。信號的狀態(tài)數(shù)不同，所攜帶的信息量也不同（用二進制方法表示信息量）。若信號為二狀態(tài)，可以用0，1表示。若信號為四狀態(tài)，需要2位二進制數(shù)的組合來表示4種狀態(tài)。M種信號狀態(tài)，可以用n位二進制表示，則n＝log2M2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念信息的傳輸速率“比特/秒”與碼元的傳輸速率“波特”在數(shù)量上有一定的關(guān)系。若1個碼元只攜帶1bit的信息量，則“比特/秒”和“波特”在數(shù)值上相等。若1個碼元攜帶nbit的信息量，則NBaud的碼元傳輸速率所對應(yīng)的信息傳輸速率為N

nb/s。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念傳輸比特流10011100……10011100…………2bit一組4種幅度,1個碼元攜帶2bit信息,n=log2M(M碼元狀態(tài)數(shù))t32102.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念無噪聲的情況下，在帶寬為W的信道，其最大的數(shù)據(jù)傳輸速率C（信道容量）為

C=2Wlog2M2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念[例2-6]一個無噪聲的話音帶寬為4000Hz，采用8相調(diào)制解調(diào)器傳送二進制信號，試問信道容量是多少？香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C(信道容量）

可表達為

C=Wlog2(1+S/N)b/sW為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念香農(nóng)(Shannon)定理所謂信噪比是通信系統(tǒng)中信號和噪聲的功率之比。信噪比是沒有單位的，但在實際應(yīng)用中，常常以分貝為單位表示信噪比的大小。

其關(guān)系可表達為

（S/N）dB=10log10(S/N)2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念關(guān)于信噪比[例2-7]一個數(shù)字信號通過兩種物理狀態(tài)經(jīng)信噪比為20dB的3kHz帶寬的信道傳送，其數(shù)據(jù)率不會超過多少？

應(yīng)用舉例2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念解：已知信噪比電平為20dB，則信噪功率比S/N=100 C=3000log2(1+100)=30006.66=19.98kbit/s數(shù)據(jù)率不會超過19.98kbit/s信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。

香農(nóng)公式表明2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念若信道帶寬

W

或信噪比

S/N

沒有上限（當(dāng)然實際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率

C

也就沒有上限。實際信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。

香農(nóng)公式表明2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念

奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)作用范圍源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源點終點發(fā)送器接收器輸入信息輸出信息輸入數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)2、信道容量的概念2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)3、基帶傳輸

基帶信號

在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機中二進制比特序列的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號是典型的矩形脈沖信號。人們把矩形脈沖信號的固有頻帶稱作基本頻帶(簡稱為基帶)，這種矩形脈沖信號就叫做基帶信號。在數(shù)字信道上，計算機中的數(shù)據(jù)是以矩形脈沖信號直接傳送的，這種傳送方法稱為基帶傳輸。

2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)4、頻帶傳輸頻帶傳輸又稱為調(diào)制傳輸，就是先將基帶信號變換成便于在模擬信道中傳輸?shù)摹⒕哂休^高頻率范圍的信號（頻帶信號），再將這種頻帶信號在信道中傳輸。2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)4、頻帶傳輸

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬傳輸有些傳輸媒體只適合于傳輸模擬信號，為充分利用現(xiàn)有的傳輸資源，必須將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號才能傳輸。將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程叫調(diào)制（實際上是用數(shù)字信號控制模擬信號的某些參數(shù)，使模擬信號攜帶信息）。將攜帶信息的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（或稱從已調(diào)制的模擬信號中提取數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)）的過程叫解調(diào)。最常用的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)－模擬信號轉(zhuǎn)換設(shè)備是調(diào)制解調(diào)器（MODEM），同時具有調(diào)制和解調(diào)的功能，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，是一種典型的DCE設(shè)備。常用的調(diào)制技術(shù)：載波：一種便于發(fā)射和接收，及技術(shù)實現(xiàn)的高頻簡諧波或周期性脈沖信號。當(dāng)載波為高頻簡諧波時，可用三個參數(shù)描述：振幅、頻率、相位?？刂七@三個參數(shù)變化，可以實現(xiàn)調(diào)制功能。4、頻帶傳輸

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)控制載波的幅度，稱為數(shù)字調(diào)幅，又稱幅移鍵控，簡稱ASK。以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)控制載波的相位，稱為數(shù)字調(diào)相，又稱相移鍵控，簡稱PSK。以數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)控制載波的頻率，稱為數(shù)字調(diào)頻，又稱頻移鍵控，簡稱FSK。4、頻帶傳輸

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)4、頻帶傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)010011100基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相5、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)在數(shù)字信道中傳輸數(shù)據(jù)信號稱為數(shù)據(jù)信號的數(shù)字傳輸，簡稱為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。抽樣量化編碼模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號數(shù)字信道解碼恢復(fù)數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)5、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸2.3數(shù)據(jù)傳送技術(shù)時間量化幅值量化采樣間隔Ts

2fc模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號內(nèi)容綱要

數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳送技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信接口特征2.4多路復(fù)用隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，通信終端和交換設(shè)備的性能不斷提高，而價格卻迅速降低。傳輸媒體由于資源有限，制造成本增加，即使采用原料豐富的光纖線路，但鋪設(shè)費用也在增長。其投資在整個通信網(wǎng)絡(luò)占有的比重越來越大。信道復(fù)用技術(shù)是在一條傳輸信道中傳輸多路信號，以提高傳輸媒體的利用率。2.4多路復(fù)用1、頻分復(fù)用2、時分復(fù)用3、碼分復(fù)用4、波分復(fù)用2.4多路復(fù)用1、頻分復(fù)用當(dāng)傳輸信道的帶寬較大，而所傳輸?shù)男盘栔恍璨糠謳捑涂蓪崿F(xiàn)有效傳送，則可以在信道中同時傳輸多路信號，每路信號占用部分帶寬。頻分復(fù)用是按頻率劃分不同的子信道，每個子信道占用不同的頻率范圍。采用調(diào)制技術(shù)，將信號搬移到信道相應(yīng)的頻段上。頻分復(fù)用常用于載波電話系統(tǒng)、電視等。2.4多路復(fù)用1、頻分復(fù)用頻率1頻率3頻率2頻率4時間頻率T4T3T2T1T1T2T3T4ADSL調(diào)制解調(diào)器的頻譜利用頻譜頻率(kHz)下行上行傳統(tǒng)電話6.3Mb/s1.5Mb/s04205050011001401502.4多路復(fù)用2、時分復(fù)用時分復(fù)用是采用時間分片方式來實現(xiàn)傳輸信道的多路復(fù)用，即每一路信號傳輸都使用信道的全部帶寬，但只能使用其中某個時隙。靜態(tài)時分復(fù)用中，多個數(shù)據(jù)終端的信號分別在預(yù)定的時隙內(nèi)傳輸，其分配關(guān)系固定，周期性使用，收發(fā)雙方保持同步，又稱同步時分復(fù)用。若無數(shù)據(jù)傳輸時，對應(yīng)時隙空閑。靜態(tài)時分復(fù)用時高速傳輸介質(zhì)容量等于各個低速終端數(shù)據(jù)速率之和。2.4多路復(fù)用2、時分復(fù)用頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀2.4多路復(fù)用2、時分復(fù)用頻率時間CDCDCDCDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀BBBB在

TDM

幀中的位置不變2.4多路復(fù)用2、時分復(fù)用頻率時間BDBDBDBDAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀CCCC在

TDM

幀中的位置不變2.4多路復(fù)用2、時分復(fù)用頻率時間BCBCBCBCAAAATDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀在

TDM

幀中的位置不變DDDD2.4多路復(fù)用2、時分復(fù)用靜態(tài)時分復(fù)用中，每個數(shù)據(jù)終端的信號與傳輸時隙分配關(guān)系固定，無數(shù)據(jù)傳輸時，對應(yīng)時隙空閑。因此效率較低。動態(tài)時分復(fù)用又稱異步時分復(fù)用，或稱統(tǒng)計時分復(fù)用（STDM），是按需分配媒體資源，提高了傳輸媒體的利用率。動態(tài)時分復(fù)用中，用戶數(shù)據(jù)傳輸速率之和可以大于高速線路傳輸容量。動態(tài)時分復(fù)用中需要使用緩沖存儲和流量控制技術(shù)來保證數(shù)據(jù)正確傳送。2.4多路復(fù)用2、時分復(fù)用ABCDaabbcdbcattttt4個時分復(fù)用幀#1④③②①acbcd靜態(tài)時分復(fù)用#2#3#4用戶2.4多路復(fù)用2、時分復(fù)用用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計時分復(fù)用2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用碼分復(fù)用是蜂窩移動通信中迅速發(fā)展的一種信號處理方式。常用的名詞是碼分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片(chip)。2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用每個站被指派一個惟一的mbit碼片序列。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列二進制反碼。

例如，S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列11100100。S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用每個站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且還必須互相正交(orthogonal)。在實用的系統(tǒng)中是使用偽隨機碼序列。2.4多路復(fù)用令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)都是0：3、碼分復(fù)用2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用令向量S為(–1–1–1+1+1–1+1+1)，向量T為(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入公式就可看出這兩個碼片序列是正交的。2.4多路復(fù)用任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1。一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。3、碼分復(fù)用2.4多路復(fù)用3、碼分復(fù)用S站的碼片序列S110ttttttm個碼片tS站發(fā)送的信號SxT站發(fā)送的信號Tx總的發(fā)送信號Sx+Tx規(guī)格化內(nèi)積S

Sx規(guī)格化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端2.4多路復(fù)用4、波分復(fù)用波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。波分復(fù)用技術(shù)可以進一步提高光纖的傳輸容量，滿足通信需求量的迅速增長和多媒體通信。波分復(fù)用利用了一根光纖可以同時傳輸多個不同波長的光載波的特點，把光纖可能應(yīng)用的波長范圍劃分成若干個波段，每個波段作一個獨立的通道傳輸一種預(yù)定波長的光信號。2.4多路復(fù)用4、波分復(fù)用密集波分復(fù)用（DWDM，DenseWavelengthDivisionMultiplexing）是一種支持巨大數(shù)量信道的系統(tǒng)?，F(xiàn)代的技術(shù)已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)信道間波長間隔為納米級的復(fù)用，甚至可以實現(xiàn)波長間隔為零點幾個納米級的復(fù)用，只是在器件的技術(shù)要求上更加嚴(yán)格而已，DWDM實現(xiàn)了波長間隔較小的8個波、16個波、32乃至更多個波長的復(fù)用。

2.4多路復(fù)用4、波分復(fù)用與此對照，還有波長密度較低的WDM系統(tǒng)，稱為稀疏波分復(fù)用（CWDM，CoarseWaveDivisionMultiplexing）。（1）CWDM載波通道間距較寬，因此一根光纖上只能復(fù)用2到16個左右波長的光波，“稀疏”與“密集”稱謂的差別就由此而來；（2）CWDM使用調(diào)制激光，而DWDM采用的是冷卻激光，它需要冷卻技術(shù)來穩(wěn)定波長，實現(xiàn)起來難度很大，成本也很高。CWDM避開了這一難點，因而大幅降低了成本。2.4多路復(fù)用4、波分復(fù)用1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km內(nèi)容綱要

數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳送技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)

數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信接口特征2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)交換是一種集中和轉(zhuǎn)接的概念。如果網(wǎng)絡(luò)的分布范圍廣，用戶眾多，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜。多個用戶之間的通信，如果采用點對點直接連接的方式，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模大，費用高，線路利用率低。用戶數(shù)為N，則連接線路數(shù)為N(N-1)/2。當(dāng)N很大，N2數(shù)量級的線路數(shù)使得網(wǎng)絡(luò)成本迅速增加，且總體利用率不高。2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)采用交換方式，利用集中和轉(zhuǎn)接的概念，通過選擇和復(fù)用技術(shù)，可以提高線路資源的利用率，簡化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，降低網(wǎng)絡(luò)成本。集中是根據(jù)用戶分布情況設(shè)置匯聚點，所有用戶線路和信息集中到該節(jié)點。根據(jù)需要，可以采用分級集中方式，即匯聚點的信息再次集中。2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)匯聚節(jié)點數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于用戶數(shù)，則節(jié)點之間的通信線路數(shù)減少，降低了通信網(wǎng)絡(luò)總成本。根據(jù)通信的統(tǒng)計特性，匯聚節(jié)點之間高速線路的容量可以小于用戶通信總?cè)萘?。由于采用分級匯聚集中方式，且匯聚點之間采用網(wǎng)狀連接方式，則信息傳送可能需要在節(jié)點之間多次轉(zhuǎn)接。網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)交換節(jié)點轉(zhuǎn)接中心用戶線中繼線全連通2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)交換網(wǎng)絡(luò)用戶接口中繼接口控制單元信號單元中繼線用戶線（1）建立連接（2）維持連接（3）拆除連接2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)電話交換機內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路交換報文交換分組交換快速分組交換多速率電路交換快速電路交換存儲-轉(zhuǎn)發(fā)ATM交換X.25分組網(wǎng)幀中繼、SMDS信元交換2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)通信網(wǎng)交換方式分類電路交換報文交換分組交換IP網(wǎng)絡(luò)多速率電路交換面向連接的IP網(wǎng)絡(luò)存儲-轉(zhuǎn)發(fā)X.25分組網(wǎng)光傳輸網(wǎng)絡(luò)一個通信網(wǎng)絡(luò)由許多交換節(jié)點連接傳輸線路組成，信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸要經(jīng)過一系列的交換節(jié)點，從一條線路轉(zhuǎn)換到另一條線路，最后到達目的地。交換節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)信息的方式，稱為交換方式。電路交換報文交換分組交換2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)電路交換正向證實信號正向拆線信號主叫掛機反向拆線信號被叫掛機被叫用戶主叫用戶回鈴音取機撥號撥號音占用信號占用信號振鈴?fù)ㄔ?信息傳送)連接釋放呼叫建立交換機A交換機B交換機C掛機忙音電路交換方式的傳輸時延連接釋放數(shù)據(jù)傳送連接建立ABCDt報文電路交換在電路交換方式中，根據(jù)采用的交換技術(shù)，可以分為兩種類型：空分交換：以機電方式或計算機控制的交叉點開/關(guān)來控制信息的轉(zhuǎn)接。交換規(guī)模與交叉矩陣大小相關(guān)。時分交換：計算機控制分時讀寫公共總線或存儲器，實現(xiàn)信息的轉(zhuǎn)接。交換規(guī)模與交換時延、傳輸速率相關(guān)?？辗纸粨Q技術(shù)1234ABCDBAD4 CSpaceDivisionSwitching時分交換技術(shù)時段（時隙TimeSlot）交換時段時間的定義：數(shù)據(jù)傳輸時間+總線上從頭至尾的傳播時間?？偩€速率（背板）要求高。例：19.2kbps的100條全雙工線路，總線速率>1.92Mbps。TDM總線交換機制：總線上速率決定了同時可通信數(shù)。TimeDivisionSwitching控制單元123n交換網(wǎng)絡(luò)時分交換技術(shù)存儲器訪問交換機制順序?qū)懭?，控制讀出控制寫入，順序讀出控制寫入，控制讀出控制單元123n交換網(wǎng)絡(luò)123n高速交換要求高速存儲器隨著交換規(guī)模增加，高速存儲器容量要求迅速增加。電路交換的主要特點電路交換是一種實時交換，適用于實時要求高的話音通信(全程200ms)。在通信前要通過呼叫為主、被叫用戶建立一條物理連接。如果呼叫請求數(shù)超過交換網(wǎng)的連接能力(過負(fù)荷)，用戶會聽到忙音。衡量電話交換服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)之一：呼叫損失率。電路交換是預(yù)分配帶寬，話路接通后，即使無信息傳送也白白占電路，據(jù)統(tǒng)計，傳送話音時電路利用率僅為36%。計算機在電路交換網(wǎng)上實現(xiàn)點到點的數(shù)據(jù)通信，遵循ITU-T的V系列建議。電路交換的主要特點電路交換網(wǎng)的交換設(shè)備可選用程控電話交換機。電話網(wǎng)的設(shè)計對象是話音通信，在電話網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸，是電話網(wǎng)的增值業(yè)務(wù)。在傳送信息時，交換節(jié)點不處理所傳輸?shù)男畔?，實現(xiàn)了透明通信；但也沒有任何差錯控制措施，不利于傳輸可靠性要求高的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。要求通信雙方主機設(shè)置一致，如異步串行通信：數(shù)據(jù)速率數(shù)據(jù)位停止位校驗方式（E、O、N）C1C4C3C2C3本地網(wǎng)省中心大區(qū)中心地市中心縣中心長途網(wǎng)AB電話交換網(wǎng)構(gòu)成2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)報文交換報文交換的特點：存儲-轉(zhuǎn)發(fā)t用戶B用戶A交換機A交換機B交換機CM1M1M1M1傳播時延傳輸時延存儲/處理時延報文交換的傳輸時延報文報文報文ABCDt報文交換的時延特性報文從用戶終端到交換節(jié)點，或交換節(jié)點間的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程包括四方面的時延：(1)

傳播時延(PropagationDelay) tprop=L/v 式中，tprop為傳播時延，L為傳輸距離，v為電波速度(3x105公里/秒) (2)

傳輸時延(TransmissionDelay) tT=D/C 式中，tT為傳輸時延，D為報文長度，C為傳輸速率。（發(fā)送的時間與接收的時間相同）報文交換的時延特性(3)

處理時延(ProcessingDelay)處理時延是指交換節(jié)點內(nèi)部執(zhí)行程序所開銷的時間。tproc與報文長度、處理機處理能力有關(guān)。

(4)

存儲時延(QueueingDelay)交換節(jié)點將收到的報文先在緩存單元存儲，等待轉(zhuǎn)發(fā)處理。存儲時延也就是在緩存單元的排隊時間tq。tq是隨機的，與交換節(jié)點的交換能力、網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷有關(guān)。報文交換特點(1)交換節(jié)點采用存儲－轉(zhuǎn)發(fā)方式對每份報文完整地加以處理。(2)

每份報文中含有報頭，包含收、發(fā)雙方的地址，以便交換節(jié)點進行路由選擇，可以一對多地傳送報文。(3)報文交換可進行速率、碼型的變換，具有差錯控制措施。(4)存儲－轉(zhuǎn)發(fā)時延大，隨機性也大。網(wǎng)絡(luò)或交換機過負(fù)荷時，將會導(dǎo)致報文延遲。分組交換為了解決報文交換中由于報文長度變化導(dǎo)致傳輸時延隨機變化大，對處理能力和存儲能力要求不一的缺點，發(fā)送節(jié)點對報文按照一定長度分段，對每個“報文段”采用存儲－轉(zhuǎn)發(fā)方式傳輸。每個報文段(Packet)稱為“分組”或“包”，故稱為分組交換或包交換。分組交換使用動態(tài)時分復(fù)用技術(shù)，提高了傳輸資源的利用率。P2P1報文…主機B主機A鏈路P5P6P4P3P2P1PSEaPSEbPSEc2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)3、分組交換主機C分組交換的傳輸時延P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4ABCDP2P1分組交換的特點（1）傳送的分組長度一定，處理要求統(tǒng)一，平均傳輸時延減小，一致性得到改善。（2）采用統(tǒng)計時分多路復(fù)用，可實現(xiàn)多路通信功能，提高了線路利用率。（3）能夠?qū)崿F(xiàn)不同類型的數(shù)據(jù)終端設(shè)備（含有不同的傳輸速率、不同的編碼、不同的通信控制規(guī)程等）之間的通信。（4）數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量高、可靠性高，可使用優(yōu)先級控制傳輸質(zhì)量。分組交換的缺點由于采用存儲—轉(zhuǎn)發(fā)方式處理分組，所以分組在網(wǎng)內(nèi)的平均時延可達幾百毫秒。每個分組附加的分組標(biāo)題，都會需要交換機分析處理，而增加開銷，因此分組交換適宜于計算機通信的突發(fā)性或斷續(xù)性業(yè)務(wù)的需求，而不適合于在實時性要求高、信息量大的環(huán)境中應(yīng)用。分組交換技術(shù)比較復(fù)雜，涉及到網(wǎng)絡(luò)的流量控制、差錯控制、編碼、速率的變換方法和接口；網(wǎng)絡(luò)的管理和控制的智能化等。內(nèi)容綱要

數(shù)據(jù)通信的基本概念

數(shù)據(jù)傳輸方式數(shù)據(jù)傳送技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)數(shù)據(jù)通信接口特征2.6數(shù)據(jù)通信接口特性物理層基本概念物理層是OSI參考模型中的最低一層，向下是與物理設(shè)備之間的接口，直接與傳輸介質(zhì)相連接，使二進制數(shù)據(jù)位流通過該接口從一臺設(shè)備傳送給相鄰的另一臺設(shè)備；向上為數(shù)據(jù)鏈路層提供透明的比特流傳輸服務(wù)。物理層接口不僅包括DTE－DCE之間的接口，也包括DCE－DCE之間的接口。物理層協(xié)議物理層通過執(zhí)行建立物理連接和數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ芟驍?shù)據(jù)鏈路層提供服務(wù)。從物理鏈路的構(gòu)成來看，物理層可處于多種環(huán)境之中，不同類型和特性的物理鏈路由不同的物理層協(xié)議描述。物理層協(xié)議與通信設(shè)備的接口特性密切相關(guān)，通信設(shè)備接口有機械、電氣、功能、規(guī)程四個方面的特性。2.6數(shù)據(jù)通信接口特性通信接口特性是指DTE和DCE之間連接的物理特性。這種連接特性與所選用的DCE類型、傳輸信道（模擬/數(shù)字）、通信方式（半雙工/全雙工）和通信速率有關(guān)。物理層標(biāo)準(zhǔn)主要描述了通信接口的相關(guān)特性。但物理層不包括傳輸媒體本身。2.6數(shù)據(jù)通信接口特性由于歷史原因，通信接口相關(guān)特性標(biāo)準(zhǔn)大多采用CCITT的有關(guān)建議標(biāo)準(zhǔn)。V系列建議是為了在模擬傳輸系統(tǒng)（電話網(wǎng)）中實現(xiàn)數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)。X系列建議是專門為數(shù)據(jù)通信制定的，符合開放系統(tǒng)互連參考模型的標(biāo)準(zhǔn)。其它通信接口標(biāo)準(zhǔn)，如I系列、G系列。為了減少標(biāo)準(zhǔn)數(shù)量，也可使用其它標(biāo)準(zhǔn)，如ISO的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。2.6數(shù)據(jù)通信接口特性物理層的主要任務(wù)描述為確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即：機械特性：指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等等。電氣特性：指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。規(guī)程特性：指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序和條件。

2.6數(shù)據(jù)通信接口特性1、通信接口的機械特性2、通信接口的電氣特性3、通信接口的功能特性4、通信接口的規(guī)程特性5、其它通信接口標(biāo)準(zhǔn)2.6數(shù)據(jù)通信接口特性1、機械特性機械特性描述接口接插件的插頭、插座的規(guī)格、尺寸、幾何形狀，插針/插孔的數(shù)量與排列情況等。機械特性主要使用ISO標(biāo)準(zhǔn)。 ISO211025芯（2排，13/12） ISO259334芯（4排，9/8/9/8） ISO490237芯（2排，19/18） ISO490315芯（2排，8/7） 9芯（2排，5/4）2.6數(shù)據(jù)通信接口特性1、機械特性X.21接口/ISO4903V.24接口/RS-232/ISO2110V.35接口/ISO2593ABDCHMSWafjEKPUYchmJNTXbgkFLRVZdln113142518915常見接口的機械特性2.6數(shù)據(jù)通信接口特性2、電氣特性電氣特性描述通信接口的發(fā)信器（驅(qū)動器）和接收器的電氣連接方法及其電氣參數(shù)。電氣連接方法：不平衡型、半平衡型、平衡型電氣參數(shù)：電壓（電流）值、單極性/雙極性，等效電路和阻抗值、分布電容、信號上升時間等。2.6數(shù)據(jù)通信接口特性

V.28建議不平衡雙流接口電路