教學(xué)培訓(xùn)課件第2章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與通信基礎(chǔ)

第2章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用2021/7/91第2章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用2第2章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容2.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)2.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.4差錯(cuò)控制技術(shù)2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.6多路復(fù)用技術(shù)2021/7/92第2章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容2021/7/92.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2.2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.3OSI參考模型2021/7/932.1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2021/2.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備存在很大差異。要把這些有差異的設(shè)備連接在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，彼此要相互通信，而且要求接收方能夠正確的理解發(fā)送方發(fā)送的信息的含義，因此就需要制定網(wǎng)絡(luò)中各種計(jì)算機(jī)和通信設(shè)備共同遵守的規(guī)則或約定，這種規(guī)則或約定就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為一種規(guī)則一般要約定三個(gè)方面的內(nèi)容，我們稱之為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議三要素，即語(yǔ)法、語(yǔ)義和時(shí)序。1．語(yǔ)義。指在數(shù)據(jù)傳輸中加入哪些控制信息。2．語(yǔ)法。指?jìng)鬏敂?shù)據(jù)的格式3．時(shí)序。指數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇涡蚧虿襟E2021/7/942.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備存在很大差異。要把這些2.2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.分層網(wǎng)絡(luò)通信過程非常復(fù)雜，為了使復(fù)雜問題簡(jiǎn)單化，人們將網(wǎng)絡(luò)完成的任務(wù)分解成一個(gè)個(gè)小的子任務(wù)，然后針對(duì)每個(gè)子任務(wù)分別制定相應(yīng)的協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)術(shù)語(yǔ)中將這樣一種任務(wù)分解的方法叫分層。2.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)我們把網(wǎng)絡(luò)的這種分層結(jié)構(gòu)，以及各層協(xié)議的集合稱之為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。2021/7/952.2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.分層2021/7/95圖2-2郵政系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2021/7/96圖2-2郵政系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2021/7/962.2.3OSI參考模型背景：到了20世紀(jì)70年代，各大計(jì)算機(jī)公司都制定了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如：IBM的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA，DEC公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)DNA等帶來的問題：在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中只能使用一個(gè)廠商的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品；使用不同的廠商的產(chǎn)品組建的網(wǎng)絡(luò)不能互相連通；一旦用戶購(gòu)買了每個(gè)公司的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品組建網(wǎng)絡(luò)，那么它以后只能依賴于這個(gè)公司，自身的利益無法得到保障。如果這樣的局面不能得到改變，在這個(gè)世界上就會(huì)出現(xiàn)很多信息網(wǎng)絡(luò)的孤島，這既不符合全球用戶的需求，也不利于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身的發(fā)展。1．OSI參考模型2021/7/972.2.3OSI參考模型背景：1．OSI參考模型2021在這種背景下，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1977年成立一個(gè)專門的機(jī)構(gòu)（SC16委員會(huì)），研究如何將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來，使不同體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)。這個(gè)委員會(huì)在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，制定了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡(jiǎn)稱OSI參考模型。這里的開放系統(tǒng)的含義是：如果你的的系統(tǒng)是符合OSI標(biāo)準(zhǔn)的，那么你的系統(tǒng)就是開放的，你的系統(tǒng)就可以與其他開放的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。OSI只是一個(gè)概念性的框架，不是一個(gè)具體的標(biāo)準(zhǔn)，它只是描述了開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，對(duì)各層功能做了精確的定義，但是它沒有涉及各層協(xié)議實(shí)現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)。2021/7/98在這種背景下，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1977年成立一個(gè)專OSI參考模型將網(wǎng)絡(luò)分成七個(gè)層次，如圖2-3所示。其中：低三層（1-3層）面向通信子網(wǎng)，主要解決通信問題，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸，與通信設(shè)備有關(guān)。高三層（5-7層）面向資源子網(wǎng)，主要解決數(shù)據(jù)處理問題，負(fù)責(zé)使接收方理解發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的含義，與通信設(shè)備無關(guān)。傳輸層（第四層）是通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)的接口層，保證數(shù)據(jù)正確送達(dá)。網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)既要進(jìn)行通信處理又要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，需要有七層結(jié)構(gòu)對(duì)通信網(wǎng)和通信設(shè)備而言，由于他們的作用就是正確的傳輸信號(hào)，不需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行理解，所以，只需要有低三層（1-3層）結(jié)構(gòu)就可以了。2021/7/99OSI參考模型將網(wǎng)絡(luò)分成七個(gè)層次，如圖2-3所示。其中：網(wǎng)絡(luò)通信子網(wǎng)應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層主機(jī)主機(jī)路由器路由器傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)OSI參考模型2021/7/910通信子網(wǎng)應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈1）第7層：應(yīng)用層。通過用戶應(yīng)用程序接口為用戶應(yīng)用層序提供服務(wù)，使用戶通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?qū)?duì)網(wǎng)絡(luò)的請(qǐng)求送到網(wǎng)絡(luò)中來。2）第6層：表示層。表示層為應(yīng)用層提供服務(wù)，表示層保證一個(gè)系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)出的信息能被另一個(gè)系統(tǒng)的應(yīng)用層讀出。如果發(fā)送方和接收方數(shù)據(jù)表示格式不一致，表示層將使用一種通用的數(shù)據(jù)表示格式在多種數(shù)據(jù)表示格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。。3）第5層：會(huì)話層。會(huì)話層為表示層提供服務(wù)，在傳輸連接的基礎(chǔ)上具體實(shí)施通信雙方應(yīng)用程序的會(huì)話，包括會(huì)話建立、會(huì)話管理和終止的機(jī)制。2．各層的作用2021/7/9111）第7層：應(yīng)用層。2．各層的作用2021/7/9114）第4層：傳輸層。傳輸層為會(huì)話層提供可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸層對(duì)上層屏蔽數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w細(xì)節(jié)，為數(shù)據(jù)的傳輸提供可靠的服務(wù)。為了提供可靠的服務(wù)，傳輸層提供建立、維護(hù)端到端的傳輸連接、端到端的傳輸差錯(cuò)校驗(yàn)和恢復(fù)以及信息流控制機(jī)制等機(jī)制。5）第3層：網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層為傳輸層提供分組傳輸服務(wù)，保證報(bào)文分組能夠從一個(gè)主機(jī)通過通信子網(wǎng)送達(dá)到另一個(gè)主機(jī)上。網(wǎng)絡(luò)層把傳輸層送來的數(shù)據(jù)流分割成一個(gè)個(gè)的分組，根據(jù)分組要送達(dá)的目的主機(jī)地址，通過路由選擇算法為每個(gè)分組選擇一個(gè)最佳路徑，使分組能夠沿著這條路徑通過通信子網(wǎng)到達(dá)接收端的主機(jī)，并處理網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的擁塞（由于通信量大而引起的網(wǎng)絡(luò)擁堵、死鎖等）問題。2021/7/9124）第4層：傳輸層。5）第3層：網(wǎng)絡(luò)層。2021/7/9126）第2層：數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層在物理層連接的基礎(chǔ)上，為網(wǎng)絡(luò)層提供通信子網(wǎng)中兩個(gè)相鄰的通信節(jié)點(diǎn)間的可靠的幀傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層要對(duì)傳輸?shù)谋忍匾詭瑸閱挝粰z查錯(cuò)誤，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，要求發(fā)送端重發(fā)。另外數(shù)據(jù)鏈路層還要處理相鄰節(jié)點(diǎn)間流量控制問題。7）第1層：物理層。物理層為數(shù)據(jù)鏈路層提供比特傳輸服務(wù)，確保比特在通信子網(wǎng)中從一個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)搅硪粋€(gè)節(jié)點(diǎn)上，物理層協(xié)議主要定義傳輸介質(zhì)接口的電氣的、機(jī)械的、過程的和功能的特性，包括接口的形狀、傳輸信號(hào)電壓的高低、數(shù)據(jù)傳輸速率、最大傳輸距離、引腳的功能、動(dòng)作的次序等等。2021/7/9136）第2層：數(shù)據(jù)鏈路層。7）第1層：物理層。2021/7/9傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)通信子網(wǎng)應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層主機(jī)主機(jī)路由器路由器鏈路層物理層鏈路層物理層鏈路層物理層①⑥②③④⑤3．?dāng)?shù)據(jù)在OSI參考模型中的流動(dòng)過程2021/7/914傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)通信子網(wǎng)應(yīng)用層表示層會(huì)話層傳輸層數(shù)據(jù)2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)2.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.2.3數(shù)據(jù)通信方式2.2.4數(shù)據(jù)通信指標(biāo)2021/7/9152.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)2.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)202.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)1．信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)及其關(guān)系信息是信息論中的一個(gè)術(shù)語(yǔ)，常常把消息中有意義的內(nèi)容稱為信息。數(shù)據(jù)是指能夠輸入到計(jì)算機(jī)中并能為計(jì)算機(jī)所處理的數(shù)字、文字、字符、聲音、圖片、圖像等數(shù)據(jù)與信息關(guān)系密切，數(shù)據(jù)是信息的載體，信息要靠數(shù)據(jù)來承載；孤立的數(shù)據(jù)沒有意義，而一組有相互關(guān)系的數(shù)據(jù)可以表達(dá)特定的信息。例如，39表示數(shù)據(jù)的物理量叫信號(hào)，只有把數(shù)據(jù)表示成信號(hào)，才能夠?qū)?shù)據(jù)或信息進(jìn)行處理和傳輸。2021/7/9162.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)1．信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)及其關(guān)系信2．模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的，用隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量表示實(shí)際的數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)是隨時(shí)間離散的、跳變的，用脈沖信號(hào)的組合表示實(shí)際數(shù)據(jù)圖2-5模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)（a）模擬信號(hào)（b）模擬信號(hào)2021/7/9172．模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的，用隨時(shí)間連2.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號(hào)的二進(jìn)制0、1比特序列的模擬或數(shù)字信號(hào)的過程。通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。用模擬信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，這樣的通信系統(tǒng)叫模擬通信系統(tǒng)用數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)，這樣的通信系統(tǒng)叫數(shù)字通信系統(tǒng)2021/7/9182.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表圖2-6模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)（a）模擬通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器模擬通信網(wǎng)（b）數(shù)字通信系統(tǒng)編碼/解碼器編碼/解碼器數(shù)字通信網(wǎng)2021/7/919圖2-6模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)（a）模擬通信系統(tǒng)調(diào)制解2.2.3數(shù)據(jù)通信方式1．串行通信與并行通信10110010接收端發(fā)送端b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0發(fā)送端接收端b7b6b5b4b3b2b1b010110010（a）串行通信（b）并行通信2021/7/9202.2.3數(shù)據(jù)通信方式1．串行通信與并行通信1011002．?dāng)?shù)據(jù)通信的交互方式發(fā)送接收單向通道（a）單工通信方式發(fā)送接收單向通道（b）半雙工通信方式接收發(fā)送（c）全雙工通信方式發(fā)送接收單向通道接收發(fā)送單向通道1）單工通信：一端為發(fā)送方，只能發(fā)送數(shù)據(jù)，另一端為接收方，只能接收數(shù)據(jù)2）半雙工通信：允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸，但是，在某一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸，3）全雙工數(shù)據(jù)通信：全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸2021/7/9212．?dāng)?shù)據(jù)通信的交互方式發(fā)送接收單向通道（a）單工通信方式發(fā)送3．同步問題1）同步概念同步：就要求通信雙方的設(shè)備在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致通俗的說，所謂同步就是讓接收方知道發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)從什么時(shí)刻開始到什么時(shí)刻結(jié)束的技術(shù)。2）在數(shù)據(jù)傳輸過程中需要解決兩個(gè)層次上的同步問題一個(gè)是如何讓接收方識(shí)別出一個(gè)比特的開始和結(jié)束，這叫位同步；另一層次是讓接收方識(shí)別出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束，這叫字符同步。2021/7/9223．同步問題1）同步概念2）在數(shù)據(jù)傳輸過程中需要解決兩個(gè)層次實(shí)現(xiàn)位同步的方法有兩種，外同步法和自帶同步法1）位同步外同步法是在發(fā)送正常的數(shù)據(jù)的同時(shí)，另發(fā)一路同步時(shí)鐘信號(hào)，用同步時(shí)鐘信號(hào)去調(diào)整校正接收方的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率自帶同步法是在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)，通過編碼技術(shù)讓傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中包含同步信息2021/7/923實(shí)現(xiàn)位同步的方法有兩種，外同步法和自帶同步法1）位同步外同步2）字符同步實(shí)現(xiàn)字符同步的方法也有兩種，異步傳輸和同步傳輸。異步傳輸是以字符為單位傳輸，一個(gè)字符通常包括4-8各比特，在傳輸字符的前面，加入起始位，在傳輸字符的的后面，加入終止位。同步傳輸是多個(gè)字符組成一個(gè)數(shù)據(jù)塊一起傳輸，在數(shù)據(jù)塊的開頭和結(jié)尾分別加上用于同步控制的專用字符，如SYN或特定的比特串如01111110。2021/7/9242）字符同步實(shí)現(xiàn)字符同步的方法也有兩種，異步傳輸和同步傳輸。停止位起始位5位數(shù)據(jù)位同步時(shí)鐘0111111001111110…數(shù)據(jù)…SYN…數(shù)據(jù)…SYN（a）異步傳輸（b）同步傳輸圖2-10字符同步傳輸字符00100112021/7/925停止位起始位5位數(shù)據(jù)位同步時(shí)鐘0111111001111112.2.4數(shù)據(jù)通信指標(biāo)1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率R=1/T(bps)R為數(shù)據(jù)傳輸速率，T為脈沖寬度(一個(gè)bit的持續(xù)時(shí)間)。例如：在信道上發(fā)送一個(gè)比特的時(shí)間是0.104ms，則傳輸速率為9600bps。常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：Kb/s、Mb/s、Gb/s與Tb/s。其中：

1Kb/s=1×103b/s1Mb/s=1×106b/s1Gb/s=1×109b/s1Tb/s=1×1012b/s2021/7/9262.2.4數(shù)據(jù)通信指標(biāo)1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率2021/7/922．碼元速率C又稱調(diào)制速率、信號(hào)傳輸速率、波特率、傳碼率等。是指調(diào)制或信號(hào)變換過程中，每秒波形轉(zhuǎn)換次數(shù)或每秒傳輸波形（信號(hào)）的個(gè)數(shù)。它定義為：C=1/t（baud）C：為碼元速率，t為傳輸一個(gè)碼元所需時(shí)間，單位為波特（baud）。3．碼元速率與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系R=C*log2M（bps）

M：為一個(gè)碼元所取的離散值的個(gè)數(shù)若碼元速率不變，當(dāng)一個(gè)碼元可取的離散值增加時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率可以成倍的提高但是隨著M值的提高，信道噪聲也會(huì)增加，又會(huì)抑制傳輸速率的增加，所以M值要受到限制。2021/7/9272．碼元速率C3．碼元速率與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系2021/7/4．信道的帶寬帶寬：信道允許傳送的信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差，單位為赫茲（Hz），帶寬用于衡量一個(gè)信道的數(shù)據(jù)傳輸能力。5．信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率（信道容量）信道容量是理想情況下，即沒有傳輸損耗，沒有噪聲干擾的情況下信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。由奈奎斯特準(zhǔn)則給出。

C=2B（baud）B：為信道帶寬，C為碼元速率。若換算成數(shù)據(jù)傳輸速率：Rmax=2Blog2M2021/7/9284．信道的帶寬5．信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率（信道容量）2021/6．非理想信道與香農(nóng)（Shannon）公式考慮噪聲干擾的情況下數(shù)據(jù)傳輸速率的計(jì)算由香農(nóng)公式給出。R=Blog2(1+S/N)R：數(shù)據(jù)傳輸速率；B：信道帶寬；S/N：信號(hào)功率與噪聲功率之比，簡(jiǎn)稱信噪比。在實(shí)際應(yīng)用中，信噪比可以測(cè)量，其單位為分貝（dB），S/N與分貝的換算關(guān)系為：1dB=10log10S/N所以在應(yīng)用香農(nóng)公式時(shí)，常常是根據(jù)測(cè)得的分貝數(shù)求出信噪比，再根據(jù)香農(nóng)公式計(jì)算數(shù)據(jù)傳輸速率。2021/7/9296．非理想信道與香農(nóng)（Shannon）公式2021/7/927．誤碼率誤碼率用于衡量信道出錯(cuò)率，定義為：Pe=Ne/NPe：代表誤碼率；Ne

：代表傳輸過程中出現(xiàn)錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)；N：代表傳輸總的比特?cái)?shù)。2021/7/9307．誤碼率2021/7/9302.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)編碼2.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)編碼2.3.3模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)編碼2021/7/9312.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)編碼202.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸，就需要將原來用數(shù)字信號(hào)表示的數(shù)據(jù)，用模擬信號(hào)來加以表示。這項(xiàng)技術(shù)叫調(diào)制，在另端需要將模擬信號(hào)再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，這項(xiàng)技術(shù)叫解調(diào)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)變換的設(shè)備叫調(diào)制解調(diào)器。輸入/輸出調(diào)制解調(diào)器圖2-11調(diào)制解調(diào)器簡(jiǎn)單原理輸出/輸入有三種調(diào)制方式，即幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控2021/7/9322.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號(hào)編碼調(diào)制與解調(diào)：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬1．幅移鍵控（ASK）：用載波信號(hào)的不同幅度表示數(shù)據(jù)的0和12．頻移鍵控（FSK）：用載波信號(hào)的不同頻率表示數(shù)據(jù)的0和13．相移鍵控（PSK）：用載波信號(hào)的不同初始相位表示數(shù)據(jù)的0和12021/7/9331．幅移鍵控（ASK）：用載波信號(hào)的不同幅度表示數(shù)據(jù)的0和12021/7/9342021/7/9342.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)編碼在數(shù)字通信系統(tǒng)中直接傳輸計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)會(huì)帶來兩個(gè)問題直流分量過大同步問題，1．非歸零碼NRZ非歸零碼編碼規(guī)則：將計(jì)算機(jī)中傳來的數(shù)據(jù)用一個(gè)正電壓表示1（或0），用0電壓表示0（或1）。2021/7/9352.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)編碼在數(shù)字通信系統(tǒng)中直接傳輸計(jì)2．曼徹斯特（manchester）編碼曼徹斯特編碼的規(guī)則：表述1：每比特的周期T的中間產(chǎn)生跳變，這個(gè)跳變即起同步作用，同時(shí)，又用跳變方向代表數(shù)據(jù)0或1表述2：將每比特的周期T分為前T/2與后T/2兩部分，前T/2用該比特的反碼，后T/2用該比特的原碼。3．差分曼徹斯特（differencemanchester）編碼每比特的周期T的中間產(chǎn)生跳變，這個(gè)跳變僅起同步作用，每比特所代表的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定。當(dāng)要傳輸?shù)谋忍厥?時(shí)，在該比特到來的瞬間，編碼后的波形不產(chǎn)生跳變；當(dāng)要傳輸?shù)谋忍厥?時(shí)，在該比特到來的瞬間，編碼后的波形產(chǎn)生跳變。2021/7/9362．曼徹斯特（manchester）編碼表述2：將每比特的周2021/7/9372021/7/9372.3.3模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)編碼PCM（pulsecodeModulation)也稱為脈沖編碼調(diào)制，是一種把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的過程采用PCM編碼方案需要經(jīng)過采樣、量化、編碼三個(gè)過程采樣：每隔一定的時(shí)間對(duì)連續(xù)模擬信號(hào)采樣，連續(xù)模擬信號(hào)就成為離散的信號(hào)。根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須滿足

f≥fmax量化：是一個(gè)分級(jí)過程，把采樣所得到的脈沖信號(hào)根據(jù)幅度做N等分，然后讓每一個(gè)采樣值都近似等于一個(gè)標(biāo)稱值編碼：用一組二進(jìn)制數(shù)組合來表示采樣序列量化后的量化幅度。如果有N個(gè)量化級(jí)，那么，就應(yīng)當(dāng)用(log2N)位二進(jìn)制數(shù)來表示。2021/7/9382.3.3模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)編碼PCM（pulsecod2021/7/9392021/7/9392.4差錯(cuò)控制技術(shù)2.4.1差錯(cuò)控制概念2.4.2常用檢錯(cuò)編碼方法2.4.3反饋重發(fā)方法2021/7/9402.4差錯(cuò)控制技術(shù)2.4.1差錯(cuò)控制概念2021/72.4.1差錯(cuò)控制概念1．差錯(cuò)產(chǎn)生的原因：熱噪聲和沖擊噪聲2．差錯(cuò)控制方法：前向糾錯(cuò)和反饋重發(fā)3．檢錯(cuò)方法：在發(fā)送端運(yùn)用某種算法對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算得到冗余碼然后將冗余碼加在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的后面一起發(fā)送在接收端用同樣的算法對(duì)收到的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行相同的運(yùn)算，也得到一個(gè)冗余碼將兩個(gè)冗余碼進(jìn)行比較，如果結(jié)果相同就沒有錯(cuò)誤，否則，就判定出現(xiàn)了錯(cuò)誤。2021/7/9412.4.1差錯(cuò)控制概念1．差錯(cuò)產(chǎn)生的原因：熱噪聲和沖擊噪1．奇偶校驗(yàn)在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位或最低位增加一個(gè)附加位，使結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。增加的位稱為奇偶校驗(yàn)位。例如，原始數(shù)據(jù)=1100010（數(shù)據(jù)中有三個(gè)1）若采用偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位1，增加校驗(yàn)位后的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為11100010（數(shù)據(jù)中有四個(gè)1）。若接收方收到的字節(jié)中1的個(gè)數(shù)不是偶數(shù)個(gè)，就認(rèn)為傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤。奇偶校驗(yàn)只能檢測(cè)出奇數(shù)位錯(cuò)，對(duì)偶數(shù)位錯(cuò)則無能為力2021/7/9421．奇偶校驗(yàn)奇偶校驗(yàn)只能檢測(cè)出奇數(shù)位錯(cuò)，對(duì)偶數(shù)位錯(cuò)則無能為力2．循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余碼計(jì)算和驗(yàn)證過程如下：（1）將要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列，當(dāng)作一個(gè)多項(xiàng)式F(x)；（2）選擇一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x），設(shè)G(x）中的最高冪次為k；（3）用xk

乘F(x)；（4）使用模二除法，用G(x）去除F(x)*xk，得P（x）+R（x）/G（x），余數(shù)多項(xiàng)式R(x)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)位串即為所求的循環(huán)冗余碼；（5）將冗余碼加在F(x)的后面：F(x)*xk+R(x)，發(fā)送；（6）在接收端收到F(x)'；（7）接收端用G(x）去除F(x)'，得余數(shù)多項(xiàng)式R(x)'；（8）若R(x)'=0，則無錯(cuò)。2021/7/9432．循環(huán)冗余校驗(yàn)循環(huán)冗余碼計(jì)算和驗(yàn)證過程如下：2021/7/例如，要發(fā)送的數(shù)據(jù)為101，選擇得生成多項(xiàng)式為g(x）=X4+X3+X2+1，求CRC碼解：（1）發(fā)送的數(shù)據(jù)為101；（2）G(x）=X4+X3+X2+1，k=4，對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制序列為11101；（3）將101左移4位，得1010000；（4）做模二除法；2021/7/944例如，要發(fā)送的數(shù)據(jù)為101，選擇得生成多項(xiàng)式為g(x）=X4（5）將左移四位的數(shù)據(jù)1010000與循環(huán)冗余碼0011相加后得：1010011；即實(shí)際發(fā)送1010011。假設(shè)接收端恰好收到的是1010011（沒有錯(cuò)誤），用同樣的多項(xiàng)式對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行摸二除法運(yùn)算：2021/7/945（5）將左移四位的數(shù)據(jù)1010000與循環(huán)冗余碼0011相加CRC檢驗(yàn)碼檢查錯(cuò)誤的能力很強(qiáng)，可以檢查下列錯(cuò)誤：（1）全部單個(gè)錯(cuò)；（2）全部離散的二位錯(cuò)；（3）全部奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤；（4）全部長(zhǎng)度小于或等于k位的突發(fā)性錯(cuò)誤；（5）能以[1-(1/2)k-1]的概率檢查出長(zhǎng)度為(k+1)位的突發(fā)錯(cuò)；作為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的G(x)是：CRC-12=X12+X11+X3+X2+X+1CRC-16=X16+X15+X2+1CRC-CCITT=X16+X12+X5+1CRC-32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+12021/7/946CRC檢驗(yàn)碼檢查錯(cuò)誤的能力很強(qiáng)，可以檢查下列錯(cuò)誤：作為國(guó)際標(biāo)2.4.3反饋重發(fā)方法重發(fā)的方法有停止等待法和連續(xù)發(fā)送的方法1．停止等待發(fā)送方在發(fā)送完一個(gè)數(shù)據(jù)幀后，將發(fā)送的數(shù)據(jù)幀保存在通信裝置的緩沖區(qū)中，然后停止發(fā)送接收端收到一個(gè)幀后，檢查有沒有錯(cuò)誤，如果有錯(cuò)就丟棄，同時(shí)向發(fā)送端發(fā)送出錯(cuò)信息NAK，發(fā)送方收到NAK信息后，將發(fā)送緩沖區(qū)中的幀重發(fā)一遍；如果接收正確就將該幀送主機(jī)，同時(shí)向發(fā)送端發(fā)送確認(rèn)信息ACK，發(fā)送端收到ACK信息后，將緩沖區(qū)中的幀刪除，然后發(fā)送下一幀。2021/7/9472.4.3反饋重發(fā)方法重發(fā)的方法有停止等待法和連續(xù)發(fā)送的主機(jī)通信裝置緩沖區(qū)ACK？幀否，重發(fā)是，發(fā)下一幀通信裝置緩沖區(qū)正確？是，送主機(jī)主機(jī)否，丟棄NAK/ACK幀圖2-16停止等待方式的工作原理2021/7/948主機(jī)通信裝置緩沖區(qū)ACK？幀否，重發(fā)是，發(fā)下一幀通信裝置緩沖2．連續(xù)工作方式連續(xù)工作方式是指發(fā)送端不需要等待接收端的確認(rèn)信息就可以連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)幀連續(xù)工作方式又分為兩種類型：拉回方式選擇重發(fā)2021/7/9492．連續(xù)工作方式連續(xù)工作方式是指發(fā)送端不需要等待接收端的確認(rèn)1）拉回方式發(fā)送方向接收方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去的數(shù)據(jù)幀在緩沖區(qū)中暫存;接收方對(duì)收到的數(shù)據(jù)幀逐幀進(jìn)行檢驗(yàn)，如果一幀沒有錯(cuò)誤，就將其送主機(jī)，然后發(fā)送確認(rèn)信息ACK，發(fā)送端收到確認(rèn)信息后，在緩沖區(qū)中清除已經(jīng)正確發(fā)送的幀，騰出緩沖區(qū)，發(fā)送端主機(jī)可以繼續(xù)發(fā)送后面的幀；如果接收端檢查某幀有錯(cuò)，就將該幀及其以后到達(dá)的幀丟棄，同時(shí)向發(fā)送端發(fā)出某幀錯(cuò)誤信息NAK，發(fā)送端收到錯(cuò)誤某幀錯(cuò)誤信息后，就從該幀開始連同該幀后面的幀都重發(fā)一遍。2021/7/9501）拉回方式發(fā)送方向接收方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去的數(shù)據(jù)幀在ACKNAK主機(jī)通信裝置ACK？否，重發(fā)3、4、5是，發(fā)下一幀通信裝置3號(hào)幀正確？是，送主機(jī)主機(jī)否，丟棄3、4、5圖2-17拉回方式的工作原理緩沖區(qū)234510緩沖區(qū)2345102021/7/951ACKNAK主機(jī)通信裝置ACK？否，重發(fā)3、4、5是，發(fā)下一2）選擇重發(fā)方式發(fā)送方向接收方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去的數(shù)據(jù)幀在緩沖區(qū)中暫存;如果接收端檢查某幀有錯(cuò)，就只將該幀丟棄，其后面的幀仍繼續(xù)接收到緩沖區(qū)中，同時(shí)向發(fā)送端發(fā)出某幀錯(cuò)誤信息NAK發(fā)送端收到某幀錯(cuò)誤信息后，僅將該編號(hào)幀重發(fā)一遍。2021/7/9522）選擇重發(fā)方式2021/7/952否，丟棄3ACKNAK主機(jī)通信裝置ACK？否，重發(fā)3是，發(fā)下一幀通信裝置3號(hào)幀正確？是，送主機(jī)主機(jī)圖2-18選擇重發(fā)方式的工作原理緩沖區(qū)234510緩沖區(qū)2345102021/7/953否，丟棄3ACKNAK主機(jī)通信裝置ACK？否，重發(fā)3是，發(fā)下2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.5.1數(shù)據(jù)交換基本概念2.5.2線路交換2.5.3報(bào)文交換2.5.4分組交換2021/7/9542.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.5.1數(shù)據(jù)交換基本概念20212.5.1數(shù)據(jù)交換基本概念在遠(yuǎn)程同通信中，數(shù)據(jù)要經(jīng)過通信子網(wǎng)中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)一站一站的傳輸才能送到接收端，我們把這種通信方式稱為交換數(shù)據(jù)交換有以下幾種交換方式。2021/7/9552.5.1數(shù)據(jù)交換基本概念在遠(yuǎn)程同通信中，數(shù)據(jù)要經(jīng)過通信2.5.2線路交換交換數(shù)據(jù)之前，通信雙方先建立物理連接，然后在約定的信道上傳輸數(shù)據(jù)。線路交換經(jīng)過建立線路、傳輸數(shù)據(jù)和釋放線路三個(gè)階段。2021/7/9562.5.2線路交換交換數(shù)據(jù)之前，通信雙方先建立物理連接，（1）線路獨(dú)占，因此線路的利用率較低；（2）實(shí)時(shí)性好。傳輸數(shù)據(jù)過程中中間節(jié)點(diǎn)不對(duì)數(shù)據(jù)做任何處理，具有較好的實(shí)時(shí)性；（3）不能緩存數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)；（4）適合大量數(shù)據(jù)傳輸、交互式會(huì)話類的通信。線路交換的特點(diǎn)2021/7/957（1）線路獨(dú)占，因此線路的利用率較低；線路交換的特點(diǎn)20212.5.3報(bào)文交換1．報(bào)文交換原理主機(jī)A將發(fā)送的數(shù)據(jù)和源地址、目的地址以及其他控制信息組裝成報(bào)文，然后發(fā)送到通信子網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)A。節(jié)點(diǎn)A完成以下工作：接收?qǐng)?bào)文并存儲(chǔ)，對(duì)報(bào)文進(jìn)行檢錯(cuò)糾錯(cuò)，根據(jù)報(bào)文中的目的地址選擇一條最佳路徑如果所選路徑空閑就將報(bào)文發(fā)送出去，如果所選路徑忙就存儲(chǔ)，2021/7/9582.5.3報(bào)文交換1．報(bào)文交換原理主機(jī)A將發(fā)送的數(shù)據(jù)和源2021/7/9592021/7/9592．報(bào)文交換的特點(diǎn)主要有：（1）發(fā)送數(shù)據(jù)前不需要建立專線連接；（2）不獨(dú)占線路，多個(gè)用戶的數(shù)據(jù)可以通過存儲(chǔ)和排隊(duì)共享一條線路，線路利用率高；（3）有差錯(cuò)檢測(cè)功能，避免出錯(cuò)數(shù)據(jù)無謂傳輸；（4）有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以對(duì)不同速率的線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換；（5）不能支持實(shí)時(shí)通信和交互式的通信。2021/7/9602．報(bào)文交換的特點(diǎn)主要有：2021/7/9602.5.4分組交換所謂分組交換是在報(bào)文交換的基礎(chǔ)上，將報(bào)文分成更小的單位——分組，然后以分組為單位進(jìn)行傳輸.分組的好處：分組交換更利于檢錯(cuò)糾錯(cuò)分組很小，對(duì)中間節(jié)點(diǎn)緩沖區(qū)要求也很低1．分組交換的概念2021/7/9612.5.4分組交換1．分組交換的概念2021/7/9612．?dāng)?shù)據(jù)報(bào)交換方式（1）不需要建立專線連接，線路利用率高；（2）每個(gè)分組獨(dú)立攜帶源地址和目的地址信息；（3）每個(gè)分組可以經(jīng)過不同的路徑通過通信子網(wǎng)，到達(dá)的順序可能不同于發(fā)送的順序，可能出現(xiàn)分組丟失、重復(fù)現(xiàn)象；（4）數(shù)據(jù)延遲較大，適合于突發(fā)性通信，不適合會(huì)話式的通信；2021/7/9622．?dāng)?shù)據(jù)報(bào)交換方式（1）不需要建立專線連接，線路利用率高；23．虛電路交換方式（1）在傳輸數(shù)據(jù)之前需要建立一個(gè)邏輯連接，這個(gè)連接不獨(dú)占；（2）數(shù)據(jù)分組不需要攜帶地址信息；（3）所有分組沿一條虛電路傳輸，不會(huì)出現(xiàn)亂序、重復(fù)、分組丟失等現(xiàn)象；（4）分組經(jīng)過虛電路上的節(jié)點(diǎn)時(shí)，只做差錯(cuò)檢驗(yàn)，不需要再選擇路徑；（5）通信子網(wǎng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以與任何節(jié)點(diǎn)建立建立多條虛電路。20