計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)-第2章_數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ).ppt

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ) 本章目錄 知識(shí)結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 異步傳輸與同步傳輸 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸方向 數(shù)據(jù)通信方式 頻分多路復(fù)用 時(shí)分多路復(fù)用 基帶傳輸與頻帶傳輸 碼分多路得用 差錯(cuò)檢測(cè)與控制 數(shù)據(jù)編碼類型 數(shù)據(jù)編碼方法 串行通信與并行通信 波分多路復(fù)用 2 1數(shù)據(jù)通信的基本概念 2 1 1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 2 1 1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 2 數(shù)據(jù)通信類型在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中 將傳輸模擬信號(hào)的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng) 將傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng) 1 模擬通信系統(tǒng) 普通的電話 廣播 電視等信號(hào)都屬于模擬信號(hào) 由模擬信號(hào)所構(gòu)成的通信系統(tǒng)屬于模擬通信系統(tǒng) 模擬通信系統(tǒng)通常由信源 調(diào)制器 信道 解調(diào)器 信宿以及噪音源組成 其基本結(jié)構(gòu)模型如下圖所示 2 1 1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 2 數(shù)字通信系統(tǒng) 計(jì)算機(jī)通信 數(shù)字電話以及數(shù)字電視等信號(hào)都屬于數(shù)字信號(hào) 由數(shù)字信號(hào)構(gòu)成的通信系統(tǒng)屬于數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)通常由信源 編碼器 信道 解碼器 信宿以及噪音源組成 其基本結(jié)構(gòu)模型如下圖所示 由于數(shù)字信號(hào)不適合遠(yuǎn)距離傳輸 所以在傳輸前將其變?yōu)槟M信號(hào) 因此 數(shù)字通信系統(tǒng)通常由信源 信源編碼器 調(diào)制器 信道 解調(diào)器 信道譯碼器 信源譯碼器 信宿 噪音源組成 其結(jié)構(gòu)模型如下頁(yè)圖所示 2 1 1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 在數(shù)字通信系統(tǒng)中 調(diào)制器用于將發(fā)送端數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào) 解調(diào)器用于將模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào) 我們將具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器 它在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的連接如下頁(yè)圖所示 數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型 2 1 1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng) 以上介紹了數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基本概念 事實(shí)上 無(wú)論是實(shí)現(xiàn)模擬通信 還是實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信 都涉及到一系列的技術(shù)問(wèn)題 包括數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù) 多路復(fù)用技術(shù) 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)檢測(cè)與控制技術(shù)等 調(diào)制解調(diào)器的功能作用 1 信息信息泛指那些通過(guò)各種方式傳播的 可被感受的聲音 文字 圖像 符號(hào)等所表征的某一特定事物的消息 情報(bào)或知識(shí) 2 數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示 在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是指所有輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)的總稱 數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種 模擬數(shù)據(jù) 在時(shí)間和幅值取值上都是連續(xù)變化的 例如聲音 語(yǔ)音 視頻和動(dòng)畫(huà)片等 模擬數(shù)據(jù)通常用傳感器收集 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 在時(shí)間上是離散的 在幅值上是經(jīng)過(guò)量話的 它一般是由0 1構(gòu)成的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列 2 1 2信息 信號(hào)和數(shù)據(jù) 3 信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)形式 它具有確定的物理描述 如電信號(hào) 光信號(hào)或磁場(chǎng)強(qiáng)度等 信號(hào)分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩種 2 1 2信息 信號(hào)和數(shù)據(jù) 模擬傳輸是傳輸模擬信號(hào)的一種方法 這些信號(hào)與模擬數(shù)據(jù)或數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)關(guān) 它們可以代表模擬數(shù)據(jù) 如聲音 也可以代表數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 如通過(guò)調(diào)制解調(diào)器變換了的二進(jìn)制數(shù)據(jù) 模擬信號(hào)傳送一定距離后 由于幅度衰減而失真變形 所以在長(zhǎng)距離傳送時(shí) 需在沿途加若干放大器將信號(hào)放大 相反 數(shù)字傳輸是用以數(shù)字信號(hào)形式傳輸?shù)?它可以直接傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)或編碼的二進(jìn)制數(shù)據(jù) 為了更適合傳輸介質(zhì)的要求 也可以傳輸數(shù)字化了的模擬數(shù)據(jù) 如數(shù)字化了的聲音 模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩者均可由模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)表示和傳輸 通常 模擬數(shù)據(jù)是時(shí)間的函數(shù)并占有一定的頻率范圍 這種數(shù)據(jù)可直接由占有相同頻率范圍的電磁信號(hào)表示 2 1 3模擬傳輸和數(shù)字傳輸 2 1 3模擬傳輸和數(shù)字傳輸 2 1 4信道帶寬和信道容量 1 信道帶寬 ChannelBroadband 信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率范圍 通常稱為信道的通頻帶 單位用赫茲 調(diào)制速率 表示 信道帶寬由信道的物理特性所決定 例如電話線路的頻率范圍在300 3400Hz 那么 它的帶寬范圍也在300 3400Hz 信道寬度用W表示 2 信道容量 ChannelCapacity 信道容量是指信道能傳輸信息的最大能力 一般用時(shí)間內(nèi)最大可傳送的字節(jié)數(shù)來(lái)表示 信道容量由信道帶寬F 可使用的時(shí)間T以及信道質(zhì)量決定 信道容量和信道帶寬具有正比關(guān)系 帶寬越寬 則容量越大 傳輸效率也就越高 關(guān)于信道容量的計(jì)算有兩條著名的定理 2 1 4信道帶寬和信道容量 奈奎斯特 Nyquist 定理 1942年 H Nyquist證明 任何一個(gè)信號(hào)如果通過(guò)帶寬為W Hz 的理想低通濾波器 若每秒取樣2W次 就可以完整地重現(xiàn)該濾波過(guò)后的信號(hào) 在理想條件下 無(wú)噪音有限帶寬W的信道 其最大的數(shù)據(jù)傳輸速率C 信道容量 為 式中 N為離散性信號(hào)或電平的個(gè)數(shù) 例2 1 一個(gè)無(wú)噪音的3000Hz信道傳輸二進(jìn)制信號(hào) 試問(wèn)信道容量 可允許的數(shù)據(jù)傳輸速率 是多少 解 由于傳輸?shù)亩M(jìn)制信號(hào)是 1 0 兩個(gè)電平 即N 2 W 3000Hz 則信道容量 2 1 4信道帶寬和信道容量 式中 Rmax為最大功率 W為信道帶寬 L為信道上傳輸?shù)男盘?hào)可取的離散值的個(gè)數(shù) 例2 2 一個(gè)數(shù)字信號(hào)通過(guò)兩種物理狀態(tài) 經(jīng)信噪比為20dB的3kHz帶寬信道傳送 其數(shù)據(jù)率不會(huì)超過(guò)多少 香農(nóng) Shannon 定理 1948年 ClaudeShannon在Nyquist定理基礎(chǔ)上進(jìn)而給出了在噪音的環(huán)境中 信道容量將與信噪功率比有關(guān) 信道容量與信道帶寬之間的關(guān)系 式中 N為噪音功率 S為信號(hào)功率 信道傳輸?shù)男畔⒍嗌偻耆蓭捤鶝Q定 此時(shí) 信道中的每秒所傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù)由奈奎斯特 Nyquist 準(zhǔn)則決定 數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)是衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘膮?shù) 有效性主要由數(shù)據(jù)傳輸速率 調(diào)制速率 信道帶寬 通信容量 誤碼率 傳輸延遲等來(lái)衡量 可靠性一般用數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率指標(biāo)來(lái)衡量 比特率和波特率是用來(lái)描述系統(tǒng)傳輸率的參量 數(shù)據(jù)傳輸單位 DataTransferUnit 數(shù)據(jù)傳輸單位通?？捎帽忍?碼元 碼字 碼字來(lái)表示 比特 是二進(jìn)制的縮寫(xiě) 即計(jì)算機(jī)常用術(shù)語(yǔ) 位 在數(shù)據(jù)通信中用來(lái)度量消息的信息量 碼元 是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送的二進(jìn)制數(shù)字中的每一位的通稱 例如二進(jìn)制數(shù)字1000001是由7個(gè)碼元組成的序列 碼字 在7位ASCII碼中 1000001這7個(gè)碼元組成的序列代表字母A 通常將這個(gè)字母A稱為 碼字 2 1 5其他相關(guān)術(shù)語(yǔ) 2 1 5其他相關(guān)術(shù)語(yǔ) 1 數(shù)據(jù)傳輸速率 DataTransferSpeed 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) 又稱為比特率 用bps標(biāo)記 表示每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù) 單位用比特 每秒表示 它可由下式確定 式中 T為數(shù)字信號(hào)脈沖重復(fù)周期 N為一個(gè)脈沖信號(hào)代表的有效狀態(tài)數(shù) 是2的整數(shù)倍 例如二進(jìn)制的一個(gè)脈沖可以表示 0 和 1 兩個(gè)狀態(tài) 故N 2 Log2N為單位脈沖能表示的比特?cái)?shù) 如N 4時(shí)表示一個(gè)單位脈沖為2bit 一個(gè)數(shù)字脈沖也稱為一個(gè)碼元 N為一個(gè)碼元所取的有效離散值個(gè)數(shù) 若一個(gè)碼元僅可取0和1兩種離散值 則N 2 若一個(gè)碼元可取00 01 10 11四種離散值 則N 4 2 1 5其他相關(guān)術(shù)語(yǔ) 2 波特率波特率也稱調(diào)制速率 或碼元速率 碼元對(duì)應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)拿恳晃欢M(jìn)制數(shù)字 調(diào)制速率是脈沖信號(hào)在調(diào)制過(guò)程中信號(hào)狀態(tài)變化的次數(shù) 或者說(shuō)是信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后的傳輸速率 單位是波特 Baud 通常用于表示調(diào)制解調(diào)器之間傳輸信號(hào)的速率 3 誤碼率誤碼率是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或通信信道傳輸可靠性的一個(gè)參數(shù) 其定義是 二進(jìn)制位在傳輸中被傳錯(cuò)的概率 當(dāng)所傳送的數(shù)字序列足夠長(zhǎng)時(shí) 它近似地等于被傳錯(cuò)的二進(jìn)制位與所傳輸總位數(shù)的比值 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中 誤碼率要求低于10 6 即平均每傳輸1兆位 才允許錯(cuò)l位 4 傳播速度在通信線路上 信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)傳送的距離稱為傳播速度 2 1 5其他相關(guān)術(shù)語(yǔ) 5 延遲 時(shí)延 Delay 時(shí)延是指一個(gè)報(bào)文或分組從一條鏈路的一端傳送到另一端所需的時(shí)間 它包括3部分 時(shí)延 發(fā)送時(shí)延 傳播時(shí)延 處理時(shí)延 發(fā)送時(shí)延 發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使數(shù)據(jù)塊 分組或報(bào)文 從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間 發(fā)送時(shí)延 傳輸時(shí)延 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度 信道寬度 傳播時(shí)延 電磁波在信道上的傳播一定的距離所需要花費(fèi)的時(shí)間速度傳播時(shí)延 信道長(zhǎng)度 電磁波在信道上的傳播速度 m s 處理時(shí)延 數(shù)據(jù)在交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要處理所花費(fèi)的時(shí)間 處理時(shí)延的長(zhǎng)短取決于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中當(dāng)時(shí)的通信量 當(dāng)通信量很大時(shí) 還會(huì)發(fā)生溢出 使分組丟失 2 1 5其他相關(guān)術(shù)語(yǔ) 例2 3 若A B兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的距離為1000km 假設(shè)在電纜內(nèi)信號(hào)的傳播速度是2 108m s 試對(duì)下列兩種鏈路分別計(jì)算發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為108bit 數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Mbps 數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為1000bit 數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gbps 解 根據(jù)上述計(jì)算發(fā)送時(shí)延公式和計(jì)算傳播時(shí)延公式 分別求出不同鏈路的不同時(shí)延 發(fā)送時(shí)延 108bit 1Mbps 100s傳播時(shí)延 1000bit 2 108m s 5ms 發(fā)送時(shí)延 1000bit 1Gbps 1 s傳播時(shí)延 1000km 2 108m s 5ms通過(guò)此例說(shuō)明 并非信道帶寬越寬 數(shù)據(jù)在信道上跑的速度越快 2 2數(shù)據(jù)通信方式 2 2 1串行通信與并行通信 2 2 1串行通信與并行通信 2 并行通信 ParallelTransmission 并行通信是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上傳輸 將表示一個(gè)字符的8位二進(jìn)制代碼同時(shí)通過(guò)8條并行的通信信道發(fā)送出去 這種工作方式稱為并行通信 如下圖所示 并行通信示意圖 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中 整個(gè)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)能否正確有效地工作 在相當(dāng)程度上依賴于是否能很好地實(shí)現(xiàn)同步 目前 串行通信的傳輸按通信約定的格式分為兩種 即同步通信方式和異步通信方式 1 同步傳輸 Synchronous 位同步 在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中 接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率 這個(gè)過(guò)程就叫做位同步 實(shí)現(xiàn)位同步的方法主要有以下兩種 外同步法 是在發(fā)送端發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí) 另外發(fā)送一路同步時(shí)鐘信號(hào) 接收端根據(jù)接收到的同步時(shí)鐘信號(hào)來(lái)校正時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率 實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的位同步 2 2 2異步傳輸與同步傳輸 內(nèi)同步法 是從自含時(shí)鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時(shí)鐘的方法 曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼都是自含時(shí)鐘的編碼方法 字符同步 為保證收發(fā)雙方正確傳輸字符 將字符以組為單位傳送 在每組字符之前加上一個(gè)用于同步控制的同步字符SYN 數(shù)據(jù)結(jié)束后加上后同步信號(hào) 接收端根據(jù)SYN與后同步信號(hào)確定數(shù)據(jù)字符的起始與終止 同步傳輸方式如下圖所示 2 2 2異步傳輸與同步傳輸 2 異步傳輸 asynchronous 異步傳輸一次只傳輸一個(gè)字符 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 0 占一位 停止位為 1 占1 2位 在沒(méi)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)發(fā)送方可發(fā)送連續(xù)的停止位 接收方根據(jù) 1 至 0 的跳變來(lái)判別一個(gè)新字符的開(kāi)始 然后接收字符中的所有位 異步傳輸方式如下圖所示 同步傳輸方式示意圖 2 2 2異步傳輸與同步傳輸 數(shù)據(jù)在通信線路上傳輸是有方向的 根據(jù)信號(hào)傳送的方向與時(shí)間關(guān)系 數(shù)據(jù)通信可分為三種基本工作方式 單工通信 半雙工通信與全雙工通信 2 2 3數(shù)據(jù)傳輸方向 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中 根據(jù)傳輸介質(zhì)的信道帶寬可分為基帶 頻帶和寬帶 局域網(wǎng)中主要采用基帶和頻帶傳輸 有線電視和無(wú)線局域網(wǎng)中主要采用寬帶傳輸 2 2 4基帶傳輸與頻帶傳輸 2 3數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 2 3 1數(shù)據(jù)編碼類型 在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)是用二進(jìn)制0 1比特序列表示的 在物理上是用低電平和高電平來(lái)呈現(xiàn)的 由于在線路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 因而數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ判诺烙心M信道與數(shù)字信道之分 為了便于不同數(shù)據(jù)在不同的信道中傳輸 適應(yīng)不同的傳輸特性 在數(shù)據(jù)送入信道之前必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)制和編碼 在通信系統(tǒng)中 數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼可分為4種基本形式 2 3 2數(shù)據(jù)編碼方法 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼就是如何把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用物理信號(hào)的波形表示 是用高低電平的不同組合來(lái)表示二進(jìn)制的方法 常用的編碼方式主要有3種 不歸零編碼 曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼 1 不歸零碼 Non ReturntoZero NRZ 不歸零碼是一種全寬碼 即信號(hào)波形在一個(gè)碼元全部時(shí)間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流 每一位碼占全部碼元的寬度 不歸零碼可分為單極性和雙極性兩種 單極性不歸零碼 SinglePolarityNRZ 是以無(wú)電壓 無(wú)電流 表示 0 而用恒定的正電壓表示 1 雙極性不歸零碼 DoublePolarityNRZ 是以負(fù)電壓表示 0 而用恒定的正電壓表示 1 以上反之亦然 即負(fù)電壓表示 1 正電壓表示 0 2 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一 其編碼規(guī)則是 每個(gè)比特的周期T分為前T 2與后T 2兩部分 通過(guò)前T 2傳送該比特的反碼 通過(guò)后T 2傳送該比特的原碼 3 差分曼徹斯特編碼是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn) 它將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在信號(hào)中 在傳輸代碼信息的同時(shí)將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方 所以都屬于自同步編碼 其數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1 2 2 3 2數(shù)據(jù)編碼方法 2 4多路復(fù)用技術(shù) 傳輸信號(hào)要求的帶寬與傳輸介質(zhì)允許通過(guò)的帶寬是不一樣的 為了節(jié)省開(kāi)銷(xiāo) 應(yīng)當(dāng)充分利用傳輸介質(zhì)的帶寬 在一條介質(zhì)上同時(shí)傳送多于一路以上信號(hào)的傳輸方式 叫做該介質(zhì)的多路復(fù)用 多路復(fù)用傳輸技術(shù)的基本原理如下圖所示 多路復(fù)用基本原理示意圖 2 4 1頻分多路復(fù)用 1 頻分多路復(fù)用的概念在物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下 可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同的子信道 每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào) 這就是頻分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用的基本工作原理如下圖所示 2 4 1頻分多路復(fù)用 頻分多路技術(shù)實(shí)現(xiàn)示意圖 2 頻分多路復(fù)用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻分多路復(fù)用主要用于電話模擬信號(hào)的傳輸 頻分多路復(fù)用技術(shù)用于模擬信號(hào)的頻分傳輸 主要用于電話和電視系統(tǒng) 一根CATV電纜的帶寬大約是500MHz 可傳送80個(gè)頻道的電視節(jié)目 每個(gè)頻道6MHz的帶寬中又進(jìn)一步劃分為聲音子通道 視頻子通道以及彩色子通道 并留有警戒頻帶 2 4 2時(shí)分多路復(fù)用 1 時(shí)分多路復(fù)用的概念時(shí)分多路復(fù)用 TDM 是將一條物理信道的傳輸時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片 每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片 在其占有的時(shí)間片內(nèi)用戶使用通信信道的全部帶寬 如果與FDM相比較 由于FDM是以信道頻帶作為分割對(duì)象 通過(guò)為多個(gè)信道分配互不重疊的頻率范圍的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用 因此頻分多路復(fù)用更適于模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸 而TDM則以信道傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象 通過(guò)為多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用 因此更適合于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸 2 時(shí)分多路復(fù)用的實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上 可分為同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)分多路復(fù)用兩種方式 2 4 2時(shí)分多路復(fù)用 1 同步時(shí)分 指發(fā)送端的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)一條線路向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行分時(shí)處理 它們以固定的時(shí)隙進(jìn)行分配 2 異步時(shí)分 又被稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù) 它能動(dòng)態(tài)地按需分配時(shí)隙 以避免每個(gè)時(shí)隙段中出現(xiàn)空閑時(shí)隙 異步時(shí)分在分配時(shí)隙時(shí)是不固定的 而是只給想發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送端分配其時(shí)隙段 當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí) 則不給它分配時(shí)隙 2 4 3波分多路復(fù)用 1 波分多路復(fù)用 WDM 采用的是波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用技術(shù) 在同一傳輸信道內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào) WDM和FDM基本上都基于相同原理 所不同的是WDM應(yīng)用于光纖信道上的光波傳輸過(guò)程 而FDM應(yīng)用于電模擬傳輸 波分多路復(fù)用原理如下圖所示 波分多路復(fù)用原理 2 4 3波分多路復(fù)用 2 密集波分多路復(fù)用密集波分多路復(fù)用 DWDM 是在WDM上發(fā)展起來(lái)的 最初 在一根光纖上只能傳送兩路光波信號(hào) CIENA首先推出了16路信道系統(tǒng) 現(xiàn)在已能做到在一根光纖上復(fù)用80路甚至更多路數(shù)的光載波信號(hào) DWDM的工作原理如下圖所示 密集波分多路復(fù)用原理示意圖 2 4 4碼分多路復(fù)用 1 碼分多路復(fù)用的概念碼分多路復(fù)用 CDM 是一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的新技術(shù) 筆記本電腦和掌上電腦等移動(dòng)性計(jì)算機(jī)的連網(wǎng)通信將會(huì)大量使用碼分多路復(fù)用技術(shù) 在CDM系統(tǒng)中 所有用戶占用相同的帶寬 使用同一頻率同時(shí)發(fā)送或接收信號(hào) 各個(gè)用戶的信號(hào)用各自不同的地址碼序列來(lái)區(qū)分 2 碼分多路復(fù)用的基本原理CDM的理論基礎(chǔ)是微波擴(kuò)頻通信 利用擴(kuò)頻通信中不同碼型的擴(kuò)頻碼之間的相關(guān)性 為每個(gè)用戶分配一個(gè)擴(kuò)頻編碼 以區(qū)別不同的用戶信號(hào) 發(fā)送端可用不同的擴(kuò)頻編碼分別向不同的接收端發(fā)送數(shù)據(jù) 接收端用不同的擴(kuò)頻編碼進(jìn)行解碼 就可得到不同發(fā)送端送來(lái)的數(shù)據(jù) 實(shí)現(xiàn)多址通信 2 4 4碼分多路復(fù)用 3 碼分多路復(fù)用的實(shí)現(xiàn)CDM是建立在波分多路復(fù)用的基礎(chǔ)上 既利用了一個(gè)波長(zhǎng)不同的信道 又可使不同的用戶共享一個(gè)信道 但不同用戶具有不同的正交碼形 互不重疊 其實(shí)現(xiàn)技術(shù)如下圖所示 2 5數(shù)據(jù)交換技術(shù) 各種數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信 數(shù)據(jù)通信最簡(jiǎn)單的方式是利用傳輸介質(zhì)將兩個(gè)端點(diǎn)直接相連 但每個(gè)通信系統(tǒng)都采用把收發(fā)兩端直接相連的形式是不可能的 通常通過(guò)一個(gè)由多個(gè)結(jié)點(diǎn)組成的中間網(wǎng)絡(luò) 把數(shù)據(jù)從源結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的結(jié)點(diǎn) 實(shí)現(xiàn)相互通信 因此 數(shù)據(jù)交換是研究如何通過(guò)中間網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換問(wèn)題 目前 常用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換方式可歸結(jié)為以下3種 電路交換 報(bào)文交換 分組交換 2 5 1電路交換 1 電路交換概念電路交換是根據(jù)電話交換原理發(fā)展起來(lái)的一種直接交換方式 在數(shù)字通信中 電路交換傳輸主要是應(yīng)用同步傳輸模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的 電路交換的過(guò)程分為3個(gè)步驟 電路交換原理如下圖所示 2 5 1電路交換 2 5 1電路交換 2 電路交換的優(yōu)點(diǎn) 1 連接建立后 數(shù)據(jù)以固定的傳輸率傳輸 傳輸延遲小 2 由于物理線路被單獨(dú)占用 故不可能發(fā)生沖突 3 適用于實(shí)時(shí)大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸 3 電路交換的缺點(diǎn) 1 建立連接將跨多個(gè)設(shè)備或線纜 則會(huì)需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間 2 連接建立后 由于線路是專用的 即使空閑 也不能被其它設(shè)備使用造成一定的浪費(fèi) 3 對(duì)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 2 5 2報(bào)文交換 1 報(bào)文交換的工作原理報(bào)文交換類似于發(fā)送信件 是以報(bào)文為單位發(fā)送信息 不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是多少都把它當(dāng)作一個(gè)邏輯單元 每個(gè)報(bào)文由報(bào)頭 正文和報(bào)尾3部分組成 報(bào)頭中包含發(fā)送計(jì)算機(jī)的地址和接收信息的計(jì)算機(jī)地址 通信子網(wǎng)根據(jù)報(bào)頭目的地址選擇路徑在兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的一段鏈路上逐段傳輸 不需要在兩個(gè)主機(jī)之間建立多個(gè)結(jié)點(diǎn)組成的通道 報(bào)文交換過(guò)程如下圖所示 報(bào)文交換過(guò)程 2 5 2報(bào)文交換 2 報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn) 電路利用率高 報(bào)文可以分時(shí)共享交換設(shè)備間的線路 在電路交換網(wǎng)絡(luò)上 當(dāng)通信量變得很大時(shí) 就不能接受新的呼叫 而在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)上 通信量大時(shí)仍然可以接收?qǐng)?bào)文 不過(guò)傳送延遲會(huì)增加 報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地 而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn) 報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換 3 報(bào)文交換的缺點(diǎn) 數(shù)據(jù)的傳輸延遲比較長(zhǎng) 且延遲時(shí)間長(zhǎng)短不一 因此不適用于實(shí)時(shí)或交互式的通信系統(tǒng) 當(dāng)報(bào)文傳輸錯(cuò)誤時(shí) 必須重傳整個(gè)報(bào)文 2 5 3分組交換 分組交換是報(bào)文交換的改進(jìn) 因而又稱為報(bào)文分組交換 它將報(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 有限長(zhǎng)度的分組使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)能力降低了 以提高交換速度 分組交換適用于交互式通信 如終端與主機(jī)通信 報(bào)文分組的結(jié)構(gòu)如下圖所示 報(bào)文分組的組成 報(bào)文分組交換是在電路交換和報(bào)文交換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的 因而結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn) 并且有數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式 2 5 3分組交換 1 數(shù)據(jù)報(bào)方式在數(shù)據(jù)報(bào)方式中子網(wǎng)接收主機(jī)A發(fā)送的報(bào)文經(jīng)編址 拆卸后分成若干分組 設(shè)有3個(gè)分組P1 P2 P3 CA將根據(jù)子網(wǎng)當(dāng)前的通路情況及通信量情況 將分組P1 P2 P3沿不同的子網(wǎng)路徑發(fā)送出去 接收端將接收的分組重新組裝成報(bào)文 這類服務(wù)沒(méi)有建立鏈路和拆除鏈路的過(guò)程 如下圖所示 數(shù)據(jù)報(bào)方式交換過(guò)程 2 5 3分組交換 2 虛電路方式虛電路方式是試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式與電路交換方式結(jié)合起來(lái) 發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點(diǎn) 達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果 與電路交換方式類似 虛電路方式在數(shù)據(jù)傳輸前也要建立一條傳輸通路 但這條通絡(luò)是邏輯的而非物理的 虛電路方式兩個(gè)用戶的終端設(shè)備在開(kāi)始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接 用戶不需要在發(fā)送和接收時(shí)清除連接 虛電路可以通過(guò)呼叫請(qǐng)求建立 并要賦予虛電路號(hào) 子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)之間就是通過(guò)虛電路號(hào)將分組沿子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)逐站傳遞 虛電路的工作方式如下頁(yè)圖所示 2 5 3分組交換 A1一B1虛電路 VC1 LCl 3 LC2 2 LC3 1 A2一C1虛電路 VC2 LCl 2 LC2 1 LC4 3 A3一Dl虛電路 VC3 LC1 1 LC5 4 用戶A1與用戶B1建立的虛電路為VCl LCl 3 LC2 2 LC3 1 用戶A2與用戶C1建立的虛電路為VC2 LCl 2 LC2 1 LC4 3 用戶A3與用戶D1建立的虛電路為VC3 LCl 1 LC5 4 虛電路的工作方式 2 5 3分組交換 由于虛電路方式具有電路交換與分組交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) 因此在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用 虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的主要區(qū)別如下表 2 6差錯(cuò)檢測(cè)與控制 差錯(cuò)產(chǎn)生的過(guò)程 1 差錯(cuò)的產(chǎn)生在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中 由于信號(hào)的衰減 噪音的干擾 通信線路上的數(shù)據(jù)信號(hào)與干擾信號(hào)疊加在一起 會(huì)造成接收端接收到發(fā)生差錯(cuò)的數(shù)據(jù) 例如 把 1 變?yōu)?0 和把 0 變?yōu)?1 我們把通過(guò)通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為傳輸差錯(cuò) 通常簡(jiǎn)稱為差錯(cuò) 產(chǎn)生差錯(cuò)的過(guò)程如下圖所示 2 差錯(cuò)的類型 2 6差錯(cuò)檢測(cè)與控制 2 6 1差錯(cuò)檢測(cè)方法 檢錯(cuò)法 在計(jì)算機(jī)通信中 檢測(cè)接收到的數(shù)據(jù)是否受到噪聲影響而發(fā)生了差錯(cuò)的方法是利用檢錯(cuò)碼來(lái)判斷 常用的檢錯(cuò)碼有兩種 即奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼 1 奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)碼是一種通過(guò)增加冗余位使得碼字中 的個(gè)數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法 它是一種檢錯(cuò)碼 2 循環(huán)冗余校驗(yàn) CRC碼 在發(fā)送端產(chǎn)生一個(gè)循環(huán)冗余碼 附加在信息位后面一起發(fā)送到接收端 接收端收到的信息按發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行校驗(yàn) 若有錯(cuò) 需重發(fā) 例如已知信息碼 110011 信息多項(xiàng)式 K X X5 X4