物理層與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1、第2章 物理層與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)：·基本概念：模擬、數(shù)字，數(shù)據(jù)、信號(hào)，數(shù)據(jù)通信模型，噪聲。編碼，調(diào)制/解調(diào)，MODEM。信號(hào)傳輸速率，數(shù)據(jù)傳輸速率，信噪比，香農(nóng)定理。衰減，失真，噪聲，干擾，差錯(cuò)及其與傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系。模擬傳輸系統(tǒng)與數(shù)字傳輸系統(tǒng)。全雙工與半雙工，基帶傳輸與寬帶傳輸，點(diǎn)到點(diǎn)連接與多點(diǎn)連接。·傳輸介質(zhì)：有線介質(zhì)雙絞線、同軸電纜、光纖。無線介質(zhì)微波、衛(wèi)星、蜂窩無線通信。·信道復(fù)用技術(shù)：FDMA，TDMA，WDMA，CDMA。·數(shù)據(jù)交換技術(shù)：電路交換，報(bào)文交換，報(bào)文分組交換。·同步技術(shù)：比特同步，幀同步。·差錯(cuò)與差

2、錯(cuò)糾正：前向糾錯(cuò)與糾錯(cuò)碼，自動(dòng)重發(fā)糾錯(cuò)與檢錯(cuò)碼，CRC。·物理層標(biāo)準(zhǔn)舉例：EIA RS-232，EIA RS-449，X.21。21 數(shù)據(jù)通信的基本概念1、 信息、數(shù)據(jù)、信號(hào)、通信及數(shù)據(jù)處理通信系統(tǒng)基本組成數(shù)據(jù)是信息的形式表示。在計(jì)算機(jī)科學(xué)中，數(shù)據(jù)是信息的編碼。信號(hào)是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。通信是將數(shù)據(jù)從源方傳輸?shù)侥康姆?，傳輸則是對(duì)信號(hào)的傳送。通信系統(tǒng)一般組成模型方框圖通過模擬信道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的模型模擬數(shù)據(jù)：幅值連續(xù)變化且可取無限多中間值的數(shù)據(jù)。如語音、圖象等。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：幅值離散變化且不可取無限多中間值的數(shù)據(jù)。如整數(shù)、二進(jìn)制數(shù)據(jù)等。模擬信號(hào)：幅度隨時(shí)間連續(xù)變化的電磁信號(hào)。如正弦交流信號(hào)

3、。數(shù)字信號(hào)：幅度隨時(shí)間離散變化且固定的電磁信號(hào)。如矩形脈沖信號(hào)。2、信號(hào)的頻域與傳輸特性信號(hào)頻譜：將信號(hào)分解成多個(gè)正弦交流信號(hào)分量時(shí)，相關(guān)正弦交流信號(hào)之間的幅度、頻率、相位關(guān)系。信號(hào)的絕對(duì)頻帶：信號(hào)頻譜中最高頻率成份與最低頻率成份之差。1 / 14信號(hào)的有效頻帶：為滿足信號(hào)還原需求而需要傳輸?shù)男盘?hào)頻譜的最高頻率成份與最低頻率成份之差。噪聲與干擾：差錯(cuò)及其與傳輸距離和傳輸速率的關(guān)系中繼與放大：為克服信號(hào)在傳輸過程中的衰減，增加信號(hào)傳輸距離，在通信線路中往往需要設(shè)置將信號(hào)增強(qiáng)或還原的設(shè)備，在模擬通信中使用放大器，在數(shù)字通信中使用中繼器。信噪比：衡量熱噪聲對(duì)信號(hào)的干擾程度，其值=10ln(S/N)

4、dB(分貝)3、數(shù)據(jù)的表示與傳輸（四種組合） 用模擬信號(hào)表示與傳輸模擬數(shù)據(jù)：將模擬數(shù)據(jù)用占有一定頻帶的模擬信號(hào)來表示和傳輸，可使用信號(hào)轉(zhuǎn)換器（或加調(diào)制解調(diào)器）實(shí)現(xiàn)。如語音通過電話系統(tǒng)的傳輸：將聲音轉(zhuǎn)換成頻率范圍為20Hz-20KHz的音頻電信號(hào)；因其主要能量集中在300Hz-3400Hz的范圍，故截取該范圍的信號(hào)放入模擬信道傳輸。 用模擬信號(hào)表示與傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制到某一頻率的模擬電磁信號(hào)上，形成已調(diào)模擬信號(hào)后予以傳輸，使用調(diào)制/解制技術(shù)實(shí)現(xiàn)。 用數(shù)字信號(hào)表示與傳輸模擬數(shù)據(jù)：通過CODEC（編碼解碼器）將模擬信號(hào)經(jīng)采樣-量化-編碼成數(shù)字信號(hào)后，再放入數(shù)字信道傳輸。如圖像、語音的數(shù)字傳

5、輸。 用數(shù)字信號(hào)表示與傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：使用數(shù)字收發(fā)器將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼、變換成適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)后，再放入數(shù)字信道傳輸。模擬傳輸與數(shù)字傳輸：用模擬信道傳輸信號(hào)。用數(shù)字信道傳輸信號(hào)。模擬通信與數(shù)字通信：完全采用模擬通信技術(shù)傳輸模擬數(shù)據(jù)。采用數(shù)字化技術(shù)傳輸模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬傳輸與數(shù)字傳輸?shù)闹饕容^模擬信號(hào)傳輸與信號(hào)內(nèi)容無關(guān)，所攜帶的可以是模擬數(shù)據(jù)，也可以是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（通過MODEM調(diào)制的）；信號(hào)在傳輸過程中的衰減和干擾不會(huì)影響信號(hào)內(nèi)容的完整性；其傳輸距離較遠(yuǎn)，成本較高。數(shù)字信號(hào)傳輸與內(nèi)容相關(guān)；信號(hào)傳輸過程中的衰減和干擾會(huì)影響信號(hào)內(nèi)容的完整性；其傳輸距離較短，信號(hào)易衰減和失真，但成本較低，衰減和失真不累積

6、、易消除，傳輸質(zhì)量?jī)?yōu)于模擬傳輸。4、信道和信道基本參數(shù)信道：信號(hào)的傳輸通道，包括傳輸介質(zhì)和控制信號(hào)傳輸?shù)臋C(jī)制。適合傳輸模擬信號(hào)的信道稱為模擬信道，適合傳輸數(shù)字信號(hào)的信道稱為數(shù)字信道。反映信道特性的基本參數(shù)有：信道帶寬W：信道中允許有效通過的正弦交流信號(hào)的頻率范圍內(nèi)。當(dāng)頻率從零到無窮連續(xù)變化的等幅正弦交流信號(hào)通過信道時(shí)，信道對(duì)不同頻率的信號(hào)將產(chǎn)生不同的衰減，對(duì)應(yīng)信號(hào)功率衰減到一半（信號(hào)幅度相應(yīng)衰減到最大值的0.707倍）有一個(gè)高頻率點(diǎn)和一個(gè)低頻率點(diǎn)，二者之差即該信道的帶寬。低通信道：信道帶寬的下限=0帶通信道：信道帶寬的下限>0碼元速率：信號(hào)每變化一次對(duì)應(yīng)一個(gè)碼元。單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)變化的次數(shù)

7、稱為碼元傳輸速率，用波特（baud）為度量單位，故又稱波特率。數(shù)據(jù)傳輸速率：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)在信道中通過的比特?cái)?shù)，單位b/s。它與波特率的關(guān)系為：數(shù)據(jù)傳輸速率（b/s）=碼元傳輸速率（baud）×log2(信號(hào)狀態(tài)數(shù))。信道容量：信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。誤碼率：錯(cuò)碼數(shù)與傳送的位數(shù)之比。數(shù)據(jù)傳輸時(shí)延=數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)間+信號(hào)傳播時(shí)延信道吞吐量：信道上單位時(shí)間所傳送的數(shù)據(jù)量。理想無噪音低通信道的最大碼元速率=2W理想無噪音帶通信道的最大碼元速率=W香農(nóng)公式：有噪音信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率（b/s）=W log2(1+S/N) 5、信道通信方式：（1）傳輸方向單 工：A與B之間的通信只能單向進(jìn)行。半雙工

8、：A與B之間可在不同時(shí)間從任一方向另一方分時(shí)通欣。全雙工：A與B之間可以同時(shí)雙向通信。（2）信號(hào)變換基帶傳輸：不改變待發(fā)送信號(hào)的基本頻率屬性而直接在信道中傳輸。對(duì)于數(shù)字通信即將數(shù)字信號(hào)直接在信道中傳輸。頻帶傳輸：用頻率較高的模擬電磁信號(hào)作為載波，用待發(fā)送信號(hào)對(duì)載波調(diào)制后，由已調(diào)模擬信號(hào)攜帶著待發(fā)送信號(hào)在信道上傳輸。對(duì)于數(shù)字通信，即用數(shù)字信號(hào)對(duì)模擬電磁信號(hào)進(jìn)行調(diào)制（即頻譜搬移），得到占有一定頻帶的可頻分復(fù)用的已調(diào)模擬信號(hào)，再送入信道傳輸。（3）串行傳輸與并行傳輸并行傳輸：多位比特信號(hào)同時(shí)傳輸。其速度快、效率高，但傳輸距離較近。串行傳輸：各位比特信號(hào)逐位傳送。其速度較慢，但傳輸距離遠(yuǎn)。5、位同步與

9、幀同步（1）位同步保證通信過程的接受方能正確地檢測(cè)到每一個(gè)位的值。異步接收外同步自同步（2）幀同步保證通信過程的接收方能正確地知道所接收信號(hào)中一個(gè)比特組（數(shù)據(jù)幀）的起始時(shí)間和終止時(shí)間，即保證與數(shù)據(jù)發(fā)送方的同步。串行通信使用以下兩種方法。異步傳輸：將待傳送數(shù)據(jù)以字符為單位，每個(gè)字符均加入起始位、結(jié)束位等控制信息后獨(dú)立傳輸。其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但效率較低、速度較慢。同步傳輸：將待傳送數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)塊為單位（報(bào)文或分組）成批傳送，塊內(nèi)各字符或字節(jié)不再獨(dú)立地加入控制信息，而是在塊的前后各加入同步標(biāo)志指示塊的起始和終止。其傳輸效率和速度高，但控制較復(fù)雜。同步傳輸方式的主要類型有：面向字符、面向比特、字節(jié)計(jì)數(shù)、反常編

10、碼等控制方式。22 信號(hào)編碼技術(shù)1、 數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)使用調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)，可用的調(diào)制方法：幅移鍵控法ASK：用某一頻率正弦交流信號(hào)（載波）的兩個(gè)不同振幅值（如零振幅與一個(gè)非零恒定振幅）表示“0”和“1”。ASK的成本低，但抗干擾能力差、效率低且數(shù)據(jù)率較低，實(shí)際較少使用。頻移鍵控法FSK：用對(duì)稱于載波頻率附近的兩個(gè)不同頻率的等幅正弦交流信號(hào)表示“0”和“1”。其抗干擾能力較強(qiáng)，信號(hào)傳輸質(zhì)量較好。相移鍵控法PSK：用某一頻率正弦交流信號(hào)（載波）的不同初相位值表示“0”和“1”。 其抗干擾能力強(qiáng)，信號(hào)傳輸質(zhì)量好，尤其是可以方便地實(shí)現(xiàn)多元調(diào)制，以在信道波特率不變的前提下提高信息傳輸速率。如下面的信號(hào)定

11、義即可同時(shí)傳送2位二進(jìn)制信號(hào)。s(t)=Acos(2fet+45°)，當(dāng)位為11時(shí)，Acos(2fet+135°)，當(dāng)位為10時(shí)，Acos(2fet+225°)，當(dāng)位為01時(shí)，Acos(2fet+135°)，當(dāng)位為00時(shí)，正交調(diào)制QAM：同時(shí)用某一頻率正弦交流信號(hào)的不同振幅與相位的組合，可更好地實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多位二進(jìn)制信號(hào)，現(xiàn)代高速M(fèi)ODEM一般使用該方法。2、數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)（1） 不歸零倒相制（NRZI）編碼信號(hào)僅在兩個(gè)相鄰比特周期的交接點(diǎn)處才回到或經(jīng)過零電平；用每一比特周期開始位置信號(hào)是否倒相分別表示代碼“0”和“1”。其倒相信號(hào)可用于自同步且所需波

12、特率不大于比特率，但當(dāng)連續(xù)傳送不倒相代碼時(shí)容易失去同步和積累直流分量而不利于傳輸。（2） 曼徹斯特編碼屬自同步編碼，用每個(gè)比特周期的中間點(diǎn)的正、負(fù)跳變分別表示代碼“0”和“1”，此跳變同時(shí)又作為時(shí)鐘同步信號(hào)。其同步性能好、無直流分量且易于實(shí)現(xiàn)，但所需波特率是比特率的兩倍。（3） 差分曼徹斯特編碼；差分曼徹斯特編碼是曼徹斯特編碼的修改，將比特周期中點(diǎn)的跳變只作為時(shí)鐘同步信號(hào)，用比特周期開始時(shí)信號(hào)是否倒相分別表示代碼“0”和“1”。（4） mBnB編碼（n>m）高速網(wǎng)絡(luò)不適用曼徹斯特編碼，因其所需波特率太高，往往使用mBnB編碼或再接合三元編碼。將原始數(shù)據(jù)每m位分為一組，按某種規(guī)則選擇n位二

13、進(jìn)制編碼中的2m種組合表示，然后使用類似NRZI等碼型編碼傳輸，使其所需波特率值降為等于比特率的（n/m）倍。其選擇規(guī)則主要應(yīng)考慮自同步和直流分量的要求，如FDDI即使用4B5B碼。三元編碼即用信號(hào)的三種狀態(tài)（如正、負(fù)、零電平）進(jìn)行編碼，可進(jìn)一步減少所需帶寬。3、模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)使用脈沖代碼調(diào)制（PCM）技術(shù)將模擬數(shù)據(jù)經(jīng)采樣-量化-編碼后轉(zhuǎn)換成數(shù)字編碼信號(hào)，其實(shí)現(xiàn)基于奈奎斯特采樣定理。奈奎斯特采樣定理：若表示模擬數(shù)據(jù)的模擬信號(hào)的最高有效頻率為fmax，則只要采樣頻率ft2 fmax，其采樣信號(hào)即包含了原始數(shù)據(jù)的全部信息，可從中恢復(fù)原模擬數(shù)據(jù)。例：對(duì)語音信號(hào)的采樣，如取其最高有效頻率為4000H

14、Z，則每秒只需采樣8000次。若每次采樣值用7位二進(jìn)制編碼量化，則傳輸一路語音信號(hào)所需帶寬為56Kb/s。4、模擬信號(hào)模擬信號(hào)（現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程P24）5、擴(kuò)頻編碼（現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教程P24）23 多路復(fù)用技術(shù) 信道容量往往大于單個(gè)用戶的需求，此時(shí)一條信道可由多個(gè)用戶共享使用，稱為多路復(fù)用，從而提高信道使用效率和系統(tǒng)傳輸速率。常用技術(shù)有頻分多路復(fù)用（FDM）、時(shí)分多路復(fù)用（TDM）、波分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用（CDMA）。FDM：當(dāng)信道帶寬大于一路信號(hào)的傳輸需求時(shí)，將信道總頻帶分成若干個(gè)子信道，對(duì)多路信號(hào)用不同的載波調(diào)制，同時(shí)在信道中并行傳輸。此時(shí)，多個(gè)用戶在同一時(shí)間占有不同的帶寬資源。它基

15、于模擬信號(hào)傳輸。TDM：當(dāng)信道速率大于一路信號(hào)的傳輸需求時(shí)，將信道工作時(shí)間分成若時(shí)隙，不同時(shí)隙可傳輸來自不同用戶的信號(hào)。若各時(shí)隙固定分配給不同用戶，稱同步DTDM；如果是動(dòng)態(tài)分配則稱為異步STDM。TDM的實(shí)質(zhì)是使多個(gè)用戶在不同時(shí)間占有相同的帶寬資源，即分時(shí)共享。它基于數(shù)字傳輸。波分復(fù)用：即光的頻分復(fù)用，基于光纖通信。（謝希仁P85）碼分復(fù)用（CDMA）：基于直接序列擴(kuò)頻通信技術(shù)，抗干擾能力和保密性很強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)用戶在同一時(shí)間使用同樣的頻帶通信，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、占用頻帶寬、成本較高，主要用于無線LAN?；痉椒ǎ簩⒚恳粋€(gè)比特時(shí)間進(jìn)一步分成m個(gè)短的時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙稱為一個(gè)碼片，m一般取64或128。

16、系統(tǒng)中的每一個(gè)站點(diǎn)分配一個(gè)唯一的m bit碼片序列。用碼片序列的原碼表示比特1，用用碼片序列的反碼表示比特0。書寫時(shí)，將碼片序列中的代碼1寫作+1，代碼0寫作-1。對(duì)碼片序列的要求：系統(tǒng)中各站點(diǎn)的序列必須各不相同；任意兩個(gè)站點(diǎn)的碼片序列都必須互相正交，即其內(nèi)積為零；各碼片序列的反碼也都必須互相正交每一碼片序列與其自身的內(nèi)積（規(guī)格化內(nèi)積）都是1；每一碼片序列與其自身反碼的內(nèi)積（規(guī)格化內(nèi)積）都是-1。其工作過程基于系統(tǒng)中所有站點(diǎn)發(fā)送的碼片序列都是同步的；信號(hào)疊加原理。24、 數(shù)據(jù)交換技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的不同可分成交換式和廣播式兩類。廣播通信網(wǎng)為廣播式發(fā)送，不需要中間節(jié)點(diǎn)的介入和路由選擇，為L(zhǎng)

17、AN廣泛采用。交換式通信網(wǎng)由若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)組成點(diǎn)到點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)的傳送從源節(jié)點(diǎn)開始，經(jīng)若干中間節(jié)點(diǎn)的交換（轉(zhuǎn)發(fā)）到達(dá)目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。按實(shí)際的數(shù)據(jù)傳送技術(shù)，交換式通信網(wǎng)可分為線路交換網(wǎng)和分組交換網(wǎng)，后者又有虛電路和數(shù)據(jù)報(bào)兩種方式。1、 線路交換主要技術(shù)特點(diǎn)：其通信過程分成三個(gè)階段：建立連接。源節(jié)點(diǎn)發(fā)出建立連接請(qǐng)求，經(jīng)多個(gè)中間節(jié)點(diǎn)接力式地選擇路徑和分配鏈路直到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，建立一條端到端的專用物理連接。數(shù)據(jù)傳輸。所有數(shù)據(jù)均通過此專用連接直接傳輸。釋放連接。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，通過釋放請(qǐng)求釋放所占用的資源。主要優(yōu)點(diǎn)：交換設(shè)備和操作較簡(jiǎn)單；一旦建立連接后，網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶的透明度很高數(shù)據(jù)速率快且固定、不會(huì)失序、延遲低且變

18、化小。因此，適合于實(shí)時(shí)或交互式通信，如語音等。主要缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于少量數(shù)據(jù)傳送資源浪費(fèi)較大；由于連接是專用的，對(duì)于具有突發(fā)性特點(diǎn)的數(shù)據(jù)通信而言，其使用效率很低且公平性差。2、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)主要技術(shù)特點(diǎn)：要求各交換節(jié)點(diǎn)設(shè)備必須是智能的，途經(jīng)的各中間節(jié)點(diǎn)對(duì)報(bào)文予以接收、存儲(chǔ)，再選擇適當(dāng)?shù)姆较蜣D(zhuǎn)發(fā)，直到目標(biāo)節(jié)點(diǎn)。主要優(yōu)點(diǎn)：所有鏈路都是分時(shí)共享的，使效率大大提高且比較公平；對(duì)于線路交換，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載很重時(shí)將拒絕新的連接建立請(qǐng)求，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)則仍可接收?qǐng)?bào)文，只是報(bào)文的傳送時(shí)延將增加；可以提供速度和代碼轉(zhuǎn)換，差錯(cuò)校驗(yàn)，建立報(bào)文優(yōu)先級(jí)等功能。主要缺點(diǎn)：報(bào)文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延較長(zhǎng)并且變化較大。3、分組交換：基于

19、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)，并試圖接合線路交換和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)點(diǎn)。它以存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)為基礎(chǔ)，給所傳輸數(shù)據(jù)單位的長(zhǎng)度規(guī)定了一個(gè)上限，該數(shù)據(jù)單位即稱為報(bào)文分組，長(zhǎng)度超過給定上限的報(bào)文必須分解成若干個(gè)分組分別獨(dú)立地傳送。分組交換網(wǎng)的交換方式有數(shù)據(jù)報(bào)和虛電路兩種。（1） 數(shù)據(jù)報(bào)分組交換主要技術(shù)特點(diǎn)：進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸之前不需要建立連接，源站隨時(shí)可將數(shù)據(jù)組裝成分組予以發(fā)送。每個(gè)分組完全獨(dú)立地傳送，故都必須含有源和目標(biāo)地址等完整的控制信息，并且不能保證屬于同一報(bào)文的不同分組按序到達(dá)。主要優(yōu)點(diǎn)：除了具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的所有優(yōu)點(diǎn)外，還有比較靈活且可靠性較好，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)某一局部故障時(shí)，報(bào)文可臨時(shí)轉(zhuǎn)往其它方向傳送?？梢苑奖愕囟嗄繕?biāo)接收。屬于同一報(bào)文的不同

20、分組可以并行傳送。通信前不需要建立連接，對(duì)于一次只傳送少量分組的情況效率較高，適于一般的數(shù)據(jù)傳輸。主要缺點(diǎn)：除了具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的主要缺點(diǎn)外，每一分組都必須含有完整的控制信息會(huì)影響效率。（2） 虛電路分組交換主要技術(shù)特點(diǎn)：通信過程類似于線路交換，但建立的連接是由若干段邏輯鏈路組成的邏輯連接，仍然基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和分組交換。在數(shù)據(jù)傳送階段，每一分組中不再需要含有完整的目標(biāo)地址等控制信息，而只需要攜帶較短的邏輯連接號(hào)即可。主要優(yōu)點(diǎn)：除了具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的所有優(yōu)點(diǎn)外，相對(duì)于數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的其它優(yōu)點(diǎn)是一旦建立連接后，分組的傳送不會(huì)失序、延遲變化小。對(duì)于一次傳送大量分組的情況效率較高，適于實(shí)時(shí)或交互式通信。主要缺點(diǎn)

21、：除了具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的主要缺點(diǎn)外，建立連接的時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)于少量數(shù)據(jù)傳送效率較低；對(duì)系統(tǒng)故障的適應(yīng)能力差。25 差錯(cuò)校驗(yàn)與糾正技術(shù)1、基本方法信道的噪聲和干擾會(huì)使數(shù)據(jù)在傳輸過程中出錯(cuò)，檢測(cè)和糾正的基本方法有兩類：FEC（前向糾錯(cuò)）。基于糾錯(cuò)碼，發(fā)送方使用某種糾錯(cuò)碼對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后再予以發(fā)送，接收方使用同一種糾錯(cuò)碼對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)，如有差錯(cuò)則自行定位糾正。典型的糾錯(cuò)碼如海明碼。此法可不需重發(fā)數(shù)據(jù)，但需要設(shè)置的校驗(yàn)位較長(zhǎng)，對(duì)于誤碼率不是很高的情況效率較低。ARQ（自動(dòng)請(qǐng)求重傳）?；跈z錯(cuò)碼，廣泛用于數(shù)據(jù)通信，其基本原理為： 發(fā)送方用某種檢錯(cuò)碼對(duì)待發(fā)送數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼后再予以發(fā)送，并將數(shù)據(jù)暫存到

22、緩沖區(qū)； 接收方使用同一種檢錯(cuò)碼對(duì)所接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢錯(cuò)，若正確向發(fā)送方返回確認(rèn)應(yīng)答ACK，否則丟棄所接收的數(shù)據(jù)并返回否認(rèn)應(yīng)答NAK，請(qǐng)求對(duì)方重新發(fā)送。 發(fā)送方若收到ACK，則過程結(jié)束；若收到NAK，則重發(fā)數(shù)據(jù)直到被正確接收。2、CRC（循環(huán)冗余碼）校驗(yàn)碼（謝希仁P50）數(shù)據(jù)通信中常用的檢錯(cuò)碼，其基本原理為： 循環(huán)冗余碼的定義：信息的糾錯(cuò)編碼是由若干信息位連接若干校驗(yàn)位構(gòu)成的碼字。一種編碼，如果它的任意兩個(gè)碼字的對(duì)應(yīng)位作模2加，得到的仍是其碼字，則稱為線性碼。如果對(duì)線性碼的碼字循環(huán)右移一位所得的仍然是此線性碼的碼字，則稱此線性碼為循環(huán)冗余碼。 CRC檢錯(cuò)原理：將m位的幀的每一位看作一個(gè)（m-1）

23、階多項(xiàng)式M(x)中各項(xiàng)的系數(shù)，收發(fā)雙方共同使用一個(gè)r階的生成多項(xiàng)式G（x），用G（x）去除M(x)得余數(shù)多項(xiàng)式R(x)，該R(x)對(duì)應(yīng)的比特串稱為校驗(yàn)和，將R(x)連接到M(x)之后即得到含校驗(yàn)和的傳輸編碼對(duì)應(yīng)的多項(xiàng)式T(x)。接收方對(duì)所收到的T(x)用G(x)去除，若能除盡則無差錯(cuò)，否則為傳輸出錯(cuò)。 CRC編碼過程：設(shè)G(x)為r階，在M(x)對(duì)應(yīng)的比特串后加入r個(gè)零，使其長(zhǎng)度成為（m+r）位，對(duì)應(yīng)多項(xiàng)式為xrM(x)。用G(x)對(duì)應(yīng)的位串對(duì)xrM(x) 作模2除，得余數(shù)位串，對(duì)應(yīng)R(x)。按模2減法從xrM(x)對(duì)應(yīng)的位串中減去余數(shù)位串，結(jié)果就是含校驗(yàn)和的CRC編碼，對(duì)應(yīng)T(x)。例：設(shè)需

24、傳送的一個(gè)HDLC幀的信息字段為I=11001011011，地址字段為A=10001000，控制字段為C=00111011，其生成多項(xiàng)式為G(x)=x4+x+1，試求出CRC校驗(yàn)碼。計(jì)算1001001101100001100000000010011100010000011101111010110110000得余數(shù)1000，則CRC編碼碼為100010000011101111010110111000。26 傳輸介質(zhì)（謝希仁P25）傳輸介質(zhì)分為兩類：有線介質(zhì)，無線介質(zhì)。常用有線介質(zhì)有三種：雙絞線、同軸電纜和光纖。常用無線介質(zhì)有：無線電、地面微波、紅外線、衛(wèi)星信道等。對(duì)于有線介質(zhì)，主要關(guān)心下表所列特

25、性。其中，連通性指適用于多點(diǎn)連接或點(diǎn)到點(diǎn)連接；傳輸特性指適于傳輸模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)或其它。1、有線介質(zhì)常用有線介質(zhì)的特性描述與比較介質(zhì)特性雙絞線（UTP，STP）同軸電纜基帶(50)，寬帶(75CATV)光 纖（多模，單模）物理描述一對(duì)交紐的絕緣導(dǎo)線內(nèi)導(dǎo)體絕緣層外屏蔽金屬層多對(duì)光纖組成光纜傳輸特性可傳送模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)基帶電纜傳輸數(shù)字信號(hào)， 寬帶電纜傳輸寬帶模擬信號(hào)光波調(diào)制傳輸，高帶寬，低損耗，單向性連通性一般點(diǎn)到點(diǎn)，也可多點(diǎn)基帶多點(diǎn)，寬帶點(diǎn)到點(diǎn)點(diǎn)到點(diǎn)地理范圍幾百米之內(nèi)基帶幾公里，寬帶幾十公里多模幾公里，單模十幾公里抗干擾能力較 差較 好最 好相對(duì)價(jià)格較便宜較高最高（1）雙絞線：有非屏蔽（U

26、TP）和屏蔽的兩種，數(shù)據(jù)通信使用由多對(duì)雙絞線再次絞合組成的UTP雙絞線電纜。UTP又分為3類（10Mb/s），4類（16Mb/s），5類（100Mb/s）等。（2）同軸電纜有基帶和寬帶兩種，前者的特征阻抗為50，后者為75，使用時(shí)必須在電纜兩端連接對(duì)應(yīng)阻抗的匹配頭。寬帶同軸電纜的帶寬可達(dá)300-450MHZ，一般用FDM分成多個(gè)子信道。（3）光纖有多模和單模兩種，必須成對(duì)使用，一般由多對(duì)組成光纜，其帶寬可達(dá)到幾十G b/s且衰減很小，傳輸質(zhì)量很高。多模光纖基于光的不斷反射作用向前傳送光信號(hào)，其損耗較大、傳輸距離較短、速率較低，但成本較低，多用于園區(qū)網(wǎng)。單模光纖中的光線則主要沿著光纖的軸線傳送，

27、故其損耗小、傳輸距離遠(yuǎn)、速率高，但成本較高，主要用于遠(yuǎn)程主干通信。2、 無線介質(zhì)地面微波（含移動(dòng)通信）：帶寬大、靈活、通信質(zhì)量較高。保密差、氣候干擾大。衛(wèi)星信道：帶寬大、距離遠(yuǎn)、成本低、通信質(zhì)量高、特性穩(wěn)定。傳播時(shí)延大（上行加下行一般取270ms）。27 物理層（謝希仁P40）1、物理層主要功能物理層協(xié)議主要包括機(jī)械、電氣、功能和規(guī)程特性。機(jī)械特性主要定義物理接口的規(guī)格、尺寸、引腳排列等；電氣特性規(guī)定信號(hào)電平、速率、傳輸距離等；功能特性定義接口各引腳的信號(hào)、功能等；規(guī)程特性則定義各信號(hào)的工作規(guī)則與時(shí)序關(guān)系。2、典型物理層協(xié)議（謝希仁P40）EIA RS-232-C（對(duì)應(yīng)CCITT 的V.24）

28、EIA RS-449/422/423CCITT的X.21前二個(gè)標(biāo)準(zhǔn)用于模擬信道，X.21用于數(shù)字信道。附：數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)： 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)： 數(shù)據(jù)通信是指通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將數(shù)據(jù)以某種信號(hào)形式從一處安全可靠地傳送到另一處。1 信道-指信號(hào)傳輸?shù)拿劫|(zhì)，這些媒質(zhì)如：架空明線、電纜、中長(zhǎng)波地表波傳播、短波電離層反射、超短波電離層繞射、微波傳輸、光導(dǎo)纖維-等。2 通信系統(tǒng)的模型3-1： 信息源 發(fā)送設(shè)備 信道 接收設(shè)備 受信者（信宿） 噪聲Noise S/N信噪比 DB分貝3 數(shù)據(jù)：有意義的實(shí)體或者運(yùn)載信息的物理符號(hào)。數(shù)據(jù)涉及到事物的形式，而信息涉及到這些數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。它可以分為：模擬數(shù)據(jù)（在一

29、個(gè)區(qū)間里面取連續(xù)值，如聲音、圖象、溫度、壓力等等）和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（取離散值，如文本，整數(shù)、二進(jìn)制序列等）。4 信號(hào)：是數(shù)據(jù)的表現(xiàn)形式，它使得數(shù)據(jù)能以某種適當(dāng)?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸。它一般以電磁波的形式存在，可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)（信號(hào)的取值是離散的）。5 傳輸：用電信號(hào)把數(shù)據(jù)從發(fā)送端送到接收端的過程。 信號(hào)在傳輸過程中會(huì)衰減和畸變。 可以分為數(shù)字傳輸和模擬傳輸。具體到數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)，可有4種傳輸，即數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的模擬傳輸，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸。 也可以分為基帶傳輸和頻帶傳輸。 6 基帶信號(hào)：指調(diào)制前的信號(hào)，或者稱為未調(diào)制的信號(hào)，它可以直接在線路上傳輸，如高、低電平直接傳輸，在使用

30、數(shù)字信號(hào)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，如果不調(diào)制，數(shù)字信號(hào)要幾乎占滿整個(gè)帶寬。 基帶信號(hào)傳輸時(shí)，首先要解決信號(hào)的編碼問題，而不是單純用高低電平表示1和0，為什么？ 因?yàn)楹茈y同步，無法區(qū)分。見P43圖3-8。7 頻帶信號(hào)：將基帶信號(hào)調(diào)制后的信號(hào)。 它往往占有有限的帶寬，在整個(gè)頻率范圍內(nèi)各個(gè)頻帶信號(hào)的位置和載波的頻率有關(guān)。8 寬帶信號(hào)：把多路基帶信號(hào)、音頻信號(hào)、視頻信號(hào)調(diào)制到一條電纜的不同頻率處所形成的信號(hào)，它可以提高線路的利用率。9 單工、半雙工和全雙工通信10 波特率B： 也稱為調(diào)制速率或碼元速率，參見Nyquist定理，教材p3711 信道的極限信息傳輸率C：即每秒鐘傳輸?shù)男畔⒘浚簿褪俏覀冋f的帶寬。12 兩者的關(guān)系： C=Blog2N13 信道容量：信道能夠傳輸?shù)淖?/p>