第2章_數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)課件

1、2022-5-11第第2章章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2022-5-12本章內(nèi)容o基本概念 o傳輸介質(zhì)o網(wǎng)絡(luò)通信接口o數(shù)據(jù)編碼o數(shù)據(jù)傳輸方式o信道復(fù)用技術(shù)o差錯(cuò)控制及檢錯(cuò)2022-5-132.1 基本概念o信息（Information）：是對(duì)事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和特征的描述。o數(shù)據(jù)（Data）：是傳遞（載荷）信息的實(shí)體。o信號(hào)（Signal）：數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式在介質(zhì)中傳播。n模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)n基帶（Base band）、寬帶（Broad band）o信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)三者是緊密相關(guān)的。o在計(jì)算機(jī)中，信息是用數(shù)據(jù)表示的并轉(zhuǎn)換成信號(hào)進(jìn)行傳送。2022-5-14n信道（Ch

2、annel）：傳送信息的線路（或通路）。n比特（bit）：即一個(gè)二進(jìn)制位。比特率為每秒傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)（即數(shù)據(jù)傳送速率）。n碼元（Code cell）：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元。t碼元碼元1碼元碼元2碼元碼元3碼元碼元4碼元碼元5信號(hào)信號(hào)同步脈沖同步脈沖t同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開始2022-5-15o波特（Baud）：碼元傳輸?shù)乃俾蕟挝?。波特率為每秒傳送的碼元數(shù)（即信號(hào)傳送速率）。n比特率、波特率和信號(hào)編碼級(jí)數(shù)的關(guān)系如下： Rbit = Rbaud log2M 上式中： M-信號(hào)的編碼級(jí)數(shù)，Rbit-比特率，Rbaud-波特率n一個(gè)信號(hào)往往可以攜帶多個(gè)二進(jìn)制位，所以在固定的

3、信息傳輸速率下，比特率往往大于波特率。換句話說，一個(gè)碼元中可以傳送多個(gè)比特。o例如：當(dāng)波特率為9600時(shí)n若M=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/sn若M=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s2022-5-16o誤碼率：信道傳輸可靠性指標(biāo)，是一個(gè)概率值。nP=NE/N nN：傳輸?shù)目偽粩?shù)nNE：傳錯(cuò)的位數(shù)o信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法。n例如：ASCII編碼、BCD編碼等2022-5-17o數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法。o例如：字符A的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t2022-5-18o帶寬（Band width，BW）n信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通

4、信工程中：oBW fmax fmin 單位：赫茲（Hz）n在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，一般用每秒允許傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)作為帶寬的計(jì)量單位。主要單位： b/s ，kb/s，Mb/s，Gb/s。o例如：傳統(tǒng)以太網(wǎng)理論上每秒可以傳輸1千萬比特，它的帶寬為10Mb/s。2022-5-19o時(shí)延（Delay）：信息從網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需的時(shí)間。時(shí)延=處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延 +發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延o處理時(shí)延=對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和錯(cuò)誤校驗(yàn)所需的時(shí)間o排隊(duì)時(shí)延=數(shù)據(jù)在中間結(jié)點(diǎn)等待轉(zhuǎn)發(fā)的延遲時(shí)間o發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)位數(shù)/信道帶寬o傳播時(shí)延=d/s nd:距離ns:介質(zhì)中信號(hào)傳播速度(0.7c)2022-5-110o時(shí)延帶寬乘積：時(shí)延

5、帶寬乘積：某一信道所能容納的比特?cái)?shù)。時(shí)延帶寬乘積=帶寬傳播時(shí)延信道信道帶寬帶寬傳播時(shí)延傳播時(shí)延例如，某信道的時(shí)延帶寬乘積為100萬比特，這意味著第一個(gè)比特到達(dá)目的端時(shí)，源端已發(fā)送了100萬比特。2022-5-111o往返時(shí)延（Round-Trip Time，RTT）：從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開始，到發(fā)送端收到接收端的確認(rèn)所經(jīng)歷的時(shí)間RTT2傳播時(shí)延o傳輸可靠性兩個(gè)含義：o數(shù)據(jù)能正確送達(dá)o數(shù)據(jù)能有序送達(dá)（當(dāng)采用分組交換時(shí)）2022-5-112數(shù)據(jù)通信的一般概念o通信的三個(gè)要素：信源、信宿和信道噪聲噪聲信源信源發(fā)送器發(fā)送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)目的系統(tǒng)o任何信道都不是完美無缺的，

6、因此會(huì)對(duì)傳輸?shù)男盘?hào)產(chǎn)生干擾，稱為“噪聲”。n 外界：閃電、串?dāng)_、電氣設(shè)備n 內(nèi)部：介質(zhì)特性（衰減、延遲與頻率有關(guān)）2022-5-113數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道 失真不嚴(yán)重實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號(hào)波形輸出信號(hào)波形(失真不嚴(yán)重) 失真嚴(yán)重輸入信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號(hào)波形(失真嚴(yán)重)2022-5-114o信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的傳輸過程n把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過信道傳送到目的地n信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸信息信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號(hào)信號(hào)在信道上傳輸在信道上傳輸信號(hào)信號(hào)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信息信息數(shù)據(jù)編碼數(shù)據(jù)編碼調(diào)制調(diào)制解調(diào)解調(diào)數(shù)據(jù)解碼數(shù)據(jù)

7、解碼01000001A01000001A信道信道2022-5-115o編碼：數(shù)據(jù)適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)o調(diào)制：數(shù)字信號(hào)適合傳輸?shù)男问桨搭l率、幅度、相位o解調(diào)：接收波形數(shù)字信號(hào)o解碼：數(shù)字信號(hào)原始數(shù)據(jù)2022-5-1162. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的構(gòu)成o數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)n傳輸線路o有線介質(zhì)、無線介質(zhì)n傳輸設(shè)備o調(diào)制解調(diào)器、中繼器、多路復(fù)用器、交換機(jī)等n調(diào)制解調(diào)器等網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備也稱為DCE（Data Circuit Equipment）2022-5-117o數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)o包括：計(jì)算機(jī)、終端等n分為：o源系統(tǒng)（信源發(fā)送器）：發(fā)出數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)o目的系統(tǒng)（信宿接收器）：接收數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)n計(jì)算機(jī)、終端

8、等設(shè)備也稱為DTE（Data Terminal Equipment ） DCEDTEDTEDCE2022-5-118數(shù)據(jù)通信基本過程o5個(gè)階段o包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程過程 與打電話比較與打電話比較n建立物理連接 撥號(hào)，撥通對(duì)方 n建立邏輯連接 互相確認(rèn)身份n數(shù)據(jù)傳輸 互相通話n斷開邏輯連接 互相確認(rèn)要結(jié)束通話n斷開物理連接 雙方掛機(jī)2022-5-1192.2 信道及其主要特征1. 數(shù)字信道和模擬信道o數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號(hào)）傳輸數(shù)據(jù)的信道。n計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸nADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)o模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道

9、。nCATV（有線電視系統(tǒng)）、無線電廣播、電話撥號(hào)線路2022-5-120o模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)n模擬信號(hào)o時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個(gè)信號(hào)值o模擬信號(hào)能在數(shù)字信道上傳輸嗎？t2022-5-121n數(shù)字信號(hào)o時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見的是二值信號(hào)o數(shù)字信號(hào)能在模擬信道上傳輸嗎？t2022-5-122周期信號(hào)和非周期信號(hào)o周期信號(hào)n信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）o非周期信號(hào)n信號(hào)沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號(hào)）。tTTTtTTT周周期期信信號(hào)號(hào)非非周周期期信信號(hào)號(hào)tt2022-5-123數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信：在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信：

10、在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸o數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)n抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)n可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量n便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理n易于加密、保密性強(qiáng)n可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活n計(jì)算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信，如通過電話線撥號(hào)上網(wǎng)。2022-5-1242. 信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率oNyquist公式：用于無噪聲理想低通信道C = 2W log2 MC = 數(shù)據(jù)傳輸率，單位數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/s W = 帶寬，單位帶寬，單位HzM = 信號(hào)編碼級(jí)數(shù)信號(hào)編碼級(jí)數(shù)n奈奎斯特公式奈奎斯特公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。例如，話音級(jí)線路的帶 寬約為3.1kH

11、z，根據(jù)上 式計(jì)算的信道最大數(shù)據(jù) 傳輸率如右表所示：M 最大數(shù)據(jù)率最大數(shù)據(jù)率 2 6200 b/s 4 12400 b/s 8 18600 b/s16 24800 b/s32 31000 b/s2022-5-125非理想信道o實(shí)際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。n損耗引起信號(hào)強(qiáng)度減弱，導(dǎo)致信噪比S/N降低。n延遲會(huì)使接收端的信號(hào)產(chǎn)生畸變。n噪聲會(huì)破壞信號(hào)，產(chǎn)生誤碼。o例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時(shí)，持續(xù)時(shí)間0.01s的干擾會(huì)破壞約560個(gè)比特。2022-5-126010110011001010010110011001010010110111001000誤碼位傳輸數(shù)據(jù)：信號(hào)：噪聲：信號(hào)與噪聲疊

12、加：采樣時(shí)序：接收數(shù)據(jù)：原始數(shù)據(jù)：2022-5-127香農(nóng)公式oShannon公式：用于有噪聲干擾信道C = W log2 （1+S/N） C: 傳輸率，單位傳輸率，單位b/sW: 帶寬，單位帶寬，單位HzS/N: 信噪比信噪比n香農(nóng)給出了有噪聲信道的最大傳輸速率與帶寬的關(guān)系，因?yàn)閷?shí)際信道不可能沒有噪聲，所以香農(nóng)定理比奈奎斯特定理更進(jìn)了一步。n由于在實(shí)際使用中S和N的比值太大，故常取其分貝數(shù)（dB）。分貝數(shù)與信噪比的關(guān)系為：NSdB10log102022-5-128o例如，當(dāng)S/N1000時(shí)，信噪比為30dB。這個(gè)公式與信號(hào)取的離散值的個(gè)數(shù)無關(guān)，也就是說無論用什么方法調(diào)制（或編碼），只要給定了

13、信噪比，則單位時(shí)間內(nèi)最大的信息傳輸量就決定了。o例如，信道帶寬為3000Hz，信噪比為30dB，則最大數(shù)據(jù)傳輸速率為：sbC/3000097. 93000)10001 (log300022022-5-129Nyquist公式和Shannon公式的比較oC = 2W log2Mn用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）n數(shù)據(jù)傳輸率隨信號(hào)編碼級(jí)數(shù)增加而增加。oC = W log2（1+S/N）n用于有噪聲信道（實(shí)際的信道總是有噪聲?。﹏無論信號(hào)編碼級(jí)數(shù)增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達(dá)到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。n原因：噪聲的存在將使編碼級(jí)數(shù)不可能無限增加。2022-5-1302.2 傳輸介質(zhì)o要在

14、網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)之間傳輸比特，就必須先找到一個(gè)在站點(diǎn)之間傳送信號(hào)的方法，也就是說必需建立有效的物理連接。傳輸介質(zhì)提供了這種最基本的連接。o計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中采用的傳輸介質(zhì)有有線和無線兩大類。o雙絞線、同軸電纜和光纖是常見的三種有線傳輸介質(zhì)。o我們將討論這幾種建立物理連接的方法，同時(shí)還將介紹使用微波和衛(wèi)星傳送的無線通信技術(shù)。2022-5-131雙絞線o雙絞線是由螺旋狀纏繞在一起的成對(duì)絕緣導(dǎo)線組成的。每對(duì)導(dǎo)線按照一定密度相互對(duì)絞，一根導(dǎo)線在傳輸信號(hào)時(shí)的電磁輻射會(huì)被另一根導(dǎo)線上的電磁輻射抵消，從而減少相互間的電磁干擾。o由于雙絞線的價(jià)格便宜，并且安裝、維護(hù)方便，所以無論對(duì)于模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，也無論對(duì)于廣域網(wǎng)還

15、是局域網(wǎng)，雙絞線都是常用的一種網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)。2022-5-132絞合技術(shù)o雙絞線是由粗約1mm的相互絕緣的一對(duì)銅導(dǎo)線絞合組成的，對(duì)稱均勻的絞扭可以減少線對(duì)之間的電磁干擾。o絕緣材料使兩根線中的金屬導(dǎo)體不會(huì)因?yàn)榛ヅ龆鴮?dǎo)致電路短路。o雙絞線可以用每單位長(zhǎng)度導(dǎo)線上螺旋的數(shù)目來作為這種電纜的一個(gè)衡量標(biāo)準(zhǔn)。螺旋的數(shù)目越多，就越有助于降低電容和減少串?dāng)_。o串?dāng)_指相鄰導(dǎo)線對(duì)之間的相互電磁干擾。2022-5-133雙絞線的分類o雙絞線通常被捆扎起來，并裹上保護(hù)層。按照保護(hù)層的區(qū)別，雙絞線分為屏蔽雙絞線和非屏蔽雙絞線：2022-5-134非屏蔽雙絞線UTP o非屏蔽雙絞線（Unshielded Twisted

16、Pair，UTP） o通常由不同顏色的（橙綠藍(lán)棕）4對(duì)雙絞線組成，使用RJ-45連接器。 2022-5-135屏蔽雙絞線STPo 屏蔽雙絞線（Shielded Twisted Pair，STP） 電纜外層由鋁箔包裹，價(jià)格相對(duì)較高，并且需要支持屏蔽功能的特殊連接器和適當(dāng)?shù)陌惭b技術(shù)，但是性能要高于相應(yīng)的非屏蔽雙絞線UTP。 內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣層箔屏蔽銅屏蔽外套2022-5-136綜合布線使用的雙絞線o由于雙絞線價(jià)格便宜，安裝容易，適用于結(jié)構(gòu)化綜合布線，所以得到了廣泛的使用。o電子工業(yè)協(xié)會(huì) EIA定義了雙絞線電纜各種不同的型號(hào)雙絞線種類雙絞線種類類型類型帶寬帶寬Mb/s屏蔽雙絞線STP3類165類100

17、非屏蔽雙絞線UTP3類164類205類100超5類1556類2502022-5-137同軸電纜o同軸電纜是另一種常用的金屬導(dǎo)體傳輸介質(zhì)。o同軸電纜的結(jié)構(gòu)由四個(gè)部分組成：2022-5-138同軸電纜的類型規(guī)格類型阻抗描述RG-58UThinwire50固體實(shí)心銅線RG-58A/UThinwire50絞合線RG-58C/UThinwire50RG-58A/U的軍用版本RG-59CATV75寬帶電纜，用于有線電視網(wǎng)RG-8Thickwire50固體實(shí)心線RG-11Thickwire50標(biāo)準(zhǔn)實(shí)心線RG-62Baseband93用于ARCnet和IBM3270終端2022-5-139同軸電纜的用途o同軸

18、電纜通常采用基帶模式或?qū)拵Ｊ絺鬏斝畔ⅰ在基帶模式中，電纜的帶寬完全用于單一的一個(gè)數(shù)據(jù)流。高帶寬容量，將允許電纜實(shí)現(xiàn)高數(shù)據(jù)速率的傳輸?；鶐Ъ夹g(shù)廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中，因?yàn)槿魏螘r(shí)刻局域網(wǎng)上都只有一個(gè)數(shù)據(jù)流。o采用寬帶模式時(shí)，帶寬被劃分為幾個(gè)范圍。通常每一個(gè)頻率范圍都攜帶著各自的編碼信息，這樣就可以在一根電纜上同時(shí)傳輸多個(gè)數(shù)據(jù)流。為了合并及分離信號(hào)，必須在源節(jié)點(diǎn)和目標(biāo)節(jié)點(diǎn)處安裝特殊的設(shè)備。有線電視就是在單一電纜上傳輸多個(gè)信號(hào)（每個(gè)頻道一路信號(hào)）的一個(gè)例子。2022-5-140基帶同軸電纜在局域網(wǎng)中常用的基帶同軸電纜的特性阻抗為50，有兩類：RG-8或RG-11的粗纜和RG-58細(xì)纜，應(yīng)用于最初的以太

19、網(wǎng)物理層； 粗纜以太網(wǎng)（粗纜以太網(wǎng)（10Base510Base5）應(yīng)用于最初的以太網(wǎng)，采用直徑約應(yīng)用于最初的以太網(wǎng)，采用直徑約1cm1cm的硬的硬同軸電纜；使用刺入式收發(fā)器和同軸電纜；使用刺入式收發(fā)器和AUIAUI電纜組電纜組成總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)成總線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 細(xì)纜以太網(wǎng)（細(xì)纜以太網(wǎng)（10Base210Base2）細(xì)纜是在細(xì)纜是在2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代用于以太網(wǎng)的最流年代用于以太網(wǎng)的最流行的傳輸介質(zhì)；行的傳輸介質(zhì)；BNCBNC接頭，連接在接頭，連接在T T型連接型連接器的兩端器的兩端2022-5-141BNC連接器2022-5-142光纖o光纖是由能傳送光波的超細(xì)光導(dǎo)纖維制成的。o光纖通常由非

20、常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，由纖芯和包層構(gòu)成雙層同心圓柱體。2022-5-143光纖傳輸原理o光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。n纖芯-折射率高，玻璃包層-折射率低o亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無光脈沖-0o光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè)n光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管n光檢測(cè)器：光電二極管PIN/雪崩二極管APDo單向傳輸，雙向需兩根光纖o應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接。2022-5-144多模光纖和單模光纖o多模光纖(MMF)o單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近

21、一個(gè)光波波長(zhǎng)多束光線以不同的反射角傳播多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播單束光線沿直線傳播2022-5-145典型的光纜單芯光纜單芯光纜多芯光纜多芯光纜玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外殼外殼常見規(guī)格：纖芯常見規(guī)格：纖芯50um緩變型緩變型-MMF 62.5um緩變型緩變型/增強(qiáng)型增強(qiáng)型-MMF 8.3um突變型突變型-SMF 包層包層125um2022-5-146高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯芯封套封套外套外套加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯光纖光纖外鞘外鞘加強(qiáng)芯加強(qiáng)芯光纖束光纖束

22、2022-5-147實(shí)際使用的光纜分類分類方法分類方法光纜種類光纜種類按所使用的光纖分類單模光纜、多模光纜、（階躍型、漸變型）按纜芯結(jié)構(gòu)劃分層絞式、骨架式、大束管式、帶式、單元式按外護(hù)套結(jié)構(gòu)分類無鎧裝、鋼帶鎧裝、鋼絲鎧裝按光纜中有無金屬分類有金屬光纜、無金屬光纜按維護(hù)方式分類充油光纜、充氣光纜按敷設(shè)方式分類直埋光纜、管道光纜、架空光纜、水底光纜按適用范圍分類中繼光纜、海底光纜、用戶光纜、局內(nèi)光纜、長(zhǎng)途光纜2022-5-148網(wǎng)絡(luò)連接介質(zhì)同軸電纜 同軸電纜由中心的一根導(dǎo)線和包圍在某外邊的圓筒狀導(dǎo)體組成 粗纜 AUI （10Mbps、500m)細(xì)纜 BNC （10Mbps、185m） 非屏蔽雙絞線

23、 UTP 4對(duì)標(biāo)準(zhǔn)銅纜構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)：選用RJ45連接器 CATEGORY 3 10MbpsCATEGORY 5 100Mbps 屏蔽雙絞線 STP 屏蔽雙絞線是屏蔽技術(shù)和絞線技術(shù)的結(jié)合體，具有很強(qiáng)的抗電磁干擾，抗無線電干擾的能力。 光纜 采用光信號(hào)不受電磁干擾，傳輸距離長(zhǎng) 2022-5-149無線信道o無線傳輸介質(zhì)一般不是人為架設(shè)的介質(zhì)，而是自然界所存在的介質(zhì)，這種介質(zhì)就是廣義的無線介質(zhì)。在這些無線介質(zhì)中完成通信稱為無線通信。o有許多無線介質(zhì)可以替換電纜：無線電波、紅外線信號(hào)以及微波等。o因此，在使用電纜非常困難或者說根本不可能時(shí)，無線通信可以出色地代替電纜。o但是使用無線通信的限制：同一介

24、質(zhì)的其他信號(hào)、太陽黑子的運(yùn)動(dòng)、電離層變化和其他大氣干擾都會(huì)對(duì)通信信號(hào)形成干擾，從而會(huì)產(chǎn)生許多問題。2022-5-150無線電技術(shù)o自然界的聲、熱、光、電、磁都可以在空間傳播，至今人類所認(rèn)識(shí)的紅外線、可見光、紫外線、x射線和射線，本質(zhì)上都是電磁波，只是其頻率和波長(zhǎng)不同而已，這就是電磁波譜。o人類可見光的頻率在41014Hz到71014Hz之間，其電磁波譜只占很小的一段頻域。較低頻域?yàn)榧t外線，更高的頻域?yàn)樽贤饩€、X射線、射線。2022-5-151無線電波段劃分（部分） 波段號(hào)頻率范圍（f） 波長(zhǎng)范圍（） 波段名稱頻段名稱使用情況4330kHz10010km甚長(zhǎng)波VLF甚低頻特殊通信，導(dǎo)航53030

25、0kHz101km長(zhǎng)波LF 低頻天線很大，軍事應(yīng)用63003000kHz1000100m中波MF 中頻無線電廣播7330MHz10010m短波HF 高頻短波無線電830300MHz101m超短波VHF 甚高頻甚高頻電視93003GHz101dm分米波UHF 特高頻地方微波10330GHz101cm厘米波SHF 超高頻地方衛(wèi)星微波1130300GHz101mm毫米波EHF 極高頻實(shí)驗(yàn)室點(diǎn)到點(diǎn)通信123003000GHz10.1mm絲米波至高頻2022-5-152無線電BS基站基站 用戶計(jì)算機(jī)和終端用戶計(jì)算機(jī)和終端BS固定終端點(diǎn)（基站）和終端之間是無線鏈路F1, F2, F3 = 使用的頻率202

26、2-5-153微波技術(shù)o微波通信系統(tǒng)可分為地面微波中繼系統(tǒng)和衛(wèi)星微波系統(tǒng)，兩者之間的功能相似，但通信能力有很大區(qū)別。2022-5-154地面微波系統(tǒng) 地面微波系統(tǒng)由視距范圍內(nèi)的兩個(gè)相互對(duì)準(zhǔn)方向的拋物面天線組成，由于微波在空間是直線傳輸，而地球表面是個(gè)曲面，因此地面?zhèn)鬏數(shù)木嚯x受到限制，一般在50 km左右。若采用100 m的天線塔，則距離可增加到100 km。2022-5-155地面微波中繼 為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，必須在一條無線通信信道的兩個(gè)終端之間建立若干個(gè)中繼站。中繼站把前一站送來的信號(hào)經(jīng)過放大后再傳送到下一站，這種傳遞不斷持續(xù)下去就可以實(shí)現(xiàn)視線被地表切斷的兩個(gè)站點(diǎn)間的傳輸 。2022-5-15

27、6衛(wèi)星通信o 衛(wèi)星通信是利用衛(wèi)星上的微波天線接收地面發(fā)送站發(fā)送的信號(hào)，經(jīng)過放大后再轉(zhuǎn)發(fā)給地面接收站，通信衛(wèi)星可看作是懸在太空中的微波中繼站。商業(yè)衛(wèi)星通信波段波段上行頻段（GHz）下行頻段（GHz）L1.64651.661.5451.5585Ku14.014.511.712.2Ka27.530.517.721.72022-5-157地球同步衛(wèi)星 與地面站相對(duì)固定位置 使用3個(gè)衛(wèi)星覆蓋全球2022-5-158紅外線技術(shù)和激光技術(shù)o紅外線傳輸n用于短距離通信，如電視、錄象機(jī)等的遙控n也可用于無線LANn缺點(diǎn)：不能穿透固體o激光傳輸n應(yīng)用：在屋頂用激光連接兩個(gè)建筑物的LANn缺點(diǎn)：不能穿透雨和濃霧，易

28、受天氣影響2022-5-159移動(dòng)通信手段o無線通信系統(tǒng)：o微波通信系統(tǒng)。頻率在100MHz-10GHz的信號(hào)叫做微波信號(hào)，它們對(duì)應(yīng)的信號(hào)波長(zhǎng)為3m-3cm；o蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)。多址接入方法主要是有：頻分多址接入FDMA，時(shí)分多址接入TDMA與碼分多址接入CDMA；o衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)。商用通信衛(wèi)星一般是被發(fā)射在赤道上方35900km的同步軌道上2022-5-160常用無線技術(shù) oIEEE802.11系列標(biāo)準(zhǔn) n微波、IrDA紅外線接口 o藍(lán)牙（Bluetooth，IEEE802.15） oHomeRFnIEEE802.11與DECT的結(jié)合nDECT ，Digital Enhance Cordl

29、ess Telephone無線電話系統(tǒng)2022-5-161通信介質(zhì)的選擇o保證最好的價(jià)格速率比：o參考標(biāo)準(zhǔn)：n費(fèi)用n距離n傳輸速率（帶寬）n信號(hào)干擾n施工布線n安全：（建筑規(guī)則、消防規(guī)則） 2022-5-1622.3 網(wǎng)絡(luò)通信接口o接口分類：o1.并行與串行接口 并行接口：以并行的方式傳送信息的接口，每次都是將一個(gè)字節(jié)的所有位同時(shí)進(jìn)行傳送。 串行接口：是接口與I/O設(shè)備之間以串行方式傳送數(shù)據(jù)，每一個(gè)字節(jié)是一位一位地進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。2022-5-163o2.同步和異步接口n同步接口：是操作按照處理機(jī)控制的節(jié)拍進(jìn)行，在交換信息時(shí)與處理機(jī)的節(jié)拍同步。n異步接口：操作不受處理機(jī)節(jié)拍控制，處理機(jī)與I/O設(shè)

30、備之間交換信息，采用應(yīng)答方式。n交換信息的設(shè)備分為：主控設(shè)備和從屬設(shè)備。n主控設(shè)備：發(fā)出“請(qǐng)求”信號(hào) n從屬設(shè)備：完成主控設(shè)備指定的操作，發(fā)出“回答”信號(hào)。2022-5-164o3.可編程和不可編程接口 可編程接口：是指它的功能和操作方式，可通過程序來改變或選擇。 不可編程接口：功能和操作不能用程序來改變，可通過連線邏輯來實(shí)現(xiàn)。2022-5-165常見的通信接口o1. RS-232-C接口：異步串行通信接口o2.USB接口：通用串行總線，應(yīng)用在PC領(lǐng)域的接口技術(shù)o3.IEEE1394：IEEE制定的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，兩種標(biāo)準(zhǔn)：IEEE1394a、IEEE1394bo4.ISDN接口：ISDN的統(tǒng)一

31、標(biāo)準(zhǔn)接口2022-5-1662.4 數(shù)據(jù)編碼o不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)：模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 信道：模擬信道 數(shù)字信道2022-5-167模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)話音話音移頻移頻,調(diào)制調(diào)制模擬模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬模擬模擬模擬PCM編碼編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制調(diào)制2022-5-168o編碼與調(diào)制的區(qū)別n編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)n調(diào)制：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或

32、模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼EncoderDecoder數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)x(t)g(t)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)發(fā)送發(fā)送方方接收接收方方g(t)編碼編碼解碼解碼2022-5-169調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬數(shù)據(jù)g(t)s(t)g(t)載波發(fā)送方發(fā)送方接收方接收方調(diào)制調(diào)制解調(diào)制解調(diào)制2022-5-1701. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼o使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸o把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種數(shù)字脈沖信號(hào)n常見的有兩類：不歸零碼和曼徹斯特編碼o不歸零碼（NRZ，Non-Return to Zero）n二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種

33、電平來表示；o常用5V表示0，5V表示1；n缺點(diǎn)：o存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；o不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。2022-5-171o曼徹斯特編碼（Manchester Coding）n用電壓的變化表示0和1。o規(guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變：o高低的跳變代表0，低高的跳變代表1n每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼（Self-Synchronizing Code）。n缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。o差分曼徹斯特編碼（Differential ）n每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變。n用碼元開始處有無跳變來

34、表示0和1 ，有跳變代表0，無跳變代表1。2022-5-172不同數(shù)字編碼的波形圖采樣脈沖采樣脈沖采樣脈沖(a) 單極性不歸零碼(b) 雙極性不歸零碼(c) 單極性歸零碼(d) 雙極性歸零碼(e) 曼徹斯特編碼判決門限判決門限判決門限判決門限起始跳變有有有無無無無有二進(jìn)制數(shù)據(jù)： 0 1 1 0 1 0 0 1跳變方向正負(fù)正正正負(fù)負(fù)負(fù)采樣脈沖采樣脈沖采樣脈沖(f) 差分曼徹斯特編碼2022-5-1732. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制o使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸o三種常用的調(diào)制技術(shù)：n幅移鍵控ASK （Amplitude Shift Keying）n頻移鍵控FSK （Frequency Shift Keyi

35、ng）n相移鍵控PSK （Phase Shift Keying）o原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。 載波信號(hào) S(t) = Acos(t+) oS(t)的參量包括： 幅度A、頻率 、初相位n調(diào)制就是要使A、 或隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化2022-5-174調(diào)制方法oASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1oFSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1oPSK：用載波的起始相位的變化表示0和12022-5-1753. 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼o使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸o采樣定理：n如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。o要

36、轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號(hào)2022-5-176PCM編碼o模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。三個(gè)步驟：n采樣：按一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣n量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上n編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼n編碼后的信號(hào)稱為PCM信號(hào)（脈碼調(diào)制, Pulse Coded Modulation）。2022-5-177o語音信號(hào)的數(shù)字化n語音帶寬f2倍語音最大頻率）n樣本量化級(jí)數(shù)：256級(jí)（8bit/每樣本）n數(shù)據(jù)率：8000次/s*8bit = 64kb/so每路PCM信號(hào)的速率 = 64kb/s采樣電路采樣電路量化和編碼量化和編碼2022-5-178PCM編碼過

37、程舉例2022-5-1792.5 數(shù)據(jù)傳輸方式o單/雙工通信單/雙向傳輸n單工：數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）n半雙工：數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸（例：對(duì)講機(jī)）n全雙工：數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話）o需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；o或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。2022-5-180發(fā)送器發(fā)送器接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器發(fā)送器發(fā)送器/接收器接收器單工方式：?jiǎn)喂し绞剑喊腚p工方式：半雙工方式：全雙工方式：全雙工方式：A站站B站站可同時(shí)不可同時(shí)2022-5-181基帶/頻帶/

38、寬帶傳輸o基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在信道上傳送。n例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）o頻帶傳輸：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。n例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)o寬帶傳輸：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百M(fèi)HZ的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。n例如：閉路電視的信號(hào)傳輸2022-5-182并行傳輸與串行傳輸數(shù) 據(jù) 通 信 設(shè) 備11100111110011數(shù) 據(jù) 通 信 設(shè) 備ASCII字符“S”1110011數(shù) 據(jù) 通 信 設(shè) 備11100111110011數(shù) 據(jù) 通 信 設(shè) 備ASCII字符“S”1110011（a）并行傳輸 （b）串行傳輸2022-5-183數(shù)

39、據(jù)同步方式o目的是使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致：n同步脈沖頻率n數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束n位邊界n數(shù)據(jù)塊邊界o數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：n位位同步n字符字符同步n幀(Frame)幀同步2022-5-184位同步o目的是使接收端接收的每一位信息都與發(fā)送端保持同步，2種同步方法：n外同步發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。n自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。發(fā) 送 站 同 步 信 號(hào)數(shù) 據(jù)接 收 的 同 步 信 號(hào)鎖 定 后 的 同 步

40、 信 號(hào)接 收 站接 收 站 收 到 的 數(shù) 據(jù)數(shù) 據(jù)2022-5-185字符同步n常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個(gè)字符的傳輸需要：o1個(gè)起始位、58個(gè)數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個(gè)停止位n采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”。n起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：o頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新獲得同步；o每?jī)蓚€(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定；o增加了輔助位，所以傳輸效率低；2022-5-186o例如，采用1個(gè)起始位、 8個(gè)數(shù)據(jù)位、 2個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為8/1173起始位起始位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位停止位停止位字符間隔不固定字符間隔不固定1個(gè)字符時(shí)間個(gè)字符時(shí)間邏輯邏輯“0”邏輯邏輯“1”2022-5-

41、187幀同步o目的：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束。幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊n面向字符的以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀n面向比特的以特殊位序列（7EH，即01111110）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始幀起始控制信息控制信息數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)幀結(jié)束幀結(jié)束校驗(yàn)和校驗(yàn)和0 n bit8bit8bit8-32m2022-5-1882.6 信道復(fù)用技術(shù)o多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道o為何要復(fù)用？提高線路利用率n適用場(chǎng)合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)o類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）DEMUX

42、復(fù)用器復(fù)用器分路器分路器共享信道共享信道MUX信信源源信信宿宿2022-5-1891.復(fù)用方法o頻分復(fù)用FDM （Frequency Division Multiplexing）n按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)o波分復(fù)用WDM （Wave Division Multiplexing） n按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸o時(shí)分復(fù)用TDM （Time Division Multiplexing）n按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛o碼分復(fù)用CDM （Code Division Multiplexing）n按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途2022-5-190頻分復(fù)用FDMo原理：整個(gè)

43、傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH3原帶寬原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬移頻后帶寬MUXCH1 CH2CH3帶寬復(fù)用信帶寬復(fù)用信號(hào)號(hào)復(fù)用器復(fù)用器2022-5-191波分復(fù)用WDMo原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜光譜F1F2F3共享光纖的光譜共享光纖的光譜光纖光纖2光纖光纖3光纖光纖1共享光纖共享光纖 棱柱棱柱/衍射光柵衍射光柵2022-5-192時(shí)分復(fù)用TDMo原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。在

44、通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)復(fù)用后的數(shù)據(jù)流流時(shí)隙號(hào)時(shí)隙號(hào)1231D3D2D1時(shí)間片時(shí)間片12時(shí)間片時(shí)間片2D1時(shí)隙時(shí)隙D2復(fù)用復(fù)用器器t2022-5-193o由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為同步時(shí)分復(fù)用。o一個(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。o時(shí)分復(fù)用的典型例子：PCM信號(hào)的傳輸n把多個(gè)話路的PCM語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）n每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送n每個(gè)時(shí)隙承載一路PCM信號(hào)2022-5-194統(tǒng)計(jì)（異步）TDMSTDMoTDM的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用

45、該時(shí)隙，將會(huì)造成帶寬浪費(fèi)。oSTDM：用戶不固定占用某個(gè)時(shí)隙，有空時(shí)隙就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2時(shí)間片時(shí)間片1時(shí)間片時(shí)間片2同步同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1B2時(shí)間片時(shí)間片1時(shí)間片時(shí)間片2統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)TDM可用帶寬C22022-5-195碼分復(fù)用CDMo原理：每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列編碼（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被疊加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。o地址碼序列兩兩相互正交：n碼序列A、B，應(yīng)滿足 AB =0，A

46、B =0，A A =1，A A =-1 其中 為內(nèi)積運(yùn)算。o在無線移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛。2022-5-1962.數(shù)據(jù)交換技術(shù)o什么是交換？n按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。o例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其它用戶。o最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換o為什么要采用交換技術(shù)？n節(jié)省線路投資，提高線路利用率。o實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報(bào)文交換和分組交換。2022-5-197電路交換o在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過程。n可以是真正的物理線路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。o特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。稱為“面向連接的

47、”（典型例子：電話）o過程：建立連接通信釋放連接2022-5-198o優(yōu)缺點(diǎn)：n建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；n一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；n無糾錯(cuò)機(jī)制；n建立連接后，傳輸延遲小。o不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。n例如：建立連接的時(shí)間為0.5秒，計(jì)算機(jī)以1Mb/s的速率發(fā)送10k字節(jié)。線路利用率？2022-5-199電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換n電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn)在物理線路的某個(gè)信道上建立連接2022-5-1100報(bào)文交換o以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。n在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)

48、一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)。o傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰結(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立結(jié)點(diǎn)間的連接。稱為“無連接的”（典型例子：電報(bào)）o整個(gè)報(bào)文（Message）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。2022-5-1101o優(yōu)缺點(diǎn)：n沒有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；n線路利用率高；n傳輸可靠性較高；n報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；n大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；n出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。o比較：下載時(shí)若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯(cuò)你會(huì)怎樣做？2022-5-1102分組交換（包交換）o將報(bào)文分割成若干個(gè)大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。o數(shù)據(jù)傳輸前不需

49、要建立一條端到端的通路也是“無連接的”。o有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。2022-5-1103o優(yōu)缺點(diǎn)：n對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組速度快；n轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小適用于交互式通信；n某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(fā)出錯(cuò)的分組效率高；n各分組可通過不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。n需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。o分組交換有兩種交換方式：n數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式2022-5-1104數(shù)據(jù)報(bào)方式（Datagram）o各分組獨(dú)立地確定路由（傳輸路徑）o不能保證分組按序到達(dá)，所以目的站點(diǎn)需要按分組編號(hào)重新排序和組裝分組可能通過多個(gè)路徑穿越網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組按序到達(dá)20

50、22-5-1105虛電路方式（Virtual Circuit）o通信前預(yù)先建立一條邏輯連接虛電路n虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的n類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車:分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點(diǎn)）o“西安北京”這條線路可以看成是一條虛路徑o也需要三個(gè)過程：建立數(shù)據(jù)傳輸拆除n建立虛電路時(shí)，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時(shí)所需的所有資源o虛電路的路由在建立時(shí)確定，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則不再需要n數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需指定虛電路號(hào)，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)“數(shù)字管道”2022-5-1106虛電路方式的特點(diǎn)o提供的是“面向連接”的服務(wù)n但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個(gè)鏈路段與鐵路系統(tǒng)類比！n可以看成是采用了電路交換思想的分組交換n能夠保證分組按序到達(dá)o永久虛電路PVC和交換虛電路SVC2022-5-1107o分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)2022-5-1108三種交換方式的事件順序呼呼叫叫請(qǐng)請(qǐng)求求呼呼叫