計算機網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用完整版ppt課件全套教程(最新)

1、計算機網(wǎng)絡(luò)原理與應(yīng)用第一章 計算機網(wǎng)絡(luò)概論計算機從原先的單機發(fā)展到群機使用，越來越多的應(yīng)用，需要計算機在一定的地理范圍內(nèi)互聯(lián)起來工作，從而促成了計算機網(wǎng)絡(luò)學(xué)科的誕生。最早追溯到20世紀60年代，起源于由美國國防部的ARPA網(wǎng).ARPAnet是現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)Internet的雛形，它率先實現(xiàn)了計算機與計算機之間的相互通信，使計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展從此進入了一個新紀元！1.1 計算機網(wǎng)絡(luò)的起源和演變1.1.1計算機網(wǎng)絡(luò)的起源 當初ARPA網(wǎng)（ARPAnet）的五個特點: （1）支持資源共享 （2）采用分布式控制技術(shù) （3）采用分組交換技術(shù) （4）使用通信控制處理機 （5）采用分層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議 1.1.2

2、計算機網(wǎng)絡(luò)的演變 1）計算機網(wǎng)絡(luò)是一門綜合性的交叉學(xué)科。 2）歷經(jīng)四十多年，分三個階段。 3）是最活躍的學(xué)科之一。 網(wǎng)絡(luò)就是計算機！ PC NC 計算機網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷了從簡單到復(fù)雜、從單機系統(tǒng)到多機系統(tǒng)的演變過程。大致分為三個階段: 第一階段是，具有遠程通信功能的單機系統(tǒng)。 第二階段是，具有遠程通信功能的多機系統(tǒng)。 第三階段是，以資源共享和相互通信為目的的“計算機計算機”網(wǎng)絡(luò)，這一階段的計算機網(wǎng)絡(luò)才是今天真正意義上的標準化計算機網(wǎng)絡(luò)。圖1-1 具有遠程通信功能的單機系統(tǒng)圖1-2 具有遠程通信功能的多機系統(tǒng)圖1-3 真正標準化的計算機網(wǎng)絡(luò) 3、標準化網(wǎng)絡(luò)階段（見圖1-3）網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)與高速網(wǎng)絡(luò)階段：1、遠

3、程聯(lián)機階段（見圖1-1）2、計算機多機網(wǎng)絡(luò)階段（見圖1-2）LANPSTNPSTNLANLANLAN 高速通路圖1-4 高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)LAN1.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的基本概念 1.2.1計算機網(wǎng)絡(luò)的概念 1.計算機網(wǎng)絡(luò)的定義 從現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)的角度來看，“計算機就是網(wǎng)絡(luò)！”，當今幾乎所有的計算機都連入了網(wǎng)絡(luò)?；蛘哒f“網(wǎng)絡(luò)就是計算機！”。 計算機網(wǎng)絡(luò)是一些自治計算機系統(tǒng)的互聯(lián)集合,“自治”這一概念排除了計算機網(wǎng)絡(luò)中的主從關(guān)系，即每一臺計算機都是功能上獨立的；而“互聯(lián)”不僅指計算機之間物理上的連通，而且指兩臺計算機能相互通信和互相交換信息。 完整的定義： 通過通信設(shè)備和傳輸介質(zhì)把地理上分散的、功能自治的若

4、干臺計算機連接起來，以網(wǎng)絡(luò)軟件實現(xiàn)通信、資源共享和協(xié)同工作的系統(tǒng)。 1）通信子網(wǎng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信功能 包括：通信控制處理機（網(wǎng)卡、Modem、集線器、交換機、路由器）、通信線路等相關(guān)通信設(shè)備和通信軟件（即網(wǎng)絡(luò)中負責通信的部分）。 2）資源子網(wǎng)實現(xiàn)資源共享功能 包括：主計算機、終端機、存儲器、共享的打印機及相關(guān)軟件數(shù)據(jù)資源（即網(wǎng)絡(luò)中提供資源的部分）。 1.2.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的特點 計算機網(wǎng)絡(luò)其獨有的特點： （1)高度的可靠性 （2)相對獨立的功能 （3)具有可擴充性（擴展性） （4)資源共享（高效率、低成本、省投資） （5)對用戶的透明性 （6)操作簡便 相互通信、交換信息和共享資源是人們熱衷于使用

5、計算機網(wǎng)絡(luò)的主要原因和目的。相互通信是信息交換、交流的基礎(chǔ)。交換信息現(xiàn)今更多的是訪問信息。1.3 計算機網(wǎng)絡(luò)的分類 1.3.1局域網(wǎng)與廣域網(wǎng) 計算機網(wǎng)絡(luò)按照地理范圍的大小，可以劃分為：局域網(wǎng)LAN（Local Area Network）、城域網(wǎng)MAN（Metropolitan Area Network）、廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）和國際互聯(lián)網(wǎng)四種。 1.局域網(wǎng)LAN 2.城域網(wǎng)MAN 3廣域網(wǎng)WAN 4國際互聯(lián)網(wǎng)Internet 1.3.2 公用網(wǎng)和專用網(wǎng) 按應(yīng)用和管理性質(zhì)的不同，計算機網(wǎng)絡(luò)劃分為公用網(wǎng)和專用網(wǎng)。 1.公用網(wǎng) 公用網(wǎng)也稱通用網(wǎng)。 2專用網(wǎng) 專用網(wǎng)也稱行業(yè)

6、網(wǎng)。 1.3.3 有線網(wǎng)和無線網(wǎng) 按網(wǎng)絡(luò)所使用的通信傳輸介質(zhì)，計算機網(wǎng)絡(luò)劃分為有線網(wǎng)和無線網(wǎng)。 1.有線網(wǎng) 2.無線網(wǎng) 無線網(wǎng)是指采用無線電波、微波、激光、紅外等無線介質(zhì)來傳輸數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)。如衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)的傳輸就是用微波進行的，而手機和微機上的紅外接口可以相對傳輸數(shù)據(jù)。 利用一定頻率的無線電波傳輸數(shù)據(jù)也是無線網(wǎng)的一種。如：Wifi網(wǎng)。1.4 計算機網(wǎng)絡(luò)的組成從系統(tǒng)的角度來看，一個計算機網(wǎng)絡(luò)由硬件和軟件兩大部分組成。從邏輯功能的角度來看，計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則由資源子網(wǎng)和通信子網(wǎng)兩層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)組成。CCCHHH資源子網(wǎng)通信子網(wǎng)HH在通信子網(wǎng)上可有多個資源子網(wǎng)，共享通信子網(wǎng)的服務(wù)兩層網(wǎng)絡(luò)的概念結(jié)構(gòu) 1.4

7、.1網(wǎng)絡(luò)的硬件組成 計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通常由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器（主機Host）、終端、存儲器、通信處理機（交換機、路由器、包括網(wǎng)卡NIC）和通信線路等幾部分組成。通信線路是傳輸信息的載體，也叫通信信道(Channel)、通信鏈路(Link)。 計算機網(wǎng)絡(luò)中的通信線路包括： 有線(如：雙絞線、同軸電纜、光纖等) 無線 (如：微波、紅外、衛(wèi)星線路等) 1.4.2 網(wǎng)絡(luò)的軟件組成 1）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件 3）網(wǎng)絡(luò)管理軟件 4）網(wǎng)絡(luò)通信軟件 5）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件1）網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) 常用的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)有：UNIX、Windows 7、Linux和Windows Server 2003 等。2）網(wǎng)絡(luò)協(xié)議軟件 典

8、型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議有：TCPIP、IPXSPX、IEEE 802標準系列協(xié)議和X.25協(xié)議等。3）網(wǎng)絡(luò)管理軟件 提供性能管理、配置管理、故障管理、計費管理和安全管理等功能。管理的對象可以是路由器和交換機。4）網(wǎng)絡(luò)通信軟件 網(wǎng)絡(luò)通信軟件控制應(yīng)用程序與多個站點進行通信，并能對通信數(shù)據(jù)進行加工和處理，使用戶在不必了解通信控制規(guī)程的情況下進行通信。 5）網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用軟件是在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下直接面向用戶的軟件，可分為兩類：一類是由網(wǎng)絡(luò)軟件廠商開發(fā)的通用應(yīng)用工具軟件，如：E-mail、QQ、Web服務(wù)器和搜索工具等；另一類是基于不同用戶業(yè)務(wù)的軟件，如：金融業(yè)務(wù)、電信業(yè)務(wù)、交通管理和辦公自動化等軟件。1.5

9、計算機網(wǎng)絡(luò)的功能與服務(wù) 1.5.1計算機網(wǎng)絡(luò)的功能 1.相互通信（交換信息） 2. 共享資源 3.集中處理 （并行處理） 4.均衡負載 1.相互通信 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，通過通信線路可實現(xiàn)主機與主機、主機與終端之間的數(shù)據(jù)和程序的快速傳輸。 2.共享資源 計算機網(wǎng)絡(luò)的資源共享和資源調(diào)劑功能，使得普通用戶也可享用到大型計算機才擁有的軟硬件資源（如：多CPU、大容量硬盤、高速打印機、繪圖儀、文件及各種軟件、大型數(shù)據(jù)庫等）。 3.集中處理 在計算機網(wǎng)絡(luò)中運用軟件，可對各聯(lián)機用戶實施實時的集中管理，使整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或一部分主機的協(xié)同、并行工作，提高系統(tǒng)處理能力。 4.均衡負載 計算機網(wǎng)絡(luò)本身是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，

10、其中各部分的通信流量及數(shù)據(jù)處理能力可能是不同的，有一定的負荷要求。當某部分負荷過重時，系統(tǒng)可把新的作業(yè)通過網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和線路分送給負載較輕的部分去處理。1.5.2 計算機網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)增值服務(wù)：QQ、微信、QQ文件傳輸、微博、FTP文件傳輸、視頻傳輸及博客(Blog)等。這些功能是單一的計算機系統(tǒng)（不論它是大型機）難以實現(xiàn)的。（超級計算機長沙超算中心）1.6 計算機網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu) 1.6.1網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)的定義 計算機網(wǎng)絡(luò)是把多個計算機系統(tǒng)按不同的連接形式連接起來的，這些不同的連接形式就稱為網(wǎng)絡(luò)的拓撲（Topologies）結(jié)構(gòu)，即網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點及連線的物理連接形式或幾何構(gòu)型。 1.6.2 基本的網(wǎng)絡(luò)拓

11、撲結(jié)構(gòu) 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，主要有五種拓撲結(jié)構(gòu)：總線型拓撲、環(huán)型拓撲、星型拓撲、樹型拓撲和網(wǎng)狀型拓撲。 1.總線形拓撲結(jié)構(gòu) 2.星型拓撲結(jié)構(gòu) 3.環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu) 4.網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu) 5.樹型拓撲結(jié)構(gòu) 圖1-4總線型拓撲結(jié)構(gòu)圖1-5星型拓撲結(jié)構(gòu)圖1-6 環(huán)型拓撲結(jié)構(gòu)圖1-7網(wǎng)狀型拓撲結(jié)構(gòu)圖1-8 樹型拓撲結(jié)構(gòu)實際組建網(wǎng)絡(luò)時，網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)不是單一類型的，而是由幾種基本類型混合而成，充分發(fā)揮各種拓撲結(jié)構(gòu)的特長，即所謂的”混合型拓撲結(jié)構(gòu)”。如局域網(wǎng)常采用的拓撲結(jié)構(gòu)有：總線型、星型、環(huán)型和樹型，廣域網(wǎng)常采用樹型和網(wǎng)狀型結(jié)構(gòu)。1.7 計算機網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì) 1.7.1 有線傳輸介質(zhì) 1.雙絞線 2.同軸電纜 3.

12、 光纖 傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中傳輸信息的物理通道，有兩個主要特性：一是物理特性，即物理結(jié)構(gòu)、形態(tài)尺寸、覆蓋范圍以及連通性；二是傳輸特性，即可用的信號帶寬、傳輸速率、傳輸損耗以及抗干擾能力等。 無屏蔽雙絞線UTP和屏蔽雙絞線STP的衰減特性比較: 1.雙絞線 水晶頭把多個線對扭在一起，可把各線對之間的電磁干擾相消。 5類線（UTP-5）：用于10/100Mbps大型以太網(wǎng)等，包括4對雙絞線。還有一種超5類線（屬UTP-5增強型），性能較好，用于100/1000Mbps的局域網(wǎng)等，包括4對雙絞線。最為常用的是5類線和超5類線（CAT5e）。5類線和3類線的主要區(qū)別是每單位長度的絞合次數(shù)不同。 圖1-9

13、交叉網(wǎng)線（反絞線）的制作RJ45是布線系統(tǒng)中信息插座（即通信引出端）連接器的一種，連接器由接頭(水晶頭）和插座組成，插頭有8個凹槽和8個觸點。RJ是Registered Jack的縮寫，意思是“注冊的插座”。在FCC（美國聯(lián)邦通信委員會標準和規(guī)章）中RJ是描述公用電信網(wǎng)絡(luò)的接口，計算機網(wǎng)絡(luò)的RJ45即標準8位模塊化接口。 RJ-45接口是8芯線，而電話線的接口是4芯的，通常只接2芯線（ISDN的電話線接4芯線）。網(wǎng)卡上帶兩個狀態(tài)指示燈，通過這兩個指示燈顏色說明網(wǎng)卡的工作狀態(tài)。RJ-45接口網(wǎng)卡： 2.同軸電纜（細纜） 圖1-10 同軸電纜RG58結(jié)構(gòu)圖 BNC接頭，是一種用于同軸電纜的連接器.

14、 3.光纖 圖1-11（a）折射角大于入射角 （b）光波在纖芯中傳播 （c）62.5/125m漸變增強型多模光纖 光纜光纖 圖1-12 光纜剖面圖 光纜實物圖（圖1-13）： 圖1-13 光纜實物圖SC接口FC接口在多模光纖中，纖芯的直徑是50100m，與人的頭發(fā)絲相當，由石英玻璃制成。光纖按傳輸模式分為單模光纖和多模光纖兩種。單模光纖的纖徑?。?10m），以單一模式（單色激光作為光源）傳輸，傳輸頻帶寬，傳輸距離遠，但價格較高。而多模光纖以多個模式傳輸（發(fā)光二極管作為光源），可傳輸多路信號，傳輸距離近，價格便宜。與單模光纖相比，性能差一些。多模光纖又分為：階躍光纖和漸變光纖（按折射率不同）。

15、當傳輸頻率超過100MHz時，5類雙絞線隨著頻率的增加衰減愈來愈大；而光纖在300MHz以內(nèi)，衰減基本不變。 圖1-14 光纖與雙絞線頻率與衰減關(guān)系圖光纖的優(yōu)點：（1）光纖傳輸頻帶非常寬，通信容量大；（2）光纖的傳輸速率高，已經(jīng)獲得T級(1000Gbps)傳輸速率；（3）光纖的誤碼率低，傳輸衰減小，傳輸距離長；（4）光纖不受外界電磁波的干擾，不易被竊聽或被截獲數(shù)據(jù)，安全保密性好；（5）光纖的體積小，重量輕。光纖不足：(1)連接兩根光纖時需要專用設(shè)備，安裝要求高，操作難度大；(2) 分支困難且需要有光電轉(zhuǎn)換器，成本較高。 1.7.2 無線傳輸介質(zhì) 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，常用的無線傳輸介質(zhì)有：無線電波、

16、微波、紅外光和激光等。其中紅外線和激光易受環(huán)境（雨、霧和障礙等）的影響。如：遙控器。常用的是無線電波和微波。 1.無線電波 無線電波是電磁波的一部分，它是頻率在0300MHz頻段的電磁波。根據(jù)頻率可人為地劃分為幾個波段，對應(yīng)于不同的波段有不同的用途。 表1-2 頻段使用表無線電波常用在短距離或稱近距離無線通信中，如：藍牙（Bluetooth）和Wi-Fi通信中。其中Wi-Fi使用的是2.4G UHF射頻頻段，頻率范圍為2.4GHz2.4835GHz，故帶寬為83.5MHz，屬高頻波段。藍牙的無線電波覆蓋半徑大約為15m，而Wi-Fi的半徑則可達100m，并且Wi-Fi傳輸速度快（可達54Mbp

17、s）。但Wi-Fi的傳輸質(zhì)量和數(shù)據(jù)安全性能比藍牙要差。需注意的是，Wi-Fi信號仍是由有線網(wǎng)提供的。 手機中的移動數(shù)據(jù)流量是什么原理?為什么數(shù)據(jù)流量的覆蓋范圍比WiFi大，是不是運營商有個大的路由器在發(fā)射信號？ 移動數(shù)據(jù)流量是通過基站，基站覆蓋范圍大，信號接收也比WIFI好。而WIFI是通過自已的無線路由器發(fā)射信號，再通過小區(qū)路由器、中繼器，通過通信運營商的路由器連入互聯(lián)網(wǎng)。2.微波通信微波的頻帶很寬，其頻率范圍為：300MHz3000GHz。微波在空間中是直線傳播的，而地球表明呈弧形，因而微波傳播距離往往受限，長途通信時必須建立多個中繼站。微波進行通信具有容量大、質(zhì)量好并可傳至很遠的距離。主

18、要有兩種方式：地面微波接力通信和衛(wèi)星微波通信。 1）地面微波接力通信在地面建立若干微波中繼站，進行信號的接力傳輸。建在地面上的中繼站間距離一般為50Km。2）衛(wèi)星微波通信 衛(wèi)星微波通信是利用位于3萬6千公里高空的人造地球同步衛(wèi)星，作為太空無人值守微波中繼站，是一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星微波通信具有通信容量大、傳輸距離遠、覆蓋范圍廣等優(yōu)點，特別適合于全球通信、電視廣播及惡劣地理環(huán)境下使用。如：美國的全球定位系統(tǒng)GPS、中國正在組建的“北斗”導(dǎo)航系統(tǒng)，以及歐洲的“伽利略”系統(tǒng)等。3.紅外線和激光紅外信號和激光信號通常是沿直線進行傳播的，它比微波具有更強的方向性，難以竊聽，難以插入數(shù)據(jù)和進行干

19、擾。如：現(xiàn)在許多PC機上和手機上都配置有IrDA(紅外線)接口，但紅外線和激光對雨霧等環(huán)境的干擾特別敏感，傳輸距離較短。4.藍牙無線通信藍牙（Bluetooth）是一種短程無線傳輸技術(shù)，提供點到多點的無線聲音及數(shù)據(jù)傳輸，支持723Kbps的速度， 主要用于傳輸數(shù)據(jù)和語音（如藍牙手機）。Bluetooth 設(shè)備的傳輸范圍大約 15 m。藍牙采用無線代替有線，具有很強的移植性，并且適用于多種場合，支持多種設(shè)備，可穿過墻壁和公文包傳輸數(shù)據(jù)。1.8 計算機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展 1.8.1計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展 我國最早從1980年開始進行計算機聯(lián)網(wǎng)的實驗。1989年郵電部建成第一個公用分組交換網(wǎng)CNPAC，以后

20、陸續(xù)建立可與Internet互聯(lián)的四大計算機廣域網(wǎng)。 分別是：中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)CHINANET、 中國金橋信息網(wǎng)CHINAGBN、 中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET、 中國科學(xué)技術(shù)網(wǎng)CSTNET。1.8.2 計算機網(wǎng)絡(luò)的未來從IPv4到IPv6，從Internet到NGI計劃。計算機網(wǎng)絡(luò)未來三個發(fā)展趨勢： 1）朝著分布式計算和智能化方向發(fā)展； 2）朝著多媒體通信、移動通信方向發(fā)展； 3）朝著自適應(yīng)、擴大規(guī)模、全球網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)方向發(fā)展。計算機網(wǎng)、電話網(wǎng)和有線電視網(wǎng)已經(jīng)實現(xiàn)了互聯(lián)和互通。那么，最后一個現(xiàn)成的網(wǎng)絡(luò)電力網(wǎng)，能否作為數(shù)據(jù)通信網(wǎng)，實現(xiàn)互聯(lián)和互通？即所謂“四網(wǎng)合一”！電力線路載波通信：電力

21、線載波（Power Line Carrier-PLC）通信簡稱電力線通信，是指利用電力線傳輸數(shù)據(jù)和媒體信號的通信方式。把載有信息的高頻加載于電流，然后用電線傳輸接收信息的適配器，再把高頻從電流中分離出來，并傳送到計算機。即使高壓線（指35kV及以上電壓）也可作為載波通信介質(zhì)。電力線路通信載波具有如下優(yōu)勢： （1）無需另布網(wǎng)線。 （2）有插座的地方（上電）就能上網(wǎng)。 （3）傳輸距離遠。 （4）速率高。 可以預(yù)言，不久的將來，必實現(xiàn)計算機網(wǎng)、電話網(wǎng)、有線電視網(wǎng)和電力網(wǎng)的“四網(wǎng)合一”。第 2 章 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1 通信的相關(guān)概念 2.1.1通信系統(tǒng)模型 1.通信的基本術(shù)語 通信是通過某種媒體進行的

22、信息傳遞。 信息是指數(shù)據(jù)中包含的有意義的內(nèi)容。它是通過數(shù)據(jù)來表示的，數(shù)據(jù)是信息的載體。 數(shù)據(jù)分為離散型數(shù)據(jù)和連續(xù)型數(shù)據(jù)。 信號是指隨時間變化的物理量。2.通信系統(tǒng)模型 3.通信系統(tǒng)的組成 （1)信源 信源是發(fā)出信息的源，信源分為模擬信源和數(shù)字信源。 （2)變換器 （3）信道 可以是有線的或是無線的，有線和無線均有多種傳輸媒質(zhì)。 （4）反變換器 進行解調(diào)、譯碼、解碼等。 （5）信宿 信宿是傳輸信息的歸宿（接收端）。 （6）噪聲源2.1.2 數(shù)據(jù)通信過程整個通信過程包括以下五個階段:（1）通信線路的占用（建立） （2）數(shù)據(jù)傳輸鏈路建立（3）數(shù)據(jù)及控制信息的傳輸（4）數(shù)據(jù)傳輸鏈路的拆除（5）通信線路

23、的釋放 2.1.3 通信系統(tǒng)技術(shù)指標 用傳輸速率、信道容量、帶寬以及誤碼率等指標對數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進行評價。 1.傳輸速率 傳輸速率是指單位時間內(nèi)傳輸信息的數(shù)量。它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的重要指標，分別用數(shù)據(jù)信號速率和調(diào)制速率來表示。 （1）數(shù)據(jù)信號速率 指單位時間內(nèi)所傳送的二進制代碼的有效位數(shù)，單位為：位/秒，記作b/s。 計算公式為： S=(1/T)log2N (b/s) （2）調(diào)制速率 信號調(diào)制過程中，單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù)，單位為：Baud。用于表示調(diào)制器之間信號傳輸?shù)乃俾省?計算公式為： B=(1/T) (Baud)2.帶寬 帶寬是描述傳輸系統(tǒng)的一個重要的參數(shù)。信號的帶寬是指

24、信號的頻帶寬度。 模擬信道帶寬的單位是：赫茲（Hz）， 數(shù)字信道帶寬的單位是：比特/秒（bps） 按信道頻率范圍的不同，通信信道分為三類：窄帶信道（帶寬為0300Hz）、音頻信道（帶寬為300Hz3.4KHz）和寬帶信道（帶寬為3.4KHz以上）。3.離散的信道容量信道容量是一個極限參數(shù)，指單位時間內(nèi)信道所能傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?，表征信道的最大傳輸能力。單位：?秒（b/s）。信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率是有區(qū)別的，前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，而后者是實際的數(shù)據(jù)傳輸速率，所以一般信道容量應(yīng)大于傳輸速率。（1）離散的信道容量 對離散的信道有一個Nyquist公式，來計算其信道容量： C=2Hlog2N

25、 (bps)式中，H：信道的帶寬（Hz），N：碼元的離散值個數(shù)。C：最大數(shù)據(jù)傳輸速率（信道容量）。（2）連續(xù)的信道容量對連續(xù)的信道有一個Shannon公式，來計算其信道容量： C= Hlog2(1+S/N) (bps)式中，H：信道的帶寬；S：信號功率；N：噪聲功率；S/N：信噪比，分貝(dB)?！纠?.1】已知電話信道帶寬約3KHz，若其碼元的離散值個數(shù)N=16，求信道最大數(shù)據(jù)傳輸速率。 解： C=23Klog216=24K(b/s)【例2.2】已知某信道信噪比為30dB，帶寬為3KHz，求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。 解： 10lg(S/N)=30 S/N=1030/10=1000 C=300

26、0log2(1+1000)30K(b/s)4.帶寬、數(shù)據(jù)傳輸速率和信道容量的關(guān)系 Shannon定理給出信道帶寬與信道容量之間關(guān)系： C=Hlog2 (1+S/N) 可見，信道帶寬和信噪比越高，則信道容量就越大，傳輸效率也就越高。 而無噪聲信道中的最大速率由Nyquist準則決定： Rmax=2Hlog2N (b/s) 式中，Rmax為最大速率，H為信道帶寬，N為信道上傳輸信號可取的碼元數(shù)。 在模擬信道中，常用帶寬（頻率寬度）表示其傳輸信息的能力，如：電話信道的帶寬為3003400Hz。而在數(shù)字信道中，常用“最大數(shù)據(jù)傳輸速率”來表示信道的傳輸能力，即為b/s、Kb/s或Mb/s。如：某以太網(wǎng)的

27、最大數(shù)據(jù)傳輸速率是1000Mb/s。 帶寬和最大數(shù)據(jù)傳輸速率都是衡量信道傳輸能力的技術(shù)指標，加上Shannon計算公式指出，數(shù)據(jù)的最大傳輸速率（信道容量）與信道帶寬之間存在正比關(guān)系，故在實際應(yīng)用中，帶寬與最大數(shù)據(jù)傳輸速率（信道容量）并不嚴格加以區(qū)分，信道容量有時也稱為帶寬。5.誤碼率與噪聲 誤碼率是衡量通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)的可靠性指標，指二進制數(shù)據(jù)位傳輸時出錯的概率。計算機網(wǎng)絡(luò)要求誤碼率低于10-6，即平均每傳送1Mb，才能錯1位。若達不到這個指標，則應(yīng)通過差錯控制方法進行檢錯和糾錯。 誤碼率的定義： PeNe/N 式中，Pe 為誤碼率，Ne 表示被傳錯的位數(shù)；N表示傳輸?shù)亩M制數(shù)總位數(shù). 任何非

28、理想信道都會有噪聲,噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲。 (1)熱噪聲是內(nèi)部噪聲，幅值較大小。 (2)沖擊噪聲由外界干擾引起，其幅值較大，會產(chǎn)生突發(fā)性差錯。 在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，噪聲疊加在信號上，會引起某些位的信號在接收端錯誤地被接收，就是誤碼。另外，因傳輸系統(tǒng)帶寬較窄所引起的信號失真，也會引起誤碼。6.傳輸延遲 1）發(fā)送和接收設(shè)備存在響應(yīng)時間 2）通信子網(wǎng)存在中間轉(zhuǎn)發(fā)等待時間 3）數(shù)據(jù)發(fā)送和接收處理需要時間 4）數(shù)據(jù)的通信傳輸過程需要時間 時間延遲（Delay）又稱傳輸延遲： 傳輸延遲=電信號響應(yīng)時間+發(fā)送和接收處理時間+中間轉(zhuǎn)發(fā)時間+通信傳輸時間 2.2 通信的基本方式 2.2.1并行通信與串行

29、通信 并行通信用于計算機內(nèi)部各部件之間或近距離設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸，而串行通信常有用于計算機與計算機或計算機與終端設(shè)備之間遠距離的數(shù)據(jù)傳輸。 計算機與外部設(shè)備之間的并行通信通過計算機的并行接口（LPT）進行；串行通信則是通過串行接口（COM）進行。 1.并行通信 所謂并行傳輸，是指至少有8個數(shù)據(jù)位同時在兩臺設(shè)備之間傳輸,發(fā)送端與接收端有8條數(shù)據(jù)線相連，發(fā)送端同時發(fā)送8個數(shù)據(jù)位（其中1位用作校檢位），接收端同時接收8個數(shù)據(jù)位。 計算機內(nèi)部通過總線進行的通信就屬于并行通信。微機支持4個以上的COM接口和3個以上的LPT接口。 并行接口又稱LPT接口。在USB接口出現(xiàn)之前，LPT并口常用來接打印機或掃

30、描儀，LPT接口最大速率可達到1.5 Mb/s。2.串行通信 所謂串行通信方式，是指發(fā)送端一次只發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)位。因此，所需數(shù)據(jù)線的數(shù)目大大減少，各數(shù)據(jù)位依次通過通信線路傳輸。 因在計算機內(nèi)部總線上傳輸?shù)氖遣⑿袛?shù)據(jù)，如要與外部設(shè)備進行串行通信，需在發(fā)送端需把并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，在接收端則需將串行數(shù)據(jù)再轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。 在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，較遠距離的通信常采用串行通信方式。在現(xiàn)行計算機網(wǎng)絡(luò)中，串行通信應(yīng)用較為廣泛。 在計算機局域網(wǎng)中，計算機之間也是串行傳輸，由網(wǎng)卡負責串行數(shù)據(jù)和并行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。如：16位網(wǎng)卡一次可轉(zhuǎn)換16位數(shù)據(jù)，32位網(wǎng)卡一次可轉(zhuǎn)換32位數(shù)據(jù)。 現(xiàn)在常用USB（即通用串行總

31、線）接口，傳輸速率快，達到480Mb/s。已有USB2.0、USB3.1版，傳輸速率達到1Gb/s。 2.2.2 單工、半雙工和全雙工通信 通信線路由一個或多個信道組成，根據(jù)信道在某一時間信息傳輸?shù)姆较颍ㄐ趴梢苑譃椋?1.單工通信 2.半雙工通信 3.全雙工通信1.單工通信 單工通信是指傳送的信息始終是一個方向的通信。 單工通信存在兩個信道：即傳輸數(shù)據(jù)用的主信道和監(jiān)測信號用的監(jiān)測信道。如：收聽和收看廣播電視。圖2-5 半雙工通信2.半雙工通信 是指信息流可以在兩個方向傳輸，但同一時刻只限于一個方向傳輸。對于半雙工通信，通信的雙方都具備發(fā)送和接收裝置，即每一端既可以是發(fā)送端也可以是接收端，信息

32、流輪流使用發(fā)送和接收裝置。如：對講機。圖2-6 全雙工通信 3.全雙工通信 指同時可以雙向的通信，即通信的一方在發(fā)送信息的同時也能接收信息。全雙工通信采用四線制，有兩個數(shù)據(jù)信道進行數(shù)據(jù)傳輸，適合計算機與計算機之間的通信。 2.2.3 廣播式通信與點到點式通信1.廣播式通信 在一個計算機網(wǎng)絡(luò)中，當一臺計算機通過信道發(fā)送數(shù)據(jù)包時，所有其它的計算機都能“收聽（接收）”到該數(shù)據(jù)包，這種通信就稱為“廣播式通信”，該網(wǎng)絡(luò)就稱為廣播式網(wǎng)絡(luò)。 在廣播式網(wǎng)絡(luò)中，所有計算機都共享有一個公共信道（BUS）。如：總線型拓撲網(wǎng)絡(luò)、環(huán)型拓撲網(wǎng)絡(luò)和集線器（HUB）組建的網(wǎng)絡(luò)等。 2.點到點式通信 兩臺計算機可直接通信，若沒

33、有直接連接的線路，它們的通信可通過中間節(jié)點的接收、存儲、轉(zhuǎn)發(fā)直至目的節(jié)點，這種通信方式就稱為“點到點式通信”，而相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)就稱為點到點式網(wǎng)絡(luò)。 從源節(jié)點到目的節(jié)點可能有多條路徑，決定數(shù)據(jù)包的路徑需通過路由選擇算法。數(shù)據(jù)包存儲轉(zhuǎn)發(fā)與路由選擇是點到點式網(wǎng)絡(luò)與廣播式網(wǎng)絡(luò)的主要區(qū)別。如：交換式網(wǎng)絡(luò)和VPN網(wǎng)絡(luò)等。 2.2.4 基帶通信與寬帶通信 1.基帶通信 由計算機或終端等數(shù)字設(shè)備產(chǎn)生、未經(jīng)調(diào)制的數(shù)字電信號通常是矩形波形式，頻率以直流和低頻為主，這種電信號稱為“基帶（Baseband）信號”。 在信道中，直接傳輸這種基帶信號的通信方式就叫做“基帶通信（傳輸）”。 基帶信號在近距離范圍內(nèi)衰減不大，因此

34、，在計算機局域網(wǎng)中，廣泛采用基帶通信方式，如：以太局域網(wǎng)。 在數(shù)據(jù)通信中，表示計算機二進制的比特序列的數(shù)字數(shù)據(jù)信號就是矩形脈沖（波）信號；矩形脈沖信號的固有頻帶稱做基本頻帶（基帶），矩形脈沖信號就叫做基帶信號。 在傳輸距離不大遠的情況下，數(shù)字基帶信號可以直接傳送，這就稱為數(shù)字信號的基帶傳輸?；鶐鬏斒且环N最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式，又叫數(shù)字傳輸。 如：前面講的計算機局域網(wǎng)中的信號就是基帶傳輸?shù)摹?基帶波形 2.寬帶通信（傳輸） 寬帶是指比音頻帶寬更寬的頻帶，它包括大部分電磁波頻譜，借助頻帶傳輸，將信道分成多個子信道，分別傳送音頻、視頻和數(shù)字信號，這就稱為寬帶傳輸。利用寬帶進行的通信方式稱為寬帶通信。

35、如 ：CATV、ISDN。 寬帶數(shù)據(jù)傳輸速率范圍為0400Mb/s，而通常使用的基帶傳輸速率是5Mb/s10 Mb/s。寬帶傳輸可容納全部廣播信號，并可進行高速數(shù)據(jù)傳輸。寬帶傳輸系統(tǒng)多是模擬信號傳輸系統(tǒng)。 寬帶傳輸中，一個寬帶信道劃分為多個邏輯子信道（即多個傳輸頻道），同時傳送數(shù)據(jù)、語音以及視頻信號，頻道之間用頻率區(qū)分。 寬帶傳輸與基帶傳輸?shù)谋容^： 1）能在一個信道中傳輸聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息，使系統(tǒng)具有多種用途； 2）一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道，實現(xiàn)多路復(fù)用，因此信道的容量大大增加； 3）寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶遠，因為基帶傳輸直接傳送數(shù)字信號，傳輸?shù)乃俾试礁?，能夠傳輸?shù)木嚯x越短。 一個

36、寬帶信道被劃分為許多個邏輯信道（只是在寬帶信道中劃分，可控制的劃分，劃分之后也不是變成多條線路，實際還是一條數(shù)據(jù)線），從而可以將各種聲音、圖像和數(shù)據(jù)信息綜合在同一物理信道中傳輸。 在多個邏輯通道中用不同的信號（模擬信號和數(shù)字信號）傳輸數(shù)據(jù)。2.3 通信中的編碼技術(shù) 2.3.1 編碼概念與類型 模擬信號或數(shù)字信號在通過某一介質(zhì)傳輸時，需要進行調(diào)制和編碼，以提高信號傳輸性能。 1、調(diào)制指用原始數(shù)據(jù)信號（如基帶信號）對載波信號波形的某些參量（振幅（A）、頻率（f）和相位（）進行控制，使這些參量隨基帶信號變化。 調(diào)制涉及上述一個或幾個參數(shù)的變化，即有振幅調(diào)制、頻率調(diào)制和相位調(diào)制。 載波是指被調(diào)制以傳輸

37、信號的波形，一般是正弦波。載波（正弦載波）的頻率，一般遠高于調(diào)制信號（原始數(shù)據(jù)信號）的帶寬頻率（故用高頻信號），否則可能發(fā)生混疊，使傳輸信號失真。 S(t)=Asin(t+) A：振幅， ：角頻率，(rad/s) ：相位。 載波信號是把普通數(shù)據(jù)信號（語音、圖象）加載到一定頻率的高頻信號上。沒加載普通信號時，高頻信號的波幅是固定的，加載之后，波幅隨著普通信號變化（調(diào)幅），還有調(diào)相及調(diào)頻。 將源數(shù)據(jù)信號調(diào)制到載波信號（模擬信號）上，主要作用是： 1）減小傳輸中的噪聲； 2）頻分復(fù)用，在同一信道中，傳輸多路信號而不混疊； 3）可傳播更遠的距離，并有利于接收。 2、編碼指用預(yù)先規(guī)定的方法將原始數(shù)據(jù)信號

38、編成數(shù)碼（一般是二進制碼），或?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成規(guī)定的電脈沖信號的過程。編碼是數(shù)據(jù)信息從一種形式轉(zhuǎn)換為另一種形式的過程。解碼則是編碼的逆過程。 編碼可分為幾種類型： 1）信源編碼 模擬數(shù)據(jù)信號通過AD轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號或為提高數(shù)字信號有效性的編碼； 數(shù)字數(shù)據(jù)信號通過DA轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化為模擬信號或為提高模擬信號有效性的編碼。 2）信道編碼為提高可靠性，而采取的差錯控制編碼或抗干擾編碼。 3）保密編碼為通信保密，在信源編碼后再對信號進行加密，然后在接收端解密的編碼。 在計算機網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)信源和信道的不同，數(shù)據(jù)信號的調(diào)制和編碼有以下四種情況： （l）數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號編碼 （2）數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 （3）模

39、擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼 （4）模擬數(shù)據(jù)的模擬信號編碼 2.3.2 模擬數(shù)據(jù)的編碼 PCM調(diào)制方法對連續(xù)變化的模擬信號進行周期性采樣，將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化，以一定的采樣頻率從這些采樣中重構(gòu)出原始信號。如：對音頻模擬信號進行數(shù)字化編碼，包括三個階段：采樣（取樣）、量化和編碼。采樣定理公式： Fs(=1/Ts)2Fmax或Fs2Bs 式中：Fs為采樣頻率，Ts為采樣周期，F(xiàn)max為原始信號的最高頻率,Bs(=Fmax-Fmin)為原始信號的帶寬。1.取樣 指在每隔固定長度的時間點上，抽取模擬數(shù)據(jù)的瞬時值，作為從這一次取樣到下一次取樣之間該模擬數(shù)據(jù)的代表值。2.量化 把取樣得到的不同的離散幅值，按照一定的量

40、化級，轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的數(shù)據(jù)值，并取整數(shù)，得到離散信號的具體數(shù)值。3.編碼 將量化后的離散值，轉(zhuǎn)換為一定數(shù)位的二進制數(shù)碼。圖2-7脈沖編碼調(diào)制(PCM)原理 模擬信號數(shù)字化的三個步驟： (1)采樣：按采樣頻率Fs把模擬信號的值采出； (2)量化：使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間軸上的離散值； (3)編碼：將離散值轉(zhuǎn)換成一定位數(shù)的二進制數(shù)碼。 2.3.3 數(shù)字數(shù)據(jù)的編碼1.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼 數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼指用物理信號（如：電信號）的波形來表示數(shù)字數(shù)據(jù)。通常用不同形式的電信號波形來表示數(shù)字數(shù)據(jù)。數(shù)字信號是離散的、不連續(xù)的電壓或電流的脈沖序列波型。 圖2-8 不歸零碼 圖2-9 曼徹斯特碼及差分曼徹斯特碼 (

41、3）差分曼徹斯特碼 以上三種編碼各有優(yōu)缺點，選擇時應(yīng)注意：第一，脈沖寬度越大，發(fā)送信號的能量就越大，這對于提高接收端的信噪比有利；第二，脈沖時間寬度與傳輸頻帶寬度成反比關(guān)系。 在上述編碼中，曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼應(yīng)用較為廣泛，是計算機局域網(wǎng)的標準編碼。 2.數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬編碼 使用模擬通信系統(tǒng)傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)時，需要借助于調(diào)制解調(diào)裝置，把數(shù)字信號（基帶脈沖）調(diào)制成模擬信號，使其變?yōu)檫m合于模擬通信線路傳輸?shù)男盘枴?經(jīng)過調(diào)制的信號稱為已調(diào)信號，已調(diào)信號通過線路傳輸?shù)浇邮斩?，在接收端?jīng)過解調(diào)，恢復(fù)為原始基帶脈沖信號。 相應(yīng)于載波信號的振幅、頻率和相位這三個特征，數(shù)字信號的模擬調(diào)制有三種基本調(diào)制方法，

42、即幅度鍵控法ASK、頻移鍵控法FSK和相移鍵控法PSK，（1）幅度鍵控法 幅度鍵控（ASK）又叫振幅鍵控，即用數(shù)字的基帶信號控制正弦載波信號的振幅。在此方式下，用載波頻率的兩個不同的幅度，來表示兩個二進制值。圖2-10 幅度鍵控（2）頻移鍵控法 頻移鍵控（FSK）也叫頻率鍵控，它是用數(shù)字基帶信號控制正弦載波信號的頻率f。在此方式下，用載波頻率附近的兩個不同頻率，來表示兩個二進制值。（3）相移鍵控法 相移鍵控（PSK）也叫相位鍵控。它是用數(shù)字基帶信號控制正弦載波信號的相位。又分為絕對相移鍵控（PSK）和相對相移鍵控（DPSK）。圖2-11 頻移鍵控 圖2-12 絕對相移鍵控圖2-13 相對相移鍵

43、控 2.4 同步技術(shù)與多路復(fù)用技術(shù) 2.4.1 同步技術(shù) 1.同步傳輸方式 2.異步傳輸方式圖2-14 同步方式的同步結(jié)構(gòu) 異步方式由于每個字符都附加了起始位和停止位，增加了傳輸開銷，所以，傳輸效率有所下降。但如果出現(xiàn)錯誤，只需重發(fā)一個字符即可。這種方式控制簡單，實現(xiàn)容易，適合于低速率場合。 2.4.2 多路復(fù)用技術(shù) 1.頻分多路復(fù)用 2.時分多路復(fù)用 3.波分多路復(fù)用 4.碼分多路復(fù)用 5.空分多路復(fù)用 多路復(fù)用是指兩個或多個數(shù)據(jù)源共享一個傳輸信道，就像每個數(shù)據(jù)源都有自己的信道一樣，在發(fā)送端將若干個彼此無關(guān)的信號，合并為一個能在一個共用信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號，在信號的接收端，將復(fù)合信號分離出原

44、來的若干個彼此無關(guān)的信號。 在一個多路復(fù)用系統(tǒng)中，不論輸入或輸出端的數(shù)量多少，都只需要一條傳輸線路。圖2-16 多路復(fù)用原理 實現(xiàn)多路復(fù)用有多種方法，多路復(fù)用器的類型也各異。常用的多路復(fù)用技術(shù)有：頻分多路復(fù)用（FDM）、時分多路復(fù)用（TDM）、統(tǒng)計時分多路復(fù)用（STDM）和波分多路復(fù)用（WDM）等。 圖2-17 頻分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用技術(shù)適用于模擬信號。例如，將FDM用在電話系統(tǒng)中，傳輸?shù)拿恳宦氛Z音信號的頻譜一般在300Hz3000Hz， 僅占用一根傳輸線可用總帶寬的一部分，通常雙絞電纜的可用帶寬是100kHz。一對雙絞線上采用頻分復(fù)用技術(shù)，可傳輸多達24路電話信號。 TDM是將物理信道按

45、時間分成時間片，輪流分配給多個信源來使用公共信道。只要各路數(shù)據(jù)傳輸在時間上能區(qū)分開（不重疊），那么一個信道就有可能傳輸多路數(shù)據(jù)。 WDM的原理同頻分多路復(fù)用相似，主要用于光纖通信。它是利用不同波長的光，在一條光纖上同時傳輸多路信號。圖2-18 時分多路復(fù)用 圖2-19 波分多路復(fù)用 波分多路復(fù)用兩束光波的頻率是不相同的，它們通過或光柵之后，使用了一條共享的光纖傳輸，到達目的結(jié)點后，再經(jīng)過或光柵重新分成兩束光波。4.碼分多路復(fù)用 碼分多路復(fù)用是指利用各路信號碼型結(jié)構(gòu)正交性，而實現(xiàn)多路復(fù)用的一種新型共享信道方法，簡稱CDM。 CDM又稱碼分多址（簡稱CDMA）,CDM與FDM（頻分多路復(fù)用）和TD

46、M（時分多路復(fù)用）不同,它既共享信道的頻率,也共享時間,是一種真正的動態(tài)復(fù)用技術(shù)。 CDM的原理是：把每比特時間被分成m個更短的時間槽，稱為碼片（Chip），每個站點(通道)指定一個唯一的m位碼片。 在碼分多路復(fù)用中，每個用戶在同一時間，使用同樣的頻帶進行通信，但使用基于碼型的、分割信道的不同的地址碼，這種地址碼每個用戶分配一個，各碼不重疊，通信各方之間互不干擾，抗干攏能力增強。 碼分多路復(fù)用常用于移動通信系統(tǒng)（如：手機），可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?，且能增大通信系統(tǒng)的容量。如：智能手機、筆記本電腦、個人 PDA， 以及掌上電腦(HPC)等移動性計算機的聯(lián)網(wǎng)通信。 在碼分多址（CD

47、MA）通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸是由基站進行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即通常所謂的頻分雙工。 無論正向傳輸或反向傳輸，除了傳輸業(yè)務(wù)信息外，還須傳送相應(yīng)的控制信息。CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時隙，無論傳送何種信息的信道，都能通過采用不同的碼型來區(qū)分。 5.空分多路復(fù)用 空分多路復(fù)用(SDM)指多對電線或光纖共用1條纜的復(fù)用方式。如：5類線就是4對雙絞線共用1條纜，多芯光纜在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長的光信號，其原理與頻分多路復(fù)用相似。 實現(xiàn)空分復(fù)用的前提條件：光纖或電線的直徑小，可將多條光纖或多對電線做在一條纜內(nèi)，既節(jié)省材料，又便于使用。如：武

48、漢研發(fā)的使用單模七芯光纜的，超大容量（560Tb/s）空分多路復(fù)用光纖傳輸系統(tǒng)。2.5 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 任意兩個站點間都直接用專線連接，即不方便,又費用高。如有n個站點，若全連通，即其中任一站點同其他所有站點（n-l個）都專線相連，則共需要n (n-l)2條專線。當n=6時，就需要有15條專線。 解決方法：設(shè)置一些交換節(jié)點，把各通信站點和交換節(jié)點相連，再把各交換節(jié)點用通信線路相連，構(gòu)成一個通信網(wǎng)絡(luò)。站點間的通信，通過通信網(wǎng)絡(luò)的若干節(jié)點轉(zhuǎn)接而成，每個站點只用一條線路和交換節(jié)點相連。 常用的三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)： （1）電路交換（Circuit Switching）； （2）存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換（Store-

49、and-Forward Switching ）； （3）快速分組交換（Fast Packet Switching）。 交換網(wǎng)絡(luò) 2.5.1電路交換 電路交換是一種直接交換方式，最早用于電話交換網(wǎng)，由交換機負責在兩個通信站點之間建立一條物理專用線路。 2.5.2存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換 存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換不像電路交換那樣，需要通過呼叫建立起物理的傳輸通路，而是以接力方式，數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點之間逐段傳送，直到目的端。 工作原理：使數(shù)據(jù)在中間節(jié)點先存儲，再轉(zhuǎn)發(fā)。 圖2-21 存儲-轉(zhuǎn)發(fā)交換原理 與電路交換相比，存儲交換具有均衡負荷、建立電路延遲小、可進行差錯控制等優(yōu)點。但實時性不夠好，網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲較大。在一些實時性

50、要求不是很高的場合（如：計算機網(wǎng)絡(luò)），可采用這種交換方式。1.報文交換 報文交換以報文為單位交換信息。其過程是：發(fā)送方先把待傳送的數(shù)據(jù)分為多個報文正文，在報文正文上附加發(fā)、收站地址及其他控制信息，形成一份完整的報文（Message）。然后，報文在交換網(wǎng)絡(luò)的各節(jié)點間傳送。報文交換主要用于公用電報網(wǎng)中。 報文交換沒有撥號呼叫，由報文的報頭控制到達目的地。（類似郵政信件系統(tǒng)） 每個報文包括：報頭（Header）、報文正文（Text）和報尾（Trailer）三部分。報頭由發(fā)送端地址、接收端地址及其他輔助信息組成。2.分組交換（Packet Switching） 報文分組交換簡稱“分組交換”或“包交換”

51、。最早在APRA網(wǎng)上運用。這種方式是把報文分成若干個長度較短的分組（Packet包），以分組為單位進行暫存、處理和轉(zhuǎn)發(fā)。 每個分組按格式附加上收發(fā)地址、分組編號、分組的起始、結(jié)束標志和差錯校驗信息等，以供存儲轉(zhuǎn)發(fā)之用。 分組交換技術(shù)規(guī)定了每個分組的長度。需注意：雖然只是縮短了網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)男畔㈤L度，但實質(zhì)上，這個表面上微小的變化。卻極大改善了交換網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的性能： 1）降低了對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點存儲容量的要求； 2）可用節(jié)點設(shè)備的主存儲器進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)處理，不需訪問外存了，加快了處理速度，降低了傳輸延遲； 3）信息分組較短，使得下一節(jié)點和線路的響應(yīng)時間也較短，從而提高了傳輸速率； 4）分組較短，在傳輸中出錯的

52、概率減小，即使有差錯，只需重發(fā)的信息只是一個分組而非整個報文，提高了傳輸效率。 5）在分組交換過程中，多個分組可在網(wǎng)絡(luò)中的不同鏈路上并發(fā)傳送，因此，這又可提高傳輸效率和線路的利用率。 不足： 分組交換在發(fā)送端，要把報文劃分成若干個分組（組包），在接收端，要對分組進行重裝（拆包并組成報文），這將增加信息的處理時間。 在以太網(wǎng)中，分組長度定義為：1500Byte，一般分組長度可選擇：10003000Byte。分組交換的主要特點： （1）線路利用率高 分組交換以虛電路的形式使用信道，經(jīng)過多個節(jié)點建立一條物理線路，但該線路并不獨占，其中的某一段或幾段可被其他分組所用。（見前圖） （2）傳輸可靠性高 網(wǎng)

53、絡(luò)中每個分組傳輸時，節(jié)點交換機之間實施差錯校驗與重發(fā)，使誤碼率降低。同時網(wǎng)中的路由機制使分組自動地選擇路由，避開故障點，保障通信不中斷。 （3）分組多路通信 由于每個分組都含有控制信息，所以各分組可以單獨傳送，同時與多個終端進行通信，把同一信息發(fā)送到不同用戶（群發(fā)）。 存在的問題：大報文分組、重構(gòu)、包丟失等。 2.5.3 快速分組交換 快速分組交換（Fast Packet Switching，簡稱FPS）是一種協(xié)議簡化、只有核心網(wǎng)絡(luò)功能的交換技術(shù)，它提供高速、高吞吐量、低時延的服務(wù)?？焖俜纸M交換包括：幀中繼交換（FR）與信元中繼交換（CR）兩種。 1.幀中繼交換 幀中繼(Frame Relay

54、，簡稱FR)技術(shù)是用簡化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)的一種技術(shù)。幀交換屬于快速分組交換，其特點是簡化協(xié)議，只保留核心功能，從而有效提高數(shù)據(jù)傳送速率。 幀中繼將流量控制、糾錯等功能留給智能終端去完成，簡化了節(jié)點機之間協(xié)議。 其典型應(yīng)用是LAN互聯(lián)和X.25網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)。 2. ATM信元交換 ATM交換是異步傳輸模式的簡稱，這種交換方式綜合了分組交換和線路交換的優(yōu)點。 ATM的信息傳輸、復(fù)用和交換以固定長度的信元（53B）為單位。信元的格式統(tǒng)一，種類各不相同，信息流由不同的信元組成。 ATM交換網(wǎng)可達到155Mb/s以上的傳輸速率。 圖2-22 ATM遠程網(wǎng)絡(luò)2.6 差錯控制技術(shù)2.6.1差錯產(chǎn)生的原因與類

55、型 在數(shù)據(jù)通信過程中，由于干擾和設(shè)備故障的影響，難免存在傳送的符號發(fā)生失真的情況。電信號在傳輸信道上由發(fā)送端傳送到接收端的過程中,其所經(jīng)過的信道為數(shù)據(jù)信號提供通路的同時，也會引入噪聲和干擾，使數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)差錯。差錯：是指在通信接收端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。任何一條通信線路尤其是遠距離通信，都不可避免地存在一定的噪聲干擾，這些噪聲干擾的后果就是導(dǎo)致差錯的產(chǎn)生。為了保證通信系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量，降低誤碼率，對網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)進行差錯控制是必要的。差錯控制：是指采用可靠、有效的編碼，以減少或消除計算機通信系統(tǒng)中傳輸差錯的方法。 數(shù)據(jù)傳輸中的差錯主要是由熱噪聲引起，熱噪聲有兩大類： 1

56、）隨機熱噪聲 是通信信道是固有的、持續(xù)存在的，由線路本身的電子或電氣特性所引起(如：自由電子的布朗熱運動)。特點：在時間上分布較平穩(wěn)，強度小。 2）沖擊熱噪聲 是由外界某種原因突發(fā)產(chǎn)生的熱噪聲，如：云層中閃電、電器開關(guān)打火、汽車點火、電源波動等，特點：隨機性強，強度大。 提高通信可靠性的方法： 1）選用優(yōu)質(zhì)的傳輸介質(zhì)和提高信號功率強度，改善信道傳輸特性。 采用最佳的信號編碼和變換方式，使傳輸信號特性與信道特性達到較好的匹配，從而降低原始誤碼率，但這會增加通信成本。 2）在傳輸過程中進行差錯控制，將傳輸中出現(xiàn)的差錯消除在傳輸過程中，以提高可靠性。 2.6.2差錯控制的方法 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源

57、設(shè)備輸出的數(shù)據(jù)信號，是一串由二進制數(shù)字序列構(gòu)成的比特流，當它們通過信道傳輸時，干擾信號有可能使某個或某些比特的值發(fā)生變化，使接收時發(fā)生兩種錯誤：將原來的“1”變成了“0”或使“0”變成了“1”，即出現(xiàn)傳輸差錯。 任何一種可靠的通信系統(tǒng)，都要能檢出和糾正這些差錯。為此，要對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進行差錯控制的編碼。差錯控制包括：檢錯和糾錯。 檢測方法： 在數(shù)據(jù)傳輸中將發(fā)送端要傳送的數(shù)字（二進制位）序列中，截取出一組一組的k位數(shù)字組成k位碼元信息序列，并根據(jù)編碼算法按一定的規(guī)則產(chǎn)生r個冗余碼元；然后由冗余碼元和信息碼元構(gòu)成“n位編碼序列”，稱為“碼字”，n位的碼字比信息碼長（因nk+r），將碼字送往信道傳輸。

58、 接收端收到的n位碼字中，信息元與冗余碼之間也應(yīng)符合上述編碼規(guī)則，并根據(jù)這一規(guī)則進行檢驗，從而確定是否有錯。其中，r個冗余碼元稱為校驗碼。這種加入r個冗余碼元的方法還可自動糾錯。圖2-23 差錯控制的工作方式 2.6.3 差錯控制編碼-檢錯碼與糾錯碼 差錯控制編碼的目的：使數(shù)據(jù)在傳輸之后，能檢測和糾正已出現(xiàn)的差錯。只具有檢錯能力的編碼稱為檢錯碼；既能檢錯又能自動糾錯的編碼則稱為糾錯碼。 在計算機通信標準中，采用的差錯控制編碼有：奇偶校驗碼、海明碼和循環(huán)冗余校驗碼等。其中，奇偶校驗碼和循環(huán)冗余校驗碼較為常用。 1.奇偶校驗碼 是一種最基本的校驗方法。它是通過附加一個檢驗位，來使得碼字中“1”的個

59、數(shù)，保持為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法，是一種能力有限的檢驗碼。圖2-24 奇偶校驗碼 采用奇數(shù)的稱為奇校驗，反之，稱為偶校驗，采用何種校驗是事先規(guī)定好的。通常專門設(shè)置一個奇偶校驗位，用它使這組代碼中”1”的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)。 若用奇校驗，則當接收端收到這組代碼時，校驗“1”的個數(shù)是否為奇數(shù)，從而確定傳輸代碼的正確性。 奇偶校驗位是一種檢錯碼，由于不能確定哪一位出錯，所以它不能糾錯。當檢測到有錯誤時，只能扔掉先前傳送的全部數(shù)據(jù)，然后從頭重新開始傳輸。具體校驗方法： 奇校驗：讓原有數(shù)據(jù)序列中（包括要加上的一位）1的個數(shù)為奇數(shù)。 如：1000110（0），必須添0，這樣原來有3個1已經(jīng)是奇數(shù)，添上0之后1

60、的個數(shù)還是奇數(shù)個。 偶校驗：讓原有數(shù)據(jù)序列中（包括要加上的一位）1的個數(shù)為偶數(shù)。 如：1000110（1），就必須加1，這樣原來有3個1，要1的個數(shù)為偶數(shù)只能添1。 奇偶校驗只能簡單判斷數(shù)據(jù)的正確性，當一位出錯，可以準確判斷，但如果同時兩位出錯（如：兩個1變成兩個0），怎么辦？ 通常兩位或更多位校驗碼在傳輸過程中出錯的概率比較低，所以，奇偶校驗常用在信道干擾不太嚴重及碼長n不很長時，特別是在計算機通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸（如：計算機串行通信中）等場合。 典型實例：基于ASCII碼的數(shù)據(jù)信號幀傳輸。 ASCII碼是7位碼，采用第8位作為奇偶校驗位。 校驗方法：奇校驗保證所傳輸每個字符的8個位中，1的總數(shù)