第2章 數據通信基礎-高殿武課件

本章學習要求：掌握：數據通信的基本概念掌握：物理傳輸媒體（介質）掌握：數據編碼與傳輸方式掌握：多路復用掌握：數據交換了解：物理層接口與協議掌握：差錯控制掌握:數據鏈路控制協議第2章數據通信基礎數據通信：依照通信協議，利用數據傳輸技術在兩個通信實體之間傳遞數據信息例如：計算機與計算機、計算機與終端之間數據通信基本作用是完成兩個實體間數據的交換2.1數據通信的基本概念2.1.1數據通信系統(tǒng)模型2.1.1數據通信系統(tǒng)模型（1）信源/信宿

（2）信道:信道是傳輸信號的通路，由傳輸線路及相應的附屬設備組成。同一條傳輸線路上可以有多個信道。（3）噪聲:它是所有干擾信號的總稱（4）信號轉換器（變換器）:變換器的主要功能是在信源或信宿與信道之間進行信號的變換。調制解調器（Modem）編碼解碼器（Codec）

（1）信息：信息是人腦對客觀物質的反映（2）消息：消息是具有一定意義的語言、文字、圖象、數據等。2.1.2數據通信系統(tǒng)的常用術語

1．信息、消息和信號（3）信號：信號是信息在傳輸過程中的表示形式，是用于傳輸的電子、光或電磁編碼

模擬信號（也稱為連續(xù)信號）：隨時間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波用模擬信號表示要傳輸的信息，是指利用其某個參量（如幅度、頻率或相位等）的變化來表示數據模擬數據和數字數據數字信號（也稱為離散信號）：一系列離散的電脈沖用數字信號表示要傳輸的信息，是指利用其某一瞬間的狀態(tài)來表示數據（4）信息、消息和信號三者之間的關系

從消息中提取有用的信息，用信號去表示信號是信息的載體，是消息的內容和解釋數據通信過程：發(fā)送方將要發(fā)送的數據轉換成信號，并通過物理信道傳送到接收方的過程傳輸信道分為：模擬信道數字信道

數據通信分為：模擬通信數字通信

2．模擬信道和數字信道（1）模擬通信：模擬通信是指在模擬信道以模擬信號的形式來傳輸數據①模擬信道傳輸模擬數據②模擬信道傳輸數字數據模擬通信在長距離傳輸時，需用放大器增加電信號中的能量克服了衰減，但增加了噪聲（2）數字通信：數字通信是指在數字信道以數字信號的形式來傳輸數據①數字信道傳輸模擬數據②數字信道傳輸數字數據數字通信在長距離傳輸時，需用中繼器（重發(fā)器）提取并重發(fā)數字信號既克服了衰減，又克服了噪聲碼元傳輸速率簡稱傳碼率，又稱符號速率、碼元速率、波特率、調制速率表示單位時間內（每秒）信道上實際傳輸碼元的個數，單位是波特（Baud）

傳輸速率Rb與波特率RB之間的關系：Rb=RBlog2N

2.1.3信道的極限信息傳輸速率

1．碼元傳輸速率2．信道容量信道容量即信道的最大數據傳輸速率，即信道傳輸數據能力的極限。（1）離散的信道容量

奈奎斯特（Nyquist）在無噪聲條件下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關系為：B=2H（Baud）

奈奎斯特公式即無噪聲條件下的信道容量C的公式為：（2）連續(xù)的信道容量

1948年，香農（Shannon）用信息論的理論推導出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限信息傳輸速率：信噪比=10log10（S/N）（dB）常用的傳輸介質分為有線傳輸介質和無線傳輸介質兩大類（1）有線傳輸介質有線傳輸介質主要有雙絞線、同軸電纜和光纖（2）無線傳輸介質主要有無線電波、微波、紅外線、可見光2.2物理傳輸媒體（介質）雙絞線是局域網中使用最廣泛的傳輸介質分為非屏蔽雙絞線（UTP）和屏蔽雙絞線（STP）兩大類2.2.1雙絞線及其制作實例

1．雙絞線雙絞線特點：價格比較便宜連接可靠性好布線施工和維護簡單可提供高達1000Mbps的傳輸帶寬等，可用于數據、語音、視頻等多媒體信息的傳輸雙絞線常見的有：3類線，5類線和超5類線，以及最新的6類線等3類線：用于語音傳輸及最高傳輸速率為10Mbps的數據傳輸主要用于10BASE-T以太網5類線用于語音傳輸和最高傳輸速率為1000Mbps的數據傳輸主要用于100BASE-T和1000BASE-T以太網超5類線：主要用于千兆位以太網（1000Mbps）目前，施工布線工程中最常使用的雙絞線布線標準有兩個：T568A標準和T568B標準把水晶頭（RJ-45頭）有塑料彈簧片的一面向下，有針腳的一方向上，使有針腳的一端指向遠離自己的方向，有方形孔的一端對著自己最左邊的是第1腳，最右邊的是第8腳

T568A標準從第1根～第8根線的顏色依次為：白綠、綠、白橙、藍、白藍、橙、白棕和棕。T568B標準從第1根～第8根線的顏色依次為：白橙、橙、白綠、藍、白藍、綠、白棕和棕。在網絡施工接線時，可以隨便選擇一種標準一般同網絡中所有網線制作采用同一標準，這樣比較規(guī)范在實際施工布線工程中使用T568B標準的比較多直通線（StraightCable）：兩端RJ-45頭中的線序排列完全相同的雙絞線，稱為直通線通常用于不同種設備之間的連接例如：計算機與交換機或HUB間的連接交叉線（CrossoverCable）兩端線序標準不同的雙絞線

交叉線通常用于同種設備之間的連接例如用于HUB或交換機間的連接、計算機和計算機之間的連接。2．雙絞線制作實例（1）剝線（2）排線

（3）剪線

（4）插線

（5）壓線

視頻演示做線步驟常用的同軸電纜有兩大類：基帶同軸電纜（用于局域網傳輸數字信號的50Ω的粗纜和50Ω的細纜）寬帶同軸電纜（用于寬帶傳輸模擬信號的75Ω電纜）。普通雙絞線可以傳輸低頻與中頻信號，同軸電纜可以傳輸低頻到特高頻信號，光纖可以傳輸可見光信號特點

2.2.2同軸電纜2.2.3光纖

光纖通信的原理光纖是利用光的全反射原理傳輸光信號

對于多芯的光纖，要正常通信，必須同時使用其中的兩芯

1．光纖的通信原理單模光纖（SingleModeFiber）和多模光纖（MultiModeFiber）跳變式光纖和漸變式光纖

2．光纖的分類（1）通信速度快（2）傳輸距離長

（3）信號干擾小

（4）安全性較好

3．光纖的特點光纖一般用于距離較遠或者對帶寬要求很高的情況下光纖要能正常使用，在兩端先要把里面的芯熔接上跳線或者尾纖

4．光纖在網絡中的應用目前用于通信的主要有：無線電波、微波、紅外線、可見光對于無線媒體，發(fā)送和接收都是通過天線實現的無線傳輸有兩種基本的構造類型：定向的和全向的通常，30MHz～1GHz適用于全向應用而2～40GHz可實現高方向性的波束，它非常適用于點對點的傳輸2.2.4無線傳輸媒體（介質）無線通信所使用的無線電波頻段覆蓋從低頻到特高頻應用例子:調幅無線電使用中波（中頻）MF（300KHz～3MHz）短波無線電使用高頻HF（3M～30M）調頻無線電廣播使用甚高頻VHF（30M～300MHz）電視廣播使用甚高頻到特高頻UHF（30M～3GHz）802.11系列無線局域網、Bluetooth使用2.4GHz頻段關于30MHz～1GHz：視距傳輸下雨對無線電波的衰減影響不大多路干擾

1．無線通信地面微波系統(tǒng)常用的頻率范圍是2～40GHz

衛(wèi)星微波系統(tǒng)常用的頻率范圍是1～10GHz地面微波“接力”通信

微波天線最常見的類型是拋物面的“碟狀”天線微波信號傳輸的特點是：（1）只能進行視距傳播（2）由于大氣對微波信號的吸收與散射，以及雨天等氣候的影響，信號將嚴重衰減2．微波通信結構：小區(qū)（cell）：目前的移動通信系統(tǒng)將一個大區(qū)制覆蓋的區(qū)域劃分成多個小區(qū)（cell）基站（BS）：每個小區(qū)制的覆蓋區(qū)域設立一個基站（BS）移動站（SS）：通過基站在用戶的移動站（SS）之間建立通信小區(qū)覆蓋的半徑較小，一般為1～10km，因此可用較小的發(fā)射功率實現雙向通信3．蜂窩無線通信蜂窩移動通信系統(tǒng)：由若干小區(qū)構成的覆蓋區(qū)叫做區(qū)群由于區(qū)群的結構酷似蜂窩，因此人們將小區(qū)制移動通信系統(tǒng)叫做蜂窩移動通信系統(tǒng)3G

在蜂窩移動通信系統(tǒng)中，多址接入方法主要有3種：頻分多址接入FDMA時分多址接入TDMA碼分多址接入CDMA

3．蜂窩無線通信衛(wèi)星通信系統(tǒng)：是微波通信的一種其中繼站設在衛(wèi)星上衛(wèi)星通信系統(tǒng)構成：通過衛(wèi)星微波形成的點到點通信線路、兩個地球站（發(fā)送站、接收站）與一顆通信衛(wèi)星上行鏈路與下行鏈路衛(wèi)星通信優(yōu)點容量大、距離遠、覆蓋廣具有廣播能力、多站可以同時接收一組信息缺點：傳播延遲時間長4．衛(wèi)星通信編碼調制:將模擬數據或數字數據編碼為模擬信號通過傳輸介質發(fā)送出去的過程1．模擬數據的模擬信號調制

模擬數據以模擬信號傳輸時可以直接在模擬信道上傳輸，但是，出于天線尺寸和抗干擾等諸多問題的考慮，一般也需要進行調制其輸出信號是一種帶有輸入數據的、頻率極高的模擬信號。其調制技術有3種：調幅、調頻和調相2.3數據編碼與傳輸方式數字數據的數字信號編碼，解決數字數據的數字信號表示問題由網絡上的硬件完成

2．數字數據的數字信號編碼可分為單極性不歸零碼和雙極性不歸零碼

編碼規(guī)則、判決門限、同步方式計算機串口與調制解調器之間采用的是不歸零碼不歸零碼NRZ（non-returntozero）可分為單極性歸零碼和雙極性歸零碼

編碼規(guī)則、同步方式、比較

歸零碼自同步碼編碼在傳輸信息的同時，將時鐘同步信號一起傳輸過去曼徹斯特（Manchester）編碼：每一位的中間（1/2周期處）有一跳變，該跳變既作為時鐘信號（同步），又作為數據信號從高到低的跳變表示數字“0”，從低到高的跳變表示數字“1”自同步碼差分曼徹斯特（DifferentManchester）編碼：每一位的中間（1/2周期處）有一跳變，但是，該跳變只作為時鐘信號（同步）數據信號根據每位開始時有無跳變進行取值：有跳變表示數字“0”，無跳變表示數字“1”。自同步碼要在模擬信道上傳輸數字數據，首先數字信號要對相應的模擬信號進行調制，即用模擬信號作為載波運載要傳送的數字數據載波信號可以表示為正弦波形式：f（t）=Asin（ωt+φ）其中幅度A、頻率ω和相位φ的變化均影響信號波形通過改變這三個參數可實現對模擬信號的編碼相應的調制方式分別稱為幅度調制ASK、頻率調制FSK和相位調制PSK結合ASK、FSK和PSK可以實現高速調制，常見的組合是PSK和ASK的結合3．數字數據的模擬信號調制幅度調制（幅移鍵控ASK）頻率調制（頻移鍵控FSK）相位調制（絕對相移鍵控和相對相移鍵控）常把模擬數據轉換為數字信號來傳輸因為數字信號傳輸具有失真小、誤碼率低、價格低和傳輸速率高等特點將模擬數據轉換為數字信號最常見的方法：脈沖編碼調制PCM（PulseCodeModulation）技術它包括3個步驟：采樣、量化和編碼

PCM的理論基礎是奈奎斯特（Nyquist）采樣定理：若對連續(xù)變化的模擬信號進行周期性采樣，只要采樣頻率大于等于有效信號最高頻率或其帶寬的兩倍，則采樣值便可包含原始信號的全部信息，可以從這些采樣中重新構造出原始信號。4．模擬數據的數字信號編碼ADSL（非對稱數字用戶線路）常用正交調幅QAM（quadratureamplitudemodulation）調制這種調制技術是調幅與調相的綜合。使用兩個彼此相差90度的互為副本的載波頻率，就有可能在相同的載波頻率上同時發(fā)送兩個不同的信號，QAM正是利用了這一特點。使用兩電平ASK

使用四電平ASK

5．正交調制的基本概念通過模擬信號擴頻既可用于傳輸模擬數據，也可用于傳輸數字數據其實質為調制技術6．擴頻簡介

擴頻系統(tǒng)的主要特點是：輸入的數據進入信道編碼器，并產生模擬信號，這個模擬信號具有圍繞某個中心頻率的相對較窄的帶寬然后這個信號被類似隨機的數字序列進一步凋制，這個隨機數字序列稱為偽隨機序列（pseudorandomsequence）用偽隨機序列調制后傳輸信號的帶寬有顯著增加（頻譜被擴展）偽隨機序列是使用一些稱為種子（seed）的初始值通過某種算法得到的，除非知道算法和種子，否則就不大可能推測出這個序列在接收端，使用相同的數字序列對擴頻信號進行解調。最后，信號進入信道解碼器被還原成數據擴頻系統(tǒng)的主要特點廣泛應用于包括計算機無線網等許多領域

使用這種機制時，原始信號中的一個比特在傳輸信號中就變成了多個比特，稱為切片編碼（chippingcode）（擴頻碼）例如在發(fā)射端將“1”用11000100110代替，而將“0”用00110010110去代替，這個過程就實現了擴頻直接序列擴頻DSSS

（DirectSequenceSpreadSpectrum）①抗干擾性強擴頻擴頻碼相關性②隱蔽性好功率譜密度擴頻碼③易于實現碼分多址CDMA

④抗多徑干擾

相關性⑤DSSS通信速率高

直接序列擴頻通信技術特點實現方法：載頻信號以一定的速度和順序，在多個頻率點上跳變傳遞，接收端以相應的速度和順序接收并解調這個預先設定的頻率跳變的序列就是偽隨機序列。在一個相對的時間段內，就可以看作在一個寬的頻段內分布了傳輸信號，也就是寬帶傳輸原因：系統(tǒng)的工作頻率在不停地跳變，在每個頻率點上停留的時間僅為毫秒或微秒跳頻擴頻技術特點：相對于DSSS，跳頻技術具有更好的保密性和抗干擾性能，但帶寬較低跳頻擴頻FHSS

（FrequencyHoppingSpreadSpectrum）根據不同的分類標準數據傳輸有不同的方式1．串/并行通信并行通信：數字信號以成組的方式在多個并行信道上同時進行傳輸并行通信傳輸速度快、收發(fā)雙方不存在字符同步問題適用于近距離和高速率的通信（是計算機內的主要傳輸方式）串行通信數據以比特流逐位在一條信道上傳輸傳輸效率低，收發(fā)雙方需要保證同步串行通信適用于計算機之間通信和遠程通信（它是計算機網絡的主要傳輸方式）2.3.2數據傳輸方式（1）點對點連接

（2）多點連接2．通信線路的連接方式數據傳輸按數據傳送的方向與時間可以分為：單工半雙工全雙工3、單/雙工通信基帶是指離散矩形波固有的頻帶基帶信號是指離散矩形波（用0、1表示的離散矩形波信號）基帶傳輸是指在信道中直接傳輸數字信號的傳輸方式，且傳輸媒體的整個帶寬都被基帶信號占用，雙向地傳輸數據基帶傳輸的頻帶可以從0Hz（直流）到幾百MHz，甚至幾千MHz電話通信線路一般不能滿足基帶傳輸要求傳輸距離、重發(fā)器

4．基帶傳輸和頻帶傳輸頻帶傳輸先將基帶信號變換（調制）成便于在模擬信道中傳輸的、具有較高頻率范圍的模擬信號（稱為頻帶信號），再將這種頻帶信號在模擬信道中傳輸例如利用電話線的寬帶ADSL接入

在數據通信系統(tǒng)中，當發(fā)送端與接收端采用串行通信時，通信雙方交換數據要有高度的協同動作即保證傳輸數據速率、每個比特的持續(xù)時間和間隔均相同，這就是同步問題。實現數據傳輸同步有同步傳輸和異步傳輸兩種方式（在利用數據編碼的位同步基礎上）5．異步傳輸和同步傳輸異步傳輸以字符作為數據傳輸的基本單位在傳送的每個字符首末分別設置1位起始位以及1位或2位停止位，起始位是低電平（編碼為“0”），停止位為高電平（編碼為“1”）字符可以是5位或8位，當字符為8位時停止位是2位，8位字符中包含1位校驗位各字符之間的間隔是任意的、非同步的，但在一個字符時間之內，收發(fā)雙方的各數據位保持同步開銷

異步傳輸同步傳輸要求發(fā)送方和接收方時鐘始終保持同步，即每個比特位必須在收發(fā)兩端始終保持同步，中間沒有間斷時間可分為：面向字符的同步面向位的同步

同步傳輸面向字符的同步：同步字符SYN

面向位的同步：用某個特殊的8位二進制串F（如01111110）作為同步標志

同步傳輸不是獨立地發(fā)送每個字符，而是把字符或二進制序列組合為帶有同步標志的數據塊發(fā)送，一般稱這樣的數據塊為數據幀，簡稱幀。開銷

同步傳輸多路復用（multiplexing，也常簡稱為復用）在一條物理線路上傳輸多路信號來充分利用信道資源。采用多路復用的主要原因如下：（1）通信工程中用于通信線路架設的費用相當高，人們需要充分利用通信線路的容量（2）無論在廣域網還是局域網中，傳輸介質的傳輸容量往往都超過了單一信道傳輸的通信量2.4多路復用多路復用的基本原理（1）頻分多路復用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）（2）波分多路復用WDM（WavelengthDivisionMultiplexing）（3）時分多路復用TDM（TimeDivisionMultiplexing）（4）碼分多路復用CDM（CodeDivisionMultiplexing）。多路復用一般可分為以下幾種基本形式頻分多路復用的基本原理是：在一條通信線路上設計多路通信信道，每路信道的信號以不同的載波頻率進行調制，各個載波頻率是不重疊的，相鄰信道之間用“警戒頻帶”隔離那么，一條通信線路就可以同時獨立地傳輸多路信號。頻分多路復用是利用帶通濾波器實現的使用FDM的前提是：物理信道的可用帶寬要遠遠大于各原始信號的帶寬。2.4.1頻分多路復用OFDM在無線網絡中被廣泛應用其基本思想：將信道的可用帶寬劃分成若干相互正交的子載波，在每個子載波上獨立進行數據傳輸。從而實現對高速串行數據流的低速并行傳輸OFDM（正交頻分復用）它由傳統(tǒng)的頻分復用（FDM）技術演變而來，區(qū)別在于：OFDM是通過DFT（離散傅立葉變換）和IDFT而不是傳統(tǒng)的帶通濾波器來實現子載波之間的分割各子載波可以部分重疊，但仍然保持正交性因而大大提高了系統(tǒng)的頻譜利用率波形數據的低速并行傳輸增強了OFDM抵抗多徑干擾和頻率選擇性衰減的能力。OFDM的每個子載波可以有自己的調制方式，例如可以選用QAM64等。OFDM（正交頻分復用）波分多路復用在一根光纖上同時傳輸多個波長不同的光載波實際上WDM是FDM的一個變種，用于光纖信道波分多路復用實現：在光學系統(tǒng)中利用衍射光柵來實現多路不同頻率光波信號的合成與分解隨著技術的發(fā)展，目前可以復用80路或更多路的光載波信號，這種復用技術也叫做密集波分復用DWDM（DenseWavelengthDivisionMultiplexing）2.4.2波分多路復用1．時分多路復用的概念應用前提：當信號的頻寬與物理線路的頻寬相當時，就不適合采用頻分復用技術如數字信號具有較大的頻率寬度，通常需要占用物理線路的全部帶寬來傳輸一路信號數字信號作為離散量，具有持續(xù)時間很短的特點可以考慮將線路的傳輸時間作為分割對象2.4.3時分多路復用1．時分多路復用的概念時分多路復用將線路傳輸時間分成一個個互不重疊的時隙（timeslot），并按一定規(guī)則將這些時隙分配給多路信號，每一路信號在分配給自己的時隙內獨占信道進行傳輸2.4.3時分多路復用

時分多路復用又可分為兩類：同步時分多路復用與統(tǒng)計時分多路復用

同步時分多路復用（synchronousTDM，STDM）：將時間片預先分配給各個信道，并且時間片固定不變，因此各個信道的發(fā)送與接收必須是同步的

統(tǒng)計時分多路復用：允許動態(tài)地分配時間片

比較:線路資源、地址異步時分多路復用技術為異步傳輸模式ATM技術的研究奠定了理論基礎2．時分多路復用的分類E1標準就是采用時分多路復用技術將許多路PCM話音信號裝成時分復用幀后，再送往線路上一幀一幀地傳輸。E1標準在歐洲、中國、南美國家使用。E1的數據率為：（32×8bit）/125μs=2.048Mb/s對E1進一步復用，還可構成E2到E5等高次群

3．時分多路復用的應用

E1標準T1標準也是采用時分多路復用技術，使24個話路復用在一個物理信道上T1標準在北美、日本等國家和地區(qū)使用。T1的數據率為：（24×8bit+1bit）/125μs=1.544Mb/s

對T1進一步復用，還可構成T2到T4等高次群T1標準碼分復用CDM技術又叫碼分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）技術是在擴頻通信技術基礎上發(fā)展起來的一種無線通信技術特點比較：FDM的特點是信道不獨占，而時間資源共享，每一子信道使用的頻帶互不重疊TDM的特點是獨占時隙，而信道資源共享，每一個子信道使用的時隙不重疊CDMA的特點是所有子信道在同一時間可以使用整個信道進行數據傳輸，它在信道與時間資源上均共享2.4.4碼分多路復用CDMA技術多用于移動通信：不同的移動臺（或手機）可以使用同一個頻率，但是每個移動臺（或手機）都被分配一個獨特的“碼序列”，該碼序列與所有別的碼序列都不同各個移動臺（或手機）的碼片序列還必須互相正交（Orthogonal）即內積（InnerProduct）都是0，但任何一個碼片向量的規(guī)格化內積都是1，一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內積值是-12.4.4碼分多路復用采用CDMA：可提高通信的語音質量和數據傳輸的可靠性減少干擾對通信的影響，增大通信系統(tǒng)的容量降低手機的平均發(fā)射功率

數據交換：將數據在各中間結點間的數據傳輸過程稱為數據交換數據交換技術可分為：電路交換存儲轉發(fā)交換報文交換分組交換數據報交換虛電路交換2.5數據交換電路交換：也稱線路交換，在電路交換中，兩臺計算機通過通信子網進行數據交換之前，首先要在通信子網中建立一條實際的物理線路連接利用電路交換進行通信需以下三個階段：（1）電路建立（2）數據傳輸（3）電路拆除2.5.1電路交換（1）數據傳輸可靠、迅速、有序（按原來的次序）線路建立后，所有數據直接傳輸（2）線路利用率低電路接通后即為專用信道（3）線路建立時間較長，造成有效時間的浪費。（4）線路交換適用于高負荷的持續(xù)通信和實時性要求較強的場合（如會話式通信），不適合突發(fā)性通信電路交換的特點報文交換（MessageSwitching）：是以“報文”為單位進行存儲轉發(fā)交換（StoreandForwardSwitching）的技術傳輸過程2.5.2報文交換（1）主要優(yōu)點：沒有建立和拆除連接所需的等待時間，線路利用率高有檢錯和糾錯機制，傳輸可靠性較高（2）缺點：大報文問題延遲過長存儲容量要求較高增加了出錯概率和重傳延遲存儲管理復雜報文交換不適用于實時交互通信現已基本上不再使用。分組交換（PacketSwitching）是以“分組”為單位進行存儲轉發(fā)交換的技術將大的報文分成若干個小的分組，每個分組通過交換網絡中的結點進行存儲轉發(fā)分組的好處

分組交換又可以分成數據報交換和虛電路兩種交換方式無連接服務，采用數據報方式面向連接的服務，采用虛電路方式2.5.3分組交換在數據報方式中：結點間不需要建立從源主機到目的主機的固定連接。源主機所發(fā)送的每一個分組都獨立地選擇一條傳輸路徑每個分組在通信子網中可以通過不同傳輸路徑，從源主機到達目的主機1．數據報（1）同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網（2）同一報文的不同分組到達目的結點時可能出現亂序、重復與丟失現象（3）每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址（4）數據報方式報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式通信數據報具有以下特點虛電路（VC，VirtualCircuit）方式：虛電路方式在分組發(fā)送前，需要在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯通路試圖將數據報方式和電路交換方式結合起來每個分組除了包含數據之外還包含一個虛電路標識符在預先建好的路徑上的每個結點依據虛電路標識符就知道把這些分組向哪條路徑發(fā)送，不再需要路由選擇判定虛電路的數據交換過程分為以下3個階段：虛電路建立階段、數據傳輸階段和虛電路拆除階段

2．虛電路（1）在分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯連接（2）一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息分組到達目的結點時不會出現丟失、重復與亂序的現象（3）分組通過虛電路上的每個結點時，結點只需做差錯檢測，而不必做路徑選擇（4）通信子網中每個結點可以和任何結點建立多條虛電路連接虛電路方式具有以下幾個特點1．采用統(tǒng)計時分復用

2．信元交換ATM將數據組織成若干個信元，信元長度與格式固定，并且很短每個信元長度固定為53字節(jié)，頭部固定為5字節(jié)可以減少ATM交換機的數據交換的處理負荷，這就為交換機的高速交換創(chuàng)造了有利條件3．兩級虛電路體制ATM的每條物理鏈路可以包含一條或多條虛路徑VP；每條虛路徑VP又可以包含一條或多條虛通道VC路徑可以將許多通道捆綁在一起作公共處理2.5.4ATM交換ATM交換：是建立在電路交換和分組交換基礎上的一種面向連接的快速分組交換技術，兼具電路交換的實時性和服務質量及分組交換的靈活性，且更有效物理層僅關心比特流信息的傳輸不涉及比特流中各比特之間的關系（包括信息格式及含義）對傳輸差錯也不做任何控制

2.6物理層接口與協議1．基本概念廣域網物理層定義了數據終端設備DTE（DataTerminalEquipment）和數據電路端接設備DCE（DataCircuit-terminationEquipment）之間的接口規(guī)范和標準DTE是用戶網絡接口上的用戶端設備，典型的DTE是路由器、主機等而DCE是網絡端設備，DCE的作用是在DTE和傳輸線路之間提供信號變換和編碼的功能，并且負責建立、管理和釋放數據鏈路的連接例如調制解調器2.6.1物理層接口與標準的基本概念2．接口基本特性：機械特性

電氣特性

功能特性

接口信號線按功能一般可分為數據信號線、控制信號線、定時信號線和接地線四類規(guī)程特性

2.6.1物理層接口與標準的基本概念局域網物理層協議中最出名的是IEEE802.3標準，它定義了以太網的各種線纜標準和接口的類型等接口有很多種，常見的接口有RJ-45接口、RJ-11接口、AUI接口

2.6.2物理層標準舉例

1．IEEE802.3物理層接口標準腳名功能定義簡稱1TranceiveData+（發(fā)信號+）TX+2TranceiveData-（發(fā)信號-）TX-3ReceiveData+（收信號+）RX+4Notconnected（空腳）n/c5Notconnected（空腳）n/c6ReceiveData-（收信號-）RX-7Notconnected（空腳）n/c8Notconnected（空腳）n/cEIARS-232C是EIA在1996年頒布的串行物理接口標準RS-232C標準:提供了一個用公用電話網絡作為傳輸媒體，并通過調制解調器將遠程設備連接起來的技術規(guī)定

2．EIARS-232-C接口標準機械特性：每個插座有25針插頭，頂上一排針分別編號為1～13，下面一排針編號為14～25，還有一些其他尺寸的嚴格說明電氣特性：用低于-3V的電壓表示二進制1，用高于+4V的電壓表示二進制0允許的最大數據傳輸速率為20Kb/s最長可用電纜15m功能特性：規(guī)定了25針各與哪些電路連接以及每個信號的含義有9針幾乎總是要用到的，而其余的針常常不用有時只用9個引腳制成專用的9芯插頭，供計算機與調制解調器的連接使用規(guī)程特性：是指協議，即事件的合法順序協議是基于“請求-應答”關系的關于V.24接口和V.35接口

1．中繼器

2．調制解調器

3．集線器（Hub）主要完成物理層的功能，實際上是一種多端口的中繼器集線器的某個端口接收到計算機發(fā)來的數據幀時，便將數據幀轉發(fā)到所有的端口

集線器常按端口數量或帶寬來分類集線器主要有兩個特點：一是共享帶寬二是半雙工

2.6.3常見物理層設備計算機網絡中進行差錯控制的基本方法有：檢錯碼和校驗和確認重傳機制2.7差錯控制檢錯碼和校驗和的工作機制：（1）在協議數據單元的頭部（或尾）（例如：幀尾、IP頭、TCP報文段頭）設置一檢錯字段，這是協議本身規(guī)定好的（2）發(fā)送方根據協議規(guī)定，利用檢錯編碼算法計算檢錯碼，或者利用校驗和算法計算校驗和（3）將檢錯字段置為檢錯碼值或校驗和值（即一個二進制序列）（4）數據單元發(fā)送到接收方后，接收方經過同樣計算或檢測等操作后即可發(fā)現該數據單元在傳輸過程中是否有錯2.7.1檢錯碼和校驗和奇偶校驗碼原理通過增加冗余位來使得碼字中“1”的個數保持為奇數（奇校驗）或偶數（偶校驗）（1）垂直奇偶校驗能檢出每列中的所有奇數個錯，但檢不出偶數個錯；對突發(fā)錯，漏檢率約為50%。（2）水平奇偶校驗能檢出每行中的所有奇數個錯，但檢不出偶數個錯；對突發(fā)長度≤P的突發(fā)錯都能檢出。（3）水平垂直奇偶校驗能檢出所有3位或3位以下的錯誤以及突發(fā)長度≤P+1的突發(fā)錯，能檢出所有奇數個錯和絕大部分偶數個錯奇偶校驗碼循環(huán)冗余碼CRC（CycleRedundancyCheck）是在數據通信中用得最廣泛的檢錯碼，CRC碼檢錯能力強，且容易實現。CRC編碼過程涉及多項式知識，多項式和比特串有一定的對應關系比特串1110101可被解釋成x6+x5+x4+x2+1，反之亦然。在CRC校驗中，發(fā)送方和接收方必須事先商定一個生成多項式G（x）（協議會做出規(guī)定），生成多項式的最高位和最低位必須是1。循環(huán)冗余碼CRC發(fā)送端的編碼步驟：（1）將要發(fā)送的二進制數據（k位比特序列），對應一個（k-1）階多項式K（x）；再選取一個收發(fā)雙方預先約定的r階生成碼多項式G（x）。（2）在原數據尾添加r個0，即，xrK（x）。（3）進行xrK（x）/G（x），求得余數R（x）。R（x）即為校驗序列。（注意：求余數的過程是進行異或運算，加法不進位，減法不借位）（4）用R（x）替代xrK（x）最后的r個0（即xrK（x）+R（x）），得到待傳送的CRC碼多項式（數據位加校驗位）T（x）。（顯然，T（x）能被G（x）除盡，即余數0）接收端的檢驗：（1）接收端收到的CRC碼多項式T'（x）（2）校驗：進行T'（x）/G（x），求得余數。（3）若余數為0，則正確；若余數不為0，則出錯。[注意]發(fā)送方和接收方使用的G（x）必須一致。CRC校驗能力很強,能夠檢測出:全部單個錯誤和全部隨機的兩位錯誤全部奇數個錯誤和全部長度小于或等于校驗位的突發(fā)性錯誤除了檢錯碼外，還有一種糾錯碼，例如海明碼:糾錯碼不僅能發(fā)現差錯而且能自動糾正差錯確認（ACK）:協議數據單元（例如幀、TCP報文段）的接收結點在收到每個數據單元后，要求向發(fā)送結點發(fā)送正確接收數據單元的確認信息。確認重傳機制的基本原理在規(guī)定的時間內，如果發(fā)送結點沒有接收到接收結點的確認信息，就認為該數據單元發(fā)送失敗，發(fā)送結點重新發(fā)送該數據單元。（1）超時計時器（2）編號問題2.7.2確認重傳機制確認和重傳機制的優(yōu)缺點:可以提高數據傳輸的可靠性它需要制定較為復雜的確認和重傳協議，并且需要增加網絡額外的通信負荷，占用網絡帶寬前向糾錯FEC2.7.2確認重傳機制2.8數據鏈路控制協議

2.8.1滑動窗口協議1．停止等待協議工作原理

信道差錯問題流量控制問題重復幀問題的解決幀編號(0,1)重復幀需要確認由于發(fā)送端對出錯的數據幀進行重傳是自動進行的，所以這種差錯控制體制常簡稱為ARQ(AutomaticRepeatreQuest)，自動請求重傳停止等待協議ARQ的優(yōu)缺點

優(yōu)點：比較簡單

缺點：通信信道的利用率不高，即信道還遠遠沒有被數據比特填滿為了克服這一缺點，就產生了另外兩種協議：連續(xù)ARQ選擇重傳ARQ2.連續(xù)ARQ協議連續(xù)ARQ協議的工作原理:在發(fā)送完一個數據幀后，不是停下來等待確認幀，而是可以連續(xù)再發(fā)送若干個數據幀如果這時收到了接收端發(fā)來的確認幀，那么還可以接著發(fā)送數據幀由于減少了等待時間，整個通信的吞吐量就提高了要注意兩點：（1）接收端只按序接收數據幀（2）結點A在每發(fā)送完每一個數據幀時都要設置超時計時器連續(xù)ARQ協議討論1、四種事件處理2、優(yōu)缺點3、滑動窗口3．滑動窗口的概念發(fā)送窗口：用來對發(fā)送端進行流量控制發(fā)送窗口的大小WT代表在還沒有收到對方確認信息的情況下發(fā)送端最多可以發(fā)送多少個數據幀發(fā)送窗口的規(guī)則接收窗口的規(guī)則只有當收到的數據幀的發(fā)送序號落入接收窗口內才允許將該幀收下滑動關于WT的討論1、滑動窗口協議的概念2、WT2n-1（條件：WR=1）3、關于ARQ協議的窗口4、關于發(fā)送端數據幀的存儲空間及存儲數據結構4選擇重傳ARQ協議如何進一步提高信道的利用率？可設法只重傳出現差錯的數據幀或者是計時器超時的數據幀可加大接收窗口先收下發(fā)送序號不連續(xù)但仍處在接收窗口中的那些數據幀等到所缺序號的數據幀收到后再一并送交主機

優(yōu)缺點：可避免重復傳送那些本來已經正確到達接收端的數據幀代價是在接收端要設置具有相當容量的緩存空間對于選擇重傳ARQ協議，若用n比特進行編號，則接收窗口的最大值受下式的約束：WR

2n/2

2.8.2HDLC廣域網鏈路類型大多數是點對點連接，用于點對點連接的幀封裝協議主要有兩種：高級數據鏈路控制規(guī)程HDLC（High-levelDataLinkControl）點對點協議PPP（Point-to-PointProtocol）HDLC的幀結構

F（flag）：固定格式—01111110作用—幀同步

傳輸數據的透明性（零比特插入與刪除）A（address）：地址C（control）：幀的類型、幀的編號、命令與控制信息I（information）：網絡層數據，Nmax=256BCRC（checksum）：校驗A、C、I字段的數據

G(X)=X16+X12+X5+1零比特插入/刪除工作過程幀類型及控制字段的意義幀類型I幀：N（S）—發(fā)送幀的順序號

N（R）—接收幀的順序號（捎帶確認）

P/F=Poll/Final，P=1詢問，F=1響應P與F成對出現S幀：監(jiān)控功能位

S=00，RR（receiveready）

S=01，RNR（receivenotready）

S=10，REJ（reject）

S=11，SREJ（selectreject）U幀：無編號幀主要起控制作用，用于鏈路管理，如數據鏈路的建立、釋放、恢復的命令和響應，可以在需要時隨時發(fā)出

2.8.3PPP雖然HDLC協議在歷史上曾經起過很大的作用，但現在全世界使用得最多的數據鏈路層協議是非常簡單的點對點協議PPP(Point-to-PointProtocol)。1．PPP協議的組成PPP是個協議簇，包括:鏈路控制協議LCP（LinkControlProtocol）用來建立、配置和測試數據鏈路的連接通信的雙方可協商一些選項網絡控制