ch數(shù)據(jù)通信技術(shù)實(shí)用

會(huì)計(jì)學(xué)1ch數(shù)據(jù)通信技術(shù)實(shí)用數(shù)據(jù)通信基本知識(shí)3.1.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)3.1.2通信的基本要求3.1.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型3.1.4信道的最大容量3.1.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的速率3.1.6基帶傳輸和頻帶傳輸3.1.7通信雙方的交互方式3.1.8異步傳輸和同步傳輸?shù)?頁/共105頁信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)數(shù)據(jù)：實(shí)現(xiàn)約定的、具有某種含義的數(shù)字或字母(符號(hào))以及它們的組合。信息：數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。信號(hào)：信號(hào)是數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼。信息是在人們之間傳遞的知識(shí)，數(shù)據(jù)是信息的具體表現(xiàn)形式，其本身是各種各樣的物理符號(hào)或它們的組合信號(hào)是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼，數(shù)據(jù)必須經(jīng)過編碼轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后才能在傳輸介質(zhì)中傳輸?shù)?頁/共105頁信道信源：產(chǎn)生和發(fā)送信號(hào)信宿：接受和處理信號(hào)信道：信源和信宿之間的傳輸線路和傳輸設(shè)備。物理信道和邏輯信道，同一物理信道可提供多條邏輯信道，而每一邏輯信道上只允許一路信號(hào)通過。第3頁/共105頁

串行通信 串行傳輸是一位一位地傳送，從發(fā)送端到接收端只要一根傳輸線即可,節(jié)省設(shè)備，適用于遠(yuǎn)程通信

接收設(shè)備2314567812345678發(fā)送設(shè)備串行到并行的轉(zhuǎn)換并行到串行的轉(zhuǎn)換第4頁/共105頁并行通信 并行傳輸?shù)乃俾矢?，可以一次同時(shí)傳輸若干比特的數(shù)據(jù)。

2345678發(fā)送設(shè)備接收設(shè)備校驗(yàn)數(shù)據(jù)線數(shù)據(jù)位第5頁/共105頁數(shù)據(jù)通信主要指標(biāo)與信道極限容量

數(shù)據(jù)在信道中是以電信號(hào)的形式傳送的，分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)是連續(xù)變化的電壓或電流波形，數(shù)字信號(hào)是一系列表示數(shù)字“0”和“1”的電脈沖。模擬傳輸系統(tǒng)采用放大器增加信號(hào)能量，但會(huì)放大噪聲，造成誤差積累；數(shù)字傳輸系統(tǒng)采用中繼器，利用碼元再生法重傳，有效解決了誤差積累問題。第6頁/共105頁模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)tta)模擬信號(hào)b)數(shù)字信號(hào)

模擬信號(hào)：時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個(gè)值數(shù)字信號(hào)：時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的預(yù)定值第7頁/共105頁數(shù)據(jù)通信主要指標(biāo)與信道極限容量信號(hào)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率信道容量誤碼率第8頁/共105頁

信道(Channel)：傳送信息的線路（或通路）比特率(BitRate)：數(shù)據(jù)傳輸速率(bps，b/s)碼元(CodeCell)：時(shí)間軸上的一個(gè)信號(hào)編碼單元t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)同步脈沖同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元的開始t第9頁/共105頁信號(hào)傳輸速率

波特率：每秒鐘傳送的碼元數(shù)，或者說每秒鐘信號(hào)（比如電壓）變化的次數(shù)，單位為波特（baud)。如果是脈沖信號(hào)，波特率可按下式計(jì)算：

B=1/T(Baud)其中T為一個(gè)脈沖信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度

第10頁/共105頁數(shù)據(jù)通信主要指標(biāo)與信道極限容量信號(hào)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率信道容量誤碼率第11頁/共105頁數(shù)據(jù)傳輸速率

比特率：指每秒鐘能傳送的二進(jìn)制位數(shù)，單位為比特/秒（bps）。通常將比特率作為數(shù)據(jù)傳輸率。比特率與波特率的關(guān)系：

設(shè)比特率為S，波特率為B，則

S=B·log2N(bps),N為碼元狀態(tài)數(shù)

根據(jù)奈奎斯特定律Bmax=2H，則有：

Smax=2H·log2N(bps)第12頁/共105頁波特率與比特率比較

波特率為每秒傳送多少個(gè)碼元比特率為每秒傳送多少個(gè)二進(jìn)制位。信息傳輸速率“比特/秒”與碼元傳輸速率“波特”在

數(shù)量上有一定的關(guān)系：若1個(gè)碼元只攜帶1bit信息量，則“比特/秒”和“波特”在數(shù)值上相等。若1個(gè)碼元攜帶nbit信息量，則MBaud的碼元傳輸速率所對(duì)應(yīng)的信息傳輸速率為Mnb/s

第13頁/共105頁波特率與比特率比較圖2種信號(hào)電平,（即碼元有2種）每個(gè)碼元攜帶1位二進(jìn)制信息波特率＝8Baud比特率＝8bps4種信號(hào)電平,（即碼元有4種）每個(gè)碼元攜帶2位二進(jìn)制信息波特率＝8Baud比特率＝16bps1秒第14頁/共105頁數(shù)據(jù)通信主要指標(biāo)與信道極限容量信號(hào)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率信道容量誤碼率第15頁/共105頁信道容量

根據(jù)奈奎斯特定理，只要碼元的狀態(tài)數(shù)增加，比特率就增加，因此無噪信道容量是無限的。Smax=2H·log2N(bps)但實(shí)際信道總是有噪聲的，實(shí)際的信道容量由信道本身的特征（帶寬，信噪比）決定，與具體通信手段無關(guān)。根據(jù)香農(nóng)定理，有噪聲信道容量

S=2H·log2(1+S/N）(bps)

其中，S/N為信道的信噪比。信噪比也通常用分貝（dB）來表示，信噪比分貝數(shù)和S/N的關(guān)系是：

信噪比（dB）=

10log10S/N第16頁/共105頁數(shù)據(jù)通信主要指標(biāo)與信道極限容量信號(hào)傳輸速率數(shù)據(jù)傳輸速率信道容量誤碼率第17頁/共105頁誤碼率

傳輸出錯(cuò)的碼元數(shù)占傳輸總碼元數(shù)的比例。設(shè)傳輸總碼元數(shù)為N，傳輸出錯(cuò)的碼元數(shù)為Ne,則誤碼率為

Pe

=

Ne/N

根據(jù)誤碼率的大小選擇合適的數(shù)據(jù)單元大小來傳輸。第18頁/共105頁通信雙方的交互方式依據(jù)通信的方向討論，通信雙方信息交互的方式有三種基本方式單向通信，只能有一個(gè)方向上的通信，即A只能傳給B

雙向交替通信，通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能同時(shí)發(fā)送，在某一個(gè)時(shí)刻僅存在一個(gè)方向上的通信雙向同時(shí)通信，通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息這里需要指明的是上述三個(gè)基本方式是規(guī)范的術(shù)語，分別對(duì)應(yīng)以前的單工、半雙工、全雙工第19頁/共105頁通信雙方的交互方式第20頁/共105頁異步傳輸和同步傳輸在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信網(wǎng)絡(luò)中都是采用串行傳輸，這是由于遠(yuǎn)距離傳輸要考慮到技術(shù)實(shí)現(xiàn)上的要求和傳輸線路的費(fèi)用串行傳輸在具體應(yīng)用中，又分為異步和同步傳輸異步和同步傳輸都要考慮收發(fā)雙方的同步，即接收方能夠正確的區(qū)分所收到數(shù)據(jù)的每一位異步傳輸是一次傳輸一個(gè)字符，字符之間有不確定的間隔，每個(gè)字符由1位起始位標(biāo)識(shí)，起始位的值為0，字符由5-8位二進(jìn)制數(shù)組成，例如采用ASCII編碼的字符，后跟1-2位停止位，停止位的值為1

同步傳輸是一次傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊的內(nèi)容可以是若干二進(jìn)制位，也可以是若干字符，每一位與前一位之間的傳輸時(shí)間是確定的，即是可知的第21頁/共105頁字符內(nèi)部的各個(gè)比特采用固定的時(shí)間模式，每個(gè)字符獨(dú)立傳輸，字符之間間隔任意，用獨(dú)特的起始位和終止位來限定每個(gè)字符。傳輸效率較低起終始止位11101010位

線路空閑

線路空閑起始位一個(gè)字符下一字符異步傳輸?shù)?2頁/共105頁異步傳輸和同步傳輸?shù)?3頁/共105頁傳輸介質(zhì)3.2.1傳輸介質(zhì)的分類3.2.2有線傳輸介質(zhì)3.2.3無線傳輸介質(zhì)3.2.4衛(wèi)星傳輸?shù)?4頁/共105頁傳輸介質(zhì)的分類傳輸介質(zhì)用作信號(hào)的通路

每一種傳輸介質(zhì)在數(shù)據(jù)傳輸率、傳輸時(shí)延、安裝、維護(hù)和成本上有不同的特性。適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用環(huán)境也不同

傳輸介質(zhì)分為有線傳輸介質(zhì)無線傳輸介質(zhì)。

在有線傳輸介質(zhì)中電信號(hào)的傳播速度是光速的三分之二，即每秒20萬Km（千米）在無線傳輸介質(zhì)中電信號(hào)的傳播速度等于光速，為每秒30萬Km（千米）在網(wǎng)絡(luò)的最低層次上，所有計(jì)算機(jī)通信都以某種能量形式對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，并將這些能量通過傳輸介質(zhì)發(fā)送

第25頁/共105頁有線傳輸介質(zhì)雙絞線是由一對(duì)相互絕緣的導(dǎo)線纏繞在一起構(gòu)成的，兩條導(dǎo)線纏繞在一起雙絞線在Ethernet網(wǎng)和TokenRing網(wǎng)中用得相當(dāng)多，它常用作總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)或星形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)連線

雙絞線分為屏蔽和非屏蔽兩大類在這兩大類中又分100歐姆非屏蔽電纜、雙體電纜、大對(duì)數(shù)電纜、150歐姆屏蔽電纜和100歐姆屏蔽電纜第26頁/共105頁5類UTP的特性描述第27頁/共105頁雙絞線圖示及UTP-5的線序第28頁/共105頁同軸電纜

同軸電纜是最早用于數(shù)據(jù)網(wǎng)和局域網(wǎng)的一種線纜類型它中央是銅芯，銅芯外包著一層絕緣層，絕緣層外是一層屏蔽層，屏蔽層把電線很好地包起來，再往外就是外包皮了用于局域網(wǎng)的同軸電纜是為支持以太網(wǎng)設(shè)計(jì)的，用在符合IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)Ethernet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，阻抗為50Ω的電纜又分為RG58A/U標(biāo)準(zhǔn)的細(xì)纜和RG11標(biāo)準(zhǔn)的粗纜，細(xì)纜的塑料外皮顏色為黑色，粗纜的塑料外皮顏色為黃色

第29頁/共105頁光纖

光纖通信系統(tǒng)是以光波為載體、光導(dǎo)纖維為傳輸媒體的通信方式,起主導(dǎo)作用的是光源、光纖、光發(fā)送機(jī)和光接收機(jī)?？梢赃@樣理解：光源是光波產(chǎn)生的根源光纖是傳輸光波的導(dǎo)體光發(fā)送機(jī)的功能是產(chǎn)生光束,將電信號(hào)轉(zhuǎn)變成光信號(hào),再把光信號(hào)導(dǎo)入光纖光接收機(jī)的功能負(fù)責(zé)接收從光纖上傳輸?shù)墓庑盘?hào),并將它轉(zhuǎn)變成電信號(hào),經(jīng)解碼后再作相應(yīng)處理

第30頁/共105頁單根光纖構(gòu)造光纖具有圓柱形的形狀，由傳輸光波的玻璃纖芯以及包圍在纖芯外面的反射層組成，形成三部分：纖芯、包層和護(hù)套第31頁/共105頁目前使用的光源目前使用的光源有兩種：發(fā)光二極管LED半導(dǎo)體激光ILD按傳輸點(diǎn)模數(shù)分類光纖分為單模光纖和多模光纖光纖工作原理

第32頁/共105頁光纖的工作原理高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷涞?3頁/共105頁單模光纖多模光纖與單模光纖多模光纖第34頁/共105頁光纖與電纜線相比的優(yōu)缺點(diǎn)

光纖傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：傳輸?shù)男问绞枪?，所以光纖不會(huì)引起電磁干擾也不會(huì)被干擾光纖傳輸信號(hào)的距離比電纜線所能傳輸?shù)木嚯x要遠(yuǎn)得多，線路損耗低與電信號(hào)相比，傳輸頻帶寬，通信容量大。光可以對(duì)更多的信息進(jìn)行編碼，所以光纖可在單位時(shí)間內(nèi)傳輸比導(dǎo)線更多的信息線徑細(xì),重量輕抗化學(xué)腐蝕能力強(qiáng)光纖制造資源豐富光纖在應(yīng)用中的不足之處：光纖的安裝需要專門設(shè)備以保證光纖的端面平整以便光能透過當(dāng)一根光纖在護(hù)套中斷裂（如被彎成直角），要確定位置是非常困難的修復(fù)斷裂光纖也很困難

第35頁/共105頁無線傳輸介質(zhì)電磁波譜在無線傳輸介質(zhì)（指自由空間）中，電磁波沿自由空間傳播傳播速度為光速無線傳輸介質(zhì)也稱為非導(dǎo)向傳輸媒體無線傳輸介質(zhì)需要采用電磁波譜的某些可用頻帶

第36頁/共105頁電磁波譜的頻譜

第37頁/共105頁無線電

無線電通信在無線電廣播和電視廣播中已廣泛使用在低頻段和中頻波段內(nèi)，無線電波可以輕易的通過障礙物，沿地球表面?zhèn)鞑サ盘?hào)能量隨著與信號(hào)源距離增大而急劇衰減，使得傳輸距離收到限制在高頻、甚高頻波段內(nèi)，地表電波會(huì)被地球吸收但會(huì)被離地表幾百千米高度的帶電粒子層-電離層反射回地面，可以傳播到很遠(yuǎn)的距離

第38頁/共105頁微波傳輸

微波(microwave)通信通常是指利用在lGHz－10GHz頻率范圍內(nèi)的電磁波來進(jìn)行通信和低頻的無線電波不同的是微波是沿著直線傳播的，而不是向各個(gè)方向擴(kuò)散，而地球表面是彎曲的，其傳播距離受到限制在相距幾十公里的距離之間需要建設(shè)微波接力中繼站，像接力賽跑那樣，一站接一站補(bǔ)充能量微波通信的優(yōu)點(diǎn)是：微波接力通信適應(yīng)的業(yè)務(wù)種類多，可以傳輸長(zhǎng)途電話、電報(bào)、蜂窩移動(dòng)電話、廣播電視、圖像、文本數(shù)據(jù)等信息微波傳輸工作在波段lGHz－10GHz頻率范圍，其通信信道的容量大微波傳輸質(zhì)量高，不容易受工業(yè)干擾和天電干擾，這兩者的主要頻譜比微波低的多與同樣效果的有線通信建設(shè)比較，微波通信建設(shè)周期快、投資少微波通信的可靠性高

第39頁/共105頁紅外線紅外線傳輸通信是利用電磁波頻譜紅外頻段進(jìn)行通信頻率范圍1012Hz－1014GHz，紅外線傳輸主要用于短距離的通信，通信距離一般在十幾米范圍內(nèi)紅外線的發(fā)送與接收裝置硬件相對(duì)便宜且容易制造，也不需要天線紅外通信不宜在室外使用紅外線傳輸也用于數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第40頁/共105頁光波傳輸利用光信號(hào)通信的歷史可以追溯到遙遠(yuǎn)的古代激光能直接在空中傳輸而無需通過有形的光導(dǎo)體具有能在很長(zhǎng)的距離內(nèi)保持聚焦(即定向)的特點(diǎn)它和微波通信在直線傳輸上有相似性激光同樣不能被遮擋而且對(duì)雨雪和霧都比較敏感，這限制了它的應(yīng)用

第41頁/共105頁衛(wèi)星傳輸衛(wèi)星是指圍繞地球轉(zhuǎn)動(dòng)的物體天體衛(wèi)星和人造衛(wèi)星1962年第一顆人造地球衛(wèi)星發(fā)射成功開創(chuàng)了天際通信的里程碑

通信衛(wèi)星可以看作是一個(gè)空間微波中繼器通信衛(wèi)星上一般12—20個(gè)異頻雷達(dá)接收機(jī)，每個(gè)都有36MHz—50MHz的帶寬，異頻雷達(dá)接收機(jī)對(duì)相應(yīng)的波段進(jìn)行監(jiān)聽上行波束從地面衛(wèi)星站傳向衛(wèi)星，下行波束從衛(wèi)星傳向地面站，下行波束覆蓋范圍很廣通信衛(wèi)星與天體衛(wèi)星的區(qū)別在于返回地面的信號(hào)可以在衛(wèi)星上通過放大器放大

衛(wèi)星傳輸采用的波段為微波波段第42頁/共105頁衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

通信與地面兩個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置無關(guān),也即傳送一條報(bào)文的成本與距離無關(guān)衛(wèi)星的一個(gè)重要特性是收發(fā)器向上千個(gè)地面站發(fā)送一條報(bào)文的時(shí)間與向一個(gè)地面站發(fā)送該報(bào)文所用的時(shí)間基本相同衛(wèi)星傳輸具有很低的出錯(cuò)率第43頁/共105頁主要的衛(wèi)星頻段第44頁/共105頁通信衛(wèi)星的高度及類型第45頁/共105頁信道復(fù)用技術(shù)3.3.1頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用3.3.2波分復(fù)用3.3.3統(tǒng)計(jì)復(fù)用第46頁/共105頁信道復(fù)用技術(shù)

復(fù)用技術(shù)用于在一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多路信號(hào)，這樣可以充分利用信道的傳輸能力復(fù)用可以實(shí)現(xiàn)的前提是信道的傳輸能力大于傳輸一路信號(hào)的需求，體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是信道的帶寬很寬，而傳輸一路信號(hào)所需的帶寬很窄另一方面是信道的數(shù)據(jù)傳輸率很高，而一路信號(hào)所需的數(shù)據(jù)傳輸率很低，這樣在能力很強(qiáng)的信道上僅傳輸一路信號(hào)就很浪費(fèi)

第47頁/共105頁3.3.1頻分復(fù)用和時(shí)分復(fù)用頻分復(fù)用(FDM)是最常用的技術(shù)信道的帶寬很寬，信道的可用帶寬大于一路信號(hào)所需的帶寬，把信道劃分為多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)在子信道之間要留有隔離頻帶，對(duì)每路信號(hào)以不同頻率的載波進(jìn)行調(diào)制，使其適應(yīng)不同子信道頻段的要求，傳輸?shù)侥康牡睾笤倩謴?fù)為原始信號(hào)

第48頁/共105頁時(shí)分復(fù)用TDM

時(shí)分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）技術(shù)的依據(jù)是信道的數(shù)據(jù)傳輸率大于一路信號(hào)傳輸所需要的數(shù)據(jù)傳輸率可以把傳輸時(shí)間分成時(shí)間片幀，每一時(shí)間片幀包含若干時(shí)間隙，每個(gè)時(shí)間隙對(duì)應(yīng)一路信號(hào)的若干位

第49頁/共105頁時(shí)分復(fù)用頻率f時(shí)間t23423423423411111在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀第50頁/共105頁時(shí)分復(fù)用頻率f時(shí)間t34343411112222342

在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀第51頁/共105頁時(shí)分復(fù)用頻率f時(shí)間t24242411112333343在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀第52頁/共105頁時(shí)分復(fù)用

頻率時(shí)間2323231111234444D在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀第53頁/共105頁FDMA和TDMAFDMA頻率時(shí)間TDMA頻率時(shí)間用戶C用戶D用戶B用戶A第54頁/共105頁TDM與FDM的比較

TDM中每一路信號(hào)傳輸占用信道的全部帶寬在某一微小的時(shí)間間隔只有一路信號(hào)在傳輸FDM中每一路信號(hào)占用部分帶寬在某一微小的時(shí)間間隔有多路信號(hào)在傳輸

在應(yīng)用中TDM適合數(shù)字信號(hào)的傳輸FDM適合模擬信號(hào)傳輸許多應(yīng)用是先進(jìn)行FDM，然后再進(jìn)行TDM，即兩種復(fù)用技術(shù)綜合使用第55頁/共105頁波分復(fù)用在光纖信道上采用波分復(fù)用WDM波分復(fù)用是光的頻分復(fù)用WDM是FDM的一個(gè)變種頻率和波長(zhǎng)之間滿足關(guān)系式：F＝c／λ，這里f為頻率，c為光速，λ為波長(zhǎng)每根光纖上光信號(hào)的波長(zhǎng)不同，兩根光纖連接到一個(gè)棱柱或衍射光柵上，兩束光通過棱柱或衍射光柵合成到一根共享的光纖上傳輸?shù)竭h(yuǎn)方的目的地后，再用棱柱或衍射光柵將它們分解開，交給接收方

第56頁/共105頁波分復(fù)用WDM圖示第57頁/共105頁統(tǒng)計(jì)復(fù)用統(tǒng)計(jì)復(fù)用是對(duì)時(shí)分復(fù)用的改進(jìn)也稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM（StatisticTimeDivisionMultiplexing）在時(shí)分復(fù)用中各路信號(hào)的時(shí)隙是固定分配好了的每一路信號(hào)與復(fù)用的其它各路信號(hào)之間的時(shí)間間隔是固定的從這個(gè)意義上講，各路信號(hào)是同步傳輸?shù)牡?8頁/共105頁統(tǒng)計(jì)復(fù)用圖示第59頁/共105頁數(shù)據(jù)編碼技術(shù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)編碼為模擬信號(hào)第60頁/共105頁數(shù)據(jù)編碼技術(shù)模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)都可以轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)或數(shù)字信號(hào)

第61頁/共105頁數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)用高電平標(biāo)識(shí)1、低電平標(biāo)識(shí)0的二進(jìn)制數(shù)據(jù)信號(hào)不能直接放在信道上傳輸，這種不歸零制編碼NRZ存在接收方無法在連續(xù)1或連續(xù)0時(shí)區(qū)分出每一位的問題。解決問題的方法是在（1/2）T加上同步時(shí)鐘信號(hào)第62頁/共105頁交換技術(shù)3.5.1交換技術(shù)的用途3.5.2電路交換和報(bào)文交換3.5.3分組交換3.5.4交換技術(shù)的比較3.5.5信元交換第63頁/共105頁交換技術(shù)的用途交換技術(shù)在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信過程中是必須要用到的

對(duì)于長(zhǎng)距離通信傳輸，要用到交換技術(shù)傳統(tǒng)的交換技術(shù)有電路交換報(bào)文交換分組交換。現(xiàn)在較多使用的交換技術(shù)有信元交換。用在ATM網(wǎng)絡(luò)中

第64頁/共105頁電路交換和報(bào)文交換電路交換是面向連接的通信雙方在通信之前先建立一條連接，然后在建立的連接上傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完后釋放連接在通信的過程中通信的雙方獨(dú)占這一連接。連接建立過程需要一定的時(shí)間若連接經(jīng)過的節(jié)點(diǎn)和線路有空閑的資源則允許連接建立，否則不允許建立連接電路交換適宜實(shí)時(shí)通信的應(yīng)用生活中的電話通信就是采用電路交換的通信

第65頁/共105頁電路交換A和B通話經(jīng)過四個(gè)交換機(jī)A到B的通話先建立一條連接，然后在建立的連接上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA第66頁/共105頁電路交換C和D通話只經(jīng)過一個(gè)本地交換機(jī)通話同樣是在建立的連接線上C到D上進(jìn)行((((交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA第67頁/共105頁報(bào)文交換

報(bào)文交換與節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)聯(lián)系雙方通信的數(shù)據(jù)組成報(bào)文的格式報(bào)文是節(jié)點(diǎn)之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)先接收?qǐng)?bào)文，進(jìn)行存儲(chǔ)然后根據(jù)線路的情況決定通過線路向其它節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)需要一定的時(shí)延報(bào)文交換是無連接的報(bào)文的大小是不固定的

第68頁/共105頁分組交換分組交換也與存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)相聯(lián)系把需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)（報(bào)文）分成長(zhǎng)度固定的分組節(jié)點(diǎn)對(duì)分組進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)分組的大小比報(bào)文小的多在節(jié)點(diǎn)的時(shí)延比較小，即使傳輸出現(xiàn)差錯(cuò)，重傳的數(shù)據(jù)量也比較小計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸具有突發(fā)性的特點(diǎn)，若采用電路交換來傳輸計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)，線路的利用率會(huì)非常低只有分組交換適合計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的傳輸分組交換可以分為面向連接的虛電路分組交換無連接的數(shù)據(jù)報(bào)分組交換

第69頁/共105頁分組的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)過程H1ABDECH5H6H4H2H3以H1向H5

發(fā)送分組為例路由器主機(jī)在路由器A暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器E暫存，查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器C暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達(dá)目的主機(jī)H5互聯(lián)網(wǎng)第70頁/共105頁交換技術(shù)的比較圖中A、B、C、D為節(jié)點(diǎn)，A為源節(jié)點(diǎn)，D為目的節(jié)點(diǎn)，垂直方向?yàn)闀r(shí)間。圖中用時(shí)間延遲比較三種交換技術(shù)的差異。時(shí)間延遲包括連接建立時(shí)延、信號(hào)的傳播時(shí)延、數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)延，以及節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延

第71頁/共105頁三種交換的比較P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4MMMABCDABCDABCD報(bào)文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送dataP2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)比特流直達(dá)終點(diǎn)報(bào)文報(bào)文報(bào)文分組分組分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)第72頁/共105頁計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1.數(shù)據(jù)傳輸速率比特（bit）是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。速率的單位是b/s，kb/s,Mb/s,Gb/s速率往往是指額定速率或標(biāo)稱速率。第73頁/共105頁2.帶寬“帶寬”(bandwidth)本來是指信號(hào)具有的頻帶寬度，單位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）?，F(xiàn)在“帶寬”是數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”的同義語，單位是“比特每秒”，或b/s(bit/s)。常用的帶寬單位是千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）請(qǐng)注意：在計(jì)算機(jī)界，K=210=1024M=220,G=230,T=240

第74頁/共105頁3.吞吐量吞吐量(throughput)表示在單位時(shí)間內(nèi)通過某個(gè)網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量更經(jīng)常地用于對(duì)現(xiàn)實(shí)世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測(cè)量，以便知道實(shí)際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò)。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。第75頁/共105頁4.時(shí)延(delay或latency)傳輸時(shí)延（發(fā)送時(shí)延）發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。

發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度（比特）信道帶寬（比特/秒）傳播時(shí)延電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費(fèi)的時(shí)間。傳播時(shí)延=信道長(zhǎng)度（米）信號(hào)在信道上的傳播速率（米/秒）第76頁/共105頁時(shí)延(delay或latency)處理時(shí)延交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要的處理所花費(fèi)的時(shí)間。排隊(duì)時(shí)延結(jié)點(diǎn)緩存隊(duì)列中分組排隊(duì)所經(jīng)歷的時(shí)延。排隊(duì)時(shí)延的長(zhǎng)短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量。第77頁/共105頁四種時(shí)延所產(chǎn)生的地方1011001…發(fā)送器隊(duì)列在鏈路上產(chǎn)生傳播時(shí)延結(jié)點(diǎn)

B結(jié)點(diǎn)

A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時(shí)延(即發(fā)送時(shí)延)在結(jié)點(diǎn)

A中產(chǎn)生處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)從結(jié)點(diǎn)A向結(jié)點(diǎn)B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路第78頁/共105頁分組延遲的四種原因1.處理時(shí)延:

檢查比特級(jí)錯(cuò)誤確定輸出鏈路時(shí)延在微秒級(jí)或更低ABpropagationtransmissionnodeprocessingqueueing2.排隊(duì)時(shí)延在輸出鏈路等待傳輸?shù)臅r(shí)間

取決于路由器的擁塞程度時(shí)延在毫秒級(jí)第79頁/共105頁分組交換網(wǎng)絡(luò)中的時(shí)延3.發(fā)送時(shí)延:R=鏈路帶寬(bps)L=分組長(zhǎng)度(bits)分組發(fā)送到鏈路所需時(shí)間

=L/Rs4.傳播時(shí)延:d=物理鏈路的長(zhǎng)度s=媒體中的傳播速度

(~2x108m/s)傳播時(shí)延

=d/ss注:注意傳輸時(shí)延和傳播時(shí)延之間的差異!ABpropagationtransmissionnodeprocessingqueueing第80頁/共105頁例子：收費(fèi)站時(shí)延汽車“傳播”速度

100km/h收費(fèi)站服務(wù)一輛車要12s(發(fā)送時(shí)延)汽車~比特;車隊(duì)~分組Q:車隊(duì)整隊(duì)到達(dá)第二個(gè)收費(fèi)站要多長(zhǎng)時(shí)間?將整個(gè)車隊(duì)通過收費(fèi)站“發(fā)送”到高速公路上需時(shí)12*10=120s最后一輛車從第一個(gè)收費(fèi)站到第二個(gè)收費(fèi)站需時(shí):100km/(100km/hr)=1hA:62minutes收費(fèi)站收費(fèi)站10輛車的車隊(duì)

100km100km第81頁/共105頁收費(fèi)站時(shí)延(續(xù))現(xiàn)在汽車的“傳播”速度是1000km/hr現(xiàn)在收費(fèi)站服務(wù)一輛車要1分鐘問題:

在第一個(gè)收費(fèi)站服務(wù)完整個(gè)車隊(duì)之前是否會(huì)有汽車到達(dá)第二個(gè)收費(fèi)站?是!

7分鐘后第一輛車到達(dá)第二個(gè)收費(fèi)站，而還有3輛車在第一個(gè)收費(fèi)站在第一個(gè)路由器傳輸完整個(gè)分組之前，分組的第一比特可能已到達(dá)第二個(gè)路由器!收費(fèi)站收費(fèi)站10輛車的車隊(duì)

100km100km第82頁/共105頁節(jié)點(diǎn)時(shí)延dproc=處理時(shí)延通常是幾微秒或更小dqueue=排隊(duì)時(shí)延取決于擁塞程度ABpropagationtransmissionnodalprocessingqueueingdnodaldtrans=傳輸時(shí)延=L/R，在低速鏈路更有意義dprop=傳播時(shí)延幾微秒到幾百毫秒不等第83頁/共105頁端到端時(shí)延節(jié)點(diǎn)時(shí)延是分組在節(jié)點(diǎn)中所經(jīng)歷的時(shí)延端到端時(shí)延是從源到目的之間的時(shí)延假如在源到目的之間有N-1個(gè)路由器網(wǎng)絡(luò)是無擁塞的，也就是說，排隊(duì)時(shí)延是可以忽略的路由器和源主機(jī)的處理時(shí)延是dproc鏈路速率是Rbps傳播時(shí)延是dprop分組長(zhǎng)度是Lbits則：端到端時(shí)延dend-end=N(dproc+dtrans+dprop)第84頁/共105頁分組丟失在一條鏈路前的隊(duì)列只有有限的容量分組到達(dá)一個(gè)滿的隊(duì)列時(shí)，分組將會(huì)被丟棄被丟棄的分組重傳：被前一個(gè)節(jié)點(diǎn)重新傳輸（鏈路層重傳--無線鏈路）被源端系統(tǒng)重新傳輸（運(yùn)輸層重傳--tcp）不會(huì)再被重新傳輸?shù)?5頁/共105頁5.時(shí)延帶寬積（傳播）時(shí)延鏈路帶寬時(shí)延帶寬積=傳播時(shí)延帶寬鏈路的時(shí)延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度。

時(shí)延帶寬積10101001010010001010100101010010100時(shí)延帶寬積=(鏈路長(zhǎng)度/信號(hào)傳播速度)帶寬第86頁/共105頁6.利用率信道利用率指出某信道有百分之幾的時(shí)間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過）。完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡(luò)利用率則是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。信道利用率并非越高越好。第87頁/共105頁時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系根據(jù)排隊(duì)論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增加。若令D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延，D表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時(shí)延，則在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡(jiǎn)單公式表示D和D0之間的關(guān)系：U是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在0到1之間。

第88頁/共105頁時(shí)延

D利用率

U10D0時(shí)延急劇增大第89頁/共105頁信元交換信元交換用在ATM網(wǎng)絡(luò)中。信元長(zhǎng)度是固定的。信元可以看作一個(gè)很小的快速分組，長(zhǎng)度為53個(gè)字節(jié)，其中信頭占5個(gè)字節(jié)，數(shù)據(jù)部分占48字節(jié)由于信元比較小，在交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)延很小多種媒體信息都劃分或裝配為信元，使一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中傳輸多媒體信息成為可能

第90頁/共105頁3.6差錯(cuò)控制技術(shù)3.6.1差錯(cuò)產(chǎn)生的原因3.6.2差錯(cuò)控制方法3.6.4循環(huán)冗余校驗(yàn)編碼第91頁/共105頁3.6.1差錯(cuò)產(chǎn)生的原因出現(xiàn)差錯(cuò)是不可避免的

信號(hào)在信道上傳輸會(huì)受到噪聲的干擾，出現(xiàn)差錯(cuò)，差錯(cuò)是不可避免的噪聲分為內(nèi)部噪聲和外部噪聲

用誤碼率衡量一個(gè)信道的質(zhì)量通常用10的負(fù)若干次方描述信道的誤碼率P：

P＝發(fā)生錯(cuò)誤的碼元數(shù)／接收的碼元總數(shù)

一般在有線傳輸介質(zhì)信道，誤碼率為10的負(fù)5次方就是說傳輸10000位有1位錯(cuò)

第92頁/共105頁3.6.2差錯(cuò)控制方法數(shù)據(jù)通信和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的差錯(cuò)控制方法采用編碼的方法，分為檢錯(cuò)編碼和糾錯(cuò)編碼按照差錯(cuò)控制規(guī)則計(jì)算出校驗(yàn)碼，校驗(yàn)碼和發(fā)送的數(shù)據(jù)編碼組成校驗(yàn)序列（也稱為碼字）一起發(fā)送在接收端根據(jù)同樣的差錯(cuò)控制規(guī)則判斷傳輸是否正確校驗(yàn)碼并不是真正要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，是為了檢測(cè)出差錯(cuò)所必須的冗余信息差錯(cuò)控制方法分為前向糾錯(cuò)FEC自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)ARQ

第93頁/共105頁差錯(cuò)檢測(cè)過程第94頁/共105頁循環(huán)冗余校驗(yàn)編碼循環(huán)冗余校驗(yàn)編碼CRC（CyclicRedunda