第02章-數(shù)據(jù)通信

第2章

數(shù)據(jù)通信與廣域網(wǎng)技術(shù)數(shù)據(jù)通信的介紹：第一階段：以語(yǔ)言為主，通過(guò)人力、馬力、烽火等原始手段傳遞信息。

第二階段：文字、郵政。（增加了信息傳播的手段）第三階段：印刷。（擴(kuò)大信息傳播范圍）

第四階段：電報(bào)、電話(huà)、廣播。（進(jìn)入電器時(shí)代）

第五階段：信息時(shí)代本章學(xué)習(xí)要求：掌握：數(shù)據(jù)通信的基本概念了解：傳輸介質(zhì)類(lèi)型及主要特性了解：無(wú)線與衛(wèi)星通信技術(shù)的基本概念掌握：數(shù)據(jù)編碼的類(lèi)型和基本方法了解：基帶傳輸?shù)幕靖拍钫莆眨侯l帶傳輸?shù)幕靖拍钫莆眨憾嗦窂?fù)用的分類(lèi)與特點(diǎn)掌握：廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)類(lèi)型與工作原理掌握：差錯(cuò)控制方法2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念（學(xué)習(xí)要求：熟練掌握）信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)之間的關(guān)系2.1.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)（1）數(shù)據(jù)涉及的是事物的表現(xiàn)形式數(shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種形式模擬數(shù)據(jù)是指在某個(gè)時(shí)間段產(chǎn)生的連續(xù)的值，例如聲音和視頻、溫度和壓力等都是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)是指產(chǎn)生的離散的值，例如文本信息和整數(shù)信號(hào)是數(shù)據(jù)的表示形式，或稱(chēng)數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼，它使數(shù)據(jù)能以適當(dāng)?shù)男问皆诮橘|(zhì)上傳輸信號(hào)有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種基本形式傳輸信號(hào)的信道也有模擬信道和數(shù)字信道之分

2.1.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)（2）對(duì)于數(shù)據(jù)通信而言，被傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼稱(chēng)為“數(shù)據(jù)”；數(shù)據(jù)是信息的載體。數(shù)據(jù)涉及對(duì)事物的表示形式，信息涉及對(duì)數(shù)據(jù)所表示內(nèi)容的解釋。數(shù)據(jù)通信的任務(wù)是傳輸二進(jìn)制代碼序列，不需要解釋代碼所表示的內(nèi)容。數(shù)據(jù)通信中，習(xí)慣稱(chēng)傳輸?shù)亩M(jìn)制代碼為“碼元（code）”。數(shù)據(jù)通信—是指在不同計(jì)算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號(hào)的二進(jìn)制代碼0、1比特序列的模擬或數(shù)字信號(hào)的過(guò)程。數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)輸出數(shù)據(jù)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話(huà)網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號(hào)模擬信號(hào)輸入漢字顯示漢字?jǐn)?shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機(jī)數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)編碼標(biāo)準(zhǔn)ASCII（AmericanStandardCodeforInformationInterchange）碼被國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO接受，成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO646，又稱(chēng)為國(guó)際5號(hào)碼;它用于計(jì)算機(jī)內(nèi)碼，也用做數(shù)據(jù)通信中的編碼標(biāo)準(zhǔn);ASCII碼采用7位二進(jìn)制比特編碼，可以表示128個(gè)字符;字符分為圖形字符與控制字符兩類(lèi)。圖形字符包括數(shù)字、字母、運(yùn)算符號(hào)、商用符號(hào)等。

計(jì)算機(jī)傳輸信號(hào)的概念信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中電信號(hào)的表示形式；模擬信號(hào)（analogsignal）的信號(hào)電平是連續(xù)變化的；數(shù)字信號(hào)（digitalsignal）是用兩種不同的電平去表示0、1比特序列的電壓脈沖信號(hào)表示；按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類(lèi)型，通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩種。

模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)波形2.1.2數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型與通信方式數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型（取決與通信信道）

—模擬通信

如果通信信道不允許直接傳輸計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)，則需要在發(fā)送端將數(shù)字信號(hào)變換模擬信號(hào)，在接收端再變回，此過(guò)程為調(diào)制解調(diào)。

—數(shù)字通信

如果通信信道允許直接傳輸計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的數(shù)字信號(hào)。數(shù)據(jù)通信三個(gè)基本問(wèn)題（1）數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型（取決與通信內(nèi)容）模擬傳輸：是指模擬數(shù)據(jù)的傳輸，不關(guān)心所傳輸信號(hào)的內(nèi)容，而只關(guān)心盡量減少信號(hào)的衰減和噪聲，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，采用信號(hào)放大器放大被衰減的信號(hào)，但同時(shí)也放大了信號(hào)中的噪聲數(shù)字傳輸：是指數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，關(guān)心信號(hào)的內(nèi)容，可以數(shù)字信號(hào)傳輸，也可以模擬信號(hào)傳輸，長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，采用轉(zhuǎn)發(fā)器，可消除噪聲的累積長(zhǎng)距離傳輸時(shí)，通常采用的是數(shù)字傳輸數(shù)據(jù)通信方式—按照發(fā)送字節(jié)使用的信道數(shù)分類(lèi)：串行通信并行通信—按照信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系分類(lèi)：?jiǎn)喂ねㄐ虐腚p工全雙工通信數(shù)據(jù)通信三個(gè)基本問(wèn)題（2）串行通信與并行通信串行通信是指將待傳送的每個(gè)字符的8位二進(jìn)制代碼按由低位到高位的順序依次發(fā)送的通信方式；并行通信是指將表示一個(gè)字符的8位二進(jìn)制代碼同時(shí)通過(guò)8條并行的通信信道發(fā)送的通信方式。單工、半雙工與全雙工通信單工通信的信號(hào)只能向一個(gè)方向傳輸，不能改變；半雙工通信，信號(hào)可以是雙向傳輸，必須交替進(jìn)行，一個(gè)時(shí)間一個(gè)方向；全雙工通信的信號(hào)可以同時(shí)雙向傳輸，可以用于單工或半雙工。同步技術(shù)分類(lèi)（1）同步—指要求通信雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致。位同步—首先，解決收發(fā)雙方時(shí)鐘頻率的一致性問(wèn)題：要求接收端根據(jù)發(fā)送端數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率，來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為位同步；—位同步方法：外同步，內(nèi)同步?！馔椒ㄖ赴l(fā)送端在發(fā)送一路數(shù)據(jù)信號(hào)的同時(shí)，另外發(fā)送一路同步時(shí)鐘信號(hào)，接收端根據(jù)接收到的同步時(shí)鐘信號(hào)校正時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率；—內(nèi)同步法指從自含時(shí)鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時(shí)鐘的方法。（曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼）數(shù)據(jù)通信三個(gè)基本問(wèn)題（3）同步技術(shù)分類(lèi)（2）字符同步—保證收發(fā)雙方正確傳輸字符的過(guò)程?！址降姆椒ǎ和绞?，異步式?！绞綄⒆址M織成組，以組為單位連續(xù)傳送；加上同步字符SYN，接收端根據(jù)SYN確定數(shù)據(jù)字符的起始與終止?！惒绞矫總€(gè)字符作為一個(gè)獨(dú)立的整體進(jìn)行發(fā)送，字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的。每個(gè)字符的第一位前加1位起始位（邏輯“1”），字符最后一位后加1、1.5或2位終止位（邏輯“0”）。同步通信和異步通信的區(qū)別同步通信，一列數(shù)據(jù)發(fā)送，傳輸效率高，但要求時(shí)鐘嚴(yán)格同步；異步通信，一個(gè)一個(gè)的0,1比特序列，效率低，開(kāi)銷(xiāo)大，兩個(gè)時(shí)鐘頻率。2.2傳輸介質(zhì)及主要特性（學(xué)習(xí)要求：了解）2.2.1傳輸介質(zhì)（物理通路）的主要類(lèi)型雙絞線同軸電纜光纖電纜無(wú)線與衛(wèi)星通信信道傳輸介質(zhì)的特性物理特性：傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述；傳輸特性：傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字或模擬信號(hào)，以及調(diào)制技術(shù)、傳輸容量、傳輸?shù)念l率范圍；連通特性：允許點(diǎn)-點(diǎn)或多點(diǎn)連接；地理范圍：傳輸介質(zhì)最大傳輸距離；抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力；相對(duì)價(jià)格：器件、安裝與維護(hù)費(fèi)用。2.2.2雙絞線的主要特性（1）—物理特性

兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排在一起，用規(guī)則的方法絞合起來(lái)。絞合可減少對(duì)相鄰導(dǎo)線的電磁干擾。屏蔽雙絞線STP與非屏蔽雙絞線UTP2.2.2雙絞線的主要特性（2）—傳輸特性2.2.2雙絞線的主要特性（3）2.2.3同軸電纜的主要特性（1）—物理特性由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、外屏蔽層及外部保護(hù)層組成；粗同軸電纜；細(xì)同軸電纜。2.2.3同軸電纜的主要特性（2）—傳輸特性基帶同軸電纜—一般僅用于數(shù)字信號(hào)的傳輸；寬帶同軸電纜—可以使用頻分多路復(fù)用方法，支持多路傳輸；也可以只用于單信道的高速數(shù)字通信——單信道寬帶。2.2.3

同軸電纜的主要特性（3）2.2.4光纖的主要特性（1）—物理特性直徑50-100μm的柔軟、能傳導(dǎo)光波的介質(zhì)；多種玻璃和塑料可以制作光纖；超高純度石英玻璃纖維制作的光纖得到最低傳輸損耗2.2.4光纖的主要特性（2）—傳輸特性全反射傳輸；2.2.4光纖的主要特性（2）—傳輸特性?xún)煞N光源：發(fā)光二極管（LED,Light-EmittingDiode），注入型激光二極管（ILD,InjectionLaserDiode）。兩種類(lèi)型：?jiǎn)文９饫w和多模光纖?！獑文９饫w指光纖的光信號(hào)僅與光纖軸成單個(gè)可分辨角度的單光纖傳輸；—多模光纖指光纖的光信號(hào)僅與光纖軸成多個(gè)可分辨角度的多光纖傳輸。單模光纖的傳輸性能優(yōu)于多模光纖。2.2.4

光纜的主要特性（3）無(wú)線傳輸無(wú)線電傳輸微波傳輸紅外線和毫米波光波傳輸根據(jù)波長(zhǎng)分成不同的波段，依次為無(wú)線電、微波、紅外、可見(jiàn)光、紫外等2.3.1電磁波譜與移動(dòng)通信無(wú)線電通信類(lèi)型無(wú)線通信系統(tǒng)微波通信系統(tǒng)蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)無(wú)線電頻率與帶寬的對(duì)應(yīng)關(guān)系2.3.2無(wú)線通信（中、短波）視距傳播與電離層反射優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛，發(fā)射功率小，傳輸距離遠(yuǎn)；缺點(diǎn)：易受天氣等因素影響，信號(hào)幅度變化大，易被干擾。2.3.3微波通信（1）微波通信方式：地面微波接力通信，衛(wèi)星通信；優(yōu)點(diǎn)：—微波波段頻率很高，頻段范圍很寬，通信信道容量很大；—因?yàn)楣I(yè)和天電干擾的主要頻譜比微波頻率低很多，對(duì)微波通信危害小，微波傳輸質(zhì)量較高；—與相同容量和長(zhǎng)度的電纜相比，微波接力通信建設(shè)代價(jià)小，見(jiàn)效快，易于跨越山區(qū)、江河。缺點(diǎn)：—視距傳播，相鄰站之間不能有障礙物；—受惡劣氣候影響；—與電纜通信比較，隱蔽性和保密性較差；—對(duì)大量的中繼站的使用和維護(hù)耗費(fèi)大量的人力和物力。2.3.3微波通信（2）2.3.4蜂窩無(wú)線通信（移動(dòng)通信）大區(qū)制強(qiáng)覆蓋區(qū)；小區(qū)制，小覆蓋；區(qū)群，蜂窩。蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)2.3.5衛(wèi)星通信（類(lèi)似微波）

衛(wèi)星通信工作原理圖2.4數(shù)據(jù)編碼技術(shù)（學(xué)習(xí)要求：熟練掌握）數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制成模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，通常有三種基本的調(diào)制方式：1)調(diào)幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)調(diào)頻FSK(FrequencyShiftKeying)3)調(diào)相PSK(PhaseShiftKeying)

目前廣泛應(yīng)用的調(diào)制技術(shù)是正交調(diào)相：QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)振幅鍵控（ASK）—通過(guò)改變載波信號(hào)振幅來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0的。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2.4.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法（1）—ASK特點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力差。移頻鍵控（FSK）—通過(guò)改變載波信號(hào)角頻率來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0的。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2.4.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法（2）—FSK特點(diǎn)：容易實(shí)現(xiàn)，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，目前常用之一。移相鍵控（PSK）—通過(guò)改變載波信號(hào)相位值來(lái)表示數(shù)字信號(hào)1、0的。數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2.4.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法（3）—PSK特點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)比較復(fù)雜。2.4.2模擬數(shù)據(jù)編碼方法（4）—多相調(diào)制四相調(diào)相的相位偏移量八相調(diào)相的相位偏移量四相調(diào)相的波形數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制舉例基帶信號(hào)調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相010011100數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)傳輸最簡(jiǎn)單的方法是用兩個(gè)不同的電壓信號(hào)值來(lái)表示兩個(gè)二進(jìn)制的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)值0和1常用的數(shù)字信號(hào)編碼有：不歸零編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼2.4.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法（1）—NRZ非歸零碼（NRZ）：早期使用的編碼方法，一般用低電平表示邏輯“0”，用高電平表示邏輯“1”。非歸零碼方式波形特點(diǎn)：不能直接提取同步信息；有直流分量；抗干擾性能差。2.4.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法（2）—曼徹斯特曼徹斯特：目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一。規(guī)則：每位的周期T分為前T/2和后T/2兩部分，通過(guò)前T/2傳輸該位的反碼，后T/2傳輸該位的原碼。優(yōu)點(diǎn)：無(wú)須另外發(fā)送同步信號(hào)；不含直流分量；缺點(diǎn)：效率低；需要編碼的時(shí)鐘信號(hào)頻率是發(fā)送信號(hào)頻率的兩倍。曼徹斯特方式波形2.4.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法（3）—差分曼徹斯特差分曼徹斯特：對(duì)曼徹斯特的改進(jìn)。與曼徹斯特不同：一位開(kāi)始處出現(xiàn)電平跳變表示二進(jìn)制碼“0”，不發(fā)生跳變表示“1”。優(yōu)缺點(diǎn)：和曼徹斯特一般。曼徹斯特和差分曼徹斯特方式波形比較編碼舉例bit流不歸零編碼曼切斯特編碼差分曼切斯特編碼bit與bit之間有跳變，下一個(gè)bit為0100001011110bit與bit之間無(wú)跳變，下一個(gè)bit為1數(shù)據(jù)傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸模擬數(shù)據(jù)在數(shù)字信道上傳輸采用脈沖編碼調(diào)制PCM技術(shù)（PulseCodeModulation）PCM以采樣定理為基礎(chǔ)采樣定理：如果在規(guī)定的時(shí)間間隔內(nèi)，以有效信號(hào)f(t)最高頻率的二倍或二倍以上的速率對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣，則這些采樣值中包含了全部原始信號(hào)信息。2.4.4脈沖編碼調(diào)制方法（1）脈沖編碼調(diào)制（PCM）是把模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)的一種調(diào)制方式?；窘M成：采樣量化編碼信道譯碼干擾PCM基本組成2.4.4脈沖編碼調(diào)制方法（2）采樣—對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)按一定時(shí)間間隔取樣。根據(jù)奈奎斯特取樣定理，采樣頻率應(yīng)為：或2.4.4脈沖編碼調(diào)制方法（3）量化—是將樣本幅度按量化級(jí)決定取值的過(guò)程；量化級(jí)取決與量化精度的規(guī)定；規(guī)定好每級(jí)對(duì)應(yīng)的幅度范圍，將樣本幅值與量化級(jí)幅值比較，取整定級(jí)。量化2.4.4脈沖編碼調(diào)制方法（4）編碼—用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的樣本量級(jí)；有K個(gè)量化級(jí)，則二進(jìn)制位數(shù)為：采樣、量化和編碼舉例ABCDEFGHt256192128640PCM用于數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)：（電話(huà)系統(tǒng)）聲音分為128個(gè)量化級(jí)；每個(gè)量化級(jí)采用7位二進(jìn)制編碼表示；話(huà)音信道允許的最高頻率通常為3500Hz；采樣速率為8000樣本/秒；數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達(dá)到7位×8000/秒=56Kbps；如果每個(gè)量化級(jí)采用7+1=8位二進(jìn)制編碼表示;數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)達(dá)到8位×8000/秒=64Kbps。2.5數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾拍睿▽W(xué)習(xí)要求：了解）信道參數(shù)和名稱(chēng)解釋數(shù)據(jù)的傳輸速率、帶寬信號(hào)的傳播速率噪聲、信噪比Nyquist定理在無(wú)噪聲信道中，當(dāng)帶寬為HHz，信號(hào)電平為V級(jí)，則： 數(shù)據(jù)傳輸速率=2Hlog2Vb/s（V：信號(hào)電平的級(jí)數(shù)，在二進(jìn)制中，僅為0、1兩級(jí)）即：以每秒高于2H次的速率對(duì)線路采樣是無(wú)意義的，因?yàn)楦哳l分量已被濾波器慮掉無(wú)法再恢復(fù)

Shannon定理在噪聲信道中，當(dāng)帶寬為HHz，信噪比為S/N，則： 最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N)

很多情況下信噪比用分貝（dB）表示 信噪比（dB）=10log10S/N如：信噪比為30dB，則S/N=1000結(jié)論：可以用“帶寬”代替“速率”；“帶寬”和“速率”在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)討論中幾乎是同義詞。舉例：噪聲信道中的傳輸速率在噪聲信道（話(huà)音信道）中，當(dāng)帶寬為3500Hz，信噪比為30dB（較為典型的電話(huà)信道），則：最大數(shù)據(jù)傳輸速率(b/s)=Hlog2(1+S/N) =3500log2(1+1000) 35000(b/s)最大數(shù)據(jù)傳輸速率為35kbps，這是在噪聲信道中的傳輸速率極限，實(shí)際上是不可能達(dá)到的2.6多路復(fù)用技術(shù)（學(xué)習(xí)要求：了解）2.6多路復(fù)用技術(shù)兩個(gè)原因：傳輸介質(zhì)的傳輸容量超過(guò)單一信道傳輸?shù)耐ㄐ帕?；架設(shè)通信線路的費(fèi)用相當(dāng)高，必須充分利用通信線路的容量。多路復(fù)用的工作原理示意圖2.6.1多路復(fù)用技術(shù)的分類(lèi)頻分多路復(fù)用FDM—波分多路復(fù)用WDM時(shí)分多路復(fù)用TDM2.6.2頻分多路復(fù)用（FDM）在一條通信線路設(shè)計(jì)多路通信信道，每路信道的信號(hào)以不同載波頻率調(diào)制，各個(gè)載波頻率不重疊；所有用戶(hù)在同樣的時(shí)間占用不同的頻帶資源。FDM圖示2音頻信號(hào)調(diào)制基頻調(diào)制后信號(hào)信號(hào)的頻分多路復(fù)用2.6.3波分多路復(fù)用（WDM）光纖通道采用波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用方法，簡(jiǎn)稱(chēng)為波分復(fù)用WDM。在一根光纖上復(fù)用80路或更多路的光載波信號(hào)稱(chēng)為密集波分復(fù)用DWDM實(shí)際就是光的頻分復(fù)用。2.6.4時(shí)分多路復(fù)用（1）時(shí)分多路復(fù)用將信道的傳輸時(shí)間劃分為若干時(shí)間片，每個(gè)用戶(hù)分得一個(gè)時(shí)間片，在每個(gè)用戶(hù)占有的時(shí)間片內(nèi)，用戶(hù)使用信道的全部帶寬；所有用戶(hù)是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶資源。TDM圖示2多路復(fù)用部件通道D多路復(fù)用部件物理主干通道C通道B通道A幀幀2.6.4時(shí)分多路復(fù)用（2）貝爾系統(tǒng)的T1載波（應(yīng)用最廣泛）2.6.4時(shí)分多路復(fù)用分類(lèi)同步時(shí)分多路復(fù)用（STDM）統(tǒng)計(jì)（異步）時(shí)分多路復(fù)用（ATDM）2.6.4時(shí)分多路復(fù)用分類(lèi)同步時(shí)分多路復(fù)用（STDM）—將時(shí)間片預(yù)先分配給各個(gè)信道，并且時(shí)間片固定不變，各個(gè)信道的發(fā)送和接收必須是同步的；—時(shí)間片固定分配，不考慮信道是否有數(shù)據(jù)發(fā)送，造成信道資源浪費(fèi)。同步TDM圖示2通道D物理主干通道C通道B通道A幀2.6.4時(shí)分多路復(fù)用分類(lèi)統(tǒng)計(jì)（異步）時(shí)分多路復(fù)用（ATDM）—允許動(dòng)態(tài)的分配時(shí)間片，改進(jìn)的時(shí)分復(fù)用技術(shù)；—時(shí)間片序號(hào)和信道號(hào)之間不存在固定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，避免通信線路資源的浪費(fèi)?！趥鬏?shù)臄?shù)據(jù)單元中必須包含地址信息，以便尋址目的節(jié)點(diǎn)異步TDM圖示2通道D物理主干通道C通道B通道A由于每個(gè)時(shí)間片傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中必須包含地址域，所以在提高傳輸介質(zhì)利用率的同時(shí)，也降低了有效數(shù)據(jù)的傳輸率2.6.4時(shí)分多路復(fù)用分類(lèi)同步時(shí)分多路復(fù)用與統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用注意：傳輸介質(zhì)與信道

傳輸介質(zhì)與信道是不同范疇的概念傳輸介質(zhì)是指?jìng)鬏斝盘?hào)的物理載體信道則提供了傳輸某種信號(hào)所需的帶寬，著重體現(xiàn)介質(zhì)的邏輯特性一根傳輸介質(zhì)可能同時(shí)提供多個(gè)信道一個(gè)信道也可能由多根傳輸介質(zhì)級(jí)聯(lián)而成2.7廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)（學(xué)習(xí)要求：熟練掌握）2.7.1線路交換方式線路交換是面向連接的服務(wù)；兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換之前，首先要在通信子網(wǎng)中建立一個(gè)實(shí)際的物理線路連接；線路交換要經(jīng)過(guò)三個(gè)階段：建立連接、數(shù)據(jù)傳輸與釋放連接；線路交換方式的優(yōu)點(diǎn)：通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，適用于交互式會(huì)話(huà)類(lèi)通信；線路交換方式的缺點(diǎn)：對(duì)突發(fā)性通信不適應(yīng)，系統(tǒng)效率低，系統(tǒng)沒(méi)有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，不能平滑交通量。

線路交換方式的工作原理2.7.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式（1）發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信息按照一定格式組成一個(gè)數(shù)據(jù)單元（報(bào)文或報(bào)文分組）進(jìn)入通信子網(wǎng)；通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是通信控制處理機(jī)，它負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯(cuò)校驗(yàn)、存儲(chǔ)、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式分類(lèi)數(shù)據(jù)通過(guò)通信子網(wǎng)傳輸時(shí)可以有報(bào)文（message）與報(bào)文分組（packet）兩種方式；報(bào)文傳輸：不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是多少，都把它當(dāng)作一個(gè)邏輯單元發(fā)送；報(bào)文分組傳輸：限制一次傳輸數(shù)據(jù)的最大長(zhǎng)度，如果傳輸數(shù)據(jù)超過(guò)規(guī)定的最大長(zhǎng)度，發(fā)送結(jié)點(diǎn)就將它分成多個(gè)報(bào)文分組發(fā)送。報(bào)文和報(bào)文分組結(jié)構(gòu)由于分組長(zhǎng)度較短，在傳輸出錯(cuò)時(shí)，檢錯(cuò)容易并且重發(fā)花費(fèi)的時(shí)間較少；限定分組最大數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，有利于提高存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間利用率與傳輸效率；公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用分組交換技術(shù)。報(bào)文報(bào)文分組傳輸示例在發(fā)送端，先把較長(zhǎng)的報(bào)文劃分成較短的、固定長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)段。1101000110101010110101011100010011010010假定這個(gè)報(bào)文較長(zhǎng)不便于傳輸課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報(bào)文添加首部構(gòu)成分組每一個(gè)數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。首部首部首部分組

1分組

2分組

3請(qǐng)注意：現(xiàn)在左邊是“前面”校驗(yàn)校驗(yàn)校驗(yàn)課件制作人：謝希仁分組傳輸?shù)膫鬏攩卧獔?bào)文分組傳輸以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。數(shù)據(jù)首部分組

1校驗(yàn)數(shù)據(jù)首部分組

2校驗(yàn)數(shù)據(jù)首部分組

3校驗(yàn)課件制作人：謝希仁分組首部的重要性每一個(gè)分組的首部都含有地址等控制信息。報(bào)文分組傳輸中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個(gè)結(jié)點(diǎn)交換機(jī)。用這樣的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達(dá)最終目的地。課件制作人：謝希仁收到分組后剝?nèi)ナ撞亢臀膊拷邮斩耸盏椒纸M后剝?nèi)ナ撞窟€原成報(bào)文。數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3收到的數(shù)據(jù)校驗(yàn)校驗(yàn)校驗(yàn)課件制作人：謝希仁數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)最后還原成原來(lái)的報(bào)文最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來(lái)的報(bào)文。這里我們假定分組在傳輸過(guò)程中沒(méi)有出現(xiàn)差錯(cuò)，在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)也沒(méi)有被丟棄。報(bào)文1101000110101010110101011100010011010010課件制作人：謝希仁存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機(jī)可以存儲(chǔ)分組，多個(gè)分組可以共享通信信道，線路利用率高；通信子網(wǎng)中通信控制處理機(jī)具有路選功能，可以動(dòng)態(tài)選擇報(bào)文分組通過(guò)通信子網(wǎng)的最佳路徑；可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；分組在通過(guò)通信子網(wǎng)中的每個(gè)通信控制處理機(jī)時(shí)，均要進(jìn)行差錯(cuò)檢查與糾錯(cuò)處理，因此可以減少傳輸錯(cuò)誤，提高系統(tǒng)可靠性；通過(guò)通信控制處理機(jī)可對(duì)不同速率的線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換，也可對(duì)不同的數(shù)據(jù)代碼格式進(jìn)行變換。2.7.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換分類(lèi)（2）數(shù)據(jù)報(bào)方式（DG，Datagram）虛電路方式（VC，VirtualCircuit）2.7.3數(shù)據(jù)報(bào)方式數(shù)據(jù)報(bào)是分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式；在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立“線路連接”；源主機(jī)所發(fā)送的每一個(gè)分組都可以獨(dú)立地選擇一條傳輸路徑；每個(gè)分組在通信子網(wǎng)中可能是通過(guò)不同的傳輸路徑到達(dá)目的主機(jī)。數(shù)據(jù)報(bào)方式的工作原理數(shù)據(jù)報(bào)方式的示意圖H1A通信子網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機(jī)數(shù)據(jù)報(bào)方式的特點(diǎn)同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過(guò)通信子網(wǎng)；同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)與丟失現(xiàn)象；每個(gè)分組在傳輸過(guò)程中必須帶目的地址與源地址；數(shù)據(jù)報(bào)方式報(bào)文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長(zhǎng)報(bào)文、會(huì)話(huà)式通信。

2.7.4虛電路方式虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式與線路交換方式結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果;數(shù)據(jù)報(bào)方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需預(yù)先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接的虛電路;虛電路方式與線路交換方式相同，整個(gè)通信過(guò)程分為三個(gè)階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放。虛電路方式的工作原理虛電路方式的工作步驟虛電路方式的特點(diǎn)在每次分組發(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。這是因?yàn)椴恍枰嬲ソ⒁粭l物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；一次通信的所有分組都通過(guò)虛電路順序傳送，報(bào)文分組不必帶目的地址、源地址等輔助信息。分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)丟失、重復(fù)與亂序的現(xiàn)象；分組通過(guò)虛電路上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí)，結(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測(cè)，而不需要做路徑選擇；每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以和任何結(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接。2.8差錯(cuò)控制方法（學(xué)習(xí)要求：熟練掌握）2.8.1差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)類(lèi)型傳輸差錯(cuò)—接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象;通信信道的噪聲分為兩類(lèi)：熱噪聲和沖擊噪聲；由熱噪聲引起的差錯(cuò)是隨機(jī)差錯(cuò)（或隨機(jī)錯(cuò)）；沖擊噪聲引起的差錯(cuò)是突發(fā)差錯(cuò)（或突發(fā)錯(cuò)）；在通信過(guò)程中產(chǎn)生的傳輸差錯(cuò)，是由隨機(jī)差錯(cuò)與突發(fā)差錯(cuò)共同構(gòu)成的；差錯(cuò)控制是檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)以及如何糾正差錯(cuò)。傳輸差錯(cuò)產(chǎn)生過(guò)程2.8.2誤碼率的定義誤碼率是指二進(jìn)制碼元在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯(cuò)的概率，它在數(shù)值上近似等于：Pe=Ne

/

N，其中

N

為傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元總數(shù)，Ne

為被傳錯(cuò)的碼元數(shù)；誤碼率應(yīng)該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)下傳輸可靠性的參數(shù)之一；對(duì)于一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說(shuō)誤碼率越低越好，根據(jù)實(shí)際傳輸要求提出誤碼率要求；差錯(cuò)出現(xiàn)具有隨機(jī)性，實(shí)際測(cè)量一個(gè)傳輸系統(tǒng)時(shí)，只有被測(cè)量的傳輸二進(jìn)制比特?cái)?shù)越大，才會(huì)越接近于真正的誤碼率值。

2.8.3差錯(cuò)控制策略糾錯(cuò)碼每個(gè)傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息；接收端能發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正傳輸差錯(cuò)。檢錯(cuò)碼分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息；接收端能發(fā)現(xiàn)出錯(cuò)，但不能確定哪位是錯(cuò)的，并且不能自己糾正傳輸差錯(cuò)。

常用糾錯(cuò)碼和檢錯(cuò)碼糾錯(cuò)碼：海明（Hamming）碼檢錯(cuò)碼：校驗(yàn)和奇偶校驗(yàn)碼循環(huán)冗余檢錯(cuò)碼CRC （CyclicRedundancyCheck）循環(huán)冗余檢錯(cuò)碼CRC任何一個(gè)r位的幀都可看成為一個(gè)r-1

次的多項(xiàng)式f(x)

的系數(shù)列表如：1011001

看成是多項(xiàng)式

x6+x4+x3+x0

的系數(shù)列表設(shè)定一個(gè)生成多項(xiàng)式

G(x)，G(x)

為k階，r>k如

xkf(x)

/

G(x)=Q(x)+R(x)/G(x)其中Q(x)為商、R(x)為余數(shù)，R(x)

即為f(x)的

CRC

將

CRC

碼接在幀后一起發(fā)送，即發(fā)送數(shù)據(jù)為

xkf(x)+R(x)

二進(jìn)制運(yùn)算中，減法和加法都做異或運(yùn)算：0+1=1,1+1=0

因?yàn)?xkf(x)-R(x))一定能被G(x)整除，即余數(shù)為0，則接收方只要計(jì)算CRC，并所得余數(shù)為0即為正確2.8.4循環(huán)冗余編碼（CRC）工作原理CRC校驗(yàn)法舉例（1）發(fā)送數(shù)據(jù)0、1序列為110011（6位）:生成多項(xiàng)式0、1序列為11001（5位,k=4）:0、1序列=(1100110000)將乘以，乘積為:CRC校驗(yàn)法舉例（2）將乘積用生成多項(xiàng)式去除，按模二算法應(yīng)為：模二算法11CRC校驗(yàn)法舉例（3）將余數(shù)比特序列加到乘積中:CRC校驗(yàn)法舉例（4）接收端進(jìn)行檢驗(yàn)：用同樣的生成多項(xiàng)式除接收到的序列11標(biāo)準(zhǔn)CRC生成多項(xiàng)式G（x）CRC-12G（x）=x12+x11+x3+x2+x+1CRC-16G（x）=x16+x15+x2+1CRC-CCITTG（x）=x16+x12+x5+1CRC-32G（x）=x32+x26+x23+x22+x16+x12

+x11+