第2章網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信

第2章網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信問題原由數(shù)據(jù)通信技術(shù)完成數(shù)據(jù)的編碼、傳輸和處理，為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用提供必要的技術(shù)支持和可靠的通信環(huán)境。那么，它是如何實(shí)現(xiàn)這些功能的呢？這就是本章所要討論的問題。本章重點(diǎn)討論數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)和常用通信信道類型、數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)和差錯(cuò)控制等技術(shù)。教學(xué)重點(diǎn)能力要求掌握:數(shù)據(jù)通信的基本概念,數(shù)據(jù)傳輸與編碼技術(shù).了解：數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。熟悉:多路復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)等。

§2.1

數(shù)據(jù)通信的基本概念

§2.6網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)控制

§2.5網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換

§2.4網(wǎng)絡(luò)多路復(fù)用

§2.2數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼

§2.3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸本章目錄計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)知識(shí)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信數(shù)據(jù)通信的基本概念網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換數(shù)據(jù)傳輸帶寬數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)數(shù)字傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)網(wǎng)絡(luò)多路復(fù)用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸幀中繼交換分組交換報(bào)文交換電路交換數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)串行傳輸與并行傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼頻分多路復(fù)用時(shí)分多路復(fù)用單向傳輸與雙向傳輸同步傳輸與異步傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼密集波分多路復(fù)用碼分多路得用網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制方法差錯(cuò)檢測(cè)方法差錯(cuò)的產(chǎn)生于類型ATM交換§2.1

數(shù)據(jù)通信的基本概念1、信息信息泛指那些通過各種方式傳播的、可被感受的聲音、文字、圖像、符號(hào)等所表征的某一特定事物的消息、情報(bào)或知識(shí)。

2、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是對(duì)客觀事物的符號(hào)表示，在計(jì)算機(jī)科學(xué)中是指所有輸入到計(jì)算機(jī)中并被計(jì)算機(jī)程序處理的符號(hào)的總稱。數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種。

⑴模擬數(shù)據(jù)：在時(shí)間和幅值取值上都是連續(xù)變化的,例如聲音、語(yǔ)音、視頻和動(dòng)畫片等。模擬數(shù)據(jù)通常用傳感器收集。

⑵數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)：在時(shí)間上是離散的,在幅值上是經(jīng)過量話的,它一般是由0、1構(gòu)成的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列。2.1.1信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)3、信號(hào)信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)形式，它具有確定的物理描述,如電信號(hào)、光信號(hào)或磁場(chǎng)強(qiáng)度等。信號(hào)分為數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)兩種。圖2-2模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)波形ty（a）連續(xù)的模擬信號(hào)ty（b）離散的數(shù)字信號(hào)

⑴模擬信號(hào)：是一種連續(xù)變化的電脈沖序列，例如電話語(yǔ)音信號(hào)、電視信號(hào)等，它是隨時(shí)間變化的函數(shù)曲線，如圖2-2（a）所示。2.1.1

信息、數(shù)據(jù)與信號(hào)

⑵數(shù)字信號(hào)：是離散的不連續(xù)的電信號(hào),通常用“高”和“低”電平脈沖序列組成的編碼來表示數(shù)據(jù),如圖2-2(b)所示。2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

1、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)

任何一個(gè)通信系統(tǒng)都可以看作是由發(fā)送設(shè)備、傳輸信道和接收設(shè)備三大部分組成。我們把產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端稱為信源，把接收信息的一端稱為信宿，把信源傳送到信宿的通信線路稱為信道。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，難免受到外界電磁波等噪音源的干擾影響。因此，數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)+噪音噪音源信源信道信宿2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

2、數(shù)據(jù)通信類型

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，將傳輸模擬信號(hào)的系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)，將傳輸數(shù)字信號(hào)的系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。

(1)模擬通信系統(tǒng)：普通的電話、廣播、電視等信號(hào)都屬于模擬信號(hào),由模擬信號(hào)所構(gòu)成的通信系統(tǒng)屬于模擬通信系統(tǒng)。模擬通信系統(tǒng)通常由信源、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信宿以及噪音源組成，其基本結(jié)構(gòu)模型如圖2-4所示。圖2-4模擬通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信源調(diào)制器解調(diào)器信宿信道噪音源2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)

(2)數(shù)字通信系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)通信、數(shù)字電話以及數(shù)字電視等信號(hào)都屬于數(shù)字信號(hào)，由數(shù)字信號(hào)構(gòu)成的通信系統(tǒng)屬于數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)通常由信源、編碼器、信道、解碼器、信宿以及噪音源組成，其基本結(jié)構(gòu)模型如圖2-5所示。圖2-5數(shù)字通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)圖2-5數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)信源編碼器解碼器信宿信道噪音源由于數(shù)字信號(hào)不適合遠(yuǎn)距離傳輸，所以在傳輸前將其變?yōu)槟M信號(hào)。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)通常由信源、信源編碼器、調(diào)制器、信道、解調(diào)器、信道譯碼器、信源譯碼器、信宿、噪音源組成，其結(jié)構(gòu)模型如圖2-6所示。2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中，調(diào)制器用于將發(fā)送端數(shù)字信號(hào)變換成模擬信號(hào)；解調(diào)器用于將模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)。我們將具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器，它在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中的連接如圖2-7所示。圖2-5數(shù)字通信系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)信宿噪音源信道編碼器信源譯碼器信源編碼器信源解調(diào)器調(diào)制器信道信道譯碼器圖2-6數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型2.1.2

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)以上介紹了數(shù)據(jù)通信技術(shù)的基本概念。事實(shí)上，無(wú)論是實(shí)現(xiàn)模擬通信,還是實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信,都涉及到一系列的技術(shù)問題，包括數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、多路復(fù)用技術(shù)、數(shù)據(jù)交換技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟铄e(cuò)檢測(cè)與控制技術(shù)等。圖2-7調(diào)制解調(diào)器的功能作用電話線電話交換網(wǎng)計(jì)算機(jī)Modem電話機(jī)Modem電話機(jī)計(jì)算機(jī)電話線§2.2

數(shù)據(jù)調(diào)制與編碼

在計(jì)算機(jī)中的數(shù)據(jù)是用二進(jìn)制0、1比特序列表示的，在物理上是用低電平和高電平來呈現(xiàn)的。由于在線路上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，因而數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ判诺烙心M信道與數(shù)字信道之分。為了便于不同數(shù)據(jù)在不同的信道中傳輸（適應(yīng)不同的傳輸特性),在數(shù)據(jù)送入信道之前必須對(duì)其進(jìn)行調(diào)制和編碼。在通信系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)的調(diào)制和編碼可分為4種基本形式：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制12模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼42.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制基于調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相3種調(diào)制技術(shù)，分別稱為振幅鍵控、移頻鍵控和移相鍵控。圖2-10顯示了對(duì)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)“010010”進(jìn)行不同調(diào)制方法的波形。圖2-10數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制原理示意圖2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制

1、振幅鍵控（Amplitude-ShiftKeying，ASK）

振幅鍵控是通過改變載波信號(hào)振幅來表示數(shù)字信號(hào)1、0。例如，我們可以用載波幅度Um表示數(shù)字1，用載波幅度0表示數(shù)字0。ASK信號(hào)波形如圖2-10（a）所示。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：2、移頻鍵控（Frequency-ShiftKeying，F(xiàn)SK）

移頻鍵控方法是通過改變載波信號(hào)角頻率來表示數(shù)字信號(hào)1、0。例如，我們可以用角頻率ω1t表示數(shù)字l，用角頻率ω2t表示數(shù)字0。FSK信號(hào)波形如圖2-10（b）所示。u(t)＝Um?sin（ω1t＋φ）數(shù)字10數(shù)字0u(t)＝振幅鍵控ASK信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易,技術(shù)簡(jiǎn)單,但抗干擾能力較差。2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

由于移頻鍵控FSK信號(hào)實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡(jiǎn)單，抗干擾能力較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法之一。

3、移相鍵控（Phase-ShiftKeying，PSK）

移相鍵控方法是通過改變載波信號(hào)的相位值來表示數(shù)字信號(hào)1、0。如果用相位的絕對(duì)值表示數(shù)字信號(hào)1、0，則稱為絕對(duì)調(diào)相。如果用相位的相對(duì)偏移值表示數(shù)字信號(hào)1、0，則稱為相對(duì)調(diào)相。Um?sin（ω2t＋φ）

數(shù)字0Um?sin（ω1t＋φ）

數(shù)字1u(t)＝2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制Um?sin（ωt＋0）

數(shù)字1

接收端可以通過檢測(cè)載波相位的方法來確定它所表示的數(shù)字信號(hào)值。絕對(duì)調(diào)相波形如圖2-10（c）所示。

⑴絕對(duì)調(diào)相（AbsolutePSK）：在載波信號(hào)u(t)中,φ為載波信號(hào)的相位。當(dāng)表示數(shù)字1時(shí),取φ＝0；當(dāng)表示數(shù)字0時(shí),取φ＝π。這種最簡(jiǎn)單的絕對(duì)調(diào)相方法可以用下式表示：Um?sin（ωt＋π）

數(shù)字0u(t)＝

⑵相對(duì)調(diào)相（DifferentialPSK）：是用載波在兩位數(shù)字信號(hào)的交接處產(chǎn)生的相位偏移來表示載波數(shù)字信號(hào)。最簡(jiǎn)單的相對(duì)調(diào)相方法是：兩比特信號(hào)交接處遇0，載波信號(hào)相位不變；兩比特信號(hào)交接處遇1，載波信號(hào)相位偏移π。相對(duì)調(diào)相波形如圖2-10（d）所示。2.2.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的模擬調(diào)制

4、多相調(diào)制（MultiplePhaseModulation，MPM）在模擬數(shù)據(jù)通信中，為了提高數(shù)據(jù)傳輸速率，人們常采用多相調(diào)制方法，將待發(fā)送的數(shù)字信號(hào)按兩個(gè)比特一組的方式組織，兩位二進(jìn)制比特可以有4種組合，即

00、01、10、11每組是一個(gè)雙比特碼元，我們可以用4個(gè)不同的相位值去表示這4組雙比特碼元。那么，在調(diào)相信號(hào)傳輸過程中，相位每改變一次，傳送兩個(gè)二進(jìn)制比特。我們把這種調(diào)相方法稱為4相調(diào)制。同理，如果將發(fā)送的數(shù)據(jù)每3個(gè)比特組成一個(gè)3比特碼元組，3位二進(jìn)制數(shù)共有八種組合，那么對(duì)應(yīng)可以用八種不同的相位值去表示，我們把這種調(diào)相方法稱為八相調(diào)制。2.2.2模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制對(duì)模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬調(diào)制的目的：其一是將低頻信號(hào)搬遷到較高的頻帶進(jìn)行傳輸；其二是將模擬信號(hào)放大；其三是通過調(diào)制可以使用頻分多路復(fù)用技術(shù)。模擬數(shù)據(jù)調(diào)制可通過調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相3種方法來實(shí)現(xiàn)，如圖2-11所示?；鶐鬏斝盘?hào)高頻載波信號(hào)(a)振幅調(diào)制(b)頻率調(diào)制(c)相位調(diào)制圖2-11模擬信號(hào)的模擬凋制2.2.2模擬數(shù)據(jù)的模擬調(diào)制

1、振幅調(diào)制（Amplitudemodulation，AM）振幅調(diào)制是以原來的模擬數(shù)據(jù)為調(diào)制信號(hào)對(duì)載波的幅值按調(diào)制信號(hào)的幅值進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后載波信號(hào)的頻率和相位不變,幅值隨調(diào)制信號(hào)的幅值變化而變化,如圖2-11(a)所示。

2、頻率調(diào)制（Frequencymodulation，F(xiàn)M）頻率調(diào)制是以原來的模擬數(shù)據(jù)為調(diào)制信號(hào),對(duì)載波的頻率按調(diào)制信號(hào)的頻率進(jìn)行調(diào)制,調(diào)制后載波信號(hào)的相位和幅值不變，頻率隨調(diào)制信號(hào)的幅值變化而變化，如圖2-11(b)所示。

3、相位調(diào)制（Phasemodulation，PM）相位調(diào)制是以原來的模擬數(shù)據(jù)為調(diào)制信號(hào),對(duì)載波的相位按調(diào)制信號(hào)的相位進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后載波信號(hào)的頻率和幅值不變,相位隨調(diào)制信號(hào)的幅值變化而變化,如圖2-11(c)所示。2.2.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼就是如何把數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用物理信號(hào)的波形表示，是用高低電平的不同組合來表示二進(jìn)制的方法。常用的編碼方式主要有3種：不歸零編碼、曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼。

1、不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ）

不歸零碼是一種全寬碼，即信號(hào)波形在一個(gè)碼元全部時(shí)間內(nèi)發(fā)出或不發(fā)出電流，每一位碼占全部碼元的寬度。不歸零碼可分為單極性和雙極性兩種：

⑴單極性不歸零碼(SinglePolarityNRZ)：是以無(wú)電壓（無(wú)電流）表示“0”，而用恒定的正電壓表示“1”。

⑵雙極性不歸零碼(DoublePolarityNRZ)：是以負(fù)電壓表示“0”，而用恒定的正電壓表示“1”。以上反之亦然，即負(fù)電壓表示“1”，正電壓表示“0”。

2.2.3數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字編碼

2、曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一。其編碼規(guī)則是：每個(gè)比特的周期T分為前T/2與后T/2兩部分；通過前T/2傳送該比特的反碼，通過后T/2傳送該比特的原碼。

3、差分曼徹斯特編碼

是對(duì)曼徹斯特編碼的改進(jìn),它將時(shí)鐘和數(shù)據(jù)包含在信號(hào)中,在傳輸代碼信息的同時(shí)將時(shí)鐘同步信號(hào)一起傳輸?shù)綄?duì)方，所以都屬于自同步編碼，其數(shù)據(jù)傳輸速率只有調(diào)制速率的1/2。

01101001tO曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼

01101001tO模擬信號(hào)PAM信號(hào)PAM信號(hào)數(shù)字信號(hào)2.2.4模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼是把模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的編碼方法。由于數(shù)字信號(hào)傳輸失真小、誤碼率低、傳輸速率高、便于計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)，所以將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化已成為必然趨勢(shì)。模擬數(shù)據(jù)數(shù)字編碼的最常用方法是脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation，PCM),PCM的工作過程包括3個(gè)步驟：采樣、量化與編碼，其相應(yīng)的波形信號(hào)如圖2-13所示。圖2-13PCM脈沖編碼調(diào)制過程示意圖采樣速率8000t/s指定數(shù)值給對(duì)應(yīng)的PAM信號(hào)將量化值進(jìn)行編碼2.2.4模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼

1、采樣（Sampling）

采樣是模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步。模擬信號(hào)是電平連續(xù)變化的信號(hào),采樣是隔一定的時(shí)間間隔,將模擬信號(hào)的電平幅度值取出來作為樣本,讓其表示原來的信號(hào)。采樣頻率f應(yīng)為：f≥2B

或f＝l／T≥2·f式中：B為通信信道帶寬；T為采樣周期；f為信道允許通過的信號(hào)最高頻率。

2、量化（Quantizing）量化是將采樣樣本幅度按量化級(jí)決定取值的過程，經(jīng)量化后的樣本幅度為離散的量化級(jí)值已不是連續(xù)值。量化的目的是為每一個(gè)PAM信號(hào)設(shè)定一個(gè)信號(hào)值。2.2.4模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼量化之前要將信號(hào)分為若干量化級(jí),同時(shí),要規(guī)定好每一級(jí)對(duì)應(yīng)的幅度范圍。若量化范圍在0～127,則每個(gè)采樣用7位二進(jìn)制(27＝128)來表示,量化速率需要56000bps(8000×7)；若量化的范圍在0～255,則每個(gè)采樣用8位二進(jìn)制（28＝256）來表示，量化速率需要64000bps（8000×8）。3、編碼（Encoding）

編碼是用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級(jí)。為了能精確地還原成原來的模擬信號(hào)，量化值編碼在傳送數(shù)字至數(shù)模轉(zhuǎn)換器時(shí)，其速率必須和采樣時(shí)一樣。經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，信號(hào)才會(huì)和原來模擬信號(hào)波形接近?！纠?-2】聲音的帶寬為4000Hz，采用頻率為8000次/s，用8位二進(jìn)制編碼，則信道的數(shù)據(jù)傳輸速率為：8×8000＝64000bps＝64kbps。

數(shù)據(jù)傳輸是網(wǎng)絡(luò)通信的物質(zhì)基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)涉及的內(nèi)容很多，包括數(shù)據(jù)傳輸媒介、數(shù)據(jù)傳輸帶寬、數(shù)據(jù)傳輸方式和數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量參數(shù)等。數(shù)據(jù)傳輸涉及的主要內(nèi)容數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量參數(shù)傳輸方式傳輸帶寬傳輸媒介§2.3網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸

2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)是網(wǎng)絡(luò)中連接收發(fā)雙方的物理通路，是數(shù)據(jù)通信中實(shí)際傳送信息的載體。網(wǎng)絡(luò)中常用的傳輸介質(zhì)有：同軸電纜、雙絞線、光纖、微波、衛(wèi)星、紅外線等。1、同軸電纜（CoaxialCable）

同軸電纜是局域網(wǎng)中最早使用而且應(yīng)用十分廣泛的傳輸介質(zhì)，可以通過專用的中同軸電纜(俗稱粗纜)或小同軸電纜(俗稱細(xì)纜)來組網(wǎng)，并廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)中。同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體、絕緣層、屏蔽層及外部保護(hù)層組成，其結(jié)構(gòu)如圖2-14所示。保護(hù)層、屏蔽層、絕緣層、導(dǎo)體圖2-14同軸電纜結(jié)構(gòu)示意圖同軸電纜的最大優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng),而且支持多點(diǎn)連接。缺點(diǎn)是物理可靠性不好，所以現(xiàn)在基本上已被雙絞線所替代。2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)

2、雙絞線（TwistedPair）

雙絞線的物理結(jié)構(gòu)是由按規(guī)則螺旋結(jié)構(gòu)排列的2根、4根或8根絕緣導(dǎo)線組成。一對(duì)線可以作為一條通信線路，各個(gè)線對(duì)螺旋排列的目的是為了使各線對(duì)之間的電磁干擾最小。雙絞線是模擬和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)通信最普通的傳輸媒體，它的主要應(yīng)用范圍是電話系統(tǒng)中的模擬話音傳輸，最適合于較短距離的信息傳輸，當(dāng)超過幾千米時(shí)信號(hào)因衰減可能會(huì)產(chǎn)生畸變，這時(shí)就要使用中繼器（Repeater）來放大信號(hào)和再生波形。雙絞線的價(jià)格在傳輸媒體中是最便宜的，并且安裝簡(jiǎn)單，所以得到廣泛的使用。在局域網(wǎng)中一般也采用雙絞線作為傳輸媒體。雙絞線可分為非屏蔽雙絞線UTP（UnshieldedTwistedPair）和屏蔽雙絞線STP（ShieldedTwistedPair）。2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)單模光纖多模光纖3、光纖（Fiber）

光纖是光導(dǎo)纖維（FiberOptics）的簡(jiǎn)稱，采用光導(dǎo)纖維作為傳輸介質(zhì)，是網(wǎng)絡(luò)傳輸介質(zhì)領(lǐng)域中發(fā)展最快、性能最好、應(yīng)用前途最廣泛的一種。光纖分為單模（8.3/125um）和多模（50/125um，62.5/125um）兩種。名稱傳輸介質(zhì)最大段長(zhǎng)度每段節(jié)點(diǎn)數(shù)10Base5粗同軸電纜500米10010Base2細(xì)同軸電纜185米3010Base-TUTP100米102410Base-F光纖2000米1024100Base-T4UTP100米100Base-TXUTP100米100Base-FX光纖2000米1000Base-SX光纖550米1000Base-LX光纖5000米1000Base-CXSTP25米1000Base-TUTP100米2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)4、微波通信（MicrowaveCommunication）

微波在空間主要是直線傳播，并且能穿透電離層進(jìn)入宇宙空間,其傳播距離受到限制且與天線的高度有關(guān),一般只有50km左右,長(zhǎng)途通信時(shí)必須建立多個(gè)中繼站,中繼站把前一站發(fā)來的信號(hào)經(jīng)過放大后再發(fā)往下一站,類似于“接力”,所以又把微波通信稱為數(shù)字微波接力通信。如果中繼站采用100m高的天線塔，則接力距離可增大到100km，如圖2-19所示。地球視線傳輸視線傳輸微波中繼站圖2-19地面微波接力通信2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)5、衛(wèi)星通信（SatelliteCommunication）

1945年,英國(guó)人阿塞·克拉克提出了利用衛(wèi)星進(jìn)行通信的設(shè)想。1957年，蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星Sputnik，使人們看到了實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的希望。1962年，美國(guó)成功地發(fā)射了第一顆通信衛(wèi)星Telsat，試驗(yàn)了橫跨大西洋的電話和電視傳輸。由于衛(wèi)星通信具有通信距離遠(yuǎn)、費(fèi)用與通信距離無(wú)關(guān)、覆蓋面積大、不受地理?xiàng)l件的限制、通信信道帶寬寬、可進(jìn)行多址通信與移動(dòng)通信等優(yōu)點(diǎn)，因此它在最近的30多年里獲得了迅速的發(fā)展，并成為現(xiàn)代主要的通信手段之一。

衛(wèi)星通信是利用位于3萬(wàn)6千公里高空的人造地球衛(wèi)星作為太空無(wú)人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星通信能克服地面微波通信的距離限制,最大特點(diǎn)是通信距離遠(yuǎn),且通信費(fèi)用與距離無(wú)關(guān)。衛(wèi)星通信的組成如圖2-20所示。2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)20世紀(jì)80年代末發(fā)展了稱為“甚小口徑終端”(VSAT)的新一代數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)，90年代廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，如各國(guó)的大使館與國(guó)內(nèi)之間的通信都是通過VSAT來通信的。VSAT網(wǎng)通常由一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、一個(gè)大型主站和大量的VSAT小站組成，能單雙向傳輸數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務(wù)。VSAT網(wǎng)的基本組成如圖2-21所示。衛(wèi)星衛(wèi)星地球站衛(wèi)星地球站3.6χ104km地球圖2-20衛(wèi)星通信2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)圖2-21VSAT網(wǎng)的組成2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)

VSAT的小站和主站通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器構(gòu)成星型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),主站采用大口徑天線，且發(fā)射功率大，小口徑天線發(fā)射功率小，小站與大站之間可以直接通信?！纠?-3】衛(wèi)星通信有較大的傳播延時(shí)，如果從地球站到衛(wèi)星的距離為40000km，那么從一個(gè)地球站經(jīng)過衛(wèi)星到另一個(gè)地球站的傳播時(shí)延有多大？解：在自由空間中,電磁撥的傳輸速度為300000km/s，從一個(gè)地球站經(jīng)過衛(wèi)星到另一個(gè)地球站的距離為40000km×2＝80000km所以傳播延時(shí)為80000km÷300000km/s＝267ms。2.3.1數(shù)據(jù)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)帶寬速率/工作頻帶性能傳輸距離價(jià)格應(yīng)用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s較好模擬：10km數(shù)字：500m低模擬/數(shù)字信號(hào)傳輸50Ω銅軸電纜75Ω銅軸電纜基帶10Mb/s較好＜3km低基帶數(shù)字信號(hào)寬帶≤450MHz較好100km中模擬、數(shù)據(jù)、音頻光纖寬帶49Gb/s很好2km以上高高微波寬帶4～6GHz好幾百km中等中等衛(wèi)星寬帶1～10GHz很好18000km高高以上介紹了雙絞線、同軸電纜、光纖、微波、衛(wèi)星通信5種介質(zhì)，其區(qū)別如下：2.3.2數(shù)據(jù)傳輸帶寬基帶傳輸頻帶傳輸寬帶傳輸基帶傳輸是指數(shù)字脈沖信號(hào)在傳輸介質(zhì)上保持?jǐn)?shù)據(jù)波形按原樣進(jìn)行傳輸。頻帶傳輸指把數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)后再發(fā)送和傳輸，到達(dá)接收端再把音頻信號(hào)解調(diào)成原來的數(shù)字信號(hào)。寬帶傳輸指比音頻更寬的頻帶，若是采用75Ω的CATV同軸電纜或光纖作傳輸介質(zhì)，帶寬為300MHz。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)傳輸介質(zhì)的信道帶寬可分為基帶、頻帶和寬帶。局域網(wǎng)中主要采用基帶和頻帶傳輸,有線電視和無(wú)線局域網(wǎng)中主要采用寬帶傳輸。2.3.2

數(shù)據(jù)傳輸帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)是衡量數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠行院涂煽啃缘膮?shù)。有效性主要由數(shù)據(jù)傳輸速率、調(diào)制速率、信道帶寬、通信容量、誤碼率、傳輸延遲等來衡量；可靠性一般用數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼`碼率指標(biāo)來衡量；比特率和波特率是用來描述系統(tǒng)傳輸率的參量。

1、數(shù)據(jù)傳輸單位（DataTransferUnit）數(shù)據(jù)傳輸單位通?？捎帽忍?、碼元、碼字、碼字來表示。

⑴比特：是二進(jìn)制的縮寫，即計(jì)算機(jī)常用術(shù)語(yǔ)“位”，在數(shù)據(jù)通信中用來度量消息的信息量。

⑵碼元：是對(duì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送的二進(jìn)制數(shù)字中的每一位的通稱。例如二進(jìn)制數(shù)字1000001是由7個(gè)碼元組成的序列。

⑶碼字：在7位ASCII碼中，1000001這7個(gè)碼元組成的序列代表字母A，通常將這個(gè)字母A稱為“碼字”。2.3.2數(shù)據(jù)傳輸帶寬

2、數(shù)據(jù)傳輸速率（DataTransferSpeed）數(shù)據(jù)傳輸速率是指每秒能傳輸?shù)亩M(jìn)制信息位數(shù)，又稱為比特率，用bps標(biāo)記，表示每秒傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)，單位用比特/每秒表示，它可由下式確定：

式中：T為數(shù)字信號(hào)脈沖重復(fù)周期；N為一個(gè)脈沖信號(hào)代表的有效狀態(tài)數(shù)，是2的整數(shù)倍。例如二進(jìn)制的一個(gè)脈沖可以表示“0”和“1”兩個(gè)狀態(tài)，故N＝2。Log2N為單位脈沖能表示的比特?cái)?shù)，如N＝4時(shí)表示一個(gè)單位脈沖為2bit。一個(gè)數(shù)字脈沖也稱為一個(gè)碼元，N為一個(gè)碼元所取的有效離散值個(gè)數(shù),若一個(gè)碼元僅可取0和1兩種離散值,則N＝2；若一個(gè)碼元可取00、01、10、11四種離散值，則N＝4。2.3.2數(shù)據(jù)傳輸帶寬【例2-4】脈碼調(diào)制系統(tǒng)PCM每秒鐘測(cè)量取樣8000次，量化電平為256個(gè)，求數(shù)據(jù)傳輸率。解：信號(hào)周期T＝l／8000，量化電平數(shù)N＝256＝282.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)

3、調(diào)制速率（ModulationSpeed）調(diào)制速率也稱為波形速率或碼元速率，它是數(shù)字信號(hào)經(jīng)過調(diào)制后的傳輸速率，表示數(shù)據(jù)傳輸過程中線路上每秒鐘傳送的波形個(gè)數(shù)。顯然，波形持續(xù)時(shí)間越短，單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)牟ㄐ螖?shù)就越多，則數(shù)據(jù)傳輸速率也越高。數(shù)據(jù)傳輸速率與調(diào)制速率的區(qū)別與聯(lián)系如圖2-22所示。模擬信道解調(diào)器調(diào)制速率傳輸速率計(jì)算機(jī)調(diào)制器計(jì)算機(jī)圖2-22數(shù)據(jù)傳輸速率與調(diào)制速率的區(qū)別2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)

4、信道帶寬（ChannelBroadband）信道帶寬是指信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的頻率范圍，通常稱為信道的通頻帶，單位用赫茲（調(diào)制速率）表示。信道帶寬由信道的物理特性所決定，例如電話線路的頻率范圍在300～3400Hz，那么，它的帶寬范圍也在300～3400Hz。信道寬度用W表示。

5、信道容量（ChannelCapacity）信道容量是指信道能傳輸信息的最大能力，一般用時(shí)間內(nèi)最大可傳送的字節(jié)數(shù)來表示。信道容量由信道帶寬F、可使用的時(shí)間T以及信道質(zhì)量決定。信道容量和信道帶寬具有正比關(guān)系，帶寬越寬，則容量越大，傳輸效率也就越高。關(guān)于信道容量的計(jì)算有兩條著名的定理。2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)

6、誤碼率（ErrorRates）誤碼率也稱為出錯(cuò)率，是指數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下信息傳輸?shù)腻e(cuò)誤率。在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，要求誤碼率低于10-6。誤碼率可以用以下幾種表示方法：誤比特率Pb＝b1(接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù))/b0(傳輸總比特?cái)?shù)接收的錯(cuò)誤比特?cái)?shù))誤碼率Pe＝e1(接收碼元中錯(cuò)誤碼元數(shù))/e2(傳輸總碼元數(shù))誤字率Pw＝w1(接收的錯(cuò)誤碼字)/w0(傳輸總碼字?jǐn)?shù))誤組率PBw＝bw1(接收的錯(cuò)誤組數(shù))/bw0(傳輸信息總組數(shù))2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)

7、時(shí)延（Delay）時(shí)延是指一個(gè)報(bào)文或分組從一條鏈路的一端傳送到另一端所需的時(shí)間，它包括3部分：時(shí)延＝發(fā)送時(shí)延＋傳播時(shí)延＋處理時(shí)延

⑴發(fā)送時(shí)延：發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)使數(shù)據(jù)塊(分組或報(bào)文)從結(jié)點(diǎn)進(jìn)入到傳輸媒體所需要的時(shí)間。發(fā)送時(shí)延（傳輸時(shí)延）＝數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度／信道寬度

⑵傳播時(shí)延：電磁波在信道上的傳播一定的距離所需要花費(fèi)的時(shí)間速度傳播時(shí)延＝信道長(zhǎng)度/電磁波在信道上的傳播速度(m/s)

⑶處理時(shí)延：數(shù)據(jù)在交換結(jié)點(diǎn)為存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)而進(jìn)行一些必要處理所花費(fèi)的時(shí)間。處理時(shí)延的長(zhǎng)短取決于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中當(dāng)時(shí)的通信量。當(dāng)通信量很大時(shí),還會(huì)發(fā)生溢出,使分組丟失。2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量參數(shù)【例2-10】若A、B兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的距離為1000km,假設(shè)在電纜內(nèi)信號(hào)的傳播速度是2×108m/s,試對(duì)下列兩種鏈路分別計(jì)算發(fā)送時(shí)延和傳播時(shí)延。⑴數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為108bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Mbps；⑵數(shù)據(jù)塊長(zhǎng)度為1000bit，數(shù)據(jù)發(fā)送速率為1Gbps；解：根據(jù)上述計(jì)算發(fā)送時(shí)延公式和計(jì)算傳播時(shí)延公式，分別求出不同鏈路的不同時(shí)延。⑴發(fā)送時(shí)延＝108bit/(1Mbps)＝100s傳播時(shí)延＝1000km

/(2×108m/s)＝5ms⑵發(fā)送時(shí)延＝1000bit/(1Gbps)＝1μs傳播時(shí)延＝1000km/(2×108m/s)＝5ms通過此例說明，并非信道帶寬越寬，數(shù)據(jù)在信道上跑的速度越快。2.3.4串行傳輸與并行傳輸

1、串行傳輸（SerialTransmission）

串行傳輸是指數(shù)據(jù)以串行方式，在一條信道上傳輸。在計(jì)算機(jī)中，通常是用8位的二進(jìn)制代碼來表示一個(gè)字符。在數(shù)據(jù)通信中，串行傳輸方式如圖2-23所示。接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備1234567812387645并行到串行的轉(zhuǎn)換串行到并行的轉(zhuǎn)換圖2-23串行傳輸示意圖2.3.4串行傳輸與并行傳輸接收設(shè)備發(fā)送設(shè)備12345678校驗(yàn)數(shù)據(jù)位1數(shù)據(jù)線

2、并行傳輸（ParallelTransmission）

并行傳輸是指數(shù)據(jù)以成組的方式在多個(gè)并行信道上傳輸。將表示一個(gè)字符的8位二進(jìn)制代碼同時(shí)通過8條并行的通信信道發(fā)送出去，這種工作方式稱為并行通信，如圖圖2-24所示。圖2-24并行傳輸示意圖2.3.5同步傳輸與異步傳輸

在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，整個(gè)計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)能否正確有效地工作，在相當(dāng)程度上依賴于是否能很好地實(shí)現(xiàn)同步。目前,串行通信的傳輸按通信約定的格式分為兩種，即同步通信方式和異步通信方式。

1、同步傳輸（Synchronous）

⑴位同步：在數(shù)據(jù)通信過程中，接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率來校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，這個(gè)過程就叫做位同步。實(shí)現(xiàn)位同步的方法主要有以下兩種：

①外同步法。是在發(fā)送端發(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)來校正時(shí)間基準(zhǔn)與時(shí)鐘頻率，實(shí)現(xiàn)收發(fā)雙方的位同步。2.3.5同步傳輸與異步傳輸

②內(nèi)同步法。是從自含時(shí)鐘編碼的發(fā)送數(shù)據(jù)中提取同步時(shí)鐘的方法，曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼都是自含時(shí)鐘的編碼方法。

⑵字符同步：為保證收發(fā)雙方正確傳輸字符,將字符以組為單位傳送，在每組字符之前加上一個(gè)用于同步控制的同步字符SYN，數(shù)據(jù)結(jié)束后加上后同步信號(hào)，接收端根據(jù)SYN與后同步信號(hào)確定數(shù)據(jù)字符的起始與終止。同步傳輸方式如圖2-25所示。圖2-25同步傳輸方式示意圖1011010101101100...11110101101101000111111001111110同步字節(jié)數(shù)據(jù)幀同步字節(jié)2.3.5同步傳輸與異步傳輸2.異步傳輸（asynchronous）

異步傳輸一次只傳輸一個(gè)字符,每個(gè)字符用一位起始位引導(dǎo)、一位停止位結(jié)束。起始位為“0”,占一位;停止位為“1”,占1-2位。在沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)發(fā)送方可發(fā)送連續(xù)的停止位，接收方根據(jù)“1”至“0”的跳變來判別一個(gè)新字符的開始,然后接收字符中的所有位。異步傳輸方式如圖2-26所示。11011010101001101100100010110101101100數(shù)據(jù)傳輸方向停止位數(shù)據(jù)位起始位圖2-26同步傳輸方式示意圖

指?jìng)魉偷男畔⑹冀K是一個(gè)方向傳送,沒反方向的交互。其信道一般是二線制，一根用于傳輸數(shù)據(jù),另一根用于監(jiān)測(cè)信號(hào)。

允許數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上傳輸,但在某一時(shí)刻，只允許數(shù)據(jù)在一個(gè)方向上傳輸,它實(shí)際上是一種切換方向的單工通信。

允許數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸,它是兩個(gè)單工通信方式的結(jié)合,它要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有獨(dú)立的接收和發(fā)送能力。2.3.6單向傳輸與雙向傳輸單工數(shù)據(jù)傳輸半雙工數(shù)據(jù)傳輸全雙工數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)在通信線路上傳輸是有方向的，根據(jù)信號(hào)傳送的方向與時(shí)間關(guān)系，數(shù)據(jù)通信可分為三種基本工作方式：?jiǎn)喂ねㄐ?、半雙工通信與全雙工通信?！?.4網(wǎng)絡(luò)多路復(fù)用傳輸多路復(fù)用器多路復(fù)用器一條傳輸線路傳輸多路信號(hào)計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)傳輸信號(hào)要求的帶寬與傳輸介質(zhì)允許通過的帶寬是不一樣的，為了節(jié)省開銷，應(yīng)當(dāng)充分利用傳輸介質(zhì)的帶寬。在一條介質(zhì)上同時(shí)傳送多于一路以上信號(hào)的傳輸方式，叫做該介質(zhì)的多路復(fù)用。多路復(fù)用傳輸技術(shù)的基本原理如圖2-30所示。圖2-30多路復(fù)用基本原理示意圖2.4.1頻分多路復(fù)用

1、頻分多路復(fù)用的概念

在物理信道的可用帶寬超過單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下，可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同的子信道，每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào)，這就是頻分多路復(fù)用。頻分多路復(fù)用的基本工作原理如圖2-31所示。圖2-31頻分多路復(fù)用原理示意圖信道（1）f1信道（2）f2信道（3）f3信道（4）f4信道（5）f5信道（6）f6多路復(fù)用器多路復(fù)用器源1源2源3源4源5源6目標(biāo)1目標(biāo)2目標(biāo)3目標(biāo)4目標(biāo)5目標(biāo)6信道帶寬Bm警戒頻帶Bg2.4.1頻分多路復(fù)用圖2-32頻分多路技術(shù)實(shí)現(xiàn)示意圖104～108kHz108kHz0～4Hz60～64kHz64kHz0～4Hz100～104kHz104kHz0～4Hz0～4Hz108kHz104～108kHz0～4Hz104kHz100～104kHz電話機(jī)1電話機(jī)n電話機(jī)20～4Hz64kHz60～64kHz低通調(diào)制器帶通多路復(fù)用器低通調(diào)制器帶通調(diào)制器帶通低通帶通調(diào)制器低通帶通調(diào)制器低通調(diào)制器低通帶通多路復(fù)用器

2、頻分多路復(fù)用的技術(shù)實(shí)現(xiàn)

頻分多路復(fù)用主要用于電話模擬信號(hào)的傳輸。頻分多路復(fù)用技術(shù)用于模擬信號(hào)的頻分傳輸，主要用于電話和電視系統(tǒng)。一根CATV電纜的帶寬大約是500MHz，可傳送80個(gè)頻道的電視節(jié)目。每個(gè)頻道6MHz的帶寬中又進(jìn)一步劃分為聲音子通道、視頻子通道以及彩色子通道，并留有警戒頻帶。2.4.2時(shí)分多路復(fù)用

1、時(shí)分多路復(fù)用的概念時(shí)分多路復(fù)用（TDM）是將一條物理信道的傳輸時(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片，在其占有的時(shí)間片內(nèi)用戶使用通信信道的全部帶寬。如果與FDM相比較,由于FDM是以信道頻帶作為分割對(duì)象,通過為多個(gè)信道分配互不重疊的頻率范圍的方法來實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此頻分多路復(fù)用更適于模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，而TDM則以信道傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象，通過為多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的方法來實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，因此更適合于數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸。

2、時(shí)分多路復(fù)用的實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上，可分為同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)分多路復(fù)用兩種方式。2.4.2時(shí)分多路復(fù)用

(1)同步時(shí)分：指發(fā)送端的多臺(tái)計(jì)算機(jī)通過一條線路向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行分時(shí)處理，它們以固定的時(shí)隙進(jìn)行分配。

(2)異步時(shí)分：又被稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)，它能動(dòng)態(tài)地按需分配時(shí)隙，以避免每個(gè)時(shí)隙段中出現(xiàn)空閑時(shí)隙。異步時(shí)分在分配時(shí)隙時(shí)是不固定的，而是只給想發(fā)送數(shù)據(jù)的發(fā)送端分配其時(shí)隙段，當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則不給它分配時(shí)隙。要接收的數(shù)據(jù)AAAABBCDDDBCDABDADAAAAAABBCDDD復(fù)用器解復(fù)器要發(fā)送的數(shù)據(jù)時(shí)隙浪費(fèi),信道資源利用率底一個(gè)周期的數(shù)據(jù)塊(幀)在不同時(shí)刻，開關(guān)切換到不同的輸入設(shè)備2.4.3密集波分多路復(fù)用

1、波分多路復(fù)用（WDM）

采用的是波長(zhǎng)分隔多路復(fù)用技術(shù),在同一傳輸信道內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)。WDM和FDM基本上都基于相同原理,所不同的是WDM應(yīng)用于光纖信道上的光波傳輸過程,而FDM應(yīng)用于電模擬傳輸。波分多路復(fù)用原理如圖2-34所示。圖2-34波分多路復(fù)用原理2.4.3密集波分多路復(fù)用

2、密集波分多路復(fù)用密集波分多路復(fù)用(DWDM)是在WDM上發(fā)展起來的。最初，在一根光纖上只能傳送兩路光波信號(hào)，CIENA首先推出了16路信道系統(tǒng)，現(xiàn)在已能做到在一根光纖上復(fù)用80路甚至更多路數(shù)的光載波信號(hào)。

DWDM的工作原理如圖2-35所示。

圖2-35密集波分多路復(fù)用原理示意圖復(fù)用器012345671550nm1551mn1552nm1553nm1554nm1555nm1556nm1557nm1550nm1551mn1552nm1553nm1554nm1555nm1556nm1557nm0123456720GbpsEDFA120km分用器§2.5網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換

各種數(shù)據(jù)經(jīng)過編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信最簡(jiǎn)單的方式是利用傳輸介質(zhì)將兩個(gè)端點(diǎn)直接相連，但每個(gè)通信系統(tǒng)都采用把收發(fā)兩端直接相連的形式是不可能的，通常通過一個(gè)由多個(gè)結(jié)點(diǎn)組成的中間網(wǎng)絡(luò)，把數(shù)據(jù)從源結(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)到目的結(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)相互通信。因此，數(shù)據(jù)交換是研究如何通過中間網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換問題。目前，常用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)交換方式可歸結(jié)為以下4種:

★電路交換★報(bào)文交換★分組交換★快速交換2.5.1電路交換在傳輸任何數(shù)據(jù)之前，要先經(jīng)過呼叫過程建立一條端到端的電路。在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，所建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)。

數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后，由某一方發(fā)出拆除請(qǐng)求然后逐節(jié)拆除到對(duì)方節(jié)點(diǎn)。(1)電路建立(2)數(shù)據(jù)傳輸(3)電路拆除

1、電路交換概念電路交換是根據(jù)電話交換原理發(fā)展起來的一種直接交換方式。在數(shù)字通信中，電路交換傳輸主要是應(yīng)用同步傳輸模式來實(shí)現(xiàn)的。電路交換的過程分為3個(gè)步驟：電路交換原理如下圖所示。2.5.1電路交換源節(jié)點(diǎn)A交換節(jié)點(diǎn)1交換節(jié)點(diǎn)6呼叫請(qǐng)求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)釋放請(qǐng)求釋放應(yīng)答目的節(jié)點(diǎn)B電路建立數(shù)據(jù)傳輸電路拆除源節(jié)點(diǎn)A目的節(jié)點(diǎn)B公用電話交換網(wǎng)1234562.5.1電路交換2、電路交換的優(yōu)點(diǎn)(1)

連接建立后,數(shù)據(jù)以固定的傳輸率傳輸,傳輸延遲小。(2)

由于物理線路被單獨(dú)占用,故不可能發(fā)生沖突;(3)

適用于實(shí)時(shí)大批量連續(xù)的數(shù)據(jù)傳輸。3、電路交換的缺點(diǎn)(1)

建立連接將跨多個(gè)設(shè)備或線纜，則會(huì)需要花費(fèi)很長(zhǎng)的時(shí)間。(2)

連接建立后，由于線路是專用的，即使空閑，也不能被其它設(shè)備使用造成一定的浪費(fèi)。(3)

對(duì)通信雙方而言，必須做到雙方的收發(fā)速度、編碼方法、信息格式和傳輸控制等一致才能完成通信。2.5.2報(bào)文交換1、報(bào)文交換的工作原理報(bào)文交換類似于發(fā)送信件，是以報(bào)文為單位發(fā)送信息，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，每個(gè)報(bào)文由報(bào)頭、正文和報(bào)尾3部分組成，報(bào)頭中包含發(fā)送計(jì)算機(jī)的地址和接收信息的計(jì)算機(jī)地址。通信子網(wǎng)根據(jù)報(bào)頭目的地址選擇路徑在兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的一段鏈路上逐段傳輸，不需要在兩個(gè)主機(jī)之間建立多個(gè)結(jié)點(diǎn)組成的通道,報(bào)文交換過程如圖2-39所示。主機(jī)A主機(jī)BCCCDCGCA通信子網(wǎng)CFCBCE圖2-39報(bào)文交換過程2.5.2報(bào)文交換

2、報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)

⑴

電路利用率高。報(bào)文可以分時(shí)共享交換設(shè)備間的線路。

⑵

在電路交換網(wǎng)絡(luò)上，當(dāng)通信量變得很大時(shí),就不能接受新的呼叫。而在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)上,通信量大時(shí)仍然可以接收?qǐng)?bào)文,不過傳送延遲會(huì)增加。

⑶

報(bào)文交換系統(tǒng)可以把一個(gè)報(bào)文發(fā)送到多個(gè)目的地，而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點(diǎn)。

⑷

報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。3、報(bào)文交換的缺點(diǎn)

⑴

數(shù)據(jù)的傳輸延遲比較長(zhǎng)，且延遲時(shí)間長(zhǎng)短不一，因此不適用于實(shí)時(shí)或交互式的通信系統(tǒng)。

⑵

當(dāng)報(bào)文傳輸錯(cuò)誤時(shí)，必須重傳整個(gè)報(bào)文。2.5.3分組交換分組交換是報(bào)文交換的改進(jìn)，因而又稱為報(bào)文分組交換。它將報(bào)文分成若干個(gè)分組,每個(gè)分組的長(zhǎng)度有一個(gè)上限,有限長(zhǎng)度的分組使得每個(gè)節(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)能力降低了，以提高交換速度。分組交換適用于交互式通信，如終端與主機(jī)通信。報(bào)文分組的結(jié)構(gòu)如圖2-40所示。1010010101…0110011010首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)首部數(shù)據(jù)報(bào)文報(bào)文圖2-40報(bào)文分組的組成報(bào)文分組交換是在電路交換和報(bào)文交換的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,因而結(jié)合了兩者的優(yōu)點(diǎn),并且有數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式。2.5.3分組交換

1、數(shù)據(jù)報(bào)方式在數(shù)據(jù)報(bào)方式中子網(wǎng)接收主機(jī)A發(fā)送的報(bào)文經(jīng)編址、拆卸后分成若干分組,設(shè)有3個(gè)分組P1、P2、P3。CA將根據(jù)子網(wǎng)當(dāng)前的通路情況及通信量情況,將分組P1、P2、P3沿不同的子網(wǎng)路徑發(fā)送出去,接收端將接收的分組重新組裝成報(bào)文。這類服務(wù)沒有建立鏈路和拆除鏈路的過程，如圖2-42所示。圖2-42數(shù)據(jù)報(bào)方式交換過程主機(jī)ACCCDCGCA通信子網(wǎng)CFCBCEP1P2P3P3P2P1P2P1P1P2P3P3P1P3主機(jī)B2.5.3分組交換

2、虛電路方式

虛電路方式是試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式與電路交換方式結(jié)合起來，發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點(diǎn),達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果。與電路交換方式類似，虛電路方式在數(shù)據(jù)傳輸前也要建立一條傳輸通路，但這條通絡(luò)是邏輯的而非物理的。虛電路方式兩個(gè)用戶的終端設(shè)備在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前需要通過通信網(wǎng)絡(luò)建立邏輯上的連接，用戶不需要在發(fā)送和接收時(shí)清除連接。虛電路可以通過呼叫請(qǐng)求建立，并要賦予虛電路號(hào)。子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)之間就是通過虛電路號(hào)將分組沿子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)逐站傳遞。虛電路的工作方式如圖2-43所示。2.5.3分組交換A1一B1虛電路：VC1＝LCl(3)＋LC2(2)＋LC3(1)A2一C1虛電路：VC2＝LCl(2)＋LC2(1)＋LC4(3)A3一Dl虛電路：VC3＝LC1(1)＋LC5(4)用戶A1與用戶B1建立的虛電路為VCl＝LCl(3)+LC2(2)+LC3(1)用戶A2與用戶C1建立的虛電路為VC2＝LCl(2)+LC2(1)+LC4(3)用戶A3與用戶D1建立的虛電路為VC3＝LCl(1)＋LC5(4)3LC32用戶B1用戶C1用戶A1用戶A2用戶A3用戶D1結(jié)點(diǎn)B結(jié)點(diǎn)C結(jié)點(diǎn)A結(jié)點(diǎn)D中繼結(jié)點(diǎn)1中繼結(jié)點(diǎn)2傳輸媒體411213LC1LC5LC2LC4圖2-43虛電路的工作方式2.5.3分組交換對(duì)比的內(nèi)容虛電路數(shù)據(jù)報(bào)連接的建立必須有不要目的站地址僅在連接建立階段使用，每個(gè)分組使用短的虛電路信號(hào)每個(gè)分組都有目的站的全地址路由選擇在虛電路建立時(shí)進(jìn)行，所有分組均按同一路由每個(gè)分組都有獨(dú)立選擇的路由路由器出現(xiàn)故障所有通過出故障的路由器的虛電路均不能工作出故障的路由器可能對(duì)丟失分組，一些路由會(huì)發(fā)生變化分組的順序總是按發(fā)送順序到達(dá)目的站到達(dá)目的站時(shí)可能不按發(fā)送順序端到端的差錯(cuò)控制由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由主機(jī)負(fù)責(zé)端到端的流量控制由通信子網(wǎng)負(fù)責(zé)由主機(jī)負(fù)責(zé)由于虛電路方式具有電路交換與分組交換技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，因此在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛的應(yīng)用。虛電路服務(wù)與數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)的主要區(qū)別如下表：§2.6網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸差錯(cuò)控制編碼器數(shù)據(jù)打包處理自適應(yīng)碼率控制自適應(yīng)非均勻糾錯(cuò)控制反饋控制解碼器傳輸網(wǎng)絡(luò)Feedbackinformationpacketsbitstreamspackets在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，差錯(cuò)的產(chǎn)生是不可避免的，差錯(cuò)控制技術(shù)是分析差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)類型、研究發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)、糾正差錯(cuò)，把差錯(cuò)控制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。2.6.1差錯(cuò)的產(chǎn)生與類型圖2-52差錯(cuò)產(chǎn)生的過程1、差錯(cuò)的產(chǎn)生

在數(shù)據(jù)通信過程中，由于信號(hào)的衰減、噪音的干擾，通信線路上的數(shù)據(jù)信號(hào)與干擾信號(hào)疊加在一起，會(huì)造成接收端接收到發(fā)生差錯(cuò)的數(shù)據(jù)。例如，把“1變?yōu)?”和把“0變?yōu)?”。我們把通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為傳輸差錯(cuò)，通常簡(jiǎn)稱為差錯(cuò)。產(chǎn)生差錯(cuò)的過程如圖2-52所示。(b)實(shí)際環(huán)境(a)理想狀態(tài)01011010010信源信宿0101101001001011010010信源信宿噪音干擾01010010110出錯(cuò)2.