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文檔簡介

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

本章內(nèi)容提要數(shù)據(jù)通信的基本概念、數(shù)據(jù)通信方式及數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸和模擬數(shù)據(jù)的傳輸位同步、異步傳輸及同步傳輸?shù)幕驹矶嗦窂?fù)用技術(shù)和數(shù)據(jù)交換技術(shù)的原理,ATM和幀中繼的基本技術(shù)差錯的產(chǎn)生和控制方法,熟悉奇偶校驗法和循環(huán)冗余碼

2.1基本概念

2.1.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

1.?dāng)?shù)據(jù)通信的一般概念

如果信息的自然形態(tài)是模擬的,如語音、圖像,經(jīng)數(shù)字化處理后,用數(shù)字信號的形式進行傳送,稱為“數(shù)字通信”。如果信息的自然形態(tài)是數(shù)字的(離散的),如計算機數(shù)據(jù),則不管用哪種形式的信號進行傳送都叫“數(shù)據(jù)通信”。

數(shù)據(jù)通信的最基本模型

計算機(或終端)為信源或信宿;通信控制器負責(zé)數(shù)據(jù)傳輸控制,以減輕主機負擔(dān),在微機一側(cè),它的功能一般由微機承擔(dān);信號變換器完成數(shù)據(jù)與電信號之間的變換,以匹配通信線路的信道特性,依據(jù)通信線路的不同,信號變換器又稱為“波形變換器”或“調(diào)制解調(diào)器”;通信線路泛指各種實用的傳輸介質(zhì),是傳輸信號的通路。2.幾個術(shù)語的解釋

(1)數(shù)據(jù):數(shù)據(jù)可分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)是在某區(qū)間內(nèi)連續(xù)變化的值;數(shù)字數(shù)據(jù)是離散的值。(2)信號:是數(shù)據(jù)的電子或電磁編碼。信號可分為模擬信號和數(shù)字信號。模擬信號是隨時間連續(xù)變化的電流、電壓或電磁波;數(shù)字信號則是一系列離散的電脈沖??蛇x擇適當(dāng)?shù)膮⒘縼肀硎疽獋鬏數(shù)臄?shù)據(jù)。(3)信息:是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋。(4)信源:是通信過程中產(chǎn)生和發(fā)送信息的設(shè)備或計算機。(5)信宿:是通信過程中接收和處理信息的設(shè)備或計算機。(6)信道:是信源和信宿之間的通信路徑。3.模擬信號和數(shù)字信號的表示

模擬信號和數(shù)字信號可通過參量(幅度)來表示

(a)模擬信號(b)數(shù)字信號

4.模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字數(shù)據(jù)的表示

(1)模擬數(shù)據(jù)可以用模擬信號來表示。(2)數(shù)字數(shù)據(jù)可以用模擬信號來表示。(3)模擬數(shù)據(jù)也可以用數(shù)字信號來表示。(4)數(shù)字數(shù)據(jù)可以用數(shù)字信號來表示。

5.?dāng)?shù)據(jù)通信的長距離傳輸及信號衰減的克服

(1)模擬信號和數(shù)字信號都可以在合適的傳輸媒體上進行傳輸(2)模擬信號無論表示模擬數(shù)據(jù)還是數(shù)字數(shù)據(jù),在傳輸一定距離后都會衰減??朔霓k法是用放大器來增強信號的能量,但噪音分量也會增強,以至引起信號畸變。(3)數(shù)字信號長距離傳輸也會衰減,克服的辦法是使用中繼器,把數(shù)字信號恢復(fù)為“0、1”的標準電平后繼續(xù)傳輸。2.1.2通信方式

1.并行通信方式并行通信傳輸中有多個數(shù)據(jù)位,同時在兩個設(shè)備之間傳輸

2.串行通信方式

串行數(shù)據(jù)傳輸時,數(shù)據(jù)是一位一位在通信線路上傳輸?shù)?/p>

3.串行通信的方向性結(jié)構(gòu)

串行數(shù)據(jù)通信的方向性結(jié)構(gòu)有三種,即單工、半雙工和全雙工

(a)單工通信(c)全雙工通信(b)半雙工通信2.1.3數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標

1.?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率(1)比特率比特率是指數(shù)字信號的傳輸速率,也叫信息速率,反映一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)每秒傳輸二進制信息的位數(shù),單位為位/秒,記作bps或bit/s。計算公式為

S=1/T×log2N(bps)(2)波特率波特率是一種調(diào)制速率,又稱碼元速率或波形速率,指單位時間內(nèi)通過信道傳輸?shù)拇a元數(shù),單位為波特,記作Baud。計算公式為

B=1/T(Baud)

式中,T為信號碼元的寬度,單位為秒。比特率和波特率的關(guān)系

S=B×log2N(bps)或B=S/log2N(Baud)

波特率和比特率的區(qū)別和聯(lián)系【例2.1】采用八相調(diào)制方式,即N=8,且T=8.33×10-4秒,則S=1/T×log2N=1/(8.33×10-4)×log28=3600(bps)B=1/T=1/(8.33×10-4)=1200(Baud)2.信道容量

(1)信道容量信道容量表示一個信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率,單位為位/秒(bps)。(2)離散信道的容量奈奎斯特(Nyquist)無噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關(guān)系如下:B=2×H(Baud)

離散無噪信道的容量計算公式(即奈奎斯特公式)為

C=2×H×log2N(bps)式中H為信道的帶寬,即信道傳輸上、下限頻率的差值,單位為Hz;N為一個碼元所取的離散值個數(shù),C為信道容量。

信道容量的計算【例2.2】普通電話線路帶寬約3kHz,則碼元速率極限值B=2×H=2×3k=6kBaud,若碼元的離散值個數(shù)N=16,則最大數(shù)據(jù)傳輸速率C=2×3k×log216=24kbps。(3)連續(xù)信道的容量帶噪模擬信道容量公式(香農(nóng)公式)為

C=H×log2(1+S/N)(bps)

式中S為信號功率;N為噪聲功率;S/N為信噪比,通常把信噪比表示成10lg(S/N),單位為分貝(dB)?!纠?.3】已知信噪比為30dB,帶寬為3kHz,求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。因為10lg(S/N)=30所以S/N=1030/10=1000所以C=3k×log2(1+1000)≈30kbps誤碼率誤碼率指二進制數(shù)據(jù)位傳輸時出錯的概率。它是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)在正常工作情況下的傳輸可靠性的指標。在計算機網(wǎng)絡(luò)中,一般要求誤碼率低于10-6,若誤碼率達不到這個指標,可通過差錯控制方法檢錯和糾錯。計算誤碼率的公式為

Pe=Ne/N

式中,Ne為其中出錯的位數(shù);N為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總位數(shù),Pe為誤碼率。2.2數(shù)據(jù)傳輸和編碼

2.2.1數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸

1.基帶傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)以原來地0或1的形式原封不動地在信道上傳送,稱為基帶傳輸。在基帶傳輸中,傳輸信號的頻率可以從0到幾兆赫,要求信道有較高的頻率特性。一般的電話通信線路滿足不了這個要求,需要根據(jù)傳輸信號的特性選擇專用的傳輸線路?;鶐鬏斒且环N最簡單的傳輸方式,近距離通信的局域網(wǎng)都采用基帶傳輸?;鶐鬏敃r,需要解決的問題是數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示。(1)數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示

(a)單極性編碼

(b)雙極性編碼

(1)數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號表示(c)單極性歸零編碼(d)雙極性歸零編碼

(2)歸零碼和不歸零碼、單極性碼

和雙極性碼的特點

不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開始,需要用某種方法使發(fā)送端和接收端之間進行定時或同步;歸零碼的脈沖較窄,根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系,因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。單極性碼會積累直流分量,這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流耦合,直流分量還會損壞連接點的表面電鍍層;雙極性碼的直流分量大大減少,這對數(shù)據(jù)傳輸是很有利的。

2.頻帶傳輸

為了利用廉價的公共電話交換網(wǎng)實現(xiàn)計算機之間的遠程通信,必須將發(fā)送端的數(shù)字信號變換成能夠在公共電話網(wǎng)上傳輸?shù)囊纛l信號,經(jīng)傳輸后再在接收端將音頻信號逆變換成對應(yīng)的數(shù)字信號

遠程系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)器

數(shù)字信號的調(diào)制實際上是用基帶信號對載波波形的某些參數(shù)進行控制,而模擬信號傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波,載波具有三大要素:幅度、頻率和相位,數(shù)字數(shù)據(jù)可以針對載波的不同要素或它們的組合進行調(diào)制。

數(shù)字調(diào)制的基本形式

2.2.2模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸

1.模擬數(shù)據(jù)的模擬傳輸2.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字傳輸是利用數(shù)字信號傳輸系統(tǒng)傳輸模擬信號。這就需要在發(fā)送端將模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化,即需要進行模/數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換;在接收端再將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號,即要進行數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換。通常把A/D轉(zhuǎn)換器稱為編碼器,把D/A轉(zhuǎn)換器稱為解碼器。和調(diào)制解調(diào)器一樣,編碼器和解碼器也常在一個設(shè)備中實現(xiàn),稱之為編碼解碼器CODEC(Code-DECode)。

(1)脈碼調(diào)制PCM的概念

脈碼調(diào)制是以采樣定理為基礎(chǔ),對連續(xù)變化的模擬信號進行周期性采樣,利用大于或等于有效信號最高頻率或其帶寬2倍的采樣頻率,通過低通濾波器從這些采樣中重新構(gòu)造出原始信號。采樣定理表達公式為Fs(=1/Ts)≥2Fmax

或Fs≥2Bs式中,Ts為采樣周期;Fs為采樣頻率;Fmax為原始信號的最高頻率;Bs(=Fmax-Fmin)為原始信號的帶寬。(2)脈碼調(diào)制PCM的步驟

模擬信號數(shù)字化的過程包括三個階段,即采樣、電平量化和編碼。①采樣。每隔一段時間對模擬信號取樣,取樣所得到的數(shù)值代表原始信號值。采樣頻率越高,根據(jù)采樣值恢復(fù)原始信號的精度就越高。以采樣頻率Fs把模擬信號的值采出。②電平量化。把采樣所得到的信號幅度按A/D轉(zhuǎn)換器的量級分級并取整,使連續(xù)模擬信號變?yōu)闀r間上和幅度上都離散的離散值。③編碼。用若干位二進制組合表示已取整得到的信號幅值,將離散值變成一定位數(shù)的二進制編碼。脈碼調(diào)制(PCM)原理

(a)采樣和電平量化(b)編碼PCM輸出為:001101101101111111010111010000012.3數(shù)據(jù)同步方式

2.3.1位同步位同步是使接收端對每一位數(shù)據(jù)都要和發(fā)送端保持同步。實現(xiàn)位同步的方法可分為外同步法和自同步法兩種。在外同步法中,接收端的同步信號事先由發(fā)送端送來,而不是自己產(chǎn)生也不是從信號中提取出來。自同步法是指能從數(shù)據(jù)信號波形中提取同步信號的方法。典型例子就是著名的曼徹斯特編碼,常用于局域網(wǎng)傳輸。

數(shù)字信號的同步編碼方法-曼徹斯特編碼

兩種曼徹斯特編碼是將時鐘和數(shù)據(jù)都包含在數(shù)據(jù)流中,在傳輸代碼信息的同時,也將時鐘同步信號一起傳輸?shù)綄Ψ?,每位編碼中有一跳變,不存在直流分量,因此具有自同步能力和良好的抗干擾性能。

2.3.2異步傳輸

異步傳輸也叫字符同步,每次傳送一個字符,具體做法是,每個字符的首末分別設(shè)1位起始位和1位或1.5位或2位停止位,分別表示字符的開始和結(jié)束。起始位是0,結(jié)束位是1,字符可以是5或8位,一般5位字符的停止位是1.5位,8位字符的停止位是2位。

異步傳輸方式2.3.3同步傳輸

同步傳輸也叫幀同步,是以字符塊為單位進行傳輸,一個字符塊一般有幾千個數(shù)據(jù)位。為了防止發(fā)送端和接收端失步,發(fā)送時鐘和接收時鐘必須同步。目前一般采用自同步法,

為使接收端和發(fā)送端同步,除使雙方時鐘同步外,還必須使接收端能準確判斷出數(shù)據(jù)的開始和結(jié)束,一般的做法是在數(shù)據(jù)塊前加一個一定長度的位模式,一般稱為同步信號或前文(SYN),數(shù)據(jù)結(jié)束后加上后同步信號(后文)。前文、后文加上所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息構(gòu)成了一個完整的同步傳輸方式下的數(shù)據(jù)單位,稱為幀。幀是數(shù)據(jù)鏈路層的數(shù)據(jù)傳輸單位。

2.4多路復(fù)用技術(shù)及數(shù)據(jù)交換技術(shù)

2.4.1多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用技術(shù)就是把許多個單個信號在一個信道上同時傳輸?shù)募夹g(shù)。多路復(fù)用系統(tǒng)可以將來自多個信息源的信息進行合并,然后將這一合成的信息群經(jīng)單一的線路和傳輸設(shè)備進行傳輸。在接收端,則設(shè)有能將信息群分離成單個信息的設(shè)備,因此,只用一套發(fā)送裝置和接收裝置就能替代多個設(shè)備,如圖所示。

常用的多路復(fù)用技術(shù)

主要有四種形式:頻分多路復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplexing,F(xiàn)DM)、時分多路復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing,TDM)、波分多路復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplexing,WDM)碼分多路復(fù)用(CodeDivisionMultiplexing,CDM)。1.頻分多路復(fù)用(FDM)技術(shù)

在物理信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬情況下,可將該物理信道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子信道,每個子信道傳輸一路信號,這就是頻分多路復(fù)用。

頻分多路復(fù)用

2.時分多路復(fù)用(TDM)技術(shù)

若媒體能達到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率,可采用時分多路復(fù)用技術(shù),即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時間片由復(fù)用的一個信號占用,這樣,利用每個信號在時間上的交叉,就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。時分多路復(fù)用不僅局限于傳輸數(shù)字信號,也可同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。TDM又分為同步時分復(fù)用(SynchronousDivisionMultiplexing,STDM)異步時分復(fù)用(AsynchronousDivisionMultiplexing,ATDM)

(1)同步時分多路復(fù)用

同步時分復(fù)用采用固定時間片分配方式,即將傳輸信號的時間按特定長度連續(xù)地劃分成特定時間段(一個周期),再將每個時間段劃分成等長度的多個時隙,每個時隙以固定的方式分配給各路信號,各路信號在每一時間段都順序分配到一個時隙

由于在同步時分復(fù)用方式中,時隙預(yù)先分配且固定不變,無論時隙擁有者是否傳輸數(shù)據(jù)都有一定時隙,這就造成時隙浪費,其時隙的利用率很低,為了克服STDM的缺點,引入了異步時分復(fù)用技術(shù)(2)異步時分多路復(fù)用

異步時分多路復(fù)用又稱統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù),它能動態(tài)地按需分配時隙,以避免每個時間段中出現(xiàn)空閑時隙。ATDM就是只有當(dāng)某一路用戶有數(shù)據(jù)要發(fā)送時才把時隙分配給它;當(dāng)用戶暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時,則不給它分配時隙。電路的空閑可用于其他用戶的數(shù)據(jù)傳輸

異步時分多路復(fù)用

3.波分多路復(fù)用

波分多路復(fù)用在概念上與頻分多路復(fù)用相似,因此也稱其為光的頻分復(fù)用。所不同的是波分多路復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于全光纖組成的網(wǎng)絡(luò)中,傳輸?shù)氖枪庑盘枺凑展獾牟ㄩL區(qū)分信號。WDM技術(shù)的工作原理如圖所示波分多路復(fù)用4.碼分多路復(fù)用

碼分多路復(fù)用也是一種共享信道的方法,每個用戶可在同一時間使用同樣的頻帶進行通信,但使用的是基于碼型的分割信道的方法,即每個用戶分配一個地址碼,各個碼型互不重疊,通信各方之間不會互相干擾,且抗干擾能力強。2.4.2數(shù)據(jù)交換技術(shù)

按數(shù)據(jù)傳送技術(shù)劃分,交換網(wǎng)絡(luò)又可分為電路交換網(wǎng)報文交換網(wǎng)報文分組交換網(wǎng)

1.電路交換電路交換就像電話系統(tǒng)一樣,在通信期間,發(fā)送方和接受方之間一直保持一條專用的物理通路,而通路中間經(jīng)過了若干節(jié)點的轉(zhuǎn)接電路交換的通信過程包括3個階段:電路建立數(shù)據(jù)傳輸電路拆除(1)電路建立

在傳輸任何數(shù)據(jù)之前,要先經(jīng)過呼叫過程建立一條專用的物理通路。若A站要與D站傳輸數(shù)據(jù),需要在A~D之間建立一條物理連接。具體的方法是:站點A向節(jié)點1發(fā)出欲與站點D連接的請求,由于站點A與節(jié)點1已有直接連接,因此不必再建立連接。需要做的是在節(jié)點1到節(jié)點4之間建立一條專用線路。從圖中我們可以看到,從1到4的通路由多條,比如1-2-3-4,1-6-5-4,1-6-3-4和1-2-5-4等,這時就需要根據(jù)一定的路由選擇算法,從中選擇一條,如1-6-3-4。節(jié)點4再利用直接連接與站點D連通。至此就完成了A~D之間的線路建立。

(2)數(shù)據(jù)傳輸

電路1-6-3-4建立以后,數(shù)據(jù)就可以從站點A傳輸?shù)秸军cD。數(shù)據(jù)既可以是數(shù)字數(shù)據(jù),也可以是模擬數(shù)據(jù),在整個數(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)。(3)電路拆除數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后,由某一方(A或D)發(fā)出拆除請求,然后逐節(jié)拆除到對方節(jié)點。就像電話系統(tǒng)中,通話雙方的任何一方都可以先掛機。

電路交換技術(shù)的優(yōu)缺點及其特點

①優(yōu)點:數(shù)據(jù)傳輸可靠、迅速,數(shù)據(jù)不會丟失且保持原來的順序。②缺點:在某些情況下,電路空閑時的信道容易被浪費,在短時間數(shù)據(jù)傳輸時電路建立和拆除所用的時間得不償失。因此,它適用于系統(tǒng)間要求高質(zhì)量的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。③特點:在數(shù)據(jù)傳送開始之前必須先設(shè)置一條專用的通路。在線路釋放之前,該通路由一對用戶完全占用。對于猝發(fā)式的通信,電路交換效率不高。

報文交換的原理和特點1)報文交換原理報文交換方式的數(shù)據(jù)傳輸單位是報文,報文就是站點一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊,其長度不限且可變。當(dāng)一個站要發(fā)送報文時,它將一個目的地址附加到報文上,網(wǎng)絡(luò)節(jié)點根據(jù)報文上的目的地址信息,把報文發(fā)送到下一個節(jié)點,一直逐個節(jié)點地轉(zhuǎn)送到目的節(jié)點。每個節(jié)點在收到整個報文并檢查無誤后,就暫存這個報文,然后利用路由信息找出下一個節(jié)點的地址,再把整個報文傳送給下一個節(jié)點。因此,端與端之間無需先通過呼叫建立連接。2)報文交換的特點①報文從源點傳送到目的地采用“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”方式,在傳送報文時,一個時刻僅占用一段通道。②在交換節(jié)點中需要緩沖存儲,報文需要排隊,故報文交換不能滿足實時通信的要求。

報文交換的優(yōu)缺點3)報文交換的優(yōu)點①電路利用率高。由于許多報文可以分時共享兩個節(jié)點之間的通道,所以對于同樣的通信量來說,對電路的傳輸能力要求較低。②在電路交換網(wǎng)絡(luò)上,當(dāng)通信量變得很大時,就不能接受新的呼叫。而在報文交換網(wǎng)絡(luò)上,通信量大時仍然可以接收報文,不過傳送延遲會增加。③報文交換系統(tǒng)可以把一個報文發(fā)送到多個目的地,而電路交換網(wǎng)絡(luò)很難做到這一點。④報文交換網(wǎng)絡(luò)可以進行速度和代碼的轉(zhuǎn)換。4)報文交換的缺點①不能滿足實時或交互式的通信要求,報文經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)的延遲時間長且不定。②有時節(jié)點收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲或不能及時轉(zhuǎn)發(fā)時,就不得不丟棄報文,而且發(fā)出的報文不按順序到達目的地。

3.報文分組交換

報文分組交換是報文交換的一種改進,它將報文分成若干個分組,每個分組的長度有一個上限,有限長度的分組使得每個節(jié)點所需的存儲能力降低了,分組可以存儲到內(nèi)存中,提高了交換速度。它適用于交互式通信,如終端與主機通信。分組交換有虛電路分組交換和數(shù)據(jù)報分組交換兩種。它是計算機網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。(1)虛電路分組交換

在虛電路分組交換中,為了進行數(shù)據(jù)傳輸,網(wǎng)絡(luò)的源節(jié)點和目的節(jié)點之間要先建一條邏輯通路。每個分組除了包含數(shù)據(jù)之外還包含一個虛電路標識符。在預(yù)先建好的路徑上的每個節(jié)點都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去,不再需要路由選擇判定。最后,由某一個站用清除請求分組來結(jié)束這次連接。它之所以是“虛”的,是因為這條電路不是專用的。圖2.21顯示了虛電路分組交換方式的傳輸過程。例如站點A要向站點D傳送一個報文,報文在交換節(jié)點1被分割成4個數(shù)據(jù)報,數(shù)據(jù)報1、2、3和4,沿一條邏輯鏈路1-6-3-4,按順序發(fā)送。(2)數(shù)據(jù)報分組交換

在數(shù)據(jù)報分組交換中,每個分組的傳送是被單獨處理的。每個分組稱為一個數(shù)據(jù)報,每個數(shù)據(jù)報自身攜帶足夠的地址信息。一個節(jié)點收到一個數(shù)據(jù)報后,根據(jù)數(shù)據(jù)報中的地址信息和節(jié)點所儲存的路由信息,找出一個合適的出路,把數(shù)據(jù)報原樣地發(fā)送到下一節(jié)點。由于各數(shù)據(jù)報所走的路徑不一定相同,因此不能保證各個數(shù)據(jù)報按順序到達目的地,有的數(shù)據(jù)報甚至?xí)型緛G失。整個過程中,沒有虛電路建立,但要為每個數(shù)據(jù)報做路由選擇。

(2)數(shù)據(jù)報分組交換例如站點A要向站點D傳送一個報文,報文在交換節(jié)點1被分割成4個數(shù)據(jù)報,它們分別經(jīng)過不同的路徑到達站點D,數(shù)據(jù)報1的傳送路徑是1-6-3-4,數(shù)據(jù)報2的傳送路徑是1-2-3-4,數(shù)據(jù)報3的傳送路徑是1-6-5-4,數(shù)據(jù)報4傳送的路徑是1-2-5-4。由于4個數(shù)據(jù)報所經(jīng)的路徑不同,從而導(dǎo)致它們的到達失去了順序(2、1、4、3)。

4.各種數(shù)據(jù)交換技術(shù)的性能比較

(1)電路交換:在數(shù)據(jù)傳輸之前必須先設(shè)置一條完全的通路。在線路拆除(釋放)之前,該通路由一對用戶完全占用。電路交換效率不高。(2)報文交換:報文從源點傳送到目的地采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)的方式,報文需要排隊。因此報文交換不適合于交互式通信,不能滿足實時通信的要求。(3)分組交換:分組交換方式和報文交換方式類似,但報文被分成分組傳送,并規(guī)定了最大長度。分組交換技術(shù)是在數(shù)據(jù)網(wǎng)中最廣泛使用的一種交換技術(shù),適用于交換中等或大量數(shù)據(jù)的情況。2.4.3ATM技術(shù)

在異步傳輸模式(ATM)中,其信元傳輸所占用的時隙并不固定,這也是所謂的統(tǒng)計時分復(fù)用。另外,在一幀中占用的時隙數(shù)也不固定,可以有1至多個時隙,完全根據(jù)當(dāng)時用戶通信的情況而定。而且各時隙之間并不要求連續(xù),純粹是“見縫插針”。在交換時,也是類似的。這個過程如圖所示。

(2)ATM的信元格式

CCITT的研究組在作了深入的研究和協(xié)商后,將ATM的數(shù)據(jù)分組取為固定長度,并將其稱為ATM信元。另外,信元的長度也確定為53個字節(jié)。信頭由5個字節(jié)的內(nèi)容組成,主要用來標明在異步時分復(fù)用上屬于同一虛擬通路的信元,并完成適當(dāng)?shù)倪x路功能。具體來說,信頭中包括這樣一些內(nèi)容,即:一般流量控制(GFC)、虛擬通道標識(VPI)、虛擬通路標識(VCI)、凈荷類型標識(PTI)、信元丟失優(yōu)先等級(CLP)、信頭差錯控制(HEC)。剩余的48字節(jié)的信息段則是凈荷的數(shù)據(jù)。

2.ATM交換技術(shù)

1)虛信道和虛通道

虛信道(VC)就是兩個或多個端點之間運送ATM信元的信道,與分組交換的虛電路相似。虛信道由信頭中的虛信道標識符(VCI)來標識。虛通道(VP)是指鏈路端點之間虛信道的邏輯聯(lián)系。在傳輸過程中,虛通道就是在給定的參考點上具有同一虛通道標識符(VPI)的一群虛信道。虛信道與虛通道的關(guān)系如圖所示。

(2)ATM交換的特點

ATM交換兼有電路交換和分組交換的優(yōu)點,交換時延很小,通路速率靈活,信道利用率高。它既支持恒定比特率(信元周期地出現(xiàn))的連續(xù)型業(yè)務(wù),又支持(信元非周期地出現(xiàn))突發(fā)型業(yè)務(wù);既支持低速業(yè)務(wù),又支持高速業(yè)務(wù),還能支持變速(信元出現(xiàn)密度不同)業(yè)務(wù),既支持實時性業(yè)務(wù),又支持非實時性業(yè)務(wù)。因此,ATM交換是實現(xiàn)寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)的一種較好的寬帶交換技術(shù)。

2.4.4幀中繼

幀中繼是八十年代初發(fā)展起來的一種數(shù)據(jù)通信技術(shù),其英文名為FrameRelay,簡稱FR。它是從X.25分組通信技術(shù)演變而來的。幀中繼(FrameRelay,F(xiàn)R)技術(shù)是在OSI(開放系統(tǒng)互連)數(shù)據(jù)鏈路層上用簡化的方法傳送和交換數(shù)據(jù)單元的一種技術(shù)。幀中繼技術(shù)是在分組技術(shù)充分發(fā)展,數(shù)字與光纖傳輸線路逐漸替代已有的模擬線路,用戶終端日益智能化的條件下產(chǎn)生并發(fā)展起來的。幀中繼僅完成OSI物理層和數(shù)據(jù)鏈路層核心層的功能,將流量控制、糾錯等留給智能終端去完成,大大簡化了節(jié)點機之間的協(xié)議;同時,幀中繼采用虛電路技術(shù),能充分利用網(wǎng)絡(luò)資源,因而幀中繼具有吞吐量高、時延低、適合突發(fā)性業(yè)務(wù)等特點。幀中繼對于基于信元交換的異步轉(zhuǎn)移模式(ATM)網(wǎng)絡(luò),是一個重要的接入可選項。作為一種新的承載業(yè)務(wù),幀中繼具有很大的潛力,主要應(yīng)用在廣域網(wǎng)(WAN)中,支持多種數(shù)據(jù)型業(yè)務(wù),如局域網(wǎng)(LAN)互連、計算機輔助設(shè)計(CAD)和計算機輔助制造(CAM)、文件傳送、圖像查詢業(yè)務(wù)、圖像監(jiān)視等。

2.5差錯控制和校驗碼

2.5.1差錯的產(chǎn)生原因及其控制方法信號在物理信道中傳輸時,線路本身電器特性造成的隨機噪聲、信號幅度的衰減、頻率和相位的畸變、信號在線路上產(chǎn)生反射造成的回音效應(yīng)、相鄰線路間的串?dāng)_以及各種外界因素(如大氣中的閃電、開關(guān)的跳火、外界強磁場的變化、電源的波動等)都會造成信號的失真。在數(shù)據(jù)通信中,將會使接收端收到的二進制數(shù)位和發(fā)送端實際發(fā)送的二進制數(shù)位不一致,從而造成由0變成1或由1變成0的差錯。差錯控制是在數(shù)據(jù)通信過程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯,把差錯限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。

差錯的控制編碼

最常用的差錯控制方法是差錯控制編碼。數(shù)據(jù)信息位在向信道發(fā)送之前,先按照某種關(guān)系附加上一定的冗余位,構(gòu)成一個碼字后再發(fā)送,這個過程稱為差錯控制編碼過程。接收端收到該碼字后,檢查信息位和附加的冗余位之間的關(guān)系,以檢查傳輸過程中是否有差錯發(fā)生,這個過程稱為檢驗過程。差錯控制編碼可分為檢錯碼和糾錯碼。①檢錯碼:能自動發(fā)現(xiàn)差錯的編碼;②糾錯碼:不僅能發(fā)現(xiàn)差錯而且能自動糾正差錯的編碼。

差錯控制方法

差錯控制方法分兩類:一類是自動請求重發(fā)(ARQ);另一類是前向糾錯(FEC)。在ARQ方式中,當(dāng)接收端發(fā)現(xiàn)差錯時,就設(shè)法通知發(fā)送端重發(fā),直到收到正確的碼字為止。ARQ方式只使用檢錯碼。在FEC方式中,接收端不但能發(fā)現(xiàn)差錯,而且能確定二進制碼元發(fā)生錯誤的位置,從而加以糾正。FEC方式必須使用糾錯碼。

3.編碼效率

衡量編碼性能好壞的一個重要參數(shù)是編碼效率R,它是碼字中信息位所占的比例。編碼效率越高,即R越大,信道中用來傳送信息碼元的有效利用率就越高。編碼效率計算公式為R=k/n=k/(k+r)

式中,k為碼字中的信息位位數(shù);r為編碼時外加冗余位位數(shù);n為編碼后的碼字長度。

2.5.2奇偶校驗碼

奇偶校驗碼是一種通過增加冗余位使得碼字中1的個數(shù)為奇數(shù)或偶數(shù)的編碼方法,它是一種檢錯碼。

1.垂直奇偶校驗在面向字符的數(shù)據(jù)傳輸中,在每個字符的7位信息碼后附加一個校驗位0或1,使整個字符中1的個數(shù)構(gòu)成奇數(shù)個(稱為奇校驗)或者偶數(shù)個(稱為偶校驗)。接收端收到數(shù)據(jù)后,檢查每個字符中1的個數(shù)是否為奇數(shù)(奇校驗)或偶數(shù)(偶校驗),符合則認為傳輸正確。垂直奇偶校驗的編碼規(guī)則偶校驗:ri=I1iI2i…Ipi(i=1,2,…,q,為異或運算)奇校驗:ri=I1iI2i…Ipi

1

(i=1,2,…,q,為異或運算)式中,p為碼字的定長位數(shù);q為碼字的個數(shù)。垂直奇偶校驗的編碼效率為R=p/(p+1)。

垂直奇偶校驗舉例例如發(fā)送方要發(fā)送字符“hello”,按照ASCII編碼,其對應(yīng)的二進制比特串為:11010001100101110110011011001101111

hello先把數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)拈L度劃分成小組,此處以一個字符的ASCII碼為一組。然后按照字母順序一列一列地排列起來,形成一個表。最后在表的列方向上附加一個奇偶校驗位,此處以偶校驗為例,如表2.1所示。傳送時發(fā)送的二進制序列為1101000111001010110110001101100011011110

位字符helloC101001C200001C301111C410111C500000

C611111C711111

偶校驗C0100002.水平奇偶校驗

在發(fā)送字符塊末尾附加一個校驗字符,該校驗字符的第i位是對字符塊中所有字符的第i位進行奇(或偶)校驗的結(jié)果。(1)編碼規(guī)則為:

偶校驗:ri=Ii1Ii2…Iiq

(i=1,2,…,p)奇校驗:ri=Ii1Ii2…Iiq1(i=1,2,…,p)式中,p為碼字的定長位數(shù)q為碼字的個數(shù)水平奇偶校驗的編碼效率為R=q/(q+1)。

水平奇偶校驗

使用水平奇偶校驗發(fā)送字符“hello”,其編碼如表2.2所示。發(fā)送序列為110100011001011101100110110011011111100010。

位字符偶校驗helloC1010010C200001

1C3011110C410111

0C5000000C6111111C71111113.垂直水平奇偶校驗

垂直水平奇偶校驗是垂直奇偶校驗和水平奇偶校驗的綜合,即對字符塊中每個字符做垂直奇(或偶)校驗,再對整個字符塊做水平奇(偶)校驗。(1)編碼規(guī)則如下

若垂直水平都用偶校驗,則ri,q+1=Ii1Ii2…Iiq(i=1,2,…,p)rp+1,j=I1jI2j…Ipj(j=1,2,…,q)rp+1,q+1=rp+1,1rp+1,2…rp+1,q=r1,q+1r2,q+1…rp,q+1垂直水平奇偶校驗的編碼效率為R=pq/[(p+1)(q+1)]。

2.5.3循環(huán)冗余碼(CRC)

1.CRC的工作方法在數(shù)據(jù)通信中得到廣泛應(yīng)用的循環(huán)冗余碼CRC(CycleRedundancyCode)是另一種校驗碼,它以二進制信息的多項式表示為基礎(chǔ)。一個二進制信息可以用系數(shù)為0或1的一個多項式來表示,例如,用一個多項式K(X)表示一個n位的信息,可以表示為

K(X)=an-1Xn-1+…+a2X2+a1X+a0式中ai(i=0,1,…,n-1)為二進制信息1或0。比如二進制信息110011,可用系數(shù)為1,1,0,0,1,1的多項式表示為:K(X)

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