計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章

第2章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念2.2數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.3數(shù)據(jù)傳輸2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.5多路復(fù)用技術(shù)2.6數(shù)據(jù)差錯(cuò)控制技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第1頁。 2.1數(shù)據(jù)通信的基本概念

2.1.1數(shù)據(jù)通信模型

信息的傳遞是通過通信系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，發(fā)送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿，信源和信宿之間的通信線路叫信道。原始的信息一般不適合直接在信道中傳輸，在進(jìn)入信道之前需要變換為適合信道傳輸?shù)男问?，在到達(dá)目的地后再將信號(hào)還原。

通信系統(tǒng)包括五個(gè)基本組件，即發(fā)送設(shè)備、接收設(shè)備、發(fā)送機(jī)、接收機(jī)和信道。除去發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的部分叫做信息傳輸系統(tǒng)，它主要由信源(發(fā)送機(jī))、信宿(接收機(jī))、信道組成。圖2-1是基于點(diǎn)與點(diǎn)之間的通信系統(tǒng)模型，它反映了通信系統(tǒng)的共性，稱為通信系統(tǒng)的一般模型。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第2頁。圖2-1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第3頁。2.1.2數(shù)據(jù)通信的基本術(shù)語

1．?dāng)?shù)據(jù)與信息

信息(Information)可以是語音、圖像、文字等各種形式，是人們要通過通信系統(tǒng)傳遞的內(nèi)容。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的信息一般是字母、數(shù)字、符號(hào)的組合。為了傳送這些信息，首先要將每一個(gè)字母、數(shù)字或符號(hào)用二進(jìn)制代碼表示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第4頁。信息總是與一定的形式相聯(lián)系，這種形式實(shí)體就是數(shù)據(jù)?？梢哉f，數(shù)據(jù)是傳遞信息的實(shí)體，而信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。數(shù)據(jù)又分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬數(shù)據(jù)的取值是連續(xù)的，如人的語音強(qiáng)度、電壓高低。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的取值只在有限個(gè)離散的點(diǎn)上取值，如計(jì)算機(jī)輸出的二進(jìn)制數(shù)據(jù)。數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)比較容易存儲(chǔ)、處理和傳輸，模擬數(shù)據(jù)經(jīng)過處理也很容易變成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。當(dāng)然，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸也有它的缺點(diǎn)，比如系統(tǒng)龐大、設(shè)備復(fù)雜，所以在某些需要簡化設(shè)備的情況下，模擬數(shù)據(jù)傳輸還會(huì)被采用?？傮w說來，現(xiàn)在大多數(shù)的數(shù)據(jù)傳輸都是數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第5頁。

2．信號(hào)

信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的電(光)信號(hào)的表示形式，電信號(hào)主要有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩種。按照在傳輸介質(zhì)上傳輸?shù)男盘?hào)類型，可將通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)。

模擬信號(hào)的信號(hào)電平是連續(xù)變化的，其波形如圖2-2(a)所示，如電話線上傳送的按照聲音的強(qiáng)弱幅度連續(xù)變化的電信號(hào)就是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)是一系列離散值，其波形如圖2-2(b)所示，如計(jì)算機(jī)所產(chǎn)生的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)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第6頁。圖2-2模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)波形計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第7頁。模擬信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中會(huì)衰減，而且會(huì)受到噪音的干擾。在使用放大器將模擬信號(hào)放大的過程中噪音也會(huì)被放大，因此模擬信號(hào)的抗干擾能力差。數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng)，只要噪音或干擾沒有使信號(hào)畸變到不可辨別的程度，就可以通過對信號(hào)進(jìn)行整形而使信號(hào)恢復(fù)。另外，傳輸數(shù)字信號(hào)所要求的頻帶也比較寬，所以信道利用率低。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第8頁。

3．信道

信道是指傳輸信息的通路，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中有物理信道和邏輯信道之分。物理信道是指用來傳送信號(hào)或數(shù)據(jù)的物理通路，網(wǎng)絡(luò)中兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的物理通路稱為通信鏈路。物理信道由傳輸介質(zhì)及有關(guān)設(shè)備組成，有多種不同的分類。按傳輸介質(zhì)不同可以分為有線信道和無線信道兩種類型。

1)有線信道

使用有形的媒體作為傳輸介質(zhì)的信道稱為有線信道，它包括雙絞線、同軸電纜和光纜等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第9頁。

2)無線信道

以電磁波在空間傳播稱之為無線信道，它包括無線電、微波、紅外線和衛(wèi)星通信信道等。

信道也有“模擬信道”和“數(shù)字信道”之分，模擬信道是以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道，數(shù)字信道是以數(shù)字脈沖形式(離散信號(hào))傳輸數(shù)據(jù)的信道。

除此以外，按信道使用權(quán)還可分為公用信道和專用信道等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第10頁。2.1.3數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo)

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)主要從數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量和數(shù)量來體現(xiàn)。質(zhì)量指信息傳輸?shù)目煽啃?，一般用誤碼率來衡量。而數(shù)量指標(biāo)包括兩方面：一方面是信道的傳輸能力，用信道容量來衡量；另一方面指信道上傳輸信息的速度，相應(yīng)的指標(biāo)是數(shù)據(jù)傳輸速率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第11頁。

1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率

數(shù)據(jù)傳輸速率是指每秒能傳輸構(gòu)成代碼(碼元)的比特?cái)?shù)，單位為位/秒或比特/秒，記作b/s或bps，計(jì)算公式為式中，T為數(shù)字信號(hào)的脈沖寬度或脈沖重復(fù)周期；N為一個(gè)脈沖所表示的有效狀態(tài)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第12頁。

2．調(diào)制速率

調(diào)制速率是模擬線路信號(hào)的速率，也稱碼元速率、波形速率，以波形每秒的振蕩數(shù)來衡量，其單位是波特，記作Baud，用B來表示。計(jì)算公式為調(diào)制速率是信號(hào)傳輸速率的另一種表示方式，它與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系為由以上定義可理解，波特率為單位時(shí)間內(nèi)傳送碼元的數(shù)目，比特率為單位時(shí)間內(nèi)傳送比特的數(shù)目。如果一個(gè)字節(jié)(8位或8個(gè)比特)為一個(gè)碼元，傳送碼元的速度是100波特率，那么其比特率就是800。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第13頁。

3．誤碼率

數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^程中出錯(cuò)的概率叫誤碼率。誤碼率是衡量通信系統(tǒng)線路質(zhì)量的一個(gè)重要參數(shù)，等于被傳錯(cuò)的二進(jìn)制符號(hào)數(shù)與所傳二進(jìn)制符號(hào)總數(shù)的比值，即式中，Ne為出錯(cuò)的位數(shù)；N為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總位數(shù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中，對誤碼率有一定的要求，一般低于10－9。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第14頁。

4．帶寬

信道的物理特性決定了信道的帶寬。模擬信道的帶寬就是信道能通過的最高頻率和信道能通過的最低頻率的差。數(shù)字信道的帶寬是指每秒傳輸?shù)淖畲笞止?jié)數(shù)，也就是一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。

信道的帶寬由傳輸介質(zhì)、接口部件、傳輸協(xié)議以及傳輸信息的特性等因素所決定，在一定程度上體現(xiàn)了信道的傳輸性能，是衡量傳輸系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第15頁。

1924年，奈奎斯特發(fā)現(xiàn)了有限帶寬的極限波特率，即信道帶寬為W的最大碼元速率為B=2W。此發(fā)現(xiàn)被人們稱為奈奎斯特定理，它告訴我們要提高波特率必須增加信道帶寬。

總之，信道的容量、傳輸速率和抗干擾性等均與帶寬有密切的聯(lián)系。通常，信道的帶寬大，信道的容量也大，其傳輸速率相應(yīng)也高。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第16頁。 2.2數(shù)據(jù)編碼技術(shù)

在計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)是以離散的二進(jìn)制0、1比特序列方式表示的。計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)在傳輸過程中的數(shù)據(jù)編碼類型主要取決于它采用的通信信道所支持的數(shù)據(jù)通信類型。

根據(jù)數(shù)據(jù)通信類型，網(wǎng)絡(luò)中常用的通信信道分為模擬通信信道與數(shù)字通信信道，相應(yīng)的用于數(shù)據(jù)通信的數(shù)據(jù)編碼方式也分為兩類，即模擬數(shù)據(jù)編碼方式與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方式。

網(wǎng)絡(luò)中基本的數(shù)據(jù)編碼方式可以歸納如下：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第17頁。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第18頁。2.2.1模擬數(shù)據(jù)編碼

電話通信信道是典型的模擬通信信道，它是目前世界上覆蓋面最廣、應(yīng)用最普遍的一類通信信道。無論網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)如何發(fā)展，電話仍然是一種基本的通信手段。傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號(hào)設(shè)計(jì)的，只適用于傳輸音頻范圍(300～3400Hz)的模擬信號(hào)，無法直接傳輸計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)。為了利用模擬語音通信的電話交換網(wǎng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的傳輸，必須首先將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第19頁。我們將發(fā)送端數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)變換成模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為調(diào)制(Modulation)，將調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器(Modulator)；將接收端模擬數(shù)據(jù)信號(hào)還原成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的過程稱為解調(diào)(Demodulation)，將解調(diào)設(shè)備稱為解調(diào)器(Demodulator)。那么，同時(shí)具備調(diào)制與解調(diào)功能的設(shè)備，就被稱為調(diào)制解調(diào)器(MODEM)。

在調(diào)制過程中，首先要選擇音頻范圍內(nèi)的某一角頻率ω的正(余)弦信號(hào)作為載波，該正(余)弦信號(hào)可以寫為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第20頁。

1．振幅鍵控(ASK)

振幅鍵控方法就是利用基帶脈沖信號(hào)對模擬載波信號(hào)的幅度進(jìn)行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化，頻率和相位均不變。

當(dāng)有載波信號(hào)時(shí)，表示數(shù)字“1”；當(dāng)無載波信號(hào)時(shí)，表示數(shù)字“0”。ASK信號(hào)的波形如圖2-3(a)所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為數(shù)字“1”數(shù)字“0”振幅鍵控方法實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，但抗干擾能力較差。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第21頁。

2．頻移鍵控(FSK)

頻移鍵控方法是利用基帶脈沖信號(hào)對模擬載波信號(hào)的頻率進(jìn)行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化，幅度和相位均不變。

當(dāng)載波信號(hào)的角頻率為ω1時(shí)，表示數(shù)字“1”；當(dāng)載波信號(hào)的角頻率為ω2時(shí)，表示數(shù)字“0”。FSK信號(hào)的波形如圖2-3(b)所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為數(shù)字“1”數(shù)字“0”

頻移鍵控方法實(shí)現(xiàn)容易，技術(shù)簡單，抗干擾能力較強(qiáng)，是目前最常用的調(diào)制方法之一。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第22頁。圖2-3模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的編碼方法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第23頁。

3．相移鍵控(PSK)

相移鍵控是利用基帶脈沖信號(hào)對模擬載波信號(hào)的相位進(jìn)行控制，使其隨基帶脈沖的變化而變化，幅度和頻率均不變。

相移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”。如果用相位的絕對值表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”，則稱為絕對調(diào)相。如果用相位的相對偏移值表示數(shù)字信號(hào)“1”、“0”，則稱為相對調(diào)相。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第24頁。

1)絕對調(diào)相

在載波信號(hào)u(t)中，φ0為載波信號(hào)的相位，我們用相位的絕對值來表示它所對應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)φ0=0時(shí)，表示數(shù)字“1”；當(dāng)φ0=π時(shí)，表示數(shù)字“0”。絕對調(diào)相的波形如圖2-3(c)所示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為數(shù)字“1”數(shù)字“0”

接收端可以通過檢測載波相位的方法來確定它所表示的數(shù)字信號(hào)值。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第25頁。

2)相對調(diào)相

相對調(diào)相用載波在兩位數(shù)字信號(hào)的交接處產(chǎn)生的相位偏移來表示載波所表示的數(shù)字信號(hào)。當(dāng)載波信號(hào)相位不變時(shí)，表示數(shù)字“0”；當(dāng)載波信號(hào)相位偏移π時(shí)，表示數(shù)字“1”。相對調(diào)相波形如圖2-3(d)所示。

在實(shí)際使用中，相移鍵控方法可以方便地采用多相調(diào)制方法，以達(dá)到高速傳輸?shù)哪康摹Ｏ嘁奇I控方法的抗干擾能力強(qiáng)，但實(shí)現(xiàn)技術(shù)較復(fù)雜。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第26頁。2.2.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼

1)非歸零碼

非歸零碼(NRZ，NonReturntoZero)可以規(guī)定用負(fù)電平表示邏輯“0”，用正電平表示邏輯“1”，如圖2-4(a)所示。

NRZ碼的缺點(diǎn)是無法判斷位的開始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步。為保證收發(fā)雙方的同步，必須在發(fā)送NRZ碼的同時(shí)，用另一個(gè)信道同時(shí)傳送同步信號(hào)。另外，如果信號(hào)中“1”與“0”的個(gè)數(shù)不相等，則存在直流分量，這是在數(shù)據(jù)傳輸中不希望存在的。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第27頁。

2)曼徹斯特(Manchester)編碼

曼徹斯特編碼是目前應(yīng)用最廣泛的編碼方法之一。典型的曼徹斯特編碼波形如圖2-4(b)所示。曼徹斯特編碼的每個(gè)比特的中間有一次電平跳變，可以把“0”定義為由高電平到低電平的跳變，把“1”定義為由低電平到高電平的跳變。

曼徹斯特編碼信號(hào)利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào)，屬于自(內(nèi))同步方式，發(fā)送曼徹斯特編碼信號(hào)時(shí)無需另發(fā)同步信號(hào)。由于曼徹斯特編碼信號(hào)中“1”與“0”的個(gè)數(shù)相等，所以不含直流分量。

曼徹斯特編碼的缺點(diǎn)是效率較低，如果信號(hào)傳輸速率是10Mb/s，那么發(fā)送時(shí)鐘的信號(hào)頻率應(yīng)為20MHz。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第28頁。

3)差分曼徹斯特(differenceManchester)編碼

差分曼徹斯特編碼是對曼徹斯特編碼的改進(jìn)。典型差分曼徹斯特編碼波形如圖2-4(c)所示。差分曼徹斯特編碼與曼徹斯特編碼的不同點(diǎn)主要是：用每一位的起始處有無跳變來表示“0”和“1”，若有跳變則為“0”，無跳變則為“1”；而每一位中間的跳變只用來作為同步的時(shí)鐘信號(hào)，所以它也是一種自同步編碼。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第29頁。圖2-4數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼方法計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第30頁。 2.3數(shù)據(jù)傳輸

2.3.1基帶傳輸與頻帶傳輸

1．基帶傳輸

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，用二進(jìn)制數(shù)字序列表示的電信號(hào)是方波，所以把方波的固有頻率稱為基帶。數(shù)據(jù)被轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，以原有電信號(hào)的固有頻率在信道上傳輸，稱為基帶傳輸。數(shù)據(jù)被直接轉(zhuǎn)換成原始的電信號(hào)，稱為基帶信號(hào)，如曼徹斯特編碼、差分曼徹斯特編碼、4B/5B編碼等。傳輸基帶信號(hào)的信道稱為基帶信道。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第31頁。在基帶傳輸中，發(fā)送端將計(jì)算機(jī)中的二進(jìn)制數(shù)據(jù)經(jīng)編碼器轉(zhuǎn)換為適合在信道上傳輸?shù)幕鶐盘?hào)；在接收端經(jīng)解碼器將基帶信號(hào)還原成與發(fā)送端相同的數(shù)據(jù)?；鶐鬏斶m用于較近距離的數(shù)據(jù)通信，距離為1～2.5km。

基帶傳輸在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)波形的情況下直接傳輸數(shù)字信號(hào)，具有速率高和誤碼率低等優(yōu)點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中被廣泛采用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第32頁。

2．頻帶傳輸

在實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信時(shí)，經(jīng)常借助于電話線路。電話線路是按照傳輸音頻信號(hào)設(shè)計(jì)的，用于傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)，必須先將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻信號(hào)后再發(fā)送和傳輸，到達(dá)接收端時(shí)再把音頻信號(hào)解調(diào)成原來的數(shù)字信號(hào)?？梢?，在采用頻帶傳輸方式時(shí)，要求在發(fā)送端安裝調(diào)制器、在接收端安裝解調(diào)器，如圖2-5所示。利用頻帶傳輸不僅解決了利用電話系統(tǒng)傳輸數(shù)字信號(hào)的問題，而且可以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，以提高傳輸信道的利用率。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第33頁。圖2-5頻帶傳輸系統(tǒng)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第34頁。在網(wǎng)絡(luò)中，頻帶傳輸方式一般用于傳輸模擬信號(hào)，這些模擬載波信號(hào)工作在高頻范圍，通常為10～400MHz，因而可用頻分多路復(fù)用技術(shù)把寬帶電纜的帶寬分成多個(gè)信道或頻段。

頻帶傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是可以利用目前覆蓋面最廣、普遍應(yīng)用的模擬語音通信信道。用于語音通信的電話交換網(wǎng)技術(shù)成熟并且造價(jià)較低，但其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸速率與系統(tǒng)效率較低。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第35頁。2.3.2串行傳輸與并行傳輸

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通信中有串行和并行兩種通信方式。并行通信一般用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間的數(shù)據(jù)傳輸，串行通信常用于計(jì)算機(jī)之間的通信。在串行通信中，還要考慮通信的方向以及通信過程中的同步問題。

1．串行傳輸

在數(shù)據(jù)串行傳輸中，收發(fā)端一次只能發(fā)送或接收1個(gè)數(shù)據(jù)位，數(shù)據(jù)位依次串行地通過通信信道，一位接一位地傳送到接收方，如圖2-6(a)所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第36頁。圖2-6串行與并行數(shù)據(jù)傳輸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第37頁。

2．并行傳輸

在數(shù)據(jù)通信中，一條數(shù)據(jù)通信線路同時(shí)只可以傳輸一位信號(hào)。如果在收發(fā)端建立多條數(shù)據(jù)通信線路，并且將多位數(shù)據(jù)信號(hào)在多條數(shù)據(jù)通信線路上同時(shí)傳輸，則這種傳輸方式稱為并行傳輸，如圖2-6(b)所示。

并行數(shù)據(jù)傳輸方式在單位時(shí)間內(nèi)傳送的信息量比串行傳送提高了好幾倍，但是同時(shí)傳送n位數(shù)據(jù)就需要n根傳輸線，傳輸線路和傳輸設(shè)備的費(fèi)用也相應(yīng)提高，所以一般用于近距離傳輸。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第38頁。2.3.3數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐椒绞?/p>

1．異步傳輸

異步傳輸是最早、最簡單的方式。異步傳輸是將每個(gè)字節(jié)作為一個(gè)單元獨(dú)立傳輸，字節(jié)之間的傳輸間隔任意。

為了實(shí)現(xiàn)字符同步，每個(gè)字符的第一位前加1位起始位(邏輯“0”)，字符的最后一位后加1或2位終止位(邏輯“1”)，如圖2-7所示。這里的“字符”指異步傳輸?shù)臄?shù)據(jù)單元，不同于“字節(jié)”，一般略大于一個(gè)字節(jié)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第39頁。圖2-7異步傳輸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第40頁。異步傳輸?shù)奶攸c(diǎn)：每個(gè)字符代碼前后的起始位和停止位不僅標(biāo)識(shí)字符的開始和結(jié)束，還兼作線路兩端的同步時(shí)鐘。字符之間的間隔任意，傳輸速率較低，適合于誤碼率高及對數(shù)據(jù)速率要求低的線路。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第41頁。

2．同步傳輸

1)位同步

當(dāng)兩臺(tái)計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，不同計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率肯定存在著差異，在大量數(shù)據(jù)的傳輸過程中，其積累誤差足以造成傳輸錯(cuò)誤，因此在數(shù)據(jù)通信過程中首先要解決收發(fā)雙方的時(shí)鐘頻率的一致性問題。

解決的基本方法：要求接收端根據(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外同步和內(nèi)同步兩種方法。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第42頁。

(1)外同步法：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。如非歸零編碼就是采用外同步方法。

(2)內(nèi)同步法：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，也稱為自同步法。如曼徹斯特編碼與差分曼徹斯特編碼中都包含有同步時(shí)鐘，屬于內(nèi)同步方法。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第43頁。

2)字符同步

保證收發(fā)雙方正確傳輸字符的過程就叫做字符同步。例如，標(biāo)準(zhǔn)的ASCII字符是由8bit二進(jìn)制0、1組成。發(fā)送端以8bit為一個(gè)字符單元來發(fā)送，接收端也以8bit的字符單元來接收。

字符同步傳輸將字符組織成組，以組為單位連續(xù)傳送。每組字符開始和結(jié)束處加上一個(gè)或多個(gè)用于同步控制的同步字符SYN，每個(gè)數(shù)據(jù)字符內(nèi)不加附加位。接收端接收到同步字符SYN后，根據(jù)SYN來確定數(shù)據(jù)字符的起始與終止，以實(shí)現(xiàn)同步傳輸?shù)墓δ?。字符同步傳輸如圖2-8所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第44頁。圖2-8字符同步傳輸計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第45頁。2.3.4數(shù)據(jù)傳輸方向

數(shù)據(jù)傳輸方向是指通信過程中信號(hào)流動(dòng)的方向，有以下三種。

1．單工通信

單工通信就是指數(shù)據(jù)的傳送始終保持一個(gè)方向，而不進(jìn)行與此相反方向的傳送，如圖2-9(a)所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第46頁。

2．半雙工通信

在半雙工通信方式中，數(shù)據(jù)可以雙向傳送，但必須是交替進(jìn)行的，一個(gè)時(shí)間只能向一個(gè)方向傳送，如圖2-9(b)所示。圖2-9數(shù)據(jù)傳輸方向計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第47頁。

3．全雙工通信

全雙工通信能在兩個(gè)方向上同時(shí)發(fā)送和接收信息，數(shù)據(jù)可以同時(shí)雙向傳送，如圖2-9(c)所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第48頁。

2.4數(shù)據(jù)交換技術(shù)

數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進(jìn)行傳輸?shù)淖詈唵涡问绞窃趦蓚€(gè)互連的設(shè)備之間直接進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，但是網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備都直接兩兩相連是不現(xiàn)實(shí)的，通常要經(jīng)過中間結(jié)點(diǎn)將數(shù)據(jù)從信源逐點(diǎn)傳送到信宿，從而實(shí)現(xiàn)兩個(gè)互連設(shè)備之間的通信。這些中間結(jié)點(diǎn)并不關(guān)心數(shù)據(jù)內(nèi)容，它的目的只是提供一個(gè)交換設(shè)備，把數(shù)據(jù)從一個(gè)結(jié)點(diǎn)傳送到另一個(gè)結(jié)點(diǎn)，直至到達(dá)目的地。通常將數(shù)據(jù)在各結(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸過程稱為數(shù)據(jù)交換。

在數(shù)據(jù)通信中，數(shù)據(jù)交換技術(shù)發(fā)展很快，主要分為線路交換和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換兩種方式，其中存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式又可分為報(bào)文交換和分組交換。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第49頁。2.4.1線路交換

1．線路交換方式的工作過程

線路交換(CircuitSwitching)方式又稱為電路交換方式，是一種面向連接的服務(wù)。兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過通信子網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)電路交換之前，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，其工作過程與電話交換方式類似，如圖2-10所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第50頁。圖2-10線路交換方式工作過程計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第51頁。

1)建立線路

如同打電話先要通過撥號(hào)在通話雙方之間建立起一條通路一樣，數(shù)據(jù)通信的電路交換方式在傳輸數(shù)據(jù)之前也要先經(jīng)過呼叫過程建立一條端到端的電路，具體過程如下：

首先，發(fā)起方向某個(gè)終端站點(diǎn)(響應(yīng)方站點(diǎn))發(fā)送一個(gè)“呼叫請求包”，該請求通過中間結(jié)點(diǎn)傳輸至終點(diǎn)。如果中間結(jié)點(diǎn)有空閑的物理線路可以使用，則接收“請求包”，分配線路，并將“請求包”傳輸給下一個(gè)中間結(jié)點(diǎn)；整個(gè)過程持續(xù)進(jìn)行，直至終端站點(diǎn)。

當(dāng)通信的兩個(gè)站點(diǎn)之間建立起物理線路之后，終端站點(diǎn)接收到呼叫連接請求，則通過已建立的物理線路向呼叫站點(diǎn)發(fā)送“呼叫應(yīng)答包”。至此，兩站點(diǎn)之間的專用物理線路連接建立完成，可以為雙方提供數(shù)據(jù)交換服務(wù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第52頁。

2)占用線路并進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸

源站點(diǎn)與終端站點(diǎn)通過通信子網(wǎng)的物理線路連接建立以后，就可以占用該連接并實(shí)時(shí)、雙向地交換數(shù)據(jù)。

線路交換方式的數(shù)據(jù)傳輸有最短的傳播延遲，并且沒有阻塞的問題，除非有意外的線路或結(jié)點(diǎn)故障而使電路中斷。但要求在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中，建立的電路必須始終保持連接狀態(tài)，通信雙方的信息傳輸延遲僅取決于電磁信號(hào)沿介質(zhì)傳輸?shù)难舆t。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第53頁。

3)釋放線路

在數(shù)據(jù)傳輸完成后，就要進(jìn)入線路釋放階段。釋放工作可以由任何一方發(fā)出“釋放請求包”，另一方同意結(jié)束傳輸并釋放線路后，將發(fā)送“釋放應(yīng)答包”，然后按照中間結(jié)點(diǎn)的次序，依次將建立的物理連接釋放。至此本次通信結(jié)束，各個(gè)線路段成為可用資源。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第54頁。

2．電路交換的特點(diǎn)

線路交換方式的特點(diǎn)是：通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)是用電子或機(jī)電結(jié)合的交換設(shè)備來完成輸入與輸出線路的物理連接。交換設(shè)備與線路分為模擬通信與數(shù)字通信兩類。線路連接過程完成后，在兩臺(tái)主機(jī)之間已建立的物理線路連接為此次通信專用。通信子網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換設(shè)備不能存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，不能改變數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且不具備差錯(cuò)控制能力。

線路交換方式具有通信實(shí)時(shí)性強(qiáng)，適用于交互式會(huì)話類通信的優(yōu)點(diǎn)。線路交換方式也有很大的不足，如對突發(fā)性通信不適應(yīng)，系統(tǒng)效率低；系統(tǒng)不具有存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力，不能平滑交通量；系統(tǒng)不具備差錯(cuò)控制能力，無法發(fā)現(xiàn)與糾正傳輸過程中發(fā)生的數(shù)據(jù)差錯(cuò)。因此，在進(jìn)行線路交換方式研究的基礎(chǔ)上，人們提出了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第55頁。2.4.2存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換(Store-and-ForwardExchanging)方式發(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。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第56頁。

1．存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的特點(diǎn)

存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式與線路交換方式相比，主要具有以下特點(diǎn)：

(1)由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機(jī)可以存儲(chǔ)報(bào)文(或報(bào)文分組)，因此多個(gè)報(bào)文(或報(bào)文分組)可以共享通信信道，線路利用率高。

(2)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(或報(bào)文分組)通過通信子網(wǎng)的最佳路徑，同時(shí)可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率。

(3)報(bào)文(或報(bào)文分組)在通過通信子網(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。

(4)通過通信控制處理機(jī)，可以對不同通信速率的線路進(jìn)行速率轉(zhuǎn)換，也可以對不同的數(shù)據(jù)代碼格式進(jìn)行變換。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第57頁。

2.存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分類

利用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換原理傳送數(shù)據(jù)時(shí)，被傳送的數(shù)據(jù)單元可以分為報(bào)文和報(bào)文分組兩種類型，相應(yīng)的有報(bào)文交換和報(bào)文分組交換兩種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式。

在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，無論發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少，都把它當(dāng)作一個(gè)邏輯單元，在發(fā)送的數(shù)據(jù)上加上目的地址、源地址與控制信息，按一定的格式打包后組成一個(gè)報(bào)文。

將一個(gè)長報(bào)文分成多個(gè)報(bào)文分組，數(shù)據(jù)的最大長度被限制在一定數(shù)值內(nèi)。一個(gè)完整的報(bào)文分組必須包括地址、分組編號(hào)、校驗(yàn)碼等傳輸信息，并按規(guī)定的格式排列每個(gè)分組。發(fā)送站將一個(gè)長報(bào)文分成多個(gè)報(bào)文分組，接收站再將多個(gè)報(bào)文分組按順序重新組織成一個(gè)長報(bào)文。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第58頁。由于報(bào)文分組的分組長度較短，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，這就有利于提高存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間利用率與傳輸效率，因此成為當(dāng)今公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)中主要的交換技術(shù)，這類通信子網(wǎng)被稱為分組交換網(wǎng)。

分組交換技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中又可以分為數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第59頁。2.4.3報(bào)文交換

報(bào)文交換(MessagesSwitching)技術(shù)是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，它沒有在通信兩端設(shè)備間建立一條物理線路。發(fā)送設(shè)備將發(fā)送的信息作為一個(gè)整體，又被稱為報(bào)文，并附加上目的地地址和相關(guān)控制信息，交給交換設(shè)備。當(dāng)交換設(shè)備接收到報(bào)文以后會(huì)對報(bào)文進(jìn)行存儲(chǔ)，根據(jù)其目的地址計(jì)算出到達(dá)目的地的最佳路徑后，選擇合適的空閑輸出線路將報(bào)文送往下一個(gè)交換設(shè)備，經(jīng)過若干個(gè)交換設(shè)備的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)后，該報(bào)文到達(dá)目的地。報(bào)文交換技術(shù)適用于非實(shí)時(shí)的通信系統(tǒng)，如公共電報(bào)收發(fā)系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第60頁。報(bào)文交換的優(yōu)點(diǎn)如下：

(1)線路的利用率較高，許多報(bào)文可以分時(shí)共享交換設(shè)備間的線路。

(2)當(dāng)接收端設(shè)備不可用時(shí)，可暫時(shí)由交換設(shè)備保存報(bào)文，報(bào)文在傳輸時(shí)對報(bào)文的大小沒有限制。

(3)在報(bào)文交換網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)通信量變得很大時(shí)，仍然可以接收報(bào)文，只是傳送延遲會(huì)增加。

(4)交換設(shè)備能夠復(fù)制報(bào)文副本，并把每一個(gè)拷貝送到多個(gè)所需的目的地。

(5)報(bào)文交換網(wǎng)可以進(jìn)行速率和碼型的轉(zhuǎn)換。利用交換設(shè)備的緩沖作用，可以解決不同數(shù)據(jù)傳輸率的設(shè)備的連接。交換設(shè)備也可以很容易地轉(zhuǎn)換各種編碼格式。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第61頁。報(bào)文交換的缺點(diǎn)如下：

(1)數(shù)據(jù)的傳輸有延遲，因此不適用于實(shí)時(shí)或交互式的通信系統(tǒng)。

(2)當(dāng)報(bào)文傳輸錯(cuò)誤時(shí)，必須重傳整個(gè)報(bào)文。

(3)有時(shí)結(jié)點(diǎn)收到過多的數(shù)據(jù)而無空間存儲(chǔ)或不能及時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，就不得不丟棄報(bào)文，而且發(fā)出的報(bào)文不按順序到達(dá)目的地。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第62頁。2.4.4分組交換

在報(bào)文交換中，因報(bào)文的長度不確定，使各個(gè)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)空間難以確定。如果存儲(chǔ)空間過大，則傳輸短報(bào)文時(shí)會(huì)造成浪費(fèi)；如果存儲(chǔ)空間太小，則傳輸長報(bào)文時(shí)又不夠用，造成報(bào)文丟失，因此實(shí)際應(yīng)用中采用的是分組交換。

分組交換(PacketSwitching)又稱報(bào)文分組交換或包交換。分組交換也是一種存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，它將報(bào)文分成若干個(gè)分組或包，每個(gè)分組都附上地址及其他控制信息，分組的長度有一個(gè)上限，使得每個(gè)結(jié)點(diǎn)所需的存儲(chǔ)能力降低了，提高了交換速度。

分組交換有數(shù)據(jù)報(bào)分組交換和虛電路分組交換兩種，它是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用最廣泛的一種交換技術(shù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第63頁。

1．?dāng)?shù)據(jù)報(bào)分組交換

數(shù)據(jù)報(bào)分組交換是將超長的報(bào)文分成若干個(gè)較短的格式化的報(bào)文組，每個(gè)報(bào)文組由報(bào)頭、報(bào)文分組和報(bào)尾三部分組成。報(bào)頭包括報(bào)文起始標(biāo)志、源地址、目的地址、分組號(hào)等信息；報(bào)文分組的最大長度被限制在幾十至一千字節(jié)；報(bào)尾包括校驗(yàn)代碼和報(bào)文結(jié)束標(biāo)志等信息。發(fā)送方將超長報(bào)文數(shù)據(jù)分組并裝配成報(bào)文組；接收方將接收到的多個(gè)報(bào)文組拆除附加信息，按分組號(hào)重裝分組數(shù)據(jù)，使報(bào)文還原。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第64頁。數(shù)據(jù)報(bào)分組交換的主要特點(diǎn)如下：

(1)由于數(shù)據(jù)報(bào)限制了報(bào)文的長度，從而減小了各結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)緩沖區(qū)的容量，降低了傳輸延時(shí)，減少了傳輸中的出錯(cuò)概率，提高了通信的并發(fā)度和傳輸效率。

(2)同一個(gè)報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)，但是各分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序、重復(fù)和丟失現(xiàn)象。

(3)由于每個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)分組都要帶有源地址和目的地址等信息，通信的額外開銷和傳輸延時(shí)都較大，適合于短信息的突發(fā)性通信，但是不適合長報(bào)文、會(huì)話式通信。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第65頁。

2．虛電路分組交換

虛電路是將線路交換方式和數(shù)據(jù)報(bào)分組交換方式有機(jī)結(jié)合，以達(dá)到最佳的交換效果。

虛電路是在一對站點(diǎn)之間建立一種邏輯連接，通過邏輯連接按序傳送報(bào)文分組，通信后釋放邏輯連接，這種邏輯連接所建立的邏輯通路稱為虛電路?！疤摗笔且?yàn)檫@種邏輯通路不是專用的，每個(gè)結(jié)點(diǎn)到其他結(jié)點(diǎn)之間可以并發(fā)連接多條虛電路，也可以與多個(gè)結(jié)點(diǎn)連接虛電路，實(shí)現(xiàn)線路共享。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第66頁。虛電路分組交換的特點(diǎn)如下：

(1)虛電路對信道使用是非獨(dú)占方式，還可以對信道進(jìn)行多路復(fù)用。

(2)一次通信的所有報(bào)文分組都從虛電路上通過，所以報(bào)文分組不帶目的地址、源地址等輔助信息，只攜帶虛電路標(biāo)識(shí)號(hào)。

(3)報(bào)文分組通過每個(gè)虛電路上的結(jié)點(diǎn)時(shí)不需要路徑選擇，只做差錯(cuò)檢測。

(4)通信子網(wǎng)中的每個(gè)結(jié)點(diǎn)可以和任何結(jié)點(diǎn)建立多條虛電路連接，為多個(gè)用戶同時(shí)使用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第67頁。 2.5多路復(fù)用技術(shù)

為了充分利用傳輸介質(zhì)，人們研究與應(yīng)用了在一條物理線路上建立多條通信信道的技術(shù)，這就是多路復(fù)用技術(shù)。“多路”是指多個(gè)不同的信號(hào)源，“復(fù)用”是指在單一的通信介質(zhì)上同時(shí)傳輸多個(gè)不同的信號(hào)，多路復(fù)用的源端將多路信號(hào)合成為一個(gè)復(fù)合信號(hào)，接收端將收到的復(fù)合信號(hào)分離出多路信號(hào)，其目的是充分利用介質(zhì)的傳輸能力，提高信道的傳輸效率。

多路復(fù)用的實(shí)質(zhì)是：將一個(gè)區(qū)域的多個(gè)用戶信息通過多路復(fù)用器進(jìn)行匯集，然后將匯集后的信息群通過一條物理線路傳送到接收設(shè)備，接收設(shè)備通過多路復(fù)用器將信息群分離成各個(gè)單獨(dú)的信息，再分發(fā)到多個(gè)用戶。這樣就可以用一對多路復(fù)用器、一條通信線路來代替多套發(fā)送、接收設(shè)備與多條通信線路。多路復(fù)用的原理如圖2-11所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第68頁。圖2-11多路復(fù)用原理示意圖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第69頁。2.5.1頻分多路復(fù)用

頻分多路復(fù)用(FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing)就是將具有一定帶寬的信道分割為若干個(gè)有較小頻帶的子信道，每個(gè)子信道供一個(gè)用戶使用，這樣在信道中就可同時(shí)傳送多個(gè)不同頻率的信號(hào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第70頁。采用頻分多路復(fù)用技術(shù)，被復(fù)合的各子信道的信號(hào)必須是模擬信號(hào)，其工作原理如圖2-12所示。頻分多路復(fù)用器對各路信號(hào)分配不同的頻率段，各頻率段的載波頻率分別為f1、f

2、…、f

n，每個(gè)信號(hào)都有一個(gè)以它的載波頻率為中心的帶寬，該帶寬范圍稱為信道。為防止信道間的相互干擾，各信道之間通過一個(gè)保護(hù)頻帶隔離開來，這個(gè)保護(hù)頻帶是不使用的頻區(qū)，其保護(hù)頻帶分別為f

b1、f

b2、…、f

bn。由于頻分多路復(fù)用的每個(gè)子信道的帶寬可以不同，因而可以分別傳輸數(shù)據(jù)、語音、圖像等信息。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第71頁。圖2-12頻分多路復(fù)用原理示意圖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第72頁。頻分多路復(fù)用通信介質(zhì)的總帶寬為式中，f是傳輸介質(zhì)的總帶寬，fm為每個(gè)信道的帶寬，fb是保護(hù)帶寬，n是被傳輸?shù)男盘?hào)數(shù)。采用頻分多路復(fù)用技術(shù)時(shí)，數(shù)據(jù)在各子信道上是并行傳輸?shù)摹Ｓ捎诟髯有诺老嗷オ?dú)立，故一個(gè)信道發(fā)生故障時(shí)不會(huì)影響其他的信道。頻分多路復(fù)用技術(shù)通常用于載波電話通信系統(tǒng)和寬帶局域網(wǎng)中，在采用光纜的通信干線上可以同時(shí)傳輸上千路電話信號(hào)和數(shù)十路電視信號(hào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第73頁。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第74頁。圖2-13時(shí)分多路復(fù)用原理示意圖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第75頁。時(shí)分多路復(fù)用通信介質(zhì)的總帶寬為f≥nfm

式中，f是傳輸介質(zhì)的總帶寬，fm是每路數(shù)據(jù)傳輸速率，n是被傳輸?shù)男盘?hào)數(shù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第76頁。時(shí)分多路復(fù)用又可分為同步時(shí)分復(fù)用和異步時(shí)分復(fù)用。

(1)同步時(shí)分多路復(fù)用(STDM，SynchronousTDM)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，因此各個(gè)信道的發(fā)送與接收必須是同步的。同步時(shí)分多路復(fù)用采用了將時(shí)間片固定分配給各個(gè)信道的方法，而不考慮這些信道是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，當(dāng)信源無數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，信道上會(huì)出現(xiàn)空時(shí)隙，這種方法勢必造成信道資源的浪費(fèi)。

(2)異步時(shí)分多路復(fù)用(ATDM，AsynchronousTDM)又稱統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，它采用動(dòng)態(tài)時(shí)隙的分配方式，當(dāng)信源發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，便分配時(shí)隙；當(dāng)信源暫停發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，則不分配時(shí)隙。所以，異步時(shí)分多路復(fù)用不會(huì)在信道上出現(xiàn)空時(shí)隙而造成信道資源浪費(fèi)的現(xiàn)象。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第77頁。2.5.3波分多路復(fù)用

波分多路復(fù)用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)技術(shù)是光的頻分多路復(fù)用在光纖通信中的應(yīng)用，即在一根光纖上同時(shí)傳送多個(gè)波長不同的光載波信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)基于光纖的波分復(fù)用技術(shù)。

通過波分多路復(fù)用技術(shù)將光纖信道分為多個(gè)波段，每個(gè)波段傳輸一種波長的光信號(hào)，這樣在一根光纖上可同時(shí)傳輸多個(gè)不同波長的光信號(hào)。波分多路復(fù)用的工作原理如圖2-14所示。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第78頁。圖2-14波分多路復(fù)用原理示意圖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第79頁。圖2-14中所示的兩束光波的頻率是不相同的，它們通過棱鏡(或光柵)之后使用了一條共享的光纖傳輸，到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)后再經(jīng)過棱鏡(或光柵)重新分成兩束光波。只要每個(gè)信道有各自的頻率范圍且互不重疊，它們就能夠以多路復(fù)用的方式通過共享光纖進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。

波分多路復(fù)用技術(shù)主要用于光纖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。與電信號(hào)的頻分多路復(fù)用不同之處在于，波分多路復(fù)用是在光學(xué)系統(tǒng)中利用衍射光柵來實(shí)現(xiàn)多路不同頻率光波信號(hào)的合成與分解。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第80頁。

2.6數(shù)據(jù)差錯(cuò)控制技術(shù)

2.6.1差錯(cuò)控制概述

差錯(cuò)控制是在數(shù)據(jù)通信過程中能發(fā)現(xiàn)或糾正差錯(cuò)，把差錯(cuò)限制在盡可能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。

信號(hào)在物理信道中傳輸時(shí)，線路本身電氣特性造成的隨機(jī)噪聲、信號(hào)幅度的衰減、頻率和相位的畸變、電氣信號(hào)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(qiáng)電流磁場的變化、電源的波動(dòng)等)都會(huì)造成信號(hào)的失真。在數(shù)據(jù)通信中，將會(huì)使接收端收到的二進(jìn)制數(shù)位和發(fā)送端實(shí)際發(fā)送的二進(jìn)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(cuò)。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第81頁。

1．熱噪聲和沖擊噪聲

傳輸中的差錯(cuò)都是由噪聲引起的。噪聲有兩大類：一類是信道固有的、持續(xù)存在的隨機(jī)熱噪聲；另一類是由外界特定的短暫原因所造成的沖擊噪聲。

熱噪聲引起的差錯(cuò)稱為隨機(jī)差錯(cuò)，即由傳輸介質(zhì)的內(nèi)部因素引起的差錯(cuò)，如噪聲脈沖、衰減延遲失真等引起差錯(cuò)。熱噪聲的特點(diǎn)是時(shí)刻存在、幅度較小、強(qiáng)度與頻度無關(guān)，但頻譜很寬，因此熱噪聲是隨機(jī)類噪聲，其引起的差錯(cuò)亦被稱為“隨機(jī)差錯(cuò)”。

沖擊噪聲呈突發(fā)狀，由其引起的差錯(cuò)稱為突發(fā)差錯(cuò)。沖擊噪聲的幅度可能相當(dāng)大，無法靠提高幅度來避免沖擊噪聲造成的差錯(cuò)，它是傳輸中產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因。雖然沖擊噪聲的持續(xù)時(shí)間較短，但在一定的數(shù)據(jù)速率條件下，仍然會(huì)影響到一串碼元。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第82頁。

2．差錯(cuò)的控制方法

最常用的差錯(cuò)控制方法是差錯(cuò)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(gè)碼字后再發(fā)送，這個(gè)過程稱為差錯(cuò)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(cuò)發(fā)生，這個(gè)過程稱為檢驗(yàn)過程。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第83頁。差錯(cuò)控制編碼可分為檢錯(cuò)碼和糾錯(cuò)碼。

(1)檢錯(cuò)碼能自動(dòng)發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的編碼。每個(gè)傳輸?shù)姆纸M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)，但不能確定哪一比特是錯(cuò)的，并且自己不能糾正傳輸差錯(cuò)。常用的檢錯(cuò)碼有奇偶校驗(yàn)碼、循環(huán)冗余碼等。

(2)糾錯(cuò)碼不僅能發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)而且能自動(dòng)糾正差錯(cuò)的編碼。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)。常用的糾錯(cuò)碼有海明碼、正反碼等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)基礎(chǔ)教程-第2章全文共95頁，當(dāng)前為第84頁。2.6.2奇偶校驗(yàn)碼

奇偶校驗(yàn)碼是將每個(gè)信息的代碼擴(kuò)展一個(gè)二進(jìn)制位作為校驗(yàn)位(冗余位)。校驗(yàn)位的取值原則是：若是奇校驗(yàn)，在編碼中含有“1”的個(gè)數(shù)連同校驗(yàn)位的取值共有奇數(shù)個(gè)；若是偶校驗(yàn)，在編碼中含有“1”的個(gè)數(shù)連同校驗(yàn)位