教學(xué)培訓(xùn)課件第2章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與通信基礎(chǔ)

第2章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用2021/7/91第2章

網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用2第2章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識本章內(nèi)容2.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.4差錯控制技術(shù)2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.6多路復(fù)用技術(shù)2021/7/92第2章網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識本章內(nèi)容2021/7/92.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2.2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.3OSI參考模型2021/7/932.1計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議2021/2.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備存在很大差異。要把這些有差異的設(shè)備連接在一個網(wǎng)絡(luò)中，彼此要相互通信，而且要求接收方能夠正確的理解發(fā)送方發(fā)送的信息的含義，因此就需要制定網(wǎng)絡(luò)中各種計算機(jī)和通信設(shè)備共同遵守的規(guī)則或約定，這種規(guī)則或約定就是網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議作為一種規(guī)則一般要約定三個方面的內(nèi)容，我們稱之為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議三要素，即語法、語義和時序。1．語義。指在數(shù)據(jù)傳輸中加入哪些控制信息。2．語法。指傳輸數(shù)據(jù)的格式3．時序。指數(shù)據(jù)傳輸?shù)拇涡蚧虿襟E2021/7/942.2.1網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)中的各種設(shè)備存在很大差異。要把這些2.2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.分層網(wǎng)絡(luò)通信過程非常復(fù)雜，為了使復(fù)雜問題簡單化，人們將網(wǎng)絡(luò)完成的任務(wù)分解成一個個小的子任務(wù)，然后針對每個子任務(wù)分別制定相應(yīng)的協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò)術(shù)語中將這樣一種任務(wù)分解的方法叫分層。2.網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)我們把網(wǎng)絡(luò)的這種分層結(jié)構(gòu)，以及各層協(xié)議的集合稱之為網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。2021/7/952.2.2網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)1.分層2021/7/95圖2-2郵政系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2021/7/96圖2-2郵政系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)2021/7/962.2.3OSI參考模型背景：到了20世紀(jì)70年代，各大計算機(jī)公司都制定了自己的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，如：IBM的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)SNA，DEC公司的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)DNA等帶來的問題：在一個網(wǎng)絡(luò)中只能使用一個廠商的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品；使用不同的廠商的產(chǎn)品組建的網(wǎng)絡(luò)不能互相連通；一旦用戶購買了每個公司的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品組建網(wǎng)絡(luò)，那么它以后只能依賴于這個公司，自身的利益無法得到保障。如果這樣的局面不能得到改變，在這個世界上就會出現(xiàn)很多信息網(wǎng)絡(luò)的孤島，這既不符合全球用戶的需求，也不利于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)自身的發(fā)展。1．OSI參考模型2021/7/972.2.3OSI參考模型背景：1．OSI參考模型2021在這種背景下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1977年成立一個專門的機(jī)構(gòu)（SC16委員會），研究如何將網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一起來，使不同體系結(jié)構(gòu)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)。這個委員會在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，制定了開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型，簡稱OSI參考模型。這里的開放系統(tǒng)的含義是：如果你的的系統(tǒng)是符合OSI標(biāo)準(zhǔn)的，那么你的系統(tǒng)就是開放的，你的系統(tǒng)就可以與其他開放的系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)。OSI只是一個概念性的框架，不是一個具體的標(biāo)準(zhǔn)，它只是描述了開放系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，對各層功能做了精確的定義，但是它沒有涉及各層協(xié)議實現(xiàn)的技術(shù)細(xì)節(jié)。2021/7/98在這種背景下，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）于1977年成立一個專OSI參考模型將網(wǎng)絡(luò)分成七個層次，如圖2-3所示。其中：低三層（1-3層）面向通信子網(wǎng)，主要解決通信問題，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)傳輸，與通信設(shè)備有關(guān)。高三層（5-7層）面向資源子網(wǎng)，主要解決數(shù)據(jù)處理問題，負(fù)責(zé)使接收方理解發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)的含義，與通信設(shè)備無關(guān)。傳輸層（第四層）是通信子網(wǎng)與資源子網(wǎng)的接口層，保證數(shù)據(jù)正確送達(dá)。網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)既要進(jìn)行通信處理又要進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，需要有七層結(jié)構(gòu)對通信網(wǎng)和通信設(shè)備而言，由于他們的作用就是正確的傳輸信號，不需要對信號進(jìn)行理解，所以，只需要有低三層（1-3層）結(jié)構(gòu)就可以了。2021/7/99OSI參考模型將網(wǎng)絡(luò)分成七個層次，如圖2-3所示。其中：網(wǎng)絡(luò)通信子網(wǎng)應(yīng)用層表示層會話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層主機(jī)主機(jī)路由器路由器傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)OSI參考模型2021/7/910通信子網(wǎng)應(yīng)用層表示層會話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層數(shù)據(jù)鏈1）第7層：應(yīng)用層。通過用戶應(yīng)用程序接口為用戶應(yīng)用層序提供服務(wù)，使用戶通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序?qū)W(wǎng)絡(luò)的請求送到網(wǎng)絡(luò)中來。2）第6層：表示層。表示層為應(yīng)用層提供服務(wù)，表示層保證一個系統(tǒng)應(yīng)用層發(fā)出的信息能被另一個系統(tǒng)的應(yīng)用層讀出。如果發(fā)送方和接收方數(shù)據(jù)表示格式不一致，表示層將使用一種通用的數(shù)據(jù)表示格式在多種數(shù)據(jù)表示格式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換。。3）第5層：會話層。會話層為表示層提供服務(wù)，在傳輸連接的基礎(chǔ)上具體實施通信雙方應(yīng)用程序的會話，包括會話建立、會話管理和終止的機(jī)制。2．各層的作用2021/7/9111）第7層：應(yīng)用層。2．各層的作用2021/7/9114）第4層：傳輸層。傳輸層為會話層提供可靠數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。傳輸層對上層屏蔽數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w細(xì)節(jié)，為數(shù)據(jù)的傳輸提供可靠的服務(wù)。為了提供可靠的服務(wù)，傳輸層提供建立、維護(hù)端到端的傳輸連接、端到端的傳輸差錯校驗和恢復(fù)以及信息流控制機(jī)制等機(jī)制。5）第3層：網(wǎng)絡(luò)層。網(wǎng)絡(luò)層為傳輸層提供分組傳輸服務(wù)，保證報文分組能夠從一個主機(jī)通過通信子網(wǎng)送達(dá)到另一個主機(jī)上。網(wǎng)絡(luò)層把傳輸層送來的數(shù)據(jù)流分割成一個個的分組，根據(jù)分組要送達(dá)的目的主機(jī)地址，通過路由選擇算法為每個分組選擇一個最佳路徑，使分組能夠沿著這條路徑通過通信子網(wǎng)到達(dá)接收端的主機(jī)，并處理網(wǎng)絡(luò)中可能出現(xiàn)的擁塞（由于通信量大而引起的網(wǎng)絡(luò)擁堵、死鎖等）問題。2021/7/9124）第4層：傳輸層。5）第3層：網(wǎng)絡(luò)層。2021/7/9126）第2層：數(shù)據(jù)鏈路層。數(shù)據(jù)鏈路層在物理層連接的基礎(chǔ)上，為網(wǎng)絡(luò)層提供通信子網(wǎng)中兩個相鄰的通信節(jié)點間的可靠的幀傳輸服務(wù)。數(shù)據(jù)鏈路層要對傳輸?shù)谋忍匾詭瑸閱挝粰z查錯誤，如果出現(xiàn)錯誤，要求發(fā)送端重發(fā)。另外數(shù)據(jù)鏈路層還要處理相鄰節(jié)點間流量控制問題。7）第1層：物理層。物理層為數(shù)據(jù)鏈路層提供比特傳輸服務(wù)，確保比特在通信子網(wǎng)中從一個節(jié)點傳輸?shù)搅硪粋€節(jié)點上，物理層協(xié)議主要定義傳輸介質(zhì)接口的電氣的、機(jī)械的、過程的和功能的特性，包括接口的形狀、傳輸信號電壓的高低、數(shù)據(jù)傳輸速率、最大傳輸距離、引腳的功能、動作的次序等等。2021/7/9136）第2層：數(shù)據(jù)鏈路層。7）第1層：物理層。2021/7/9傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)通信子網(wǎng)應(yīng)用層表示層會話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層表示層會話層傳輸層數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡(luò)層物理層主機(jī)主機(jī)路由器路由器鏈路層物理層鏈路層物理層鏈路層物理層①⑥②③④⑤3．?dāng)?shù)據(jù)在OSI參考模型中的流動過程2021/7/914傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)通信子網(wǎng)應(yīng)用層表示層會話層傳輸層數(shù)據(jù)2.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號2.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)2.2.3數(shù)據(jù)通信方式2.2.4數(shù)據(jù)通信指標(biāo)2021/7/9152.2數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識2.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號202.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號1．信息、數(shù)據(jù)、信號及其關(guān)系信息是信息論中的一個術(shù)語，常常把消息中有意義的內(nèi)容稱為信息。數(shù)據(jù)是指能夠輸入到計算機(jī)中并能為計算機(jī)所處理的數(shù)字、文字、字符、聲音、圖片、圖像等數(shù)據(jù)與信息關(guān)系密切，數(shù)據(jù)是信息的載體，信息要靠數(shù)據(jù)來承載；孤立的數(shù)據(jù)沒有意義，而一組有相互關(guān)系的數(shù)據(jù)可以表達(dá)特定的信息。例如，39表示數(shù)據(jù)的物理量叫信號，只有把數(shù)據(jù)表示成信號，才能夠?qū)?shù)據(jù)或信息進(jìn)行處理和傳輸。2021/7/9162.2.1信息、數(shù)據(jù)與信號1．信息、數(shù)據(jù)、信號及其關(guān)系信2．模擬信號與數(shù)字信號模擬信號是隨時間連續(xù)變化的，用隨時間連續(xù)變化的物理量表示實際的數(shù)據(jù)數(shù)字信號是隨時間離散的、跳變的，用脈沖信號的組合表示實際數(shù)據(jù)圖2-5模擬信號與數(shù)字信號（a）模擬信號（b）模擬信號2021/7/9172．模擬信號與數(shù)字信號模擬信號是隨時間連續(xù)變化的，用隨時間連2.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機(jī)之間傳送表示字母、數(shù)字、符號的二進(jìn)制0、1比特序列的模擬或數(shù)字信號的過程。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。用模擬信號傳輸數(shù)據(jù)，這樣的通信系統(tǒng)叫模擬通信系統(tǒng)用數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)，這樣的通信系統(tǒng)叫數(shù)字通信系統(tǒng)2021/7/9182.2.2數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信是指在不同計算機(jī)之間傳送表圖2-6模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)（a）模擬通信系統(tǒng)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器模擬通信網(wǎng)（b）數(shù)字通信系統(tǒng)編碼/解碼器編碼/解碼器數(shù)字通信網(wǎng)2021/7/919圖2-6模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)（a）模擬通信系統(tǒng)調(diào)制解2.2.3數(shù)據(jù)通信方式1．串行通信與并行通信10110010接收端發(fā)送端b7b6b5b4b3b2b1b0b7b6b5b4b3b2b1b0發(fā)送端接收端b7b6b5b4b3b2b1b010110010（a）串行通信（b）并行通信2021/7/9202.2.3數(shù)據(jù)通信方式1．串行通信與并行通信1011002．?dāng)?shù)據(jù)通信的交互方式發(fā)送接收單向通道（a）單工通信方式發(fā)送接收單向通道（b）半雙工通信方式接收發(fā)送（c）全雙工通信方式發(fā)送接收單向通道接收發(fā)送單向通道1）單工通信：一端為發(fā)送方，只能發(fā)送數(shù)據(jù)，另一端為接收方，只能接收數(shù)據(jù)2）半雙工通信：允許數(shù)據(jù)在兩個方向上傳輸，但是，在某一時刻，只允許數(shù)據(jù)在一個方向上傳輸，3）全雙工數(shù)據(jù)通信：全雙工數(shù)據(jù)通信允許數(shù)據(jù)同時在兩個方向上傳輸2021/7/9212．?dāng)?shù)據(jù)通信的交互方式發(fā)送接收單向通道（a）單工通信方式發(fā)送3．同步問題1）同步概念同步：就要求通信雙方的設(shè)備在時間基準(zhǔn)上保持一致通俗的說，所謂同步就是讓接收方知道發(fā)送方發(fā)送的數(shù)據(jù)從什么時刻開始到什么時刻結(jié)束的技術(shù)。2）在數(shù)據(jù)傳輸過程中需要解決兩個層次上的同步問題一個是如何讓接收方識別出一個比特的開始和結(jié)束，這叫位同步；另一層次是讓接收方識別出傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊的開始和結(jié)束，這叫字符同步。2021/7/9223．同步問題1）同步概念2）在數(shù)據(jù)傳輸過程中需要解決兩個層次實現(xiàn)位同步的方法有兩種，外同步法和自帶同步法1）位同步外同步法是在發(fā)送正常的數(shù)據(jù)的同時，另發(fā)一路同步時鐘信號，用同步時鐘信號去調(diào)整校正接收方的時間基準(zhǔn)與時鐘頻率自帶同步法是在發(fā)送數(shù)據(jù)的同時，通過編碼技術(shù)讓傳輸?shù)臄?shù)據(jù)中包含同步信息2021/7/923實現(xiàn)位同步的方法有兩種，外同步法和自帶同步法1）位同步外同步2）字符同步實現(xiàn)字符同步的方法也有兩種，異步傳輸和同步傳輸。異步傳輸是以字符為單位傳輸，一個字符通常包括4-8各比特，在傳輸字符的前面，加入起始位，在傳輸字符的的后面，加入終止位。同步傳輸是多個字符組成一個數(shù)據(jù)塊一起傳輸，在數(shù)據(jù)塊的開頭和結(jié)尾分別加上用于同步控制的專用字符，如SYN或特定的比特串如01111110。2021/7/9242）字符同步實現(xiàn)字符同步的方法也有兩種，異步傳輸和同步傳輸。停止位起始位5位數(shù)據(jù)位同步時鐘0111111001111110…數(shù)據(jù)…SYN…數(shù)據(jù)…SYN（a）異步傳輸（b）同步傳輸圖2-10字符同步傳輸字符00100112021/7/925停止位起始位5位數(shù)據(jù)位同步時鐘0111111001111112.2.4數(shù)據(jù)通信指標(biāo)1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率R=1/T(bps)R為數(shù)據(jù)傳輸速率，T為脈沖寬度(一個bit的持續(xù)時間)。例如：在信道上發(fā)送一個比特的時間是0.104ms，則傳輸速率為9600bps。常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位有：Kb/s、Mb/s、Gb/s與Tb/s。其中：

1Kb/s=1×103b/s1Mb/s=1×106b/s1Gb/s=1×109b/s1Tb/s=1×1012b/s2021/7/9262.2.4數(shù)據(jù)通信指標(biāo)1．?dāng)?shù)據(jù)傳輸速率2021/7/922．碼元速率C又稱調(diào)制速率、信號傳輸速率、波特率、傳碼率等。是指調(diào)制或信號變換過程中，每秒波形轉(zhuǎn)換次數(shù)或每秒傳輸波形（信號）的個數(shù)。它定義為：C=1/t（baud）C：為碼元速率，t為傳輸一個碼元所需時間，單位為波特（baud）。3．碼元速率與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系R=C*log2M（bps）

M：為一個碼元所取的離散值的個數(shù)若碼元速率不變，當(dāng)一個碼元可取的離散值增加時，數(shù)據(jù)傳輸速率可以成倍的提高但是隨著M值的提高，信道噪聲也會增加，又會抑制傳輸速率的增加，所以M值要受到限制。2021/7/9272．碼元速率C3．碼元速率與數(shù)據(jù)傳輸速率的關(guān)系2021/7/4．信道的帶寬帶寬：信道允許傳送的信號的最高頻率與最低頻率之差，單位為赫茲（Hz），帶寬用于衡量一個信道的數(shù)據(jù)傳輸能力。5．信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率（信道容量）信道容量是理想情況下，即沒有傳輸損耗，沒有噪聲干擾的情況下信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。由奈奎斯特準(zhǔn)則給出。

C=2B（baud）B：為信道帶寬，C為碼元速率。若換算成數(shù)據(jù)傳輸速率：Rmax=2Blog2M2021/7/9284．信道的帶寬5．信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率（信道容量）2021/6．非理想信道與香農(nóng)（Shannon）公式考慮噪聲干擾的情況下數(shù)據(jù)傳輸速率的計算由香農(nóng)公式給出。R=Blog2(1+S/N)R：數(shù)據(jù)傳輸速率；B：信道帶寬；S/N：信號功率與噪聲功率之比，簡稱信噪比。在實際應(yīng)用中，信噪比可以測量，其單位為分貝（dB），S/N與分貝的換算關(guān)系為：1dB=10log10S/N所以在應(yīng)用香農(nóng)公式時，常常是根據(jù)測得的分貝數(shù)求出信噪比，再根據(jù)香農(nóng)公式計算數(shù)據(jù)傳輸速率。2021/7/9296．非理想信道與香農(nóng)（Shannon）公式2021/7/927．誤碼率誤碼率用于衡量信道出錯率，定義為：Pe=Ne/NPe：代表誤碼率；Ne

：代表傳輸過程中出現(xiàn)錯誤的比特數(shù)；N：代表傳輸總的比特數(shù)。2021/7/9307．誤碼率2021/7/9302.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號編碼2.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號編碼2.3.3模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號編碼2021/7/9312.3數(shù)據(jù)編碼技術(shù)2.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號編碼202.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號編碼調(diào)制與解調(diào)：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬信道上傳輸，就需要將原來用數(shù)字信號表示的數(shù)據(jù)，用模擬信號來加以表示。這項技術(shù)叫調(diào)制，在另端需要將模擬信號再轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，這項技術(shù)叫解調(diào)，實現(xiàn)信號變換的設(shè)備叫調(diào)制解調(diào)器。輸入/輸出調(diào)制解調(diào)器圖2-11調(diào)制解調(diào)器簡單原理輸出/輸入有三種調(diào)制方式，即幅移鍵控、頻移鍵控和相移鍵控2021/7/9322.3.1數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)模擬信號編碼調(diào)制與解調(diào)：數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在模擬1．幅移鍵控（ASK）：用載波信號的不同幅度表示數(shù)據(jù)的0和12．頻移鍵控（FSK）：用載波信號的不同頻率表示數(shù)據(jù)的0和13．相移鍵控（PSK）：用載波信號的不同初始相位表示數(shù)據(jù)的0和12021/7/9331．幅移鍵控（ASK）：用載波信號的不同幅度表示數(shù)據(jù)的0和12021/7/9342021/7/9342.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號編碼在數(shù)字通信系統(tǒng)中直接傳輸計算機(jī)中的數(shù)字信號會帶來兩個問題直流分量過大同步問題，1．非歸零碼NRZ非歸零碼編碼規(guī)則：將計算機(jī)中傳來的數(shù)據(jù)用一個正電壓表示1（或0），用0電壓表示0（或1）。2021/7/9352.3.2數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)數(shù)字信號編碼在數(shù)字通信系統(tǒng)中直接傳輸計2．曼徹斯特（manchester）編碼曼徹斯特編碼的規(guī)則：表述1：每比特的周期T的中間產(chǎn)生跳變，這個跳變即起同步作用，同時，又用跳變方向代表數(shù)據(jù)0或1表述2：將每比特的周期T分為前T/2與后T/2兩部分，前T/2用該比特的反碼，后T/2用該比特的原碼。3．差分曼徹斯特（differencemanchester）編碼每比特的周期T的中間產(chǎn)生跳變，這個跳變僅起同步作用，每比特所代表的值根據(jù)其開始邊界是否發(fā)生跳變來決定。當(dāng)要傳輸?shù)谋忍厥?時，在該比特到來的瞬間，編碼后的波形不產(chǎn)生跳變；當(dāng)要傳輸?shù)谋忍厥?時，在該比特到來的瞬間，編碼后的波形產(chǎn)生跳變。2021/7/9362．曼徹斯特（manchester）編碼表述2：將每比特的周2021/7/9372021/7/9372.3.3模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號編碼PCM（pulsecodeModulation)也稱為脈沖編碼調(diào)制，是一種把模擬信號轉(zhuǎn)換為進(jìn)制數(shù)字信號的過程采用PCM編碼方案需要經(jīng)過采樣、量化、編碼三個過程采樣：每隔一定的時間對連續(xù)模擬信號采樣，連續(xù)模擬信號就成為離散的信號。根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須滿足

f≥fmax量化：是一個分級過程，把采樣所得到的脈沖信號根據(jù)幅度做N等分，然后讓每一個采樣值都近似等于一個標(biāo)稱值編碼：用一組二進(jìn)制數(shù)組合來表示采樣序列量化后的量化幅度。如果有N個量化級，那么，就應(yīng)當(dāng)用(log2N)位二進(jìn)制數(shù)來表示。2021/7/9382.3.3模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號編碼PCM（pulsecod2021/7/9392021/7/9392.4差錯控制技術(shù)2.4.1差錯控制概念2.4.2常用檢錯編碼方法2.4.3反饋重發(fā)方法2021/7/9402.4差錯控制技術(shù)2.4.1差錯控制概念2021/72.4.1差錯控制概念1．差錯產(chǎn)生的原因：熱噪聲和沖擊噪聲2．差錯控制方法：前向糾錯和反饋重發(fā)3．檢錯方法：在發(fā)送端運用某種算法對傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行運算得到冗余碼然后將冗余碼加在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的后面一起發(fā)送在接收端用同樣的算法對收到的數(shù)據(jù)部分進(jìn)行相同的運算，也得到一個冗余碼將兩個冗余碼進(jìn)行比較，如果結(jié)果相同就沒有錯誤，否則，就判定出現(xiàn)了錯誤。2021/7/9412.4.1差錯控制概念1．差錯產(chǎn)生的原因：熱噪聲和沖擊噪1．奇偶校驗在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位或最低位增加一個附加位，使結(jié)果中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。增加的位稱為奇偶校驗位。例如，原始數(shù)據(jù)=1100010（數(shù)據(jù)中有三個1）若采用偶校驗，校驗位1，增加校驗位后的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為11100010（數(shù)據(jù)中有四個1）。若接收方收到的字節(jié)中1的個數(shù)不是偶數(shù)個，就認(rèn)為傳輸中發(fā)生了錯誤。奇偶校驗只能檢測出奇數(shù)位錯，對偶數(shù)位錯則無能為力2021/7/9421．奇偶校驗奇偶校驗只能檢測出奇數(shù)位錯，對偶數(shù)位錯則無能為力2．循環(huán)冗余校驗循環(huán)冗余碼計算和驗證過程如下：（1）將要發(fā)送的數(shù)據(jù)序列，當(dāng)作一個多項式F(x)；（2）選擇一個生成多項式G(x），設(shè)G(x）中的最高冪次為k；（3）用xk

乘F(x)；（4）使用模二除法，用G(x）去除F(x)*xk，得P（x）+R（x）/G（x），余數(shù)多項式R(x)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)位串即為所求的循環(huán)冗余碼；（5）將冗余碼加在F(x)的后面：F(x)*xk+R(x)，發(fā)送；（6）在接收端收到F(x)'；（7）接收端用G(x）去除F(x)'，得余數(shù)多項式R(x)'；（8）若R(x)'=0，則無錯。2021/7/9432．循環(huán)冗余校驗循環(huán)冗余碼計算和驗證過程如下：2021/7/例如，要發(fā)送的數(shù)據(jù)為101，選擇得生成多項式為g(x）=X4+X3+X2+1，求CRC碼解：（1）發(fā)送的數(shù)據(jù)為101；（2）G(x）=X4+X3+X2+1，k=4，對應(yīng)的二進(jìn)制序列為11101；（3）將101左移4位，得1010000；（4）做模二除法；2021/7/944例如，要發(fā)送的數(shù)據(jù)為101，選擇得生成多項式為g(x）=X4（5）將左移四位的數(shù)據(jù)1010000與循環(huán)冗余碼0011相加后得：1010011；即實際發(fā)送1010011。假設(shè)接收端恰好收到的是1010011（沒有錯誤），用同樣的多項式對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行摸二除法運算：2021/7/945（5）將左移四位的數(shù)據(jù)1010000與循環(huán)冗余碼0011相加CRC檢驗碼檢查錯誤的能力很強(qiáng)，可以檢查下列錯誤：（1）全部單個錯；（2）全部離散的二位錯；（3）全部奇數(shù)個錯誤；（4）全部長度小于或等于k位的突發(fā)性錯誤；（5）能以[1-(1/2)k-1]的概率檢查出長度為(k+1)位的突發(fā)錯；作為國際標(biāo)準(zhǔn)的G(x)是：CRC-12=X12+X11+X3+X2+X+1CRC-16=X16+X15+X2+1CRC-CCITT=X16+X12+X5+1CRC-32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+12021/7/946CRC檢驗碼檢查錯誤的能力很強(qiáng)，可以檢查下列錯誤：作為國際標(biāo)2.4.3反饋重發(fā)方法重發(fā)的方法有停止等待法和連續(xù)發(fā)送的方法1．停止等待發(fā)送方在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，將發(fā)送的數(shù)據(jù)幀保存在通信裝置的緩沖區(qū)中，然后停止發(fā)送接收端收到一個幀后，檢查有沒有錯誤，如果有錯就丟棄，同時向發(fā)送端發(fā)送出錯信息NAK，發(fā)送方收到NAK信息后，將發(fā)送緩沖區(qū)中的幀重發(fā)一遍；如果接收正確就將該幀送主機(jī)，同時向發(fā)送端發(fā)送確認(rèn)信息ACK，發(fā)送端收到ACK信息后，將緩沖區(qū)中的幀刪除，然后發(fā)送下一幀。2021/7/9472.4.3反饋重發(fā)方法重發(fā)的方法有停止等待法和連續(xù)發(fā)送的主機(jī)通信裝置緩沖區(qū)ACK？幀否，重發(fā)是，發(fā)下一幀通信裝置緩沖區(qū)正確？是，送主機(jī)主機(jī)否，丟棄NAK/ACK幀圖2-16停止等待方式的工作原理2021/7/948主機(jī)通信裝置緩沖區(qū)ACK？幀否，重發(fā)是，發(fā)下一幀通信裝置緩沖2．連續(xù)工作方式連續(xù)工作方式是指發(fā)送端不需要等待接收端的確認(rèn)信息就可以連續(xù)發(fā)送多個數(shù)據(jù)幀連續(xù)工作方式又分為兩種類型：拉回方式選擇重發(fā)2021/7/9492．連續(xù)工作方式連續(xù)工作方式是指發(fā)送端不需要等待接收端的確認(rèn)1）拉回方式發(fā)送方向接收方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去的數(shù)據(jù)幀在緩沖區(qū)中暫存;接收方對收到的數(shù)據(jù)幀逐幀進(jìn)行檢驗，如果一幀沒有錯誤，就將其送主機(jī)，然后發(fā)送確認(rèn)信息ACK，發(fā)送端收到確認(rèn)信息后，在緩沖區(qū)中清除已經(jīng)正確發(fā)送的幀，騰出緩沖區(qū)，發(fā)送端主機(jī)可以繼續(xù)發(fā)送后面的幀；如果接收端檢查某幀有錯，就將該幀及其以后到達(dá)的幀丟棄，同時向發(fā)送端發(fā)出某幀錯誤信息NAK，發(fā)送端收到錯誤某幀錯誤信息后，就從該幀開始連同該幀后面的幀都重發(fā)一遍。2021/7/9501）拉回方式發(fā)送方向接收方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去的數(shù)據(jù)幀在ACKNAK主機(jī)通信裝置ACK？否，重發(fā)3、4、5是，發(fā)下一幀通信裝置3號幀正確？是，送主機(jī)主機(jī)否，丟棄3、4、5圖2-17拉回方式的工作原理緩沖區(qū)234510緩沖區(qū)2345102021/7/951ACKNAK主機(jī)通信裝置ACK？否，重發(fā)3、4、5是，發(fā)下一2）選擇重發(fā)方式發(fā)送方向接收方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)幀，發(fā)送出去的數(shù)據(jù)幀在緩沖區(qū)中暫存;如果接收端檢查某幀有錯，就只將該幀丟棄，其后面的幀仍繼續(xù)接收到緩沖區(qū)中，同時向發(fā)送端發(fā)出某幀錯誤信息NAK發(fā)送端收到某幀錯誤信息后，僅將該編號幀重發(fā)一遍。2021/7/9522）選擇重發(fā)方式2021/7/952否，丟棄3ACKNAK主機(jī)通信裝置ACK？否，重發(fā)3是，發(fā)下一幀通信裝置3號幀正確？是，送主機(jī)主機(jī)圖2-18選擇重發(fā)方式的工作原理緩沖區(qū)234510緩沖區(qū)2345102021/7/953否，丟棄3ACKNAK主機(jī)通信裝置ACK？否，重發(fā)3是，發(fā)下2.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.5.1數(shù)據(jù)交換基本概念2.5.2線路交換2.5.3報文交換2.5.4分組交換2021/7/9542.5數(shù)據(jù)交換技術(shù)2.5.1數(shù)據(jù)交換基本概念20212.5.1數(shù)據(jù)交換基本概念在遠(yuǎn)程同通信中，數(shù)據(jù)要經(jīng)過通信子網(wǎng)中的多個節(jié)點一站一站的傳輸才能送到接收端，我們把這種通信方式稱為交換數(shù)據(jù)交換有以下幾種交換方式。2021/7/9552.5.1數(shù)據(jù)交換基本概念在遠(yuǎn)程同通信中，數(shù)據(jù)要經(jīng)過通信2.5.2線路交換交換數(shù)據(jù)之前，通信雙方先建立物理連接，然后在約定的信道上傳輸數(shù)據(jù)。線路交換經(jīng)過建立線路、傳輸數(shù)據(jù)和釋放線路三個階段。2021/7/9562.5.2線路交換交換數(shù)據(jù)之前，通信雙方先建立物理連接，（1）線路獨占，因此線路的利用率較低；（2）實時性好。傳輸數(shù)據(jù)過程中中間節(jié)點不對數(shù)據(jù)做任何處理，具有較好的實時性；（3）不能緩存數(shù)據(jù)，不能進(jìn)行差錯檢驗；（4）適合大量數(shù)據(jù)傳輸、交互式會話類的通信。線路交換的特點2021/7/957（1）線路獨占，因此線路的利用率較低；線路交換的特點20212.5.3報文交換1．報文交換原理主機(jī)A將發(fā)送的數(shù)據(jù)和源地址、目的地址以及其他控制信息組裝成報文，然后發(fā)送到通信子網(wǎng)中的節(jié)點A。節(jié)點A完成以下工作：接收報文并存儲，對報文進(jìn)行檢錯糾錯，根據(jù)報文中的目的地址選擇一條最佳路徑如果所選路徑空閑就將報文發(fā)送出去，如果所選路徑忙就存儲，2021/7/9582.5.3報文交換1．報文交換原理主機(jī)A將發(fā)送的數(shù)據(jù)和源2021/7/9592021/7/9592．報文交換的特點主要有：（1）發(fā)送數(shù)據(jù)前不需要建立專線連接；（2）不獨占線路，多個用戶的數(shù)據(jù)可以通過存儲和排隊共享一條線路，線路利用率高；（3）有差錯檢測功能，避免出錯數(shù)據(jù)無謂傳輸；（4）有存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以對不同速率的線路進(jìn)行轉(zhuǎn)換；（5）不能支持實時通信和交互式的通信。2021/7/9602．報文交換的特點主要有：2021/7/9602.5.4分組交換所謂分組交換是在報文交換的基礎(chǔ)上，將報文分成更小的單位——分組，然后以分組為單位進(jìn)行傳輸.分組的好處：分組交換更利于檢錯糾錯分組很小，對中間節(jié)點緩沖區(qū)要求也很低1．分組交換的概念2021/7/9612.5.4分組交換1．分組交換的概念2021/7/9612．?dāng)?shù)據(jù)報交換方式（1）不需要建立專線連接，線路利用率高；（2）每個分組獨立攜帶源地址和目的地址信息；（3）每個分組可以經(jīng)過不同的路徑通過通信子網(wǎng)，到達(dá)的順序可能不同于發(fā)送的順序，可能出現(xiàn)分組丟失、重復(fù)現(xiàn)象；（4）數(shù)據(jù)延遲較大，適合于突發(fā)性通信，不適合會話式的通信；2021/7/9622．?dāng)?shù)據(jù)報交換方式（1）不需要建立專線連接，線路利用率高；23．虛電路交換方式（1）在傳輸數(shù)據(jù)之前需要建立一個邏輯連接，這個連接不獨占；（2）數(shù)據(jù)分組不需要攜帶地址信息；（3）所有分組沿一條虛電路傳輸，不會出現(xiàn)亂序、重復(fù)、分組丟失等現(xiàn)象；（4）分組經(jīng)過虛電路上的節(jié)點時，只做差錯檢驗，不需要再選擇路徑；（5）通信子網(wǎng)中每個節(jié)點都可以與任何節(jié)點建立建立多條虛電路。20