計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第講

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第講計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義2上次課主要內(nèi)容數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)用模擬信號(hào)編碼調(diào)制解調(diào)模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號(hào)編碼采樣量化編碼信道極限容量奈氏準(zhǔn)則香農(nóng)定理第2頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.4.3數(shù)據(jù)通信的基本方式數(shù)據(jù)通信的操作方式

1、單工通信

2、半雙工通信

3、全雙工通信數(shù)據(jù)傳輸模式

1、同步傳輸

2、異步傳輸?shù)?頁,共32頁，2024年2月25日，星期天數(shù)據(jù)傳輸模式異步傳輸方式每傳送一個(gè)字符，都要在每個(gè)字符前加一個(gè)起始位，而在每個(gè)字符后加停止位。這種方式的字符發(fā)送是獨(dú)立的，所以又稱為面向字符的異步傳輸方式。同步傳輸方式不加起始位和停止位，而是在發(fā)送字符前發(fā)送一組同步字符（同步標(biāo)識(shí)），使雙方進(jìn)入發(fā)送和接收的同步狀態(tài)。同步傳輸方式將字符組作為發(fā)送單位，在數(shù)據(jù)傳輸過程中提供額外的時(shí)間鏈路或在數(shù)據(jù)中加入時(shí)間信息解決時(shí)間漂移（滑動(dòng)）的問題。第4頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.4.4數(shù)據(jù)交換方式電路交換分組交換報(bào)文交換第5頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.4.5多路復(fù)用技術(shù)所謂的多路復(fù)用可以理解為在同一條信道上傳輸多路信號(hào)。

1、多路：多個(gè)不同的信號(hào)源。

2、復(fù)用：同一信道上同時(shí)傳輸多個(gè)不同的信號(hào)。采用多路復(fù)用技術(shù)，在發(fā)送端，可用復(fù)用器（MUX）以將多路信號(hào)組合在一條信道上進(jìn)行傳輸，到接收端再用分用器（DEMUX）將各路信號(hào)分離開來。多路復(fù)用極大地提高了信道的利用率。實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用的前提是信道實(shí)際傳輸能力超過單個(gè)信號(hào)所要求的的能力。第6頁,共32頁，2024年2月25日，星期天1、常用多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)用技術(shù)（FDM）時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)（TDM）第7頁,共32頁，2024年2月25日，星期天頻分復(fù)用基本思想頻分復(fù)用（FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）

1、將信道有效帶寬劃分成不同的頻段；

2、在不同的頻段上同時(shí)傳輸不同的頻率的信號(hào)。頻分復(fù)用是一種模擬信號(hào)技術(shù)，在信道有效帶寬大于要傳輸?shù)男盘?hào)所需的帶寬時(shí)使用。第8頁,共32頁，2024年2月25日，星期天頻分復(fù)用的信道劃分在頻分復(fù)用中，各個(gè)頻段都有一定的帶寬稱之為邏輯信道。為防止相鄰信道信號(hào)頻率覆蓋造成的干擾，在相鄰兩個(gè)信號(hào)的頻率段之間設(shè)立一定的保護(hù)帶，保護(hù)帶對(duì)應(yīng)的頻譜未被使用。第9頁,共32頁，2024年2月25日，星期天頻分復(fù)用的應(yīng)用頻分復(fù)用在模擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)中使用，不同的信號(hào)同時(shí)占用不同的頻率資源。一旦為某個(gè)信號(hào)分配了頻率資源，將不再改變。頻分復(fù)用技術(shù)成熟，但不夠靈活。常用的頻分復(fù)用系統(tǒng)

1、電話系統(tǒng)

2、有線電視

3、ADSL第10頁,共32頁，2024年2月25日，星期天時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)基本思想時(shí)分復(fù)用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）是一種數(shù)字過程，當(dāng)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率大于各路信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率的總和時(shí)采用。時(shí)分復(fù)用將信道的使用時(shí)間劃分成等長的時(shí)間片，每個(gè)信號(hào)輪流使用時(shí)間片；所有信號(hào)使用一次時(shí)間片的和為一個(gè)周期。每個(gè)周期內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以看成一個(gè)時(shí)分復(fù)用幀。第11頁,共32頁，2024年2月25日，星期天時(shí)分復(fù)用的幀構(gòu)成一個(gè)時(shí)分復(fù)用幀中包含N個(gè)信號(hào)的數(shù)據(jù)；

1、N個(gè)信號(hào)共享同一條信道；

2、在一定的時(shí)間內(nèi)，可以看到N個(gè)信號(hào)“同時(shí)”使用同一條信道傳輸；

3、在時(shí)刻t0信道只接受一個(gè)信號(hào)的發(fā)送；

4、信號(hào)占用信道的全部帶寬，適合基帶傳輸；一般來講，幾個(gè)低速設(shè)備以時(shí)分復(fù)用的方式共享一條高速信道。第12頁,共32頁，2024年2月25日，星期天時(shí)分復(fù)用分類時(shí)分復(fù)用分為兩類

1、同步時(shí)分復(fù)用（SynchronousTDM）采用固定時(shí)間片分配方式，將傳輸信號(hào)的時(shí)間按特定的長度連續(xù)地劃分成特定的時(shí)間段，再將每個(gè)時(shí)間段劃分成等長的多個(gè)時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片以固定的方式分配給各路數(shù)字信號(hào)。

2、異步時(shí)分復(fù)用（AsynchronousTDM），又稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（StatisticTDM）采用按需分配時(shí)間片的方式分配時(shí)間片，只有某路用戶有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)才將時(shí)間片分配給該用戶；當(dāng)沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，將時(shí)間片動(dòng)態(tài)分配給其他的用戶；共享物理鏈路的用戶數(shù)可以大于統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用幀中的時(shí)間片數(shù)。第13頁,共32頁，2024年2月25日，星期天時(shí)分復(fù)用示例ABCDaabbcdbcattttt4個(gè)時(shí)分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時(shí)分復(fù)用#2#3#4用戶第14頁,共32頁，2024年2月25日，星期天統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用示例用戶ABCDabcdttttt3個(gè)STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用第15頁,共32頁，2024年2月25日，星期天同步時(shí)分復(fù)用與統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用總結(jié)同步時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)。采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方式對(duì)同步時(shí)分復(fù)用進(jìn)行改進(jìn)，該方式可明顯地提高信道利用率。第16頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2、其他的多路復(fù)用技術(shù)波分多路復(fù)用（WDM）碼分多址技術(shù)（CDMA）第17頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2-1波分復(fù)用基本思想波分復(fù)用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）

1、光在光纖中的傳輸已經(jīng)達(dá)到了10Gbit/s，幾乎達(dá)到了單個(gè)光載波信號(hào)傳輸?shù)臉O限，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到光纖的帶寬（25000GHz）極限。

2、在借用了頻分復(fù)用的概念之后，能作到在一個(gè)光纖上同時(shí)傳輸多個(gè)頻率很接近的光載波信號(hào)，使傳輸速率提高。

3、在一根光纖上復(fù)用兩路以上光載波信號(hào)稱為波分復(fù)用（WDM）。（1）在光傳輸信號(hào)過程中，由于光的頻率很高，表示不方便，因此，常用光的波長來表示所使用的光信號(hào)，因此，光纖的復(fù)用又稱為波分復(fù)用。（2）事實(shí)上，光信號(hào)的波分復(fù)用就是光的的頻分復(fù)用。第18頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2-2波分復(fù)用的發(fā)展隨著技術(shù)的發(fā)展，在一根光纖上可以復(fù)用的路數(shù)越來越多，于是產(chǎn)生了密集波分復(fù)用（DWDM）技術(shù)。波分復(fù)用的討論

1、不同的信號(hào)具有不同的頻率。

2、不同頻率的信號(hào)對(duì)應(yīng)光信號(hào)中不同的波長；

3、因此，可以將不同頻率的信號(hào)對(duì)應(yīng)到不同波長的光信號(hào)上；

4、只要光纖可以傳輸不同波長的光信號(hào)，光的頻分復(fù)用既波分復(fù)用就能夠?qū)崿F(xiàn)。第19頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2-3波分復(fù)用示例第20頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2-4碼分復(fù)用基本思想各通信用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，在同樣的時(shí)間內(nèi)使用同樣的頻帶進(jìn)行通訊，可以理解為碼分復(fù)用。

1、由于各通信用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此各用戶之間不會(huì)造成干擾。

2、事實(shí)上，碼分復(fù)用（CDM）是另一種信道復(fù)用技術(shù)，也稱為碼分多址（CDMA）。

3、該方式具有很強(qiáng)的抗干擾能力。第21頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2-5碼分復(fù)用工作原理工作原理

1、在CDMA中，每個(gè)比特時(shí)間再劃分為m個(gè)短的間隙，稱為碼片。通常m的值為64或128；

2、使用CDMA的每一個(gè)站被指派一個(gè)唯一的mbit碼片序列；

3、要發(fā)送1則發(fā)送mbit碼片序列，如果發(fā)送0則發(fā)送mbit碼片序列的反碼；

4、按雙極性碼慣例，將0寫成-1，1寫成+1。

5、如果一個(gè)站要發(fā)送的數(shù)據(jù)率b（b/s），由于一個(gè)比特要轉(zhuǎn)換成m個(gè)比特碼片，因此該站的實(shí)際發(fā)送的數(shù)據(jù)率為mb（b/s）；

6、同時(shí)該站所占用的帶寬也提高到原來的m倍，這種通信方式稱為擴(kuò)頻；

7、擴(kuò)頻分為直接序列擴(kuò)頻和跳頻擴(kuò)頻。第22頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2-6碼分復(fù)用的特點(diǎn)CDMA的一個(gè)重要特點(diǎn)是每個(gè)分站分配的碼片序列不僅必須各不相同，并且必須相互正交；

1、令向量S表示s站的碼片序列向量，令T表示其他任何站的碼片向量，則S和T的規(guī)格化內(nèi)積都是0。

2、向量S和各站碼片反碼的向量內(nèi)積也是0；

3、任何一個(gè)碼片向量和該碼片自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1；

4、任何一個(gè)碼片向量和該碼片反碼的規(guī)格化內(nèi)積都是-1。

第23頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2-7CDMA工作原理舉例S站的碼片序列S110ttttttm

個(gè)碼片tS站發(fā)送的信號(hào)SxT站發(fā)送的信號(hào)Tx總的發(fā)送信號(hào)Sx+Tx規(guī)格化內(nèi)積S

Sx規(guī)格化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端第24頁,共32頁，2024年2月25日，星期天例題：P62:2-16第25頁,共32頁，2024年2月25日，星期天2.4.6差錯(cuò)校驗(yàn)和控制數(shù)據(jù)通信要求信息傳輸具有高度的可靠性，即要求誤碼率足夠低。

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中誤碼率要求低于10-6～10-11；

2、但數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)；

3、產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因 （1）信道不理想造成的符號(hào)間干擾，可通過技術(shù)手段消除； （2）噪聲對(duì)信號(hào)的干擾是產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因。差錯(cuò)校驗(yàn)和控制的主要內(nèi)容

1、差錯(cuò)類型

2、差錯(cuò)控制

3、常用的檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼第26頁,共32頁，2024年2月25日，星期天差錯(cuò)類型危害數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑肼暣篌w上分為隨機(jī)噪聲和脈沖噪聲，對(duì)應(yīng)引發(fā)的差錯(cuò)分為：

1、隨機(jī)差錯(cuò) 由信道中的熱噪聲引起的，產(chǎn)生差錯(cuò)的碼元與前后碼元無關(guān)。如果傳輸信號(hào)的信噪比較高，這種差錯(cuò)是可以減少的。

2、突發(fā)差錯(cuò)前后碼元發(fā)生的錯(cuò)誤有相關(guān)性，一個(gè)錯(cuò)誤的出現(xiàn)往往引起前后碼元也出現(xiàn)錯(cuò)誤。

第27頁,共32頁，2024年2月25日，星期天差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制的主要方法

1、差錯(cuò)檢驗(yàn)

2、反饋糾錯(cuò)

3、前向糾錯(cuò)

4、混合糾錯(cuò)第28頁,共32頁，2024年2月25日，星期天常用的差錯(cuò)檢驗(yàn)方法垂直冗余校驗(yàn)（VRC）水平冗余校驗(yàn)（LRC）水平垂直冗余校驗(yàn)（TRC）循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）第29頁,共32頁，2024年2月25日，星期天垂直冗余校驗(yàn)（VRC）1、以字符為單位；2、若一個(gè)字符為8位，其中7位為信息位，最后1位為附加的冗余校驗(yàn)位；3、如果整個(gè)字符中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則該位為1，否則為0；4、該方法能檢查出任意個(gè)奇數(shù)錯(cuò)誤，但不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。XXXXXXX0/1第30頁,共32頁，2024年2月25日，星期天水平冗余校驗(yàn)（LRC）1、將要發(fā)送的數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)拈L度劃分成組；2、對(duì)組內(nèi)所有字符的相同位置上的位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)；3、將得到的一組校驗(yàn)信息附加到信息后；4、這種方法能發(fā)現(xiàn)長度小于n（字符的長度）的突發(fā)錯(cuò)誤和其他錯(cuò)誤。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234校驗(yàn)碼第31頁,共32頁，202