工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)與人機(jī)界面組態(tài)課件 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

1第2章數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)本章內(nèi)容數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成基本概念數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)傳輸介質(zhì)差錯(cuò)控制數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)22.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點(diǎn)：源點(diǎn)設(shè)備產(chǎn)生通信網(wǎng)絡(luò)要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡(jiǎn)單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)設(shè)備噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)3數(shù)據(jù)通信的基本過程5個(gè)階段包含兩項(xiàng)內(nèi)容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程與打電話比較建立物理連接撥號(hào)，撥通對(duì)方建立邏輯連接互相確認(rèn)身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開邏輯連接互相確認(rèn)要結(jié)束通話斷開物理連接雙方掛機(jī)*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個(gè)階段。42.2基本概念數(shù)據(jù)與信號(hào)、信息模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)信息編碼數(shù)據(jù)編碼信道：數(shù)字信道、模擬信道通信方式：?jiǎn)喂ぐ腚p工全雙工傳輸方式：并行通信串行通信同步方式：同步、異步52.2.1數(shù)據(jù)與信號(hào)數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實(shí)體。信息（Information）數(shù)據(jù)的內(nèi)容或解釋。信號(hào)（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號(hào)的形式在介質(zhì)中傳播6模擬信號(hào)時(shí)間上連續(xù)，包含無窮多個(gè)信號(hào)值數(shù)字信號(hào)時(shí)間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號(hào)值。最常見的是二值信號(hào)ta）模擬信號(hào)tb）數(shù)字信號(hào)7周期信號(hào) 信號(hào)由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號(hào) 信號(hào)沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號(hào)）。tTTTtTTT周期信號(hào)非周期信號(hào)tt8信息編碼：將信息用二進(jìn)制數(shù)表示的方法例如：ASCII編碼、BCD編碼等數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法例如：字符“A”的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t9信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過信道傳送到信宿信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數(shù)據(jù)→適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)——便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)調(diào)制：數(shù)字信號(hào)→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形→數(shù)字信號(hào)解碼：數(shù)字信號(hào)→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號(hào)→在信道上傳輸→信號(hào)→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼信息數(shù)據(jù)信號(hào)信道信宿編碼（信息編碼數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)11不同類型的信號(hào)在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)：模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道數(shù)字信道12模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制曼徹斯特差分曼徹斯特13編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號(hào)x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼14調(diào)制與解調(diào)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號(hào)g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調(diào)制解調(diào)制152.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號(hào)）傳輸數(shù)據(jù)的信道計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要采用數(shù)字信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域網(wǎng)模擬信道：以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸數(shù)據(jù)的信道CATV、無線電廣播、電話撥號(hào)線路16數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信在模擬信道上實(shí)現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點(diǎn)抗噪聲（干擾）能力強(qiáng)可以控制差錯(cuò)，提高了傳輸質(zhì)量便于用計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理易于加密、保密性強(qiáng)可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計(jì)算機(jī)通信僅在不得已的情況下，才會(huì)采用模擬通信，如通過電話線撥號(hào)上網(wǎng)。172.2.3通信方式單工 數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）半雙工 數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時(shí)刻雙向傳輸（例：對(duì)講機(jī)）全雙工 數(shù)據(jù)可以雙向同時(shí)傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨(dú)立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個(gè)信道，分別用于不同方向的信號(hào)傳輸。18發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時(shí)不可同時(shí)19基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號(hào)直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號(hào)調(diào)制成音頻模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：通過電話網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號(hào)調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百M(fèi)HZ的模擬信號(hào)后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號(hào)傳輸2.2.4傳輸方式202.3數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼使數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬信號(hào)的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸211.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼●不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ

）二進(jìn)制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；缺點(diǎn)：◆存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；◆不具備自同步機(jī)制，傳輸時(shí)必須使用外同步。22●曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）用電壓的變化表示0和1?！粢?guī)定在每個(gè)碼元的中間發(fā)生跳變◆高→低的跳變代表0，低→高的跳變代表1◆每個(gè)碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號(hào)。這種編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。

◆缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號(hào)速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼23●差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterCoding，DMC）◆每個(gè)碼元的中間仍要發(fā)生跳變?！粲么a元開始處有無跳變來表示0和1

，有跳變代表0，無跳變代表1。1.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼24三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時(shí)鐘NRZManchester差分Manchester25課堂練習(xí)畫出01001110的曼徹斯特和差分曼徹斯特編碼26圖曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼274、習(xí)題有一比特流：10101100011（10個(gè)數(shù)）

1)、畫出它的曼徹斯特編碼，2）、畫出它的差分曼徹斯特編碼解：1、它的曼徹斯特編碼圖為：

101011000112、它的差分曼徹斯特編碼圖為：10101100011282.數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制三種常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。

載波信號(hào)

S(t)=Acos(

t+

)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位

調(diào)制就是要使A、

或

隨數(shù)字基帶信號(hào)的變化而變化29ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK練習(xí)：將二進(jìn)制代碼串10110010進(jìn)行ASK/FSK/PSK313.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼●采樣定理：◆如果模擬信號(hào)的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對(duì)其采樣，則從采樣得到的離散信號(hào)序列就能完整地恢復(fù)出原始信號(hào)。

◆轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號(hào)，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。32●PCM編碼：◆采樣：按一定間隔對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行采樣◆量化：把每個(gè)樣本舍入到最接近的量化級(jí)別上◆編碼：對(duì)每個(gè)舍入后的樣本進(jìn)行編碼◆編碼后的信號(hào)稱為PCM信號(hào)（PulseCodedModulation，脈碼調(diào)制）。3.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號(hào)編碼259318342712481632641282565121024（100）10=64+32+4=100=(1100100)210834●語音信號(hào)的數(shù)字化◆語音帶寬f<4kHz◆采樣時(shí)鐘頻率：8kHz（>2倍語音最大頻率）◆樣本量化級(jí)數(shù)：256級(jí)（8b/每樣本）◆數(shù)據(jù)率：8000次/s×8b=64kb/s◆每路PCM信號(hào)的速率=64kb/s模擬語音信號(hào)采樣時(shí)鐘PCM信號(hào)采樣電路量化和編碼

數(shù)字化語音信號(hào)f<4kHzfs=8kHz35PCM編碼過程舉例

語音信號(hào)011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號(hào)

（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號(hào)0110111011101111000100110101011課前復(fù)習(xí)數(shù)據(jù)、信號(hào)、信息；模擬信號(hào)、數(shù)字信號(hào)；信息編碼、數(shù)據(jù)編碼；調(diào)制、解調(diào)信道：數(shù)字信道、模擬信道通信方式：?jiǎn)喂ぐ腚p工全雙工傳輸方式：并行通信串行通信37信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進(jìn)行傳輸?shù)倪^程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過信道傳送到信宿信息和數(shù)據(jù)（二進(jìn)制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數(shù)據(jù)→適合傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)——便于同步、識(shí)別、糾錯(cuò)調(diào)制：數(shù)字信號(hào)→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形→數(shù)字信號(hào)解碼：數(shù)字信號(hào)→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號(hào)→在信道上傳輸→信號(hào)→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼38模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術(shù)語音移頻,調(diào)制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號(hào)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)10101010調(diào)制ASK

FSKPSK曼徹斯特差分曼徹斯特作業(yè)點(diǎn)評(píng)40三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011

時(shí)鐘NRZManchester差分Manchester41ASK：用載波的兩個(gè)不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個(gè)不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK42PCM編碼過程舉例

語音信號(hào)011100011011001100

PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號(hào)

（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號(hào)011011101110111100010011010101143同步的因素：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時(shí)候開始，什么時(shí)候結(jié)束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個(gè)層次上實(shí)現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步2.4

同步方式44同步脈沖：用于碼元的同步定時(shí)，識(shí)別碼元從何時(shí)開始

●同步脈沖也可位于碼元的中部●一個(gè)碼元也可有多個(gè)同步脈沖相對(duì)應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號(hào)同步脈沖t45●目的：使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致◆外同步——發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號(hào)，接收方用接收到的同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。位同步46位同步47位同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號(hào)中包含同步信號(hào)，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號(hào)提取同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率。位同步48目的：找到正確的字符邊界常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個(gè)字符的傳輸需要：1個(gè)起始位、5～8個(gè)數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個(gè)停止位采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個(gè)字符時(shí)間邏輯“0”邏輯“1”字符同步49●起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：◆頻率的漂移不會(huì)積累，每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新獲得同步◆每?jī)蓚€(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定◆增加了輔助位，所以傳輸效率低★例如，采用1個(gè)起始位、8個(gè)數(shù)據(jù)位、2個(gè)停止位時(shí)，其傳輸效率為8/11≈73％字符同步50目的：識(shí)別一個(gè)幀的起始和結(jié)束 幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結(jié)束校驗(yàn)和0~nbit8bit8bit8~32m7EH=011111107EH幀同步512.5多路復(fù)用技術(shù)●多路復(fù)用：多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道●為何要復(fù)用？——提高線路利用率◆適用場(chǎng)合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個(gè)信源的平均傳輸需求時(shí)DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿52●復(fù)用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個(gè)子信道，每個(gè)子信道傳輸一路數(shù)據(jù)?！駨?fù)用方法◆頻分復(fù)用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)◆時(shí)分復(fù)用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時(shí)間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛2.5多路復(fù)用技術(shù)53◆波分復(fù)用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長(zhǎng)劃分不同的信道，用于光纖傳輸◆碼分復(fù)用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途2.5多路復(fù)用技術(shù)54頻分復(fù)用FDM原理：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每路信號(hào)占用一個(gè)頻率通道進(jìn)行傳輸。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號(hào)f復(fù)用器55時(shí)分復(fù)用TDM原理：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)時(shí)隙，每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號(hào)D2D1D3數(shù)字化信號(hào)MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時(shí)隙號(hào)1231D3D2D1時(shí)間片12時(shí)間片2D1時(shí)隙D2復(fù)用器t56◆由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個(gè)時(shí)間片的固定時(shí)隙，所以這種時(shí)分復(fù)用也稱為同步時(shí)分復(fù)用?！粢粋€(gè)時(shí)間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀?！魰r(shí)分復(fù)用的典型例子：PCM信號(hào)的傳輸把多個(gè)話路的PCM語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個(gè)時(shí)間片內(nèi)發(fā)送每個(gè)時(shí)隙承載一路PCM信號(hào)57時(shí)分復(fù)用——數(shù)字載波復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)T-標(biāo)準(zhǔn)（北美、日本）E-標(biāo)準(zhǔn)

（歐洲、中國(guó)、南美）E1（一次群）標(biāo)準(zhǔn)每125us為一個(gè)時(shí)間片，每時(shí)間片分為32個(gè)通道（時(shí)隙）。每個(gè)時(shí)隙可容納8b。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30個(gè)通道用于傳輸30個(gè)PCM話音數(shù)據(jù)。E1速率=（32x8b）/125us=2.048Mb/s對(duì)E1進(jìn)一步復(fù)用，還可構(gòu)成E2到E5等高次群。E5可承載7680個(gè)話路，數(shù)據(jù)率約為565Mb/s。新的TDM標(biāo)準(zhǔn)是同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）和ITU-T的同步數(shù)字系列（SDH）。常用的線路速率為（近似值）

155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s和10Gb/s。58E1-幀格式E1線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信0121631時(shí)間片125ms=32時(shí)隙，2.048Mb/s幀同步信令30路數(shù)字語音數(shù)據(jù)（PCM數(shù)據(jù)）+2路控制用戶話路用戶話路151759波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每路信號(hào)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜

光纖2光纖3光纖1共享光纖

棱柱/衍射光柵60碼分復(fù)用CDM原理：每個(gè)用戶把發(fā)送信號(hào)用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼（任意兩個(gè)地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關(guān)的信號(hào)才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。在無線移動(dòng)通信中應(yīng)用廣泛?？偨Y(jié)復(fù)習(xí)了各種基本概念：信息信號(hào)數(shù)據(jù)模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)信道：模擬信道（電話網(wǎng)）數(shù)字信道（計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)）調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)編碼：曼徹斯特PCM=采樣量化編碼同步是什么為什么怎么做復(fù)用技術(shù)-----時(shí)分復(fù)用頻分復(fù)用波分復(fù)用碼分復(fù)用數(shù)據(jù)交換技術(shù)622.6數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時(shí)為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)后則斷開該線路，該線路又可分配給其他用戶。最初的交換：人工轉(zhuǎn)接交換為什么要采用交換技術(shù)？節(jié)省線路投資，提高線路利用率。實(shí)現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報(bào)文交換和分組交換。63電路交換的主要特點(diǎn)兩部電話機(jī)只需要用一對(duì)電線就能夠互相連接起來。

64更多的電話機(jī)互相連通5部電話機(jī)兩兩相連，需10對(duì)電線。N部電話機(jī)兩兩相連，需N(N–1)/2對(duì)電線。當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量很大時(shí)，這種連接方法需要的電線對(duì)的數(shù)量與電話機(jī)數(shù)的平方成正比。

65使用交換機(jī)當(dāng)電話機(jī)的數(shù)量增多時(shí)，就要使用交換機(jī)來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)?！?/p>

交換機(jī)66“交換”的含義在這里，“交換”(switching)的含義就是轉(zhuǎn)接——把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動(dòng)態(tài)地分配傳輸線路的資源。67電路交換在通信雙方之間建立一條臨時(shí)專用線路的過程?？梢允钦嬲奈锢砭€路，也可以是一個(gè)復(fù)用信道。特點(diǎn)：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路?！Q為“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接優(yōu)缺點(diǎn)：建立連接的時(shí)間長(zhǎng)；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯(cuò)機(jī)制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計(jì)算機(jī)通信：因?yàn)橛?jì)算機(jī)數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點(diǎn)，真正傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)間不到10%。例如：建立連接的時(shí)間為0.5s，計(jì)算機(jī)以1Mb/s的速率發(fā)送10KB。線路利用率＝？68電話網(wǎng)絡(luò)中的電路交換電路交換也能在多路復(fù)用信道上實(shí)現(xiàn)在物理線路的某個(gè)信道上建立連接69報(bào)文交換以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)”交換的技術(shù)。在交換過程中，交換設(shè)備將接收到的報(bào)文先存儲(chǔ)下來，待信道空閑時(shí)再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級(jí)一級(jí)中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲(chǔ)-轉(zhuǎn)發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立節(jié)點(diǎn)間的連接?！Q為“無連接的”（典型例子：電報(bào)）整個(gè)報(bào)文（Message）作為一個(gè)整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點(diǎn)：沒有建立和拆除連接所需的等待時(shí)間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報(bào)文大小不一，造成存儲(chǔ)管理復(fù)雜；大報(bào)文造成存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長(zhǎng)，且對(duì)存儲(chǔ)容量要求較高；出錯(cuò)后整個(gè)報(bào)文全部重發(fā)。類比：下載時(shí)若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯(cuò)你會(huì)怎樣做？70分組交換（包交換）將報(bào)文分割成若干個(gè)大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路——也是“無連接的”。有強(qiáng)大的糾錯(cuò)機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優(yōu)缺點(diǎn)：對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組——速度快；轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)小——適用于交互式通信；某個(gè)分組出錯(cuò)可以僅重發(fā)出錯(cuò)的分組——效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯(cuò)性好。需要分割報(bào)文和重組報(bào)文，增加了端站點(diǎn)的負(fù)擔(dān)。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式71數(shù)據(jù)報(bào)方式（Datagram）各分組獨(dú)立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按序到達(dá)，所以目的站點(diǎn)需要按分組編號(hào)重新排序和組裝數(shù)據(jù)報(bào)方式不能保證分組按序到達(dá)分組可能通過多個(gè)路徑穿越網(wǎng)絡(luò)72虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預(yù)先建立一條邏輯連接——虛電路虛電路是由其路徑上的所有交換機(jī)中的路由表定義的邏輯連接類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車:分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡(luò)，火車站:節(jié)點(diǎn)）“西安－北京”這條線路可以看成是一條虛路徑也需要三個(gè)過程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除建立虛電路時(shí)，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時(shí)所需的所有資源虛電路的路由在建立時(shí)確定，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則不再需要數(shù)據(jù)傳輸時(shí)只需指定虛電路號(hào)，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡(luò)——“數(shù)字管道”提供的是“面向連接”的服務(wù)但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個(gè)鏈路段——與鐵路系統(tǒng)類比！可以看成是采用了電路交換思想的分組交換能夠保證分組按序到達(dá)永久虛電路PVC和交換虛電路SVC73分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)74三種交換方式的事件順序呼叫請(qǐng)求呼叫應(yīng)答數(shù)據(jù)ABCD尋路延遲線路交換分組1分組2分組3ABCD分組交換分組4t報(bào)文ABCD排隊(duì)延遲報(bào)文交換75各種交換方式數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成：基本概念：信息數(shù)據(jù)信號(hào)信源信宿信道編碼解碼調(diào)制解調(diào)，通信方式：?jiǎn)喂ぐ腚p工全雙工數(shù)據(jù)編碼：模擬變數(shù)字?jǐn)?shù)字變數(shù)字?jǐn)?shù)字變模擬同步復(fù)用數(shù)據(jù)交換：電路交換分組交換報(bào)文交換數(shù)據(jù)交換技術(shù)幾種？3種電路交換：782.7差錯(cuò)控制什么是差錯(cuò)控制？在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)差錯(cuò)并進(jìn)行糾正為何要進(jìn)行差錯(cuò)控制？不存在理想的信道→傳輸總會(huì)出錯(cuò)與語音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的差錯(cuò)率。產(chǎn)生差錯(cuò)的原因：信號(hào)衰減和熱噪聲；信道的電氣特性引起信號(hào)幅度、頻率、相位的畸變；信號(hào)反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電動(dòng)機(jī)的啟停等。79差錯(cuò)控制的基本方法：接收方進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。80奇偶校驗(yàn)（ParityChecking）可以在兩個(gè)級(jí)別上實(shí)現(xiàn)：在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個(gè)奇偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。例如：1100010增加偶校驗(yàn)位后為11100010若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗(yàn)結(jié)果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯(cuò)誤。在通信過程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時(shí)增加奇偶校驗(yàn)位。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能檢測(cè)出奇數(shù)個(gè)位錯(cuò)，偶數(shù)個(gè)位錯(cuò)則不能檢出。偶校驗(yàn)10110011182循環(huán)冗余校驗(yàn)（CyclicRedundancyCheck,CRC）差錯(cuò)檢測(cè)原理：

收發(fā)雙方約定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(x)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計(jì)算出CRC校驗(yàn)和并把它加在數(shù)據(jù)的末尾。接收方則用G(x)去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯(cuò)。校驗(yàn)和是16位或32位的二進(jìn)制位串。CRC校驗(yàn)的關(guān)鍵是如何計(jì)算校驗(yàn)和。83*CRC校驗(yàn)和的計(jì)算以數(shù)據(jù)塊（幀,Frame）為單位進(jìn)行校驗(yàn)將數(shù)據(jù)塊構(gòu)成的位串看成是系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式如110001，可表示成多項(xiàng)式x5+x4+1若G(x)為r階，幀為m位，其多項(xiàng)式為M(x)，則在幀后面添加r個(gè)0，成為m+r位，相應(yīng)多項(xiàng)式2rM(x)

按模2除法用2rM(x)除以G(x)：商Q(x)，余R(x)即：2rM(x)=G(x)Q(x)+R(x)按模2加法把2rM(x)與余數(shù)R(x)相加，結(jié)果就是要傳送的帶校驗(yàn)和的幀的多項(xiàng)式T(x)：即：T(x)=2rM(x)+R(x)實(shí)際上，T(x)=2rM(x)+R(x)=[G(x)Q(x)+R(x)]+R(x)=G(x)Q(x)(模2運(yùn)算)

所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被G(x)除盡。84CRC校驗(yàn)碼的檢錯(cuò)能力：可檢出所有奇數(shù)個(gè)錯(cuò)；可檢出所有單位/雙位錯(cuò)；可檢出所有≤G(x)長(zhǎng)度的突發(fā)錯(cuò)。常用的生成多項(xiàng)式G(x)：CRC16=x16+x15+x2+1CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+185校驗(yàn)和發(fā)送方算法將待發(fā)送的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的字符串分成若干16位的位串，每個(gè)位串看成一個(gè)二進(jìn)制數(shù)，這里的字符串不關(guān)注其語義。將IP、ICMP、TCP或UDP的PDU首部中的校驗(yàn)和字段設(shè)置為0，該字段也參與校驗(yàn)和運(yùn)算。對(duì)這些16位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行1的補(bǔ)碼和（one’scomplementsum）運(yùn)算，累加的結(jié)果再取反作為校驗(yàn)和，并放置到PDU的校驗(yàn)和字段中。接收方算法將接收的進(jìn)行校驗(yàn)和運(yùn)算的16位二進(jìn)制按發(fā)送方的同樣方法進(jìn)行1的補(bǔ)碼和運(yùn)算，包括校驗(yàn)和字段、累加的結(jié)果再取反。這樣，其結(jié)果為0，表明傳輸正確；否則，表明傳輸有差錯(cuò)。862.8

傳輸介質(zhì)金屬導(dǎo)體雙絞線、同軸電纜(粗、細(xì))光纖無線介質(zhì)無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線87同軸電纜（CoaxialCable，CC）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用基帶同軸電纜阻抗50

，有粗同軸和細(xì)同軸兩種應(yīng)用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s，500m/185m銅芯絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層保護(hù)套88雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根4對(duì)、25對(duì)、1800對(duì)典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭優(yōu)缺點(diǎn)：成本低組裝密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離短應(yīng)用領(lǐng)域：電話網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)內(nèi)導(dǎo)體芯線絕緣內(nèi)屏蔽外屏蔽外套89屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應(yīng)用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應(yīng)用廣泛常用的雙絞線：3類（16Mb/s）

和5類（155Mb/s）兩種90雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)色彩標(biāo)記和連接方法:交叉線EIA-568B直連線EIA-568A1-白綠、2-綠、3-白橙、4-藍(lán)、5-白藍(lán)、6-橙、7-白棕、8-棕1-白橙、2-橙、3-白綠、4-藍(lán)、5-白藍(lán)、6-綠、7-白棕、8-棕交叉線：交換機(jī)—交換機(jī)、PC-PC、HUB-HUB(標(biāo)準(zhǔn)端口)直連線：PC/路由器—交換機(jī)/HUB、HUB-HUB(級(jí)連端口)91光纖（OpticalFiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點(diǎn)：傳輸帶寬高：僅受光電轉(zhuǎn)換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長(zhǎng)距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價(jià)格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：塑料二氧化硅

（高純玻璃）92光纖傳輸原理——光的反射光從折射率高的介質(zhì)入射到折射率低的介質(zhì)時(shí)會(huì)產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角≥臨界值時(shí)產(chǎn)生全反射，不會(huì)泄漏。纖芯——折射率高，玻璃包層——折射率低亮度調(diào)制：有光脈沖-1，無光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質(zhì)、光檢測(cè)光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測(cè)器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD單向傳輸，雙向需兩根光纖應(yīng)用領(lǐng)域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器連接93多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個(gè)光波波長(zhǎng)多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調(diào)制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播94典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內(nèi)芯玻璃內(nèi)芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：纖芯——50um緩變型-MMF62.5um緩變型/增強(qiáng)型-MMF8.3um突變型-SMF

包層——125um95高密度多芯光纜剖面結(jié)構(gòu)芯封套外套加強(qiáng)芯光纖外鞘加強(qiáng)芯光纖束96無線介質(zhì)（信號(hào)在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點(diǎn)：無需物理連接適用于長(zhǎng)距離或不便布線的場(chǎng)合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類型：無線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線97微波通信通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50～100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔98地球同步衛(wèi)星與地面站相對(duì)固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)（≈270ms）廣播式傳輸應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長(zhǎng)途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784km地球99激光傳輸將激光束調(diào)制成光脈沖傳輸數(shù)據(jù)特點(diǎn)：激光的頻率更高，可獲得更高的帶寬