最新-數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識-PPT課件

1、第2章 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識本章內(nèi)容數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)基本概念傳輸介質(zhì)數(shù)據(jù)編碼多路復(fù)用技術(shù)數(shù)據(jù)交換技術(shù)差錯控制數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)12.1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，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)2數(shù)據(jù)通信的基本過程5個階段包含兩項(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，

2、撥通對方 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個階段。32.2基本概念數(shù)據(jù)與信號信道通信方式傳輸方式同步方式42.2.1數(shù)據(jù)與信號數(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（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質(zhì)中傳播5模擬信號時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值數(shù)字信號時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號ta） 模擬信號tb） 數(shù)字信號6周期信號信號由不斷重復(fù)的固定模式組成（如正弦波）非周期信號信號

3、沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。tTTTtTTT周期信號非周期信號tt7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01000001t8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)用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息和數(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)字信號便于同步、識別、糾錯調(diào)制：數(shù)字信號適合傳輸?shù)男问桨搭l率、幅度、相位解調(diào)：接收波形數(shù)字信號解碼：數(shù)字信號原始數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)信號在信道上傳輸信號數(shù)據(jù)信息數(shù)據(jù)編碼調(diào)制解調(diào)數(shù)據(jù)解

4、碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼9不同類型的信號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：模擬信號 數(shù)字信號 信道：模擬信道 數(shù)字信道10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)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調(diào)制11編碼與調(diào)制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調(diào)制：用模擬信號承載數(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12調(diào)制與

5、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132.2.2 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）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)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道CATV、無線電廣播、電話撥號線路14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，提高了傳輸質(zhì)量便于用

6、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，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。152.2.3 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?，但不能在同一時刻雙向傳輸（例：對講機(jī)）全雙工數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（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信道，分別用于不同方向的信號傳輸。16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站可同時不可同時17基帶傳輸：不需調(diào)制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。例如：以太

7、網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號調(diào)制成音頻模擬信號后再傳送，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：把信號調(diào)制成頻帶為幾十MHZ到幾百M(fèi)HZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調(diào)。例如：閉路電視的信號傳輸2.2.4 傳輸方式18同步的因素：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結(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2.2.5 同步方式19同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始 同步脈沖也可位于碼元的中部 一個碼元也可有多個同步脈沖相對應(yīng)t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t20目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準(zhǔn)

8、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，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。位同步21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，每個字符的傳輸需要：1個起始位、58個數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個停止位采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”起止式的優(yōu)缺點(diǎn)：頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新獲得同步每兩個字符之間的間隔時間不固定增加了輔助位，所以傳輸效率低例如，采用1個起始位、 8個數(shù)據(jù)位、 2個停止位時，其傳輸效率為8/11

9、73起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個字符時間邏輯“0”邏輯“1”字符同步22目的：識別一個幀的起始和結(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)識一個幀的開始，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)識一個幀的開始，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 n bit8bit8bit832m7EH7EH幀同步232.3 傳輸介質(zhì)磁介質(zhì)高帶寬、低費(fèi)用、高延時（小時） 在通信中很少使用 例：7GB/8mm磁帶，1000盤/505050cm3，24h可送到任何地方。 總?cè)萘?7

10、10008Gb，總時間=246060s=86400s 傳送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 若讓劉翔來傳送1盤10GB的磁帶，在110m（12.91s）內(nèi)其傳輸速率是多少？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24同軸電纜（Coaxial Cable，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25雙絞線（Twist Pair，TP）螺旋絞合的雙導(dǎo)線每根4對、25對、1800對典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭優(yōu)缺點(diǎn)

11、： 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26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27雙絞線的連接標(biāo)準(zhǔn)色彩標(biāo)記和連接方法：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(級連端口)線對色彩碼1白藍(lán)，藍(lán)2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕1234567812345678123456

12、7812345678交叉線EIA-568B直連線EIA-568A28光纖（Optical Fiber，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，適合長距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價格較高需要光電轉(zhuǎn)換纖芯材料：塑料二氧化硅 （高純玻璃）29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)時會產(chǎn)生折射。折射量取決于兩種介質(zhì)的折射率。當(dāng)入射角臨界值時產(chǎn)生全反射，不會泄漏。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)、光檢測光源：850nm/1300nm/

13、1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測器：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30多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個光波波長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31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-MMF 62.5um緩變型/增強(qiáng)型-MMF 8.3um突變型-SMF 包層125um32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33無線介質(zhì)（信號在

14、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距離或不便布線的場合易受干擾反射，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34微波通信通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50 100 km速率：每信道 45 Mb/s地球地面站之間的直視線路 微波傳送塔35地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（270ms）廣播式傳輸應(yīng)用領(lǐng)域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)35,784km地球36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，可獲得更高的帶寬激光束的方向性好，不受電磁干擾的影響，不怕偷聽 受天氣影響只能在短

15、距離通信中使用 37紅無線通信紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個房間內(nèi)的廣播通信系統(tǒng) 特點(diǎn)：紅外通信的設(shè)備相對便宜，可獲得較高的帶寬傳輸距離有限，而且易受室內(nèi)空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響 38短波通信基站與終端之間通信采用無線鏈路應(yīng)用領(lǐng)域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站 用戶計(jì)算機(jī)和終端39常用傳輸介質(zhì)的比較傳輸介質(zhì)傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價格應(yīng)用雙絞線寬帶基帶1Gb/s模擬: 10km數(shù)字: 500m較好低模擬/數(shù)字信號傳輸50同軸電纜基帶10Mb/s3km較好較低基帶數(shù)字信號75同軸電纜寬帶450MHz100km較好較低模擬電視、

16、數(shù)據(jù)及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠(yuǎn)距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶46GHz幾百km好中等遠(yuǎn)程通信衛(wèi)星寬帶110GHz18000km很好高遠(yuǎn)程通信402.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(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的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸411. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼不歸零碼（Non-Return to Zero， 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，傳輸時必須使用外同步。曼徹斯特編碼（Manchester Co

17、ding）用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個碼元的中間發(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。這種編碼也稱為自同步碼（Self-Synchronizing Code）。缺點(diǎn)：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。差分曼徹斯特編碼（Differential Manchester Coding，DMC）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼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。42三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011 時鐘NRZManchester差分Manchester432. 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制三種

18、常用的調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控ASK （Amplitude Shift Keying）頻移鍵控FSK （Frequency Shift Keying）相移鍵控PSK （Phase Shift Keying）原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進(jìn)行調(diào)制。 載波信號 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)字基帶信號的變化而變化44ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK453. 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼采樣定理：如果模擬信號的最高頻率

19、為F，若以2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復(fù)出原始信號。要轉(zhuǎn)換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號，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。PCM編碼：采樣：按一定間隔對語音信號進(jìn)行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進(jìn)行編碼編碼后的信號稱為PCM信號（ Pulse Coded Modulation，脈碼調(diào)制）。46語音信號的數(shù)字化語音帶寬f2倍語音最大頻率）樣本量化級數(shù)：256級（8b/每樣本）數(shù)據(jù)率：8000次/s8b = 64kb/s每路PCM信號的速率 = 64kb/s模擬語音信號采樣時鐘PCM 信號采樣電路量化和編碼

20、數(shù)字化語音信號f4kHzfs=8kHz47PCM編碼過程舉例 語音信號011 100 011 011 001 100 PCM 輸出343314011100011011001100 PCM 信號 （有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2 PAM信號482.5 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用：多個信息源共享一個公共信道為何要復(fù)用？提高線路利用率適用場合：當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時類比：公共運(yùn)輸系統(tǒng)（鐵路、海運(yùn)、航空）DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿49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子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復(fù)用方法頻分復(fù)用FDM （Freq

21、uency Division Multiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)時分復(fù)用TDM （Time Division Multiplexing）按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛波分復(fù)用WDM （Wave Division Multiplexing） 按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸碼分復(fù)用CDM （Code Division Multiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途50頻分復(fù)用FDM原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進(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

22、寬MUXCH1CH2CH3帶寬復(fù)用信號f復(fù)用器51時分復(fù)用TDM原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復(fù)用后的數(shù)據(jù)流時隙號1231D3D2D1時間片12時間片2D1時隙D2復(fù)用器t52由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復(fù)用也稱為同步時分復(fù)用。一個時間片內(nèi)傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。時分復(fù)用的典型例子：PCM信號的傳輸把多個話路的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）每幀在一個時間片內(nèi)發(fā)送每個時隙承載一路PCM信號53統(tǒng)計(jì)（異步）

23、TDMSTDMTDM的缺點(diǎn)：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費(fèi)。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片1時間片2同步TDM帶寬浪費(fèi)A1B1B2時間片1時間片2統(tǒng)計(jì)TDM可用帶寬C254時分復(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、南美）E1（一次群）標(biāo)準(zhǔn)每125us為一個時間片，每時間片分為32個通道（時隙）。每個時隙可容納8b。通道0用于同步，通道16用于信令，其他30個通道用于傳輸30個PCM話音數(shù)據(jù)。E1速率 = （32x8b）/125us = 2.

24、048 Mb/s對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。55E1-幀格式E1線路也可以用于計(jì)算機(jī)通信0121631時間片125 ms = 32 時隙，2.048 Mb/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151756波分復(fù)用光的頻分復(fù)用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。F2F1F3光譜F1F

25、2F3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57碼分復(fù)用CDM原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列進(jìn)行編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被迭加，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)的信號才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。地址碼序列必須兩兩相互正交：碼序列A、B，應(yīng)滿足 AB =0，A B =0，A A =1，A A =-1 其中 為內(nèi)積運(yùn)算。在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。582.6 數(shù)據(jù)交換技術(shù)什么是交換？按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機(jī)在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進(jìn)行接續(xù)。用戶掛機(jī)

26、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。59電路交換在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。可以是真正的物理線路，也可以是一個復(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。稱為“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)：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨(dú)占線路，線路利用率低；無糾錯機(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)的時間不到10%。例如：建立連接的時間為0.5s，計(jì)算機(jī)以1Mb

27、/s的速率發(fā)送10KB。線路利用率？60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)在物理線路的某個信道上建立連接61報(bào)文交換以報(bào)文為單位進(jìn)行“存儲-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)文先存儲下來，待信道空閑時再轉(zhuǎn)發(fā)出去，一級一級中轉(zhuǎn)，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)稱為存儲-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)文時建立節(jié)點(diǎn)間的連接。稱為“無連接的”（典型例子：電報(bào)）整個報(bào)文（Message）作為一個整體一起發(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，造成存儲管理復(fù)雜；大報(bào)文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長，且對存

28、儲容量要求較高；出錯后整個報(bào)文全部重發(fā)。類比：下載時若無斷點(diǎn)續(xù)傳功能，一旦出錯你會怎樣做？62分組交換（包交換）將報(bào)文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進(jìn)行存儲轉(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)大的糾錯機(jī)制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優(yōu)缺點(diǎn)：對轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)的存儲要求較低，可以用內(nèi)存來緩沖分組速度快；轉(zhuǎn)發(fā)延時小適用于交互式通信；某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。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63數(shù)據(jù)報(bào)方式（Datagram）各分組獨(dú)立地確定路由（傳輸路徑

29、）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)分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡(luò)64虛電路方式（Virtual Circuit）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過程：建立數(shù)據(jù)傳輸拆除建立虛電路時，交換機(jī)將預(yù)留傳輸時所需的所有資源虛電路的路由在建立時確定，傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要數(shù)據(jù)傳輸時只需指定虛電路號，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

30、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SVC65分組通過預(yù)先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡(luò)66三種交換方式的事件順序呼叫請求呼叫應(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67各種交換方式682.7 差錯控制什么是差錯控制？在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進(jìn)行糾正為何要進(jìn)行差錯控制？不存在理想的信道傳輸總會出錯與語音、圖像傳輸不同，計(jì)算機(jī)通信要求極低的差錯率。產(chǎn)生差錯的原因：信號衰減和熱噪聲；信道的電氣特性引起信號幅

31、度、頻率、相位的畸變；信號反射，串?dāng)_；沖擊噪聲，閃電、大功率電動機(jī)的啟停等。69差錯控制的基本方法：接收方進(jìn)行差錯檢測，并向發(fā)送方應(yīng)答，告知是否正確接收。實(shí)際采用的差錯控制技術(shù)自動請求重傳（ Automatic Repeat Request, ARQ）停等 ARQ 每發(fā)送一幀就需要一個應(yīng)答幀只重傳剛才出錯的幀幀編號只需0和1即可Go-back-N ARQ每發(fā)送N幀需要一個應(yīng)答幀需重傳前面（N-i+1）幀（0iN）幀編號從0到N-1選擇重傳 ARQ每發(fā)送N幀需要一個應(yīng)答幀只重傳出錯的幀前向糾錯（ FEC-Forward Error Control,FEC）混合方式Hybrid（FEC-ARQ）7

32、0奇偶校驗(yàn)（Parity Checking）可以在兩個級別上實(shí)現(xiàn)：在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個奇偶校驗(yàn)位，使結(jié)果中1的個數(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)生了錯誤。在通信過程中實(shí)現(xiàn)：在發(fā)送時增加奇偶校驗(yàn)位。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能檢測出奇數(shù)個位錯，偶數(shù)個位錯則不能檢出。71循環(huán)冗余校驗(yàn)（Cyclic Redundancy Check , CRC）差錯檢測原理：收發(fā)雙方約定一個生成多項(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

33、。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。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。72*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)

34、 ：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。73CRC校驗(yàn)碼的檢錯能力：可檢出所有奇數(shù)個錯；可檢出所有單位/雙位錯；可檢出所有G(x)長度的突發(fā)錯。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+174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，每個位串看成一個二進(jìn)制數(shù)，這里的字符串

35、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。對這些16位的二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行1的補(bǔ)碼和（ones complement sum）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。 752.8數(shù)據(jù)通信性能指標(biāo)時延與時延帶寬積誤碼率與誤比特率信息傳輸速率與碼元傳輸速率信道的最大傳輸速率76時延時延：一個數(shù)據(jù)塊（幀、分組、報(bào)文段等）從鏈路或網(wǎng)絡(luò)的一端傳送到另一端所需要的時間?？倳r延發(fā)送時延 + 傳播時延 + 轉(zhuǎn)發(fā)時延發(fā)送時延發(fā)送時間數(shù)據(jù)塊長度/信息傳輸速率傳播時延傳播時延信道長度/電磁波在信道上的傳播速率轉(zhuǎn)發(fā)時延77帶寬（Band Width，BW）：信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通信工程中：BW fmax fmin 單位：赫茲（Hz）在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，用每秒允許傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù)作為帶寬的計(jì)量單位。主要單位： b/s 、Kb/s、Mb/s、Gb/s。例如：傳統(tǒng)以太網(wǎng)理論上每秒可以傳