《數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)》課件

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1、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 傳輸介質(zhì)及其主要特性 2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù) 2.4 多路復(fù)用技術(shù) 2.5 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù) 2.6 差錯(cuò)控制方法,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,一、信息、數(shù)據(jù)和信號(hào) 1.信息、數(shù)據(jù)和信號(hào) 信息是指有用的知識(shí)或者消息。 數(shù)據(jù)是信息的表達(dá)方式。 信號(hào)是數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的電磁表示。 2.模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào) 模擬信號(hào)是隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量。 數(shù)字信號(hào)相對(duì)于時(shí)間和幅值而言都是不連續(xù)的，即離散的物理量，它只包含有限數(shù)目的固定值。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,二、數(shù)據(jù)通信方式 串行通信和并行通信 （1）串行通信 將待傳送的每個(gè)字節(jié)的二進(jìn)制代碼按

2、由低到高位的順序，依次發(fā)送。這種數(shù)據(jù)通信方式稱為串行通信。 串行通信的優(yōu)點(diǎn)：成本低，利用率高； 缺點(diǎn)：速度慢，需進(jìn)行串 / 并轉(zhuǎn)換。 這種通信方式適合長(zhǎng)距離的信號(hào)傳輸。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,（ 2 ） 并行通信 并行通信是指同時(shí)傳輸一組（多個(gè)比特位）比特，每個(gè)比特使用單獨(dú)的一條線路。 并行通信的特點(diǎn)：成本高，速度快，不需串 / 并轉(zhuǎn)換； 缺點(diǎn)：信道的利用率低。 這種通信方式適合近距離的傳輸。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,2.單工、半雙工和全雙工通信 （1）單工 在單工通信方式下，信號(hào)只能按照一個(gè)方向上傳輸（正向或反向），任何時(shí)候不能改變信號(hào)的傳輸方向 。如無(wú)線電廣播和電視廣播。 （2）

3、半雙工 半雙工通信允許信號(hào)在兩個(gè)方向上傳輸，但某一時(shí)刻只允許信號(hào)在一個(gè)信道上單向傳輸。如對(duì)講機(jī)。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,（3) 全雙工 全雙工通信可以同時(shí)進(jìn)行兩個(gè)方向的信號(hào)的傳輸。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,3.數(shù)據(jù)通信中的同步方式 同步：要求通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致。 數(shù)據(jù)通信中常用的兩種同步方式是：異步傳輸和同步傳輸。 （1）異步傳輸 異步傳輸是以字符為單位進(jìn)行傳輸，傳輸字符之間的時(shí)間間隔可以是隨機(jī)的、不同步的。 異步傳輸方式實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。但需在每個(gè)字符的首尾附加起始位和停止位，因而它的額外開(kāi)銷大，傳輸效率低。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,（ 2 ）同步傳輸 同步方式是

4、指在一組字符（數(shù)據(jù)幀）之前加入同步字符，同步字符之后可以連續(xù)發(fā)送任意多個(gè)字符。 同步方式數(shù)據(jù)幀的典型組成 ： 同步字符（ SYN ）：表示數(shù)據(jù)幀的開(kāi)始 地址字段：包括源地址和目的地址 控制字段：用于控制信息 數(shù)據(jù)字段：用戶數(shù)據(jù) 檢驗(yàn)字段：用于檢錯(cuò) 幀結(jié)束字段：表示數(shù)據(jù)幀的結(jié)束 同步方式中，數(shù)據(jù)傳輸額外開(kāi)銷小，傳輸效率高。但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，傳輸中的一個(gè)錯(cuò)誤將影響整個(gè)字符組（而異步傳輸中的同樣錯(cuò)誤只影響一個(gè)字符的正確接收）。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,4. 數(shù)據(jù)通信的主要技術(shù)指標(biāo) （ 1 ）數(shù)據(jù)傳輸速率是指?jìng)鬏斁€路上傳輸信息的速度，有數(shù)據(jù)傳輸速率和信號(hào)傳輸速率兩種表示方法。 1) 數(shù)據(jù)傳輸速率 數(shù)

5、據(jù)傳輸速率又稱比特率，指單位時(shí)間內(nèi)所傳送的二進(jìn)制位的個(gè)數(shù)，單位為比特每秒，表示為 bps 或 b/s 。 2) 信號(hào)傳輸速率 信號(hào)傳輸速率又稱波特率或調(diào)制速率，指單位時(shí)間內(nèi)所傳送的信號(hào)的個(gè)數(shù)，單位為 baud （波特）。 3) 比特率與波特率的關(guān)系 比特率與波特率都是衡量信息在傳輸線路上傳輸快慢的指標(biāo)，但兩者針對(duì)的對(duì)象有所不同，比特率針對(duì)的是二進(jìn)制位數(shù)傳輸，波特率針對(duì)信號(hào)波形的傳輸。,2.1 數(shù)據(jù)通信的基本概念,（ 2 ） 誤碼率 誤碼率表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)位在傳輸中出錯(cuò)的概率。 （ 3 ） 信道容量 信道容量指信道所能承受的最大數(shù)據(jù)傳輸速率，單位為 bps 或 b/s 。 （ 4 ） 三個(gè)指

6、標(biāo)之間的關(guān)系 數(shù)據(jù)速率用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的快慢，是信道的實(shí)際數(shù)據(jù)傳輸速率； 信道容量用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的能力，是信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率； 誤碼率用于衡量信道傳輸數(shù)據(jù)的可靠性。,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,一、傳輸介質(zhì)及其主要特性 傳輸介質(zhì)就是指搭載數(shù)字或模擬信號(hào)的傳輸媒介。 常用的傳輸介質(zhì)有： （ 1 ）雙絞線 （ 2 ）同軸電纜 （ 3 ）光纖電纜 （ 4 ）無(wú)線與衛(wèi)星通信信道,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,傳輸介質(zhì)的特性主要是以下幾點(diǎn)： （ 1 ）物理特性：對(duì)傳輸介質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的描述； （ 2 ）傳輸特性：傳輸介質(zhì)允許傳送數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，以及調(diào)制技術(shù)，傳輸容量與傳輸?shù)念l率范圍；

7、 （ 3 ）連通特性：允許點(diǎn)到點(diǎn)或多點(diǎn)連接； （ 4 ）地理范圍：傳輸介質(zhì)的最大傳輸距離； （ 5 ）抗干擾性：傳輸介質(zhì)防止噪聲與電磁干擾對(duì)傳輸數(shù)據(jù)影響的能力； （ 6 ）相對(duì)價(jià)格；器件、安裝與維護(hù)費(fèi)用；,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,二、雙絞線的主要特性 1. 物理特性 雙絞線是由兩根絕緣銅導(dǎo)線擰成規(guī)則的螺旋狀結(jié)構(gòu)。把電線絞起來(lái)的目的是減少線對(duì)之間的電磁干擾、噪聲、串音等。在傳輸系統(tǒng)中，通常把許多這樣的線對(duì)捆在一起，再包上保護(hù)層形成一條電纜，以便使用。 一般說(shuō)來(lái)，雙絞線的線路損耗大、傳輸速率低，但價(jià)格便宜，易于安裝，主要用于局域網(wǎng)中，傳輸距離為幾百米。 雙絞線既可以傳輸模擬信號(hào)，又可以

8、傳輸數(shù)字信號(hào)。 常用的雙絞線分屏蔽雙絞線（ STP ）和無(wú)屏蔽雙絞線（ UTP ）兩大類。屏蔽雙絞線比非屏蔽雙絞線增加了一個(gè)屏蔽層，能夠更有效地防止電磁干擾。,UTP雙絞線,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,2. 傳輸特性 屏蔽雙絞線的抗干擾性好， 100m 內(nèi)傳輸速率可達(dá) 500Mb/s 。 無(wú)屏蔽雙絞線又可分為如下 5 個(gè)基本類型： 1 類：阻抗范圍廣，不宜作數(shù)據(jù)傳輸 2 類：與 1 類相同，最高帶寬為 1MHz ，適用于 PBX 和告警系統(tǒng)。 3 類：阻抗為 100 ，最高帶寬為 16MHz 。適用于 10BASE-T 和 4Mb/s 令牌環(huán)網(wǎng) . 4 類：除最大帶寬為 20MHz 外，

9、其余同 3 類。 5 類：阻抗為了 100 ，測(cè)試帶寬為 100MHz 適用于100Mb/s 以太網(wǎng)和 FDDI 等高速協(xié)議。,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,三、同軸電纜的主要特性 1 物理特性 同軸電纜以硬銅線為芯 , 外包一層用密織的網(wǎng)狀導(dǎo)體環(huán)繞的絕緣材料 , 網(wǎng)外又覆蓋一層保護(hù)性材料 , 按同軸形式構(gòu)成。四層結(jié)構(gòu)從里向外分別是： （ 1 ）內(nèi)芯： 金屬導(dǎo)體，用于傳輸數(shù)據(jù)。 （ 2 ）絕緣層：用于內(nèi)芯與屏蔽層間的絕緣。 （ 3 ）屏蔽層：金屬導(dǎo)體，用于屏蔽外部的干擾。 （ 4 ）塑料外：用于保護(hù)電纜。 同軸電纜可分為基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜。 （ 1 ）基帶同軸電纜 這種同軸電纜采

10、用基帶傳輸方式，即采用數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸，用于構(gòu)建局域網(wǎng)。 （ 2 ）寬帶同軸電纜 這種同軸電纜采用寬帶傳輸方式，即采用模擬信號(hào)進(jìn)行傳輸，覆蓋的區(qū)域比基帶系統(tǒng)廣。例如，構(gòu)建 CATV 網(wǎng)絡(luò)和有線電視網(wǎng)。,,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,2 傳輸特性 基帶同軸電纜采用曼徹斯特（ Manchester ）編碼傳輸數(shù)字信號(hào)，速率最高可達(dá) 10Mb/s ； 寬帶同軸電纜既可傳輸模擬信號(hào)，也可以傳輸數(shù)字信號(hào)。 3 連通性 可用于點(diǎn)到點(diǎn)連接和多點(diǎn)連接。 4 抗干擾性 同軸電纜的結(jié)構(gòu)使得它的抗干擾性能力比較強(qiáng)，高于雙絞線。 5 價(jià)格 高于雙絞線，低于光纖。,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,四、光纖的

11、主要特性 1. 光纖又叫光導(dǎo)纖維，是一種輕便靈活，能傳導(dǎo)光的介質(zhì)，采用特殊的玻璃或塑料來(lái)制作。 2. 利用光纖傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，用光脈沖的出現(xiàn)表示為“ 1 ”，不出現(xiàn)表示為“ 0 ”。 3. 光纖的傳輸性能高于雙絞線和同軸電纜，但成本較高，在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中主要用于主干線。 4. 光纖的主要特點(diǎn)是 : (1) 傳輸速率高 , 在 10km 的距離上可達(dá)到 2Gb/s。 (2) 誤碼率低 , 一般小于 10 。 (3) 抗干擾強(qiáng) , 不受外界電磁場(chǎng)的影響。 (4) 安全無(wú)輻射 , 難以竊聽(tīng) , 保密性好。 (5 )尺寸小，重量輕，彎曲性能好。,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,5. 光纖分單模光纖和多模光纖兩

12、種。 單模光纖的直徑只有一個(gè)光波長(zhǎng)（ 5m 10m ） , 即只能傳導(dǎo)一路光波，如圖 所示。 若多條入射角不同的光線在同一條光纖內(nèi)傳輸，這種光纖就是多模光纖，如圖所示。多模光纖的光線與芯軸成一定角度，頻帶窄，衰減大，傳輸距離近。,2.2 傳輸介質(zhì)及其主要特性,五、無(wú)線介質(zhì) 使用無(wú)線介質(zhì)，是指在兩個(gè)通信設(shè)備之間不使用任何物理的連接器，即無(wú)需鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)傳輸線。 常用的無(wú)線介質(zhì)是微波。微波通信常用的有地面微波通信和衛(wèi)星通信兩種。 1. 地面微波通信 地面微波通信示意如圖 2-14 所示。它的優(yōu)點(diǎn)是：頻帶寬、信道容量大、初建費(fèi)用小，既可傳輸模擬信號(hào)，又可傳輸數(shù)字信號(hào)；但方向性強(qiáng)（必須直線傳播）、保密性差

13、。 2. 衛(wèi)星通信 在衛(wèi)星通信中，通信衛(wèi)星是微波通信的中繼站。它的優(yōu)點(diǎn)是：容量大、可靠性高、通信成本與兩站點(diǎn)之間的距離無(wú)關(guān)，傳輸距離遠(yuǎn)、覆蓋面廣、具有廣播特征；缺點(diǎn)是：一次性投資大、傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)。,2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),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兩類：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：模擬數(shù)據(jù)編碼與數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼。,2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),一、模擬數(shù)據(jù)編碼方法 載波信號(hào)可以表示為正弦波形式： f(t)=Asin(t+) ，其中幅度 A 、頻率 和相位 的變化均影響信號(hào)波形。因此，通過(guò)改變這三個(gè)參數(shù)可實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的編碼。相應(yīng)的調(diào)制方式分別

14、稱為幅度調(diào)制 ASK 、頻率調(diào)制 FSK 和相位調(diào)制 PSK 。 1. 幅度調(diào)制 幅度調(diào)制又被稱為幅移鍵控（ ASK ， Amplitude Shift Keying ）。幅度調(diào)制通過(guò)改變載波信號(hào)的振幅大小來(lái)表示二進(jìn)制 0 和 1 ，而頻率和相位保持不變。,2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),2. 頻率調(diào)制 頻率調(diào)制又被稱為頻移鍵控（ FSK Frequency Shift Keying ）。 頻率調(diào)制通過(guò)改變載波信號(hào)的頻率大小來(lái)表示二進(jìn)制 0 和 1 ，而振幅和相位保持不變。,2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),3. 相位調(diào)制 相位調(diào)制又被稱為相移健控 (Phase Shifting Keying,PSK) 。相

15、位調(diào)制技術(shù)通過(guò)改變載波信號(hào)的相位來(lái)表示二進(jìn)制 0 和 1 ，而振幅和頻率保持不變。相位調(diào)制又可分為相對(duì)相位調(diào)制和絕對(duì)相位調(diào)制。 (1) 絕對(duì)相移鍵控 絕對(duì)相移鍵控用兩個(gè)固定的不同相位表示數(shù)字”0 ”和“ 1 ”。,2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),(2) 相對(duì)相移鍵控法 相對(duì)相移鍵控用載波在兩位數(shù)字信號(hào)的交接處產(chǎn)生的相位偏移來(lái)表示載波所表示的數(shù)字信號(hào)。最簡(jiǎn)單的相對(duì)調(diào)相方法是：與前一個(gè)信號(hào)同相表示數(shù)字 “0” ，相位偏移 180 度表示 “1” 。,2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),二、數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼方法 數(shù)據(jù)通信技術(shù)中，將利用模擬通信信道，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器傳輸模擬數(shù)據(jù)信號(hào)的方法，稱做頻帶傳輸；利用數(shù)字通信信道，來(lái)直接

16、傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的方法，稱做基帶傳輸。 在基帶傳輸中，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)的編碼方式主要有以下幾種： 1. 非歸零編碼 NRZ 非歸零編碼 NRZ （ Non-Rerurn to Zero ）可以規(guī)定用負(fù)電平表示邏輯“ 0 ”，用正電平表示邏輯“ 1 ” 。 NEZ 碼的缺點(diǎn)是無(wú)法判斷一位的開(kāi)始與結(jié)束，收發(fā)雙方不能保持同步。,2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),2. 曼徹斯特（ Manchester ）編碼 曼徹斯特編碼的規(guī)則是：每比特的周期 T 分為前 T/2 與后 T/2 兩部分；通過(guò)前 T/2 傳送該比特的反碼，通過(guò)后 T/2 傳送該比特的原碼。 曼徹斯特編碼的優(yōu)點(diǎn)是： （ 1 ）每個(gè)比特的中間有

17、一次電平跳變，兩次電平跳變的時(shí)間間隔可以是 T/2 或 T ，利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào)。 （ 2 ）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 10Mbps ，那么發(fā)送時(shí)鐘信號(hào)頻率應(yīng)為 20MHz 。,2.3 數(shù)據(jù)編碼技術(shù),3. 差分曼徹斯特（ Difference Manchester ）編碼 差分曼徹斯特編碼：每一位的中間（ 1/2 周期處）有一跳變，但是，該跳變只作為時(shí)鐘信號(hào)（同步）。數(shù)據(jù)信號(hào)根據(jù)每位開(kāi)始時(shí)有無(wú)跳變進(jìn)行取值：有跳變表示數(shù)字“ 0 ”，無(wú)跳變表示數(shù)字“ 1 ”。 采用位邊界的跳變方式來(lái)決定二進(jìn)制是因?yàn)樘兏子跈z測(cè)。,2.4 多路復(fù)用技術(shù),一、多路復(fù)用

18、技術(shù)的分類 為了充分利用傳輸介質(zhì)，人們研究與應(yīng)用了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)。 多路復(fù)用需經(jīng)過(guò)復(fù)合、傳輸和分離 3 個(gè)過(guò)程。多路復(fù)用的原理如圖所示。 常用的多路復(fù)用技術(shù)一般有以下三種形式： （ 1 ）頻分多路復(fù)用 ( FDM ,Frequency Division Multiplexing ) （ 2 ）時(shí)分多路復(fù)用 (TDM ,Time Division Multiplexing) （ 3 ） 波分多路復(fù)用 (WDM , Wavelength Division Multiplexing),2.4 多路復(fù)用技術(shù),二、頻分多路復(fù)用 1. 頻分多路復(fù)用按照頻率區(qū)分

19、信號(hào)，即把傳輸介質(zhì)的帶寬劃分為若干個(gè)窄頻帶，每一路信號(hào)占用一個(gè)窄頻帶。頻分多路復(fù)用技術(shù)是一種模擬技術(shù)。 2. 實(shí)現(xiàn) FDM 的前提是任何信號(hào)只占據(jù)一個(gè)寬度有限的頻率，而信道可以被利用的頻率比一個(gè)信號(hào)的頻率寬得多，因而可以利用頻率分隔主方式來(lái)實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。 3. 為了防止相鄰兩個(gè)信號(hào)頻率覆蓋造成干擾，在相鄰兩個(gè)信號(hào)的頻率之間通常要留有一定的頻率間隔。 4. 如圖所示，一路電話信號(hào)共占有 4 kHz 的帶寬。由于每路電話信號(hào)占有不同的帶寬，到達(dá)接收端后，就可以將各路信號(hào)由濾波器區(qū)分開(kāi)。 5. 頻分多路復(fù)用原理簡(jiǎn)單 , 技術(shù)成熟 , 系統(tǒng)的效率較高。但易產(chǎn)生信號(hào)失真，系統(tǒng)設(shè)備龐大復(fù)雜。它適合于模擬信

20、號(hào)的傳輸，通常電話系統(tǒng)、電視系統(tǒng)中都采用頻分多路復(fù)用技術(shù)。,2.4 多路復(fù)用技術(shù),三、時(shí)分多路復(fù)用（ TDM ） 時(shí)分多路復(fù)用是將一條物理信道的傳輸時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片，按一定的次序輪流給各個(gè)信號(hào)源使用。時(shí)分多路復(fù)用主要用于數(shù)字信道的復(fù)用。 時(shí)分多路復(fù)用的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：同步時(shí)分多路復(fù)用和異步時(shí)分多路復(fù)用。 1. 同步時(shí)分多路復(fù)用 在同步時(shí)分多路復(fù)用中，時(shí)間片是預(yù)先分配好的，而且是固定不變的，即每個(gè)時(shí)間片與一個(gè)信號(hào)源對(duì)應(yīng)，而不管此時(shí)是否有信息發(fā)送。在接收端，根據(jù)時(shí)間片序號(hào)可判斷出是哪一路信號(hào)。 采用同步時(shí)分多路復(fù)用信道的利用率低。 2. 異步時(shí)分多路復(fù)用 在異步時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)中，動(dòng)態(tài)

21、分配信道的時(shí)間片，以實(shí)現(xiàn)按需分配。這樣就避免了時(shí)間片的浪費(fèi)，大大提高了信道的利用率。,2.4 多路復(fù)用技術(shù),四、波分多路復(fù)用 1. 波分多路復(fù)用技術(shù)是頻分多路復(fù)用在光纖信道上使用的一個(gè)變種，因此也稱其為光的頻分復(fù)用。不同的是波分多路復(fù)用技術(shù)應(yīng)用于全光纖組成的網(wǎng)絡(luò)中，傳輸?shù)氖枪庑盘?hào)，并按照光的波長(zhǎng)區(qū)分信號(hào)。 2. 波分多路復(fù)用系統(tǒng)的核心器件是棱柱或衍射光柵 . 多根光纖發(fā)出的光信號(hào)到達(dá)同一個(gè)棱柱或衍射光柵 , 每根光纖里的光波處于不同的波段上 , 多束光信號(hào)通過(guò)棱柱或衍射光柵全到一根共享的光纖上 , 到達(dá)目的地后 , 再由一個(gè)棱柱或衍射光柵將光重新分解國(guó)多路光信號(hào) 。 3. 波分多路復(fù)用與

22、頻分多路復(fù)用的惟一區(qū)別就是 : 在波分多路復(fù)用中使用的衍射光柵是無(wú)源的 , 因此可靠性非常高 。,2.5 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù),網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備通常要經(jīng)過(guò)多次中間結(jié)點(diǎn)才能將數(shù)據(jù)從信源逐點(diǎn)傳送到信宿 。數(shù)據(jù)在各結(jié)點(diǎn)間的傳輸過(guò)程式稱為數(shù)據(jù)交換。 數(shù)據(jù)交換技術(shù)按照其原理劃分，可分為線路交換和存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換兩種技術(shù)。 一、線路交換方式 在線路交換（ Circuit Exchanging ）中，兩臺(tái)計(jì)算機(jī)通過(guò)通信網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)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。 線路交換方式的通信過(guò)程分三個(gè)階段： 1. 線路建立 在傳輸數(shù)據(jù)之前 , 先要為此次傳輸建立一條專用的物理通路 。這時(shí)就需要根

23、據(jù)一定的路徑選擇算法，從中選擇一條。 2. 數(shù)據(jù)傳輸 物理線路連接建立以后， 就可以通過(guò)該連接實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、雙向交換數(shù)據(jù)。 3. 線路釋放 在數(shù)據(jù)傳輸完成后，就要進(jìn)入路線釋放階段，以便重新分配通信網(wǎng)絡(luò)資源。,2.5 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù),線路交換方式的特點(diǎn)：通信子網(wǎng)的結(jié)點(diǎn)是用電子或機(jī)電結(jié)合的交換設(shè)備來(lái)完成輸入與輸出線路的物理連接。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。 線路交換方式的優(yōu)點(diǎn)是：通信實(shí)時(shí)強(qiáng)，適用于交互式會(huì)話類通信。線路交換方式的缺點(diǎn)是：對(duì)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，不能平滑通信量；系統(tǒng)不具備差錯(cuò)控制能力，無(wú)法

24、發(fā)現(xiàn)與糾正傳輸過(guò)程中發(fā)生的數(shù)據(jù)差錯(cuò)。,2.5 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù),二、存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式 1. 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的基本概念 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換（ SroreandForward Exchanging ）方式線路交換方式的主要區(qū)別： (1) 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)； (2) 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。 2. 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)： (1) 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)

25、態(tài)選擇報(bào)文（或報(bào)文分組）通過(guò)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(guò)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)檢測(cè)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(guò)通信控制處理機(jī)，可以對(duì)不同通信速率的線路進(jìn)行速率轉(zhuǎn)換，也可以對(duì)不同的數(shù)據(jù)代碼格式進(jìn)行變換。,2.5 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù),3. 存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的分類 （1）按照轉(zhuǎn)發(fā)的信息單位不同，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)交換方式可以分為報(bào)文交換與分組交換兩類。被傳送的數(shù)據(jù)單元相應(yīng)又可分為報(bào)文和報(bào)文分組兩類。 （2）如果在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，可以不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度是多少，都把它當(dāng)作一個(gè)邏輯單元，那么就可以在發(fā)

26、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。 （3）發(fā)送站將一個(gè)長(zhǎng)報(bào)文分成多個(gè)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裝成一個(gè)完整報(bào)文。 （4）由于分組長(zhǎng)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)。 目前，美國(guó)的 TELENET 、 TYMNET 以及中國(guó)的 CHINAPAC 都采用分組交換技術(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)用中又可分為數(shù)據(jù)報(bào)方式和虛電路方式兩類。,2.5 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù),三、數(shù)據(jù)報(bào)方式 數(shù)

27、據(jù)報(bào)（ DG ， Datagram ）是報(bào)文分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的一種形式。在數(shù)據(jù)報(bào)方式中，每個(gè)分組被獨(dú)立立傳輸，也就是分組可能經(jīng)由不同的路徑到達(dá)接收站。這種方式中的分組被稱為數(shù)據(jù)報(bào)。 數(shù)據(jù)報(bào)方式會(huì)導(dǎo)致屬于同一個(gè)報(bào)文的分組以亂序到達(dá)接收站，在到達(dá)接收站之后還需對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)進(jìn)行排序重組。,2.5 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù),四、虛電路方式 1. 虛電路（ VC ， Virtual Circuit ）方式中 , 傳輸數(shù)據(jù)之前 , 需要建立一條發(fā)送站和接收站之間的路徑 , 這條路徑被稱為虛電路。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，所有的分組都沿著這條虛電路按順序傳送。 2. 虛電路方式能夠保證分組按照發(fā)送的順序到達(dá)。省去了數(shù)據(jù)報(bào)方式

28、中對(duì)分組的拆卸和裝配。 3. 線路交換是各交換節(jié)點(diǎn)為發(fā)送站和接收站建立一條專用的物理通路。 虛電路方式是在交換節(jié)點(diǎn)之間建立路由。當(dāng)交換節(jié)點(diǎn)收到一個(gè)分組后，它檢查路由表，按照其匹配項(xiàng)的出口發(fā)送分組。因此虛電路不是一條專用線路，它可以與其他連接共享。,2.6 差錯(cuò)控制方法,一、差錯(cuò)原因與差錯(cuò)控制方法 1. 差錯(cuò)是指接收端收到的數(shù)據(jù)與發(fā)送端實(shí)際發(fā)出的數(shù)據(jù)出現(xiàn)不一致的現(xiàn)象。 2. 差錯(cuò)控制方法是指分析差錯(cuò)產(chǎn)生的原因與差錯(cuò)控制類型，研究檢查是否出現(xiàn)差錯(cuò)及如何糾正差錯(cuò)。 3.差錯(cuò)原因：接收信號(hào)是信號(hào)與噪聲的疊加。如果噪聲對(duì)信號(hào)疊加的結(jié)果在電平判決時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤，就會(huì)引起傳輸數(shù)據(jù)的錯(cuò)誤。 4. 通信信道的噪

29、聲分為兩類：熱噪聲與沖擊噪聲。 熱噪聲是由傳輸介質(zhì)導(dǎo)體的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。熱噪聲的特點(diǎn)是：時(shí)刻存在，幅度較小，強(qiáng)度與頻率無(wú)關(guān)，但頻譜很寬，是一類隨機(jī)的噪聲。由熱噪聲引起的差錯(cuò)是一類隨機(jī)差錯(cuò)。 沖擊噪聲是由外界電磁干擾引起的。與熱噪聲相比，沖擊噪聲幅度較大，是引起傳輸差錯(cuò)的主要原因。,2.6 差錯(cuò)控制方法,二、 差錯(cuò)控制 差錯(cuò)控制就是指在數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)差錯(cuò)，對(duì)差錯(cuò)進(jìn)行糾正，從而把差錯(cuò)限制在數(shù)據(jù)傳輸所允許的盡可能的范圍的技術(shù)和方法。 1 、差錯(cuò)控制編碼 差錯(cuò)控制編碼是用以實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制的編碼。它分糾錯(cuò)碼和檢錯(cuò)碼兩種。 （1）糾錯(cuò)碼是讓每個(gè)傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息，以便在接收端

30、能發(fā)現(xiàn)并自動(dòng)糾正傳輸中的差錯(cuò)。 （2）檢錯(cuò)碼讓分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯(cuò)的冗余信息，但不能確定錯(cuò)誤位的位置，即自己不能糾正傳輸差錯(cuò)。 糾錯(cuò)碼方法雖然有優(yōu)越之處，但實(shí)現(xiàn)復(fù)雜、造價(jià)高、費(fèi)時(shí)間，在一般的通信場(chǎng)合 不易采用。檢錯(cuò)碼方法雖然要通過(guò)重傳機(jī)制達(dá)到糾錯(cuò)，但原理簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，編碼與解碼速度快，是網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的差錯(cuò)控制編碼。,2.6 差錯(cuò)控制方法,2、差錯(cuò)控制方法 差錯(cuò)控制方法主要有兩類：自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)（ Automatic Repeat Request ,ARQ ）和前向糾錯(cuò)。 （1） 自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)是利用編碼的方法在數(shù)據(jù)接收端檢測(cè)差錯(cuò)，當(dāng)檢測(cè)出差錯(cuò)后，設(shè)法通知發(fā)送數(shù)據(jù)端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直

31、到無(wú)差錯(cuò)為止。 （2）前向糾錯(cuò)是利用編碼的方法，接收數(shù)據(jù)端不僅對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)檢測(cè)出差錯(cuò)后能自動(dòng)糾正差錯(cuò)。 對(duì)于自動(dòng)請(qǐng)求重發(fā)又有以下幾種實(shí)現(xiàn)方式： 停等式 發(fā)送方每發(fā)完一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文必須等接收方確認(rèn)后才能發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文。 全部重發(fā) 發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文。若前面某個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文出錯(cuò)，從該數(shù)據(jù)報(bào)文以后的所有數(shù)據(jù)報(bào)文都需重發(fā)。 選擇重發(fā) 發(fā)送方可連續(xù)發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文。若前面某個(gè)數(shù)據(jù)報(bào)文出錯(cuò)，只需重發(fā)出錯(cuò)的數(shù)據(jù)報(bào)文。,2.6 差錯(cuò)控制方法,三、檢錯(cuò)碼工作原理 目前，常用的檢錯(cuò)碼主要有奇偶校驗(yàn)和循環(huán)冗余編碼兩類。 1 奇偶校驗(yàn)碼 在差錯(cuò)檢測(cè)中，奇偶校驗(yàn)是一種最簡(jiǎn)單、最基本的

32、方法，它分為垂直奇（偶）校驗(yàn)、水平奇（偶）校驗(yàn)與水平垂直（偶）校驗(yàn)（方陣碼）。 奇偶校驗(yàn)碼的工作原理是在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位或最低位增加一個(gè)附加位，使結(jié)果中 1 的個(gè)數(shù)為奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或（偶校驗(yàn)）。增加的位稱為奇偶校驗(yàn)位。 奇偶校驗(yàn)可以檢測(cè)出數(shù)據(jù)中奇數(shù)個(gè)錯(cuò)誤，但不能檢測(cè)出偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。奇偶校驗(yàn)經(jīng)濟(jì)、容易實(shí)現(xiàn)。,2.6 差錯(cuò)控制方法,2.循環(huán)冗余編碼 循環(huán)冗余校驗(yàn)是將所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)除以一個(gè)預(yù)先設(shè)定的除數(shù)，所得的余數(shù)作為冗余比特，附加在要發(fā)送數(shù)據(jù)的末尾，被稱為循環(huán)冗余校驗(yàn)碼（ CRC 碼），這樣，實(shí)際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)就能夠被預(yù)先設(shè)定的除數(shù)整除。當(dāng)整個(gè)數(shù)據(jù)傳送到接收方之后，接收方就利用同一個(gè)除數(shù)去除接收

33、到的數(shù)據(jù)，如果余數(shù)為 0 ，即表明數(shù)據(jù)傳輸正確，否則即意味著數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)了差錯(cuò)。 確定循環(huán)冗余校驗(yàn)碼的關(guān)鍵在于二進(jìn)制序列的除法計(jì)算上。其規(guī)則是：加法、減法運(yùn)算都是進(jìn)行異或運(yùn)算，加法不進(jìn)位，減法不錯(cuò)位。計(jì)算的方法如下： （ 1 ）在數(shù)據(jù)的末尾加上 n 個(gè) 0 ， n 等于除數(shù)的位數(shù)減 1 。 （ 2 ）采用二進(jìn)制除法規(guī)則，計(jì)算加長(zhǎng)的數(shù)據(jù)除以預(yù)先設(shè)定的除數(shù)，得到的余數(shù)即為循環(huán)冗余校驗(yàn)碼。 （ 3 ）將循環(huán)冗余校驗(yàn)碼替換數(shù)據(jù)末尾的 n 個(gè) 0 ，即得出整個(gè)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。,2.6 差錯(cuò)控制方法,例如，求 1011010 的 CRC 編碼，設(shè)除數(shù)為 10011 。 可得 CRC 校驗(yàn)碼為相除的余數(shù)，即 1111 。實(shí)際發(fā)送的比特串則為： 10110101111 。,