數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí).ppt

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第二章數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí) 本章講授內(nèi)容 1 基本概念2 數(shù)據(jù)通信的特性3 數(shù)據(jù)通信方式4 傳輸介質(zhì)5 數(shù)據(jù)編碼6 多路復(fù)用技術(shù)7 數(shù)據(jù)交換技術(shù)8 差錯(cuò)控制與檢測 一 基本概念 信號(hào) 數(shù)據(jù)的電磁或電子編碼形式信源 通信中產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端信宿 接收信息的一端信道 信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?傳輸介質(zhì)和相關(guān)設(shè)備 噪聲 信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中受到的干擾 一 基本概念 信號(hào)分類 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào) 隨時(shí)間連續(xù)變化的電流 電壓或電磁波 例電話 電視和廣播數(shù)字信號(hào) 一系列離散的電脈沖 其值限制在有限的幾個(gè)數(shù)字之內(nèi) 例 用1表示恒定的正電壓 0表示恒定的負(fù)電壓 波形圖 模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 一 基本概念 模擬信道 以連續(xù)模擬信號(hào)形式傳輸?shù)男诺览?電話線路 有線電視線路模擬信道傳輸?shù)奶攸c(diǎn) 在傳輸一定距離后信號(hào)衰減 克服的辦法是用放大器來增強(qiáng)信號(hào)的能量 但噪音也會(huì)增強(qiáng) 會(huì)引起信號(hào)畸變 數(shù)字信道 以數(shù)字脈沖形式傳輸數(shù)據(jù)的信道例 雙絞線 同軸電纜數(shù)字信道傳輸特點(diǎn) 長距離傳輸也會(huì)衰減 克服的辦法是使用中繼器 把數(shù)字信號(hào)恢復(fù)為 0 1 的標(biāo)準(zhǔn)電平后繼續(xù)傳輸 故數(shù)字信道在傳輸時(shí) 信號(hào)質(zhì)量要好 注意 模擬信號(hào)不一定只在模擬信道上傳輸 數(shù)字信號(hào)也不一定只在數(shù)字信道上傳輸 二 數(shù)據(jù)通信的特性 1 數(shù)據(jù)通信的性能指標(biāo)衡量數(shù)據(jù)通信的性能的指標(biāo) 傳輸速率和誤碼率傳輸速率傳碼率 每秒鐘傳送的碼元數(shù) 稱為傳碼率 RB 單位為波特 碼元 數(shù)字信號(hào)的編碼 注意 不一定是二進(jìn)制 也可為其它進(jìn)制 例1或0為1個(gè)碼元 A表示16進(jìn)制的1個(gè)碼元 每個(gè)碼元的時(shí)間寬度為TB 因此RB 1 TB 二 數(shù)據(jù)通信的特性 信息速率 每秒鐘傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù) 單位bps 記為Rb說明 二進(jìn)制的碼元是0或1 一個(gè)碼元攜帶的信息量為1b 故RB RbN進(jìn)制的碼元攜帶的信息量為I Log2N 故Rb RB Log2N常用的數(shù)據(jù)傳輸速率單位 1Kbps 1 103bps1Mbps 1 103Kbps1Gbps 1 103Mbps 二 數(shù)據(jù)通信的特性 思考題 在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中 碼元速率為1200波特 數(shù)據(jù)速率為4800bps 則信號(hào)取幾種不同的狀態(tài) 若要使得碼元速率與數(shù)據(jù)速率相等 則信號(hào)取幾種狀態(tài) 二 數(shù)據(jù)通信的特性 誤碼率由于噪聲的干擾 信號(hào)在傳輸過程中會(huì)出現(xiàn)差錯(cuò) 差錯(cuò)的多少?zèng)Q定了數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量 誤碼率Pe 發(fā)生差錯(cuò)的碼元數(shù) 傳輸?shù)目偞a元數(shù)誤比特率Pb 發(fā)生差錯(cuò)的比特?cái)?shù) 傳輸?shù)目偙忍財(cái)?shù)說明 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中 一般要求誤比特率低于10 6 若誤比特率達(dá)不到這個(gè)指標(biāo) 可通過差錯(cuò)控制方法檢錯(cuò)和糾錯(cuò) 二 數(shù)據(jù)通信的特性 2 信道容量表示一個(gè)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 單位 bps信道容量與數(shù)據(jù)傳輸速率的區(qū)別 前者表示信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 是信道傳輸數(shù)據(jù)能力的極限 而后者是實(shí)際的數(shù)據(jù)傳輸速率 在實(shí)際中 通常用帶寬表示網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率 帶寬與傳輸速率的關(guān)系 奈奎斯特定律和香農(nóng)定律 二 數(shù)據(jù)通信的特性 無噪聲的信道容量 理想 奈奎斯特 Nyquist 無噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬H的關(guān)系 B 2 H 波特 奈奎斯特公式 無噪信道傳輸能力公式 C 2 H log2N bps 說明 C為信道容量 H為信道的帶寬 單位為Hz N為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù) 例 普通電話線路帶寬約3kHz 則碼元速率極限值 B 2 H 2 3k 6kBaud若碼元的離散值個(gè)數(shù)N 16 則最大數(shù)據(jù)傳輸速率C 2 3k log216 24kbps 二 數(shù)據(jù)通信的特性 帶噪信道容量香農(nóng)公式 Shannon C H log2 1 S N bps 說明 S為信號(hào)功率 N為噪聲功率 在通信系統(tǒng)中 信噪比通常用分貝dB表示 S N dB 10lg S N 例 已知信噪比為30dB 帶寬為3kHz 求信道的最大數(shù)據(jù)傳輸速率 10lg S N 30 S N 1030 10 1000 C 3k log2 1 1000 30kbps 二 數(shù)據(jù)通信的特性 例 帶寬為4KHz的信道 若有8種不同的物理狀態(tài)表示數(shù)據(jù) 信噪比為30db 問按照奈奎斯特定理計(jì)算 其極限速率是多少 按香農(nóng)定理計(jì)算 其極限速率又為多少 解 1 奈奎斯特定理 Cmax 2Hlog2N H 4KHzCmax 2 4K log28 24Kbps 2 香農(nóng)定理 Cmax Hlog2 1 S N H 4KHz 又 10lgS N 30 S N 1000Cmax 4K log2 1 1000 40Kbps思考 該題究竟該以哪個(gè)為準(zhǔn) 二 數(shù)據(jù)通信的特性 奈奎斯公式和香農(nóng)公式的比較奈奎斯公式 C 2Hlog2N數(shù)據(jù)傳輸率C隨信號(hào)編碼級(jí)數(shù)增加而增加 香農(nóng)公式 C Hlog2 1 S N 無論信號(hào)編碼分多少級(jí) 此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率 因?yàn)樵肼暤拇嬖趯⑹咕幋a級(jí)數(shù)不可能無限增加 二 數(shù)據(jù)通信的特性 思考題 要在帶寬為4KHZ的信道上用4秒鐘發(fā)送完20k字節(jié)的數(shù)據(jù)塊 按照香農(nóng)公式 信道的信噪比最小應(yīng)為多少分貝 取整數(shù)值 三 數(shù)據(jù)通信方式 1 信道的通信方式串行通信與并行通信 三 數(shù)據(jù)通信方式 串行通信與并行通信的特點(diǎn) 串行通信采用一條信道進(jìn)行通信 并行通信采用多條信道同時(shí)通信 串行通信傳輸?shù)臄?shù)據(jù)從低位到高位依次進(jìn)行 并行通信同時(shí)進(jìn)行 相同速率下 并行通信傳輸?shù)拇a元數(shù)是串行通信的n倍 在實(shí)際通信中 大都采用串行通信 三 數(shù)據(jù)通信方式 單工 半雙工和全雙工單工 信號(hào)只能向一個(gè)方向傳輸 不能改變信號(hào)的傳輸方向 例 電視機(jī)半雙工 信號(hào)可以雙向傳輸 但是必須交替進(jìn)行 一個(gè)時(shí)間只能向一個(gè)方向傳輸 它是一種切換方向的單工通信 例 對(duì)講機(jī) 三 數(shù)據(jù)通信方式 全雙工 信號(hào)可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸 例 電話 三 數(shù)據(jù)通信方式 2 數(shù)據(jù)的傳輸方式基帶傳輸基帶 計(jì)算機(jī)或終端的數(shù)字信號(hào)都是二進(jìn)制序列 它是一種矩形脈沖信號(hào) 這種矩形脈沖信號(hào)稱為基帶信號(hào) 基帶傳輸是指在通信介質(zhì)上傳輸0或1數(shù)字信號(hào) 特點(diǎn) 基帶傳輸傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào) 不需要調(diào)制解調(diào)器 基帶傳輸受距離和傳輸介質(zhì)的限制 距離長 容易發(fā)生畸變 適合短距離的數(shù)據(jù)傳輸 用于局域網(wǎng) 三 數(shù)據(jù)通信方式 基帶傳輸適用于局域網(wǎng)傳輸 計(jì)算機(jī)的遠(yuǎn)程通信中 通常是借助于電話交換網(wǎng)來實(shí)現(xiàn) 此時(shí)需要頻帶傳輸 頻帶傳輸將基帶信號(hào)變換 調(diào)制 成能在模擬信道中傳輸?shù)哪M信號(hào) 頻帶信號(hào) 再將這種頻帶信號(hào)在模擬信道中傳輸 特點(diǎn) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)距離通信通常采用的是頻帶傳輸 頻帶傳輸在發(fā)送端和接收端都要設(shè)置調(diào)制解調(diào)器 基帶信號(hào)與頻帶信號(hào)的轉(zhuǎn)換需要調(diào)制解調(diào)器完成 三 數(shù)據(jù)通信方式 寬帶傳輸借助頻帶傳輸 將鏈路容量分解成多個(gè)信道 每個(gè)信道可以攜帶不同的信號(hào) 這就是寬帶傳輸 寬帶傳輸中的所有信道都可以同時(shí)發(fā)送信號(hào) 例 CATV ISDN等 基帶和寬帶的區(qū)別 數(shù)據(jù)傳輸速率不同 基帶數(shù)據(jù)傳輸速率通常在1Mb s 2 5Mb s 寬帶數(shù)據(jù)傳輸速率通常在5Mb s 10Mb 傳輸信號(hào)不同 基帶傳輸數(shù)字信號(hào) 寬帶傳輸模擬信號(hào)寬帶傳輸一定是采用頻帶傳輸技術(shù) 三 數(shù)據(jù)通信方式 3 數(shù)據(jù)同步方式同步的目的是使接收端與發(fā)送端在時(shí)間基準(zhǔn)上一致 包括開始時(shí)間 位邊界 重復(fù)頻率等 在通信過程中必須解決同步問題 數(shù)據(jù)通信的同步有 位同步字符同步幀同步 三 數(shù)據(jù)通信方式 位同步接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的時(shí)鐘頻率與數(shù)據(jù)的起始時(shí)刻 校正自己的時(shí)鐘頻率與接收數(shù)據(jù)的起始時(shí)刻 這個(gè)過程叫做位同步 實(shí)現(xiàn)位同步的方式有 外同步法和內(nèi)同步法外同步法發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前 先向接收端發(fā)送一串同步時(shí)鐘 接收端根據(jù)此時(shí)鐘頻率來校正時(shí)鐘頻率 以便在接收數(shù)據(jù)的時(shí)始終與發(fā)送端保持同步 內(nèi)同步法 自同步法 通過特殊編碼 曼徹斯特編碼 差分曼徹斯特編碼 這些數(shù)據(jù)編碼信號(hào)包含了同步信號(hào) 接收方從中提取同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率 三 數(shù)據(jù)通信方式 字符同步以字符為邊界實(shí)現(xiàn)字符的同步接收異步制在一個(gè)字符的前后加上起止符 字符內(nèi)同步 字符之間異步 字符傳輸時(shí)設(shè)置1個(gè)起始位 8個(gè)數(shù)據(jù)位和2個(gè)停止位 下一字符的起始位在前一字符的停止位之后的任意時(shí)間出現(xiàn) 異步制字符同步的性能 字符起 止位用于同步時(shí)鐘調(diào)整 每個(gè)字符開始時(shí)都會(huì)重新同步 每兩個(gè)字符之間的間隔時(shí)間不固定 增加了輔助位 傳輸效率低 例 采用1個(gè)起始位 8個(gè)數(shù)據(jù)位 2個(gè)停止位時(shí) 其效率為8 11 72 三 數(shù)據(jù)通信方式 同步制同步傳榆是將多個(gè)字符組織成組 以組為單位連續(xù)傳送 原理在每組字符之前加上一個(gè)或多個(gè)用于同步控制的字符SYN 字符之間不再添加任何附加的位 接收端收到同步控制字符SYN后 確定字符的起始和終止 以實(shí)現(xiàn)同步傳輸?shù)墓δ?同步制字符同步的性能 同步方式效率高 但一旦有錯(cuò)誤 就要全部重傳 在通信中多普遍采用同步制字符傳輸 三 數(shù)據(jù)通信方式 例1 信源以字節(jié) 8比特 為單位傳輸數(shù)據(jù) 對(duì)下列兩種情況分別計(jì)算有效數(shù)據(jù)傳輸速率 1 異步串行傳輸 無校驗(yàn)位 1位停止位 2 同步串行傳輸 每幀包含48位控制位和4096位數(shù)據(jù)位 例2 某公司采用一條租用專線與在外地的分公司相連 使用的Modem的數(shù)據(jù)傳輸率為2400bps 現(xiàn)有數(shù)據(jù)12 106字節(jié) 若以異步方式傳送 不加校驗(yàn)位 1位停止位 則最少需要多少時(shí)間 以秒為單位 才能傳輸完畢 設(shè)數(shù)據(jù)信號(hào)在線路上的傳播延遲時(shí)間忽略不計(jì) 問1分鐘能傳多少漢字 三 數(shù)據(jù)通信方式 幀同步幀同步方式是以識(shí)別一個(gè)幀的開始和結(jié)束來同步的 分為 面向字符的幀同步方式 和 面向比特的幀頻同步方式 兩種 幀 Frame 是數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位 由數(shù)據(jù)和控制信息部分組成的二進(jìn)制序列 面向字符的幀同步方式是以同步字符 SYN 來標(biāo)識(shí)一個(gè)幀的開始 適用于字符類型的數(shù)據(jù)幀 例 BSC協(xié)議面向比特的幀同步方式是以特殊位序列 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 例HDLC協(xié)議 PPP協(xié)議 幀中繼等 四 傳輸介質(zhì) 傳輸介質(zhì)是連接網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)節(jié)點(diǎn)的物理通道 分為有線介質(zhì)和無線介質(zhì) 1 有線介質(zhì)同軸電纜 四 傳輸介質(zhì) 型號(hào) RG 8或RG 11 阻抗50歐姆 粗纜RG 58 50歐姆 細(xì)纜RG 59 75歐姆 CATV細(xì)纜RG 62 93歐姆 ARCnet網(wǎng)絡(luò)及IBM3270系統(tǒng)專用分類 基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜特點(diǎn) 基帶同軸電纜一般只用于總線結(jié)構(gòu)的局域網(wǎng)中 由于外導(dǎo)電體具有屏蔽電磁作用 所以抗干擾性強(qiáng) 但價(jià)格較貴 逐步淘汰 四 傳輸介質(zhì) 雙絞線由螺旋狀扭在一起的兩根絕緣導(dǎo)線組成 廣泛用于局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中 通常由2根 4根和8根絕緣導(dǎo)線組成 四 傳輸介質(zhì) 分類 屏蔽雙絞線 STP 一般用于室外 非屏蔽雙絞線 UTP 用于室內(nèi)或按傳輸特性分為5類常用3類和5類雙絞線 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最常用的是第5類非屏蔽雙絞線 5類雙絞線的帶寬為100MHz 適用于語音和100Mbps的高速數(shù)據(jù)傳輸 特點(diǎn) 價(jià)格便宜 布線方便 但傳輸距離較短 無中繼器只能傳輸100M 四 傳輸介質(zhì) 雙絞線的標(biāo)準(zhǔn)接法雙絞線通過端口安裝的RJ 45連接器 水晶頭 與各種通信設(shè)備連接 T568A線序綠白綠橙白藍(lán)藍(lán)白橙棕白棕T568B線序橙白橙綠白藍(lán)藍(lán)白綠棕白棕直通線 兩頭都按T568B線序標(biāo)準(zhǔn)連接交叉線 一頭按T568A線序連接 一頭按T568B線序連接 四 傳輸介質(zhì) 光纖光纖具有寬帶 數(shù)據(jù)傳輸率高 抗干擾能力強(qiáng) 傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點(diǎn) 用于高速網(wǎng)中 但費(fèi)用較高 數(shù)據(jù)傳輸過程 分為 單模光纖和多模光纖 在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中均采用兩根光纖 一來一去 組成傳輸系統(tǒng)光纖特點(diǎn) 傳輸速率高 目前已達(dá)到2 4Gbps 10Gbps等也在研發(fā)中 四 傳輸介質(zhì) 2 無線傳輸媒體微波通信 電磁波中頻率在100MHZ至10GHZ之間的信號(hào)為微波 波長在30mm 3m 微波是沿直線傳播的 故在地面的傳播距離有限 一般采用接力傳輸 四 傳輸介質(zhì) 衛(wèi)星通信 利用地球同步衛(wèi)星作為中繼來轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào)的一種特殊微波通信形式 衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信距離的限制 三個(gè)同步衛(wèi)星可以覆蓋地球上全部通信區(qū)域 四 傳輸介質(zhì) 紅外通信和激光通信 沿直線傳播 但紅外通信和激光通信要把傳輸?shù)男盘?hào)分別轉(zhuǎn)換為紅外光信號(hào)和激光信號(hào)后才能直接在空間沿直線傳播 3 幾種傳輸介質(zhì)的比較雙絞線 價(jià)格最便宜 但傳輸距離較短 傳輸?shù)恼`碼率較高目前普遍使用 同軸電纜 價(jià)格較貴 抗干擾性好 在有線電視上目前還普遍使用 局域網(wǎng)里已淘汰 光纖 帶寬高 速率快 抗干擾能力強(qiáng) 傳輸距離遠(yuǎn) 適合高速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 目前主要應(yīng)用在主干網(wǎng)上 無線介質(zhì) 目前無線技術(shù)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸速率與有線網(wǎng)絡(luò)相比有較大差距 主要用于移動(dòng)通信和不便于布線的網(wǎng)絡(luò)中 五 數(shù)據(jù)編碼 1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的編碼 基帶傳輸 基帶傳輸是利用數(shù)字信道直接傳輸數(shù)字信號(hào) 這種傳輸沒有改變數(shù)字信號(hào)的頻帶 所以傳輸效率高 在基帶傳輸中 數(shù)字信號(hào)的編碼方式有 NRZ Non ReturntoZero 不歸零編碼曼徹斯特編碼差分曼徹斯特編碼 五 數(shù)據(jù)編碼 不歸零編碼NRZ用0表示低電平 1表示高電平 如下圖所示 特點(diǎn) NRZ無法判斷一位的開始與結(jié)束 收發(fā)雙方不能保持同步為了保持同步 在發(fā)送NRZ時(shí)用另一個(gè)信道同時(shí)傳送同步信號(hào) 當(dāng)0或1占優(yōu)勢時(shí) 容易形成直流分量的累積 五 數(shù)據(jù)編碼 曼徹斯特編碼曼徹斯特編碼的規(guī)則每比特只占時(shí)鐘周期T的一半 前T 2傳送該比特的原碼 后T 2傳送該比特的反碼 也可相反 只要有電平跳變即可 特點(diǎn)每個(gè)比特的中間有一次電平跳變 利用電平跳變可以產(chǎn)生收發(fā)雙方的同步信號(hào) 因此曼徹斯特編碼也稱為自含時(shí)鐘編碼 曼徹斯特編碼的效率低 其編碼的時(shí)鐘頻率為發(fā)送頻率的2倍 問題 采用曼徹斯特編碼的10Mbps局域網(wǎng)的波特率是多少 五 數(shù)據(jù)編碼 差分曼徹斯特編碼編碼規(guī)則第一位是0則從低到高跳變 第一位是1從高到低跳變 第一位之后 若源碼為1 則其編碼的前半部分與前一個(gè)編碼的電平相同 后半部分與其前半部分相反 若源碼為0 則其編碼的前半部分與前一個(gè)編碼的電平相反 后半部分與其前半部分相反 每個(gè)比特的值取決于其開始是否有跳變 五 數(shù)據(jù)編碼 2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的調(diào)制編碼 頻帶傳輸 將數(shù)字信號(hào)在模擬信道上傳輸 需要進(jìn)行調(diào)制技術(shù) 調(diào)制 將發(fā)送端數(shù)字信號(hào)變成模擬信號(hào)的過程解調(diào) 將接收端模擬信號(hào)還原成數(shù)字信號(hào)的過程 五 數(shù)據(jù)編碼 模擬信號(hào)傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波 u t Asin t 載波三要素 幅度 頻率和相位 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以針對(duì)載波的不同要素進(jìn)行調(diào)制 移幅鍵控法 ASK 移頻鍵控法 FSK 移相鍵控法 PSK 五 數(shù)據(jù)編碼 ASK 技術(shù)簡單 抗干擾能力差 較少使用 FSK 技術(shù)簡單 抗干擾能力強(qiáng) PSK 使用二相或多于二相的相移 利用這種技術(shù) 可以對(duì)傳輸速率起到加倍的作用 五 數(shù)據(jù)編碼 例 某調(diào)制解調(diào)器同時(shí)使用移幅鍵控和移相鍵控 采用0 兀 2 兀和3 2兀四種相位 每種相位又都有兩個(gè)不同的幅值 問在波特率為1200的情況下數(shù)據(jù)速率是多少 五 數(shù)據(jù)編碼 3 模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字編碼脈沖編碼調(diào)制 PCM 是模擬數(shù)據(jù)數(shù)字化的主要方法 其操作過程分三步 采樣 量化和編碼 采樣由于模擬信號(hào)是連續(xù)變化的信號(hào) 采樣是每隔一定的時(shí)間對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)采樣 使其變?yōu)殡x散的信號(hào) 采樣定理 f 2B如果以 2倍信道帶寬的速率定時(shí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行采樣 其樣本可以包含以重構(gòu)模擬信號(hào)的所有信息 五 數(shù)據(jù)編碼 量化 將采樣樣本幅度按量化級(jí)決定取值的過程 編碼 用二進(jìn)制編碼表示量化后的采樣樣本的取值 例 若某一時(shí)刻 采樣樣本的取值為N 則其二進(jìn)制編碼為 Log2N位 PCM缺點(diǎn) 采用二進(jìn)制編碼 位數(shù)較多 效率低 PCM技術(shù)的典型應(yīng)用為語音數(shù)字化 通過PCM編碼器將語音轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) 通過PCM解碼器將數(shù)字信號(hào)還原為音頻信號(hào) 五 數(shù)據(jù)編碼 五 數(shù)據(jù)編碼 例 對(duì)于帶寬為4KHz的語音信號(hào) 采用量化級(jí)別為128的PCM方法編碼 問所產(chǎn)生的二進(jìn)制位起碼要用多大傳輸速率的信道才能傳輸 六 多路復(fù)用技術(shù) 1 為何采用多路復(fù)用技術(shù)節(jié)省通信線路 提高利用率 六 多路復(fù)用技術(shù) 2 多路復(fù)用技術(shù)的分類頻分多路復(fù)用 FDM 每個(gè)通信線路都具有一定的帶寬 將通信線路劃分為多個(gè)通信信道 每個(gè)信道為一個(gè)頻段 分配給不同的用戶 頻分多路復(fù)用適合于傳輸模擬信號(hào) 例 CATV電纜的帶寬為500MHz 每個(gè)子信道的帶寬為6MHz故可傳輸80多個(gè)頻道 六 多路復(fù)用技術(shù) 時(shí)分多路復(fù)用 TDM 將信道用于傳輸?shù)臅r(shí)間分割成很小的時(shí)間片 每個(gè)時(shí)間片有若干時(shí)隙 每路數(shù)據(jù)占用一個(gè)時(shí)時(shí)隙 時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)適合傳輸數(shù)字信號(hào) 六 多路復(fù)用技術(shù) 波分多路復(fù)用 WDM 波分多路復(fù)用是利用了光具有不同的波長的特征 是指在一根光纖上使用不同的波長同時(shí)傳送多路光波信號(hào) 波分多路復(fù)用的原理 利用光柵 在發(fā)送端將多路不同波長的光信號(hào)組合復(fù)用 在接收端 又將組合的光信號(hào)分離出來送入不同的終端 六 多路復(fù)用技術(shù) 碼分多路復(fù)用 CDMA 所有信號(hào)均在同一信道上廣播傳遞 發(fā)送的信號(hào)用接收端的地址碼序列編碼 不同用戶發(fā)送的信號(hào)在接收端被疊加 接收端用同樣的地址碼序列解碼 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) 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 1 交換當(dāng)兩個(gè)終端沒有直連線路時(shí) 必須經(jīng)過中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接才能進(jìn)行通信 2 數(shù)據(jù)交換的分類電路交換兩個(gè)用戶進(jìn)行通信時(shí) 建立一個(gè)臨時(shí)的專用線路 在通信時(shí)用戶獨(dú)占 直到通信一方釋放 經(jīng)歷三個(gè)階段 建立連接數(shù)據(jù)傳輸拆除連接 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) H1與H3通信 電路建立 建立一條專用電路ABC 數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)傳輸從A B C或C B A 在整個(gè)數(shù)據(jù)傳輸過程中 電路必須始終保持連接狀態(tài) 電路拆除 數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束 由某一方 A或C 發(fā)出拆除請(qǐng)求 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 電路交換的特點(diǎn) 數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路 為 面向連接的 的交換方式 過程 建立連接 數(shù)據(jù)傳輸 釋放連接優(yōu)缺點(diǎn) 電路建立連接的時(shí)間長 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 適用 不適用于計(jì)算機(jī)通信 廣泛應(yīng)用在電話系統(tǒng)中 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 報(bào)文交換報(bào)文的含義 不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度多少 都把它當(dāng)作一個(gè)邏輯單元 并在該邏輯單元中加入源地址 目的地址和控制信息 按一定格式打包 就是報(bào)文 格式如下 報(bào)文交換原理 報(bào)文交換無需建立線路連接 它是基于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù) 報(bào)文存放在交換機(jī)中 根據(jù)報(bào)文中目的地址選擇合適的路由發(fā)送到下一結(jié)點(diǎn) 依次中轉(zhuǎn) 直到目的地址 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 報(bào)文交換的特點(diǎn) 傳輸之前不需要建立端到端的連接 僅在相鄰結(jié)點(diǎn)傳輸報(bào)文時(shí)建立結(jié)點(diǎn)間的連接 為 無連接的 交換方式 整個(gè)報(bào)文作為一個(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)文的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的延時(shí)過長 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) 適用于電報(bào)傳送 不適用于交互通信 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 分組交換分組交換是報(bào)文交換的一種改進(jìn) 它將報(bào)文分成若干個(gè)長度一定的分組 減少每個(gè)結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)能力 是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中廣泛使用的一種交換技術(shù) 由于分組長度較短 檢錯(cuò)容易 發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)重發(fā)花費(fèi)的時(shí)間少 限定分組最大數(shù)據(jù)長度 有利于提高存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)能力與傳輸效率 分組交換分為 數(shù)據(jù)報(bào)方式換和虛電路方式 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 數(shù)據(jù)報(bào)方式 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 過程 主機(jī)A將報(bào)文分成多個(gè)分組P1 P2 然后依次發(fā)送給直接相連的通信控制處理機(jī)A上 結(jié)點(diǎn)A 結(jié)點(diǎn)A每收到一個(gè)分組就進(jìn)行差錯(cuò)檢測 以保證收到的數(shù)據(jù)正確 若正確 為每一個(gè)分組選擇路由 由于網(wǎng)絡(luò)是動(dòng)態(tài)變化的 p1分組下一節(jié)點(diǎn)可能是C p2結(jié)點(diǎn)下一結(jié)點(diǎn)可能是D 報(bào)文的不同分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑可能不同 結(jié)點(diǎn)A向結(jié)點(diǎn)C發(fā)送p1分組 結(jié)點(diǎn)C對(duì)p1進(jìn)行差錯(cuò)檢測 若正確 結(jié)點(diǎn)C向A發(fā)送確認(rèn)信息ACK 結(jié)點(diǎn)A收到C的ACK信息后 確認(rèn)p1已正確發(fā)送 此時(shí)丟棄p1的副本 p1通過多個(gè)結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā) 最終到達(dá)目的結(jié)點(diǎn) 主機(jī)B 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 數(shù)據(jù)報(bào)工作方式的特點(diǎn)數(shù)據(jù)報(bào)屬于分組存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā) 每一個(gè)分組在傳輸時(shí)都必須帶有目的地址與源地址 在數(shù)據(jù)報(bào)方式中 分組傳送之間不需要預(yù)先在源主機(jī)與目的主機(jī)之間建立 線路連接 同一報(bào)文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過網(wǎng)絡(luò) 同一報(bào)文的不同分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)可能出現(xiàn)亂序 重復(fù)與丟失現(xiàn)象 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 虛電路方式虛電路方式類似 電路交換 兩個(gè)用戶在通信時(shí)必須建立一條邏輯鏈接的虛電路 過程為 虛電路建立階段 數(shù)據(jù)傳輸階段和虛電路拆除階段 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 虛電路工作方式的特點(diǎn)在每次分組發(fā)送之前 必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條邏輯連接 一次通信的所有分組都通過這條虛電路順序傳送 因此報(bào)文分組不必帶目的地址 源地址等輔助信息 分組到達(dá)目的結(jié)點(diǎn)時(shí)不會(huì)出現(xiàn)丟失 重復(fù)與亂序的現(xiàn)象 分組通過虛電路上的每個(gè)結(jié)點(diǎn)時(shí) 結(jié)點(diǎn)只需要做差錯(cuò)檢測而不需要做路徑選擇 虛電路方式與電路交換方式的區(qū)別 虛電路是在傳輸分組時(shí)臨時(shí)建立的邏輯連接 因?yàn)檫@種虛電路不是專用的或?qū)嶋H存在的 每個(gè)結(jié)點(diǎn)到其他結(jié)點(diǎn)間可能有無數(shù)條虛電路存在 七 數(shù)據(jù)交換技術(shù) 快速分組交換 幀中繼和ATM 異步傳輸模式 報(bào)文交換 工作于網(wǎng)絡(luò)層 交換單位是報(bào)文分組交換 工作于網(wǎng)絡(luò)層 交換單位是分組幀中繼 工作于數(shù)據(jù)鏈路層 交換單位是幀ATM 工作于數(shù)據(jù)鏈路層 交換單位是信元 固定長度為53B的分組 八 差錯(cuò)控制與檢測 1 差錯(cuò)產(chǎn)生的原因數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的差錯(cuò)是由噪聲引起 2 檢錯(cuò)碼與糾錯(cuò)碼檢錯(cuò)碼 讓分組帶上一定的冗余信息 接收端根據(jù)這些冗余信息發(fā)現(xiàn)傳輸差錯(cuò) 但不能確定錯(cuò)誤位置和糾正錯(cuò)誤 糾錯(cuò)碼 讓分組帶上足夠的冗余信息 接收端能夠發(fā)現(xiàn)傳輸差錯(cuò) 并能糾正錯(cuò)誤 3 為何使用檢錯(cuò)碼而不使用糾錯(cuò)碼糾錯(cuò)碼實(shí)現(xiàn)復(fù)雜 造價(jià)高 高耗時(shí) 一般的通信場合不易采用 檢錯(cuò)碼原理簡單 實(shí)現(xiàn)容易 編碼與解碼速度快 八 差錯(cuò)控制與檢測 4 常用的檢錯(cuò)碼奇偶校驗(yàn)碼根據(jù)被傳輸?shù)囊唤M二進(jìn)制代碼中 1 的個(gè)數(shù)是奇數(shù)或偶數(shù)來進(jìn)行校驗(yàn) 例 數(shù)據(jù)為10101010 寫出奇校驗(yàn)編碼和偶校驗(yàn)編碼 設(shè)最低位為校驗(yàn)位 其余高8位為數(shù)據(jù)位 則其奇偶校驗(yàn)碼如下 偶校驗(yàn)編碼 101010100奇校驗(yàn)編碼 101010101 八 差錯(cuò)控制與檢測 循環(huán)冗余碼 CRC 發(fā)送端 在要發(fā)送的數(shù)據(jù)位后附加一個(gè)特定的循環(huán)冗余碼接收端 將收到的代碼按照發(fā)送端形成循環(huán)冗余碼同樣的算法進(jìn)行校驗(yàn) 若有錯(cuò) 需重發(fā) 步驟 1 將傳輸?shù)男畔⒋a看成為系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式f x 例 信息碼 110011 則f x x5 x4 x 12 發(fā)送前 發(fā)送端和接收端約定一個(gè)多項(xiàng)式G x 例 生成碼 11001 則G x x4 x3 1 r 4階 3 將f x 乘以xr x5 x4 x 1 x4 x9 x8 x5 x4則對(duì)應(yīng)的碼是1100110000 八 差錯(cuò)控制與檢測 4 將積 G X 按模二算法 由計(jì)算結(jié)果知冗余碼是1001 CRC碼為 T x 1100111001若接收端收到的碼字 此題為1100111001 除以G X 若為0則正確 若有余數(shù) 則接收錯(cuò)誤 重發(fā) 八 差錯(cuò)控制與檢測 例 某通信系統(tǒng)采用CRC校驗(yàn)方式 已知生成多項(xiàng)式G x 的二進(jìn)制比特序列為11001 目的接收點(diǎn)收到的二進(jìn)制比特序列為 1100111001 請(qǐng)問傳輸過程中是否出現(xiàn)了差錯(cuò) 為什么 若無差錯(cuò) 請(qǐng)寫出實(shí)際傳輸?shù)男畔⑹鞘裁?冗余碼是什么 八 差錯(cuò)控制與檢測 例 接收端接收的接收碼字 1100111001 生成碼 11001 生成多項(xiàng)式 G X X4 X3 1 r 4 求 碼字的正確性 若正確 則指出冗余碼和信息碼 解 1 用字碼除以生成碼 余數(shù)為0 所以碼字正確 100001 Q X G x 110011100111001 F X Xr R x 1100111001110010 S X 余數(shù) 2 因r 4 所以冗余碼是 1001 信息碼是 110011