數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)教學(xué).ppt

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第二章數(shù)據(jù)通信 基礎(chǔ) 信息 信息 Information 是客觀事物屬性和相互聯(lián)系特性的表征 它反映了客觀事物的存在形式和運(yùn)動狀態(tài) 例如事物的運(yùn)動狀態(tài) 結(jié)構(gòu) 溫度 性能等都是信息的不同表現(xiàn)形式 信息可以以文字 聲音 圖形 圖像等各種不同形式存在 2 1數(shù)據(jù)通信的基本概念 數(shù)據(jù) 信息可以用數(shù)字的形式來表示 數(shù)字化的信息稱為數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)可以分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)兩種 模擬數(shù)據(jù) 在時間和幅值取值上都是連續(xù)變化的 例如聲音 語音 視頻和動畫片等 模擬數(shù)據(jù)通常用傳感器收集 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 在時間上是離散的 在幅值上是經(jīng)過量話的 它一般是由0 1構(gòu)成的二進(jìn)制代碼組成的數(shù)字序列 3 信號信號是數(shù)據(jù)的具體物理表現(xiàn)形式 它具有確定的物理描述 如電信號 光信號或磁場強(qiáng)度等 信號分為數(shù)字信號和模擬信號兩種 圖2 2模擬信號與數(shù)字信號波形 模擬信號 是一種連續(xù)變化的電脈沖序列 例如電話語音信號 電視信號等 它是隨時間變化的函數(shù)曲線 如圖2 2 a 所示 數(shù)字信號 是離散的不連續(xù)的電信號 通常用 高 和 低 電平脈沖序列組成的編碼來表示數(shù)據(jù) 如圖2 2 b 所示 信道 信道是傳送信號的一條通道 可以分為物理信道和邏輯信道 物理信道是指用來傳送信號或數(shù)據(jù)的物理通路 由傳輸介質(zhì)及其附屬設(shè)備組成 邏輯信道而是在物理信道基礎(chǔ)上 由節(jié)點(diǎn)設(shè)備內(nèi)部的連接來實(shí)現(xiàn) 舉例 物理信道 高速公路邏輯信道 各種運(yùn)輸車隊 可以按時分在高速公路上跑 就是A車隊跑一趟 然后換B車隊跑一趟 也可以按頻分跑 就是高速公路有4車道 那就可以跑4個車隊 物理信道是真實(shí)存在的 傳送實(shí)際信息的 不管上層跑什么車隊 邏輯信道是人為定義的 但最終都要在物理信道上傳送 使用權(quán)限 專業(yè)信道和共用信道傳輸介質(zhì) 有線信道和無線信道傳輸信號種類 模擬信道和數(shù)字信道 信道容量 信道的最大傳輸速率是與信道帶寬有直接聯(lián)系的 信道容量用來表征一個信道傳輸信息的最大能力 通常用信息來表示 香農(nóng)公式 帶噪信道容量公式 C B log2 1 S N bps B為信道帶寬 Hz S為信號功率N為噪聲功率 S N為信噪比 通常把信噪比表示成 碼元碼字 所謂 碼元 或稱為 碼位 是對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳送的二進(jìn)制數(shù)字中的每一位的通稱 是構(gòu)成信息編碼的最小單位 而由若干個碼元序列表示的數(shù)據(jù)單元代碼通常稱為 碼字 例如 二進(jìn)制數(shù)字1000001是由7個碼元組成的序列 可以視為一個碼字 在7位ASCII碼中 這個碼字表示字母A 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)任何一個通信系統(tǒng)都可以看作是由發(fā)送設(shè)備 傳輸信道和接收設(shè)備三大部分組成 我們把產(chǎn)生和發(fā)送信息的一端稱為信源 把接收信息的一端稱為信宿 把信源傳送到信宿的通信線路稱為信道 在實(shí)際通信系統(tǒng)中 難免受到外界電磁波等噪音源的干擾影響 因此 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖2 3所示 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 比特率是一種數(shù)字信號的傳輸速率 是指每秒傳送的二進(jìn)制代碼的有效位數(shù) 比特數(shù) bit 單位為bps BitPerSecond 比特率越高 傳送數(shù)據(jù)速度越快 波特率 碼元速率 是一種調(diào)制速率 也稱波形速率 在數(shù)據(jù)傳輸過程中 線路上每秒載波調(diào)制狀態(tài)改變的次數(shù)就是波特率 其單位是波特 Baud 比特率是測量每秒可傳輸數(shù)據(jù)比特位 0和1 數(shù)量的單位 例如 每秒2 400位的比特率是指每一秒鐘傳輸了2 400個1和0 波特率表示每秒鐘一個信號 從0變?yōu)?或從1變?yōu)? 或符號 連接的電壓 頻率或相位 在信道中改變狀態(tài)或發(fā)生變化的次數(shù) 例如 2 400波特率是指該通道每秒鐘最多改變狀態(tài)2 400次 在這個例子中 波特率和比特率是相同的數(shù)值 2 400bps 1比特率等于1波特率 誤碼率指信息傳輸?shù)腻e誤率 也稱錯誤率 是在正常工作情況下 衡量傳輸可靠性的指標(biāo) 誤碼率 傳輸中的誤碼 所傳輸?shù)目偞a數(shù) 100 Pe Ne N 吞吐量單位時間內(nèi)整個網(wǎng)絡(luò)能夠處理的信息總量 單位是字節(jié) 秒或位 秒 在單信道總線型網(wǎng)絡(luò)中 吞吐量 信道容量 傳輸效率 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 信道的傳播延遲信號在信道中傳播 從信源端到達(dá)信宿端需要一定的時間 這個時間稱為傳播延遲 或時延 這個時間與信源端和信宿端的距離有關(guān) 也與具體信道中的信號傳播速度有關(guān) 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo) 信道帶寬 是指信道所能傳送的信號頻率寬度 它的值為信道上可傳送信號的最高頻率與最低頻率之差 帶寬越大 所能達(dá)到的傳輸速率就越大 數(shù)據(jù)傳輸率 S 是指單位時間內(nèi)信道內(nèi)傳輸?shù)男畔⒘?其定義是 通信線路 或系統(tǒng) 單位時間 每秒 內(nèi)傳輸?shù)淖址麄€數(shù) 或者單位時間 每秒 內(nèi)傳輸?shù)拇a組 字塊 數(shù)或比特數(shù) 其單位是字符 秒 或者碼組 秒 比特 秒 可見 當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率用 bit s 作單位時 即等于比特率 一般來說 數(shù)據(jù)傳輸率的高低由傳輸每1位數(shù)據(jù)所占時間決定 傳輸每1位數(shù)據(jù)所占的時間越小 則速率越高 B與S的關(guān)系 S B log2N b s N 調(diào)制電平數(shù)B 數(shù)字信號的脈沖數(shù)率 即波特率 作業(yè) 隨堂練P121 2 4 8 10 數(shù)據(jù)傳輸方式 一 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)模型 它是由數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE 數(shù)據(jù)線路端接設(shè)備 DCE 和通信線路等組成 通信系統(tǒng)模型 2 通信系統(tǒng)模型通信系統(tǒng)組成三要素 信源 信宿和信道 數(shù)據(jù)線路的通信方式 根據(jù)數(shù)據(jù)信息在傳輸線上的傳送方向 數(shù)據(jù)通信方式有 單工通信 半雙工通信 雙工通信 發(fā)送端 接收端 發(fā)送端 接收端 一 單工 在通信線路上 數(shù)據(jù)只可按一個固定的方向傳送而不能進(jìn)行相反方向傳送的通信方式 稱為單工通信 數(shù)據(jù)信道 發(fā)送端 發(fā)送端 接收端 接收端 信道 半雙工通信方式 數(shù)據(jù)可以雙向傳輸 但不能同時進(jìn)行 采用分時間段傳輸 在任一時刻只允許在一個方向上傳輸主信息 這種通信方式稱為半雙工通信 數(shù)據(jù) 發(fā)送端接收端 發(fā)送端接收端 發(fā)送端 接收端 接收端 發(fā)送端 發(fā)送端 發(fā)送端 全雙工通信方式 可同時雙向傳輸數(shù)據(jù)的通信方式稱為全雙工通信 數(shù)據(jù) 接收端 接收端 數(shù)據(jù) 2020 3 24 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 26 串行和并行通信 按照通信中字節(jié)使用的信道數(shù) 數(shù)據(jù)通信方式可分為串行通信和并行通信 1 串行通信串行傳輸是構(gòu)成二進(jìn)制代碼在一條信道上以位 碼元 為單位 按時間順序逐位傳輸?shù)姆绞?按位發(fā)送 逐位接收 同時還要確認(rèn)字符 所以要采取同步措施 串行通信的優(yōu)點(diǎn)是收 發(fā)雙方只需要一條傳輸信道 易于實(shí)現(xiàn) 成本低 但速度比較低 2020 3 24 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 27 串行和并行通信 串行通信 2020 3 24 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 28 串行和并行通信 2 并行通信 是構(gòu)成字符的二進(jìn)制代碼在并行信道上同時傳輸?shù)姆绞?例如 8單位代碼字符要用8條信道并行同時傳輸 一次傳一個字符 收 發(fā)雙方不存在同步問題 并行通信的優(yōu)點(diǎn)是速度快 但發(fā)端與收端之間有若干條線路 導(dǎo)致費(fèi)用高 僅適合于近距離和高速率的通信 2020 3 24 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 29 串行和并行通信 并行通信 數(shù)據(jù)傳輸方式 數(shù)據(jù)傳輸方式依其數(shù)據(jù)在傳輸線原樣不變地傳輸還是調(diào)制變樣后再傳輸 可分為基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸?shù)确绞?2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 1 基帶傳輸基帶 Baseband 是指調(diào)制前原始電信號占用的頻帶 是原始電信號固有的基本頻帶 基帶信號是未經(jīng)載波調(diào)制的信號 由 0 和 1 組成的數(shù)字信號又稱為 數(shù)字基帶信號 基帶傳輸在信道中直接傳輸基帶信號時 稱為基帶傳輸 基帶傳輸?shù)男盘柤瓤梢允悄M信號 也可以是數(shù)字信號 具體類型由信源決定 1 基帶傳輸基帶傳輸是一種最基本的數(shù)據(jù)傳輸方式 一般用在較近距離的數(shù)據(jù)通信中 在計算機(jī)局域網(wǎng)中 主要就是采用這種傳輸方式 例如計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的信號就是基帶傳輸?shù)?基帶傳輸一般用較近距離的數(shù)據(jù)通信中 基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 2 頻帶傳輸利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號傳輸?shù)姆椒?稱為 頻帶傳輸 將數(shù)字信號調(diào)制成模擬信號后在發(fā)送和傳輸 到達(dá)接收端時 再把模擬信號解調(diào)為原來的數(shù)字信號 調(diào)制解調(diào)器 調(diào)制解調(diào)器是一種計算機(jī)硬件 它能把計算機(jī)的數(shù)字信號翻譯成可沿普通電話線傳送的模擬信號 而這些模擬信號又可被線路另一端的另一個調(diào)制解調(diào)器接收 并譯成計算機(jī)可懂的語言 這一簡單過程完成了兩臺計算機(jī)間的通信 我們現(xiàn)有的電話 模擬電視信號等 都是屬于頻帶傳輸 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 3 頻帶傳輸與基帶傳輸不同 基帶傳輸中 基帶信號占有信道的全部帶寬 頻帶傳輸中 模擬信號通常由某個頻率或某幾個頻率組成 占用一個固有頻帶 高頻 即整個頻道的一部分 采用多路復(fù)用技術(shù) 提高了信道利用率 頻帶傳輸?shù)牟ㄐ伪容^單一 因為在頻帶傳輸中只需要用不同幅度或不同頻率表示0 1兩個電平 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸寬帶是指帶寬比聲頻更寬的頻帶 利用寬帶進(jìn)行的傳輸稱為寬帶傳輸 寬帶傳輸可以在傳輸介質(zhì)上使用頻分多路復(fù)用技術(shù) 由于數(shù)字信號的頻帶很寬 不便于在寬帶網(wǎng)中直接傳輸 通常將其轉(zhuǎn)化成模擬信號后再在寬帶網(wǎng)中傳輸 寬帶傳輸信道容量大 傳輸距離遠(yuǎn) 基帶傳輸速率快 距離近 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸計算機(jī)局域網(wǎng)中采用的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)有基帶傳輸和寬帶傳輸兩種方式 它們的主要區(qū)別在于傳輸速率不同 一個寬帶信道能被劃分為許多個邏輯信道 從而可以將各種聲音 圖像和數(shù)據(jù)信息傳輸綜合在同一個物理信道上進(jìn)行 2 3 1基帶傳輸 頻帶傳輸和寬帶傳輸 4 寬帶傳輸 一般說 寬帶傳輸與基帶傳輸相比有以下優(yōu)點(diǎn) 能在一個信道中傳輸聲音 圖像和數(shù)據(jù)信息 使系統(tǒng)具有多種用途 一條寬帶信道能劃分為多條邏輯基帶信道 實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用 因此信道的容量大大增加 寬帶傳輸?shù)木嚯x比基帶遠(yuǎn) 因為基帶傳輸直接傳送數(shù)字信號 傳輸?shù)乃俾试礁?能夠傳輸?shù)木嚯x越短 練習(xí) 1 數(shù)據(jù)線路的通信方式有 2 數(shù)據(jù)傳輸方式可分為 等 數(shù)據(jù)交換技術(shù) Question 為什么要采用數(shù)據(jù)交換技術(shù)一個擁有眾多用戶的通信網(wǎng)不可能采用兩兩之間連接的全互聯(lián)方式 必須采用交換設(shè)備為降低通信線路造價 大型網(wǎng)絡(luò)主要采用部分連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 兩個端節(jié)點(diǎn)之間的通信連接一般都要通過中間節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接 中間節(jié)點(diǎn)要在它所連接幾條線路中選擇一條進(jìn)行接續(xù) 交換網(wǎng)絡(luò)有多條信道供多個終端共用 網(wǎng)絡(luò)的交換設(shè)備能夠按照終端的需要分配信道并將它們連接起來 本任務(wù)主要學(xué)習(xí)電路交換 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換和高速交換技術(shù) 電路交換 電路交換一般定義 交換機(jī)負(fù)責(zé)在兩個通信站點(diǎn)之間建立一條物理的固定傳輸通路 直到通信完畢后再拆除 通信的三個階段 建立連接 通信 釋放連接特點(diǎn) 數(shù)據(jù)傳輸前需要先建立一條臨時的端到端的通道 通信雙方在通信過程中自始自終占用該條鏈路 應(yīng)用 服務(wù)質(zhì)量要求較高 電話網(wǎng) 實(shí)時數(shù)據(jù) 音頻 視頻 1 電路交換把 建立連接 通信 釋放連接 三個步驟的連網(wǎng)方式稱為面向連接的 電路交換必定是面向連接的 例 兩部電話機(jī)通信只需要用一對電線就能夠互相連接起來 電路交換 1電路交換的通信過程三個階段 電路建立階段數(shù)據(jù)傳輸階段電路釋放階段 電路交換 1 電路交換 電路交換 2 4 3數(shù)據(jù)交換技術(shù) 1 電路交換的優(yōu)點(diǎn) 信息傳輸時延短信息傳輸效率高對用戶提供 透明 傳輸通路適合傳輸信息量大 通信對象比較確定的用戶 電路交換 2 電路交換的缺點(diǎn) 線路利用率較低 通信雙方必須同時工作 電路交換 2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換在交換過程中 交換設(shè)備將接收到的報文先存儲 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) 過程 信息從數(shù)據(jù)源到目的地一般要經(jīng)過多級轉(zhuǎn)發(fā) 中間經(jīng)過的每個交換機(jī) 路由器 都有一個緩沖區(qū) 在交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)時 先把信息存放到數(shù)據(jù)緩沖區(qū) 等到線路空閑時 將信息傳輸出去 特點(diǎn) 可靠性高 不需要一條專用的通路 提高了信道的利用率 方式 報文交換和分組交換 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 報文交換以報文為單位發(fā)送信息 整個報文作為一個整體一起發(fā)送 報文就是計算機(jī)一次性要發(fā)送的數(shù)據(jù)塊 其長度不限且可變 報文包括三部分內(nèi)容 報頭 報文正文和報尾 報頭由源地址 目的地址及控制信息組成報尾一般是校驗信息 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 報文交換報文交換的過程 發(fā)送端 接受端 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 報文交換A B C D表示交換設(shè)備 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 1 報文交換優(yōu)點(diǎn) 線路利用率與電路交換相比較高缺點(diǎn) 1 大報文造成存儲轉(zhuǎn)發(fā)的延時過長 2 出錯后整個報文全部重發(fā) 現(xiàn)在已經(jīng)很少使用 更好的技術(shù)取代 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 分組交換過程a 在發(fā)送端 先把較長的報文劃分成較短的 固定長度的數(shù)據(jù)段 每個部分稱為一個分組 b 每個分組的前面加一個分組頭 由交換機(jī)根據(jù)目的地址轉(zhuǎn)發(fā)至目的地 這個過程稱為分組交換 c 接收端收到所有分組后 還原得到報文分組交換也稱為包交換進(jìn)行分組交換的通信網(wǎng)絡(luò)稱為分組交換網(wǎng) 存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 分組交換的主要特點(diǎn) 分組交換則采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù) 在發(fā)送端 先把較長的報文劃分成較短的 固定長度的數(shù)據(jù)段 報文 添加首部構(gòu)成分組 每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組 packet 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 首部 首部 首部 請注意 現(xiàn)在左邊是 前面 分組交換的傳輸單元 分組交換網(wǎng)以 分組 作為數(shù)據(jù)傳輸單元 依次把各分組發(fā)送到接收端 假定接收端在左邊 以分組為基本單位在網(wǎng)絡(luò)中傳送 分組首部的重要性 每一個分組的首部都含有地址 諸如目的地址和源地址 等控制信息 分組交換網(wǎng)中的結(jié)點(diǎn)交換機(jī)根據(jù)收到的分組首部中的地址信息 把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點(diǎn)交換機(jī) 每個分組在互聯(lián)網(wǎng)中獨(dú)立地選擇傳輸路徑 用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式 最后分組就能到達(dá)最終目的地 收到分組后剝?nèi)ナ撞?接收端收到分組后剝?nèi)ナ撞窟€原成報文 數(shù)據(jù) 首部 數(shù)據(jù) 首部 數(shù)據(jù) 首部 收到的數(shù)據(jù) 最后還原成原來的報文 最后 在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文 這里我們假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯 在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 2 分組交換特點(diǎn) 1 存儲量要求較小 可以用內(nèi)存來緩沖分組 速度快 2 轉(zhuǎn)發(fā)延時小 適用于交互式通信 3 某個分組出錯僅重發(fā)該分組 效率高 4 分組可通過數(shù)據(jù)報方式或虛電路方式交換 5 有強(qiáng)大的糾錯機(jī)制 流量控制和路由選擇功能 2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 分組交換兩種方式 數(shù)據(jù)報方式虛電路方式數(shù)據(jù)報方式 每個分組包含源地址和目的地址 各個分組根據(jù)目的地址獨(dú)立到達(dá)目的地 同一個報文的不同分組可能沿著不同路徑到達(dá)目的地 每個分組又稱為數(shù)據(jù)報 數(shù)據(jù)報會出現(xiàn)亂序 丟失 重復(fù)問題 2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 2 分組交換虛電路方式 虛電路就是通信雙方在開始互相發(fā)送和接收數(shù)據(jù)之前 需要在網(wǎng)絡(luò)上先建立一條邏輯鏈路 用戶數(shù)據(jù)按照順序沿邏輯鏈路到達(dá)目的地 過程 包括虛電路建立 數(shù)據(jù)傳輸和虛電路拆除三個階段 報文分組不必帶目的地址 源地址等輔助信息 只需攜帶虛電路標(biāo)識號 同一條物理線路上可以建立多條虛電路 2存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換 ABCD 報文交換 電路交換 虛電路 分組交換 幾種交換的比較 分組交換與報文交換的比較 1 分組交換比報文交換減少了時間延時 2 分組交換把數(shù)據(jù)的最大長度限制在較小的范圍內(nèi) 每個節(jié)點(diǎn)所需要的存儲量減少 有利于提高節(jié)點(diǎn)存儲資源的利用率 3 分組交換易于重新開始新的傳輸 可讓緊急報文迅速發(fā)送出去 不會遭到傳輸優(yōu)先級較低的報文的堵塞 信元交換技術(shù) 信元交換是一種高速分組交換方式 在信元交換中 信元為基本單位 信元是一種極短的固定長度的信息交換單元 每個信元長為53字節(jié) 分為信元頭和信息域兩部分 信元頭占5個字節(jié) 包括信元標(biāo)識等信息 信息域占48個字節(jié) 承載用戶的數(shù)據(jù) 信元交換技術(shù) 信元交換的報文包括信令和一個或多個信元 信令是控制命令 用于建立和釋放邏輯連接 信元的標(biāo)識用來識別信息傳輸路徑 由此可見 信元交換方式融合了電路交換高速率和分組交換高效率的特點(diǎn) 在信元交換過程中 各路的信元存儲在緩沖區(qū)中 列隊等候待發(fā) 待空信元到來時 則將信元插入到空信元中發(fā)送出去 信元交換技術(shù) ATM 異步傳輸方式 是信元交換的實(shí)際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn) 它是當(dāng)前發(fā)展最快的網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 傳輸介質(zhì)使用光纜或雙絞線 其傳輸速率已達(dá)到155Mbps和622Mbps 并向2Gbps進(jìn)軍 ATM采用的是面向連接的高速交換和多路復(fù)用技術(shù) 能保證網(wǎng)絡(luò)帶寬不隨用戶數(shù)增加而下降 而且每個用戶可享用專用帶寬并可根據(jù)用戶的需求變化來調(diào)節(jié)用戶的帶寬 ATM有3層結(jié)構(gòu) 物理層 ATM層和ATM自適應(yīng)層 信元交換技術(shù) ATM的特點(diǎn)是支持復(fù)雜的多媒體應(yīng)用 相對傳統(tǒng)LAN擁有可靠的服務(wù)質(zhì)量 良好的伸縮性 提高生產(chǎn)率 改進(jìn)現(xiàn)有應(yīng)用的性能 為用戶網(wǎng)絡(luò)提供帶寬 保護(hù)用戶投資 高頻寬 低延時 節(jié)省費(fèi)用 ATM是一種廣域網(wǎng)主干線的較好選擇 四種交換技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 電路交換 優(yōu)點(diǎn) 實(shí)時性好 通信效率高 缺點(diǎn) 線路利用率低 不能連接不同類型線路組成的鏈路 通信雙方要同時工作 報文交換 優(yōu)點(diǎn) 線路利用率高 雙方無須同時工作 可同時向多個目的地發(fā)送同一報文 可在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)報文差錯控制和糾錯處理 能進(jìn)行速度和代碼的轉(zhuǎn)換 缺點(diǎn) 網(wǎng)絡(luò)延時較長 不適宜實(shí)時通信和交互式場合 四種交換技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn) 數(shù)據(jù)報 優(yōu)點(diǎn) 對于短報文數(shù)據(jù) 通信傳輸率較高 對網(wǎng)絡(luò)故障適應(yīng)能力強(qiáng)缺點(diǎn) 傳輸延時較大 時延離散度大虛電路 優(yōu)點(diǎn) 對于數(shù)據(jù)量較大的通信傳輸率高 分組傳輸延時短 且不易產(chǎn)生數(shù)據(jù)分組丟失 缺點(diǎn) 對網(wǎng)絡(luò)的依賴性較大 4種交換技術(shù)的比較 1 對于交互式通信來說 報文交換是不合適的 2 對于較輕的間歇式負(fù)載來說 電路交換是合適的 因為可以通過電話撥號線路來使用公用電話系統(tǒng) 3 對于兩個站之間很重的和持續(xù)的負(fù)載來說 使用租用的電路交換線是最合適的 4 當(dāng)有一批中等數(shù)量數(shù)據(jù)必須交換到大量的數(shù)據(jù)設(shè)備時 寧可用分組交換方法 這種技術(shù)的線路利用率是最高的 4種交換技術(shù)的比較 5 數(shù)據(jù)報分組交換適用于短報文和具有靈活性的報文 6 虛電路分組交換適用于大批量數(shù)據(jù)交換和減輕各站的處理負(fù)擔(dān) 7 信元交換適用于對帶寬要求高和對服務(wù)質(zhì)量要求高的應(yīng)用 練習(xí)題 一 選擇題1 電子郵件采用的交換方式是 A 電路交換B 報文交換C 數(shù)據(jù)報D 虛電路2 報文交換不適合于 A 電子郵件B 間隙性負(fù)載C 交互式通信D 少量數(shù)據(jù)3 以下交換技術(shù)中 不屬于存儲交換技術(shù)的是 A 電路交換B 數(shù)據(jù)報C 虛電路D 報文交換4 下列交換方式中 的傳輸延時最小A 報文交換B 電路交換C 虛電路D 數(shù)據(jù)報交換二 填空題1 如果按照數(shù)據(jù)交換方式進(jìn)行分類 電話系統(tǒng)的信息交換方式屬于 2 一般來講 存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式包括報文交換和 3 在數(shù)據(jù)傳輸中 一般要建立連接的是 交換方式 B C A B 電路交換 分組交換 電路 知識拓展 高速交換技術(shù) 異步傳輸模式ATM是一種比幀中繼傳輸速率更高的快速分組交換方式 ATM的傳輸單位為信元 Cell 又稱信元交換 信元是一種較短的數(shù)據(jù)分組 其長度固定為53個字節(jié) 采用時分多路復(fù)用技術(shù) 不必在數(shù)據(jù)鏈路層進(jìn)行差錯控制和流量控制 多路復(fù)用技術(shù) 多路 多條互不相干的信號通道 復(fù)用 合在一起使用 在數(shù)據(jù)通信或計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中 傳輸介質(zhì)的帶寬或容量往往超過傳輸單一信號的需求 為了有效地利用通信線路 希望一個信道同時傳輸多路信號 這就是所謂的多路復(fù)用技術(shù) 采用多路復(fù)用技術(shù)能把多個信號組合在一條物理信道上進(jìn)行傳輸 其方法是在發(fā)送端將若干個彼此無關(guān)的信號合并為一個能在一條共用信道上傳輸?shù)膹?fù)合信號 在信號的接收端還能將復(fù)合信號分離出與原來一樣的若干個彼此無關(guān)的信號來 多路復(fù)用技術(shù)的原理如下圖所示 由多路復(fù)用器合并N個輸入通道的信號 N取決于所用傳輸介質(zhì)的限制因素 組成一路復(fù)合信號 經(jīng)傳輸速率較高的線路傳輸后 由多路譯碼器將復(fù)合信號按通道號再分離出來 然后把它們送到相應(yīng)的輸出端 多路復(fù)用技術(shù) 配置多路復(fù)用線路有許多種不同方法 多路復(fù)用器的類型也各異 常用的多路復(fù)用技術(shù)有時分多路復(fù)用 TDM 頻分多路復(fù)用 FDM 和波分多路復(fù)用 WDM 等 圖多路復(fù)用技術(shù)原理 1時分多路復(fù)用 所謂時分多路復(fù)用是將一條物理信道按時間分成若干個時間片 時隙 輪流分配給多個信號使用每一時間片由要復(fù)用的一個信號占用 一個信號的時間片用完后 信道再分配給下一個信號 這樣利用每個信號在時間上的交叉 就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號了 如圖3所示 圖3時分多路復(fù)用示意圖 時分多路復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn) 當(dāng)物理信道可支持的位傳輸速率足夠快時 可以將信道的傳輸時間劃分成若干時隙 并將各時隙輪流地分配給各路信號 使若干路信號合用單一的通信媒體 時間域上互不重疊 任一瞬間只有一路信號占用線路 但每個信號都占用整個頻帶 多路信號分時地在信道內(nèi)傳送 時分多路復(fù)用技術(shù)既可用于基帶局域網(wǎng) 也可用于寬帶網(wǎng)絡(luò) 78 時分多路復(fù)用技術(shù)的分類 同步時分多路復(fù)用 分配給每個數(shù)據(jù)源的時間片是固定的 各個數(shù)據(jù)源的時間片不可互相轉(zhuǎn)讓 79 異步時分多路復(fù)用 允許動態(tài)地分配時間片 各個數(shù)據(jù)源的時間片空閑時可以轉(zhuǎn)讓 也稱為統(tǒng)計時分多路復(fù)用 頻分多路復(fù)用電路常用于模擬信號的傳輸 其工作原理是 按照頻率劃分信號的方法 把傳輸頻帶分成若干個較窄的頻帶 每個窄頻帶構(gòu)成一個子通道 獨(dú)立地傳輸信息 FDM將每一信息經(jīng)調(diào)制變成不同的載波頻率 各個信號都有自己的帶寬 2頻分多路復(fù)用 為了避免信號彼此干擾 各載波之間留有適當(dāng)?shù)念l率間距 各載波之間便不會有因信號的互相重疊而發(fā)生干擾的現(xiàn)象產(chǎn)生 如圖4所示 圖4頻分多路復(fù)用示意圖 頻分多路復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn) 頻分多路復(fù)用使信道在同一時刻能同時獨(dú)立傳送多路信號 每路信號占用不同的頻帶 在線路上傳輸?shù)氖歉髀沸盘柦?jīng)過調(diào)制后的疊加在一起的復(fù)合信號 頻分多路復(fù)用技術(shù)適用于寬帶網(wǎng)絡(luò) 82 波分多路復(fù)用是在光纖信道上使用頻分多路復(fù)用的一個變種 其基本原理是 利用波分多路復(fù)用設(shè)備將不同信道的信號調(diào)制成不同波長的光 并復(fù)用到光纖信道上 在接收方 采用波分設(shè)備分離不同波長的光 主要用于光纖通信 它是利用不同波長的光在一條光纖上同時傳輸多路信號 3波分多路復(fù)用 如圖5所示 這是一種在光纖上獲得WDM的簡單方法 在這種方法中 兩根光纖連接到一個棱柱 或更可能是衍射光柵 上 每根光纖的能量處于不同的波段 兩束光通過棱柱或光柵 合成到一根共享的光纖上 傳送到遠(yuǎn)方的目的地 隨后再將它們分解開來 圖5波分多路復(fù)用 碼分多路復(fù)用技術(shù) 碼分多路復(fù)用 CDMA CodeDivisionMultiplexingAccess 是按照碼型結(jié)構(gòu)的不同來區(qū)分各路用戶信號 也稱為碼分多址 每一個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進(jìn)行通信 各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型 因此彼此不會造成干擾 這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強(qiáng)的抗干擾能力 其頻譜類似于白噪聲 不易被敵人發(fā)現(xiàn) 可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?減少干擾對通信的影響 增大通信系統(tǒng)的容量 是使用GSM的4 5倍 降低手機(jī)的平均發(fā)射功率等等 85 差錯產(chǎn)生的原因 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的基本任務(wù)是高效率而無差錯地傳送數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)信號在通信線路中傳輸時 難免受到來自信道內(nèi)部和外部的干擾 從而引起信號的失真 導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯誤 傳輸出錯的原因 一是內(nèi)部因素 噪聲脈沖 脈動噪聲 衰減 延遲失真 二是外部因素 包括電磁干擾 太陽噪聲 工作噪聲 噪聲是影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的主要因素 根據(jù)產(chǎn)生的原因可以將噪聲分為四類 熱噪聲 交調(diào)噪聲 串音和脈沖噪聲四類 噪聲的類型 熱噪聲是由帶電粒子在導(dǎo)電介質(zhì)中的布朗運(yùn)動引起的 它存在于任何工作在絕對零度以上的電路或系統(tǒng)中 熱噪聲屬于高斯白噪聲 其概率密度函數(shù)滿足正態(tài)分布統(tǒng)計特性 同時它的功率譜密度函數(shù)是均勻分布的 常數(shù) 熱噪聲的特點(diǎn)是 時刻存在 不可排除 幅度較小 強(qiáng)度與頻率無關(guān) 但頻譜很寬 是一類隨機(jī)的噪聲 噪聲的類型 交調(diào)噪聲是一種附加的頻率干擾 由于通信系統(tǒng)的非線性 將導(dǎo)致進(jìn)入通信系統(tǒng)的不同頻率的信號在系統(tǒng)的輸出端產(chǎn)生這些頻率之間的差頻信號或倍頻信號及其組合 這就是交調(diào)噪聲 對于交調(diào)噪聲可以通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)制技術(shù) 人為地校正系統(tǒng)的非線性部分得到補(bǔ)償 噪聲的類型 串音是一個通路的信號在相鄰的另一個通路引起的干擾現(xiàn)象 這是由于信號線路之間的電磁感應(yīng)引起的有害耦合 為了消除線路之間的有害耦合 可以將每一對線擰成一定扭絞節(jié)距的線纜 噪聲的類型 脈沖噪聲是由于電火花或其他原因造成的突發(fā)振幅很大 持續(xù)時間比間隔時間短得多的離散脈沖耦合到信號通路中的干擾 脈沖噪聲也稱為沖擊噪聲 它將引起一連串的數(shù)據(jù)比特出錯 它是數(shù)據(jù)傳輸差錯的主要根源 脈沖噪聲產(chǎn)生的干擾很難消除 只能采用差錯控制的方法來實(shí)現(xiàn)可靠傳輸 3 差錯的類型 隨機(jī)差錯指數(shù)據(jù)單元中的單比特差錯 它通常由傳輸信道的熱噪聲引起 突發(fā)差錯指數(shù)據(jù)單元中的兩個或兩個以上的比特發(fā)生成串密集性的差錯 第一個錯誤比特到最后一個錯誤比特之間的位數(shù)稱為突發(fā)長度 沖擊噪聲持續(xù)的時間通常大于數(shù)據(jù)傳輸中每比特的發(fā)送時間 因而會引起相鄰的多個數(shù)據(jù)位出錯 從而導(dǎo)致突發(fā)差錯 4 如何解決傳輸差錯問題 提高物理信道的質(zhì)量 盡量避免和減少差錯 采用電纜屏蔽措施和適當(dāng)?shù)恼{(diào)制解調(diào)方法設(shè)置中繼設(shè)備對信號進(jìn)行整理再生和放大加大發(fā)射功率 降低接收設(shè)備本身的噪聲 以提高信噪比提高數(shù)據(jù)的健壯性 有效地進(jìn)行檢錯和糾錯 采用信道編碼技術(shù) 為數(shù)據(jù)信息增加冗余編碼 形成抗干擾編碼 使接收方能進(jìn)行檢錯或糾錯配合適當(dāng)?shù)牟铄e控制方法進(jìn)行檢錯或糾錯 1 奇偶校驗碼 編碼規(guī)則在發(fā)送的數(shù)據(jù)塊后附加一位校驗位 該位的取值由原數(shù)據(jù)塊中 1 的個數(shù)之和決定 偶校驗 把數(shù)據(jù)信息中的 1 的個數(shù)湊成偶數(shù) 奇校驗 把數(shù)據(jù)信息中的 1 的個數(shù)湊成奇數(shù) 例如 傳輸?shù)臄?shù)據(jù) 1011000 偶校驗時 校驗位1 碼字是 10110001 奇校驗時 校驗位0 變?yōu)?10110000 缺點(diǎn) 校驗?zāi)芰艿?它只能檢出 1 有奇數(shù)個錯誤 不能確定是幾個奇數(shù)錯誤 優(yōu)點(diǎn) 其設(shè)備簡單 容易實(shí)現(xiàn) 已知字符T的ASCII碼值的十進(jìn)制數(shù)表示為84 如果將最高為設(shè)置為奇數(shù)校驗 則字符M的ASCII碼值設(shè)置奇校驗位 他的二進(jìn)制表示為 A A11001101B10101100C10110011D10001101 循環(huán)冗余碼校驗 循環(huán)冗余校驗 CRC 是一種數(shù)據(jù)傳輸檢錯功能 對數(shù)據(jù)進(jìn)行多項式計算 并將得到的結(jié)果附在幀的后面 接收設(shè)備也執(zhí)行類似的算法 以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和完整性