数据通信基础 教学PPT

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1、第 二 章 数 据 通 信基 础 信 息信息（Information）是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。例如事物的运动状态、结构、温度、性能等都是信息的不同表现形式。信息可以以等各种不同形式存在。 2.1 数 据 通 信 的 基 本 概 念 数 据 信息可以用数字的形式来表示，数字化的信息称为数据。数据可以分为数据和数据两种。 模 拟 数 据 ： 在 时 间 和 幅 值 取 值 上 都 是 连 续 变 化的 , 例 如 声 音 、 语 音 、 视 频 和 动 画 片 等 。 模 拟 数据 通 常 用 传 感 器 收 集 。 数 字 数 据 ： 在 时 间

2、 上 是 离 散 的 ,在 幅 值 上 是 经过 量 话 的 ,它 一 般 是 由 0、 1构 成 的 二 进 制 代 码 组 成的 数 字 序 列 。 信 号 是 数 据 的 具 体 物 理 表 现 形 式 ， 它 具 有 确 定 的 物 理 描 述 ,如 电 信 号 、 光 信 号 或 磁 场 强 度 等 。 信 号 分 为 数 字 信 号 和 模 拟 信号 两 种 。 图 2-2 模 拟 信 号 与 数 字 信 号 波 形 ty （ a） 连 续 的 模 拟 信 号 ty （ b） 离 散 的 数 字 信 号 模 拟 信 号 ： 是 一 种 连 续变 化 的 电 脉 冲 序 列 ， 例

3、如 电 话语 音 信 号 、 电 视 信 号 等 ， 它 是随 时 间 变 化 的 函 数 曲 线 ， 如 图2-2（ a） 所 示 。 数 字 信 号 ： 是 离 散 的 不连 续 的 电 信 号 , 通 常 用 “ 高 ”和 “ 低 ” 电 平 脉 冲 序 列 组 成 的编 码 来 表 示 数 据 , 如 图 2-2(b)所示 。 信 道 信 道 是 传 送 信 号 的 一 条 通 道 ， 可 以 分 为 物 理 信 道和 逻 辑 信 道 。 物 理 信 道 是 指 用 来 传 送 信 号 或 数 据 的 物 理 通 路 ，由 传 输 介 质 及 其 附 属 设 备 组 成 。 逻 辑 信

4、 道 而 是 在 物 理 信 道 基 础 上 ， 由 节 点 设 备 内部 的 连 接 来 实 现 。 举 例 ：物 理 信 道 ： 高 速 公 路逻 辑 信 道 ： 各 种 运 输 车 队 ， 可 以 按 时 分 在 高 速 公 路 上 跑 ， 就 是 A车 队 跑 一 趟 ， 然 后 换 B车 队 跑 一 趟 ， 也 可 以 按 频 分 跑 ， 就 是 高速 公 路 有 4车 道 ， 那 就 可 以 跑 4个 车 队 。物 理 信 道 是 真 实 存 在 的 ， 传 送 实 际 信 息 的 ， 不 管 上 层 跑 什 么 车队 。逻 辑 信 道 是 人 为 定 义 的 ， 但 最 终 都

5、要 在 物 理 信 道 上 传 送 使 用 权 限 ： 专 业 信 道 和 共 用 信 道 传 输 介 质 ： 有 线 信 道 和 无 线 信 道 传 输 信 号 种 类 ： 模 拟 信 道 和 数 字 信 道 信 道 容 量信 道 的 最 大 传 输 速 率 是 与 信 道 带 宽 有 直 接联 系 的 。 信 道 容 量 用 来 表 征 一 个 信 道 传 输 信 息 的最 大 能 力 ， 通 常 用 信 息 来 表 示 。 香 农 公 式 -带 噪 信 道 容 量 公 式 ：C=B log2(1+S/N) (bps)B为 信 道 带 宽 （ Hz） S为 信 号 功 率 N为 噪 声 功

6、 率 ，S/N为 信 噪 比 ， 通 常 把 信 噪 比 表 示 成 码 元 码 字所 谓 “ 码 元 ” ， 或 称 为 “ 码 位 ” ， 是 对 计 算 机 网 络 传 送 的 二 进制 数 字 中 的 每 一 位 的 通 称 。 是 构 成 信 息 编 码 的 最 小 单 位 。而 由 若 干 个 码 元 序 列 表 示 的 数 据 单 元 代 码 通 常 称 为 “ 码 字 ” 。例 如 ， 二 进 制 数 字 1000001是 由 7个 码 元 组 成 的 序 列 ， 可 以 视为 一 个 码 字 。 在 7位 ASCII码 中 ， 这 个 码 字 表 示 字 母 A。 任 何 一

7、 个 通 信 系 统 都 可 以 看 作 是 由 发 送 设 备 、 传 输 信 道 和接 收 设 备 三 大 部 分 组 成 。 我 们 把 产 生 和 发 送 信 息 的 一 端 称 为 信源 ， 把 接 收 信 息 的 一 端 称 为 信 宿 ， 把 信 源 传 送 到 信 宿 的 通 信 线路 称 为 信 道 。 在 实 际 通 信 系 统 中 ， 难 免 受 到 外 界 电 磁 波 等 噪 音 源 的 干 扰影 响 。 因 此 ， 数 据 通 信 系 统 的 基 本 结 构 如 图 2-3所 示 。 图 2-3 通 信 系 统 的 基 本 结 构数 据 +噪 音噪 音 源信 源 信

8、道 信 宿 数 据 通 信 系 统 主 要 技 术 指 标 比 特 率是 一 种 数 字 信 号 的 传 输 速 率 。 是 指 每 秒 传 送 的 二 进 制 代 码 的 有 效位 数 （ 比 特 数 (bit) ） 。 单 位 为 bps(Bit Per Second)， 比 特 率 越 高， 传 送 数 据 速 度 越 快 。 波 特 率 （ 码 元 速 率 ）是 一 种 调 制 速 率 ， 也 称 波 形 速 率 。 在 数 据 传 输 过 程 中 ， 线 路 上 每秒 载 波 调 制 状 态 改 变 的 次 数 就 是 波 特 率 ， 其 单 位 是 波 特 （ Baud） 比 特

9、率 是 测 量 每 秒 可 传 输 数 据 比 特 位 (0和 1)数 量 的 单 位 。 例 如， 每 秒 2,400位 的 比 特 率 是 指 每 一 秒 钟 传 输 了 2,400个 1和 0。 波 特 率 表 示 每 秒 钟 一 个 信 号 (从 0变 为 1或 从 1变 为 0)或 符 号 (连接 的 电 压 、 频 率 或 相 位 )在 信 道 中 改 变 状 态 或 发 生 变 化 的 次 数。 例 如 ， 2,400波 特 率 是 指 该 通 道 每 秒 钟 最 多 改 变 状 态 2,400次 。 在 这 个 例 子 中 ， 波 特 率 和 比 特 率 是 相 同 的 数 值

10、 ：2,400bps， 1比 特 率 等 于 1波 特 率 。 误 码 率 指 信 息 传 输 的 错 误 率 ， 也 称 错 误 率 。 是 在 正 常 工 作 情 况 下， 衡 量 传 输 可 靠 性 的 指 标 。误 码 率 =传 输 中 的 误 码 /所 传 输 的 总 码 数 *100%。 Pe=Ne/N。 吞 吐 量单 位 时 间 内 整 个 网 络 能 够 处 理 的 信 息 总 量 。 单 位 是 字 节 /秒 或 位 /秒 。 在 单 信 道 总 线 型 网 络 中 ： 吞 吐 量 =信 道 容 量 *传 输 效 率 。数 据 通 信 系 统 主 要 技 术 指 标 信 道

11、的 传 播 延 迟 信 号 在 信 道 中 传 播 ， 从 信 源 端 到 达 信 宿 端 需 要 一 定的 时 间 ， 这 个 时 间 称 为 传 播 延 迟 （ 或 时 延 ） 。 这 个 时间 与 信 源 端 和 信 宿 端 的 距 离 有 关 ， 也 与 具 体 信 道 中 的 信号 传 播 速 度 有 关 。数 据 通 信 系 统 主 要 技 术 指 标 信 道 带 宽 ： 是 指 信 道 所 能 传 送 的 信 号 频 率 宽 度 ， 它 的 值 为 信道 上 可 传 送 信 号 的 最 高 频 率 与 最 低 频 率 之 差 。 带 宽 越大 ， 所 能 达 到 的 传 输 速

12、率 就 越 大 。 数 据 传 输 率 （ S） 是 指 单 位 时 间 内 信 道 内 传 输 的 信 息 量 。 其 定 义 是 ： 通 信 线 路 (或 系 统 )单 位 时 间 (每 秒 )内 传 输 的 字 符 个 数 ； 或者 单 位 时 间 (每 秒 )内 传 输 的 码 组 (字 块 )数 或 比 特 数 。 其 单 位 是 字 符 /秒 ； 或 者 码 组 /秒 、 比 特 /秒 (可 见 ， 当 数 据 传 输 率 用 “ bit/s”作 单 位 时， 即 等 于 比 特 率 )。一 般 来 说 ， 数 据 传 输 率 的 高 低 由 传 输 每 1位 数 据 所 占 时

13、间 决 定 ， 传 输 每1位 数 据 所 占 的 时 间 越 小 ， 则 速 率 越 高 。 B与S的关系： S=Blog2N (b/s) N:调制电平数 B：数字信号的脉冲数率，即波特率 作业：随堂练 P12 1,2,4,8,10 数 据 传 输 方 式一 、 数 据 通 信 系 统 模 型1、 数 据 通 信 系 统 的 一 般 结 构 模 型 ， 它 是 由 数 据 终 端 设备 （ DTE） 、 数 据 线 路 端 接 设 备 （ DCE） 和 通 信 线 路 等组 成 。 通 信 系 统 模 型 2、 通 信 系 统 模 型通 信 系 统 组 成 三 要 素 ： 信 源 、 信 宿

14、 和 信 道 数 据 线 路 的 通 信 方 式 根 据 数 据 信 息 在 传 输 线 上 的 传 送 方 向 ， 数 据 通 信 方 式 有： 单 工 通 信 、 半 双 工 通 信 、 双 工 通 信 。 发 送 端 接 收 端发 送 端 接 收 端一 、 单 工 ： 在 通 信 线 路 上 ， 数 据 只 可 按 一 个 固 定 的 方向 传 送 而 不 能 进 行 相 反 方 向 传 送 的 通 信 方 式 ， 称 为 单 工 通信 。 数 据信 道 发 送 端 发 送 端接 收 端 接 收 端信 道半 双 工 通 信 方 式 ： 数 据 可 以 双 向 传 输 ， 但 不 能 同

15、时进 行 ， 采 用 分 时 间 段 传 输 ， 在 任 一 时 刻 只 允 许 在 一 个 方 向上 传 输 主 信 息 ， 这 种 通 信 方 式 称 为 半 双 工 通 信 。数 据发 送 端接 收 端 发 送 端接 收 端 发 送 端 接 收 端接 收 端 发 送 端发 送 端 发 送 端全 双 工 通 信 方 式 ： 可 同 时 双 向 传 输 数 据 的 通 信 方 式称 为 全 双 工 通 信 。 数 据接 收 端 接 收 端数 据 2021-6-4计算机网络技术26 串 行 和 并 行 通 信按照通信中字节使用的信道数，数据通信方式可分为串行通信和并行通信：1、 串 行 通 信

16、 串 行 传 输 是 构 成 二 进 制 代 码 在 一 条 信 道 上 以 位（ 码 元 ） 为 单 位 ， 按 时 间 顺 序 逐 位 传 输 的 方 式 。 按位 发 送 ， 逐 位 接 收 ， 同 时 还 要 确 认 字 符 ， 所 以 要 采 取同 步 措 施 。 串 行 通 信 的 优 点 是 收 、 发 双 方 只 需 要 一 条 传 输 信道 ， 易 于 实 现 ， 成 本 低 ， 但 速 度 比 较 低 。 2021-6-4计算机网络技术27 串 行 和 并 行 通 信串行通信： 2021-6-4计算机网络技术28 串 行 和 并 行 通 信2、 并 行 通 信 ： 是 构

17、成 字 符 的 二 进 制 代 码 在 并 行 信 道 上 同 时 传输 的 方 式 。 例 如 ， 8单 位 代 码 字 符 要 用 8条 信 道 并 行 同时 传 输 ， 一 次 传 一 个 字 符 ， 收 、 发 双 方 不 存 在 同 步 问题 。 并 行 通 信 的 优 点 是 速 度 快 ， 但 发 端 与 收 端 之 间 有若 干 条 线 路 ， 导 致 费 用 高 ， 仅 适 合 于 近 距 离 和 高 速 率的 通 信 。 2021-6-4计算机网络技术29 串 行 和 并 行 通 信并行通信： 数据传输方式 数据传输方式依其数据在传输线原样不变地传输还是调制变样后再传输，可

18、分为基带传输、频带传输和宽带传输等方式。 2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输1基带传输 基 带 （ Baseband） 是 指 调 制 前 原 始 电 信 号 占 用 的 频 带 ， 是 原 始 电 信 号 固 有 的 基 本 频带 。 基 带 信 号 是 未 经 载 波 调 制 的 信 号 。 由 “ 0”和 “ 1”组 成 的 数 字 信 号 又 称 为 “ 数 字 基 带 信 号 ” 。 基 带 传 输 在 信 道 中 直 接 传 输 基 带 信 号 时 ， 称 为 基 带 传 输 。 基 带 传 输 的 信 号 既 可 以 是 模 拟 信 号 ， 也 可 以 是 数 字 信 号

19、， 具 体 类型 由 信 源 决 定 。 1基带传输 基带传输是一种最基本的数据传输方式，一般用在较近距离的数据通信中。在计算机局域网中，主要就是采用这种传输方式。例如计算机网络中的信号就是基带传输的。基带传输一般用较近距离的数据通信中。基 带 传 输 、 频 带 传 输 和 宽 带 传 输 2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输2频带传输 利 用 模 拟 信 道 实 现 数 字 信 号 传 输 的 方 法 ， 称 为 “ 频 带 传 输 ” 。 将 数 字 信 号 调 制 成 模 拟 信 号 后 在 发 送 和 传 输 ， 到 达 接 收 端 时 ， 再 把 模拟 信 号 解 调 为 原

20、来 的 数 字 信 号 。 调 制 解 调 器 ： 调 制 解 调 器 是 一 种 计 算 机 硬 件 ， 它 能 把 计 算 机 的 数 字 信号 翻 译 成 可 沿 普 通 电 话 线 传 送 的 模 拟 信 号 ， 而 这 些 模 拟 信 号 又 可 被 线路 另 一 端 的 另 一 个 调 制 解 调 器 接 收 ， 并 译 成 计 算 机 可 懂 的 语 言 。 这 一简 单 过 程 完 成 了 两 台 计 算 机 间 的 通 信 。 我 们 现 有 的 电 话 、 模 拟 电 视 信 号 等 ， 都 是 属 于 频 带 传 输 2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输 3.频 带

21、传 输 与 基 带 传 输 不 同 ：基 带 传 输 中 ， 基 带 信 号 占 有 信 道 的 全 部 带 宽 ； 频 带 传 输 中 ， 模 拟 信 号 通 常 由 某 个 频 率 或 某 几 个 频率 组 成 ， 占 用 一 个 固 有 频 带 (高 频 )， 即 整 个 频 道 的一 部 分 。 采 用 多 路 复 用 技 术 ， 提 高 了 信 道 利 用 率 。 频 带 传 输 的 波 形 比 较 单 一 ， 因 为 在 频 带 传 输 中 只 需 要 用 不 同 幅 度或 不 同 频 率 表 示 0、 1两 个 电 平 。 2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输4 宽 带 传

22、输 宽带是指带宽比声频更宽的频带。利用宽带进行的传输称为宽带传输。 宽带传输可以在传输介质上使用频分多路复用技术。 由于数字信号的频带很宽，不便于在宽带网中直接传输，通常将其转化成模拟信号后再在宽带网中传输。 宽带传输信道容量大，传输距离远，基带传输速率快，距离近 2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输4 宽 带 传 输 计算机局域网中采用的数据传输系统有基带传输和宽带传输两种方式，它们的主要区别在于传输速率不同。一个宽带信道能被划分为许多个逻辑信道，从而可以将各种声音、图像和数据信息传输综合在同一个物理信道上进行。 2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输4 宽 带 传 输一般说，宽带传输

23、与基带传输相比有以下优点： 能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途； 一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加； 宽带传输的距离比基带远，因为基带传输直接传送数字信号，传输的速率越高，能够传输的距离越短。 练习：1、数据线路的通信方式有（ ）、（ ）、（ ） 2、数据传输方式可分为（ ）（ ）（ ）等。 数据交换技术 n Question ：为什么要采用数据交换技术 n一个拥有众多用户的通信网不可能采用两两之间连接的全互联方式，必须采用交换设备n为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。n两个端节点之间的通信连接一般都要通过中

24、间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。 n交换网络有多条信道供多个终端共用，网络的交换设备能够按照终端的需要分配信道并将它们连接起来。本任务主要学习电路交换、存储转发交换和高速交换技术。 电路交换 电路交换一 般 定 义 ： 交 换 机 负 责 在 两 个 通 信 站 点 之 间 建 立 一 条 物理 的 固 定 传 输 通 路 ， 直 到 通 信 完 毕 后 再 拆 除 。通 信 的 三 个 阶 段 ： 建 立 连 接 -通 信 -释 放 连 接特 点 ： 数 据 传 输 前 需 要 先 建 立 一 条 临 时 的 端 到 端 的 通 道 ，通 信 双 方 在 通 信

25、 过 程 中 自 始 自 终 占 用 该 条 链 路 。应 用 ： 服 务 质 量 要 求 较 高 -电 话 网 ， 实 时 数 据 -音 频 、 视 频 1. 电路交换把 “ 建 立 连 接 -通 信 -释 放 连 接 ” 三 个 步 骤 的 连 网方 式 称 为 面 向 连 接 的 。电 路 交 换 必 定 是 面 向 连 接 的 。 例 ： 两 部 电 话 机 通 信 只 需 要 用 一 对 电 线 就 能 够 互 相 连 接 起 来 。 电 路 交 换 1电路交换的通信过程三个阶段:u电路建立阶段u数据传输阶段u电路释放阶段 电 路 交 换 1. 电路交换呼 叫 应 答呼 叫 请 求报

26、 文 应 答释 放 请 求 释 放 应 答电路建立数据传输电路释放节 点 A 节 点 B 节 点 C 节 点 D 电 路 交 换 2.4.3 数据交换技术（1）电路交换的优点： 信 息 传 输 时 延 短 信 息 传 输 效 率 高 对 用 户 提 供 “ 透 明 ” 传 输 通 路 适 合 传 输 信 息 量 大 ， 通 信 对 象 比 较 确 定 的 用 户 电 路 交 换 （2）电路交换的缺点： 线 路 利 用 率 较 低 。 通 信 双 方 必 须 同 时 工 作 电 路 交 换 2. 存储转发交换 在 交 换 过 程 中 ， 交 换 设 备 将 接 收 到 的 报 文 先 存 储 ，

27、 待 信 道 空闲 时 再 转 发 出 去 ， 一 级 一 级 中 转 ， 直 到 目 的 地 。 这 种 数 据 传输 技 术 称 为 存 储 -转 发 。 过 程 ： 信 息 从 数 据 源 到 目 的 地 一 般 要 经 过 多 级 转 发 ， 中 间 经过 的 每 个 交 换 机 （ 路 由 器 ） 都 有 一 个 缓 冲 区 ， 在 交 换 机 进 行转 发 时 ， 先 把 信 息 存 放 到 数 据 缓 冲 区 ， 等 到 线 路 空 闲 时 ， 将信 息 传 输 出 去 。 特 点 ： 可 靠 性 高 ， 不 需 要 一 条 专 用 的 通 路 ， 提 高 了 信 道 的 利用

28、率 。 方 式 ： 报 文 交 换 和 分 组 交 换 存 储 转 发 交 换 2. 存储转发交换（1）报文交换 以 报 文 为 单 位 发 送 信 息 。 整 个 报 文 作 为 一 个 整 体 一 起 发 送 。报 文 就 是 计 算 机 一 次 性 要 发 送 的 数 据 块 ， 其 长 度 不 限 且 可 变 。 报 文 包 括 三 部 分 内 容 ： 报 头 、 报 文 正 文 和 报 尾 。 报 头 由 源 地址 、 目 的 地 址 及 控 制 信 息 组 成 报 尾 一 般 是 校 验 信 息 。 存 储 转 发 交 换 2. 存储转发交换（1）报文交换 报 文 交 换 的 过

29、程 发送端 接受端 存 储 转 发 交 换 （1）报文交换 A、 B、 C、 D表 示 交 换 设 备 A B C D报 文 排 队 延 迟存 储 转 发 交 换 （1）报文交换优 点 ： 线 路 利 用 率 与 电 路 交 换 相 比 较 高缺 点 ： 1） 大 报 文 造 成 存 储 转 发 的 延 时 过 长 ； 2） 出 错 后 整 个 报 文 全 部 重 发 。现 在 已 经 很 少 使 用 更 好 的 技 术 取 代 存 储 转 发 交 换 （2）分组交换过程a.在 发 送 端 ， 先 把 较 长 的 报 文 划 分 成 较 短 的 、 固 定 长 度 的 数 据 段 ，每 个 部

30、 分 称 为 一 个 分 组 ；b.每 个 分 组 的 前 面 加 一 个 分 组 头 ， 由 交 换 机 根 据 目 的 地 址 转 发 至目 的 地 ， 这 个 过 程 称 为 分 组 交 换 。c.接 收 端 收 到 所 有 分 组 后 ， 还 原 得 到 报 文分组交换也称为包交换进行分组交换的通信网络称为分组交换网。 存 储 转 发 交 换 分组交换的主要特点 分组交换则采用存储转发技术。在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。 报 文1101000110101010110101011100010011010010假 定 这 个 报 文 较 长不 便 于 传 输 添加

31、首部构成分组每一个数据段前面添加上首部构成分组(packet)。数 据 数 据 数 据报 文首 部 首 部 首 部分 组 1 分 组 2 分 组 3请 注 意 ： 现 在 左 边 是 “ 前 面 ” 分组交换的传输单元分组交换网以“分组”作为数据传输单元。依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。数 据首 部 分 组 1 数 据首 部 分 组 2 数 据首 部 分 组 3以 分 组 为 基 本 单 位 在 网 络 中 传 送 分组首部的重要性每一个分组的首部都含有地址（诸如目的地址和源地址）等控制信息。分组交换网中的结点交换机根据收到的分组首部中的地址信息，把分组转发到下一个结点交换机。每

32、个分组在互联网中独立地选择传输路径。用这样的存储转发方式，最后分组就能到达最终目的地。 收到分组后剥去首部接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首 部 分 组 1 数 据首 部 分 组 2 数 据首 部 分 组 3收 到 的 数 据 最后还原成原来的报文最后，在接收端把收到的数据恢复成为原来的报文。这里我们假定分组在传输过程中没有出现差错，在转发时也没有被丢弃。数 据 数 据 数 据报 文1101000110101010110101011100010011010010 （2）分组交换特点： 1） 存 储 量 要 求 较 小 ， 可 以 用 内 存 来 缓 冲 分 组 速 度 快 ； 2）

33、转 发 延 时 小 适 用 于 交 互 式 通 信 ； 3） 某 个 分 组 出 错 仅 重 发 该 分 组 效 率 高 ； 4） 分 组 可 通 过 数 据 报 方 式 或 虚 电 路 方 式 交 换 ； 5） 有 强 大 的 纠 错 机 制 、 流 量 控 制 和 路 由 选 择 功 能 。2 存 储 转 发 交 换 （2）分组交换两种方式： 数 据 报 方 式 虚 电 路 方 式数 据 报 方 式 ： 每 个 分 组 包 含 源 地 址 和 目 的 地 址 ， 各 个 分 组 根 据 目 的 地址 独 立 到 达 目 的 地 。 同 一 个 报 文 的 不 同 分 组 可 能 沿 着 不

34、同 路 径 到 达 目 的 地 ， 每 个 分 组 又 称 为 数 据 报 。 数 据 报 会 出 现 乱 序 、 丢 失 、 重 复 问 题2 存 储 转 发 交 换 （2）分组交换虚 电 路 方 式 ： 虚 电 路 就 是 通 信 双 方 在 开 始 互 相 发 送 和 接 收 数 据 之 前 ，需 要 在 网 络 上 先 建 立 一 条 逻 辑 链 路 ， 用 户 数 据 按 照 顺 序沿 逻 辑 链 路 到 达 目 的 地 。 过 程 ： 包 括 虚 电 路 建 立 、 数 据 传 输 和 虚 电 路 拆 除 三 个 阶段 。 报 文 分 组 不 必 带 目 的 地 址 、 源 地 址

35、 等 辅 助 信 息 ， 只 需 携带 虚 电 路 标 识 号 。 同 一 条 物 理 线 路 上 可 以 建 立 多 条 虚 电 路2 存 储 转 发 交 换 报文 报文报文A B C D 报 文 交 换电 路 交 换 A B C D报 文 P1P2P3P4 P1P2P3P4P3P4虚 电 路P2P1A B C D P1P2P3P4 P1P2P3P4P3P4分 组 交 换P2P1A B C D连 接建 立连 接释 放数 据传 送 几 种 交 换 的 比 较 分组交换与报文交换的比较（1）分组交换比报文交换减少了时间延时。（2）分组交换把数据的最大长度限制在较小的范围内，每个节点所需要的存储量

36、减少，有利于提高节点存储资源的利用率。（3）分组交换易于重新开始新的传输。可让紧急报文迅速发送出去，不会遭到传输优先级较低的报文的堵塞。 信元交换技术 信元交换是一种高速分组交换方式。在信元交换中，信元为基本单位。信元是一种极短的固定长度的信息交换单元，每个信元长为53字节，分为信元头和信息域两部分。 信元头占5个字节，包括信元标识等信息；信息域占48个字节，承载用户的数据。 信元交换技术 信元交换的报文包括信令和一个或多个信元。信令是控制命令，用于建立和释放逻辑连接，信元的标识用来识别信息传输路径。由此可见，信元交换方式融合了电路交换高速率和分组交换高效率的特点。在信元交换过程中，各路的信元

37、存储在缓冲区中，列队等候待发，待空信元到来时，则将信元插入到空信元中发送出去。 信元交换技术 ATM（异步传输方式）是信元交换的实际应用标准，它是当前发展最快的网络技术。传输介质使用光缆或双绞线，其传输速率已达到155Mbps和622Mbps,并向2Gbps进军。ATM采用的是面向连接的高速交换和多路复用技术，能保证网络带宽不随用户数增加而下降，而且每个用户可享用专用带宽并可根据用户的需求变化来调节用户的带宽。 ATM有3层结构：物理层，ATM层和ATM自适应层。 信元交换技术ATM的特点是支持复杂的多媒体应用；相对传统LAN拥有可靠的服务质量；良好的伸缩性；提高生产率；改进现有应用的性能；为

38、用户网络提供带宽；保护用户投资；高频宽；低延时；节省费用。ATM是一种广域网主干线的较好选择。 四种交换技术的优缺点：电路交换：优点：实时性好，通信效率高；缺点：线路利用率低，不能连接不同类型线路组成的链路，通信双方要同时工作。报文交换：优点：线路利用率高；双方无须同时工作；可同时向多个目的地发送同一报文；可在网络上实现报文差错控制和纠错处理；能进行速度和代码的转换。缺点：网络延时较长，不适宜实时通信和交互式场合 四种交换技术的优缺点：数据报：优点：对于短报文数据，通信传输率较高，对 网络故障适应能力强 缺点：传输延时较大，时延离散度大虚电路：优点：对于数据量较大的通信传输率高，分组传 输延时

39、短，且不易产生数据分组丢失。缺点：对网络的依赖性较大。 4种交换技术的比较：1、对于交互式通信来说，报文交换是不合适的。2、对于较轻的间歇式负载来说，电路交换是合适的，因为可以通过电话拨号线路来使用公用电话系统。3、对于两个站之间很重的和持续的负载来说，使用租用的电路交换线是最合适的。4、当有一批中等数量数据必须交换到大量的数据设备时，宁可用分组交换方法，这种技术的线路利用率是最高的。 4种交换技术的比较：5、数据报分组交换适用于短报文和具有灵活性的报文。6、虚电路分组交换适用于大批量数据交换和减轻各站的处理负担。7、信元交换适用于对带宽要求高和对服务质量要求高的应用。 练习题：一 、 选 择

40、 题1、 电 子 邮 件 采 用 的 交 换 方 式 是 （ ）A.电 路 交 换 B.报 文 交 换 C.数 据 报 D.虚 电 路2、 报 文 交 换 不 适 合 于 （ ）A.电 子 邮 件 B.间 隙 性 负 载 C.交 互 式 通 信 D. 少 量 数 据3、 以 下 交 换 技 术 中 ， 不 属 于 存 储 交 换 技 术 的 是 （ ）A.电 路 交 换 B.数 据 报 C. 虚 电 路 D. 报 文 交 换4、 下 列 交 换 方 式 中 （ ） 的 传 输 延 时 最 小A.报 文 交 换 B. 电 路 交 换 C. 虚 电 路 D.数 据 报 交 换二 、 填 空 题 1

41、、 如 果 按 照 数 据 交 换 方 式 进 行 分 类 ， 电 话 系 统 的 信 息 交 换 方 式 属 于 _. 2、 一 般 来 讲 ， 存 储 转 发 方 式 包 括 报 文 交 换 和 _. 3、 在 数 据 传 输 中 ， 一 般 要 建 立 连 接 的 是 _交 换 方 式 .BC AB 电 路 交 换分 组 交 换电 路 知识拓展：高速交换技术异步传输模式ATMp是 一 种 比 帧 中 继 传 输 速 率 更 高 的 快 速 分 组 交 换 方 式 。pATM的 传 输 单 位 为 信 元 （ Cell） ， 又 称 信 元 交 换 。p信 元 是 一 种 较 短 的 数

42、据 分 组 ， 其 长 度 固 定 为 53个 字 节 。p采 用 时 分 多 路 复 用 技 术 。p不 必 在 数 据 链 路 层 进 行 差 错 控 制 和 流 量 控 制 。 多 路 复 用 技 术多路复用技术多 路 ： 多 条 互 不 相 干 的 信 号 通 道复 用 ： 合 在 一 起 使 用多 路 复 用 ： 在 一 条 信 道 上 建 立 多 条 物 理 信 道多 路 复 用 技 术 ： 如 何 利 用 传 输 介 质 ， 在 一 条 物 理 线 路 上建 立 多 条 物 理 信 道 的 技 术 。 在 数 据 通 信 或 计 算 机 网 络 系 统 中 ， 传 输 介 质 的

43、 带 宽 或 容 量往 往 超 过 传 输 单 一 信 号 的 需 求 ， 为 了 有 效 地 利 用 通 信 线 路 ， 希望 一 个 信 道 同 时 传 输 多 路 信 号 ， 这 就 是 所 谓 的 多 路 复 用 技 术 。 采 用 多 路 复 用 技 术 能 把 多 个 信 号 组 合 在 一 条 物 理 信 道 上 进行 传 输 ， 其 方 法 是 在 发 送 端 将 若 干 个 彼 此 无 关 的 信 号 合 并 为 一个 能 在 一 条 共 用 信 道 上 传 输 的 复 合 信 号 ， 在 信 号 的 接 收 端 还 能将 复 合 信 号 分 离 出 与 原 来 一 样 的

44、若 干 个 彼 此 无 关 的 信 号 来 。 多 路 复 用 技 术 的 原 理 如 下 图 所 示 ， 由 多 路 复 用 器 合 并 N个输 入 通 道 的 信 号 (N取 决 于 所 用 传 输 介 质 的 限 制 因 素 ） 组 成 一 路复 合 信 号 ,经 传 输 速 率 较 高 的 线 路 传 输 后 ,由 多 路 译 码 器 将 复 合信 号 按 通 道 号 再 分 离 出 来 ， 然 后 把 它 们 送 到 相 应 的 输 出 端 。 配 置 多 路 复 用 线 路 有 许 多 种 不 同 方 法 ， 多 路 复 用 器 的 类 型也 各 异 ， 常 用 的 多 路 复 用

45、 技 术 有 时 分 多 路 复 用 (TDM） 、 频 分 多路 复 用 （ FDM） 和 波 分 多 路 复 用 （ WDM） 等 。 。 图 多 路 复 用 技 术 原 理 1 时 分 多 路 复 用 所 谓 时 分 多 路 复 用 是 将 一 条 物 理 信 道 按 时 间 分 成 若干 个 时 间 片 （ 时 隙 ） 轮 流 分 配 给 多 个 信 号 使 用 每 一 时 间 片 由 要 复 用 的 一 个 信 号 占 用 ， 一 个 信 号 的时 间 片 用 完 后 ， 信 道 再 分 配 给 下 一 个 信 号 。 这 样 利用 每 个 信 号 在 时 间 上 的 交 叉 ， 就

46、 可 以 在 一 条 物 理 信道 上 传 输 多 个 数 字 信 号 了 。 如 图 3所 示 。 图 3 时 分 多 路 复 用 示 意 图 时分多路复用技术的特点 78 时分多路复用技术的分类 79 1 2 4 . n 1 3 . n . 1 2 3 4 . n 时 间 片 1 时 间 片 2 时 间 片 n 1 2 5 . m4 1 2 5 7 . m . 1 2 3 4 . m 时 间 片 1 时 间 片 2 时 间 片 n 频 分 多 路 复 用 电 路 常 用 于 模 拟 信 号 的 传 输 ， 其 工 作 原 理是 :按 照 频 率 划 分 信 号 的 方 法 ， 把 传 输

47、频 带 分 成 若 干 个 较 窄的 频 带 ,每 个 窄 频 带 构 成 一 个 子 通 道 ， 独 立 地 传 输 信 息 。 FDM将 每 一 信 息 经 调 制 变 成 不 同 的 载 波 频 率 ， 各 个 信 号都 有 自 己 的 带 宽 。2 频 分 多 路 复 用 为 了 避 免 信 号 彼 此 干 扰 ， 各 载 波 之 间 留 有 适 当的 频 率 间 距 ,各 载 波 之 间 便 不 会 有 因 信 号 的 互 相 重叠 而 发 生 干 扰 的 现 象 产 生 .如 图 4所 示 。 图 4 频 分 多 路 复 用 示 意 图 频分多路复用技术的特点频分多路复用使信道在同

48、一时刻能同时独立传送多路信号，每路信号占用不同的频带；在线路上传输的是各路信号经过调制后的叠加在一起的复合信号。频分多路复用技术适用于宽带网络。 82 波 分 多 路 复 用 是 在 光 纤 信 道 上 使 用 频 分 多 路复 用 的 一 个 变 种 ， 其 基 本 原 理 是 : 利 用 波 分 多 路 复用 设 备 将 不 同 信 道 的 信 号 调 制 成 不 同 波 长 的 光 ， 并复 用 到 光 纤 信 道 上 。 在 接 收 方 ， 采 用 波 分 设 备 分 离不 同 波 长 的 光 。 主 要 用 于 光 纤 通 信 。 它 是 利 用 不 同波 长 的 光 在 一 条 光

49、 纤 上 同 时 传 输 多 路 信 号 。3 波 分 多 路 复 用 如 图 5所 示 ,这 是 一 种 在 光 纤 上 获 得 WDM的 简 单 方 法 。 在 这 种方 法 中 ， 两 根 光 纤 连 接 到 一 个 棱 柱 (或 更 可 能 是 衍 射 光 栅 ） 上 ，每 根 光 纤 的 能 量 处 于 不 同 的 波 段 。 两 束 光 通 过 棱 柱 或 光 栅 ,合 成到 一 根 共 享 的 光 纤 上 ， 传 送 到 远 方 的 目 的 地 ， 随 后 再 将 它 们 分解 开 来 。 图 5 波 分 多 路 复 用 码分多路复用技术码分多路复用(CDMA，Code Divi

50、sion Multiplexing Access)是按照码型结构的不同来区分各路用户信号，也称为码分多址。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量(是使用GSM的45倍)，降低手机的平均发射功率等等。 85 差错产生的原因数据通信系统的基本任务是高效率而无差错地传送数据。数据信号在通信线路中传输时，难免受到来自信道内部和外部的干扰，从而引起信号的失真，导致数据传输错误。传输出

51、错的原因：一是内部因素（噪声脉冲、脉动噪声、衰减、延迟失真）二是外部因素（包括电磁干扰、太阳噪声、工作噪声）。噪声是影响数据传输质量的主要因素。根据产生的原因可以将噪声分为四类：热噪声、交调噪声、串音和脉冲噪声四类。 噪声的类型热噪声是由带电粒子在导电介质中的布朗运动引起的，它存在于任何工作在绝对零度以上的电路或系统中。热噪声属于高斯白噪声，其概率密度函数满足正态分布统计特性，同时它的功率谱密度函数是均匀分布的（常数）。热噪声的特点是：时刻存在、不可排除、幅度较小、强度与频率无关，但频谱很宽，是一类随机的噪声。 噪声的类型交调噪声是一种附加的频率干扰。由于通信系统的非线性，将导致进入通信系统的

52、不同频率的信号在系统的输出端产生这些频率之间的差频信号或倍频信号及其组合，这就是交调噪声。对于交调噪声可以通过适当的调制技术，人为地校正系统的非线性部分得到补偿。 噪声的类型串音是一个通路的信号在相邻的另一个通路引起的干扰现象。这是由于信号线路之间的电磁感应引起的有害耦合。为了消除线路之间的有害耦合，可以将每一对线拧成一定扭绞节距的线缆。 噪声的类型脉冲噪声是由于电火花或其他原因造成的突发振幅很大、持续时间比间隔时间短得多的离散脉冲耦合到信号通路中的干扰。脉冲噪声也称为冲击噪声，它将引起一连串的数据比特出错，它是数据传输差错的主要根源。脉冲噪声产生的干扰很难消除，只能采用差错控制的方法来实现可

53、靠传输。 （3）差错的类型随机差错 指 数 据 单 元 中 的 单 比 特 差 错 。 它 通 常 由 传 输 信 道 的 热 噪 声 引 起 。突发差错 指 数 据 单 元 中 的 两 个 或 两 个 以 上 的 比 特 发 生 成 串 密 集 性 的 差 错 ， 第 一 个 错误 比 特 到 最 后 一 个 错 误 比 特 之 间 的 位 数 称 为 突 发 长 度 。 冲 击 噪 声 持 续 的 时 间 通 常 大 于 数 据 传 输 中 每 比 特 的 发 送 时 间 ， 因 而 会 引 起相 邻 的 多 个 数 据 位 出 错 ， 从 而 导 致 突 发 差 错 。 （4）如何解决传

54、输差错问题1.提高物理信道的质量，尽量避免和减少差错： 采 用 电 缆 屏 蔽 措 施 和 适 当 的 调 制 解 调 方 法 设 置 中 继 设 备 对 信 号 进 行 整 理 再 生 和 放 大 加 大 发 射 功 率 ， 降 低 接 收 设 备 本 身 的 噪 声 ， 以 提 高 信 噪 比2.提高数据的健壮性，有效地进行检错和纠错： 采 用 信 道 编 码 技 术 ， 为 数 据 信 息 增 加 冗 余 编 码 ， 形 成 抗 干 扰 编 码， 使 接 收 方 能 进 行 检 错 或 纠 错 配 合 适 当 的 差 错 控 制 方 法 进 行 检 错 或 纠 错 。 1. 奇偶校验码编

55、码规则在发送的数据块后附加一位校验位，该位的取值由原数据块中“1”的个数之和决定。偶校验:把数据信息中的“1”的个数凑成偶数，奇校验:把数据信息中的“1”的个数凑成奇数。例如，传输的数据 “1011000”， 偶 校 验 时 ， 校 验 位 1， 码 字 是 “ 10110001”； 奇 校 验 时 ， 校 验 位 0， 变 为 “ 10110000”。缺点：校验能力很低，它只能检出“1”有奇数个错误，不能确定是几个奇数错误，优点：其设备简单，容易实现。 已知字符T的ASCII码值的十进制数表示为84，如果将最高为设置为奇数校验，则字符M的ASCII码值设置奇校验位，他的二进制表示为（ A ）A 11001101 B10101100C 10110011 D 10001101 循环冗余码校验循环冗余校验（CRC）是一种数据传输检错功能，对数据进行多项式计算，并将得到的结果附在帧的后面，接收设备也执行类似的算法，以保证数据传输的正确性和完整性