1、12.常用的二進制編碼格式在數(shù)據(jù)通信中,要進行編碼,就要采用一定的編碼標準.那么目前最常用的編碼標準就是ASCII碼.它既是計算機內(nèi)碼的標準,也是數(shù)據(jù)通信的編碼標準. ASCII碼用7位二進制數(shù)表示一個字母、數(shù)字或符號。如：“A”-1000001“1”-0110001第1頁/共101頁23.數(shù)據(jù)和信號 數(shù)據(jù):在網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)亩M制代碼稱為數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)是傳輸信息的載體. 數(shù)據(jù)和信息的區(qū)別在于:數(shù)據(jù)是信息的表示形式,而信息則是數(shù)據(jù)的內(nèi)容和解釋. 對于數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)來說,他關(guān)心的是信息的表示方式和傳輸方法.如,如何將表示信息的二進制比特通過傳輸介質(zhì),在計算機系統(tǒng)之間進行傳遞.第2頁/共101頁3 信號:是

2、數(shù)據(jù)在傳輸過程中的表示形式.根據(jù)數(shù)據(jù)表示方式的不同,可以把信號分為數(shù)字信號和模擬信號.(1)數(shù)字信號:是一種離散的電信號.(2)模擬信號:是一種連續(xù)變化的電信號.第3頁/共101頁44.信道及信道的分類(1)信道:是數(shù)據(jù)信號傳輸?shù)谋亟?jīng)之路,它一般由傳輸線路和傳輸設(shè)備組成. 發(fā)送設(shè)備發(fā)送機信道接收機接收設(shè)備通信系統(tǒng)基本模型 發(fā)送設(shè)備 發(fā)送機 信道 接收機 接收設(shè)備 信息 信號 信號 信息 編碼器 調(diào)制器 信道 解調(diào)器 譯碼器 比特流 信號 信號 比特流 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)模型 第4頁/共101頁5(2)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,一般由傳輸介質(zhì)和通信設(shè)備組成. 邏輯

3、信道:是在物理信道的基礎(chǔ)上,在節(jié)點內(nèi)部實現(xiàn)了其他”連接”,通常把這些”連接”稱為邏輯信道.因此,同一條物理信道上可以提供多條邏輯信道.(3)有線信道和無線信道(4)模擬信道和數(shù)字信道第5頁/共101頁6根據(jù)信道中傳輸?shù)牟煌愋偷臄?shù)據(jù)信號,可以將物理信道分成模擬信道和數(shù)字信道.模擬信道中傳輸?shù)氖悄M信號,而數(shù)字信道中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號.如果要在模擬信道上傳輸由計算機直接輸出的二進制數(shù)字脈沖信號,就需要在信道兩邊分別安裝調(diào)制解調(diào)器,對數(shù)字脈沖信號和模擬信號進行調(diào)制和解調(diào).第6頁/共101頁7(5)專用信道和公共交換信道5.碼元和碼字碼元:在數(shù)據(jù)通信中,時間軸上的一個信號編碼單元被稱為碼元. 而習慣上

4、,把計算機網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)拿恳晃欢M制代碼稱為”碼元”或”碼位”. 如: “A”-1000001,那我們說這個信號是由7個碼元組成的序列.而這個序列通常被稱為”碼字”.第7頁/共101頁86.數(shù)據(jù)包和數(shù)據(jù)幀 數(shù)據(jù)包:在數(shù)據(jù)傳輸時,通常將較大的數(shù)據(jù)塊分割成較小的數(shù)據(jù)段,并且在這些數(shù)據(jù)段上附加一些信息(如,目標地址,源地址,校驗碼等).這些數(shù)據(jù)段及其附加信息稱為數(shù)據(jù)包.(IP層) 數(shù)據(jù)幀:在實際傳輸時,還要將數(shù)據(jù)包進一步分割成更小的數(shù)據(jù)單位,這就是數(shù)據(jù)幀.(鏈路層)第8頁/共101頁91.3.2通信系統(tǒng)的主要技術(shù)指標1.數(shù)據(jù)傳輸速率S(比特率) 比特率:是一種數(shù)字信號的傳輸速率,它是指在有效帶寬上,單位

5、時間內(nèi)所傳送的二進制代碼的有效位數(shù).常用 b/s,Mb/s等單位來表示.2.波形調(diào)制速率B(波特率)波特率:是一種調(diào)制速率,它是指數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后的速率,即經(jīng)過調(diào)制后的模擬信號每秒鐘的變化次數(shù).具體來講,在數(shù)據(jù)傳輸過程中,線路上每秒鐘傳輸?shù)牟ㄐ蝹€數(shù)就是波特率B.第9頁/共101頁10假設(shè)T表示每個波形的持續(xù)時間,則調(diào)制速率可以表示為: .比特率和波特率之間有下列關(guān)系:其中,n為一個脈沖信號所表示的有效狀態(tài)數(shù).對于多相調(diào)制來說,n表示相的數(shù)目.如,在二相調(diào)制中,n=2,所以S=B,但在多相(n大于2)調(diào)制時,則有SB.(見表1-2)TB1nBS2log第10頁/共101頁113.帶寬 對于模擬

6、信道來說,帶寬是指物理信道的頻帶寬度.意思是指,信道允許傳送信號的最高頻率和最低頻率之差,單位為Hz,kHz,MHz等. 對于數(shù)字信道來說,帶寬是指在信道上能夠傳送的數(shù)字信號的速率,即數(shù)據(jù)傳輸速率S.單位為b/s或bps.第11頁/共101頁124.信道容量是指物理信道能夠傳輸數(shù)據(jù)的最大能力.當信道上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率大于信道所允許的數(shù)據(jù)速率時,信道就不能用來傳輸數(shù)據(jù)了. 1948年香農(nóng)經(jīng)研究得出了著名的香農(nóng)公式該公式指出,信道的帶寬和信噪比越高,則信道的容量就越高. 在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中,一定要注意所用的數(shù)據(jù)傳輸速率一定要低于信道容量所規(guī)定的數(shù)值.第12頁/共101頁135.帶寬,數(shù)據(jù)傳輸速率和信道容量

7、的關(guān)聯(lián)6.誤碼率誤碼率是指二進制碼元在數(shù)據(jù)傳輸中被傳錯的概率,也稱出錯率.可表示為:NNpee第13頁/共101頁141.3.3數(shù)據(jù)傳輸方式1.并行傳輸一次同時傳輸若干比特的數(shù)據(jù).2.串行傳輸一次只能傳輸1比特的數(shù)據(jù).串行通信與并行通信 第14頁/共101頁15串行數(shù)據(jù)通信具有以下三種方式:(1)單工通信. (2)半雙工通信.(3)全雙工通信 單工、半雙工與全雙工通信 第15頁/共101頁161.3.4 數(shù)據(jù)傳輸類型及相應技術(shù)在數(shù)據(jù)通信過程中,傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號類型不同,所使用的技術(shù)也不同,通常分為基帶傳輸和頻帶傳輸.1.基帶傳輸與數(shù)字信號的編碼(1)基帶信號和基帶傳輸 基帶信號:就是數(shù)字信號,也

8、稱為數(shù)字基帶信號. 基帶傳輸:在線路上直接傳輸基帶信號的方法稱為基帶傳輸.第16頁/共101頁17在基帶傳輸中,必須解決兩個最基本的問題:基帶信號的編碼問題;收發(fā)雙方的同步問題.(2)基帶信號的編碼問題常采用的編碼方式有三種:不歸零編碼 編碼規(guī)則.用正電壓表示”1”,用負電壓表示“0”. NRZ編碼的特點與同步信號l 優(yōu)點: 簡單,容易實現(xiàn).第17頁/共101頁18l 缺點:收發(fā)雙方無法保持同步.為了保證收發(fā)同步,必須在發(fā)送NRZ編碼的同時,用另一個信道同時發(fā)送同步時鐘信號.曼徹斯特編碼（Manchester） 編碼規(guī)則u每比特的周期T分為前后兩個相等的部分.u前半周期傳送該碼元值的反碼,后半

9、周期傳送該碼元值的原碼.u中間的電平跳變作為雙方的同步信號第18頁/共101頁19 特點與同步信號差分曼徹斯特編碼（Difference Manchester） 編碼規(guī)則 u每個碼元值無論是”1”,還是”0”,中間都有一次電平跳變,這個跳變可以作為同步信號使用.u如果碼元值為”0”,則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相反;如果碼元值為”1”,則其前半個碼元的電平與上一個碼元的后半個碼元的電平相同.第19頁/共101頁20 0 1 0 1 1 0 0 1 0 數(shù)字數(shù)據(jù) （a）NRZ編碼 NRZ編碼的 同步時鐘 （b）曼徹斯特編碼 （c）差分曼徹斯特 編碼 數(shù)字數(shù)據(jù)到數(shù)字信號的編碼

10、方法 第20頁/共101頁212.頻帶傳輸與模擬信號的調(diào)制(1)調(diào)制,解調(diào)與頻帶傳輸在頻帶傳輸中常用普通電話線作為傳輸介質(zhì)電話線的帶寬一般在3003400Hz之間.傳統(tǒng)的電話通信信道是為傳輸語音信號而設(shè)計的,它不適于直接傳輸頻帶很寬,又集中在低頻段的計算機產(chǎn)生的數(shù)字基帶信號.為了利用電話交換網(wǎng)實現(xiàn)計算機之間的數(shù)字信號傳輸,必須將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號.第21頁/共101頁22 為此,需要在發(fā)送端選取音頻范圍的某一頻率的正(余)弦模擬信號作為載波,用它運載所要傳輸?shù)臄?shù)字信號,并通過電話信道將其送至另一端;在接收端再將數(shù)字信號從載波上分離出來,恢復為原來的數(shù)字信號波形.這種利用模擬信道實現(xiàn)數(shù)字信號

11、傳輸?shù)姆椒ǚQ為頻帶傳輸. 在發(fā)送端將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的過程稱為調(diào)制.相應的調(diào)制設(shè)備稱為調(diào)制器.第22頁/共101頁23 )sin()()(ttAtu 在接收端把模擬信號恢復為數(shù)字信號的過程稱為解調(diào),相應的的設(shè)備稱為解調(diào)器. 同時具備調(diào)制和解調(diào)功能的設(shè)備稱為調(diào)制解調(diào)器.(2)模擬信號的調(diào)制在調(diào)制過程中選用的載波信號可以表示為:其中,A:振幅, :角頻率, :相位,這三個量是載波信號的3個可變電參量.第23頁/共101頁24 這三個量是正弦波的控制參數(shù),也稱為調(diào)制參數(shù),它們的變化將對正弦波的波形產(chǎn)生影響. 通過改變這三個參數(shù)來實現(xiàn)對模擬信號編碼時,就會產(chǎn)生三種不同的調(diào)制方式: 幅度調(diào)制(調(diào)幅

12、) 頻率調(diào)制(調(diào)頻) 相位調(diào)制應當注意的是每次在改變一個電參數(shù)時,要固定另外兩個.第24頁/共101頁25幅度調(diào)制(ASK)在幅度調(diào)制中,頻率和相位是常數(shù),振幅是變量,也就是說,載波的幅度隨發(fā)送的數(shù)字信號的值而變化.例如,可以用具有 幅度的載波信號表示二進制數(shù)字”1”,用幅度為0的載波信號表示二進制數(shù)字”0”.其電壓波形的數(shù)學表達式為:特點:技術(shù)簡單,信號容易實現(xiàn),但抗干擾能力差.mA0)()sin()(0tutAtum數(shù)字”1”數(shù)字”0”第25頁/共101頁26模擬數(shù)據(jù)信號的編碼方法 第26頁/共101頁27頻率調(diào)制(FSK)在頻率調(diào)制中,振幅和相位是常數(shù),頻率為變量.其電壓波形的數(shù)學表達式

13、為:特點: 電路簡單,抗干擾能力強,但頻帶利用率低.因此,FSK適用于傳輸速率較低的數(shù)字信號.)sin()()sin()(0201tAtutAtumm數(shù)字”1”數(shù)字”0”第27頁/共101頁28相位調(diào)制(PSK)振幅和頻率為常數(shù),相位為變量.相位調(diào)制可以分為:絕對調(diào)相,相對調(diào)相和多相調(diào)制. 絕對調(diào)相的調(diào)制規(guī)則用相位的絕對值表示數(shù)字信號”0”和”1”.例如:用初始相位 表示數(shù)字”1”,用初始相位 表示數(shù)字”0”,則電壓波形的數(shù)學表達式為:000)sin()()0sin()(0tAtutAtumm第28頁/共101頁29 相對調(diào)相的調(diào)制規(guī)則用當前波形的初始相位,相對于前一個波形的初始相位的偏移值來

14、表示數(shù)字”0”和”1”.例如:用 表示數(shù)字信號”0”,用 來表示數(shù)字信號”1”.00 00 0第29頁/共101頁30 多相調(diào)制以上討論的是兩相調(diào)制的方法,即用兩個不同的相位值來分別表示二進制數(shù)值”0”和”1”.但是在模擬信號的通信系統(tǒng)中,人們經(jīng)常用多相調(diào)制的方法,來達到提高數(shù)據(jù)傳輸速率的目的.與兩相調(diào)制類似的是,在多相調(diào)制中也存在絕對調(diào)相和相對調(diào)相之分.第30頁/共101頁31例如,在四相調(diào)制中,可以將待發(fā)送的數(shù)字信號按兩個比特為一組進行編組, 一共有四組:00,01,10,11,這樣,在調(diào)相信號的傳輸過程中,相位每發(fā)生一次變化,便可以傳送兩個比特的數(shù)據(jù). 同理,在8相調(diào)制中,如果將待發(fā)送的

15、數(shù)字信號按每3個比特一組進行編組,那么一共有8種組合.那么,在調(diào)相信號傳輸?shù)倪^程中,相位每發(fā)生一次改變,便可以傳送3個比特的數(shù)據(jù).(見表1-3)第31頁/共101頁32相位調(diào)制的特點是: 占用的頻帶較窄,抗干擾性能好,其中相對調(diào)相有更高的抗干擾性能.1.3.5數(shù)據(jù)傳輸中的同步技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中,收發(fā)雙方是通過通信介質(zhì)連接起來的,當發(fā)送方將數(shù)據(jù)發(fā)送出去后,接收方如何識別這些數(shù)據(jù)位并將它們組合成字符呢?這些問題的解決都要靠交換數(shù)據(jù)的設(shè)備之間的定時機制來實現(xiàn).這個定時機制就是我們所說的同步技術(shù),同步技術(shù)需要解決的主要問題如下:第32頁/共101頁33u何時開始發(fā)送數(shù)據(jù)u發(fā)送過程中雙方的數(shù)據(jù)傳輸速率是否一致

16、.u持續(xù)時間是多少u發(fā)送時間間隔是多少.統(tǒng)一接收方和發(fā)送方動作的措施以及使得通信雙方在時間基準上保持一致的技術(shù)就稱為同步技術(shù).常用的同步技術(shù)有:異步傳輸方式和同步傳輸方式兩種.第33頁/共101頁341.異步傳輸方式(1)什么是異步傳輸方式 所謂異步傳輸方式就是在被傳送的字符前后加起止位,實現(xiàn)定時的傳輸方式. 這種傳輸方式是以一個字符為單位進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?并且在每個字符代碼的前后附加上起始位和停止位(這些標記數(shù)據(jù)起止的位又稱為成幀信息).第34頁/共101頁35DEC起始空號停止1個字符起始空號停止1個字符起始DEC停止奇偶位b7 b6b5 b4b3 b2 b1起始 異步傳輸方式工作過程如下:

17、平時在線路上沒有信號時,線路上處于空號狀態(tài)即高電平狀態(tài);一旦接收端檢測到傳輸線路從高電平跳向低電平,也即接收端收到起始位,說明發(fā)送端已經(jīng)開始傳輸數(shù)據(jù).那么接收端利用傳輸線的這種電平跳變,啟動內(nèi)部時鐘,使其對準接收信息的每一位進行采樣,以確保正確的接收.當接收端收到停止位時,標志著傳輸結(jié)束.第35頁/共101頁36(2)異步傳輸?shù)奶攸cu各位以串行方式發(fā)送,并附加有起止位作為標示.u字符之間通過空號來分隔。u優(yōu)點：設(shè)備簡單，技術(shù)容易，費用低。u缺點：由于每個字符都需要添加附加位因此，開銷大。第36頁/共101頁372.同步傳輸方式（1）什么是同步傳輸 在傳輸過程中，大的數(shù)據(jù)塊一起發(fā)送，在數(shù)據(jù)塊的前

18、后附加一些特殊的字符作為成幀信息。 這些成幀信息使得發(fā)送端和接收端建立起一個同步的傳輸過程，另外，它們還用來區(qū)分和間隔連續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊。 由于同步傳輸是以數(shù)據(jù)塊的方式傳輸?shù)囊蚨€路的使用效率較高，但也加重了DEC的負擔。第37頁/共101頁38（2）同步傳輸?shù)奶攸cu在同步傳輸中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊的方式傳輸?shù)?。u在位流中采用同步字符來保證定時。u用于同步傳輸?shù)某蓭畔ⅲㄍ叫盘枺┑奈粩?shù)較異步方式少，因此，同步傳輸?shù)男时犬惒絺鬏數(shù)男矢?。?8頁/共101頁39（3）同步傳輸?shù)臅r鐘信號同步傳輸要求嚴格的時序與時鐘，以保證連續(xù)的數(shù)據(jù)塊能正確地傳輸，否則出錯后重傳的數(shù)量較大。實現(xiàn)同步時鐘有

19、外同步和內(nèi)同步2這種方法。u采用單獨的數(shù)據(jù)線傳輸時鐘信號在傳輸雙方之間，除數(shù)據(jù)傳輸線之外，還需要專門的時鐘傳輸線，因此，這種方法被稱為外同步。其工作原理是：把發(fā)送端的時鐘信號作為基本時鐘信號，通過時鐘線傳輸?shù)浇邮斩?，而接收端以此為依?jù)，第39頁/共101頁40對被接收的數(shù)據(jù)進行采樣，完成數(shù)據(jù)的接收工作。也可以采用相反的方法，將接收端的時鐘信號通過時鐘線，傳回發(fā)送端，而發(fā)送端則按此時鐘信號為基準信號向接收端發(fā)送數(shù)據(jù)，以達到時鐘同步的目的。這種方法適用于短距離高速傳輸?shù)膱龊?。?0頁/共101頁41u采用信號編碼的方法傳輸時鐘信號假如數(shù)據(jù)傳輸?shù)木嚯x較遠，為了降低投資，除數(shù)據(jù)傳輸線外，不再專門鋪設(shè)時

20、鐘傳輸線，因此，這種方法稱為內(nèi)同步。其工作原理是：把時鐘信號與數(shù)據(jù)信號一起編碼，形成一個新的代碼發(fā)送到接收端。接收端收到編碼后進行解碼，從中分離出時鐘信號并用此時鐘信號作為接收端的工作時鐘，以達到同步時鐘的目的。這種方法常用在基帶局域網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸中。第41頁/共101頁421.3.6 多路復用技術(shù)（1）什么是多路復用技術(shù)多路復用技術(shù)就是在一條物理線路上建立多條通信信道的技術(shù)。（2）多路復用技術(shù)的實質(zhì)和工作原理u實質(zhì)：共享物理信道，更加有效地利用通信線路。u工作原理：首先將一個區(qū)域的多個用戶信息通過多路復用器匯集起來，然后，將匯集起來的信息群通過一條物理線路傳送到接收第42頁/共101頁43設(shè)備

21、的復用器，最后，接收設(shè)備端的復用器再將信息群分離成單個的信息，并將其發(fā)送給多個用戶。這樣就可以利用一對多路復用器和一條物理通信線路來代替多套發(fā)送和接收設(shè)備與多條通信線路。高 速 通 信 線 路多 路復 用 器多 路復 用 器 多 路 復 用 器 多 路 復 用 器 高 速 通 信 線 路 多路復用原理示意圖 第43頁/共101頁44（3）多路復用技術(shù)的分類u頻分復用（FDM） u時分復用（TDM）u波分復用（WDM）u其他常用的復用技術(shù)還有：空分復用（SDM）以及動態(tài)時分復用等。2.頻分復用在實際通信中，物理信道的可用帶寬往往大于單個給定信號的帶寬，F(xiàn)DM技術(shù)正是利用了這一特點。第44頁/共1

22、01頁45采用FDM技術(shù)時，將信道按頻率劃分為多個子信道，每個子信道可以傳送一路信號。頻分多路復用原理示意圖 第45頁/共101頁463.時分復用技術(shù)（TDM）如果信道允許的傳輸速率大大超過每路信號需要的傳輸速率，就可以采用時分復用技術(shù)時分復用技術(shù)的工作原理：u將各路傳輸信號按時間進行分割，即將每個單位傳輸時間劃分為許多時間片（時隙）u每路信號使用其中的一個時隙進行傳輸，由多個時隙組成的幀稱為時分復用幀。這樣就可以使多路輸入信號在不同的時隙內(nèi)輪流、交替使用物理信道進行傳輸。第46頁/共101頁47時分多路復用原理示意圖 第47頁/共101頁48 時分復用示例第48頁/共101頁49uTDM和F

23、DM的區(qū)別4.波分復用技術(shù)（WDM） 共享光纖光柵光柵光纖1光纖2光纖1光纖2光 纖1 光 纖2 光 柵 光 柵 光 纖1 光 纖2 共 享 光 纖 WDM原理示意圖 第49頁/共101頁501.3.7 廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交換技術(shù)通常將數(shù)據(jù)在通信子網(wǎng)中節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸過程統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)交換，對應的技術(shù)稱為數(shù)據(jù)交換技術(shù)。常用的數(shù)據(jù)交換技術(shù)分為兩類：u線路交換技術(shù)u存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)。存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換技術(shù)又可分為報文交換技術(shù)和分組交換技術(shù)。uATM技術(shù)：ATM是一種高速分組交換技術(shù)。第50頁/共101頁51線路交換的典型應用主叫用戶A局B局C局被叫用戶撥號音撥號占用信號占用信號振鈴取機通話(信息傳送)被叫掛機反

24、向拆線信號主叫掛機正向拆線信號掛機正向證實信號呼叫建立連接釋放回鈴音掛機第51頁/共101頁52和電話交換類似，在線路交換方式中，當兩臺計算機要通過通信子網(wǎng)進行數(shù)據(jù)交換時，首先要在通信子網(wǎng)中建立一條實際的物理通路。第52頁/共101頁53第53頁/共101頁54第54頁/共101頁55主要特點：在線路建立完成之后，該物理線路連接只為此次通信專用。通信子網(wǎng)中的結(jié)點交換設(shè)備不能存儲數(shù)據(jù)不能改變數(shù)據(jù)的內(nèi)容，并且不具備差錯控制的能力。優(yōu)點：適用于實時通信和交互式會話類通信以及一次通信需要傳輸大量的數(shù)據(jù)。缺點：對突發(fā)性通信不適應，系統(tǒng)效率低；系統(tǒng)不具有存儲數(shù)據(jù)的能力，不能平滑通信量；系統(tǒng)沒有差錯控制的能

25、力，無法發(fā)現(xiàn)和糾正傳輸過程中發(fā)生的數(shù)據(jù)差錯。第55頁/共101頁56（1） 存儲轉(zhuǎn)發(fā)的基本概念存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式與線路交換方式的主要區(qū)別存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式與線路交換方式的主要區(qū)別: :l發(fā)送的數(shù)據(jù)與目的地址、源地址、控制信發(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數(shù)據(jù)單元（報文息按照一定格式組成一個數(shù)據(jù)單元（報文或報文分組）進入通信子網(wǎng)；或報文分組）進入通信子網(wǎng)；l通信子網(wǎng)中的結(jié)點是通信控制處理機，它通信子網(wǎng)中的結(jié)點是通信控制處理機，它負責完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯校驗、存負責完成數(shù)據(jù)單元的接收、差錯校驗、存儲、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。儲、路選和轉(zhuǎn)發(fā)功能。第56頁/共101頁57l由于通信子

26、網(wǎng)中的通信控制處理機可以存儲分組，由于通信子網(wǎng)中的通信控制處理機可以存儲分組， 多個分組可以共享通信信道，線路利用率高；多個分組可以共享通信信道，線路利用率高；l通信子網(wǎng)中通信控制處理機具有路選功能，可以動通信子網(wǎng)中通信控制處理機具有路選功能，可以動態(tài)選擇報文分組通過通信子網(wǎng)的最佳路徑；態(tài)選擇報文分組通過通信子網(wǎng)的最佳路徑；l可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；可以平滑通信量，提高系統(tǒng)效率；l分組在通過通信子網(wǎng)中的每個通信控制處理機時，分組在通過通信子網(wǎng)中的每個通信控制處理機時，均要進行差錯檢查與糾錯處理，因此可以減少傳輸均要進行差錯檢查與糾錯處理，因此可以減少傳輸錯誤，提高系統(tǒng)可靠性；錯誤，提高系

27、統(tǒng)可靠性；l通過通信控制處理機可以對不同通信速率的線路進通過通信控制處理機可以對不同通信速率的線路進行轉(zhuǎn)換，也可以對不同的數(shù)據(jù)代碼格式進行變換。行轉(zhuǎn)換，也可以對不同的數(shù)據(jù)代碼格式進行變換。第57頁/共101頁58存儲轉(zhuǎn)發(fā)主要分為兩種類型:l 報文交換（message）l 報文分組交換(packet) 如果在發(fā)送發(fā)送數(shù)據(jù)時,不管發(fā)送數(shù)據(jù)的長度是多少,都把它當成一個邏輯單元,在發(fā)送的數(shù)據(jù)上加上目的地址、源地址和控制信息，按一定的格式打包后組成一個報文，這種方式被稱為報文交換。第58頁/共101頁59分組交換：就是在發(fā)送數(shù)據(jù)時，限制數(shù)據(jù)單元的最大長度，發(fā)送站將一個長報文分成多個報文分組，接收站在收到

28、這些報文分組時，按順序重新組成一個長報文。報文分組：報文：報文號目的地址源地址校驗報文號目的地址源地址報文分組數(shù)據(jù)校驗報文分組號數(shù)據(jù)第59頁/共101頁60分組交換的優(yōu)點： 由于分組長度較短，在傳輸出錯時，由于分組長度較短，在傳輸出錯時，檢錯容易并且重發(fā)花費的時間較少；檢錯容易并且重發(fā)花費的時間較少； 限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高限定分組最大數(shù)據(jù)長度，有利于提高存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲空間利用率與傳存儲轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)點的存儲空間利用率與傳輸效率；輸效率； 公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。公用數(shù)據(jù)網(wǎng)采用的是分組交換技術(shù)。2. 存儲轉(zhuǎn)發(fā)的分類第60頁/共101頁61分組交換技術(shù)在實際應用中，又分成兩種類型：

29、l數(shù)據(jù)報方式（datagram）l虛電路方式（VC-Virtual Circuit）l在數(shù)據(jù)報方式中，分組在傳送時，不需要預先在在數(shù)據(jù)報方式中，分組在傳送時，不需要預先在源源主機主機與與目的主機目的主機之間建立之間建立“線路連接線路連接”；l源主機所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條源主機所發(fā)送的每一個分組都可以獨立地選擇一條傳輸路徑；傳輸路徑；l每個分組在通信子網(wǎng)中可能是通過不同的傳輸路徑每個分組在通信子網(wǎng)中可能是通過不同的傳輸路徑到達目的主機的。到達目的主機的。第61頁/共101頁62數(shù)據(jù)報方式的工作原理示意圖數(shù)據(jù)報方式的工作原理示意圖結(jié)點A結(jié)點F結(jié)點C結(jié)點E結(jié)點D結(jié)點G結(jié)點Bp2p1p

30、1p1p1p2p2p2p1p2ACKACKACKACKACKACK主機A主機B第62頁/共101頁63數(shù)據(jù)報方式的特點數(shù)據(jù)報方式的特點l同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路同一報文的不同分組可以由不同的傳輸路徑通過通信子網(wǎng)；徑通過通信子網(wǎng)；l同一報文的不同分組到達目的結(jié)點時可能同一報文的不同分組到達目的結(jié)點時可能出現(xiàn)亂序、重復與丟失現(xiàn)象；出現(xiàn)亂序、重復與丟失現(xiàn)象；l每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的每一個分組在傳輸過程中都必須帶有目的地址與源地址；地址與源地址；l使用數(shù)據(jù)報方式，報文傳輸延遲較大，適使用數(shù)據(jù)報方式，報文傳輸延遲較大，適用于突發(fā)性通信，不適用于長報文、會話式用于突發(fā)性通信，不適

31、用于長報文、會話式通信。通信。第63頁/共101頁64l虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報方式與線路交換方式結(jié)合起來，充分發(fā)揮兩種方式的優(yōu)點，以達到最佳合起來，充分發(fā)揮兩種方式的優(yōu)點，以達到最佳的數(shù)據(jù)交換效果的數(shù)據(jù)交換效果; ;l數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之數(shù)據(jù)報方式在分組發(fā)送之前，發(fā)送方與接收方之間不需要預先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送間不需要預先建立連接。虛電路方式在分組發(fā)送之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條之前，需要在發(fā)送方和接收方建立一條邏輯連接邏輯連接的虛電路的虛電路; ;l虛電路方式與線路交換方式相同，整個通信過程虛電路方式與線路交換方

32、式相同，整個通信過程分為以下三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛分為以下三個階段：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放。電路釋放。第64頁/共101頁65第65頁/共101頁66第66頁/共101頁67采用虛電路交換時,鏈路連接狀態(tài)的建立虛電路交換機虛電路交換機的連接狀態(tài)由的連接狀態(tài)由VC表中的每個連表中的每個連接記錄組成。一個連接記錄包括以下幾部分：接記錄組成。一個連接記錄包括以下幾部分：l輸入接口，此輸入接口，此VC的分組從該接口到達。的分組從該接口到達。l輸入輸入VCI，虛電路標示，包含在每個到達的，虛電路標示，包含在每個到達的分組中。分組中。l輸出接口，此輸出接口，此VC的分組從該接口離開交

33、換的分組從該接口離開交換機。機。l輸出輸出VCI，用于輸出分組。，用于輸出分組。第67頁/共101頁68交換機1主機D主機C主機A320交換機2主機E主機F3121交換機3主機G主機H主機B00123第68頁/共101頁69交換機1主機D主機C主機A320交換機2主機E主機F3121交換機3主機G主機H主機B00123 5 11 7 447115第69頁/共101頁70第70頁/共101頁71l在每次分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之在每次分組發(fā)送之前，必須在發(fā)送方與接收方之間建立一條間建立一條邏輯連接邏輯連接。因為不需要真正去建立一。因為不需要真正去建立一條物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物

34、理鏈路已條物理鏈路，連接發(fā)送方與接收方的物理鏈路已經(jīng)存在；經(jīng)存在；l一次通信中的所有分組都通過這條虛電路順序傳一次通信中的所有分組都通過這條虛電路順序傳送，因此報文分組不必帶送，因此報文分組不必帶目的地址目的地址、源地址源地址等輔等輔助信息。分組到達目的結(jié)點時不會出現(xiàn)丟失、重助信息。分組到達目的結(jié)點時不會出現(xiàn)丟失、重復與亂序的現(xiàn)象；復與亂序的現(xiàn)象；l分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做分組通過虛電路上的每個結(jié)點時，結(jié)點只需要做差錯檢測，而不需要做路徑選擇；差錯檢測，而不需要做路徑選擇；l通信子網(wǎng)中每個結(jié)點可以和其他結(jié)點建立通信子網(wǎng)中每個結(jié)點可以和其他結(jié)點建立多條多條虛虛電路連接。電路連接

35、。第71頁/共101頁72l虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接，稱虛電路是在傳輸分組時建立起的邏輯連接，稱為為“虛電路虛電路”是因為這種電路不是專用的。每是因為這種電路不是專用的。每個結(jié)點到其他結(jié)點間可能有無數(shù)條虛電路存在；個結(jié)點到其他結(jié)點間可能有無數(shù)條虛電路存在；l一個結(jié)點可以同時與多個結(jié)點之間具有虛電路；一個結(jié)點可以同時與多個結(jié)點之間具有虛電路；l每條虛電路支持特定的兩個結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳每條虛電路支持特定的兩個結(jié)點之間的數(shù)據(jù)傳輸。輸。 由于虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種由于虛電路方式具有分組交換與線路交換兩種方式的優(yōu)點，因此在計算機網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛方式的優(yōu)點，因此在計算機網(wǎng)絡(luò)中得到

36、了廣泛的應用。的應用。第72頁/共101頁73lATM交換是對虛電路方式的進一步發(fā)展；l在ATM網(wǎng)中，主機在發(fā)送數(shù)據(jù)之前，首先要將數(shù)據(jù)組織成若干個信元。由于信元格式固定，因此可以減少交換機的處理負荷這就為交換機的高速交換創(chuàng)造了條件；l象虛電路方式一樣，在ATM方式中，數(shù)據(jù)傳輸之前，先要建立連接（邏輯連接），每個信元不需要帶目的地址、源地址等信息，只帶上VCI就可以了，ATM交換機根據(jù)信元的VCI結(jié)合路由表中的記錄，就可以將信元送到合適的交換機輸出端口。第73頁/共101頁74在討論ATM工作原理之前，首先要了解三個術(shù)語：物理鏈路（physical link）、虛通路（VP，virtual pa

37、th）和虛通道（VC, virtual channel）l物理鏈路：它是連接ATM交換機-ATM交換機、ATM交換機-ATM主機物理線路。每條物理鏈路可以包含一條或多條虛通路VP，每條VP又可以包含一條或多條虛通道VC。物理鏈路虛通路虛通道第74頁/共101頁75l虛通路兩個ATM端用戶間建立的連接被稱為虛通路連接。兩個ATM設(shè)備間的鏈路被稱為虛通路鏈路。一條虛通路連接是由多段虛通路鏈路組成的。每段虛通路鏈路VPL都是由VPI來標示的。每條虛通路中可以有單向或雙向的數(shù)據(jù)流，ATM技術(shù)支持不對稱的數(shù)據(jù)速率，即允許兩個方向的數(shù)據(jù)速率不同。第75頁/共101頁76第76頁/共101頁77l 虛通道在

38、虛通道一級，兩個ATM端用戶建立的連接被稱為虛通道連接；兩個ATM設(shè)備間的鏈路被稱為虛通道鏈路（VCL）一條虛通道連接由多條虛通道鏈路組成，每一條虛通道鏈路都用虛通道標示符（VCI）來標示；虛通道中的數(shù)據(jù)流可以是單向的，也可以是雙向，當虛通道雙向傳輸信元時，兩個方向的通信參數(shù)可以是不同的。第77頁/共101頁78第78頁/共101頁79支持遠程教學的支持遠程教學的ATM網(wǎng)網(wǎng)ATM端用戶ATM交換機ATM交換機ATM交換機ATM交換機ATMATM網(wǎng)絡(luò)ATM接口卡聲音文本視頻ATM端用戶ATM端用戶第79頁/共101頁80第80頁/共101頁81信元4信元1信元2信元3信元5虛通道 VCI=1 (

39、文本)虛通道 VCI=2 (聲音)虛通道 VCI=3 (視頻)虛通路文本視頻聲音ATM接口卡信元4信元1信元2信元3信元5信元4信元1信元2信元3信元5第81頁/共101頁821.3.8 差錯控制方法技術(shù)差錯控制方法技術(shù)1. 差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型差錯產(chǎn)生的原因和差錯類型 傳輸差錯傳輸差錯 通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送通過通信信道后接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象；數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象； 差錯控制差錯控制 檢查是否出現(xiàn)差錯以及如何糾正差檢查是否出現(xiàn)差錯以及如何糾正差錯；錯； 通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲；通信信道的噪聲分為兩類：熱噪聲和沖擊噪聲； 由熱噪聲引起的差錯是隨機差錯，或隨

40、機錯；由熱噪聲引起的差錯是隨機差錯，或隨機錯； 沖擊噪聲引起的差錯是突發(fā)差錯，或突發(fā)錯；沖擊噪聲引起的差錯是突發(fā)差錯，或突發(fā)錯； 引起突發(fā)差錯的位長稱為突發(fā)長度；引起突發(fā)差錯的位長稱為突發(fā)長度； 在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機差錯在通信過程中產(chǎn)生的傳輸差錯，是由隨機差錯與突發(fā)差錯共同構(gòu)成的。與突發(fā)差錯共同構(gòu)成的。第82頁/共101頁83傳傳輸輸差差錯錯產(chǎn)產(chǎn)生生過過程程信源通信信道信宿數(shù)據(jù)噪聲數(shù)據(jù)+噪聲(a)001100111100011111000011000100010110011001010傳輸數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)信號波形噪聲數(shù)據(jù)信號與噪聲信號疊加后的波形采樣時間接收數(shù)據(jù)原始數(shù)據(jù)出錯的位(b)第

41、83頁/共101頁84 二進制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的二進制比特在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概概率，它在數(shù)值上近似等于：率，它在數(shù)值上近似等于： Pe = Ne/N其中，其中，N為傳輸?shù)亩M制比特總數(shù)；為傳輸?shù)亩M制比特總數(shù)； Ne為被傳錯的比特數(shù)。為被傳錯的比特數(shù)。第84頁/共101頁85討論討論 誤碼率應該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀誤碼率應該是衡量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)正常工作狀態(tài)態(tài)下下傳輸可靠性的參數(shù)；傳輸可靠性的參數(shù)； 對于一個實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地對于一個實際的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，不能籠統(tǒng)地說誤碼率越低越好，要根據(jù)實際傳輸要求提說誤碼率越低越好，要根據(jù)實際傳輸要求提出誤碼率要求；出誤碼率要

42、求； 對于實際數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌τ趯嶋H數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，如果傳輸?shù)牟皇嵌M制比特，要折合成二進制比特來計算；進制比特，要折合成二進制比特來計算； 差錯的出現(xiàn)具有隨機性，在實際測量一個數(shù)差錯的出現(xiàn)具有隨機性，在實際測量一個數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)時，只有被測量的傳輸二進制比據(jù)傳輸系統(tǒng)時，只有被測量的傳輸二進制比特數(shù)越大，才會越接近于真正的誤碼率值。特數(shù)越大，才會越接近于真正的誤碼率值。 第85頁/共101頁86 糾錯碼糾錯碼： 每個傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息；每個傳輸?shù)姆纸M帶上足夠的冗余信息； 接收端能發(fā)現(xiàn)并自動糾正傳輸差錯。接收端能發(fā)現(xiàn)并自動糾正傳輸差錯。 檢錯碼檢錯碼: : 分組僅包含足以使

43、接收端發(fā)現(xiàn)差錯的冗余信息；分組僅包含足以使接收端發(fā)現(xiàn)差錯的冗余信息； 接收端能發(fā)現(xiàn)出錯，但不能確定哪一比特是錯接收端能發(fā)現(xiàn)出錯，但不能確定哪一比特是錯的，并且自己不能糾正傳輸差錯。的，并且自己不能糾正傳輸差錯。 第86頁/共101頁87常用的檢錯碼常用的檢錯碼 奇偶校驗碼奇偶校驗碼 垂直奇（偶）校驗垂直奇（偶）校驗 水平奇（偶）校驗水平水平奇（偶）校驗水平 垂直奇（偶）校驗（方陣碼）垂直奇（偶）校驗（方陣碼） 循環(huán)冗余編碼循環(huán)冗余編碼CRC 目前應用最廣的檢錯碼編碼方法之一目前應用最廣的檢錯碼編碼方法之一第87頁/共101頁88 發(fā)送方接收方發(fā)送數(shù)據(jù) f(x)生成多項式 G(x)f(x) xk

44、.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)實際發(fā)送: f(x)xk.+R(x)數(shù)據(jù)字段校驗字段f(x)xk.R(x)發(fā)送數(shù)據(jù) f (x)生成多項式 G(x)R(x)=R(x) 接收正確R(x)=R(x) 接收出錯發(fā)送f(x) xk.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)第88頁/共101頁891 1 0 0 1 1 0 0 0 01 1 0 0 1G(x)1 1 0 0 11 0 0 0 01 1 0 0 11 0 0 1R(x)1 0 0 0 0 1Q(x)f(x).xk1 1 0 0 1 1發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列CRC校驗碼比特序列1 0 0 1帶CRC校驗碼的發(fā)送數(shù)據(jù)比特序列1 1 0 0 1 1

45、1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 101 0 0 0 0 1第89頁/共101頁90標準標準CRC生成多項式生成多項式G（x） CRC-12 G（x）= x12+x11+x3+x2+x+1 CRC-16 G（x）= x16+x15+x2+1 CRC-CCITT G（x）= x16+x12+x5+1 CRC-32 G（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1 第90頁/共101頁91CRC校驗碼的檢錯能力校驗碼的檢錯能力 CRC校驗碼能檢查出全部單個錯；校驗碼能檢查出全部單個錯； CRC校驗碼能檢查出全部離散的二位錯；校驗碼能檢查出全部離散的二位錯； CRC校驗碼能檢查出全部奇數(shù)個錯；校驗碼能檢查出全部奇數(shù)個錯； CRC校驗碼能檢查出全