1、第2章 数据通信原理,2.1 通信系统的基本组成 通信三要素：信源：信息的发送者，是发出各种信息（语言、文字、图象或者数据）的信息源 信宿：信息的接收者, 载体：传送信息的媒体；（信道）注意：噪声的存在和对通信的影响,信源,信宿,载体（信道）,噪声源,东南大学计算机系 吉逸,第2章 数据通信原理,通信系统的基本组成: 变换器：将信源发出的信息变换成载体（信道）上可传输的格式； 反变换器：将载体（信道）上可传输的信息变换成信宿可识别/处理的格式。,信源,信宿,载体（信道）,噪声源,反变换器,变换器,东南大学计算机系 吉逸,信 道,信息可以单向传输的途径，（包括传输媒体和中继通信设施）,东南大学计
2、算机系 吉逸,传输媒体类型划分： 有线信道：明线、电缆、光纤等，能量集中在导线附近；无线信道：自由空间，红外、微波等，能量向空间发散。,传输方式划分： 模拟信道 ：支持模拟信号传输：电话线、双绞线等,信号的衰减，长距离的信号传输，需安装放大器 数字信道：支持数字信号传输（光纤等）,注意：计算机本身可处理的信息数字信息；计算机本身可产生的信号数字信号。,信道带宽与信道容量 信道带宽： 信道可以不失真地传输信号的频率范围. 信道容量： 信道在单位时间内可以传输的最大信号量,东南大学计算机系 吉逸,数据传输速率(bps)：信道在单位时间内可以传输的最大比特数。 信道容量和信道带宽成正比：带宽越大，容
3、量越大,局域网带宽：10Mbps，100Mbps，1000Mbps 广域网：64Kbps、2Mbps、155Mbps、622Mbps、2.5Gbps,差错率/误码率,由于噪声的影响和信道带宽的限制，信号可能发生失真. 差错率/误码率：传输比特总数与其中出错比特数的比值Pe = 出错比特数传输/比特总数例： 传输10000bit, 有2bit出错， Pe 2/10000差错率越高表示信道的质量越差信道的差错率与信号的传输速率和传输距离成正比,东南大学计算机系 吉逸,调制/解调： 利用模拟信道支持数据信息传输的技术调制：将数据信息变换成适合于模拟信道上传输的电磁波（称为载波）信号，（数字模拟）解调
4、：将从模拟信道上收取的载波信号还原成数据信息。 （模拟数字）调制解调器：具有调制/解调功能的通信设备。,东南大学计算机系 吉逸,调制/解调与编码/解码,模拟传输系统:模拟信道构成的传输系统（电话网、X.25分组交换网等）数字传输系统:数字信道构成的传输系统（宽带ISDN等）,调制依据：模拟信号的三要素（幅度、频率和相位）,东南大学计算机系 吉逸,调制方法：,调幅：（幅度调制或移幅键控法ASK）：将不同的数据信息（0和1）调制成不同幅度但相同频率的载波信号；,调频：（频率调制或移频键控法FSK）：将不同的数据信息（0和1）调制幅度相同, 但不同频率的载波信号；,东南大学计算机系 吉逸,调相：（相
5、位调制或移相键控法PSK）：利用相邻载波信号的相位变化值来表示相邻信号是否具有相同的数据信息值，此时的幅度和频率均不发生变化；,组合调制,东南大学计算机系 吉逸,图24 相位-幅度组合调制,波特率（信道速率）:指调制设备每秒可调制的符号个数，即信道上每秒传输的符号个数。 数据传输速率： 信道在单位时间内可以传输的最大比特数,波特率和数据传输速率之间的关系 数据传输速率波特率log2N (N-每个符号的取值个数，或可调制的线路状态数）,东南大学计算机系 吉逸,调制速率（波特率）,1)性能：速率、功能等2)用途：使用的场合3)符合相关标准4)符合当地有关部门的入网规定,东南大学计算机系 吉逸,调制
6、/解调器的选择和应用,注意：Modem需成对使用，所有通信双方的Modem一定要匹配一台主呼，另一台被呼 用户方一般为主呼,编码/解码 (COding and DECoding)实现模拟信息与数字信号之间的转换。 用途：生产控制、用数字信道传输模拟信息等 编码：将模拟信息转换为数字信号的过程 解码：将数字信号还原为模拟信息的逆过程,东南大学计算机系 吉逸,编码/解码,脉码调制技术（PCM）采样：通过某种频率的取样脉冲将模拟信息的值取出， 变连续的模拟信息为离散信号。量化：量化的目的是确定采样出的模拟信号的数值。通过规定一定的量化级，对取样的离散值进行“取整”量化，得到离散信号的具体数值。编码：
7、将量化后的值编码成一定位数的二进制值。,东南大学计算机系 吉逸,b) 采样信号幅度的量化,图 2-5 脉码调制（PCM）的原理,脉码调制技术（PCM）,东南大学计算机系 吉逸,字符编码： 利用0和1比特的特定组合来表示字符。BCD码、EBCDIC码、IA5码、 ASC码图形字符：数字、字母、运算符号、语句符号等控制字符：传输控制、格式控制、信息分隔字符等,传输编码,东南大学计算机系 吉逸,格式控制字符：BS(退格), LF(换行) CR(回车) 信息分隔字符：US(单元分隔,1/F), RS(记录分隔,1/E), GS(组分隔,1/D), FS(文卷分隔,1/C)。,传输控制字符：用于控制信息
8、的传输SOH(标题开始 0000001), STX(正文开始 0000010) ETX(正文结束 0000011)EOT( 传输结束,0000100), ENQ(询问,0000101), ACK(确认,0000110), NAK(否认,0010101),DLE(数据转义,0010000), SYN(同步,0010110),利用特定的电平信号来表示0、1比特值， 并通过计算机或者其它通信设备的输入输出端口传输.,通 信 编 码,东南大学计算机系 吉逸,通 信 编 码,东南大学计算机系 吉逸,(3) 曼彻斯特编码一个比特时间一分为二比特时间内 发生低电平到高电平的变化表示“1”，高电平到低电平的变
9、化表示“0”,通 信 编 码,东南大学计算机系 吉逸,特点：编码中含有同步信息(每个比特中部的电平跃变信号)接收方可以根据该同步信息及时调整接收脉冲的产生，可以支持较大数据块的传输。要求发送/接收设备支持较高频率的发/收脉冲,(4) 差分曼彻斯特编码编码特征：一个比特时间一分为二，比特时间的中部发生电平变化，表示的值依赖于前一比特的最终电平状态 当前比特的前半部分电平不同于前一比特的最终电平状态，表示“0” 当前比特的前半部分电平相同于前一比特的最终电平状态，表示“1”,通 信 编 码,东南大学计算机系 吉逸,(5) 4b/5b码用5位(5b)的符号表示4位(4b)的信息(数据)采用不归0交替
10、编码(NRZI)表示这5位符号。要求每个符号中至少应有2个以上的“1”比特出现，例：001010100，011001110 ， 1100110101000 10010, 0000 11110,信息输入0001（高位在先）,4b/5b,01001,NRZI,发往信道 1 0 0 1 0,码转换,通信编码,东南大学计算机系 吉逸,并行传输: 字符编码的各个比特同时传输。 特点： 1、传输速度快，一个比特时间内可传输一个字符。 2、通信成本高，每个比特传输要求一个单独的信道支持， 3、远距离传输时，可靠性较低。,东南大学计算机系 吉逸,传输方式,东南大学计算机系 吉逸,串行传输 将组成字符的各个比特
11、串行地发往线路 特点：传输速度低，一次一个比特；通信成本较低，只需一个信道,传输方式,东南大学计算机系 吉逸,同步传输： 以多个字符或者多个比特组合成的数据块为单位进行传输， 利用独特的同步模式来限定数据块，达到同步接收的目的,传输方式,发送：同步符号（起始字符）数据块同步符号（结束字符） 接收：遇到同步符合，开始接收数据，直到结束符合为止。 同步符号：标识数据块的开始和结束 假同步现象：数据块中含有与同步符号相同的内容,接入X.25分组交换网：同步端口,异步传输特点： 字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立传输，字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。传输效率较低
12、。,东南大学计算机系 吉逸,传输方式,接入电话网： 异步端口,接收方如何在时间上与发送方取得同步， 以便能够正确地识别和接收发送方发来的数据。,东南大学计算机系 吉逸,同步技术,字符同步： 使接收方可以正确地识别数据群同步传输时的同步字符（SYN）接收方在识别到独特的同步字符或同步模式后，才开始真正的数据接收。,位同步： 使接收方可以正确地接收各个比特自同步法：接收方直接从数据波中获取同步信号。外同步法：发送方在发数据前，先向接收方发一串同步时钟序列，接收方根据这一同步时序锁定接收频率。（异步传输的起始/终止位）,单工传输 ：任意时刻只允许向一个方向进行信息传输，半双工传输： 可以交替改变方向
13、的信息传输，但在任一特定时刻，信息只能向一个方向传输，全双工传输： 任意时刻信息都可进行双向的信息传输。,东南大学计算机系 吉逸,传输形式,根据收发双方信息交换的方向性:,半双工（一个信道） Half-Duplex,全双工（两个信道） Full-Duplex,反馈重传法(ARQ) (1) 发送方发送具有检测错误能力的代码（称为检错码）， (2) 接收方根据代码的编码规则，验证接收到的数据代码， 并将结果反馈给发送方(正确接收/接收有错） (3) 发送方可根据反馈的结果决定是否执行重传动作，如果接收方未正确接收，则重传。 (4) 在规定的时间内，若未能收到反馈结果（称为超时）， 则发送方可以认为
14、传输出现差错，进而执行重传动作。,东南大学计算机系 吉逸,目的：保证信息传输的正确性 传输过程中的差错是不可避免的，需进行差错处理,传输差错处理,1、发送一块数据后， 就停止发送动作， 开始计时。等待接收方的反馈结果，2、仅当收到正确的接收确认之后，才继续发送后继块数据。3、如果接到否定确认，或者计时器超时，重新传输本数据块。,东南大学计算机系 吉逸,停等协议,收发双方以半双工方式进行工作， 特点：控制简单， 易于实现，但工作效率较低,停等协议,(1) 发送方可一次连续发送多块数据（可发送的最大数据块数称为窗口数）(2) 接收方对每块数据进行差错分析，如果发现错误，立即反馈发送方，(3) 接收
15、方可对接收到的多个正确的数据块进行一次性确认(4) 发送方根据反馈的结果，重发指定的数据块，或重发指定数据块及其之后的所有数据块， 特点：效率高，控制负责，全双工方式,东南大学计算机系 吉逸,滑动窗口协议,东南大学计算机系 吉逸,滑动窗口协议,常用检错码检错码信息字段校验字段校验字段越长，编码的检错能力越强，编码/解码设施越复杂， 附加的冗余信息在整个编码中所占的比例越大，传输的有效成分越低。传输顺序：信息字段在前，校验字段在后,奇/偶校验码 (1) 水平奇/偶校验码校验位的取值应使整个码字(包括校验位)中为“1“的比特个数为奇(偶)数。传输时，形成的校验比特附加在字符之后传输。异步传输方式中
16、采用偶校验， 编码效率: Q/(Q+1)同步传输方式中采用奇校验。 （信息字段占Q个比特）,东南大学计算机系 吉逸,（2） 垂直奇/偶校验码将被传输的信息进行分组， 组中每个字符的相同位进行奇/偶校验 例如：4行7列信息组的垂直奇/偶校验码。信息组： 0111001001010101010111010101垂直奇校验字符 0101101垂直偶校验字符 1010010 0111001001010101010111010101 0101101 (奇校验）编码效率为: PQ/P(Q+1) （假设信息分组占Q行P列）,奇/偶校验码,东南大学计算机系 吉逸,（3） 水平垂直奇/偶校验码例：4行7列信息组
17、的水平垂直偶校验码。信息组 校验位0 1 1 1 0 0 1 0 10 0 1 0 1 0 1 1 00 1 0 1 0 1 1 0 11 0 1 0 1 0 1 0 1垂直偶校验字符 1 0 1 0 0 1 0 1奇 0 1 0 1 1 0 1 0/1 0111001000101011010101101010101010100101 若被传的信息分组占Q行P列， 编码效率为QP/(P+1)(Q+1),奇/偶校验码,东南大学计算机系 吉逸,校验字段与信息字段占有相同的位数 若信息字段中“1”的个数为奇数，校验字段的取值等同于信息字段 若信息字段中“1”的个数为偶数，校验字段的取值为信息字段取值
18、的反码 例: 01011 (奇) 010110101110010 (偶) 1001001101,正反码,东南大学计算机系 吉逸,例： 接收码字 合成码组 奇/偶 校验码组 结果 原信息字段0101101011 00000 奇 00000 正确 010111001001101 11111 偶 00000 正确 100100111101011 00100 偶 11011 信息位3错 010111001001001 11011 偶 00100 校验位3错 10010正反码具有纠一位错的能力，其编码效率为50。,1、将信息字段和校验字段按位加，形成合成码组； 2、根据合成码形成校验码组，进行判断 若信
19、息字段中“1”的为奇数，则合成码组保持不变，作为校验码组； 若信息字段中“1”的为偶数，则合成码组取反码，作为校验码组； 若校验码组为全“0”，结果无差错； 若校验码组只有1个“0”， 信息字段中对应校验码组为“0”的信息位错； 若校验码组只有1个“1”，校验字段中对应校验码组为“1”的校验位错； 其它结果表示有两位或两位以上差错。,正反码校验,东南大学计算机系 吉逸,生成CRC码的基本原理: 任意一个由二进制位串组成的代码都可以和 一个系数仅为0和1取值的多项式一一对应。 例： 1010111： x6+x4+x2+x+1 x5+x3+x2+x+1 ： 101111 若信息字段为K位，校验字段
20、为R位， 码字长度为N(N=K+R)V(x)=A(x)g(x)= xR m(x)+r(x)m(x)为K次信息多项式，r(x)为R1次校验多项式， g(x)称为R次生成多项式 g(x)=g0+g1x+ g2x2+.+g(R-1)x(R-1)+gRxR,循环校验码(CRC),最常用的一种差错校验码， 特征是:信息字段和校验字段的长度可以任意选定。,东南大学计算机系 吉逸,校验字段r(x)生成方法之一：多项式除法取余 例如：信息字段代码为: 1011001 对应 m(x)=x6+x4+x3+1生成多项式：g(x)=x4+x3+1 对应代码: 11001则 x4 m(x)=x10+x8+x7+x4 对
21、应代码：10110010000 除法： 110101011001 1011001000011001 接收方使用相同的g(x)和除法11110 对收到的位序列进行校验：1100111110 位序列/生成码11001 如果除尽，则正确，11100 否则错。11001校验字段 1010 (余数) 形成码字：10110011010,循环校验码(CRC),东南大学计算机系 吉逸,校验字段r(x)生成方法之二：硬件实现 根据g(x)构建编码电路，信息字段作为输入，校验字段存寄存器。g(x)=g0 + g1x + g2x2 + .+ g(R-1)x(R-1) + gRxR,输入：发送时为信息字段，或者校验时
22、为接收到的码字。 移位寄存器R：发送时逐步形成校验字段，发送完后开关上拨，逐位输出；校验时逐步形成校验结果。,循环校验码(CRC),东南大学计算机系 吉逸,硬件编码举例：g(x)=x4+x3+1的编码电路，g1,g2为0。,输入 R0 R1 R2 R3 输出 G=I+R31 0 0 0 0 R0=R3+I=G0 1 0 0 1 1 R1=R01 1 1 0 1 01 R2=R10 0 1 1 0 101 R3=原R2+G0 0 1 1 0101 （原书结果有误）校验时：整个码字输入完后，移位寄存器Ri应为全0，否则接收到的码字出错。,循环校验码(CRC),东南大学计算机系 吉逸,CRC校验码使
23、用广泛。硬件电路主要用于自动生成码字，或者进行校验； 多项式除法主要用于软件编程。常用的CRC生成多项式g(x)为:CRC16=x16+x15+x2+1 R=16， IBM专用CRC16=x16+x12+x5+1 R=16， CCITT专用CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 R=32, LAN中常用,循环校验码(CRC),东南大学计算机系 吉逸,目的： 协调通信双方的动作，保证数据信息传输的正确性。 异步传输控制规程： 实现以字符为单位的传输； 同步传输控制规程： 实现以许多字符或许多比特组合成的数据块为单位的传输；
24、,2.9.1 面向字符型的传输控制规程支持字符数据的传输。典型规程：二进制同步通信规程(BSC) （1）目标：支持任意字符型数据在计算机之间的传输。当用于支持位序列传输时，位序列将以7位一组形成字符，不足位补0，最终形成字符串。用户以其他方式说明位序列的实际长度。 例： 0101011 1010101 1100010 1011101 1010000（补0）ASCII + U b P +UbP,2.9 传输控制规程,东南大学计算机系 吉逸,控制字符采用ASCII中的10个特殊的字符（控制字符），SOH、STX、ETX、EOT、SYN、ACK、NAK等字符的转义：在控制字符之前增加一个转义字符（D
25、LE），DEL SOH、DEL STX、DEL ACK、DEL NAK等“字符填充法”：数据中若出现控制字符，再增加一个DEL。 DEL DEL SOH,二进制同步通信规程(BSC),发送序列 DLE STX A DLE B STX C DLE STX DLE ETX 传输序列：DLE STX A DLE DLE B STX C DLE DLE STX DLE ETX 接收序列 DLE STX A DLE B STX C DLE STX DLE ETX,东南大学计算机系 吉逸,（3）BSC通信双方交换的信息序列类型： 正文信息： 通信双方正常交换的数据； 控制序列：控制通信双方交换信息的控制信
26、息序列。正向：主叫方发给被叫方；反向：被叫方发给主叫方。主叫方： 主动要求建立链路的一方；被叫方： 同意主叫方请求，与主叫方建链的一方；,东南大学计算机系 吉逸,控制序列 确认（ACK）： SYN SYN 0/1 DLE ACK增加0或1的目的在于区分应答的对象； 否认（NAK）： SYN SYN DLE NAK 询问（ENQ）： SYN SYN 站地址 DLE ENQ 拆链（EOT）： SYN SYN DLE EOT,BSC正文信息序列： 基本格式，含标题和正文两部分：SYN SYN DLESOH 标题 DLESTX 正文 DLEETX 校验码 无标题格式，省略标题时的数据块格式：SYN S
27、YN DLESTX 正文 DLEETX 校验码 成组格式(多段正文):SYN SYN DLESOH 标题 DLESTX 正文组1 DLEETB 校验码. . SYN SYN DLESTX 正文组n DLEETX 校验码 校验码：（1）水平垂直奇偶校验 （2）当采用循环校验时，g(x)=x16+x12+x5+1，校验对象为SYN SYN之后的所有内容。,东南大学计算机系 吉逸,（4）BSC工作过程建立链路： 建立链路指建立通信双方的收发关系 数据传输： 在链路建立的基础上，传输数据 拆除链路： 释放通信双方已建的关系建立链路：主叫站 被叫站ENQ.被叫地址 NAK (未准备好接收)ENQ.被叫地
28、址 0.ACK (收发关系建立) 数据传输：正文1 1.ACK正文2 0.ACK,东南大学计算机系 吉逸,*正文3 超时(传输错误，正文3被丢弃) 正文3 （重发） 1.ACK *正文3 超时(ACK丢失) 1.ACK正文3 （重发） (重收，收方自动丢弃正文3) 1.ACK* ENQ (被叫站要发数据)ACK.0 正文1ACK.1 释放收发关系：任一方: EOT EOT,东南大学计算机系 吉逸,BSC工作过程,半双工的停-等协议 、超时重发技术， 传输效率较低。 数据块和控制序列格式不统一，易引起二义性。控制：确认（ACK）： SYN SYN 0/1 DLE ACK数据：SYN SYN DL
29、ESOH 标题 DLESTX 正文 DLEETX 校验码 控制序列的差错校验能力仅依赖于控制字符本身的字符（控制序列没有专门的校验码） 采用奇偶校验时，可靠性较低。 仅需要很少的缓存容量，规程简单，易于实现。,东南大学计算机系 吉逸,BSC的特点,面向比特型的传输控制规程 支持任意二进制数据的传输。 常用的标准：ISO的高级数据链路控制规程(ISO HDLC)CCITT 的平衡型链路访问规程(CCITT X25 LAP-B)HDLC支持任意比特序列的传输， 数据帧： 起始标志 传输数据块 终止标志011111100011011000010110110011011101111110“帧”： 通信
30、双方交换的最小单位。,东南大学计算机系 吉逸,站类型 主站(Primary Station)：控制整个链路的工作 次站(Secondary Station)：受主站控制，只能发出响应的站； 组合站(Combined Station)：兼有主/次站功能的站。,东南大学计算机系 吉逸,面向比特型的传输控制规程,链路结构 非平衡结构：由一个主站和一个或多个次站组成， 点-点、点-多点操作； 平衡结构：由两个组合站组成，适用于点-点操作；,数据传输模式 正常响应模式(NRM)： 主站具有选择、轮询次站的能力，并可向次站发送命令或数据；次站只有在主站询问时才能作为响应传输数据；,东南大学计算机系 吉逸,
31、面向比特型的传输控制规程HDLC,异步平衡模式(ABM)： 任一组合站均可控制链路，主动传送数据。,异步响应模式(ARM)： 主站具有初始链路，差错校正和逻辑拆链功能；次站可以主动传输数据；,HDLC 一般帧结构8 n8 8 0N 16 8 (位) F A C I FCS F 起始标志 地址字段 控制字段 信息 校验码 结束标志F(帧间隔模式)： “01111110”同步符号、 帧之间的填充字符 01111110111110000111100010101011010101010101001010100111111001111110,东南大学计算机系 吉逸,“0”比特插入法： 011111101
32、1110001110001100111111001101111110111010111111001111110 011111101111000111000110011111010011011111010111010111111001111110,A(地址字段)：正常响应模式（NRM）和异步响应模式（ARM）： 次站地址异步平衡模式（ABM）： 对方的地址,信息帧（I帧，C的第一位为0） 用于传输用户数据Ns（发送帧序号）说明本帧对应的帧序号（采用模8计数），每发一帧，Ns模8计数一次；Nr（待收帧序号）：希望接收对方帧的序号，（采用模8计数）；Nr隐含指示该序号之前的所有帧已被正确接收；,C(
33、控制字段)： 用于区分帧的类型,0 1 2 3 4 5 6 7,信息帧 (I) 监控帧 (S) 无编号帧(U),东南大学计算机系 吉逸,P/F（Probe/Final-查询/终止指示符） * 正常响应模式（NRM）：主站P=1，对次站进行询问是否有数据发；次站有数据，开始发送信息帧（I）；次站可以连续发送多帧，并在最后一个I帧中，置F=1，示意次站数据传输完毕；如果次站无数据待发，直接以S帧（F=1）进行响应，示意本次站无数据可发。,* 其它传输模式（ARM和ABM）：P=1：要求对方做出响应，（建链时）对方需立即进行响应，并在响应中置F=1。（同意建链） P/F总是一一对应的，在接到F=1的
34、帧之前，不允许再发P=1的帧。,东南大学计算机系 吉逸,0 1 2 3 4 5 6 7,信息帧 (I) 监控帧 (S) 无编号帧(U),C(控制字段)：,A(主站) 方向 B(次站) 说 明 B:RR,P=1,0 ；A询问B，P=1; B:RIM,F=1 ；B要求初始化; B:SIM,P=1 ；A置B于初始化模式 B:UA,F=1 ；B肯定答复,进入联机 B:SNRM,P=1 ；A置B正常响应模式 B:UA,F=1 ；B肯定答复B:RR,P=1,0 ；A要求B传输(全双工) B:I,0,P=0,0 ；A发0号帧,可接B的0号帧 B:I,0,F=0,1 ；B发0号帧,可接A的1号帧 。 B:I,
35、3,P=0,2 ；A发3号帧,可接B的2号帧 B:I,2,F=1,4 ；B发最后2号帧,可接A的4号 。 B:I,5,P=1,3 ；A发5号帧,要求B的确认 B:RR,F=1,6 ；B确认A5号帧,P/F使用举例：,S(监控帧)：用于表示接收状态，Type=00, 接收准备就绪(RR)，准备接收编号为Nr的帧；Type=10, 未准备就绪(RNR)，告诉对方已经收妥Nr以前的所有帧， 但希望对方暂缓发送Nr帧；Type=01, 拒绝接收(REJ)，告诉对方已经收妥Nr以前的所有帧，但编号为Nr的帧有差错，希望对方重发编号为Nr及其以后的所有帧；Type=11, 选择接收(SREJ)，类似REJ
36、监控帧，但希望对方仅仅重发第Nr帧。,东南大学计算机系 吉逸,0 1 2 3 4 5 6 7,信息帧 (I) 监控帧 (S) 无编号帧(U),C(控制字段)：,U(无编号帧，C的前两位为11)：链路控制帧，不含序号M1，M2表示帧类型M(M1M2)=11000(SARM)，主站置本次链路为异步响应模式；M(M1M2)=00001(SNRM)，主站置本次链路为正常响应模式；M(M1M2)=11100(SABM)，某一复合站置本次链路为异步平衡模式；M(M1M2)=00010(DISC)， 请求释放(拆除)本次链路；M(M1M2)=00110(UA)， 次站对主站命令的确认，类似BSC中的ACK；
37、M(M1M2)=10001(CMDR)，次站对主站命令的否认，类似BSC中的NAK；,东南大学计算机系 吉逸,HDLC窗口机制提高效率的保障 传输窗口：通信双方同意在同一条链路上连续使用的信息帧序号 窗口尺寸：通信双方协商同意的在同一条链路上可连续发送 且未被认可的信息帧个数； HDLC 窗口尺寸确定为7，即任一方可以最多连续发送7帧无需对方的确认，帧序号循环使用（模8）。在信息帧中用Nr, Ns来表示当前窗口的情况；,东南大学计算机系 吉逸,捎带应答：允许在反向传输的信息帧中附带确认信息 超时重发：超时表示传输故障，准备重发所有未被确认的帧。发送方每发送一信息帧，计时, 直到收到接收方的确认
38、（包括捎带应答），若超时，则重发；接收方在正确接收到信息帧后，计时，若在一定的时间内未收到后继信息，则发RR帧，准备继续接收后续帧。,滑动窗口示意图,HDLC窗口机制示意,REJ，6,窗 口 尺 寸,东南大学计算机系 吉逸,建立链路: 置初始化模式和置响应模式；通信双方确认可以通信，并协商通信的模式。传输信息帧：通信双方通过交换I帧和S帧，完成双方的高层数据交换，全双工方式，通信双方均可发送信息帧和监控帧。释放(拆除)链路：任意一方在发送完数据之后，均可用DISC命令要求拆除链路；对方同意拆链，用UA命令响应。,东南大学计算机系 吉逸,HDLC数据交换过程,建立链路 主机A向主机B发建立请求
39、SABM CMRD B未准备好，不同意建链。向A发否认信息主机A向主机B发建立请求 SABM UA 主机B已准备好，同意建链。向A发确认信息链路建立成功，进入数据传输阶段,东南大学计算机系 吉逸,HDLC数据交换过程,数据传输Ia1,0,0 RR,1Ia2,1,0 Ib1,0,2Ia3,2,1 Ia4,3,1 Ib2,1,4Ia5,4,2 Ib3,2,5Ia6,5,3 Ia7,6,3 Ib4,3,0Ia8,0,4 Ia9,1,4 Ia10,2,4 RR,3 Ia11,3,4 ,东南大学计算机系 吉逸,HDLC数据交换过程,拆除链路 A(主机) 方向 B(主机) 说 明 DISC UA ；B对拆
40、链进行确认,东南大学计算机系 吉逸,HDLC数据交换过程,HDLC规程分析 HDLC 统一的帧格式：数据、命令和响应具有统一格式，易于实施；采用“0”比特插入法： 支持任意的比特流传输，提高了信息传输的透明性；采用窗口机制和捎带应答，支持全双工工作方式，提高信息传输的效率；采用帧校验序列，以及窗口序号的设置，提高信息传输的正确性和可靠性。,东南大学计算机系 吉逸,多路复用与集中传输 通信的质和量两方面的要求： “质”：要求通信系统可以保证传输信息的可靠性，采用的方法主要为差错处理； “量”：要求通信系统可以充分地利用昂贵的通信线路资源， 尽可能地较多的用户传输较多的信息， 多路复用和集中传输技
41、术主要解决如何充分利用通信信道的问题。,东南大学计算机系 吉逸,多路复用目的：使得多路信号可以共用一个信道，将多路信号组合在一条物理信道上传输，以充分利用信道容量。原理：当物理信道的可用带宽超过单个原始信号的带宽时，将物理信道的总带宽分割成若干个和被传输的单个信号带宽相同或者略为宽一点）的子信道，并利用每个子信道传输一路信号，达到多路信号共用一个信道的目的，节省线路资源。,频分多路复用对整个物理信道的可用带宽进行分割， 并利用载波调制技术， 实现原始信号的频谱迁移， 使得多路信号在整个物理信道带宽允许的范围内， 实现频谱上的不重叠，从而共用一个信道。,东南大学计算机系 吉逸,频分多路复用主要用
42、于模拟信道的复用（铜线、微波线路）,时分多路复用（TDM）主要用于数字信道的复用。 原理：当物理信道可支持的比特传输速率超过单个原始信号要求的数据传输速率时，可以将该物理信道划分成若干时间片，并将各个时间片轮流地分配给多路信号，使得它们在时间上不重叠。,东南大学计算机系 吉逸,使用时分多路复用技术来支持语音信号的传输 T1系统：24路 、8bit/路 、一个周期 ：248192bit + 1（同步位）, 125微秒/周期，传输速率：193/125微秒1.544Mbps,东南大学计算机系 吉逸,时分多路复用,TDM技术可以使得更多路信号复用到速率更高的信道上,E1系统：32路、8bit/路、12
43、5微秒/周期传输速率： 328/125微秒2.048Mbps,东南大学计算机系 吉逸,时分多路复用,(对多路复用技术的进一步提高和改进)多路复用的特点：各个子信道（频分复用：子频段，时分复用：时间片，波分复用：波长） 被静态地分配给多路信号传输，接收方可以直接通过识别固定子频段、时间片或者波长来完成。不足之处：信道的利用率不够高, 因为信号的传输往往是间断的， 在某个时刻，子信道会出现空闲状态（无数据）,东南大学计算机系 吉逸,集中传输,集中传输： 动态按需分配子信道。 加地址标识：区分哪个子信道的数据， 要求： 集中传输设备具有缓冲存储的能力，临时保存输入的信息，并等待空闲的信道。,东南大学
44、计算机系 吉逸,集中传输,利用中间结点将通信双方连接起来。 中间结点（交换设备）：不关心被传输的数据内容，仅执行交换的动作，起数据交换的功能， 将数据从一个端口交换到另一端口，继而传输到另一台中间结点，直至目的地。结点：用于数据交换的中间设备， 站点： 发送和接收数据的终端设备。 数据交换方式：线路交换报文交换分组交换。,东南大学计算机系 吉逸,数据交换,工作过程类似于电话系统,需要在通信的设备之间建立物理连接。 电路交换的过程包括三个阶段： 建立线路、占用线路并进行数据传输、释放线路。,建立线路： 发起方站点向接收方站点发送请求，该请求将通过中间结点传输至终点；中间结点分配线路。线路一旦被分
45、配，在未释放前，将不能被其它站点所使用， 即使线路上并没有数据传输。 数据传输：物理线路建立后，站点之间进行数据传输。 释放线路：站点之间的数据传输完毕，执行释放线路的动作。线路被释放之后，进入空闲状态，可由其它站点通信所用。,东南大学计算机系 吉逸,线路交换（电路交换）,线路交换的特点：独占性，线路的利用率较低，也容易引起建链时的拥塞。实时性好，数据传输的延迟小（一旦建链,占整个线路）线路交换不提供任何缓冲装置，数据透明传输，收发双方自动进行速率匹配。（交换机设备比较简单）,东南大学计算机系 吉逸,线路交换（电路交换）,中间结点由具有存储能力的计算机承担，用户信息可以暂时保存在中间结点上，报
46、文交换无需同时占用整个物理线路。将目的地地址附加在报文上，然后将整个报文传递给中间结点，该结点暂存报文，根据地址确定输出端口和线路，排队等待线路空闲时再转发给下一结点，直至终点。存储转发,东南大学计算机系 吉逸,报文交换,特点：“存储转发”。 不独占线路，多个用户的数据可以通过存储和排队共享一条线路，无线路建立的过程，提高了线路的利用率；可以支持多点传输（一个报文传输给多个用户）；（报文中增加“地址字段”，中间结点根据地址字段进行复制和转发，）中间结点可进行数据格式的转换，方便接收站点的收取，增加差错检测功能，避免出错数据的无谓传输等,报文交换,不足之处： 1。由于“存储转发”和排队，增加了数据传输的延迟， 2。报文长度未作规定，报文只能暂存在磁盘上，磁盘读取占用了额外的时间； 3。任何报文都必须排队等待：不同长度的报文要求不同长度的处理和传输时间，即使非常短小的报文（例如：交互式通信中的会话信息） 4。报文交换难以支持实时通信和交互式通信的要求。,
