1、1,计算机网络基础,模块二 网络数据通信,2,任务2.1 制作网线,任务描述：计算机网络技术是计算机技术与通信技术相结合的产物，计算机之间要通过传输介质才能够实现数据通信。那么计算机之间是如何连接的？使用什么样的传输介质呢？通过下面的学习来实现常用网线的制作。,3,2.1.1 数据通信的基本概念,1信息：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，是对客观事物存在形式的一种反应。例如我们常说的文字信息、语音信息、图像像信息和数据信息等。 2数据：是数字化的信息。分为模拟数据和数字数据：模拟数据取值是连续的，如语音强度、电压高低、温度等；数字数据取值是离散的，如文本
2、信息和整数值。 3信号：是数据的电、磁、光等形式的编码形式。信号可分为数字信号和模拟信号。 模拟信号是指在时间上和幅度取值上都连续变化的信号。 数字信号是指在时间上离散的、在幅值上经过量化的信号。如计算机输出的脉冲信号是数字信号，电话机输出的信号就是频率和振幅连续改变的模拟信号。,4,4信源是指在通信的过程中产生和发送信号的设备或计算机。 5信宿是指在通信的过程中接收和处理信息的设备或计算机。 6信道是指信源和信宿之间的传输线路和传输设备，分为物理信道和逻辑信道。在同一物理信道上可以提供多条逻辑信道，而在每一逻辑信道上只允许一路信号通过。 7信号变换器的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上
3、传输的信号，如编码器、调制器、译码器或解调器等。 8码元是承载信息的基本信号单位。模拟信号的一个波形单元称为一个码元。若用脉冲信号表示数据的有效值状态，一个单位脉冲就是一个码元。,5,9信号传输速率B（波特率）：指在有效带宽上单位时间传送的码元数，单位波特（baud）。 10数据传输速率S（比特率）：指单位时间内所传送的二进制代码的有效位数，单位bit/s或bps，另外常用的还有kbps，mbps等。 11带宽是指物理信道的频带宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差，单位为赫兹（Hz）。有效带宽是指单位大小的信号通过信道时，幅度衰减至原信号的0.707倍（）时，最高频率和最低频率之差。通常所
4、说的带宽是指有效带宽。,6,12信道容量是用来表征一个信道传输数字信号的能力，它以数据传输速率作为指标，即信道所能支持的最大数据传输速率。 （1）无噪声时的信道容量公式：C=2Flog2N 其中，N为每个码元所能携带的离散值的个数，即二进制数的位数。 （2）有噪声时的信道容量公式：C=Flog2(1+S/N) 其中各项参数如下： F为信道带宽，单位赫兹（Hz）；S/N为信噪比，单位分贝（dB）；S为信道上所传送信号的平均功率，单位为瓦特（W）；N为信道内部的噪声功率，单位为瓦特（W）。在实际应用中信噪比一般表示为：10lg(S/N)，单位分贝（dB）。,7,13误码率：二进制码元在数据传输中被
5、传错的概率。它是衡量系统可靠性的指标。它以接收信息中错误位数占总传输位数的比例来衡量。网络中要求误码率低于10-6。 14传输效率是指原始数据量与整个传送数据的比率，数值上等于数据包中数据的长度与整个包长度的比值。 15吞吐量指单位时间内整个网络能够处理的信息总量，单位是B/s或b/s。在单信道总线型网络里，吞吐量信道容量传输效率。 这里信道容量指信道上的最大的数据传输率。 16网络负荷量是指单位面积中数据在网络中的分布量，即数据在网络中分布密度。 17信道的传播延迟是指信号在信道中传播，从源端到达目的端所需要的时间。,8,2.1.2 数据的 传输形式,1数据通信系统的组成 数据通信系统是通过
6、数据电路将分布在异地的数据终端设备与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。,9,一个完整的数据通信系统一般由以下几部分组成： （1）数据终端设备（DTE）。在数据通信系统中，用于发送和接收数据的设备称为数据终端设备。最常见的数据终端设备就是计算机。 （2）通信控制器。该设备主要进行通信状态的连接、监控和拆除等操作，另外它还可接收来自多个数据终端设备的信息，并进行信息格式的转换。如网卡就是通信控制器。 （3）通信信道。它是数据在信号变换器之间传输所经过的通道，如电话线路、专用数字通信信道、CATV电缆和光纤等。 （4）信号变换器（DCE）。它的功能是把通信控制器提供的数据变换
7、成适合在通信信道进行传输的信号形式，或者把信道中传来的信号变换成可供数据终端设备使用的数据，以保证传输质量，同时也为用户设备提供入网的连接点。最常见用的信号变换器是调制解调器和光纤通信网中的光电转换器。,10,2数据通信的基本方式 通信所使用的信号分为模拟信号和数字信号，所以数据通信的方式也分为模拟数据通信和数字数据通信两种。 （1）模拟数据通信 模拟数据通信用来传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号。例如当前广泛使用的电话系统和电视系统就是典型的模拟数据通信。 （2）数字数据通信 数字数据通信是利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据或模拟数据对应的数字信号。由于计算机自身使用二进制的数字信
8、号，所以计算机与其外部设备以及计算机局域网、城域网大多数直接采用数字数据进行通信。,11,数字数据通信具有以下特点： 声音、视频和其他各类数据都可统一为数字信号的形式，并通过数字通信系统进行传输。 数字设备能较容易地通过集成电路来实现，并与计算机直接相结合。目前由于超大规模集成电路技术的迅速发展，数字设备的集成度大大提高而成本却大幅下降，性价比很高。 在数据的传送中以帧为单位，并能通过检错编码和重发数据帧来发现与纠正通信当中的错误，保证了通信的可靠性。 使用加密技术可充分保证通信的安全性。 在远距离数字通信中可利用中继器放大和整形来保证数字信号的完整性。,12,3数据通信的方向 通信线路可由一
9、个或多个信道组成，根据信道中某一时间信息传输的方向，可以分为单工、半双工和全双工三种方式。 （1）单工通信 信号只能向一个方向传输，任何时候都不能改变信号的传送方向，发送方不能接收，接收方也不能发送。信道的全部带宽都用于由发送方到接收方的数据传送。如听广播和看电视就是单工通信 。,13,（2）半双工通信 信号可以双向传送，但必须交替进行，即某一时刻只能向一个方向传输。平时的对讲机就是这种方式。,14,（3）全双工通信 信号可以双向同时传送。要求信道能够提供双向传输的双倍带宽。例如计算机与计算机之间的通信。,15,4基带传输与频带传输 （1）基带传输 计算机中二进制比特序列的数字数据信号是典型的
10、矩形脉冲信号。将矩形脉冲信号的固有频带称为基本频带，简称基带。 在数字通信信道上，直接传送基带信号（数字信号）的方法就是基带传输。基带传输一般用在较近距离的数据通信中，如在计算机局域网中。 （2）频带传输即用占据小范围带宽的模拟信号作为载波来传送数字信号方式，它是一种利用模拟信道传输数字信号的传输方式。,16,2.1.3 数据的传输介质,传输介质是组成信道的主要部分，信号的传输质量不仅与数据信号和收发特性有关，而且还与传输介质的特性密切相关。 传输介质的特性有以下几个： 物理特性：它主要说明传输媒体的特性。 传输特性：它主要说明是使用模拟信号传输还是使用数字信号传输、调制技术、传输的容量和传输
11、的频率范围。 地理范围：在不使用中间设备并将失真控制在允许范围内的情况下，整个网络所能传输的最大距离。 抗干扰性：防止噪声、电磁干扰对传输影响的能力。 连通性：使用点到点连接还是多点连接。 相对价格：元器件、安装和维护等方面的价格。,17,1有线传输媒体 （1）双绞线 双绞线(Twisted Pair Cable)也称为双扭线，它价格便宜而且安装十分方便，是最常用的传输介质。双绞线是由一对绝缘铜线绞在一起形成的有规则的螺旋形线，采用扭绞结构是为了减小在一根导线流发射的能量对另一根导线的干扰，也有助于减少其他导线中的信号对这根导线的干扰。所以扭绞得越密，抗干扰就越强，性能也越好，但是价格就越高。
12、,18,双绞线分为非屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair)和屏蔽双绞线STP(ShieldedTwisted Pair)两大类。STP外面有一圈保护层，可大大提高抗干扰能力，但成本较高。UTP外面没有保护层，易受各种电信号的干扰，但成本较低。电话系统中使用的双绞线一般是一对双绞线，而计算机网络中使用的双绞线一般是四对。,19,双绞线的分类如下： 1类线(UTP-1，Catl)：一对线，用于模拟电话线和低速数字传输，这一类电缆没有固定的性能要求，不用于数据传输。在UTP中1类是最低档次。 2类线(UTP-2，Cat2)：4对双绞线，用于数字电话用户线、ISDN和T1线
13、路(1544Mbps)等。 3类线(UTP-3，Cat3)：4对双绞线，要求每英尺至少扭绞3次，用于4Mbps令牌环网、10Mbps以太网及ISDN话音线路等，它是大多数电话系统的标准电缆。 4类线(UTP-4，Cat4)：4对双绞线，要求每英尺至少扭绞3次，用于语音传输和16Mbps令牌环网和10Mbps大型以太网等。 5类线(UTP-5，Cat5)：4对双绞线，要求每英寸至少扭绞3次，用于16Mbps以上令牌环网和100Mbps以太网等，还支持异步传输模式ATM。 还有超5类线(Cat 5e) 和6类线(UTP-6，Cat6),20,（2）同轴电缆 同轴电缆是由一根空心的外圆柱形的导体围绕
14、着单根内导体构成的。内导体为实芯或多芯硬质铜线电缆，外导体为硬金属或金属网。内外导体之间有绝缘材料隔离，外导体外还有外皮套或屏蔽物。,21,（3）光导纤维 光导纤维（简称光纤）是采用超纯的熔凝石英玻璃拉成的比人头发丝还细的芯线。一般的做法是在给定的频率下以光的出现和消失分别代表两个二进制数字，就像在电路中用通电和不通电来表示二进制数一样。光纤通信就是通过光纤传递光脉冲进行通信的。,22,（3）光导纤维,包层,纤芯,光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射,23,光纤可以分为多模光纤和单模光纤。所谓单模光纤是指直径小到只有单个波长的光纤，此种光纤形成了一种波导管，光线不需经过多次反射而是一直向前传播
15、；而多模光纤是指可以传播多条光线的光纤，因为只要光线到达光纤表面的入射角大于临界角，就产生全反射，因此只要入射角不同，多条光线可以在同一条光纤中传播。,24,光纤 松套管,双面涂覆钢带,光缆外保护套,光纤芯,金属 加强芯,阻水环,聚脂带,25,光纤传输具有如下优点： 光纤的传输速率高，能超过千兆位秒。 光纤传输频带非常宽，因而通信容量大。 光纤的误码率极低，传输衰减小，无中继距离长，特别适合远距离传输。 光纤无串音干扰和辐射，不易被窃听或截取数据，因而安全保密性好。 光纤不受雷电和外界电磁波的干扰，适合在电气干扰严重的环境中应用。 光纤的体积小，重量轻，成缆后弯曲性能较好。 但光纤也有缺点，光
16、纤价格较贵；连接两根光纤时需要专用设备，施工要求精确高，技术难度大，需要专业技术人员操作。另外，由于光的传输是单向的，双向传输需要两根光纤或一根光纤上的两个频段。,26,2无线传输媒体 无线传输是利用空气等作为传输介质实现信号传播。 （1）无线电波通信 （2）微波通信 微波通信的载波频率为240GHz。 （3）卫星通信 卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制，三个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域。 （4）红外通信和激光通信 红外通信及激光通信有很强的方向性，都是沿直线传播的。红外通信和激光通信要把传输的信号分别转换为红外光信号和激光信号后才能自由的在空间沿直线传播，它们难以被窃听、插入数据和
17、干扰，但是它们对雨雾环境比较敏感。,27,任务完成：双绞线的制作,在将网线插入水晶头前，要对8条线排序。根据EIA/TIA接线标准，RJ-45接口制作有两种排序标准：EIA/TIA 568B标准和EIA/TIA 568A标准。8条线根据颜色从左到右排列顺序如图所示。 EIA/TIA 568B标准的线序为：白橙、橙、白绿、蓝、白蓝、绿、白棕、棕（a）。 EIA/TIA 568A标准的线序为：白绿、绿、白橙、蓝、白蓝、橙、白棕、棕（b）。,28,RJ45水晶头由金属片和塑料构成，制作网线所需要的RJ45水晶头前端有8个凹槽。凹槽内的金属触点共有8个,29,根据双绞线两端线序的不同，有两种不同的连接
18、法：直接连接法和交叉连接法。 直接连接法是线缆的两端使用同一种线序。直接连接法通常用于不同类型的设备的相互联接。如计算机连接集线器、计算机连接交换机等。 交叉连接法是线缆的两端使用不同的线序。这种排序用于连接同种设备，如两台计算机直接之间相连。我们这里用到的就是交叉双绞线。,30,制作双绞线通常要用到两种工具：网线钳和测线仪,(b)测线仪,(a)网线钳,31,双绞线制作过程如下： 用网线钳将网线两端的表皮（长度为1315mm）剥去，按前面介绍的线序为网线排序。 将排好序的网线并拢，注意并拢时不要使线序发生变化。 将排好序的网线剪齐（留下约12mm）。 将网线插入水晶头，注意插入时使水晶头有金属
19、片的一端对着自己。 将网线插入水晶头后，将水晶头放入网线钳的压线槽中，合拢钳子，将其压紧。,32,网线作好后，需要用测线仪测试是否连通。测试的方法是将制作好的网线的两端插入测线仪的接口，打开电源开关后观察指示灯是否按顺序点亮：若8条线对应的灯都按顺序点亮，说明网线已连通；若有哪个灯不亮，则此条线不通。,33,任务2.2 利用示波器查看数据传输的信号,任务描述：通过波形可以形象地理解电信号的传输，因为示波器可以根据信号参数的不同，生成不同波形。通过示波器来观察各种信号的波形形状，加深对信号编码与调制的理解。,34,2.2.1 数据到信号的编码,调制是在发送端将数据放到正弦波上转换为模拟信号的过程
20、。经过调制的信号可以在模拟信道上传输，它通过调制器完成。 解调是在接收端把接收到的模拟信号还原成原来信号的过程。它通过解调器完成。 载波信号主要包含了幅度、频率和相位三个重要的参数，所以所有的调制技术都涉及这三个参数中一个或几个的变化。,35,（1）模拟数据调制为模拟信号 模拟数据由模拟信号传输时不需进行变换，但是它要在高频下进行调制，输出信号也是一种频率极高的模拟信号。最常用的两种调制技术分别是幅度调制(AM)和频率调制(FM)。 幅度调制技术中，载波的幅度会随着原始模拟数据幅度变化而变化。调制过程中只是改变了载波的幅度而频率没有发生改变。,36,（2）频率调制技术中，高频载波的频率随着原始
21、模拟信号的频率的而变化。此调制过程中，载波频率会发生波动，而载波的幅度是不变的。,37,（2）数字数据调制为模拟信号 该调制过程也是围绕着振幅、频率、相位这三个载波信号的特性进行，所以分为三种调制方式：幅移键控法（ASK）、频移键控法（FSK）、相移键控法（PSK）。 幅移键控法(AmplitudeShift Keying，ASK)是通过改变载波信号的振幅来表示数字信号的“0”和“1”。有幅度值表示“1”，无幅度值表示“0”，波形的频率和初始相位不变。它实现简单，但是抗干扰性能差，在音频线路上一般只能达到1200bps。 频移键控法(FrequencyShift Keying，FSK)是通过改
22、变载波信号的频率来表示数字信号的“0”和“1”。用高频率表示“1”，低频率表示“0”。它的抗干扰能力强，但是占用较宽的带宽。 相移键控法(PhaseShift Keying，PSK)是通过改变载波的初始相位来表示数字信号的“0”或“1”，波形的幅度和频率不变。用相位的绝对值来表示“0”或“1”。正弦波初始相位0表示“0”，初始相位表示“1”。,38,39,2数据的编码技术 调制技术是把数据调制成模拟信号进行传输，而编码技术是将数据变换为数字信号，其中也有两个基本概念：编码和解码。编码是将模拟数据或数字数据变换成数字信号。解码指在接收端将数字信号变换成原来的形式。 （1）数字数据编码为数字信号
23、数字信号其实就是用两个电平来表示两个二进制数字。无电压(也就是无电流)用来表示“0”，而恒定的正电压用来表示“1”。,40,常见的数字数据的数字信号编码有以下几种。 双极性不归零码（BNRZ），如图（a）所示。相应的编码规则是在每一码元时间间隔内，发正电流表示“1”，发负电流表示“0”。正的幅度值和负的幅度值相等，所以被称为双极性码。它的判决门限定为零电平，接收信号的值在零电平以上，判为“1”；在零电平以下，判为“0”。 曼彻斯特编码，如图（b）所示。相应的编码规则是在每一码元时间间隔内，当传送“0”时，电平从低向高跳变；当传“1”时，电平从高向低跳变。每一位的中间都有一次电平的跳变。该编码技
24、术的优点是不包含直流分量，本身跳变可作为同步时钟使用。 差分曼彻斯特码，如图（c）所示。相应的编码规则是在每一码元时间间隔内，用每位开始处有无跳变表示数据，开始有跳变表示“0”，开始无跳变表示“1”。每位中间的跳变只作为同步时钟，不代表数据。该编码技术的缺点是编码效率低。,41,42,将模拟信号变换为数字信号的常用方法是脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)，简称脉码调制。脉码调制以采样定理为基础，其编码过程包括采样、量化和编码三步。 采样：每隔一定的时问对连续模拟信号采样，采样得到的信号就成为一组离散的脉冲信号序列（PAM）。 量化：这是一个分级过程，把采样所得到
25、的PAM脉冲按量级进行比较并且“取整”，此时脉冲序列就成为了数字信号。 编码：用以表示采样序列量化后的量化幅度，它用一定位数的二进制码表示。,43,44,2.2.2 数据的传输过程,1数据传输技术 （1）数据传送方式 数据传送有两种方式：并行传输和串行传输。一般并行传输用于计算机内部各部件之间或近距离设备之间的数据传输，而串行传输一般用于计算机与计算机或计算机与终端之间远距离的数据传输。 并行传输一般是通过计算机的并行接口(LTP )进行的，而串行传输一般通过串行接口(COM)进行。,45,并行传输 一次同时将待传送信号经由n（n1）个通信信道同时发送出去。它以字符（8个二进制位）为单位，一次
26、传输一个字节的信号，所以传输信道需要8根数据线，同时还需要其他的控制信号线。由于并行传输一次只传输一个字符，所以收发双方没有字符同步的问题。 并行传输优点是速度快，适应于短距离通信。缺点是费用高，维修不易，易受干扰。,46,47,串行传输 它是数据一位一位地传输，从发送端到接收端只需要一个通信信道，经由该通信信道逐位地将待传送信号的每个二进制代码依次发送。它适用于远距离的数据传输。 由于计算机内部操作大多使用并行传输方式，因此当数据通信采用串行传输方式时，发送端需要通过并串转换装置将并行数据位流变为串行数据位流，然后送到信道上传输，在接收端再通过串并转换还原成8位并行数据流。,48,（2）数据
27、同步的方式 同步是指接收端要按发送端所发送的每个码元的重复频率和起止时问接收数据 常用的同步技术有两种：同步传输方式和异步传输方式。这两种传输方式的区别在于发送和接收设备的时钟是异步的，还是同步的。 同步传输 同步传输方式传输时是将一个大的数据块(一组数据或一个报文)一起发送的 异步传输 异步传输方式就像使用键盘输入字符到主机一样，它允许码字之间存在不确定的空闲时间。异步传输也叫做起止式传输，它以字符为单位,49,2.多路复用技术 多路复用技术是指在同一个物理信道上同时传输多路信号，实现通信信道共享的一套技术。 常用的多路复用技术有：频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)和波分多路复用
28、(WDM)等。 （1）频分多路复用技术（Frequency Division Multiplexing，FDM） 频分多路复用技术主要是利用了传输介质的带宽优势，当传输介质的有效带宽远远超过被传输的信号带宽时，就可以把多个信号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现多路信号并行传输,50,51,频分多路复用技术的优点是信道的利用率极高，允许复用的路数较多，分路也非常方便，并且频度越大，它能容纳的用户数就越多。缺点是设备比较复杂，不仅需要大量的调制器、解调器和滤波器，而且在接收端还要提供相关载波。另外，由于在传输过程中的非线性失真及频分复用信号抗干扰性能差，不可避免地会产生路际串音干扰。所以
29、一般情况下，都采用多级调制的方法。,52,（2）时分多路复用技术（Time Division Multiplexing，TDM） 时分多路复用技术是利用了传输介质的高传输速率的优势，如果传输介质的传输速率远超过单一信源要求的数据传输速率时，就可以将一条线路按工作时间先划分周期，每一周期再进一步划分成若干时间片t1，t2，t3，tn，再将时间片轮流分配给多个信源来使用，在每个周期的每个时间片ti内，线路只提供给一对终端使用。 TDM又有两种实现方式：同步时分多路复用(Synchronous Time-division Multiplexing)和异步时分多路复用(Asynchronous Tim
30、e-division Multiplexing),53,54,（3）波分多路复用(Wave-length Division Multiplexing，WDM) 波分多路复用的原理与频分多路复用的类似，但它主要用于光纤通信。只是光信号是用波长而不用频率来表示所使用的光载波，因此它被称为波分多路复用。WDM和FDM，不同之处在于光波频率很高，WDM是利用不同波长的光，通过共享光纤实现远距离传输多路信号。 该技术利用光学系统中的衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解。,55,3.数据交换技术 所谓交换技术就是采用交换机或结点机等交换系统，通过路由选择技术在欲进行通信的双方之间建立物理的或逻辑
31、的连接形成一条通路，实现通信双方的信息传输和交换的一种技术。 常用的数据交换方式有两大类：电路交换方式(Circuit Switching)和存储转发交换方式(Store and Forward Switching)。后一种方式中按照被转接的信息单位不同，又可进一步分为报文交换和报文分组交换。,56,56,三种交换的比较,A B C D,A B C D,A B C D,报文交换,电路交换,分组交换,t,数据传送 的特点,比特流直达终点,报文,报文,报文,分组,分组,分组,存储 转发,存储 转发,存储 转发,存储 转发,57,*,57,3种交换技术的性能比较,58,（1）电路交换技术（Circu
32、it Switching） 它是指在电路交换网络中，通过网络结点在两个工作站之间建立一条专用的通信电路。该方式的通信过程包括以下3个阶段。 建立电路：在传输任何数据之前，都要先建立端到端(站到站)的线路，即在源结点和目的结点间建立一条由各个中间交换结点分段连接所组成的通信电路。 传输数据：当通信电路建立以后，就可通过这条专用电路从站点A将数据传送到站点B。当然传输的数据可以是数字数据，也可以是模拟数据。 拆除电路：通信结束后，应由一方立即拆除电路，供其他用户使用。拆除线路信号必须传送到电路所经过的各个结点，以便重新分配资源。,59,60,（2）报文交换技术（Message Switching）
33、 报文交换属于存储转发交换，其主要原理是把待传送的信息先存储起来，等到信道空闲时再发出去。只要有足够长的存储时间，就能够把信道忙碌和空闲的状态均匀化，有效地压缩了必需的信道容量和转接设备容量，而且利用它的中间存储可以平滑通信和充分利用信道。 报文交换的工作过程如下：发信端将发往收信端的信息分割成一份份的报文正文，再连同收信地址等辅助信息形成一份份的报文。,61,62,（3）报文分组交换技术（Packet Switching） CCITT（现已改名为ITU）给报文分组下的定义是：一组包含数据和呼叫控制信号(例如地址)的二进制数，把它作为个组合整体加以交换，按规定的格式排列这些数据、呼叫信号及可能
34、附加的差错控制信息。 报文分组交换中通常采用两种方法来管理分组流：虚电路和数据报。 虚电路 在虚电路中，数据在传送之前，发送方和接收方先建立起一条逻辑上的连接,该路径上各个结点都有缓冲设备并服从于这条逻辑线路的和转发，也就是按照逻辑连接的方向和接收的次序进行排队需要进行路径判断和选择，就好像收发双方有一条专用通道一样。发送方依次发送的每个数据报经过若干次存储转发后，按顺序到达接收方，双方一旦完成数据交换就拆除这条虚电路。 数据报 在数据报中，每个数据报都被独立地处理，同时，每个结点根据一个路由选择算法为每个数据报选择一条路径，使它们的目的地相同。,63,（4）三种交换技术的优缺点 在电路交换方
35、式中，数据传输可靠、迅速、不丢失且保持原来的序列，但是线路空闲时的信道容量被浪费。它比较适合于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。 在报文交换技术中，线路效率较高，不需要同时使用发送器和接收器来传输数据，网络可以在接收器可用之前暂时存储报文，它能把一个报文发送到多个目的地，能够建立报文的优先权，可以进行速度和代码的转换并截获发往未运行的终端的报文。但是，它不能满足实时或交互式的通信要求，不能用于声音连接，也不适合交互式终端到计算机的连接。由于传输延迟大，需要网络结点有大容量的存储设备。,64,在虚电路分组交换技术中，它能用于两端之间的长时间数据交换，提供了更可靠的通信功能，保证每个分组正确到
36、达且保持原来的顺序。缺点就是当一个结点或某条链路出故障而彻底失效时，所有经过故障点的虚电路将立即被破坏。 在数据报分组交换技术中，没有了呼叫建立阶段，传输少数几个分组的速度比虚电路方式更加简便灵活，还可以绕过故障区而到达目的地。但是它不能保证分组的按序到达，数据的丢失也不会立即知晓。,65,（5）其他几种高速交换技术 现在比较新的高速交换技术主要有：数字语音插空技术、帧中继技术、信元交换技术等。 数字语音插空技术（Digital Speech Interpolation，DSI） 利用数字语音插空技术能提高线路交换的传输能力。DSI技术仅当传输语音信号时，才向通话用户分配通道，其余时刻可把通道
37、分配给数据通信。 帧中继（Frame Relay） 信息以帧的形式有效地进行传送，使用逻辑连接；完成了信道的动态复用，带宽利用率高，可以实现点到多点的连接；简化了X.25的第三层功能，链路层只保留核心子集部分（省去帧编号、流量控制、应答、监视等机制）；最大帧长1600Byte/frame，适用于网间传输的数据单元，协议开销减少；可占用未预定、未使用的带宽，提高了整个网络资源的利用率，满足用户发送大量数据和突发性业务量的要求。,66,异步传输模式（Asynchronous Transfer Mode，ATM） 异步传输模式(ATM)采用信元进行交换。信元由53个字符组成，前5个字符为信头，完成寻
38、址的功能，后48个字符为信息域。 它采用统计时分复用技术，可将一个物理通道划分成不同业务特性的多条虚电路提供给用户，实现网络资源的按需分配；具有时延小、实时性好的特点；可提供多种业务、多种用户接口；可实现任意速率的接入，用户改变速率方便灵活；它简化了交换过程，去除了不必要的数据校验，信元格式固定；采用了一些有效的业务流量控制机制，对网上用户数据进行实时监控，把网络拥塞发生的可能性降到最小。,67,1. ATM的基本概念 人们习惯上把电信网分为传输、复用、交换、终端等几个部分，其中除终端以外的传输、复用和交换三个部分合起来统称为传递方式（也叫转移模式）。目前应用的传递方式可分为两种： 同步传递方
39、式（STM）：主要特征是采用时分复用，各路信号都是按一定时间间隔周期性出现，接收端可根据时间（或者说靠位置）识别每路信号。 异步传递方式（ATM）：采用统计时分复用，各路信号不是按照一定时间间隔周期性地出现，接收端要根据标志识别每路信号。,68,ATM是是实现B-ISDN的业务的核心技术之一。ATM是以信元为基础的一种分组交换和复用技术。 ATM方式的过程：把数字化的语声、数据和图像等信息分解成固定长度的数据块，通常称为信元，在各单元中添上写有地址的单元字头即可送入通路进行传输。即由信息单元进行统一的信息转移。 其优点：吸取电路交换实时性好，分组交换灵活性强的优点；采取定长分组（信元）作为传输
40、和交换的单位；具有优秀的服务质量；目前最高的速度为10GB/S,即将达到40GB/S. 其缺点：信元首部开销太大；技术复杂且价格昂贵.,69,多路复用结构的同步转移方式（STM）要求有固定的帧周期，例如PCM方式的125s的帧周期。 STM是用于电路交换的复用技术，靠帧内时隙的相对位置识别信道。 ATM则是用单元字头内的标记符识别信道（标记多路复用）。STM和ATM的时分方 式的区别如图6.6所示。,70,70,电路交换,分组交换(虚电路)X.25,分组交换(数据报),第二层交换(网桥的使用),第二层交换(局域网交换机使用),第三层或多层交换(路由器的使用),多速率电路交换NISDN,帧中继,
41、IP over ATM,ATM交换,MPLS交换,广域网,局域网,通信网络的主要交换技术,71,2.2.3 差错控制,1.差错控制方法 采用差错控制方法，它是利用编码的手段将传输中产生的错码检测出来，并加以纠正。在数据通信系统中，差错控制包括差错检测和差错纠正两部分，具体的方法主要有以下几种。 （1）自动请求重发（Automatic Request For Repeat，ARQ） 在该方式中，接收端只进行差错检测，一旦检测出所接收信息中有错，便自动要求发送端重发，直至收到正确的码字（合法编码）为止。,72,73,（2）前向纠错法（Forward Error Correction，FEC） 前向
42、纠错方式不需要反馈信道传送请求重发消息，但必须用纠错码。接收端收到消息码之后，纠错译码器不仅能发现差错而且能自动纠正差错，然后将正确的消息送给接收器。但是所用的译码设备比复杂，而且纠错码与信道噪声干扰情况有关。 （3）混合纠错法 混合纠错法是将自动请求重发方法和前向纠错方法相互结合。混合纠错法是由发送端同时发出具有检错和纠错能力的编码，接收端收到编码后检查差错情况，如差错可纠正，则自动纠正；如差错很多，超出了纠错能力，则产生的反馈信息经反馈信道送回发送端要求重发。,74,（4）反馈检测方法 该方法中，接收端将收到的每组(或帧)信息码复制后再原封不动地发回发送端，在发送端与刚发的信息码相比较。如
43、果不一致，说明有差错，发送端再重；如果一致，说明无错，发送端通知接收端将复制的信息接收。这种方法的检错原理和实现很简单，但需要双向信道，而且每组(或帧)信息码至少要在信道中传输两次，效率较低。 前向纠错法和混合纠错方法在理论上的优越性，但由于对应的编码译码相当复杂，编码效率很低，因而很少被采用。目前绝大多数通信系统所采用的差错控制方式都是自动请求重发（ARQ）方式。,75,2.差错控制编码 差错控制主要的任务就是设计具有检错和纠错能力的检错码。 （1）奇偶校验码 奇偶校验码是一种无纠错能力的检错码，其编码规则是先将数据代码分组，在各组数据后面附加一位校验位，使该数据连同校验位在内的码元中“l”
44、的个数为偶数，即为偶校验；为奇数则为奇校验。奇偶校验纠错能力不强，它只能检测出码元中的任意奇数个错误。 数据传输时，按奇偶校验码的使用方法，可分为垂直奇偶校验、水平奇偶校验和水平垂直奇偶校验。,76,垂直奇偶校验 发送K=7位数据的同时，在加法器中求K位数据的和，7位数据发送完后，一位校验码附加在K位数据之后一并发出，接收方将7+1位传输代码求和后，与最后一位校验码比较，相同则认为没有出错。 水平奇偶校验码 发送K=7位数据时，发送缓冲区中保留发送副本，发送7组数据后，对7组数据的每一行求和得出一个水平奇偶校验码。接收方按相同方法求水平校验和，某一行校验正确则表明该行传输没有出错。垂直奇偶校验
45、、水平奇偶校验过程示意图，,77,78,奇校验 发送： 1011 0011 接收：1011 011 偶校验 发送： 01110010 接收：0111110,课堂小实验,79,水平垂直奇偶校验码 单独使用垂直奇偶校验或水平奇偶校验，差错漏检率都是50%。但将这两种方法结合使用，不仅可以提高准确度，有时还可以确定出错比特的位置，从而纠正该错误,80,水平垂直偶校验 0011 1100 1010 0101传错了一位： 0011 1000 * 1010 0101*,举例,81,（2）循环冗余码（Cyclic Redundancy Code，CRC）CRC方法是一种利用多项式除法进行冗余码生成、接收方检
46、验传输是否出错的有效方法，具体叙述如下： 由公式T=K+R可知，在K位数据比特后附加上R位冗余码组成T位传输数据。CRC首先用相应的多项式表示K位数据和R位冗余码，由此组成的传输多项式表示T位传输代码。,82,如设K位数据位：101 1001，那么对应的K-1次信息多项式 K(X)=X6+X4+X3+1； R位冗余码对应一个R-1次的冗余多项式R(X)，如果由给出的K(X)能够确定R(X)，那么就可以从多项式R(X)的系数得到相应的R位冗余码，也就确定了T位传输数据了。 CRC方法的关键在于引入一个通信双发预先约定的R次的生成多项式G(X)，然后用XrK(X)去模2除以G(X),得到的余式就是
47、R(X)。,83,例：传输信息系列为11 0001 1010 1100, 生成多项式G(X）= ， 求CRC码的校验系列码。 解： 将信息写成多项式的形式： K(X）=X13+X12+X8+X7+X5+X3+X2 X4K(X),即将信息位左移4位数得11 0001 1010 1100, 0000 ： M(X）*X4=X17+X16+X12+X11+X9+X7+X6 将左移后的多项式M(X）*X4除去生成多项式G(X），得到余数R(X）： R(X）=(M(X）*X4)mod(G(X）)=1011 得到编码多项式T(x)： T(X）= M(X）*X4+R(X）=11 0001 1010 1100
48、1011 即CRC码的校验系列码为11 0001 1010 1100 1011。,84,（3）海明码（一位纠错码） 海明码是一种可以纠正一位差错的编码。它是利用在信息位为K位，增加R位冗余位，构成一个T=K+R位的码字，然后用R个监督关系式产生的R个校正因子来区分无错和在码字中的N个不同位置的一位错。它必须满足以下关系式： N+1 或 K+R+1。,85,数据码：101 1011 1001 K=11,R=4, 16=11+4+1 T=K+R=15,数据码：1101 K=4，R=3 8=4+3+1 T=K+R=7,86,数据码：101 1011 1001,87,数据码： 1101,偶校验 P1:D8,D4,D1 = 1 P2:D8,D2,D1 = 0 P3:D4,D2,D1 = 0,海明码： 1010101,88,数据码： 1101 海明码： 1010101假设接收端收到为:1010111纠错码 如果错误为1,正确为0 P1:D8,D4,D1 = 0 P2:D8,D2,D1 = 1 P3:D4,D2,D1 = 1 P3P2P1=110 即十进制6,表示第六位错了,89,作业： 第42页 3.简答题 3.3，3.4,
