1、1,数据通信,2,数据通信基础,主要学习内容 ： 2.1 数据通信的基本概念 2.2 数据通信系统组成 2.3 数据通信的基本方式 2.4 数据交换技术 2.5 数据编码技术 2.6 多路复用技术 2.7 差错检验和控制,3,数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码0和1比特序列的过程。数据通信包括数据传输和数据在传输前后的处理。 通信目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体，包含语音、音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的终端产生的信息一般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将每一个字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进制代码有国际5号码（IA5
2、）、扩充的二、十进制交换码EBCDIC码和信息交换用标准代码 ASCII码等。,4,2.1 数据通信的基本概念,2.1.1 数据、信息 、信号、信道、比特率、码元等,数据（Data）: 传递（携带）信息的实体，把事件的某些属性规范化后的表现形式; 是信息的载体。 -模拟(Analog)数据与数字(Digital)数据 信息(Information) : 人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识。是数据的内容或解释。数据只有经过处理并经过解释才有意义，才能成为信息。信息的载体可以是数字、文字、语音、图形或图像。计算机产生的信息一般是字母、数字、符号的组合。 数据与信息的关系：信息是对数据的解
3、释，数据是信息的载体，数据只有经过处理并经过解释才有意义，才能成为信息。,信号: 数据的具体物理表现，数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。模拟和数字两种信号。基带( Base band ) 与宽带( Broadband )信号,5,6,2.1 数据通信的基本概念,雪 六角形 凉 白色,信息,数据,信号,例子,7,2.1 数据通信的基本概念,信息：人对雪花和马的认识数据：文字，二进制数，十进制数信号：电压，光，磁场强度,信道 传输信息时信号沿发送端到接收端的通路。简而言之传送信息的通路。传送信号的一条线路（或通路）,模拟信道 以连续模拟信号形式传输数据的信道 CATV、无线电
4、广播、电话拨号线路 适于模拟信号传输 模拟信号：时间和幅度连续 数字信道 以数字脉冲形式（离散信号）传输数据的信道 计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输 ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网 适于数字信号传输 数字信号：时间和幅度离散,9,比特率(Bit Rate)：数据传输速率 (bps，b/s)。 码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元,同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始,2.1 数据通信的基本概念,10,波特率(Baud)：每秒传送的码元数(即信号传送速率)。1 Baud = （log2M） bps其中M是信号的编码级数。也可以写成Rbit = Rba
5、ud log2M例如：4级编码（p23图2.3b）一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。,2.1 数据通信的基本概念,11,带宽(Bandwidth)：信号或信道占据的频率范围,也就是可传送信号的最高频率与最低频率之差，单位是Hz（赫）、kHz（千赫）、MHz（兆赫）。信道容量(Channel capacity)：信道的最大数据率误码率(Bit error rate)：信道传输可靠性指标P= 错误的位数 / 传输的总位数 信息编码：将信息用二进制数表示的方法。数据编码：将数据用物理量表示的规则。,例如
6、：字母A的ASCII编码为01000001，其数据编码可能为,2.1 数据通信的基本概念,12,2.1 数据通信的基本概念,两种不同类型的量：,A.时间、温度、电波、声音,B.字符，二进制数，电脉冲,信号中没有断开或不连续的地方；,信号仅取一些有限数目的值；,2.1.2 信号与信号传输,13,2.1 数据通信的基本概念,模拟：波动性；持续变化；事物的本质；在电信业已经被广泛使用超过100年；,数字：离散性；跃变性；设备性能先进，较为便宜；,模拟与数字的特点,14,模拟信号：时间上连续，包含无穷多个值 数字信号：时间上离散，仅包含有限数目的预定值,t,t,a) 模拟信号,b) 数字信号,2.1
7、数据通信的基本概念,15,数字通信的优点: 抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量 便于用计算机进行处理 易于加密、保密性强 可以传输语音、数据、影像，通用、灵活 仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信。如用modem通过拨号线路传输数字信号。,2.1 数据通信的基本概念,16,1.定义 数据通信系统：是通过数据电路将分布在远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。比较典型的数据通信系统主要由数据终端设备、数据电路、计算机系统三部分组成。,2.2 数据通信系统组成,17,噪声,2.数据通信系统模型,2.2 数据通信系统组成,18,3.数据终端设备与
8、数据通信设备 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DTE。属于用户范畴、其种类繁多，功能差别较大，如大、中、小型计算机、打印机等。 数据通信设备（DCE）用来连接DTE与数据通信网络的设备称为DCE。该设备为用户设备提供入网的连接点。功能是完成数据信号的变换。,2.2 数据通信系统组成,19,4.数据电路与数据链路数据电路：指的是线路或信道上加信号变换设备之后形成的二进制比特流通路，它由传输信道及其两端的数据通信设备组成。数据链路：是在数据电路己建立的基础上，通过发送方和接收方之间交换“握手”信号，使双方确认后方可开始传输数据的两个或两个以上的终端装置与互连线路
9、的组合体。“握手”信号是指通信双方建立同步联系，使双方设备处于正确收发状态、通信双方相互核对地址等。包括物理链路和实现链路协议的硬件和软件。只有建立了数据链路之后，双方DTE才可真正有效地进行数据传输。,2.2 数据通信系统组成,20,信息通过数据通信系统进行传输的过程 把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输编码：数据适合传输的数字信号便于同步、识别、纠错 调制：数字信号适合传输的形式按频率、幅度、相位 解调：接收波形数字信号 解码：数字信号原始数据,21,2.2 数据通信系统组成,通信的三个要素：源系统（信源）、目的系统（信宿）和传输系
10、统（信道） 任何一个通信系统都可以抽象为以下模型：,噪声,信源,编码,调制,信道,解调,解码,信宿,编码器：数据适合传输的信号便于识别、纠错 调制器：信号适合传输的形式按频率、幅度、相位 解码器：传输信号原始数据 解调器：接收波形数字信号序列,22,信息通过通信系统传输,把携带信息的数据用物理信号形式通过介质传送到目的地。 信息和数据（0、1比特）不能直接在介质上传输。,2.2 数据通信系统组成,23,通信系统的构成,数据传输系统 DCE1）传输线路（包括传输介质和中继设备）2）传输设备：调制解调器、多路复用器、交换机 路由器等 数据处理系统 DTE主要是指计算机（也有终端设备）,通信基本过程
11、包含两项内容：数据传输和通信控制,建立物理连接建立逻辑连接数据传送断开逻辑连接断开物理连接（对比：打电话的过程）,2.2 数据通信系统组成,24,数据通信的基本过程,5个阶段 包含两项内容：数据传输和通信控制过程 与打电话比较 建立物理连接 拨号，拨通对方 建立逻辑连接 互相确认身份 数据传输 互相通话 断开逻辑连接 互相确认要结束通话 断开物理连接 双方挂机,*注意，并不是所有的数据通信都需要全部5个阶段。,数据通信系统的基本构成示意图,26,数据通信的主要技术指标 （1）传输速率 （2）误码率 （3）信道容量,2.2 数据通信系统组成,27,1、数据的传输方式 计算机与各种设备、计算机与计
12、算机间的数据通信，按其数据所用的信道数，可分并行通信与串行通信两种。 并行通信：设备间有多条信道 串行通信：设备间有一条信道,2.3 数据通信的基本方式,28,2.3 数据通信的基本方式,29,2、数据传输控制方式按信息传送的方向与时间可以分为：单工、半双工、全双工三种传输方式。 3.传输模式(通信方式)数据流动的方向, 单工：数据单向传输（无线电广播） 半双工：数据可以双向传输，但不能在同一时刻双向传输（对讲机） 全双工：数据可同时双向传输（电话）两个方向的信号共享链路带宽：1）链路具有两条物理上独立的传输线路2）将带宽一分为二，分别用于不同方向的信号传输,2.3 数据通信的基本方式,30,
13、发送器,接收器,发送器/接收器,发送器/接收器,发送器/接收器,发送器/接收器,单工方式：,半双工方式：,全双工方式：,A站,B站,可同时,不可同时,31,3.数据信息传输的基本形式 数据在传输线上是原样不变还是调制变换后传输分为：, 基带传输：不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。（BASE）， 频率可以从现在0（相当于直流）到几百MHz甚至几GHz，含有直流成分，所以一般传输距离为2.5km。例如：以太网 频带传输：电话线传输音频范围（300-3400Hz）调制成模拟信号后再传送，接收方需要解调例如：通过电话模拟信道传输,2.3 数据通信的基本方式,32,宽带传输：指比音频信号频率
14、更宽的频带，包括大部分电磁波频谱。可以把声音、图像、视频和数据等信息综合到一个模拟物理信道上进行传输，传输速率范围在0-400Mbps。采用频带传输技术。,2.3 数据通信的基本方式,33,4.数据同步方式,目的是使接收端与发送端在时间基准上一致 (包括开始时间、位边界、重复频率等)。有三种同步方法： 位同步 字符同步（异步传输） 帧同步（同步传输）,2.3 数据通信的基本方式,34,位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步外同步发送端发送同步时钟信号，接收方用它来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这些数据编码信号包含了同步脉冲，接收方提取同步信号来
15、锁定自己的时钟脉冲频率。,2.3 数据通信的基本方式,35,字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制每两个字符之间的间隔时间不固定。每个字符的传输需要：1个起始位5，6，7，8个数据位1，1.5，2个停止位 频率的漂移不会积累，每个字符开始时都会重新同步增加了辅助位，所以效率低例如，1个起始位、 8个数据位、 2个停止位时，其效率为8/1172,2.3 数据通信的基本方式,36,帧（Frame）包含数据和控制信息的数据块（包）,8-32,面向比特的以特殊位序列（7EH）作为帧（起始）标志来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧。,面向字符的以同步字符（SYN，16H）来
16、标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧。,帧同步：识别一个帧的起始和结束。,2.3 数据通信的基本方式,37,2.4 数据的编码,数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道,1、种类 不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4种组合， 每一种相应地需要进行不同的编码处理。,38,2、模拟传输和数字传输,Modem,2.4 数据的编码,39,3、 数字数据的数字信号编码,不归零制(NRZ，Non-Return to Zero)二进制数字0、1分别用两种电平来表示。常常用5V表示1，5V表示0。缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步机制，必须使用外
17、同步。曼彻斯特编码(Manchester code)用电压的变化表示0和1。,2.4 数据的编码,40,规定在每个码元的中间发生跳变：高 低的跳变0，低高的跳变1每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。曼彻斯特编码也称为自同步码（Self-Synchronizing Code）。它具有自同步机制，无需外同步信号。缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。,2.4 数据的编码,41,差分曼彻斯特编码(Differancial Manchester code)与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之
18、处在于：用在码元开始处有无跳变来表示0和1 ：码元开始处有跳变0码元开始处无跳变1,2.4 数据的编码,42,三种数字编码的波形图,2.4 数据的编码,43,2.4 数据编码,44,4. 数字数据的调制编码,三种常用的调制技术： 1） 幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 2） 频移键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频 3） 相移键控PSK(Phase Shift Keying) ，调相 基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。,载波 S(t) = Acos(t+) S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、相位 调制就是要使这三个
19、参量随数字基带信号的变化而变化,2.4 数据的编码,45,2. 数字数据的调制,三种常用的调制技术： 幅移键控ASK （Amplitude Shift Keying） 频移键控FSK （Frequency Shift Keying） 相移键控PSK （Phase Shift Keying） 原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。载波信号 S(t) = Acos(t+) S(t)的参量包括： 幅度A、频率 、初相位 调制就是要使A、 或随数字基带信号的变化而变化,46,0,0,1,1,0,1,0,0,0,1,0,ASK调幅,FSK调频,PSK调相,PSK：用载波的两个不同振幅表示0(0v)和
20、1(+5v) FSK：用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz) PSK：用载波的起始相位的变化表示0 (同相)和1(反相),2.4 数据的编码,47,3. 模拟数据的数字信号编码,采样定理： 如果模拟信号的最高频率为F，若以2F的采样频率对其采样，则从采样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。 要转换的模拟数据主要是电话语音信号，模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。 PCM编码： 采样：按一定间隔对语音信号进行采样 量化：把每个样本舍入到最接近的量化级别上 编码：对每个舍入后的样本进行编码 编码后的信号称为PCM信号（ Pulse Coded Mod
21、ulation，脉码调制）。,48,语音信号的数字化 语音带宽f2倍语音最大频率） 样本量化级数：256级（8b/每样本） 数据率：8000次/s8b = 64kb/s 每路PCM信号的速率 = 64kb/s,49,模拟数据用数字信号表示,脉冲编码调制（PCM ）,2.4 数据的编码,50,增量调制（DM ）,2.4 数据的编码,51,PCM 转换波形图,B,A,C,D,模拟话音,采样时钟,PAM 信号,PCM 信号,采样电路,量化和编码,数字化声音,2.4 数据的编码,52,PCM转换过程举例,3.2,3.9,2.8,3.4,1.2,4.2,3,4,3,3,1,4,011,100,011,0
22、11,001,100,原始信号,PAM脉冲,PCM 脉冲（有量化误差）,011100011011001100,PCM 输出,2.4 数据的编码,53,PCM编码过程举例,54,编码小结,数字数据在数字信道编码：不归零码、曼彻斯特码、差分曼彻斯特码 模拟数据在数字信道编码： PCM编码 三个步骤：采样、量化、编码。 数字数据在模拟信道编码：常用的调制技术 幅移键控ASK 、频移键控FSK、相移键控PSK,55,55,2.5 数据交换技术,什么是交换？ 按某种方式动态地分配传输线路资源。 例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其他用户
23、。 最初的交换：人工转接交换 为什么要采用交换技术？ 节省线路投资，提高线路利用率。 实现交换的方法主要有：电路交换、存储转发交换（报文交换和分组交换）。,56,数据交换技术电路交换,电路交换（Circuit Switching） 也称为线路交换，是一种直接的交换方式，为一对需要进行通信的结点之间提供一条临时的专用通道，即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这条通道是由节点内部电路对结点间传输路径经过适当选择、连接而完成的，是一条由多个结点和多条结点间传输路径组成的链路。,57,57,电路交换 在通信双方之间建立一条临时专用线路的过程。 可以是真
24、正的物理线路，也可以是一个复用信道。 特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。称为“面向连接的”（典型例子：电话） 过程：建立连接通信释放连接 三个过程动画演示 优缺点： 建立连接的时间长； 一旦建立连接就独占线路，线路利用率低； 无纠错机制； 建立连接后，传输延迟小。 不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到10%。 例如：建立连接的时间为0.5s，计算机以1Mb/s的速率发送10KB。线路利用率？,2.5 数据交换技术,58,58,电话网络中的电路交换电路交换也能在多路复用信道上实现 在物理线路的某个信道上建立连接,2.5 数据交换技术,59,59,报文
25、交换 以报文为单位进行“存储-转发”交换的技术。 在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储下来，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。 传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻节点传输报文时建立节点间的连接。称为“无连接的”（典型例子：电报） 整个报文（Message）作为一个整体一起发送。 优缺点： 没有建立和拆除连接所需的等待时间； 线路利用率高； 传输可靠性较高； 报文大小不一，造成存储管理复杂； 大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高； 出错后整个报文全部重发。 类比：下载时若无断点续传功能，一旦出错你会怎样做？,2.5 数据交
26、换技术,60,60,分组交换（包交换） 将报文分割成若干个大小相等的分组（Packet）进行存储转发。 数据传输前不需要建立一条端到端的通路也是“无连接的”。 有强大的纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功能。 优缺点： 对转发节点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分组速度快； 转发延时小适用于交互式通信； 某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高； 各分组可通过不同路径传输，容错性好。 需要分割报文和重组报文，增加了端站点的负担。 分组交换有两种交换方式： 数据报方式和虚电路方式,2.5 数据交换技术,61,61,数据报方式（Datagram） 各分组独立地确定路由（传输路径） 不能保证分组按
27、序到达，所以目的站点需要按分组编号重新排序和组装,数据报方式不能保证分组按序到达,分组可能通过多个路径穿越网络,2.5 数据交换技术,62,62,虚电路方式（Virtual Circuit） 通信前预先建立一条逻辑连接虚电路 虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的逻辑连接 类比：铁路系统（旅客/列车:分组，铁路网:网络，火车站:节点） “西安北京”这条线路可以看成是一条虚路径 也需要三个过程：建立数据传输拆除 建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源 虚电路的路由在建立时确定，传输数据时则不再需要 数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路的路由穿越网络“数字管道” 提供的是“
28、面向连接”的服务 但却没有像电路交换那样始终占用一条端到端的物理通道，只是断续地依次占用传输路径上各个链路段与铁路系统类比！ 可以看成是采用了电路交换思想的分组交换 能够保证分组按序到达 永久虚电路PVC和交换虚电路SVC,2.5 数据交换技术,63,63,分组通过预先建立好的虚电路穿越网络,2.5 数据交换技术,64,64,三种交换方式的事件顺序,65,65,各种交换方式,66,67,2.5 交换技术,三种交换技术对比:,A.存在呼叫建立；专有线路上不传送数据时浪费资源,B.没有呼叫建立；只有发送数据时才占用线路,C.除了B的特点外，在接收分组时可以发送下一个分组,对线路的利用率,68,2.
29、5 交换技术,三种交换技术对比:,A:固定的传输速率、会有呼叫阻塞 B,C:能进行速率转换、虽会降速但不会阻塞可以使用优先级,A:实时性强 B,C:存在时延和额外开销,69,2.6 差错检验和控制,2.6.1 差错类型随机差错；突发差错2.6.2 差错检测码 奇偶校验码 循环冗余校验码,70,70,2.6 差错控制,什么是差错控制？ 在通信过程中，发现、检测差错并进行纠正 为何要进行差错控制？ 不存在理想的信道传输总会出错 与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。 产生差错的原因： 信号衰减和热噪声； 信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变； 信号反射，串扰； 冲击噪声，闪电、
30、大功率电动机的启停等。,71,71,差错控制的基本方法：接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。 实际采用的差错控制技术 自动请求重传（ Automatic Repeat Request, ARQ） 停等 ARQ 每发送一帧就需要一个应答帧 只重传刚才出错的帧 帧编号只需0和1即可 Go-back-N ARQ 每发送N帧需要一个应答帧 需重传前面（N-i+1）帧（0iN） 帧编号从0到N-1 选择重传 ARQ 每发送N帧需要一个应答帧 只重传出错的帧 前向纠错（ FEC-Forward Error Control,FEC） 混合方式Hybrid（FEC-ARQ）,72,72,奇偶
31、校验（Parity Checking） 可以在两个级别上实现： 在原始数据字节的最高位（或最低位）增加一个奇偶校验位，使结果中1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。 例如：1100010增加偶校验位后为11100010 若接收方收到的字节奇偶校验结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。 在通信过程中实现：在发送时增加奇偶校验位。 只能用于面向字符的通信协议中。 只能检测出奇数个位错，偶数个位错则不能检出。,73,73,循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check , CRC） 差错检测原理：收发双方约定一个生成多项式G(x)，发送方根据发送的数据和G(x)计算出CRC校验和
32、并把它加在数据的末尾。接收方则用G(x)去除接收到的数据，若有余数，则传输有错。 校验和是16位或32位的二进制位串。 CRC校验的关键是如何计算校验和。,74,74,*CRC校验和的计算 以数据块（帧, Frame）为单位进行校验 将数据块构成的位串看成是系数为0或1的多项式 如110001，可表示成多项式 x5 + x4 + 1 若G(x)为r阶，帧为m位，其多项式为M(x)，则在帧后面添加r个0，成为m+r位，相应多项式2rM(x) 按模2除法用2rM(x)除以G(x)：商Q(x)，余R(x) 即： 2rM(x) = G(x)Q(x)+R(x) 按模2加法把2rM(x)与余数R(x)相加
33、，结果就是要传送的带校验和的帧的多项式T(x) ： 即：T(x) = 2rM(x) + R(x) 实际上，T(x)=2rM(x)+R(x)=G(x)Q(x)+R(x)+R(x)=G(x)Q(x) (模2运算) 所以，若接收的T(x)正确，则它肯定能被G(x)除尽。,75,75,CRC校验码的检错能力： 可检出所有奇数个错； 可检出所有单位/双位错； 可检出所有G(x)长度的突发错。常用的生成多项式G(x)： CRC16=x16+x15+x2+1 CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1,76,CRC校验示例,待校验数据：1101,
34、0110,11 G(x) = x4+x+1 , 即10011,1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0,1 0 0 1 1,1 1 0 0 0 0 1 0 1 0,1 0 0 1 1,1 0 0 1 1,1 0 0 1 1,0 0 0 0 1 0 1 1 0,1 0 0 1 1,1 0 1 0 0,1 0 0 1 1,1 1 1 0,余数,传送序列T(x)=1101,0110,1111,10,77,77,校验和 发送方算法 将待发送的进行校验和运算的字符串分成若干16位的位串，每个位串看成一个二进制数，这里的字符串不关注其语义。 将IP、ICMP、TCP或UDP的PDU首部中的校
35、验和字段设置为0，该字段也参与校验和运算。 对这些16位的二进制数进行1的补码和（ones complement sum）运算，累加的结果再取反作为校验和，并放置到PDU的校验和字段中。 接收方算法 将接收的进行校验和运算的16位二进制按发送方的同样方法进行1的补码和运算，包括校验和字段、累加的结果再取反。这样，其结果为0，表明传输正确；否则，表明传输有差错。,78,多路复用技术:用一条高速线路传送多条低速线路的数据复用多个信息源共享一个公共信道 为何要复用？线路成本分类： 频分多路复用（FDM-Frequency Division Multiplexing） 时分多路复用（TDM-Time
36、Division Multiplexing） 波分多路复用（WDM-Wavelength Division Multiplexing） 码分多路复用,2.7 多路复用技术,79,DEMUX,复用器,解复用器,共享信道,2.7 多路复用技术,80,1.频分复用,原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。,适用于模拟信号传输,81,2.波分复用,F2,F1,F3,光谱,光纤2,光纤3,光纤1,共享光纤,采用无源设备，更可靠,棱柱/衍射光栅,原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。,82,波分多路复用（WDM-
37、Wavelength Division Multiplexing）,应用：光缆线路,83,3.时分复用Time Division Multiplexing,原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙） ，每个用户占用一个通道传输数据。,84,时分多路复用（TDM-Time Division Multiplexing）,特点：多条低速线路轮流使用同一条高速线路进行数据传递,应用：电话主干线路,85,统计(异步)TDMSTDM,TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该通道，将会造成带宽浪费。 改进：统计时分多路复用（STDM），用户不固定占用某个通道，有空槽就将数据放
38、入。,86,数字载波标准,T-标准 北美、日本E-标准 欧洲、中国、南美,用数字信号传输语音和数据的时分复用标准。,87,每125us为一个时间片，每时间片分为32个通道（供32个用户轮流使用）。每通道占用125 us /32=3.90625 us每通道一次传送8位二进制数据，即每个二进制位占用0.48828125 us，所以E1速率 = 1/0.48828125=2.048Mb/s,E1标准,也可以这样计算E1速率E1速率 = (32x8bit)/125 ms = 2.048 Mb/s,88,E1-帧格式,125 ms = 32 时隙 = 2.048 Mbps,帧同步,信令信道,30 路话音
39、数据信道 + 2 路控制信道,89,异步传输模式ATM ATM是一种高速分组交换技术，采用了以信元（cell）为单位的存储转发方式，故又称为信元交换。 ATM将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块，并在各数据块前装配地址、优先级等控制信息构成信元。 信元由信元头部和有效载荷构成：,90,在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可插入信息发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步传输模式。,ATM特点： 1) 面向连接（虚连接），按序递交； 2) 固定大小的信元，便于高速处理（可用硬件实现），传输速率622Mb/s； 3) QoS特性保证了ATM可以实时地
40、传送语音和活动图像。,1,2,3,4,5,6,数据块,信元流,91,2.7 差错控制,产生差错的原因： 1）信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变； 2）信号反射； 3）串扰； 4）闪电、大功率电机的启停等。 线路传输差错是不可避免的，但要尽量减小其影响。,92,基本方法：接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。差错检测主要有两种方法： 1.奇偶校验（Parity Checking） 在原始数据字节的最高位增加一个附加比特位，使结果中1的个数为奇数(奇校验)或偶数(偶校验)。增加的位称为奇偶校验位。例：原始数据=1100010，则增加偶校验位后的数据为11100010。 若
41、接收方收到的字节奇偶结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。 奇偶校验只能检测出奇数个比特位错，对偶数个比特位错则无能为力。,93,94, 校验和计算算法 若G(x)为r阶，原帧为m位，其多项式为M(x)，则在原帧后面添加r个0，帧成为m+r位，相应多项式xr M(x) 按模2除法用对应于G(x)的位串去除对应于xr M(x) 的位串 按模2加法把xr M(x) 的位串与余数相加，结果就是要传送的带校验和的帧的多项式T(x)T(x) = xrM(x) + xrM(x) MOD2 G(x) ,95,CRC校验示例,待校验数据：1101,0110,11 G(x) = x4+x+1 , 即10011
42、,1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0,1 0 0 1 1,1 1 0 0 0 0 1 0 1 0,1 0 0 1 1,1 0 0 1 1,1 0 0 1 1,0 0 0 0 1 0 1 1 0,1 0 0 1 1,1 0 1 0 0,1 0 0 1 1,1 1 1 0,余数,传送序列T(x)=1101,0110,1111,10,96,差错控制技术,自动请求重传Automatic Repeat Request (ARQ)标准： 停止 ARQ Go-back-N ARQ 选择重传 ARQ,97,2.5 多路复用技术,频分多路复用（FDM-Frequency Division M
43、ultiplexing）,应用:无线电广播,电视,特点:信号被划分成若干通道 (频道,波段),每个通道独立进行数据传递,98,2.7 差错检验和控制,水平奇偶校验例子：,99,2.7 差错检验和控制,2.7.2 循环冗余码(CRC),前提:发送方和接受方必须事先商定一个二进制数G(x) (生成多项式), 发送端:计算校验和,将校验和加在数据末尾,使这个带校验和的数据能被G(x)除尽. 接收端:收到带校验和的数据后,用G(x)去除它,如果有余数,则传输出错,实现:用简单的硬件(移位寄存器电路)即可,100,2.7 差错检验和控制,数据=1101011011,G(x) (生成多项式)=10011,
44、循环冗余码(CRC)例子：,传输码元=数据（移位后）+余数11010110111110,101,2.周期信号和非周期信号,周期信号：信号由不断重复的固定模式组成（如正弦波） 非周期信号：信号没有固定的模式和波形循环（如语音的音波信号），能被分解成无数个周期信号的叠加。,t,t,T,T,T,T,T,T,周期信号,102,103,信道最大数据传输率,M 最大数据率 (C) 2 6000 bps 4 12000 bps8 18000 bps 16 24000 bps 32 30000 bps 64 36000 bps,C =,2W log2 M,W = 带宽 M = 信号电平级数,话音级线路的信道容
45、量计算 (3000 Hz),Nyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。,Nyquist 公式：用于理想低通信道,104,非理想信道实际的信道上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。 a）衰减信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。 b）延迟信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。 c）噪声热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰造成（闪电、大功率电机启动等）。噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps
46、）。,105,Shannel公式：高斯噪声干扰信道,S/N 信噪比（dB分贝）,C =,W log2 (1+,S N,),S/NdB = 10 log10 S/N,例：信道带宽W=3KHz，信噪比为30dB，则C=3000*log2(1+1000) 30Kbps,106,Nyquist公式和Shannel公式的比较, C = 2W log2M此公式说明数据传输率C随信号编码级数增加而增加。 C = W log2(1+S/N)无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。 原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限 增加。,107,2.3 传输媒体(介质),磁介质高带宽、
47、低费用、高延时（小时）例：7GB/8mm，1000盘/50*50*50cm，24h可送到任何地方。总容量=7*1000*8Gbits，总时间=24*60*60=86400s传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 金属导体 双绞线、 同轴电缆(粗、细) 光纤 无线介质 无线电、短波、微波、卫星、光波,108,双绞线,-螺旋绞合的双导线，1mm -每根4对、25对、1800对 -典型连接距离100m（LAN） -RJ45插座、插头 -优缺点：成本低密度高、节省空间安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）抗干扰性一般连接距离较短,109,屏蔽双绞线 (STP) 非屏蔽双绞线 (UT
48、P),以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音,3类、5类、6类 （16M、155M、1200M） 双绞线外没有任何附加屏蔽,110,同轴电缆,基带同轴电缆一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输 宽带同轴电缆 一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号，75 ，用于模拟传输，300450MHz，100km，需要放大器,铜芯,绝缘层,外导体屏蔽层,保护套,111,光纤,依靠光波承载信息 速率高，通信容量大仅受光电转换器件的限制（100Gb/s） 传输损耗小，适合长距离传输 抗干扰性能极好，保密性好 轻便,112,高密度多芯光缆剖面结构,113,细同轴 -50 ，D=1.02cm，10Mbps-185m、4中继、5段（925m）-优缺点：价格低安装方便（T型连接器、BNC接头、Terminator）抗干扰能力强距离短可靠性差 粗同轴-50 ，D=2.54cm，10Mbps-500m、4中继、5段（2500m）-优缺点：价格稍高安装方便（收发器、收发器电缆、Terminator）抗干扰能力强距离中等可靠性好,
