数据通信与广域网新

1、电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材1吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材2吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材3吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著本章学习要求本章学习要求： 掌握：掌握：数据通信的基本概念数据通信的基本概念 了解：了解：传输介质类型及主要特性传输介质类型及主要特性 了解：了解：无线与卫星通信技术的基本概念无线与卫星通信技术的基本概念 掌握：掌握：数据编码的类型和

2、基本方法数据编码的类型和基本方法 了解：了解：基带传输的基本概念基带传输的基本概念 掌握：掌握：频带传输的基本概念频带传输的基本概念 掌握掌握：多路复用的分类与特点多路复用的分类与特点 掌握：掌握：广域网中的数据交换技术的类型与工作原理广域网中的数据交换技术的类型与工作原理 掌握：掌握：差错控制方法差错控制方法 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材4吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 2.1.1 信息、数据与信号信息、数据与信号 通信的目的是交换信息，通信的目的是交换信息， 信息的载体可以是数字、文信

3、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字、语音、图形或图像，计算机产生的信息一般是字母、数字、语音、图形或图像的组合；母、数字、语音、图形或图像的组合； 为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的数据来表示；形或图像用二进制代码的数据来表示； 为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字信号编码的方式表示；字信号编码的方式表示； 数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、数据通信是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进制代码符号

4、的二进制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的比特序列的模拟或数字信号的过程。过程。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材5吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著信息编码标准信息编码标准 ascii 码被国际标准化组织码被国际标准化组织iso接受，成为国际标准接受，成为国际标准iso 646，又称为国际，又称为国际5号码号码; 它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准; ascii码采用码采用7位二进制比特编码，可以表示位二进制比特编码，可以表示128个字个字符符; 字符分为图形字符与控制字符两类。图形

5、字符包括数字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。字、字母、运算符号、商用符号等。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材6吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著多媒体网络应用多媒体网络应用随着计算机技术的发展，多媒体技术得到了广泛应用；随着计算机技术的发展，多媒体技术得到了广泛应用；利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重利用数字通信系统来实现多媒体信息的传输是通信技术研究的重要内容之一；要内容之一；与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信息传输要求数据通与文本、图形信息传输相比较，语音、图像信

6、息传输要求数据通信系统具有高速率与低延时的特性；信系统具有高速率与低延时的特性；如果每帧图像由如果每帧图像由1024768个点阵组成，图像颜色有个点阵组成，图像颜色有256种，每个种，每个点阵用点阵用1字节二进制数表示，每秒钟传送字节二进制数表示，每秒钟传送30帧图像，那么每秒钟帧图像，那么每秒钟需要传送需要传送235,929,601字节；字节；如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进行如果传送数字化的语音信号，每秒钟对语音信号进行22,050次取次取样，每次取样值用样，每次取样值用1字节表示，那么单声道每秒钟需要传送字节表示，那么单声道每秒钟需要传送22,050字节；双声道立体声每秒钟需

7、要传送字节；双声道立体声每秒钟需要传送44,100字节；字节；多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高的要求多媒体技术在网络中的应用，将对数据通信系统提出更高的要求。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材7吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著信号的概念信号的概念 信号是数据在传输过程中电信号的表示形式；信号是数据在传输过程中电信号的表示形式； 模拟信号（模拟信号（analog signal）的信号电平是连续变化的；）的信号电平是连续变化的； 数字信号（数字信号（digital signal）是用两种不同的电平去表示）是用两种不同的电平去

8、表示0、1比特序列的电压脉冲信号表示；比特序列的电压脉冲信号表示； 按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。拟通信系统与数字通信系统两种。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材8吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形 (a)(a)v(t)v(t)tt(b)(b)电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材9吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.1.2 数据传输类型与通信方式数据传输类

9、型与通信方式 网络中两台计算机的通信过程网络中两台计算机的通信过程 通信子网通信子网资源子网资源子网ccpbccpdccpcccpeccpaccpf主机h主机hab电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材10吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著网络通信系统设计中要解决的几个基本问题网络通信系统设计中要解决的几个基本问题： 数据传输类型数据传输类型 模拟通信模拟通信 数字通信数字通信 数据通信方式数据通信方式 串行通信串行通信、并行通信并行通信 单工通信单工通信、半双工或全双工通信半双工或全双工通信 同步方式同步方式 同步通信同步通信 异步通信异步通信

10、电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材11吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著串行通信与并行通信串行通信与并行通信 发送端接收端串行通信信道串行通信信道(a)(a)发送端b0b1b2b3b4b5b6b7b7b6b5b4b3b2b1b0接收端b0b1b2b3b4b5b6b7并并行行通通信信信信道道(b)(b)电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材12吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信 发送接收单向通道单向通道双向通道双向通道双向通道双向通道(a)(a)(b

11、)(b)(c)(c)发送接收接收发送发送接收接收发送电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材13吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著同步通信与异步通信同步通信与异步通信一个或多个syn字符控制字符数据字符synsyn控制字符t字节5字节4字节3字节3字节2字节1bbbbbbb终止位(逻辑 0 )起始位(逻辑 1 )6543210电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材14吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.2 传输介质及其主要特性传输介质及其主要特性2.2.1 传输介质的主要类型传输介质的主要类型 双绞

12、线双绞线 同轴电缆同轴电缆 光纤电缆光纤电缆 无线与卫星通信信道无线与卫星通信信道电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材15吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著传输介质的特性传输介质的特性： 物理特性：传输介质物理结构的描述；物理特性：传输介质物理结构的描述； 传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及传输特性：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及 调制技术、传输容量、传输的频率范围；调制技术、传输容量、传输的频率范围； 连通特性：允许点连通特性：允许点- -点或多点连接；点或多点连接； 地理范围：传输介质最大传输距离；地理范围：传输介质最大传

13、输距离； 抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据 影响的能力；影响的能力； 相对价格：器件、安装与维护费用。相对价格：器件、安装与维护费用。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材16吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.2.2 双绞线的主要特性双绞线的主要特性 屏蔽双绞线屏蔽双绞线 stp 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线utp铜线绝缘层外屏蔽层外部保护层（a ） 屏蔽双绞线（a ） 屏蔽双绞线铜线绝缘层外部保护层（b ） 非屏蔽双绞线（b ） 非屏蔽双绞线电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算

14、机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材17吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著 内导体绝缘层外屏蔽层外部保护层2.2.3 同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性 粗同轴电缆粗同轴电缆 细同轴电缆细同轴电缆电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材18吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.2.4 光纤的主要特性光纤的主要特性光电转换led发送端输入输入pin接收端输出输出光纤光纤光信号光电转换光纤包层外部保护层(a)(a)保护层包层光纤(b)(b)包层保护层电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材19吴功

15、宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.3 无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术2.3.1 电磁波谱与移动通信电磁波谱与移动通信10010210410610810101012101410161018102010221024无线电微波红外紫外线可见光x-射线-射线1041051061071081091010101110121013101410151016f(hz)f(hz)双绞线同轴电缆无线电( a m )无线电( f m )电视频道卫星通信地面微波通信光纤频段lfmfhfvhfuhfshfehfthf电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材20吴功宜吴功

16、宜 吴英吴英 编著编著2.3.2 无线通信无线通信 视距传播视距传播 电离层反射电离层反射地球表面地球表面电离层电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材21吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.3.3 微波通信微波通信 微波信号没有绕射功能，两个微波信号只能在可视情微波信号没有绕射功能，两个微波信号只能在可视情况下才能正常接收；况下才能正常接收； 大气对微波信号的吸收与散射影响较大。大气对微波信号的吸收与散射影响较大。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材22吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.3

17、.4 蜂窝无线通信蜂窝无线通信 多址接入方法：多址接入方法： 频分多址接入（频分多址接入（fdma） 时分多址接入（时分多址接入（tdma） 码分多址接入（码分多址接入（cdma） 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材23吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.3.5 卫星通信卫星通信 卫星地球表面卫星发送多点接收多点接收电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材24吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.4 数据编码技术数据编码技术2.4.1 数据编码类型数据编码类型数据编码方法模拟数据编码数字数据编码

18、振幅键控ask移频键控fsk移相键控psk非归零码nrz曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材25吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.4.2 模拟数据编码方法模拟数据编码方法 01001000+0+0+0+0212+数据(a)ask(b)fsk(c)psk(绝对)(d)psk(相对)121电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材26吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.4.3 数字数据编码方法数字数据编码方法 01001011数据数据(a)非归零码同步时钟(b)曼彻斯特编

19、码(c)差分曼彻斯特编码电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材27吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.4.4 脉冲编码脉冲编码 调制方法调制方法 d8d7d6d5d4d3d2d100.51.01.5at0.270.30.620.61.281.31.521.51.261.30.730.70.410.40.120.1(a)样本量化级二进制编码编码信号0001010001111101111111010110001136131513741d1d2d3d4d5d6d7d8(b)电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教

20、育系列教材28吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著pcm用于数字语音系统用于数字语音系统： 声音分为声音分为128个量化级；个量化级； 每个量化级采用每个量化级采用7位二进制编码表示；位二进制编码表示； 采样速率为采样速率为8000样本样本/秒；秒； 数据传输速率应达到数据传输速率应达到7位位8000/秒秒=56kbps； 如果每个量化级采用如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码表示位二进制编码表示; 数据传输速率应达到数据传输速率应达到8位位8000 /秒秒= 64kbps。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材29吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著

21、编著2.5 基带传输技术基带传输技术 2.5.1 基带传输的定义基带传输的定义 在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数在数据通信中，表示计算机二进制的比特序列的数字数据信号是典型的矩形脉冲信号据信号是典型的矩形脉冲信号; ; 矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带矩形脉冲信号的固有频带称做基本频带, ,简称为基带简称为基带, ,矩矩形脉冲信号就叫做基带信号形脉冲信号就叫做基带信号; ; 在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为基带传输传输; ; 在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直接传在发送端，基带传输的数据经过编码器变换变为直

22、接传输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码输的基带信号，例如曼彻斯特编码或差分曼彻斯特编码信号信号; ; 在接收端由解码器恢复成与发送端相同的在接收端由解码器恢复成与发送端相同的矩形脉冲信号矩形脉冲信号; ; 基带传输是一种最基本的数据传输方式。基带传输是一种最基本的数据传输方式。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材30吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.5.2 通信信道带宽对基带传输的影响通信信道带宽对基带传输的影响 e(t)e(t)e(t)e(t)e(t)e(t)e(t)e(t)e(t)e(t)000000ttttt1 2 3

23、 4 5 6 7 8 9 1001100010(a)(b)(c)(d)(e)0 10 1 20 1 2 3 40 1 2 3 4 5 6 7 8ttttt电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材31吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.5.3 数据传输速率的定义与信道速率的极限数据传输速率的定义与信道速率的极限 数据传输速率的定义数据传输速率的定义 数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标；数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标； 数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数

24、，单位为比特码的二进制比特数，单位为比特/秒，记做秒，记做bps； 常用的数据传输速率单位有：常用的数据传输速率单位有：kbps、mbps、gbps与与tb/s，其中：，其中： 1kbps = 1103 bps 1mbps = 1106 bps 1gbps = 1109 bps 1tbps = 11012 bps电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材32吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著信道速率的极限值信道速率的极限值 奈奎斯特准则奈奎斯特准则：二进制数据信号的最大数据传输速率：二进制数据信号的最大数据传输速率 rmax与通信信道带宽与通信信道带

25、宽b（b=f，单位，单位hz） 的关系为的关系为rmax=2f（bps）；）； 香农定理香农定理：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时，：在有随机热噪声的信道上传输数据信号时， 数据传输速率数据传输速率rmax与信道带宽与信道带宽b，信噪比，信噪比s/n 的关系为的关系为rmax = blog2（1+s/n） s/n为信噪比；为信噪比；电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材33吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.6 频带传输技术频带传输技术2.6.1 频带传输的定义频带传输的定义 利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；利用模拟信道传输数据

26、信号的方法称为频带传输； 调制解调器（调制解调器（modem）是频带传输中最典型的通信设）是频带传输中最典型的通信设备。备。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材34吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.6.2 调制解调器的基本工作原理调制解调器的基本工作原理 在发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上在发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号；传输的模拟信号； 在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数在接收端将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。字信号。电话机电话线电话线电话机电话交换网电话交换网计算机计算机

27、modemmodem电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材35吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著fsk方式方式modem的工作原理的工作原理 电话交换网电话交换网组合器oscosc1270hz1070hz1 0 0 11270hz带通滤波器1070hz带通滤波器1 0 01组合器滤波器滤波器计算机调制器解调器计算机电话机电话机电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材36吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著modem实现全双工通信的工作原理实现全双工通信的工作原理011070hz1270hz012025h

28、z2225hz上频带下频带fol=1170hzfoh=2125hz电话交换网通频带电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材37吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.6.3 调制解调器的分类与应用调制解调器的分类与应用 外置外置modem与计算机的连接与计算机的连接 电话插座电源插座调制解调器调制解调器电话机计算机电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材38吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.7 多路复用技术多路复用技术 多路复用的工作原理多路复用的工作原理 高速通信线路多路复用器多路复用器电子工业出版

29、社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材39吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.7.1 多路复用技术的分类多路复用技术的分类 频分多路复用频分多路复用fdm 波分多路复用波分多路复用wdm 时分多路复用时分多路复用tdm电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材40吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.7.2 频分多路复用在一条通信线路设计多路通信信道在一条通信线路设计多路通信信道; ;每路信道的信号以不同的载波频率进行调制每路信道的信号以不同的载波频率进行调制; ;各个载波频率是不重叠的各个载波频率是不重叠的,

30、, 一条通信线路就可以同时独立地传输一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。多路信号。 13003100信道16064687260646872频率( k hz)（c ）（c ）频率( k hz)（b ）（b ）频率( h z)（a ）（a ）信道2信道311信道1信道2信道3电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材41吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.7.3 波分多路复用波分多路复用 光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用wdm;在一根光纤上复用在一根光纤上复用80路或更多

31、路的光载波信号称为密集波分复用路或更多路的光载波信号称为密集波分复用dwdm； 目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到20gbps 。共享光纤共享光纤光栅光栅功率波长共享光纤的波谱功率波长光纤1的波谱功率波长光纤2的波谱光纤1光纤2光纤3光纤4功率波长光纤3的波谱功率波长光纤4的波谱电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材42吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.7.4 时分多路复用时分多路复用 时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；每个用户

32、分得一个时间片；每个用户分得一个时间片；在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽。 信道2 4信道1信道2信道3信道401193比特帧（1 2 5 微秒 ）帧开始位7位数据位校验位电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材43吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著时分多路复用的分类时分多路复用的分类 同步时分多路复用同步时分多路复用 统计时分多路复用统计时分多路复用 124.n13.n.1234.n时间片1时间片2时间片n125.m41257.m.1234.m时间片1时间片2时间片n电子工

33、业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材44吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.8 数据交换方法数据交换方法数据通过通信子网的传输过程可以分为数据通过通信子网的传输过程可以分为： 报文与报文分组交换报文与报文分组交换 线路交换与存储转发交换线路交换与存储转发交换电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材45吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.8.1 线路交换方式线路交换方式 线路交换是面向连接的服务；线路交换是面向连接的服务； 两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要两台计算机通过通信子网进行数据交换

34、之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接；在通信子网中建立一个实际的物理线路连接； 线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数据传输与释放连接的三个阶段；输与释放连接的三个阶段； 线路交换方式的优点：通信实时性强，适用于交互式线路交换方式的优点：通信实时性强，适用于交互式会话类通信；会话类通信； 线路交换方式的缺点：对突发性通信不适应，系统效线路交换方式的缺点：对突发性通信不适应，系统效率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教

35、材世纪计算机基础教育系列教材46吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著线路交换方式的工作原理线路交换方式的工作原理结点a呼叫请求呼叫应答报文或报文分组应答释放请求释放应答线路建立数据传输线路释放结点b结点c结点d主机h主机hab电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材47吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.8.2 存储转发交换方式存储转发交换方式 存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别：存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别： 发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元（报文或报

36、文分组）进入通信格式组成一个数据单元（报文或报文分组）进入通信子网；子网； 通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材48吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著存储转发交换方式分类存储转发交换方式分类： 数据通过通信子网传输时可以有报文（数据通过通信子网传输时可以有报文（message）与报）与报文分组（文分组（packet）两种方式；）两种方式； 报文传输：不管发送数据

37、的长度是多少，都把它当作报文传输：不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；一个逻辑单元发送； 报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度，如果报文分组传输：限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。多个报文分组发送。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材49吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著报文和报文分组结构报文和报文分组结构 由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；

38、发花费的时间较少； 限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的限定分组最大数据长度，有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率；存储空间利用率与传输效率； 公用数据网采用的是分组交换技术。公用数据网采用的是分组交换技术。报文分组报文分组报文报文报文号目的地址源地址校验报文号目的地址源地址报文分组数据校验报文分组号数据电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材50吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著存储转发方式的优点存储转发方式的优点 由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组，多由于通信子网中的通信控制处理机可以存储分组，多个分组可以共享通信

39、信道，线路利用率高；个分组可以共享通信信道，线路利用率高； 通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态选择报文分组通过通信子网的最佳路径；选择报文分组通过通信子网的最佳路径； 可以平滑通信量，提高系统效率；可以平滑通信量，提高系统效率； 分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时，均分组在通过通信子网中的每个通信控制处理机时，均要进行差错检查与纠错处理，因此可以减少传输错误，要进行差错检查与纠错处理，因此可以减少传输错误，提高系统可靠性；提高系统可靠性； 通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进行通过通信控制处理机可以对不同通信速率的线路进

40、行转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材51吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.8.3 数据报方式数据报方式 数据报是分组存储转发的一种形式；数据报是分组存储转发的一种形式； 在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机在数据报方式中，分组传送之间不需要预先在源主机与目的主机之间建立与目的主机之间建立“线路连接线路连接”； 源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条传输路径；输路径； 每个分组在通信子网中可能是

41、通过不同的传输路径到每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径到达目的主机。达目的主机。电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材52吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著数据报方式的工作原理数据报方式的工作原理结点a结点f结点c结点e结点d结点g结点bp2p1p1p1p1p2p2p2p1p2ackackackackackack主机h主机hab电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材53吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著数据报方式的特点数据报方式的特点 同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信同一报文

42、的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网；子网； 同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、同一报文的不同分组到达目的结点时可能出现乱序、重复与丢失现象；重复与丢失现象； 每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；每个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址； 数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，数据报方式报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。不适用于长报文、会话式通信。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材54吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.8.4 虚电路方式虚电路方式 虚电路方式试图将

43、数据报方式与线路交换方式结合起虚电路方式试图将数据报方式与线路交换方式结合起来，处分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交来，处分发挥两种方法的优点，以达到最佳的数据交换效果换效果; ; 数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方之间不需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需需要预先建立连接。虚电路方式在分组发送之前，需要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路要在发送方和接收方建立一条逻辑连接的虚电路; ; 虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过程分为以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释

44、放以下三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段。阶段。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材55吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著虚电路方式虚电路方式的工作原理的工作原理呼叫请求呼叫应答释放请求释放应答虚电路建立数据传输虚电路拆除p1p1p1p2p2p2ackackack1结点a结点e结点f结点b结点g结点d结点c主机h主机hab电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材56吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著虚电路方式的特点虚电路方式的特点 在每次分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立在每次

45、分组发送之前，必须在发送方与接收方之间建立一条逻辑连接。这是因为不需要真正去建立一条物理链一条逻辑连接。这是因为不需要真正去建立一条物理链路，连接发送方与接收方的物理链路已经存在；路，连接发送方与接收方的物理链路已经存在； 一次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送，因此一次通信的所有分组都通过这条虚电路顺序传送，因此报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。分组到报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息。分组到达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象；达目的结点时不会出现丢失、重复与乱序的现象； 分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错检分组通过虚电路上的每个结点时，结点只需要做差错

46、检测，而不需要做路径选择；测，而不需要做路径选择； 每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材57吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.8.5 atm交换方式交换方式 atm的基本数据传输单元是信元；的基本数据传输单元是信元； 信元长度固定为信元长度固定为53字节；字节； 信元包括信元包括5字节的信元头与字节的信元头与48字节的用户数据。字节的用户数据。53字节信元头用户数据48字节5字节电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教

47、育系列教材58吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著物理链路、虚通路与虚通道的关系物理链路、虚通路与虚通道的关系 物理链路（物理链路（physical link） 虚通路（虚通路（vp，virtual path） 虚通道（虚通道（vc，virtual channel） 物理链路虚通路虚通道电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材59吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著支持远程教学的支持远程教学的atm网网 atm端用户atm交换机atm交换机atm交换机atm交换机atm网络atm网络atm接口卡声音文本视频atm端用户atm端用户电子工业出版社电子工业出

48、版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材60吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.9 差错控制方法差错控制方法2.9.1 差错产生的原因与差错类型差错产生的原因与差错类型 传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送数据传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送数据 不一致的现象不一致的现象; 差错控制是检查是否出现差错以及如何纠正差错；差错控制是检查是否出现差错以及如何纠正差错； 通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声；通信信道的噪声分为两类：热噪声和冲击噪声； 由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错；由热噪声引起的差错是随机差错，或随机错； 冲击噪声引起的差错是突发差错，

49、或突发错；冲击噪声引起的差错是突发差错，或突发错； 在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。差错共同构成的。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材61吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著传输差错传输差错产生过程产生过程信源通信信道信宿数据噪声数据+噪声(a)001100111100011111000011000100010110011001010传输数据数据信号波形噪声数据信号与噪声信号叠加后的波形采样时间接收数据原始数据出错的位(b)电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算

50、机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材62吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.9.2 误码率的定义误码率的定义 误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：值上近似等于：pe=ne/n，其中，其中n为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，ne为被传错的码元数；为被传错的码元数；误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参误码率应该是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可靠性的参数之一；数之一；对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误码率越低越好，对于一个实际的数据传输系统，不能笼统地说误

51、码率越低越好，要根据实际传输要求提出误码率要求；要根据实际传输要求提出误码率要求；对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成对于实际数据传输系统，如果传输的不是二进制比特，要折合成二进制比特来计算；二进制比特来计算；差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有差错的出现具有随机性，在实际测量一个数据传输系统时，只有被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。被测量的传输二进制比特数越大，才会越接近于真正的误码率值。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材63吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.9.3 检错

52、码与纠错码检错码与纠错码 纠错码：纠错码： 每个传输的分组带上足够的冗余信息；每个传输的分组带上足够的冗余信息； 接收端能发现并自动纠正传输差错。接收端能发现并自动纠正传输差错。 检错码检错码: : 分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息；分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息； 接收端能够发现出错，但不能确定哪位是错的，并且接收端能够发现出错，但不能确定哪位是错的，并且自己不能纠正传输差错。自己不能纠正传输差错。 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材64吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著2.9.4 循环冗余编码工作原理循环冗余编码工作原理

53、 发送方接收方发送数据 f ( x )生成多项式 g ( x )f(x) xk.g(x)=q(x)+r(x)g(x)实际发送: f ( x)xk.+r(x)数据字段校验字段f(x)xk.r(x)发送数据 f (x)生成多项式 g ( x )r(x)=r(x) 接收正确r(x)=r(x) 接收出错发送f(x) xk.g(x)=q(x)+r(x)g(x)电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材65吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著crc检错检错方法举例方法举例 1 1 0 0 1 1发送数据比特序列crc校验码比特序列1 0 0 1带crc校验码的发送

54、数据比特序列1 1 0 0 1 1 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 11 1 0 0 101 0 0 0 0 11 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).xk电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材66吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著标准标准crc生成多项式生成多项式g（x）crc-12 g（x）= x12+x11+x3+x2+x+1crc-16 g（x）= x16+x15+x

55、2+1crc-ccitt g（x）= x16+x12+x5+1crc-32 g（x）= x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+ x10 +x8+x7+x5+x4 + x2+x+1 电子工业出版社电子工业出版社2121世纪计算机基础教育系列教材世纪计算机基础教育系列教材67吴功宜吴功宜 吴英吴英 编著编著crc校验码的检错能力校验码的检错能力 crc校验码能检查出全部单个错；校验码能检查出全部单个错； crc校验码能检查出全部离散的二位错；校验码能检查出全部离散的二位错； crc校验码能检查出全部奇数个错；校验码能检查出全部奇数个错； crc校验码能检查出全部长度小于等于校验码能检查出全部长度小于等于k位的突发错；位的突发错； crc校验码能以校验码能以1-（1/2）k-1的概率检查出长度为的概率检查出长度为（k+1）位的突发错；）位的突发错； 如果如果k=16，则该，则该crc校验码能全部检查出小于或等于校验码能全部检查出小于或等于16 位的所有的突发差错，并能以位的所有的突发差错，并能以1-（1/2）16-1=99.997的概率检查