第2章 数据通信基础(4学时)

1、1第2章 数据通信基础 本章内容（本章内容（P P13-17,23-3113-17,23-31） 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 数据传输技术（数据的通信方式、信数据传输技术（数据的通信方式、信道的通信方式、信号的传输方式）道的通信方式、信号的传输方式） 数据交换技术数据交换技术 差错控制差错控制 传输介质传输介质22.1 数据通信模型2.1.12.1.1基本概念基本概念 1 1、信息（、信息（InformationInformation） 通信的目的是为了交换信息。信息是人对现实世界事物存在方式或通信的目的是为了交换信息。信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识，其载体可以包

2、含语音、音乐、图形、图像、文字运动状态的某种认识，其载体可以包含语音、音乐、图形、图像、文字和数据等多种媒体。和数据等多种媒体。计算机终端产生的信息的表示形式一般是字母、数计算机终端产生的信息的表示形式一般是字母、数字和符号的组合字和符号的组合。 2 2、数据（、数据（DataData） 数据是把事物的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可数据是把事物的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。数据通信是指在不同计以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。数据通信是指在不同计算机之间传送表示信息的（字母、数字、符号）二进制代码算机之间传送表示信

3、息的（字母、数字、符号）二进制代码0 0和和1 1比特序比特序列的过程。列的过程。被传输的二进制代码称为数据被传输的二进制代码称为数据。数据有两种：模拟数据和数。数据有两种：模拟数据和数字数据。字数据。 3 3、信号（信号（SignalSignal） 信号是数据在传输过程中的具体物理表现，具有确定的物理描述。信号是数据在传输过程中的具体物理表现，具有确定的物理描述。例如电压、磁场强度等。例如电压、磁场强度等。32.1.2 2.1.2 模拟和数字模拟和数字 模拟数据是取某一区间的连续值，模拟数据是取某一区间的连续值，模拟信号（模拟信号（Analog Analog SignalSignal）是一种

4、波形连续变换的电信号，取值可以是无限个，比是一种波形连续变换的电信号，取值可以是无限个，比如电话线上传送的如电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化按照声音的强弱幅度连续变化的电信号。波形的电信号。波形如图（如图（a a）所示。）所示。 数字数据取某一区间内有限个离散值，数字数据取某一区间内有限个离散值，数字信号（数字信号（Digital Digital SignalSignal）是一种离散信号，取值是有限的，比如计算机中所产生是一种离散信号，取值是有限的，比如计算机中所产生的电信号，它是的电信号，它是用两种不同的电平去表示用两种不同的电平去表示0 0、1 1比特序列比特序列的电压脉的电压脉冲

5、信号。波形如图（冲信号。波形如图（b b）所示。）所示。幅幅度度A A时时间间连连续续的的模模拟拟信信号号离离散散的的数数据据信信号号幅幅度度时时间间1 10 01 11 11 10 0t t41 1、数据通信速率（传输速率）数据通信速率（传输速率） 数据在数据在信道信道中传输的速度。有两种：码元速率和信息速率。中传输的速度。有两种：码元速率和信息速率。 码元（码元（Code cellCode cell）：时间轴上的一个信号编码单元。）：时间轴上的一个信号编码单元。 1 1）码元速率码元速率R RB B：每秒钟传送的：每秒钟传送的码元数码元数，单位为波特，单位为波特/ /秒秒 （Baud/sB

6、aud/s），又称为），又称为波特率波特率。在数字通信系统中，由于在数字通信系统中，由于 数字信号是用离散值表示的，数字信号是用离散值表示的，每个离散值就是一个码元。每个离散值就是一个码元。 2 2）信息速率信息速率R Rb b：每秒钟传送的：每秒钟传送的信息量信息量，单位为比特，单位为比特/ /秒秒 （bit/sbit/s），又称为），又称为比特率比特率。 一般来说，对于采用一般来说，对于采用M M进制信号传输信号时，信息速率和码元速率进制信号传输信号时，信息速率和码元速率之间的关系是：之间的关系是： R Rb bR RB Bloglog2 2M M 例如：当波特率为例如：当波特率为9600

7、9600时时, , 若若M=2M=2，数据传输率为，数据传输率为9600b/s9600b/s 若若M=16M=16，数据传输率为，数据传输率为4 4* *9600=38.4kb/s9600=38.4kb/s 二进制传输中，信息速率与码元速率相等。二进制传输中，信息速率与码元速率相等。2.2 数据通信的技术指标52 2、误码率与误比特率误码率与误比特率 误码率：码元在传输过程中，错误码元占总传输码元的误码率：码元在传输过程中，错误码元占总传输码元的概率。概率。 1 1）误码率误码率Pe Pe 传输出错的码元数传输出错的码元数/ /传输的总码元数传输的总码元数 2 2）误比特率误比特率P Pb b

8、 传输出错的比特数传输出错的比特数/ /传输的总比特数传输的总比特数 在二进制传输中，误码率也称为误比特率。在二进制传输中，误码率也称为误比特率。3 3、信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量 1 1）信道带宽信道带宽：信道中传输的信号在：信道中传输的信号在不失真不失真的情况下所占的情况下所占用的用的频率范围频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（，通常称为信道的通频带，单位用赫兹（HzHz）表示。表示。 信道带宽是由信道的物理特性所决定的信道带宽是由信道的物理特性所决定的。例如，电话线。例如，电话线路的频率范围在路的频率范围在3003400Hz3003400Hz，则它的带宽范围也在，则它的

9、带宽范围也在3003400Hz3003400Hz。6 2 2）信道容量信道容量：单位时间内信道上所能传输的最大比：单位时间内信道上所能传输的最大比特数，即特数，即最大传输速率最大传输速率，用比特每秒（，用比特每秒（bit/sbit/s）表示。它）表示。它是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。当传输速率当传输速率超过信道的最大信号传输速率时就会产生失真超过信道的最大信号传输速率时就会产生失真。 通常，信道容量和信道带宽通常，信道容量和信道带宽成正比的关系成正比的关系。带宽越。带宽越大，容量越高，要提高信号的传输率，信道就要有足够大，容量越高，要提高信号的传输

10、率，信道就要有足够的带宽。增加信道带宽是可以增加信道容量。的带宽。增加信道带宽是可以增加信道容量。 但实际上，信道带宽的无限增加并不能使信道容量但实际上，信道带宽的无限增加并不能使信道容量无限增加，其原因是无限增加，其原因是信道带宽是由信道的物理特性所信道带宽是由信道的物理特性所决定的决定的。信道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加信道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加。7带宽与容量的关系（信道的最大数据传输率）带宽与容量的关系（信道的最大数据传输率） I I） NyquistNyquist（奈奎斯特）公式（奈奎斯特）公式：用于无噪声理用于无噪声理想低通信道想低通信道 NyquistNyquis

11、t公式为公式为估算已知带宽估算已知带宽, ,信道的最高数信道的最高数据传输速率据传输速率提供了依据。提供了依据。例如，话音级线路的带例如，话音级线路的带 宽约为宽约为3.1kHz3.1kHz，根据上，根据上 式计算的信道最大数据式计算的信道最大数据 传输率如右表所示。传输率如右表所示。C=2Wlog2MC = C = 数据传输率，单位数据传输率，单位b/s b/s W = W = 带宽，单位带宽，单位HzHzM = M = 信号编码级数（信号或信号编码级数（信号或电平的个数）电平的个数） M M 最大数据率最大数据率 2 6200 b/s 4 12400 b/s 8 18600 b/s16 2

12、4800 b/s32 31000 b/s8 非理想信道非理想信道010110011001010010110011001010010110111001000误码位传输数据：信号：噪声：信号与噪声叠加：采样时序：接收数据：原始数据：9IIII）ShannonShannon（香农）公式（香农）公式：用于有噪声干扰用于有噪声干扰信道信道例：信道带宽例：信道带宽W=3.1kHzW=3.1kHz，S/N=2000S/N=2000，则，则 C = 3100C = 3100loglog2 2（1+20001+2000） 34kb/s 34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于即该信道上的最大数据传输率不

13、会大于34kb/s34kb/s。信噪比的单位也可用分贝(dB)表示： S/NS/NdBdB=10log=10log10 10 S/NS/N所以，若S/NdB=30dB ，则S/N=1000。C=Wlog2（1+S/N）C: C: 传输率，单位传输率，单位b/sb/sW: W: 带宽，单位带宽，单位HzHzS/N: S/N: 信噪比信噪比10NyquistNyquist公式和公式和ShannonShannon公式的比较公式的比较 C = 2C = 2W W log log2 2M M 用于理想信道（这样的信道存在吗？）用于理想信道（这样的信道存在吗？） 数据传输率随信号编码级数增加而增加。数据传

14、输率随信号编码级数增加而增加。 C = C = W W log log2 2（1+1+S/NS/N） 用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！） 无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。112.3数据传输技术2.2.1 2.2.1 数据的通信方式（并数据的通信方式（并/ /串行通信）串行通信）1 1、并行通信并行通信 数据以成组的方式在多个并行信道上

15、同时进行传输数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。 方式：将构成方式：将构成1 1个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并个字符代码的几位二进制比特分别通过几个并行的信道同时传输，如，并行传输中一次传送行的信道同时传输，如，并行传输中一次传送8 8个比特。个比特。 优缺点：优缺点：速度快速度快，但发送端与接收端之间有若干条线路，但发送端与接收端之间有若干条线路，费费用高用高，仅，仅适合于近距离和高速率的通信适合于近距离和高速率的通信。并行通信在计算机内部。并行通信在计算机内部总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。发发送送端端0 01 11 10 0

16、0 01 10 01 1需要需要8 8条线条线接接收收端端8 8个比特同时发送个比特同时发送122、串行通信串行通信 数据以串行方式在一条信道上传输数据以串行方式在一条信道上传输。 由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送由于计算机内部都采用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符进行并之前，要将计算机中的字符进行并/ /串变换，在接收端再通串变换，在接收端再通过串过串/ /并变换，还原成计算机的字符结构，这样才能实现串并变换，还原成计算机的字符结构，这样才能实现串行通信。行通信。 优缺点：收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，优缺点：收、发双方只需要一条传输信道，易于实现，

17、成本低成本低，但，但速度比较低速度比较低。串行通信通过计算机的串行口得。串行通信通过计算机的串行口得到广泛的应用，而且在到广泛的应用，而且在远程通信中一般采用串行通信方式远程通信中一般采用串行通信方式。发发送送端端接接收收端端011001018个个比比特特顺顺次次发发送送并并/串串转转换换器器串串/并并转转换换器器0101010101010101132.2.2 2.2.2 信道的通信方式信道的通信方式按照信号传送方向与时间的关系，信道的通信方式按照信号传送方向与时间的关系，信道的通信方式可以分为可以分为单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工三种。三种。1. 1. 单工通信单工通信 单工方式指

18、通信信道是单向信道，单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一数据信号仅沿一个方向传输个方向传输，发送方只能发送不能接收，而接收方只能，发送方只能发送不能接收，而接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。例如，无线电广播和电视都属于单工通信。例如，无线电广播和电视都属于单工通信。142. 2. 半双工通信半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一同一时刻一个信道只允许单方向传送时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只，即两个方向的传输只能交替进行。当改变传输方向时，要

19、通过开关装置进行能交替进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。切换。 半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使用的用的“对讲机对讲机”和军队使用的和军队使用的“步话机步话机”。半双工方式。半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。信。 153. 3. 全双工通信全双工通信 全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进全双工通信是指数据可以同时沿相反的两个方向进行双向传输行双向传输。例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的例如，现实生活中的电话机通话就是一个全双工的通信

20、过程。通信过程。162.2.3 2.2.3 信号的传输方式信号的传输方式1 1、基带传输、基带传输 基带传输是一种最简单最基本的传输方式。使用数字信号传基带传输是一种最简单最基本的传输方式。使用数字信号传输数据时，终端设备要输数据时，终端设备要把数字信号转换成脉冲电信号把数字信号转换成脉冲电信号，这个原始，这个原始的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带基带。在信道上直在信道上直接传送基带信号称为基带传输。接传送基带信号称为基带传输。2 2、频带传输、频带传输 频带传输是指频带传输是指数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到数字信号调制成音频信号后再

21、发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。在实现远距离在实现远距离通信时，经常借助于电话系统，此时需要采用频带传输方式。通信时，经常借助于电话系统，此时需要采用频带传输方式。3 3、宽带传输、宽带传输 宽带传输是宽带传输是将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。常采用常采用7575的同的同轴电缆或光纤作为传输介质，带宽为轴电缆或光纤作为传输介质，带宽为300MHz300MHz。17 什么是交换？什么是交换？

22、按某种方式按某种方式动态分配传输线路资源动态分配传输线路资源。交换方式是指计算机之间、。交换方式是指计算机之间、计算机与终端之间和各终端之间交换信息所用信息格式和交换装计算机与终端之间和各终端之间交换信息所用信息格式和交换装置的方式。根据交换装置和信息处理方法的不同，常用的交换方置的方式。根据交换装置和信息处理方法的不同，常用的交换方式有三种：电路交换、存储转发交换（报文交换和分组交换）。式有三种：电路交换、存储转发交换（报文交换和分组交换）。 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

23、分配给其它用行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户户。 最初的交换：人工转接交换最初的交换：人工转接交换 为什么要采用交换技术？为什么要采用交换技术？ 节省线路投资，提高线路利用率节省线路投资，提高线路利用率。 实现交换的方法主要有：实现交换的方法主要有： 电路交换电路交换 存储转发交换存储转发交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换 数据报方式数据报方式 虚电路方式虚电路方式2.4 数据交换技术18 电路交换（电路交换（Circuit SwitchingCircuit Switching），也称为线路交换，它是一种直接的），也称为线路交换，它是一种直接的交换方式，交换方式，

24、在一对需要进行通信的节点之间建立一条临时的专用通道，即在一对需要进行通信的节点之间建立一条临时的专用通道，即建立一条专用的传输通道建立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。既可以是物理通道又可以是逻辑通道。 常见的电路交换是常见的电路交换是电话系统电话系统，当交换机收到一个呼叫后，就在网络中，当交换机收到一个呼叫后，就在网络中寻找一条临时通路供两端的用户通话，这条临时通路可能要经过若干个交寻找一条临时通路供两端的用户通话，这条临时通路可能要经过若干个交换局的转接，并且一旦建立就成为这一对用户之间的换局的转接，并且一旦建立就成为这一对用户之间的临时专用通路临时专用通路，别的，别的

25、用户不能打断，直到电话结束才拆除连接。用户不能打断，直到电话结束才拆除连接。 电路交换的通信过程可分为电路交换的通信过程可分为电路建立、数据传输和拆除电路连接电路建立、数据传输和拆除电路连接三个三个阶段。阶段。电话电话交换局呼叫时建立的物理连接2.4.12.4.1 电路交换电路交换191 1电路建立阶段电路建立阶段在开始传输数据之前，通过呼叫完成逐个结点的连接过程，建立一在开始传输数据之前，通过呼叫完成逐个结点的连接过程，建立一条两站之间的直通电路。如图所示。条两站之间的直通电路。如图所示。202 2数据传输阶段数据传输阶段电路建立阶段结束后，在两站之间的直通电路上传输数据。如图所示。电路建立

26、阶段结束后，在两站之间的直通电路上传输数据。如图所示。213 3拆除电路连接阶段拆除电路连接阶段数据传输完毕后，要终止电路连接，释放结点和信道资源。数据传输完毕后，要终止电路连接，释放结点和信道资源。这可由这可由通信双方中的任一方来完成这个动作。通信双方中的任一方来完成这个动作。拆除信号必须传至电路所经过的拆除信号必须传至电路所经过的各个结点，以便释放专用资源而重新分配它。如图所示。各个结点，以便释放专用资源而重新分配它。如图所示。2223总结：总结：（1 1）电路交换特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。）电路交换特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。 称为称为“面向连接的面向连接的

27、”（典型例子：电（典型例子：电话）话） 通信过程：通信过程：建立连接建立连接数据通信数据通信释放连接释放连接（2 2）电路交换优缺点：）电路交换优缺点： a.a.建立连接的时间长，存在延迟；建立连接的时间长，存在延迟； b.b.建立连接后就独占线路，即使无数据传输，也要保持建立连接后就独占线路，即使无数据传输，也要保持连通状态连通状态线路利用率低；线路利用率低； c.c.无纠错机制；无纠错机制； d.d.建立连接后，传输延迟小、无冲突、传输可靠、迅速、建立连接后，传输延迟小、无冲突、传输可靠、迅速、实时性好。实时性好。 * * *电路交换不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性电路交换不适

28、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的特点，真正传输数据的时间不到10%10%。例如：建立连接的时间为例如：建立连接的时间为0.50.5秒，计算机以秒，计算机以1Mb/s1Mb/s的速率发送的速率发送10k10k字节。线路利用率？字节。线路利用率？242.4.22.4.2存储转发交换存储转发交换 存储转发交换（存储转发交换（Store and Forward SwitchingStore and Forward Switching）可分）可分为为报文存储转发交换与分组存储转发交换报文存储转发交换与分组存储转发交换两种方式。其中，两种方式。其中，分组存储转发交换

29、方式又可以分为分组存储转发交换方式又可以分为数据报与虚电路数据报与虚电路方式。方式。本地邮政支局本地邮政支局本地邮政支局河西区邮政支局本地邮政支局海淀邮政支局东城邮政支局用户投寄邮件支局把发往外地邮件投到市总局市总局按地址往省市邮政局投寄邮件、发往天津的邮件投到天津市支局收到市邮政局来的邮件按地址交给用户省市邮政局收到各地局来的邮件按地址发往各支局天津市邮政局沈阳市邮政局北京市邮政总局长沙市邮政局采用存储转发的邮政通信工作模式采用存储转发的邮政通信工作模式251.1. 报文交换（报文交换（Message SwitchingMessage Switching）（1 1）报文）报文 需要发送的整个

30、数据块，如一个数据文件、需要发送的整个数据块，如一个数据文件、 一篇新闻稿件一篇新闻稿件等，而不是数据的一部分。每个报文包括三个部分：等，而不是数据的一部分。每个报文包括三个部分：报头、正报头、正文和报尾文和报尾。 报头：报文号、源地址和目的地址；报头：报文号、源地址和目的地址； 正文：发送的数据块；正文：发送的数据块； 报尾：报文的校验信息，用来进行差错检查和纠错。报尾：报文的校验信息，用来进行差错检查和纠错。 （2 2）网络节点）网络节点 通常为一台专用计算机，备有足够的外存，以便在报文进入通常为一台专用计算机，备有足够的外存，以便在报文进入时进行缓冲存储。时进行缓冲存储。26 （3 3）

31、工作过程）工作过程 报文交换方式，不需在两站之间建立专用通道。源站在报文交换方式，不需在两站之间建立专用通道。源站在发送报文时，把目的地址添加到报文中，然后报文在网络中发送报文时，把目的地址添加到报文中，然后报文在网络中从一个结点传至另一个结点。在每个结点中，接收信息后暂从一个结点传至另一个结点。在每个结点中，接收信息后暂时存储起来，待信道空闲时再转发到下一结点，如此往复，时存储起来，待信道空闲时再转发到下一结点，如此往复，直到报文到达目标数据终端为止。这种工作方式是一种存储直到报文到达目标数据终端为止。这种工作方式是一种存储转发方式。转发方式。这种方式对于有实时性要求的信息传输是不允许的，而

32、这种方式对于有实时性要求的信息传输是不允许的，而对于数据通信则是适合的。对于数据通信则是适合的。通常，通常，对较为连续的数据流（如对较为连续的数据流（如话音），电路交换是一种易于使用的技术。对于数字数据通话音），电路交换是一种易于使用的技术。对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术。信，广泛使用的是报文交换技术。报文在一个结点的延迟时间等于接收全部报文的时间和报文在一个结点的延迟时间等于接收全部报文的时间和排队等待时间。排队等待时间。27发送一个报文后，在发送下一个报文时，根据网络当时的负荷情况，发送一个报文后，在发送下一个报文时，根据网络当时的负荷情况，不一定走与前一个报文同样的路径。如图

33、所示。不一定走与前一个报文同样的路径。如图所示。28报文交换的特点：报文交换的特点：（1 1）源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通道，）源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通道，没有没有建立电路和建立电路和拆除电路所需的拆除电路所需的等待和时延，等待和时延，仅在相邻节点传输报文时建立节点间的连接。仅在相邻节点传输报文时建立节点间的连接。称为称为“无连接的无连接的”（典型例子：电报）；（典型例子：电报）；（2 2）线路利用率高线路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，分时共享一分时共享一条结点到结点的通道。条结点到结点的通道。

34、能高效地传输数据；（不用独占）能高效地传输数据；（不用独占）（3 3）报文交换可把一个报文送到多个目的地，而电路交换很难做到这一点；报文交换可把一个报文送到多个目的地，而电路交换很难做到这一点；（4 4）要求节点具备）要求节点具备强的报文数据存储能力强的报文数据存储能力，一般节点由微机或小型机担当；，一般节点由微机或小型机担当；（5 5）数据传输可靠性高数据传输可靠性高。（有差错检查；某线路有故障可选其他路径）；。（有差错检查；某线路有故障可选其他路径）；（6 6）整个报文（整个报文（MessageMessage）作为一个整体一起发送）作为一个整体一起发送。每个节点都要把报文完整每个节点都要把

35、报文完整的接收、存储、检错、纠错、转发，产生了的接收、存储、检错、纠错、转发，产生了节点延迟节点延迟；报文出错后整个报文要报文出错后整个报文要全部重发全部重发。（7 7）报文交换对报文长度没有限制）报文交换对报文长度没有限制，报文大小不一，造成存储管理复杂，缓冲报文大小不一，造成存储管理复杂，缓冲器无法分配器无法分配；大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高；大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高；（8 8）当流量增大时，在电路交换中可能导致一些呼叫不能被接收，而在报文交）当流量增大时，在电路交换中可能导致一些呼叫不能被接收，而在报文交换中，报文仍可接收，只是延时会增加。

36、换中，报文仍可接收，只是延时会增加。报文交换的主要缺点：报文交换的主要缺点： 网络延时较长，波动范围较大，不宜用于实时通信或交互通信。网络延时较长，波动范围较大，不宜用于实时通信或交互通信。 29将报文分割成若干个大小相等的分组（将报文分割成若干个大小相等的分组（PacketPacket）进行存）进行存储转发。储转发。分组头部信息中应包含分组编号。分组头部信息中应包含分组编号。 特点：特点：（1 1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路）数据传输前不需要建立一条端到端的通路也是也是“无无连接的连接的”。（2 2）强大的功能强大的功能，如纠错机制、流量控制、拥塞控制、路，如纠错机制、流量控制、拥

37、塞控制、路由选择等。由选择等。 优缺点：优缺点：（1 1）对转发节点的存储要求较低对转发节点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分，可以用内存来缓冲分组组速度快；速度快；（2 2）转发延时小转发延时小适用于交互式通信；适用于交互式通信；（3 3）某个分组出错可以仅重发出错的分组某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高；效率高；（4 4）各分组可通过不同路径传输各分组可通过不同路径传输，容错性好。，容错性好。（5 5）需要分割报文和重组报文需要分割报文和重组报文，增加了端节点的负担。，增加了端节点的负担。2.2. 分组交换（分组交换（Packet SwitchingPacket Switching）3

38、0（1 1）数据报方式（）数据报方式（DatagramDatagram）各报文分组中包含目的节点的地址，可根据各报文分组各报文分组中包含目的节点的地址，可根据各报文分组独立地独立地确定路由确定路由（传输路径）（传输路径）不能保证报文分组按序到达不能保证报文分组按序到达，目的节点需要按分组编号重新排目的节点需要按分组编号重新排序和组装序和组装数据报方式不能保证分组按序到达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分组可能通过多个路径穿越网络3132数据报分组交换方式的特点：数据报分组交换方式的特点： （a a）每个分组被称为一个数据报，若干个数据报构成一次要每个分组被称为一个数据

39、报，若干个数据报构成一次要传送的报文或数据块。传送的报文或数据块。数据报方式采用同报文交换一样的方法数据报方式采用同报文交换一样的方法对每个分组单独进行处理（把分组看成一个小报文）。对每个分组单独进行处理（把分组看成一个小报文）。（b b）每一个报文分组在传输过程中都必须带）每一个报文分组在传输过程中都必须带有源节点地址和有源节点地址和目的节点地址目的节点地址。（c c）同一报文的不同分组可以由）同一报文的不同分组可以由不同的传输路径不同的传输路径通过通信子通过通信子网。网。（d d）同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现）同一报文的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重乱序、重复或丢失现象

40、复或丢失现象。（e e）使用数据报分组交换的方式时，数据报文）使用数据报分组交换的方式时，数据报文传输延迟仍比传输延迟仍比较大较大，适用于突发性通信，但不适用于长报文、会话式通信。，适用于突发性通信，但不适用于长报文、会话式通信。33（2 2）虚电路方式（）虚电路方式（Virtual CircuitVirtual Circuit） 通信前预先建立一条逻辑连接通信前预先建立一条逻辑连接虚电路虚电路 虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的 类比：铁路系统（旅客类比：铁路系统（旅客/ /列车列车: :分组，铁路网分组，铁路网: :网络，火车站网络

41、，火车站: :节点）节点）“西安北京西安北京”这条线路可以看成是一条虚路径这条线路可以看成是一条虚路径 通信也需要三个过程：通信也需要三个过程：建立连接数据传输拆除连接建立连接数据传输拆除连接 建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源建立虚电路时，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穿越网络“数字管道数字管道”34 分组通过预先建立好的虚电路穿越网络分组通过预先建立好的虚电路穿越网络3536

42、虚电路分组交换方式的特点：虚电路分组交换方式的特点：（1 1）提供的是提供的是“面向连接面向连接”的服务；的服务；（2 2）虚电路）虚电路无专用电路无专用电路，而是选定了特定路径进行传输，各分组，而是选定了特定路径进行传输，各分组所途径的所有节点都对这些分组进行存储所途径的所有节点都对这些分组进行存储/ /转发，而电路交换无此转发，而电路交换无此功能。功能。（3 3）一次通信的所有分组都从这条逻辑连接的虚电路上通过，）一次通信的所有分组都从这条逻辑连接的虚电路上通过，不不再进行路由选择再进行路由选择。因此，。因此，各个分组不必带有源地址、目的地址等辅各个分组不必带有源地址、目的地址等辅助信息，

43、只需要携带虚电路标识号助信息，只需要携带虚电路标识号。各个分组到达目的节点。各个分组到达目的节点不会出不会出现丢失、重复与乱序的现象现丢失、重复与乱序的现象。（4 4）节点）节点只需要做差错检测只需要做差错检测。（5 5）通信子网中的每个节点都可以和任何节点建立）通信子网中的每个节点都可以和任何节点建立多条虚电路连多条虚电路连接接。37总结：总结：1 1、虚电路方式与电路交换方式的区别：虚电路方式与电路交换方式的区别： 使用物理通道不同，它仍是使用存储转发方式传输数据，分组信息要使用物理通道不同，它仍是使用存储转发方式传输数据，分组信息要暂存于每个结点，进行排队等待转发。由于采用的是存储转发的

44、分组交换，暂存于每个结点，进行排队等待转发。由于采用的是存储转发的分组交换，所以只是断续地占用一段又一段的链路，分组在每个结点仍然需要存储，所以只是断续地占用一段又一段的链路，分组在每个结点仍然需要存储，并在线路上进行输出排队，但不需要为每个分组做出路径判定。并在线路上进行输出排队，但不需要为每个分组做出路径判定。虚电路的标识符只是对逻辑信道的一种编号虚电路的标识符只是对逻辑信道的一种编号 ，并不指某一条物理线，并不指某一条物理线路本身。一条物理线路可能被标识为许多逻辑信道编号，这正体现了信道路本身。一条物理线路可能被标识为许多逻辑信道编号，这正体现了信道资源的共享性。资源的共享性。2 2、虚

45、电路方式与数据报方式的区别：虚电路方式与数据报方式的区别： 数据报方式没有呼叫建立过程，每个分组（或称数据报）均带有完整数据报方式没有呼叫建立过程，每个分组（或称数据报）均带有完整的目的站的地址信息，独立地选择传输路径，到达目的站的顺序与发送时的目的站的地址信息，独立地选择传输路径，到达目的站的顺序与发送时的顺序可能不一致。而虚电路方式必须通过虚呼叫建立一条虚电路，每个的顺序可能不一致。而虚电路方式必须通过虚呼叫建立一条虚电路，每个分组不需要携带完整的地址信息，只需带上虚电路的号码标志，不需要选分组不需要携带完整的地址信息，只需带上虚电路的号码标志，不需要选择路径，均沿虚电路传送，这些分组到达

46、目的站的顺序与发送时的顺序完择路径，均沿虚电路传送，这些分组到达目的站的顺序与发送时的顺序完全一致。全一致。383 3、分组交换比报文交换有明显的优点：分组交换比报文交换有明显的优点：（1 1）减少了时间延迟。）减少了时间延迟。（2 2）每个结点上所需缓冲容量减少了（因为分组长度小于报文长度），）每个结点上所需缓冲容量减少了（因为分组长度小于报文长度），有利于提高结点存储资源的利用率。有利于提高结点存储资源的利用率。（3 3）传输有错时，只要重传一个分组而不要重发报文，大大减少每次传）传输有错时，只要重传一个分组而不要重发报文，大大减少每次传输发生错误的概率以及重传信息的数量。输发生错误的概率

47、以及重传信息的数量。（4 4）易于重新开始新的传输。）易于重新开始新的传输。分组交换的缺点是每个分组都要附加一些控制信息，增加了所传信息分组交换的缺点是每个分组都要附加一些控制信息，增加了所传信息的体积（通常增加的体积（通常增加5%5%到到10%10%），相应地，加工处理时间也有所增加。），相应地，加工处理时间也有所增加。目前，电路交换用于数字交换网络和计算机化小型交换机（目前，电路交换用于数字交换网络和计算机化小型交换机（CBXCBX）网）网络，而分组交换广泛用于计算机网络中，一般都不采用报文交换。络，而分组交换广泛用于计算机网络中，一般都不采用报文交换。392.5 差错控制1 1、差错控制

48、概念、差错控制概念 在通信过程中，发现、检测差错并进行纠正。在通信过程中，发现、检测差错并进行纠正。2 2、差错控制原因、差错控制原因 不存在理想的信道不存在理想的信道传输总会出错传输总会出错 与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。3 3、产生差错因素（信号本身和噪声；噪声分热噪声和冲击噪声）、产生差错因素（信号本身和噪声；噪声分热噪声和冲击噪声） （1 1）信号本身：衰减、反射、串扰；）信号本身：衰减、反射、串扰； （2 2）热噪声：由信道的电气特性，即传输介质导体的电子热运动产生，）热噪声：由信道的电气特性，即传输介质导体的电子

49、热运动产生，引起的信号幅度、频率、相位的畸变；热噪声是一种随机噪声，所引起引起的信号幅度、频率、相位的畸变；热噪声是一种随机噪声，所引起的传输差错为随机差错，差错彼此无关。的传输差错为随机差错，差错彼此无关。 （3 3）冲击噪声：由外界电磁干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度）冲击噪声：由外界电磁干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声所引起的传输差错为突发较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声所引起的传输差错为突发错，错误之间有相关性。错，错误之间有相关性。4 4、差错控制、差错控制基本方法基本方法 接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。

50、接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。405 5、差错控制编码、差错控制编码（1 1）纠错码纠错码 让每个传输的分组都带上足够的冗余信息，以便让每个传输的分组都带上足够的冗余信息，以便在接收端能发现并自动纠正传输中的差错。实现复杂、在接收端能发现并自动纠正传输中的差错。实现复杂、造价高，在计算机通信中很少使用。造价高，在计算机通信中很少使用。（2 2）检错码检错码 让分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息，让分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息，但但不能确定错误位的位置，自己不能纠正传输差错不能确定错误位的位置，自己不能纠正传输差错。通常有通常有奇偶校验码，方块码和循环冗

51、余码。奇偶校验码，方块码和循环冗余码。41（一）奇偶校验（一）奇偶校验奇偶校验又叫字符校验、垂直冗余校验（奇偶校验又叫字符校验、垂直冗余校验（VRCVRC）。它是以字符为单位）。它是以字符为单位的校验方法，是最简单的一种校验方法。它在每个字符编码的后面（或最的校验方法，是最简单的一种校验方法。它在每个字符编码的后面（或最前面），另外增加一个二进制位，该位叫做校验位。其主要目的是使整个前面），另外增加一个二进制位，该位叫做校验位。其主要目的是使整个编码中编码中1 1（或（或0 0）的个数成为奇数或偶数。如果使编码中）的个数成为奇数或偶数。如果使编码中1 1的个数成为奇数的个数成为奇数则叫做奇校验

52、，反之，则叫做偶校验。则叫做奇校验，反之，则叫做偶校验。例如：例如：字符字符R R的的ASCIIASCII编码为编码为10100101010010，后面增加一位进行奇校验后面增加一位进行奇校验1010010010100100（使（使1 1的个数为奇数），的个数为奇数），传送时若其中一位出错，码变为传送时若其中一位出错，码变为1011011 101000100，奇校验能检查出错误，奇校验能检查出错误，传送时若有两位出错，码变为传送时若有两位出错，码变为1011011111100100，奇校验就不能检查出错误了。，奇校验就不能检查出错误了。事实上，在传输过程中，偶然一位出错的机会最多，故这种简单的

53、校事实上，在传输过程中，偶然一位出错的机会最多，故这种简单的校验方法还是很有用处的。但这种方法只能检测错误而不能纠正错误，因为验方法还是很有用处的。但这种方法只能检测错误而不能纠正错误，因为它不能检测出错在哪一位。它不能检测出错在哪一位。42（二）方块校验（二）方块校验方块校验又叫报文校验、水平垂直冗余校验（方块校验又叫报文校验、水平垂直冗余校验（LRCLRC）。这种方法是在）。这种方法是在奇偶校验的基础上，在一批字符传送之后，另外增加一个检验字符，该奇偶校验的基础上，在一批字符传送之后，另外增加一个检验字符，该检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中1 1

54、的个数成为奇数（或偶数）。的个数成为奇数（或偶数）。例：例：奇偶校验位（奇校验）奇偶校验位（奇校验）字符字符1 1010010 01 1010010 0字符字符2 1000001 12 1000001 1字符字符3 1001100 03 1001100 0字符字符4 1010000 14 1010000 1字符字符5 1001000 15 1001000 1字符字符6 1000010 16 1000010 1- 方块校验字符（奇校验）方块校验字符（奇校验） 1111010 11111010 143采用这种方法之后，不仅可以检验出一位、二位或三位的错误，而采用这种方法之后，不仅可以检验出一位、二

55、位或三位的错误，而且可以自动纠正一位出错，使误码率能降低且可以自动纠正一位出错，使误码率能降低2 23 3个数量级，纠错效果十个数量级，纠错效果十分显著，广泛用于通信和某些计算机外部设备中。分显著，广泛用于通信和某些计算机外部设备中。44* *（2 2）循环冗余校验循环冗余校验（CRC, Cyclic Redundancy CheckCRC, Cyclic Redundancy Check） 一种通过多项式除法检测错误的方法。核心思想是将待传输的数据位串看成系数为0或1的多项式。 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校验和并把它加在数据的

56、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位的位串。 CRC校验的关键是如何计算校验和。45 CRCCRC校验和的计算校验和的计算 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，结果就是要传

57、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。46 CRC校验码的检错能力： 可检出所有奇数个错； 可检出所有单/双错； 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+1473循环冗余校验循环冗余校验CRC该办法不产生奇偶校验码，而是把整

58、个数据块当作一串连续的二进该办法不产生奇偶校验码，而是把整个数据块当作一串连续的二进制数据。从代数结构来说，这可以看作是一报文码多项式。例如，制数据。从代数结构来说，这可以看作是一报文码多项式。例如，110001有有6位，表示成多项式是位，表示成多项式是x5+x4+x0。它的。它的6个多项式系数分别是个多项式系数分别是1,1,0,0,0和和1。如果采用多项式编码的方法，发送方和接收方必须事先商定一个生如果采用多项式编码的方法，发送方和接收方必须事先商定一个生成多项式成多项式G（x），生成多项式的高位和低位必须是），生成多项式的高位和低位必须是1，ITU-T推荐的生推荐的生成多项式（成多项式（C

59、RC-CCITT）为）为G（X）=X16+X12+X5+1。要计算报文码多。要计算报文码多项式的校验码，生成多项式必须比该多项式短。项式的校验码，生成多项式必须比该多项式短。循环冗余校验的基本思想是：循环冗余校验的基本思想是：在发送时，将报文码多项式用生成多项式来除，将相除结果的余数在发送时，将报文码多项式用生成多项式来除，将相除结果的余数作为校验码跟在报文码之后一同发送出去。在接收端，把接收到的含校作为校验码跟在报文码之后一同发送出去。在接收端，把接收到的含校验码的报文码再用同一个生成多项式来除，如在传送过程中无差错，则验码的报文码再用同一个生成多项式来除，如在传送过程中无差错，则应该除尽，

60、即余数应为应该除尽，即余数应为0，若除不尽，则说明传输过程中有差错，应要求，若除不尽，则说明传输过程中有差错，应要求对方重新发送一次。对方重新发送一次。48多项式以多项式以2为模运算。按照它的运算法则，加法不进位，减法不借位。为模运算。按照它的运算法则，加法不进位，减法不借位。加法和减法两者都与异或运算相同。加法和减法两者都与异或运算相同。长除法同二进制运算是一样的，只是做减法时按模长除法同二进制运算是一样的，只是做减法时按模2进行。如果减出进行。如果减出的值的最高位为的值的最高位为0，则商，则商0；如果减出的值的最高位为；如果减出的值的最高位为1，则商，则商1。下面是帧下面是帧1101和和G