数据通信基础概念知识

1、 发送设备发送机信道接收机接收设备通信系统基本模型通信系统基本模型 发送设备 发送机 信道 接收机 接收设备 信息 信号 信号 信息 编码器 调制器 信道 解调器 译码器 比特流 信号 信号 比特流 数据传输系统模型数据传输系统模型 TB1nBS2logNNpee串行通信与并行通信串行通信与并行通信 单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信 0 1 0 1 1 0 0 1 0 数字数据 （a）NRZ编码 NRZ编码的 同步时钟 （b）曼彻斯特编码 （c）差分曼彻斯特 编码 数字数据到数字信号的编码方法数字数据到数字信号的编码方法 )sin()()(ttAtu 在接收端把模拟信号恢复为数

2、字信号的在接收端把模拟信号恢复为数字信号的过程称为解调过程称为解调,相应的的设备称为解调器相应的的设备称为解调器. 同时具备调制和解调功能的设备称为调同时具备调制和解调功能的设备称为调制解调器制解调器.(2)模拟信号的调制模拟信号的调制在调制过程中选用的载波信号可以表示为在调制过程中选用的载波信号可以表示为:其中其中,A:振幅振幅, :角频率角频率, :相位相位,这这三个量是载波信号的三个量是载波信号的3个可变电参量个可变电参量.mA0)()sin()(0tutAtum数字数字”1”数字数字”0”模拟数据信号的编码方法模拟数据信号的编码方法 )sin()()sin()(0201tAtutAtu

3、mm数字数字”1”数字数字”0”000)sin()()0sin()(0tAtutAtumm00 00 0DEC起始起始空号空号停止停止1个字符个字符起始起始空号空号停止停止1个字符个字符起始起始DEC停止停止奇偶位奇偶位b7b6b5 b4b3 b2 b1起始起始 异步传输方式异步传输方式工作过程如下工作过程如下:平时在线路上没有信号时平时在线路上没有信号时,线路上处于空号状态线路上处于空号状态即高电平状态即高电平状态;一旦接收端检测到传输线路从高电平跳向低电一旦接收端检测到传输线路从高电平跳向低电平平,也即接收端收到起始位也即接收端收到起始位,说明发送端已经开始传输数据说明发送端已经开始传输数

4、据.那么那么接收端利用传输线的这种电平跳变接收端利用传输线的这种电平跳变,启动内部时钟启动内部时钟,使其对准接使其对准接收信息的每一位进行采样收信息的每一位进行采样,以确保正确的接收以确保正确的接收.当接收端收到停当接收端收到停止位时止位时,标志着传输结束标志着传输结束.高 速 通 信 线 路多 路复 用 器多 路复 用 器 多 路 复 用 器 多 路 复 用 器 高 速 通 信 线 路 多路复用原理示意图多路复用原理示意图 频分多路复用原理示意图频分多路复用原理示意图 时分多路复用原理示意图时分多路复用原理示意图 时分复用示例时分复用示例 共享光纤光栅光栅光纤1光纤2光纤1光纤2光 纤1 光

5、 纤2 光 栅 光 栅 光 纤1 光 纤2 共 享 光 纤 WDM原理示意图原理示意图 主叫用户A局B局C局被叫用户拨号音拨号占用信号占用信号振铃取机通话(信息传送)被叫挂机反向拆线信号主叫挂机正向拆线信号挂机正向证实信号呼叫建立连接释放回铃音挂机报文分组：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l在数据报方式中，分组在传送时，不需要预先在在数据报方式中，分组在传送时，不需要预先在源源主机主机与与目的主机目的主机之间建立之间建立“线路连接线路连接”；l源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条源主机所发送的每一个分组都可以独立地选择一条

6、传输路径；传输路径；l每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输路径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的。到达目的主机的。结点A结点F结点C结点E结点D结点G结点Bp2p1p1p1p1p2p2p2p1p2ACKACKACKACKACKACK主机A主机Bl同一报文的不同分组可以由不同的传输路同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网；径通过通信子网；l同一报文的不同分组到达目的结点时可能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；出现乱序、重复与丢失现象；l每一个分组在传输过程中都必须带有目的每一个分组在传输过程中都必须带有目的地址与源地址；地址与源

7、地址；l使用数据报方式，报文传输延迟较大，适使用数据报方式，报文传输延迟较大，适用于突发性通信，不适用于长报文、会话式用于突发性通信，不适用于长报文、会话式通信。通信。虚电路交换机虚电路交换机的连接状态由的连接状态由VC表中的每个连表中的每个连接记录组成。一个连接记录包括以下几部分：接记录组成。一个连接记录包括以下几部分：l输入接口，此输入接口，此VC的分组从该接口到达。的分组从该接口到达。l输入输入VCI，虚电路标示，包含在每个到达的，虚电路标示，包含在每个到达的分组中。分组中。l输出接口，此输出接口，此VC的分组从该接口离开交换的分组从该接口离开交换机。机。l输出输出VCI，用于输出分组。

8、，用于输出分组。交换机交换机1主机主机D主机主机C主机主机A320交换机交换机2主机主机E主机主机F3121交换机交换机3主机主机G主机主机H主机主机B00123交换机交换机1主机主机D主机主机C主机主机A320交换机交换机2主机主机E主机主机F3121交换机交换机3主机主机G主机主机H主机主机B00123 5 11 7 447115物理链路虚通路虚通道ATM端用户ATM交换机ATM交换机ATM交换机ATM交换机ATMATM网络网络ATM接口卡声音文本视频ATM端用户ATM端用户信元4信元1信元2信元3信元5虚通道 VCI=1 (文本)虚通道 VCI=2 (声音)虚通道 VCI=3 (视频)虚

9、通路文本视频声音ATM接口卡信元4信元1信元2信元3信元5信元4信元1信元2信元3信元5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)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

10、.G(x)=Q(x)+R(x)G(x)1 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).xk1 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 1信源校验码编码器存储器发送装置传输信道接收装置发送端发送端校验码译码器接收端接收端信宿反馈信号控制器反馈信号控制器接收端接收端发送端发送端A

11、CKNAKACK12231223时间ABDATA0送主机ACKDATA1送主机ACK(a) 正常情况正常情况ABDATA0DATA0送送主主机机ACK(c) 数据帧丢失数据帧丢失重重传传tout丢丢失失 ！ABDATA0送送主主机机ACKDATA0丢丢弃弃ACK(d) 确认帧丢失确认帧丢失重重传传tout丢丢失失 ！ABDATA0NAKDATA0送送主主机机ACK(b) 数据帧出错数据帧出错重重传传出错出错停止等待方式的四种情况停止等待方式的四种情况 结点结点A发送完一个数据帧时，就启动一个发送完一个数据帧时，就启动一个超时计时器超时计时器(timeout timer)。 计时器又称为计时器又

12、称为定时器。定时器。 若到了超时计时器所设置的重传时间若到了超时计时器所设置的重传时间 tout而仍收不到结点而仍收不到结点 B 的任何确认帧，则结的任何确认帧，则结点点 A 就重传前面所发送的这一数据帧。就重传前面所发送的这一数据帧。 一般可将重传时间选为略大于一般可将重传时间选为略大于“从发完从发完数据帧到收到确认帧所需的平均时间数据帧到收到确认帧所需的平均时间”。 解决帧丢失：超时计时器解决帧丢失：超时计时器解决重复帧：帧序号解决重复帧：帧序号 使每一个数据帧带上不同的发送序号。每发送使每一个数据帧带上不同的发送序号。每发送一个新的数据帧就把它的发送序号加一个新的数据帧就把它的发送序号加

13、 1。 若结点若结点 B 收到发送序号相同的数据帧，就表明收到发送序号相同的数据帧，就表明出现了重复帧。这时应丢弃重复帧，因为已经出现了重复帧。这时应丢弃重复帧，因为已经收到过同样的数据帧并且也交给了主机收到过同样的数据帧并且也交给了主机 B。 但此时结点但此时结点 B 还必须向还必须向 A 发送确认帧发送确认帧 ACK，因为因为 B 已经知道已经知道 A 还没有收到上一次发过去还没有收到上一次发过去的确认帧的确认帧 ACK。 帧的编号问题帧的编号问题 任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定任何一个编号系统的序号所占用的比特数一定是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号是有限的。因此，经过一段时间后，发送序号就会重复。就会重复。 序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销序号占用的比特数越少，数据传输的额外开销就越小。就越小。 对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就对于停止等待协议，由于每发送一个数据帧就停止等待，因此