第3章：数据通信与通信网基础

1、第3章 数据通信与通信网基础o3.1 数据通信的基本概念 o3.2 数据通信方式 o3.3 数据编码技术 o3.4 多路复用技术 o3.5 数据交换技术 o3.6 数据通信的主要性能指标 o3.7 通信网简介 3.1 数据通信的基本概念o数据通信的定义数据通信的定义 n数据通信(Data Communication）:在计算机之间、计算机与终端以及终端与终端之间传送表示字符、数字、语音、图像的二进制代码0、1比特序列的过程。3.1 数据通信的基本概念o3.1.1 数据、信息与信号 n1.信息和数据信息和数据n信息泛指那些通过各种方式传播的、可被感受的声音、文字、图像、符号等所表征的某一特定事物

2、的消息、情报或知识。n数据是对客观事物的符号表示，在计算机科学中是指所有输入到计算机中并被计算机程序处理的符号的总称。n数据是信息的载体，信息是数据的具体内容和解释。3.1 数据通信的基本概念o数据的分类数据的分类n数据分为模拟数据和数字数据两种。n1） 模拟数据：在时间和幅值取值上都是连续变化的，例如声音、语音、视频和动画片等。模拟数据通常用传感器收集。n2） 数字数据：在时间上是离散的，在幅值上是经过量话的，它一般是由0、1构成的二进制代码组成的数字序列。n数字数据容易存储、处理和传输；模拟数据经过处理也很容易变成数字数据,当然数字数据也可转换为模拟数据。3.1 数据通信的基本概念o3.1

3、.1 数据、信息与信号 n2.2.信号信号n信号（Signal）：在数据通信中，信息被转换为适合在通信信道上传输的电编码、电磁编码或光编码，这种在信道上传输的电/光编码叫做信号。n模拟信号：时间上连续、幅值上连续，例如电话语音信号、传统的（非数字）电视信号等。n数字信号：时间上连续、幅值上离散。3.1 数据通信的基本概念o3.1.2 数据通信系统数据通信系统n数据通信系统基本组件：发送设备、接收设备、发送机、信道和接收机。n信息传输系统：信源（发送机）、信宿（接收机）和信道。3.1 数据通信的基本概念o1. 1. 信源和信宿信源和信宿n信源：信息的发送端，是发出待传送信息的人或设备。n信宿：信

4、息的接收端，是接收所传送信息的人或设备。3.1 数据通信的基本概念o2. 2. 信道信道n信道是以传输介质为基础的传输信息的通道。n一条通信介质构成的线路上可包含多个信道。n信道本身也可以是模拟或数字方式的3.1 数据通信的基本概念o3. 3. 信号变换器信号变换器n信号变换器在发送端的作用是将信源发出的信息变换成适合在信道上传输的信号；在接收端的作用刚好相反。n发送端的信号变换器可以是编码器或调制器；接收端对应的是译码器或解调器。n编码器功能：一是信源编码；二是信道编码。n由于网络传输信息是双向的，因此发送端和接收端的信号变换器功能是合并的。3.1 数据通信的基本概念o4、噪声源n在实际通信

5、系统中，难免受到外界电磁波等噪音在实际通信系统中，难免受到外界电磁波等噪音源的干扰影响。源的干扰影响。数据数据+ +噪音噪音噪音源噪音源信信 源源信信 道道信信 宿宿3.1 数据通信的基本概念o5. 数据通信、数字通信与模拟通信n数据通信包括数字通信和模拟通信两种。3.1 数据通信的基本概念o模拟通信n普通的电话、广播、电视等信号都属于模拟信号，由普通的电话、广播、电视等信号都属于模拟信号，由模拟信号所构成的通信系统属于模拟通信系统。通常模拟信号所构成的通信系统属于模拟通信系统。通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪音源组由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪音源组成，其基本结构模型如

6、图所示。成，其基本结构模型如图所示。信信 源源调制器调制器解调器解调器信信 宿宿信信 道道噪音源噪音源调制器用于将发送端数字信号变换成模拟信号；解调器用于将模拟信号还原成数调制器用于将发送端数字信号变换成模拟信号；解调器用于将模拟信号还原成数字信号。字信号。3.1 数据通信的基本概念o数字通信数字通信o计算机通信、数字电话以及数字电视等信号都属于数字计算机通信、数字电话以及数字电视等信号都属于数字信号，由数字信号构成的通信系统属于数字通信系统。信号，由数字信号构成的通信系统属于数字通信系统。通常由信源、编码器、信道、解码器、信宿以及噪音源通常由信源、编码器、信道、解码器、信宿以及噪音源组成，其

7、基本结构模型如图所示。组成，其基本结构模型如图所示。信信 源源编码器编码器解码器解码器信信 宿宿信信 道道噪音源噪音源3.1 数据通信的基本概念以上介绍了数据通信技术的基本概念。事实上，无论是以上介绍了数据通信技术的基本概念。事实上，无论是实现模拟通信、还是实现数字通信，都涉及到一系列的实现模拟通信、还是实现数字通信，都涉及到一系列的技术问题，包括数据调制与编码技术、数据传输技术、技术问题，包括数据调制与编码技术、数据传输技术、多路复用技术、数据交换技术、数据传输的差错检测与多路复用技术、数据交换技术、数据传输的差错检测与控制技术等。控制技术等。电话线电话线电话交换网电话交换网计算机计算机Mo

8、dem电话机电话机ModemModem电话机电话机计算机计算机电话线电话线第3章 数据通信与通信网基础o3.1 数据通信的基本概念 o3.2 数据通信方式数据通信方式 o3.3 数据编码技术 o3.4 多路复用技术 o3.5 数据交换技术 o3.6 数据通信的主要性能指标 o3.7 通信网简介 3.2 数据通信方式o3.2.1 3.2.1 并行传输与串行传输并行传输与串行传输是指将二进制代码按由低位到高位的顺序，在一条信道上依次传输。在计算机中，通常是用8位的二进制代码来表示一个字符。接接收收设设备备发发送送设设备备1234567812387645并行到串行的转换串行到并行的转换3.2 数据通

9、信方式o3.2.1 3.2.1 并行传输与串行传输并行传输与串行传输指数据以成组的方式在多个并行信道上传输。将表示一个字符的8位二进制代码同时通过8条并行的通信信道发送出去，这种工作方式称为并行通信，3.2 数据通信方式o3.2.2 异步传输与同步传输异步传输与同步传输n1.异步传输方式每个字符代码前后的起始位和停止位标识字符的开始和结束；起始位为“0”,占一位;停止位为“1”,占1-2位。起始和停止位兼作线路两端的同步时钟；字符之间间隔任意。在没有数据发送时发送方可发送连续的停止位，接收方根据“1”至“0”的跳变来判别一个新字符的开始，然后接收字符中的所有位。速率较低3.2 数据通信方式o3

10、.2.2 3.2.2 异步传输与同步传输异步传输与同步传输n2.同步传输方式n对一组字符同步。不是加一位停止位，而是在数据块前加特殊模式的位组合n优点：开销少，效率高。n缺点：整个数据块一旦有一位错传，则须重传整个数据块内容3.2 数据通信方式o3.2.3 3.2.3 数据传输方向数据传输方向3.2 数据通信方式o3.2.4 3.2.4 连接方式连接方式n点对点连接n多点连接：共享一条通信主线路3.2 数据通信方式o3.2.5 基带传输与频带传输基带传输与频带传输n基带传输：基带传输：直接传输数字信号，即指数字脉冲信号在传输介质上保持数据波形按原样进行传输。n频带传输：频带传输：利用模拟通信信

11、道传输，把数字信号调制成模拟信号后再发送和传输，到达接收端再把模拟信号解调成原来的数字信号。第3章 数据通信与通信网基础o3.1 数据通信的基本概念 o3.2 数据通信方式 o3.3 数据编码技术数据编码技术 o3.4 多路复用技术 o3.5 数据交换技术 o3.6 数据通信的主要性能指标 o3.7 通信网简介 3.3 数据编码技术数据编码技术3.3.1 3.3.1 模拟数据编码方法模拟数据编码方法o即将数字数据转换为模拟信号的编码方法。也就是调制的过程o传统的电话通信线：只适用于传输300-3400Hz之间的模拟信号，无法直接传输计算机的数字信号。o模拟数据编码基于调幅、调频、调相基于调幅、

12、调频、调相3种调制技种调制技术，也分别称为振幅键控、移频键控和移相键控术，也分别称为振幅键控、移频键控和移相键控3.3.1 模拟数据编码方法图图 3-12 3-12 模拟数据的调制原理示意图模拟数据的调制原理示意图3.3.1 模拟数据编码方法o1、调幅（、调幅（ASK）n振幅键控（Amplitude-Shift Keying, ASK）。通过改变载波信号振幅来表示数字信号通过改变载波信号振幅来表示数字信号1、0。例如，可以用载波幅度例如，可以用载波幅度Um表示数字表示数字1，用载波，用载波幅度幅度0表示数字表示数字0。n实现容易，抗干扰能力差。3.3.1 模拟数据编码方法o2、调频（、调频（F

13、SK）n移频键控（Frequency-Shift Keying,FSK）。通过改变载波信号角频率来表示数字信号通过改变载波信号角频率来表示数字信号1、0。n实现容易，技术简单，抗干扰能力强。是目前是目前最常用的调制方法之一最常用的调制方法之一3.3.1 模拟数据编码方法o3、调相、调相(PSK)n移相键控（Phase-Shift Keying, PSK）。通过改通过改变载波信号的相位值来表示数字信号变载波信号的相位值来表示数字信号1、0。n如果用相位的绝对值表示数字信号如果用相位的绝对值表示数字信号1、0，则称，则称为绝对调相。为绝对调相。n如果用相位的相对偏移值表示数字信号如果用相位的相对偏

14、移值表示数字信号1、0，则称为相对调相。则称为相对调相。n抗干扰能力强，实现技术较复杂。3.3.2 3.3.2 数字数据编码方法数字数据编码方法o数字数据编码就是如何把数字数据用物理信数字数据编码就是如何把数字数据用物理信号的波形表示，是用高低电平的不同组合来号的波形表示，是用高低电平的不同组合来表示二进制的方法，即表示二进制的方法，即数字数据编码成数字数字数据编码成数字信号信号。o常用的编码方式主要有常用的编码方式主要有3种：种：非归零编码、曼非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。o该类编码方式主要用于局域网中该类编码方式主要用于局域网中3.3.2 3.3

15、.2 数字数据编码方法数字数据编码方法3.3.2 3.3.2 数字数据编码方法数字数据编码方法o1. 非归零编码（非归零编码（Non-Return to Zero,NRZ）n低电平表示“0”，高电平表示“1”。n不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码不归零码是一种全宽码，即信号波形在一个码元全部时间内发出相同电平信号，每一位码占元全部时间内发出相同电平信号，每一位码占全部码元的宽度。全部码元的宽度。n需要额外的时钟信号，“0”和“1”个数不等时，有直流分量。3.3.2 3.3.2 数字数据编码方法数字数据编码方法o2.曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Manchester）n曼彻斯特编码是目前应用

16、最广泛的编码方法之曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一。其编码规则是：每个比特的周期一。其编码规则是：每个比特的周期T分为前分为前T/2与后与后T/2两部分；分别传输高、低不同的电两部分；分别传输高、低不同的电平信号平信号n自带时钟信号，不含直流分量。n位中间的正负调变可以分别定义为“0”和“1”。n0低变高n1高变低3.3.2 3.3.2 数字数据编码方法数字数据编码方法o3.差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）n是对曼彻斯特编码的改进，是对曼彻斯特编码的改进，0和和1是根据两比特之是根据两比特之间有无跳变来区分的，如果下一个数据是间有无跳变

17、来区分的，如果下一个数据是0，则两，则两比特中间有一次电平跳变；如果下一个数据是比特中间有一次电平跳变；如果下一个数据是1，则两比特中间没有电平跳变则两比特中间没有电平跳变3.3.3 3.3.3 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法o把把模拟数据转换为数字信号的编码方法模拟数据转换为数字信号的编码方法。由。由于数字信号传输失真小、误码率低、传输速于数字信号传输失真小、误码率低、传输速率高、便于计算机存储，所以将模拟数据数率高、便于计算机存储，所以将模拟数据数字化已成为必然趋势。字化已成为必然趋势。o模拟数据数字编码的最常用方法是脉冲编码模拟数据数字编码的最常用方法是脉冲编码调制（调制（Pulse

18、Code Modulation，PCM)，PCM的工作过程包括的工作过程包括3个步骤：采样、量化与编码个步骤：采样、量化与编码3.3.3 3.3.3 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法o1、采样o采样是模拟信号数采样是模拟信号数字化的第一步。模字化的第一步。模拟信号是电平连续拟信号是电平连续变化的信号，采样变化的信号，采样是隔一定的时间间是隔一定的时间间隔，将模拟信号的隔，将模拟信号的电平幅度值取出来电平幅度值取出来作为样本，让其表作为样本，让其表示原来的信号。示原来的信号。3.3.3 3.3.3 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法o2、量化n量化是将采样样本幅度按量化级决定取值的过程，经量化后的

19、样本幅度为离散的量化级值已不是连续离散的量化级值已不是连续值值。量化的目的是为每一个PAM信号设定一个信号值。n量化之前要将信号分为若干量化级，同时要规定好每一级对应的幅度范围。若量化范围在0127，则每个采样用7位二进制(27128)来表示；若量化的范围在0255,则每个采样用8位二进制（28256）来表示。3.3.3 3.3.3 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法o3、编码n是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。为了能精确地还原成原来的模拟信号，本的量级。为了能精确地还原成原来的模拟信号，量化值编码在传送数字至数模转换器时，其速率量化值

20、编码在传送数字至数模转换器时，其速率必须和采样时一样。经过转换后，信号才会和原必须和采样时一样。经过转换后，信号才会和原来模拟信号波形接近。来模拟信号波形接近。n语音系统，采样频率为8000个/秒样本，7位编码，所以数据传输速率为7*8000=56000bps。第3章 数据通信与通信网基础o3.1 数据通信的基本概念 o3.2 数据通信方式 o3.3 数据编码技术 o3.4 多路复用技术多路复用技术 o3.5 数据交换技术 o3.6 数据通信的主要性能指标 o3.7 通信网简介 3.4 多路复用技术多路复用技术o多路复用(Multiplexing):当传输介质的带宽超过了传输单个信号所需的带宽

21、，就可以通过在一条介质上同时携带多个传输信号的方法来提高传输系统的利用率多多路路复复用用器器多多路路复复用用器器一一条条传传输输线线路路传传输输多多路路信信号号计计算算机机计计算算机机3.4 多路复用技术多路复用技术o1、频分多路复用o2、时分多路复用o3、波分多路复用o4、码分多路复用1、频分多路复用o频分多路复用（Frequency Division Multiplexing, FDM）：将具有一定带宽的信道分割为若干个有较小频带的子信道，每个子信道传输一路信号每个子信道传输一路信号。o主要用于模拟信道。1、频分多路复用频分多路复用主要用于电话模拟信号的传输频分多路复用主要用于电话模拟信号

22、的传输。频分多路复用技术用于模拟信号的频分传频分多路复用技术用于模拟信号的频分传输，主要用于电话和电视系统。一根输，主要用于电话和电视系统。一根CATV电电缆的带宽大约是缆的带宽大约是500MHz，可传送，可传送80个频道的个频道的电视节目。每个频道电视节目。每个频道6MHz的带宽中又进一步的带宽中又进一步划分为声音子通道、视频子通道以及彩色子划分为声音子通道、视频子通道以及彩色子通道，并留有警戒频带。通道，并留有警戒频带。2、时分多路复用o时分多路复用（Time Division Multiplexing, TDM）：将一条物理信道的传输时间分成若干个时间片轮流的给多个信号源使用，每个时间片

23、被复用的一路信号占用。o主要用于数字信道。2、时分多路复用o时分多路复用可分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。n(1) 同步时分：同步时分：指发送端的多台计算机通过一条线指发送端的多台计算机通过一条线路向接收端发送数据时进行分时处理，它们以固路向接收端发送数据时进行分时处理，它们以固定的时隙进行分配。定的时隙进行分配。n(2) 异步时分：异步时分：又被称为统计时分复用技术，它能又被称为统计时分复用技术，它能动态地按需分配时隙，以避免每个时隙段中出现动态地按需分配时隙，以避免每个时隙段中出现空闲时隙。异步时分在分配时隙时是不固定的，空闲时隙。异步时分在分配时隙时是不固定的，而是只给想发送数据

24、的发送端分配其时隙段，当而是只给想发送数据的发送端分配其时隙段，当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。3、波分多路复用o波分多路复用（Wave Division Multiplexing, WDM）：指在一根光纤上同时传送多个波长不同的光载波的复用技术。o优点：优点：(1)在不增建线路的情况下，容量大幅增加；(2)结构简单、体积小、可靠性高、成本低；(3)使用方便和灵活；(4)可在同一个光纤上实现双向传输。4、码分多路复用码分多路复用(CDM)是一种用于移动通信系统的新技术,笔记本电脑和掌上电脑等移动性计算机的连网通信将会大量使用码分多路复用技术。在CD

25、M系统中,所有用户占用相同的带宽，使用同一频率同时发送或接收信号，各个用户的信号用各自不同的地址码序列来区分。以扩频通信为基础，各个用户共享频段而独占时间第3章 数据通信与通信网基础o3.1 数据通信的基本概念 o3.2 数据通信方式 o3.3 数据编码技术 o3.4 多路复用技术 o3.5 数据交换技术数据交换技术 o3.6 数据通信的主要性能指标 o3.7 通信网简介 3.5 数据交换技术数据交换技术o各种数据经过编码后在通信线路上进行传输，实现数据各种数据经过编码后在通信线路上进行传输，实现数据通信。数据通信最简单的方式是利用传输介质将两个端通信。数据通信最简单的方式是利用传输介质将两个

26、端点直接相连，但点直接相连，但每个通信系统都采用把收发两端直接相每个通信系统都采用把收发两端直接相连的形式是不可能的连的形式是不可能的，通常通过一个由多个结点组成的，通常通过一个由多个结点组成的中间网络，把数据从源结点转发到目的结点，实现相互中间网络，把数据从源结点转发到目的结点，实现相互通信。这个通信。这个中间网络也叫交换网络中间网络也叫交换网络。o因此，数据交换是因此，数据交换是研究研究如何通过中间网络实现联网计算如何通过中间网络实现联网计算机之间的数据传递问题。机之间的数据传递问题。3.5 数据交换技术数据交换技术o数据交换可分为电路交换和存储交换两大数据交换可分为电路交换和存储交换两大

27、类，存储交换又分为报文交换和报文分组类，存储交换又分为报文交换和报文分组交换交换。n3.5.1 电路交换n3.5.2 报文交换和报文分组交换n3.5.3 高速交换技术3.5.1 电路交换电路交换电路交换也称为线路交换，是根据电话交换原理发电路交换也称为线路交换，是根据电话交换原理发展起来的一种直接交换方式。电路交换的过程分为展起来的一种直接交换方式。电路交换的过程分为3个步骤：个步骤：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。建立一条端到端的电路。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保持连接状

28、态。可以是数字数据或模拟数据，双向传持连接状态。可以是数字数据或模拟数据，双向传输。输。 数据传输结束后，由某一方发出拆除请求数据传输结束后，由某一方发出拆除请求然后逐节拆除到对方节点。然后逐节拆除到对方节点。(1)(1)电路建立电路建立(2)(2)数据传输数据传输(3)(3)电路拆除电路拆除3.5.1电路交换电路交换3.5.1电路交换电路交换 (1) 连接建立后，连接建立后， 数据以固定的传输率传输，数据以固定的传输率传输， 传输延迟小，而传输延迟小，而且中间结点不对数据进行缓冲，因此传输实时性好。且中间结点不对数据进行缓冲，因此传输实时性好。 (2) 由于物理线路被单独占用，故不可能发生冲

29、突由于物理线路被单独占用，故不可能发生冲突; (3) 适用于实时大批量连续的数据传输。适用于实时大批量连续的数据传输。 (1) 建立连接将跨多个设备或线缆，则会需要花费很长的时间，建立连接将跨多个设备或线缆，则会需要花费很长的时间，即电路建立时间延迟较大。即电路建立时间延迟较大。 (2) 连接建立后，由于线路是专用的，即使空闲，也不能被其连接建立后，由于线路是专用的，即使空闲，也不能被其它设备使用造成一定的浪费。它设备使用造成一定的浪费。 (3) 对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方法、对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方法、信息格式和传输控制等一致才能完成通信。信息格式和

30、传输控制等一致才能完成通信。3.5.2报文交换和报文分组交换报文交换和报文分组交换o报文交换和报文分组交换都属于存储交换方式，也称为存报文交换和报文分组交换都属于存储交换方式，也称为存储转发。储转发。o存储转发的基本工作原理：先存储，再处理，然后再转发存储转发的基本工作原理：先存储，再处理，然后再转发o优点：优点：具有负荷均衡、建立电路延迟小，可进行差错控制具有负荷均衡、建立电路延迟小，可进行差错控制o缺点：缺点：实时性不好。实时性不好。1、报文交换、报文交换o报文交换类似于发送信件，是以报文为单位发送报文交换类似于发送信件，是以报文为单位发送信息，不管发送数据的长度是多少都把它当作一信息，不

31、管发送数据的长度是多少都把它当作一个逻辑单元。个逻辑单元。o每个报文由报头、正文和报尾每个报文由报头、正文和报尾3部分组成，报头部分组成，报头中包含发送计算机的地址和接收信息的计算机地中包含发送计算机的地址和接收信息的计算机地址以及其他一些辅助信息。址以及其他一些辅助信息。o通信子网根据报头目的地址选择路径在两个结点通信子网根据报头目的地址选择路径在两个结点之间的一段链路上之间的一段链路上逐段逐段传输，不需要在两个主机传输，不需要在两个主机之间建立多个结点组成的通道之间建立多个结点组成的通道1、报文交换、报文交换o报文交换过程如图报文交换过程如图主机主机A主机主机BCCCDCGCA通信子网通信

32、子网CFCBCE图图 报文交换过程报文交换过程1、报文交换、报文交换o与电路交换相比，报文交换具有的与电路交换相比，报文交换具有的n1）电路利用率高。报文可以分时共享交换设备间的线路。）电路利用率高。报文可以分时共享交换设备间的线路。n2）在电路交换网络上，当通信量变得很大时，就不能接受）在电路交换网络上，当通信量变得很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接新的呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。收报文，不过传送延迟会增加。n3）报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电）报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路

33、交换网络很难做到这一点。路交换网络很难做到这一点。n4） 报文交换网络可以进行速度和代码的转换。报文交换网络可以进行速度和代码的转换。n1） 数据的传输延迟比较长，且延迟时间长短不一，因此数据的传输延迟比较长，且延迟时间长短不一，因此不适用于实时或交互式的通信系统。不适用于实时或交互式的通信系统。n2） 当报文传输错误时，必须重传整个报文。当报文传输错误时，必须重传整个报文。2、报文分组交换、报文分组交换o报文分组交换也简称分组交换，也叫包交换报文分组交换也简称分组交换，也叫包交换o分组交换是报文交换的改进，它将报文分成若干个分组交换是报文交换的改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一

34、个上限（分组，每个分组的长度有一个上限（100200字节），字节），有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，以提高交换速度。了，以提高交换速度。1010010101 0110011010首部首部 数据数据首部首部 数据数据首部 数据报文报文分组分组2、报文分组交换、报文分组交换o优点：优点：n分组交换以较小的分组为传输单位，降低了对网络结点存储容量的要求n网络结点对较短的信息的响应时间短，提高了传输速率n如果传输出错，也只需要重发一个较小的分组o缺点：缺点：n发送端的分包，接收端的组装会增加处理时间3.5.3高速交换技术高速交换技术o目前常用

35、的数据交换方式主要是电路交换和分组交换o近几年出现了综合电路交换和分组交换的高速交换方式，也叫混合交换方式。o混合交换采用动态时分复用动态时分复用，一部分带宽分配给电路交换用，另一部分带宽分配给分组交换用。带宽比例按需调节，以便两种交换都能得到充分利用。oATM,DQDB,FR等第3章 数据通信与通信网基础o3.1 数据通信的基本概念 o3.2 数据通信方式 o3.3 数据编码技术 o3.4 多路复用技术 o3.5 数据交换技术 o3.6 数据通信的主要性能指标数据通信的主要性能指标 o3.7 通信网简介 3.6 数据通信的主要性能指标数据通信的主要性能指标o数据通信的主要性能指标是衡量数据传

36、输的有效性有效性和可靠性可靠性的参数n数据传输的有效性主要由有效性主要由数据传输速率、信道带宽和传输延迟等指标衡量。n可靠性一般由可靠性一般由误码率来衡量。3.6.1 3.6.1 数据传输速率与信道带宽数据传输速率与信道带宽o1、基本概念n1）信道带宽：信道能够传输电磁波的有效频率范围就是该信道的带宽。n窄带信道：0-300Hzn音频信道：300-3400Hzn宽带信道：3400Hz3.6.1 3.6.1 数据传输速率与信道带宽数据传输速率与信道带宽o1、基本概念n2）数据传输速率与信道最大传输速率n数据传输速率：信道每秒所传输的二进制比特数，记作bps(bit per second)。n信道

37、最大传输速率：信道传输数据速率的上限。n信道的最大传输速率正比于信道带宽信道的最大传输速率正比于信道带宽。n波特率：信号每秒钟变化的次数。n吞吐量：信道在单位时间内成功传输的信息量。3.6.1 3.6.1 数据传输速率与信道带宽数据传输速率与信道带宽o2、信道最大传输速率n1.傅里叶分析3.6.1 3.6.1 数据传输速率与信道带宽数据传输速率与信道带宽2.2.奈奎斯特定理奈奎斯特定理有限带宽、无噪声信道的最大传输速率：其中B代表信道的带宽，V是信号有效状态的数量.3.3.香农定理香农定理有噪声信道的最大传输速率与带宽的关系：其中C是信道容量（最大传输速率），B代表信道的带宽，S是信号能量，N

38、是噪声能量。S/N是信噪比。3.6.2 3.6.2 误码率误码率o误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的传输可靠性的指标，它的定义为二进制数据在传输时出错的概率。o误码率等于被传错的二进制数据位数与所传二进制数据总位数之比，设传输的二进制数据的总位数为N位,传错的二进制数据总位数为Ne，则误码率的计算公式为o Pe=Ne/N3.6.2 3.6.2 误码率误码率o在计算机网络中，一般要求误码率要低于10-6 ，即平均每传输106 位数据仅允许有一位出错。o在通信系统中，系统对误码率的要求应权衡可靠性和提高通信效率两方面的因素,误码率越低，设备也就越复杂。o传输介质的误码率是由其特性决定的，双

39、绞线的误码率在10 -6 10-5 之间，基带同轴电缆的误码率低于10-7 ，宽带同轴电缆的误码率低于10-9 ，光纤的误码率可以低于10-10 。3.6.3 3.6.3 影响信道质量的其他因素影响信道质量的其他因素o1）利用率利用率是吞吐量和最大数据传输速率之比o2）延迟延迟是从发送者发送第一位数据开始，到接收者成功接收到最后一位数据为止所经历的时间。又分为传输延迟传输延迟和传播延迟传播延迟o3）抖动抖动，延迟不是固定不变的，它的实时变化叫做抖动。第3章 数据通信与通信网基础o3.1 数据通信的基本概念 o3.2 数据通信方式 o3.3 数据编码技术 o3.4 多路复用技术 o3.5 数据交

40、换技术 o3.6 数据通信的主要性能指标 o3.7 通信网简介通信网简介 3.7 通信网简介通信网简介o通信网是一种使用交换设备，传输设备，将地理上分散用户终端设备互连起来实现通信和信息交换的系统。o通信最基本的形式是在点与点之间建立通信系统点与点之间建立通信系统，但这不能称为通信网不能称为通信网，只有将许多的通信系统（传输系统）通过交换系统按一定拓扑结构组合在一起才能称之为通信。也就是说，有了交换系统才能使某一地区内任意两个终端用户相互接续，才能组成通信网。o通信网由用户终端设备，交换设备和传输设备组成。交换设备间的传输通道称为中继线路（简称中继线），用户终端设备至交换设备的传输通道称为用户

41、路线（简称用户线）。3.7.1 3.7.1 公用交换电话网公用交换电话网PSTNPSTNo公用电话交换网（PSTNPublic Switch Telephone Network），即我们日常生活中常用的电话网。众所周知，PSTN是一种以模拟技术为基础的电路交换网络。在众多的广域网互连技术中，通过PSTN进行互连所要求的通信费用最低，但其数据传输质量及传输速度也最差，同时PSTN的网络资源利用率也比较低。oPSTN提供的是一个模拟的专有通道，通道之间经由若干个电话交换机连接而成。当两个主机或路由器设备需要通过PSTN连接时，在两端的网络接入侧（即用户回路侧）必须使用调制解调器（Modem）实现信

42、号的模/数、数/模转换。 3.7.2 3.7.2 公用分组交换网公用分组交换网X.25X.25oX.25是在20世纪70年代由国际电报电话咨询委员会(CCITT)制定的“在公用数据网上以分组方式工作的数据终端设备DTE和数据电路设备DCE之间的接口”。X.25于1976年3月正式成为国际标准。1980年和1984年又经过补充修订。o主要内容主要内容是在公用数据通信网上以分组交换方式工作的数据传送技术。X.25分组交换方式是面向连接的工作方式，在传递数据之前必须在发送端和接收端之间建立虚电路（VC），将需要传送的数据信息划分成一定长度的“分组”（包），以分组（包）为单位进行存储转发。 3.7.3

43、 3.7.3 数字数据网数字数据网DDNDDNo数字数据网（数字数据网（Digital Data Network，DDN）是一种利用数）是一种利用数字信道提供数据通信的传输网，字信道提供数据通信的传输网，它主要提供点到点及点到多点它主要提供点到点及点到多点的数字专线或专网。的数字专线或专网。o我国的DDN网叫ChinaDDN，教育网的CERNET许多用户就是通过ChinaDDN实现远程连接的。3.7.3 3.7.3 数字数据网数字数据网DDNDDNo用户在用户在DDN上租用一条点到点数字专线与租用一上租用一条点到点数字专线与租用一条电话专线十分类似。条电话专线十分类似。DDN专线与电话专线的区

44、专线与电话专线的区别在于：别在于：o电话专线是固定的物理连接，而且电话专线是模拟信道，带宽窄、质量差、数据传输率低；o而DDN专线是半固定连接，其数据传输率和路由可随时根据需要申请改变。另外，DDN专线是数字信道，其质量高、带宽宽，并且采用热冗余技术，具有路由故障自动迂回功能。 3.7.3 3.7.3 帧中继帧中继 FRFRo帧中继（Frame Relay，FR）技术是由X.25分组交换技术演变而来的。以前人们使用慢速、模拟和不可靠的电话线路进行通信，当时计算机的处理速度很慢且价格较昂贵。结果是在网络内部使用很复杂的协议来处理传输差错，以避免用户计算机处理差错恢复工作。 o随着通信技术的不断发展，特别是光纤通信的广泛使用，通信线路的传输率越来越高，而误码率却越来越低。为了提高网络的传输率，帧中继技术省去了省去了X.25分组交换网中的差错控制和流量控制功能分组交换网中的差错控制和流量控制功能，即帧中继网在传送数据时可以使用更简单