第章数据通信与通信网基础ppt课件

1、3.5 3.5 数据交换技术数据交换技术假设H1与H5通讯，那么A与E分别称源结点与宿结点。通讯子网必需能为一切进网的数据流提供从源结点到宿结点的通路，而实现这种数据通路的技术就称为数据交换技术。 从通讯资源的分配角度来看，“交换就是按照某种方式动态地分配传输线路的资源。电路交换是面向衔接的。电路交换是面向衔接的。 在线路交换和转接过程中，通讯的双方首先必需经过网络在线路交换和转接过程中，通讯的双方首先必需经过网络节点建立起公用的通讯信道，即在两个网络节点之间建立节点建立起公用的通讯信道，即在两个网络节点之间建立起实践的物理线路衔接，然后，双方运用这条端到端的线起实践的物理线路衔接，然后，双方

2、运用这条端到端的线路进展数据传输。如通讯系统。路进展数据传输。如通讯系统。33.5.1 1 电路交换电路交换(CI(CIRCUICUIT SWI ITCCHINING) ) 利用电路交换进展通讯利用电路交换进展通讯过程过程 电路建立电路建立 数据传输数据传输 撤除电路撤除电路特点特点电路建立时间延迟大电路建立时间延迟大线路利用率低线路利用率低传输实时性、透明性好传输实时性、透明性好适宜于远程批处置信息传适宜于远程批处置信息传输和实时性要求高的场所输和实时性要求高的场所报文(message) ：站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。任务原理：“存储-转发。发送端将一个目的地址附加在报文上发

3、送出去；每个中间节点先接纳整个报文，检查无误后暂存这个报文存储，然后根据报文的目的地址，选择一条适宜的空闲输出线路将整个报文传送给下一节点转发；直至目的节点。 33.5.2 2 报文交换和报文分组交换报文交换和报文分组交换报文交换报文交换在报文交换方式中，当一个站点要发送数据在报文交换方式中，当一个站点要发送数据给另一个站点时，不需求事先在两站之间建给另一个站点时，不需求事先在两站之间建立公用通路。立公用通路。 报文交换的特点 线路利用率高 ，缺点的影响小 不需求收、发两端同时处于激活形状 延迟时间长，不适宜于对实时性要求强的传输，例如：会话或实时转播等。 报文长度不限 对中间节点的要求高，例

4、如：存储才干或处置才干等。 通讯不可靠、失序有时中间节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文；而且发出的报文不按顺序到达目的。报文交换的主要缺陷每一个结点对报文数据的存储转发时间较长，传输一份报文的 总时间并不比采用线路交换方式短，或许会更长。因此，报文交换不适于传输实时的或交互式业务，例如话音、飞终端与主机之间的会话业务等。现实上，报文交换只是主要运用 于非计算机数据业务 如民用电报业务 的通讯网中，以及公共数据网开展的初期。2. 2. 分组交换分组交换(packet switching) (packet switching) 分组交换将用户的大报文分成假设干个报文分

5、组交换将用户的大报文分成假设干个报文分组分组( (包包) )，并以报文分组为单位在网络中传输。每，并以报文分组为单位在网络中传输。每一个报文分组均含有数据和目的地址，同一个报文一个报文分组均含有数据和目的地址，同一个报文的不同分组可以在不同的途径中传输，到达终点以的不同分组可以在不同的途径中传输，到达终点以后，再将它们重新组装成完好的报文。后，再将它们重新组装成完好的报文。特点：开销大地址信息，顺应少量数据的传送。 每个数据报即分组必需携带详细的地址信息。 通讯不可靠、失序。缺点的影响小。数据报可以绕开缺点区而到达目的地。 高效高效 动态分配传输带宽，对通讯链路是逐段占用。动态分配传输带宽，对

6、通讯链路是逐段占用。 灵敏灵敏 以分组为传送单位和查找路由。以分组为传送单位和查找路由。 迅速迅速 不用先建立衔接就能向其他主机发送分组；充分运不用先建立衔接就能向其他主机发送分组；充分运用链路的带宽。用链路的带宽。 可靠可靠 完善的网络协议；自顺应的路由选择协议使网络有完善的网络协议；自顺应的路由选择协议使网络有很好的生存性。很好的生存性。三种交换的比较三种交换的比较3.5.3 高速交换技术帧中继交换帧中继交换帧中继是一种减少结点处置时间的技术。帧中继以帧为帧中继是一种减少结点处置时间的技术。帧中继以帧为单位进展交换，又称为快速分组交换单位进展交换，又称为快速分组交换异步传输方式异步传输方式

7、 ATM ATM以信元为根本传输单位，主要采用了信元交换和异步时以信元为根本传输单位，主要采用了信元交换和异步时分多路复用技术。分多路复用技术。可以动态分配带宽，因此非常适宜于输出突发性数据。可以动态分配带宽，因此非常适宜于输出突发性数据。3. 6 数据通讯的主要性能目的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1. 根本概念根本概念 信道带宽信道带宽 带宽是指物理信道的频率宽度，即信道允许的最高频率带宽是指物理信道的频率宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差，单位为赫兹和最低频率之差，单位为赫兹(Hz)。信道带宽那么限定了允许经过该信道的信号下限频率和上限信道带宽

8、那么限定了允许经过该信道的信号下限频率和上限频率，也就是限定了一个频率通带。频率，也就是限定了一个频率通带。 数据传输速率数据传输速率指单位时间内信道上传送的信息量，单位为比特指单位时间内信道上传送的信息量，单位为比特/ /秒秒(bit/second)(bit/second)，记作，记作bpsbps。周期信号的周期信号的 FOURIER FOURIER 分析分析一切周期信号都可以由正弦波、余弦波叠加而成。这些波的频率由低到高分别为：f0，2f0， 3f0,分别称为一次、二次、三次谐波。一切这些频率构成 S(t) 的频谱。f0 称为基频，f01/T，T 称为信号周期。周期信号的全部频率(及其相应

9、的振幅和初始相位)称为信号的频谱(spectrum)。信号频率区间的大小，即频谱的宽度称为信号的带宽(bandwidth)。2. 2. 信道最大传输速率信道最大传输速率信道容量及信道容量及 NYQUIST NYQUIST 原理原理问题：一个模拟信号对脉冲载波进展PCM 调制，就得到相应的数字信号，这是采样。从采样得到的数字信号能否恢复原模拟信号？采样定理：设模拟信号的带宽是W，Ts是采样间隔，那么当采样率 fs =1/Ts =2W时，由采样数据就可以恢复原模拟信号。话音频率4000Hz，采样率 8000次/秒。从采样定理可以得到信道带宽与信道的数据传输速率的关系 Nyquist 原理：设信号是

10、M值，带宽为W的信道传输的二进制数据的最大速率，即信道容量为 C = 2W log2 MM = 2，C = 2WM 最大数据率 (C) 2 6000 bps 4 12000 bps 8 18000 bps16 24000 bps32 30000 bps64 36000 bps D =2W log2 KD = 传输率，单位b/s或bpsW = 带宽，单位HzK = 信号电平级数例如：话音级线路(3000 Hz)的信道容量计算，如右图所示。Nyquist公式为估算知带宽信道的最高速率提供了根据。非理想信道实践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/

11、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一样，在接纳端会产生信号畸变。c噪声 热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。 串扰：信道间产生的不用要的耦合。例：多对双绞线 脉冲噪声：非延续、随机、振幅较大。多由外部电磁干扰呵斥闪电、大功率电机启动等。 噪声将破坏信号，产生误码。继续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特56Kbps。例：信道带宽W=3KHz，信噪比为30dB，那么C=3000*log2(1+1000) 30KbpsNyquist公式和Shannel公式的比较 D = 2W log2K阐明数据传输率D随信号编码级数添加而添加。 C = W log2(1+S/

12、N)阐明信道能到达的最高传输速率。对于一个物理信道而言，假设带宽、噪声、传输介质等曾经确定，那么按照香农定理，其最大传输速率极限速率也就确定了，采用不同的调制技术，可以得到不同的数据传输速率，但总是小于香农定义的极限速率。反过来，假设噪声、传输介质、调制技术等都已确定，那么带宽越宽如从10MHz扩展到20MHz，意味着数据传输速率越高。3.6.2 3.6.2 误码率误码率PePe误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率，也称为概率，也称为“ “出错率。误码率是衡量通讯系出错率。误码率是衡量通讯系统在正常的任务情况下传输可靠性的目的统在正常的任务情况下

13、传输可靠性的目的传输延迟传输延迟 信息传输的延迟指数据从信源源计算机到信宿信息传输的延迟指数据从信源源计算机到信宿目的计算机所破费的时间。信息传输的延迟时间主要目的计算机所破费的时间。信息传输的延迟时间主要与发送和接纳处置时间、电信号呼应时间、中间转发时间与发送和接纳处置时间、电信号呼应时间、中间转发时间以及信道传输延迟时间有关。以及信道传输延迟时间有关。 ReturnReturn3.6.3 影响信道质量的其他要素3.73.7通讯网简介通讯网简介3.7.1 公用交换网公用交换网PSTN主要提供语音通讯效力，同时提供数据通讯业务主要提供语音通讯效力，同时提供数据通讯业务PSTN以模拟技术为根底的

14、电路交换网络。通讯时，以模拟技术为根底的电路交换网络。通讯时，借助于借助于modem实现。实现。 PSTN的主要作用是经过程控交换机之间的衔接，实的主要作用是经过程控交换机之间的衔接，实现用户之间的语音和数据通讯。现用户之间的语音和数据通讯。按功能分类：按功能分类： PSTN由国际交换局、长途交换局、中由国际交换局、长途交换局、中心交换局、端交换局和用户等层次心交换局、端交换局和用户等层次按系统构成分类：按系统构成分类：PSTN由由交换设备不可短少的，反映并决议交换设备不可短少的，反映并决议PSTN的衔接才的衔接才干。主要有程控交换机、计算机交换机干。主要有程控交换机、计算机交换机传输媒体与交

15、换机设备构成完好的传输系统传输媒体与交换机设备构成完好的传输系统用户设备指信源和信宿设备，是用户直接运用的用户设备指信源和信宿设备，是用户直接运用的信令系统实现用户间通讯信令系统实现用户间通讯 3.7.2 公用分组交换网公用分组交换网采用采用X.25协议，又叫协议，又叫X.25网网X.25是一种老式的数据通讯效力，运用在线路质量不是一种老式的数据通讯效力，运用在线路质量不可靠的模拟线路上，协议的很大部分集中在寻址、可靠的模拟线路上，协议的很大部分集中在寻址、流量控制、过失校验等一系列问题上，效率很低，流量控制、过失校验等一系列问题上，效率很低，速率普通小于或等于速率普通小于或等于60Kbps。

16、X.25协议是协议是ITUT制定的制定的“在公用数据网上以分组方在公用数据网上以分组方式任务的数据终端设备式任务的数据终端设备(DTE)和数据电路终接设备和数据电路终接设备DCE之间的接口规范之间的接口规范nX.25的分组有两类，即控制分组和数据分组。虚电路的建立、数据传输的流量控制、虚电路的撤除等，都要用到控制分组。每个X.25分组由分组头部和分组的数据部分组成。X.25由分组交换机、用户接入设备和传输线路组成。由分组交换机、用户接入设备和传输线路组成。3.7.33.7.3 数字数据网数字数据网数字数据网数字数据网DDN是一种利用数字信道光纤、数是一种利用数字信道光纤、数字微波、卫星和数字交

17、叉复用技术组成的、以传输数字字微波、卫星和数字交叉复用技术组成的、以传输数字信号为主的数字数据传输网络。信号为主的数字数据传输网络。DDN简称专线。我国的简称专线。我国的DDN网叫网叫chinaDDN，普通提供，普通提供N64Kbps的数据速的数据速率，目前最高为率，目前最高为2Mbps，由，由DDN交换机和传输线路组成。交换机和传输线路组成。DDN主要用于点对点的局域网衔接。 DDN本身是一种数据传输网，支持任何通讯协议。 DDN与X.25的区别： X.25是一个分组交换网，本身具有三层协议，用呼叫建立虚电路，具有协议转换、速率匹配等功能，适用不同通讯规程、不同通讯速率设备之间建立互连； X

18、.25只在高层协议上透明。 X.25按通讯字节收费。 DDN不具备交换功能，利用DDN的主要方式是租用专线， DDN是全部透明的网络，在速率大于64Kbps时采用复用技术。 DDN按固定月租收费。 DDN具有支持数据、语音、图像等信息传输，传输速率高、延时小、传输质量高、信道利用率高、传输间隔远等特点。3.7.43.7.4 帧中继网帧中继网n帧中继是一种支持HDLC规程的宽带数据业务规范，由X.25分组交换技术演化而来，与X.25相比，不再强调数据传输的可靠性，而重于数据的快速传输，最大限制地提高网络的吞吐量。帧中继是一种快速分组交换技术。n帧中继省略了X.25的分组层，以数据链路层的帧为根底

19、实现多条逻辑链路的统计复用和转换。帧中继网由三部分组成：帧中继网由三部分组成：帧中继接入设备帧中继接入设备FRAD是具有帧中继接口的任何类型的接是具有帧中继接口的任何类型的接入设备，如主机、分组交换机、路由器等入设备，如主机、分组交换机、路由器等帧中继交换设备。有帧中继交换机、具有帧中继接口的分组交帧中继交换设备。有帧中继交换机、具有帧中继接口的分组交换机及其他复用设备换机及其他复用设备,为用户提供规范的帧中继接口。为用户提供规范的帧中继接口。公用帧中继业务。该业务是经过用户网络接口公用帧中继业务。该业务是经过用户网络接口UNI提供的，提供的， UNI的用户一侧是帧中继接入设备，用于本地用户设

20、备接的用户一侧是帧中继接入设备，用于本地用户设备接入帧中继网络；另一侧是帧中继交换设备，用于帧中继接入帧中继网络；另一侧是帧中继交换设备，用于帧中继接口与骨干网之间的衔接。口与骨干网之间的衔接。帧中继的主要目的是为局域网互联提供合理的速率和帧中继的主要目的是为局域网互联提供合理的速率和较低的价钱。采用两种关键技术：较低的价钱。采用两种关键技术：虚拟租用线路：所谓虚拟租用线路是与专线方式相对虚拟租用线路：所谓虚拟租用线路是与专线方式相对而言的。例如一条总速率而言的。例如一条总速率640KbPS的线路，假设以专线方的线路，假设以专线方式平均地租给式平均地租给10个用户，每个用户最大速率为个用户，每

21、个用户最大速率为64KbpS，这，这种方式有两个缺陷，一是每个用户速率都不可以大于种方式有两个缺陷，一是每个用户速率都不可以大于64KbpS，二是不利于提高线路利用率。采用虚拟租用线路，二是不利于提高线路利用率。采用虚拟租用线路的情况就不一样了，同样是的情况就不一样了，同样是640KbpS的线路租给十个用户，的线路租给十个用户，每个用户的瞬时最大速率都可以到达每个用户的瞬时最大速率都可以到达640KbpS，也就是说，也就是说，在线路不是很忙的情况下，每个用户的速率经常可以超越在线路不是很忙的情况下，每个用户的速率经常可以超越64KbPS，而每个用户承当的费用只相当于，而每个用户承当的费用只相当

22、于64KbPS的平均的平均值。值。 “流水线方式：指数据帧只在完全到达接纳节点后再进流水线方式：指数据帧只在完全到达接纳节点后再进展完好的过失校验，在传输中间节点位置时，几乎不进展完好的过失校验，在传输中间节点位置时，几乎不进展校验，尽量减少中间节点的处置时间，从而减少了数展校验，尽量减少中间节点的处置时间，从而减少了数据在中间节点的逗留时间。每个中间节点所做的额外任据在中间节点的逗留时间。每个中间节点所做的额外任务就是识别帧的开场和结尾。务就是识别帧的开场和结尾。X.25的每个中间节点都要的每个中间节点都要进展繁琐的过失校验、流量控制等，这主要是由于它的进展繁琐的过失校验、流量控制等，这主要

23、是由于它的传输介质可靠性低所呵斥的。帧中继正是由于它的传输传输介质可靠性低所呵斥的。帧中继正是由于它的传输介质过失率低才可以构成介质过失率低才可以构成“流水线任务方式。流水线任务方式。3.7.5综合业务数字网综合业务数字网ISDN以综合数字网为根底开展而成的通讯网，以公用交以综合数字网为根底开展而成的通讯网，以公用交换网作为通讯网络，即利用线进展数据传输。换网作为通讯网络，即利用线进展数据传输。它提供端到端的数字衔接承载包括语音和非语它提供端到端的数字衔接承载包括语音和非语音在内的多种电信业务。它的根本特性是在各音在内的多种电信业务。它的根本特性是在各用户之间实现用户之间实现64KbpS或或

24、128KbpS速率为根底速率为根底的端到端的透明传输。的端到端的透明传输。ISDN的速率和接口规范：的速率和接口规范：根本速率接口，即根本速率接口，即2B十十D，其中，其中B为为64KbpS的数字的数字信道，信道，D为为16KbpS的控制数字信道；的控制数字信道；机群速率接口，即机群速率接口，即30BD或或23BD，其中，其中B和和D均为均为64KbpS的数字信道。的数字信道。B信道主要用于传送信道主要用于传送用户信息流，用户信息流，D信道主要用于传送电路交换的信信道主要用于传送电路交换的信息或传送分组交换的数据信息。目前，电信部息或传送分组交换的数据信息。目前，电信部门采用的接口规范是门采用

25、的接口规范是2B十十D，即两个数字信道。，即两个数字信道。由于由于ISDN完全采用数字完全采用数字信道，因此能获得较高信道，因此能获得较高的通讯质量与可靠性。的通讯质量与可靠性。同时，同时，ISDN为今后能够为今后能够出现的新的通讯业务提出现的新的通讯业务提供了可扩展性供了可扩展性传统的电信网向ISDN开展的过程 ISDN具有如下优点：具有如下优点：速率快。通常调制解调器传输速率最高不超越速率快。通常调制解调器传输速率最高不超越56KbpS，而目，而目前电信部分开设的前电信部分开设的2BD在运用一个信道即在运用一个信道即IB时传输时传输速率是速率是64Kbps，而运用两个信道，而运用两个信道2

26、B时的传输速率为时的传输速率为128Kbps。可靠性强。可靠性强。ISDN将您和线之间的最后将您和线之间的最后100英尺变成数字衔接。英尺变成数字衔接。ISDN的数字传输比模拟传输受静电和噪音的影响要小，传的数字传输比模拟传输受静电和噪音的影响要小，传输数据更加平安可靠。输数据更加平安可靠。可适用的领域宽，其中包括计算机联网、远程通讯、文件交换、可适用的领域宽，其中包括计算机联网、远程通讯、文件交换、任务站语音通讯、图像传送、多媒体信息存取等。任务站语音通讯、图像传送、多媒体信息存取等。 可同时执行多个通讯义务，在一条可同时执行多个通讯义务，在一条ISDN线上可以用一条信道线上可以用一条信道坚

27、持声音通坚持声音通 话，用另一条信道上网。话，用另一条信道上网。3.7.6 非对称数字用户环路非对称数字用户环路ADSL 利用普通线进展高速数据传输。利用普通线进展高速数据传输。ADSL技术提供的数据传输速率是不对称的，下行速技术提供的数据传输速率是不对称的，下行速率是：率是：158MbpS，而上行速率最高只需，而上行速率最高只需 1Mbps。ADSL的最大传输间隔为的最大传输间隔为 5.5km。 与拨号和与拨号和ISDN拨号相比，除传输速度快的优点之外，拨号相比，除传输速度快的优点之外，ADSL它采用的是专线的衔接方式，它采用的是专线的衔接方式，ADSL调制解调制解调器与网络总是处于衔接的形

28、状调器与网络总是处于衔接的形状;另一方面，另一方面，ADSL可以做到打和上网同时进展。可以做到打和上网同时进展。ISDN的通讯的通讯是在是在ISDN信道上实现的，因此本地断电的时候会信道上实现的，因此本地断电的时候会呵斥无法打的问题，呵斥无法打的问题，ADSI无论能否有电，都不用无论能否有电，都不用担忧。担忧。 ADSL设计目的有两个功能：高速数据通讯和交互视设计目的有两个功能：高速数据通讯和交互视频。数据通讯功能可为因特网访问、公司远程计频。数据通讯功能可为因特网访问、公司远程计算或公用的网络运用。交互视频包括高速网络视算或公用的网络运用。交互视频包括高速网络视频通讯的视频点播频通讯的视频点

29、播VOD、电影、游戏等、电影、游戏等3.7.7 有线电视网络有线电视网络cable television network 以有线电视运用的宽带同轴电缆作为传输介质，利用以有线电视运用的宽带同轴电缆作为传输介质，利用有线电视网有线电视网CATV提供高速数据传输的广域网提供高速数据传输的广域网衔接技术。电缆调制解调器衔接技术。电缆调制解调器cable modem除除了提供视频信号业务外，还能提供语音、数据等了提供视频信号业务外，还能提供语音、数据等宽带多媒体信息业务。宽带多媒体信息业务。这种技术也具有不对称的特性，上行速率是这种技术也具有不对称的特性，上行速率是 768Kbps，下行速率最高可以到

30、达下行速率最高可以到达 38Mbps。在运用在运用 cable modem技术时，须对现有技术时，须对现有CATV系统进系统进展双向改造，使之成为展双向改造，使之成为HFC系统，即双向系统。系统，即双向系统。1. 1. 过失的分类过失的分类 热噪声过失：由传输介质的电子热运动产生的。热噪声过失：由传输介质的电子热运动产生的。这类干扰信号的特点是：时辰存在，但幅度较小，这类干扰信号的特点是：时辰存在，但幅度较小，对传输信号的影响较弱，提高传输介质质量是消对传输信号的影响较弱，提高传输介质质量是消除这类干扰的有效方法。除这类干扰的有效方法。 冲击噪声过失：由外界电磁干扰引起的，这类干冲击噪声过失：

31、由外界电磁干扰引起的，这类干扰信号的出现无任何规律可言，而且幅度较大，扰信号的出现无任何规律可言，而且幅度较大，是引起传输过失的主要缘由。是引起传输过失的主要缘由。3.8 过失控制技术2. 2. 过失控制过失控制在接纳端对收到的数据进展检测，并进展纠正。这在接纳端对收到的数据进展检测，并进展纠正。这种方法在通讯系统中称为过失控制。种方法在通讯系统中称为过失控制。无过失传输通常采用的两种控制技术无过失传输通常采用的两种控制技术检错法：让每个传输分组带上足够的检测信息，以检错法：让每个传输分组带上足够的检测信息，以便在接纳端能发现错误并根据这些附加的检测便在接纳端能发现错误并根据这些附加的检测信息复原出原始信息信息复原出原始信息(2) (2) 纠错法纠错法( (又称为正向纠错法又称为正向纠错法) ) ：让分组中附加一：让分组中附加一定的检测信息，使接纳端可以发现接纳的信号定的检测信息，使接纳端可以发现接纳的信号中有错误，但不能确定哪一位是错误的，只能中有错误，但不能确定哪一位是错误的，只能通知发送方要求重发通知发送方要求重发33. 常用检错码常用检错码程度奇偶校验程度奇偶校验以字符为单位的校验方法。在每个字节的尾部加以字符为单位的校验方