第2章计算机网络的数据通信与交换技术

1、 主讲：郭银章主讲：郭银章 教授教授第四讲：局域网第四讲：局域网IEEE802IEEE802协议体系及以太网协议体系及以太网第五讲：第五讲：InternetInternet网络层协议网络层协议IP/ICMPIP/ICMP第六讲：存储转发的路由协议与路由算法第六讲：存储转发的路由协议与路由算法第七讲：第七讲：InternetInternet传输层协议传输层协议TCP/UDPTCP/UDP计算机网络与计算机网络与INTERNETINTERNET原理及技术原理及技术第二讲：计算机网络数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络数据通信与数据交换技术 2.1数据通信的基本模型及概念数据通信的基本模型及概念

2、 2.3数据通信的调制编码技术数据通信的调制编码技术 2.4数据传输的多路复用技术数据传输的多路复用技术 2.5数据传输的交换接入技术数据传输的交换接入技术 2.6物理层简介及传输介质物理层简介及传输介质计算机网络与计算机网络与INTERNETINTERNET原理及技术原理及技术 2.2数据传输系统与传输模式数据传输系统与传输模式1、通信系统的模型 通信的五个要素：信源、信宿、变换器、反变换器和信道。任何一个通信系统都可以抽象为以下模型：2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术噪声噪声信

3、源信源变换器变换器信道信道反反变换器变换器信宿信宿信息信息数据数据信号信号在介质上传输在介质上传输信号信号数据数据信息信息通信系统的任务通信系统的任务2、通信系统的基本概念p信息（Information）：是人们对现实世界的事物存在方式及其运动状态的 认识，是人们进行交换的基本单元。p数据(Data)：是信息的数字化形式，通常被广义的理解为在网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。是传递（携带）信息的实体。 (1)模拟数据是随时间连续变化的函数，在一定范围内连续的无数个值。 (2)数字数据是随时间离散变化的函数，在一定范围内取值有限。2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及

4、模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术2、通信系统的基本概念p信号(Signal)：数据的物理量编码，数据以信号的形式传播。u 模拟信号是在某一区间上是一种连续变化的电信号。具有波动性、持续性和无穷性。u 数字信号是在某一区间上是一种离散变化的电信号。具有离散性、跃变性和有限性2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术tta) 模拟信号b) 数字信号2、通信系统的基本概念p信道：是信号的传输系统，分为模拟传输系统和数字传输系统(1)模拟传输

5、系统：仅能传输模拟信号的通信系统模拟数据的模拟信号可以通过调制实现直接传输，数字数据则需要通过调制和解调的过程，将其转化为模拟信号才能传输(2)数字传输系统：仅能传输数字信号的通信系统数字信号可以直接传输，模拟数据则要通过编码解码的过程转化为数字信号才能进行传输2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术3、通信系统的性能指标p比特率：也称为数据传输速率，速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。速率是指单位时间内所传输的二进制位流的位数，速率的单位是 b/s，或kb/s, Mb/s, Gb/

6、s 等。其中：b为bit，即比特。1K=210103字节； 1M=220 106字节; 1G=230 109字节;p波特率：每秒传送的码元数:1 B = 1/T=（log2M） bps 其中M是信号的编码级数。也可以写成：比特率C = BXlog2M一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特（bit）。2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术3、通信系统的性能指标p波特率：其中，码元(Code Cell)：时间

7、轴上的一个信号编码单元2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术t码元码元1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号同步脉冲同步脉冲同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始同步脉冲：用于码元的同步定时，识别码元的开始3、通信系统的性能指标p误码率：信道传输可靠性指标：P= 错误的码元数 / 传输的总码元数。p利用率：分信道利用率和网络利用率两种。信道利用率=数据有效传输时间/信道总的占用时间。网络利用率=信道利用率的加权平均值。p带宽：在通信系统中是指信号通频带的宽度，可传输信

8、号的最高频率与最低频率之差。在计算机网络中，是指信道所能传输的最高速率。p传输延时：由发送延时、传播延时、处理延时、排队延时组成。(1)发送延时=数据块的长度（bit）/信道带宽（bit/s）(2)传播延时=信道长度（m）/电磁波在信道上的传播速率（m/s）2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术3、通信系统的性能指标传输延时：(3)处理延时=节点接收到分组后的处理时间。(4)排队延时=分组在传输过程中，经过通信子网的不同路由节点的排队等待时间。 2.12.1、数据通信的基本概念及模型、

9、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术1 0 1 1 0 0 1发送器队列在链路上产生传播时延结点 B结点 A在发送器产生发送时延(即发送时延)在队列中产生排队时延数据链路交换节点存储转发而产生的处理时延目标节点4、信道容量p奈奎斯特定律： 2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术C = 2W log2 MM M 最大数据率最大数据率 (C) (C) 2 6000 bps 2 6000 bps 4 12000 bps

10、4 12000 bps 8 18000 bps 8 18000 bps16 24000 bps16 24000 bps32 30000 bps32 30000 bps64 36000 bps 64 36000 bps 例如：例如：话音级线路话音级线路(3000 Hz)的信道容量计算，如右的信道容量计算，如右图所示。图所示。NyquistNyquist公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。奈奎斯特定律表明公式为估算已知带宽信道的最高速率提供了依据。奈奎斯特定律表明网络传输速率越高，对于网络的带宽要求越高，网络传输速率越高，对于网络的带宽要求越高，4、信道容量p香农定律： 2.12.1、数据

11、通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术C = W log2 (1+SN)C = 传输率，单位传输率，单位b/sW = 带宽，单位带宽，单位HzS/NdB 信噪比（dB分贝）的定义S/NdB = 10 log10 S/N1010dBNSNS 即：即：例：信道带宽例：信道带宽W=3KHz，信信噪比为噪比为30dB，则则C=3000*log2(1+1000) 30Kbps4、信道容量实际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，导致信噪比降低b）延迟：信号中的各种频率成分在信

12、道上的延迟时间各不相同，在接收端会产生信号畸变。c）噪声： 热噪声、 串扰、 脉冲噪声。 噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以破坏约560个比特（56Kbps）。2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术4、信道容量2.12.1、数据通信的基本概念及模型、数据通信的基本概念及模型第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术Nyquist公式和公式和Shannel公式的比较公式的比较 C = 2W log2M 此公式说明数据传输率C随

13、信号编码级数以及网络的带宽增加而增加。最大传输速率C给出的是一个理论上的极限值。 C = W log2(1+S/N) 无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了信道能达到的最高传输速率。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。（1）、单工、半双工和全双工模式p单工模式：在发送器与接收器之间只有一个单向传输通道，信息只能沿着一个方向传输。在单工模式中，只需要一条通信信道。p半双工模式：又称为双向交替通信模式，通信信道是双向的，发送和接收设备同时具有发送和接收功能，但是在某一时刻只能在一个方向传输信息。一般用于通信设备和信道没有足够带宽支持的情况，或者需要通信双方的通信顺序交替进行的场合

14、，如：对讲机等。p全双工模式：又称为双向同时通信模式。同时需要两条不同方向的通信信道，发送和接收设备同时具有发送和接收功能。吞吐量达，一般网络和手机都是全双工模式。2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术1 1、数据传输模式、数据传输模式（2）、并行传输与串行传输模式p并行传输：将计算机中的一个字或字节的各位分别在多条线路上同时传输，每个比特使用单独的一条线路的传输方式称为并行传输。其优点是传送速率高，收发双方不存在字符间的同步问题，缺点是需要多个信道，增加了设备的成本，另外并行

15、线路的电平相互干扰也会影响传输质量，主要用于短距离的计算机内部通信。p串行传输：串行通信就是将比特流逐位在一条信道上传送。需要解决的是收发双方如何保持字符同步的问题。这种传输方式的优点是易于实现和维护，通常用于远程通信。比如高效率总线接口PCI-E,新型的磁盘SATA接口都是串行传输方式。第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式1 1、数据传输模式、数据传输模式（3）、同步传输与异步传输模式：p异步传输：又称为起止同步方式，它是以字符为单位进行同步，以字符为传输单位，每个字符要附

16、加1位起始位和1位停止位，以标记一个字符的开始和结束。并以此实现数据的同步。所谓异步传输是指字符与字符之间的时间间隔可变，不需要严格限制他们之间的时间关系。第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0D7D7D6D6起始位（起始位（1bit1bit）字符信息（字符信息（7-8bit7-8bit）停止位（停止位（1-2bit1-2bit）异步传输模式优点是每一个字符本身包括了本字符的同步信息，不需要在线路两段设置专门的同步设备。实现简单，控制容易，适用于面向字符的、低速的异步通信场合。缺点是通信开销大，通信效

17、率低。2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式1 1、数据传输模式、数据传输模式（3）、同步传输与异步传输模式：同步传输：同步传输是以固定时钟节拍来连续串行发送数字信号的一种方式，收发双方一般采用同一同步时钟，保证接受方采样和到达速度一致。其数据格式如下。第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术 同步传输模式要求收发两端的时钟必须在每个比特上保持一致。传送时在每个帧的首部添加一个或两个以上的同步字符sync,帧内每个字符不再需要增加起止位。同步传输分为面向字符和面向位的两种方式。syncsync字符组字符组结束控制字符

18、结束控制字符2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式1 1、数据传输模式、数据传输模式（3）、同步传输与异步传输模式：第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术p面向位的同步传输方式： 最著名的面向位的同步传输规程是高级数据链路控制HDLC。在一帧的开始和末尾附加指定位模式“01111110”，用它作为同步标志进行帧同步。不定长的数据字段携带用户数据，与异步相比，可以传输大的数据块。为了防止伪同步，在发送信息是，遇到5个连续的1时，插入一个0.在接收过程中，遇到五个1时去掉后面的0代码，恢复为发送前的状态。这些功能由硬件

19、电路完成。01111110地址控制数 据FCS01111110 比特比特 8 8 8 8 8 8 可变可变 16 816 82.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式1 1、数据传输模式、数据传输模式 （4）基带传输与频带传输模式第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术p频带传输频带传输 数字数据转换成模拟信号（调制），借助于模拟信道（电话传输系统）进行传输。FDM (Frequency Division Multiplexing) p基带传输基带传输 基带(base band）数字数据进行编码变为的数字信号所占用的频带

20、; 用数字信道进行传输。TDM (Time Division Multiplexing) 2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式1 1、数据传输模式、数据传输模式2、数字载波系统与准同步数字系列PDHCCITT有两类PDH：北美24路PCM的T1标准和欧洲32路的PCM的E1标准。 北美、日本) 数字载波系统是20世纪60年代由美国的AT&T发明，将24路话音模拟信号通过PCM技术转化为数字信号，然后采用准同步时分复用技术PDH，复合传输的系统，其数字信号的格式为DS1（DIGITAL Signal 1）即T1标准：1.544Mbps. PCM 的采样

21、频率为8000次S，每次对24路话音信号轮流采样一遍，每路采样用8位编码，则24X8192位，在加一位定帧位，构成DS1信号的193位所以T1(DS1)的速率为：193位位X8000次次S1.544Mbps第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术 光谱光谱2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式2、数字载波系统与准同步数字系列PDH第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术 光谱光谱信道信道信道信道2信道信道24123456781234567812345678125us193位

22、位 2424个信道用于数据，位用于特殊的同步位，每一路数据信道个信道用于数据，位用于特殊的同步位，每一路数据信道7 7位用于数据，位用于数据，1 1位用于信令（控制位），则每个信道提供的速率位用于信令（控制位），则每个信道提供的速率为为7X80007X800056Kbps56Kbps2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式2、数字载波系统与准同步数字系列PDH欧洲、中国、南美) E1标准是将30路话音模拟信号和2路控制信号通过PCM技术转化为数字信号，然后采用准同步时分复用技术PDH复合传输的系统进行传输，E1标准：2.048Mbps. PCM 的采样频率为80

23、00次S，每次对32路话音信号轮流采样一遍，每路采样用8位编码，则32X8256位，所以E1的速率为：256位位X8000次次S2.048Mbps第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术 光谱光谱2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式2、数字载波系统与准同步数字系列PDH第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术0121631帧同步帧同步信令信道信令信道30 30 路话音数据信道路话音数据信道 + 2 + 2 路控制信道，路控制信道，E1标准的每个信道的速率为8000X864

24、Kbps2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式3、光纤同步时分复用技术SONET/SDHpSONET技术是20世纪80年代中期由美国BELLCORE提出，用于操作电话公司的光纤网SONET定义了一组标准的数字数据速率，基本信号块是一级同步传输传输信号STS-1，其速率为51.84MBPS计算过程为： 标准信号块由标准信号块由9 9行行X90X90列字节，每列字节，每125us125us发送一帧，所以发送一帧，所以810X8X8000810X8X800051.84MBPS51.84MBPS一个信号标准块可以携带一个DS3或一组DS，DS2,E1等标准多个STS-

25、1可以组成一个高速的信号块，称为N级同步数字信号STS-N，其数据速率为：51.84MBPSXN，N的取值一般为1，3，12，48.pSDH由UTI-T建立，并与1989年公布。SDH的标准信号块为STM-1，相当于STS-3，由由9 9行行X270X270列字节构成，其基本信号块的速率为：列字节构成，其基本信号块的速率为：9X270X8X80009X270X8X8000155.52MBPS155.52MBPS其N级数据同步块构成高速信号块STM-n其速率为155.52MBPSXn，n常取1，4，8 8，1616，6464第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与

26、数据交换技术2.22.2、数据通信的传输系统与传输模式、数据通信的传输系统与传输模式1、调制与编码的基本概念p调制与解调：调制：在模拟传输系统中，将传输信号转化为适合模拟传输系统传输信号的过程。对于数字数据，要转化为模拟信号在模拟信道传输。解调：当模拟信号传到目标端时，将其恢复为原始数据信号的过程。调制解调器就是完成上述调制和解调功能的设备ModulatorDemodulator数字模拟信号m(t)ps(t)m(t)数字P调制参数调制第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术1、调制与编码

27、的基本概念p编码与解码：编码：在数字传输系统中，将传输信号转化为适合于数字传输系统传输信号的过程。对于模拟数据，要转化为可以在数字信道传输。解码：在数字传输系统的接收端将数字信号恢复为原始发送信号的过程。包括数字信号转化为模拟信号。编码解码器：完成编码和解码的设备EncoderDecoder模拟数字信号g(t)x(t)g(t)模拟编码2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术2、调制与编码技术的组合2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信

28、与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术数据：数据：模拟数据模拟数据、数字数据数字数据信号：信号：模拟信号模拟信号、数字信号数字信号 信道：信道：模拟信道模拟信道、数字信道数字信道模拟数据的模拟信号、模拟数据的数字信号、数字数据的数字信号、数字模拟数据的模拟信号、模拟数据的数字信号、数字数据的数字信号、数字数据的模拟信号四种编码与调制技术数据的模拟信号四种编码与调制技术3、模拟数据的模拟调制技术 模拟数据在模拟传输系统中的传输不需要进行变换对于由发送端产生的模拟信号即基波信号，需要通过载波信号的调制，才能在模拟传输系统中传输其调制技术有：调幅AM调频FM2.32.3、数据通信的

29、调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术 载波载波 S(t) = A sin (ft+ ) S(t)的参量包括： 幅度A、频率f 、相位调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化4、数字数据的模拟调制技术三种常用的调制技术： 1） 幅移键控ASK(Amplitude Shift Keying)，调幅 2） 频移键控FSK(Frequency Shift Keying)，调频 3） 相移键控PSK(Phase Shift Keying) ， 调相基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。 2.32.3、

30、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术 载波载波 S(t) = A sin ( t+ ) S(t)的参量包括： 幅度A、频率f 、相位调制就是要使这三个参量随数字基带信号的变化而变化4、数字数据的模拟调制技术2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术PSK：用载波的两个不同振幅表示0(0v)和1(+5v)FSK：用载波的两个不同频率表示0(1.2KHz)和1(2.4KHz)PSK：用载波的起始相

31、位的变化表示0 (同相)和1(反相)4、数字数据的模拟调制技术2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术 上述数字数据的模拟调制技术均采用级数为2的单参量相移调制技术2PSK,在实际调制过程中可能有单参量多级调制技术和多参量多级调制技术。对于级数为N的调制信号，用log2N位二进制组合表示。数据率 = 信号速率 x log2M， M：调制级数4、数字数据的模拟调制技术2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络

32、的数据通信与数据交换技术多级调制方法 多参量多级调制：16-APK(多级幅相键控技术)也称16QAM(正交振幅调制) :使用振幅和相位的16种组合45901802701353152255、数字数据的数字编码技术p不归零制(NRZ，Non-Return to Zero) 二进制数字0、1分别用两种电平来表示。常用5V表示0，5V表示1。 缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步机制，必须使用外同步。p曼彻斯特编码(Manchester code) 用电压的变化表示0和1， 规定在每个码元的中间发生跳变：低 高的跳变0，高低的跳变1。每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来

33、作为同步信号，使接收端的时钟与发送设备的时钟保持一致。曼彻斯特编码也称为自同步码。它具有自同步机制，无需外同步信号。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的2倍）。2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术5、数字数据的数字编码技术p差分曼彻斯特编码(Differential Manchester code) 与曼彻斯特编码相同，在每个码元的中间，信号都会发生跳变；不同之处在于： 用在码元开始处有无跳变来表示0和1 ： 码元开始处有跳变0 码元开始处无跳变1在解码过程中，只要把前

34、一位的后半位于本位的前半位进行异或运算，即可判断0和1：异或为0，表示1；异或为1，表示0.自同步且不存在直流分量。2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术5、数字数据的数字编码技术2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术6、模拟数据的数字编码技术 脉码调制PCM（Pulse Coded Modulation）其调制过程有三个步骤：采样量化编码。2.32.3、数据通信的调制与编码技

35、术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术BACD采样电路采样电路量化和编码量化和编码6、模拟数据的数字编码技术p采样按一定间隔采样测量模拟信号的幅值，根据NYQUIST定律，采用H的采用频率就可以捕获到可恢复原来模拟信号的信息p量化讲取样点测得的信号幅值分级取整的过程，其分级一般采用与其最大幅值相近的的N次方表示，然后将采样的幅值按此分级舍入取整p编码对每个舍入后的幅值进行编码，其编码的大小为分级时的幂次决定，编码方法需要考虑信息的传输量问题，所以还有差分脉码调制技术DPCM，增量调制技术，预测性编码技术等2.32.3、数

36、据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术6、模拟数据的数字编码技术：PCMPCM转换过程举例转换过程举例2.32.3、数据通信的调制与编码技术、数据通信的调制与编码技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术1、多路复用的原理 信道的多路复用包括复合、传输和分离三个过程。在发送端将N条信号复合在一条大容量的通信线路上，接收端再将复合信号分离，分别送到N条输出线路上。最早是空分多路复用技术、后来是频分多路复用技术、时分多路复用技术、波分多路复用技术。2.42.4

37、、数据传输的多路复用技术、数据传输的多路复用技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术2、频分多路复用技术FDM 原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带。2.42.4、数据传输的多路复用技术、数据传输的多路复用技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽复用带宽复用f适用于模拟信号传输适用于模拟信号传输 2、频分多路复用技术FDM FDM的优点是：信道复

38、用率高，分路方便，是目前模拟通信中最常用的复用技术。但是他的缺点是：信号之间相互串扰、频带利用率较低，存在分频隔离带。约为总频带的4%3、时分多路复用技术TDM 原理：当物理信道可支持的位传输速率大于单个信号要求的传输速率时，把时间分割成等长的小的时间片，即TDM帧。每个TDM帧又分为若干个通道（时隙） ，每个用户在TDM帧中占用一个固定序号的时隙。用户所占用的时隙是周期性的出现。TDM主要用于数字信道的复用。时分复用的所有用户是在不同的时间内占有同样的频带宽度。2.42.4、数据传输的多路复用技术、数据传输的多路复用技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与

39、数据交换技术3、时分多路复用技术TDM2.42.4、数据传输的多路复用技术、数据传输的多路复用技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据复用后数据时隙时隙1234D3D2D1适用于数字信号传输适用于数字信号传输 时间片时间片3、时分多路复用技术TDM 时分复用技术分为同步TDM和异步TDM两种，同步TDM:n每个TDM帧的时隙是预先分配好的，且固定不变n周期性的扫描每个用户的发送数据n若用户无数据发送，则该用户占有的时隙空闲不用，其他用户不可用。2.42.4、数据传输的多路复用技术、数据传输

40、的多路复用技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术A AA AB BB BC CC CD DA AB BC CD DA AB BB BC CC CD DA A4、统计时分多路复用技术STDMSTDM的每个时间片按需分配，异步STDM的时间片之间与输入端没有一一对应关系，所以在传输的数据单元中必须包含地址信息，在每个时间片内需要增加一些额外传输开销。2.42.4、数据传输的多路复用技术、数据传输的多路复用技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C

41、2D2A2B2周期周期1周期周期2同步同步 TDM带宽浪费A1B1C2B2周期周期1统计统计TDM可用带宽4、波分多路复用技术WDM原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。（光密集波分多路复用技术：DWDM）2.42.4、数据传输的多路复用技术、数据传输的多路复用技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术F2F1F3 光谱光谱F1F2F3共享光纤的光谱共享光纤的光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤 采用无源设备，更可靠采用无源设备，更可靠棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅4、波分多路复用技术WDM原理：整

42、个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。（光密集波分多路复用技术：DWDM）2.42.4、数据传输的多路复用技术、数据传输的多路复用技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术 光谱光谱 1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s

43、1310 nm20 Gb/s复用器分用器EDFA120 km光调制器光解调器 计算机网络中，数据的传输不可能都是通过有线连接而进行点到点的通信，许多的通信都是通过通信子网中的节点存储转发、分组交换实现的。在通信子网中，如何实现数据间的交换，是需要解决的问题之一。目前的数据交换技术有：线路交换、报文交换、分组交换。1、线路交换技术交换设备在通信之前需要建立一条实际的物理线路的过程。(最早的电路交换连接是由电话接线员通过插塞建立的，现在则由计算机化的程控交换机实现。)特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。 呼叫建立连接传输挂断 建立连接的时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制

44、； 建立连接后，传输延迟小。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术2、报文交换技术 报文交换技术采用存储转发的策略进行报文的整体传输。发送端将报文发送给中间交换节点，每个节点将报文暂时存储在本地，然后动态地选择一条可用链路，将报文发送到下一结点，整个交换过程，两站之间没有分配固定的用户，整个传输过程不需要预先建立链路，克服了线路交换中信道利用率低的缺点。报文交换所采用的存储转发数据交换技术有以下特点：1）发送报文的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定的格式组成一个数据单元进入通信子

45、网。2)通信子网中的节点通信处理机负责数据的接收、存储、差错控制、路由选择和数据转发。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术2、报文交换技术报文交换技术的特点是：p由于通信节点可以存储分组，数据传输不进行线路独占，多个分组可以共享通信信道，线路利用率高。p通信节点具有路由选择功能，可动态选择数据交换的最佳路径，可以平滑通信量，提高系统的效率p通信节点完成数据的差错检测与控制，可以减少传输差错，提高系统的可靠性。缺点：1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。2）大报文造成存储转发的延时过长

46、；3）出错后整个报文全部重发。4）对交换设备要求高，需要具有大容量的数据缓冲空间。2.52.5、数据传输的交换技术、数据传输的交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术3、分组交换技术 分组交换技术是对报文交换技术的扩展。它将用户需要传输的数据划分成固定长度的分组，在每个分组前面加上一个分组头，用来指明分组信息和目的地址。分组交换在数据传输前不需要建立一条端到端的通路，具有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。分组交换技术分为数据报和虚电路两种。其特点是：1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组速度快；2）转发延时小适用于交互式通信；3）某个

47、分组出错仅重发该分组效率高；4）各分组可通过不同路径传输，可靠性高。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术3、分组交换技术p 数据报：数据报分组交换技术是一种无连传输技术。每个分组作为一个独立的信息单位传送，不需要连接，也无需确认，具有完整的网络地址（源和目的）信道利用率低。不保证按序到达；每个分组均需进行路由选择。缺点是，在目标端需要有较大缓存空间，来存储等待无序到达数据报。p虚电路：传输前先建立一条逻辑连接，传输结束后拆除。需要建立连接仅在建立连接时需要全网地址，传输时用虚电路号按

48、序到达；仅在建立连接时需要路由选择。可分为两类虚电路：永久虚电路租用后便永久建立，退租后拆除。交换虚电路需要通信时建立，通信结束便拆除。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术4、三种交换技术比较2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术呼叫请求呼叫应答数数据据ABCD分组分组1分组分组2分组分组3报文报文ABCDABCD寻路延迟排队延迟线路交换线路交换报文交换报文交换数据报数据报分

49、组分组1分组分组2分组分组3ABCD虚电路虚电路4、三种交换技术比较p线路交换：在数据传输开始之前必须先设置一条完全的通路；在线路释放以前，该通路将被一对用户完全独占，对于猝发式通信，线路交换效率低。p报文交换：报文从源点到达目的地采用存储转发方式，在报文传输时，不需要预先建立链路，只占用一段通路，在交换节点需要排队，不能满足实时通信的需求。p分组交换：交换方式与报文交换相同，但是报文被分成分组传输，规定了最大分组的长度，在数据报传输中，目的地需要重新组装报文，分组交换技术是网络中常用的数据交换方式，但是在局域网中一般采用线路交换技术。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接

50、入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术5、宽带接入技术：ADLSpADLS：非对称数字用户线接入技术就是采用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使其承载宽带业务。用户线本身可达到1MHz，将0-4KHZ作为普通的电话用户使用，将高端频谱留给用户上网使用，由于下载量远远大于上传量，所以，ADLS将下行带宽设计成远远大于上行带宽。这就是“非对称”的来历。pADLS调制解调器：我国采用离散多音调DMT调制技术，采用PDM技术将40KHZ到1.1MHZ的频带划分为多个子信道，25信道作为上传信道，249作为下行信道使用。ADLS采用自适应调制技术

51、使用户线尽可能传输高的数据率。pADLS的传输距离取决于用户线的线径和数据率：用户线越细，信号传输时的衰减就越大。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术5、宽带接入技术：ADLSpADLS接入：分三部分：数字用户线接入复用器DSLAM、用户线和用户设施。DSLAM由许多的ADLS组成，ADLS又称为接入端接单元ATU，局端称为ATU-C，用户端称为ATU-R。一个DLSAM可支持500-1000个用户ATU-R。按照6Mbit/s计算，DSLAM需要有6Gbit/s的转发处理能力。pA

52、DLS用户：全球共有1.5亿用户。RJ45连接PC，RJ11连接电话分离器。ADLS技术也在发展，目前ITU-T颁布了ADLS2和ADLS2+,ADLS也有一些变型：HDLS（高速数字用户线）和VDLS（超高速数字用户线），一般用户都采用ISDN用户线。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术6、宽带接入技术：光钎同轴混合网p光钎同轴混合网HFC：是一种有线电视网CATV基础上发展起来的用户宽带接入网技术。其主要特点是：HFC将原CATV同轴电缆主干部分改换为光纤，其连接节点为光分配节点

53、ODN，还要具有计费和安全管理的功能以及选择性寻址功能的头端设备。ODN与头端距离为25KM，与用户的距离为2-3KM。pHFC的上行带宽使用的是CATV的低频部分，60MHZ，HFC的下行带宽为87-1000MHZ，以传输调频广播、有线电视、数字电视、视频点播、多媒体信息等数字信号。p电缆调制解调器，用户利用HFC接入到INTERNET的设备。他可以单独设置，也可以固化在机顶盒里。电缆调制解调器不同于ADLS，因为它除了解决信号转换，还要解决共享信道中的冲突问题。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据

54、通信与数据交换技术7、宽带接入技术：FTTxpFTTH是一种光纤到用户的接入技术，主要是为了下载视频文件，以更加流畅的速度欣赏高清视频节目。接入成本很高、数据传输要求也没有必要使用FTTH。pFTTx：主干传输目前均采用光纤传输技术，主要是光节点的光网络单元ONU与用户之间的连接问题。根据ONU的位置不同，出现了FTTC(光纤到路边)FTTZ（光纤到小区）FTTB（光纤到大楼）FTTF（光纤到楼层）FTTO（光纤到办公室）以及FTTD（光纤到桌面）等接入技术。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与

55、数据交换技术8、宽带接入技术：无线接入p无线接入：蜂窝移动通信系统接入、无线局域网接入两种。p蜂窝移动通信系统接入主要有：1G模式，只能提供模拟话音通信；2G模式，以数据通信为主，GSMCDMA；3G模式，不仅话音和数据传输速度提高，而且可以传输实时多媒体信息，三个标准：欧洲的WCDMA、美国的CDMA2000中国的TDS-CDMAp无线局域网接入技术：就是在设备移动过程中仍然可以上网的连接技术。可分为两类：有固定基础设施的和无固定基础设施。对于有固定基础设施的WLAN，1997年，IEEE颁布了802.11协议无线以太网标准，凡使用802.11的局域网称为Wi-Fi(Wireless Fid

56、elity:无线保真度)。对于无固定基础设施的也称为自组织网络。它没有基本服务接入点AP，是由一些处于平等状态的移动2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术8、宽带接入技术：无线接入p无线局域网接入技术：站之间相互通信组成的临时网络。自组网是这样的结构：一些可移动的设备发现在他们附近还有其他可移动的设备，并且要求和其他移动设备进行通信，这时，这些设备就成了既是访问用户，又是路由设备。主要应用在军队作战领域（战斗人员、地面车群和坦克群、海上舰艇群、空中机群等）和当前的无线传感器网络以及物联

57、网中。2.52.5、数据传输的交换与接入技术、数据传输的交换与接入技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术1、物理传输介质：引导型传输媒体（1）双绞线2.62.6、物理层的功能、模型、特性及传输介质、物理层的功能、模型、特性及传输介质第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘箔屏蔽箔屏蔽铜屏蔽铜屏蔽外套外套-螺旋绞合的双导线，1mm-每根4对、25对、1800对-典型连接距离100m（LAN）-RJ45插座、插头-优缺点： 成本低 密度高、节省空间 安装容易（综合布线） 平衡传

58、输（高速率） 抗干扰性一般 连接距离较短1、物理传输介质：引导型传输媒体（1）双绞线2.62.6、物理层的功能、模型、特性及传输介质、物理层的功能、模型、特性及传输介质第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术屏蔽双绞线屏蔽双绞线 (STP) (STP) 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线 (UTP)(UTP) 以铝箔屏蔽以减少 干扰和串音3类、5类、6类（16M、155M、200M）双绞线外没有任何附加屏蔽1、物理传输介质：引导型传输媒体（1）双绞线2.62.6、物理层的功能、模型、特性及传输介质、物理层的功能、模型、特性及传输介质第二讲：计算机网络的数据通信

59、与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术1991年，美国电子工业协会EIA和电信工业协会TIA联合发布一个商用建筑物电信布线标准：EIA/TIA-568.即屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线的标准。1995年，又做了修改： EIA/TIA-568-A。明确提出了5种类型的UTP线标准。5类UTP与3类UTP的区别是，单位长度的交合次数不同，UTP-3的绞合长度为7.5-10cm,UTP-5的绞合长度为0.6-0.85cm.类别类别带宽带宽典型应用典型应用3 316MHZ16MHZ低速网络：模拟电话系统4 420MHZ20MHZ短距离的10BASE-T以太网5 5100MHZ100MHZ1

60、0BASE-T以太网，某些100BASE-T快速以太网5E5E100MHZ100MHZ100BASE-T快速以太网，某些1000BASE-T吉比特网6 6250MHZ250MHZ1000BASE-T吉比特网，ATM网7 7600MHZ600MHZ只能使用STP，可用于10吉比特以太网1、物理传输介质：引导型传输媒体（2）同轴电缆2.62.6、物理层的功能、模型、特性及传输介质、物理层的功能、模型、特性及传输介质第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术第二讲：计算机网络的数据通信与数据交换技术l基带同轴电缆基带同轴电缆 一条电缆只用于一个信道，50，用于数字传输l宽带同轴电缆宽带同轴电缆 一条电缆同时