第二章赢在通信

1、 2.1通信的各个阶梯-通信基础2.2通信的百宝箱-数据传输2.3信息王国的神奇代码-编码与调制2.4神龙见首不见尾-信息交换技术2.5通信的立体交通-多路复用技术 2.6自我批评很重要-差错控制技术 2.7通信兵-传输介质简介2.8水晶头的华山论剑-网线的制作（实 训） 2.1.1 数据通信的基本概念 2.1.2数据通信模型 2.1.3数据通信的主要质量指标 1信息、数据、信号、信道 2调制、解调 信息是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。事物的运动状态、结构、温度、颜色等都是信息的不同表现形式；而人造通信系统中传送的文字、话音、图像、符号、数据等也是一些

2、包含一定信息内容的不同信息形式。由于信息形式与信息内容的对立统一，有时也直接把它们看成为一些不同的信息类型，简称文字信息、话音信息、图像信息和数据信息等。数据是承载信息的物理符号。数据可分为模拟数据和数字数据两类。模拟数据是指在某个区间连续变化的物理量。数字数据是指离散的不连续的量。模拟数据(Analog Data)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。数字数据(Digital Data)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据。 信号:信号是数据的具体物理表现，即数据的编码。例如

3、电压、磁场强度等。在数据通信系统中，人们关注得更多的是数据和信号。信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。主要形式有：模拟信号和数字信号。模拟信号是连续变换的电信号，它的取值可以是连续值。例如，声音大小和温度高低。数字信号是一种离散信号，它的取值是离散的。例如，计算机内部处理的信号都是数字信号。 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 模拟信号模拟信号 时间上连续，包含无穷多个信号值时间上连续，包含无穷多个信号值 数字信号数字信号 时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号是二值信号ta) 模拟信号tb) 数字信号 信道是数据传输的通路。

4、在计算机网络中信道分为物理信道和逻辑信道。物理信道指用于传输数据信号的物理通路，它由传输介质与有关通信设备组成；逻辑信道指在物理信道的基础上，同一物理信道上可以走过不只一路信号，此时每一路信号所占用的信道被称作逻辑信道。物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线信道和无线信道；也可按传输数据类型的不同分为数字信道和模拟信道。 信息 - 数据 - 信号 普通电话线是针对话音通话而设计的模拟信道，主要适用于模拟信号的传输。如果要在模拟信道上传输数字信号，就必须在信道两端分别安装调制解调器(Modem)，用数字脉冲信号对模拟信号进行调制和解调。在发送端，将数字脉冲信号转换成能在模拟信道上传输的模拟信号

5、，此过程称为调制 (Modulate)；在接收端，再将模拟信号转换还原成数字脉冲信号，这个反过程称为解调 (Demodulate)。把这两种功能结合在一起的设备称为调制解调器(Modem) ModulatorDemodulator数字或数字或模拟数据模拟数据m(t)s(t)m(t)数字或数字或模拟数据模拟数据载波发送方发送方接收方接收方 通信系统的基本作用是在发送方(信源)和接收方(信宿)之间传递和交换信息。根据通信系统是利用模拟信号还是数字信号来传递消息，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统。 DTE英文全称Data Terminal Equipment，数字终端设备，指一般的终端或是

6、计算机。可能是大、中、小型计算机，也可能是一台只接收数据的打印机。 DCE英文全称Data Circuit-terminating Equipment，数字通信设备，通常指调制解调器，多路复用器或数字设备。 DTEDCEDCE串行比特传输信号线与控制线用户环境通信环境用户设施通信设施DTE信号线与控制线用户设施 数字通信与模拟通信数字通信与模拟通信 数字通信 在数字信道上实现模拟信息或数字信息的传输 模拟通信 在模拟信道上实现模拟信息或数字信息的传输 数字通信的优点数字通信的优点 抗噪声（干扰）能力强 可以控制差错，提高了传输质量 便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理 易于加密、保密性强

7、可以传输语音、数据、影像，通用、灵活计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网。1.带宽 信号在通信线路上传输时最高频率与最低频率之差叫信号的频带宽度，简称带宽或称为通频带。数字信号带宽与脉冲宽度成反比。2.信道容量 单位时间内最大可传输信息的位数，是信道传输信息的最大能力的指标。无噪声理想信道容量与信道的带宽的关系如下： C=2H log2N其中：C为信道容量，H为信道带宽(信道能够传输信号的最大频率范围)，N为传输时为一个码元所取的离散值个数。本公式也称为奈奎斯特公式或无噪信道传输能力公式。对有噪声的实际信道，其关系如下：C=H log2 (1+S/N)其中：S/

8、N为接收端的信噪比。本公式也称为香农公式。 3.位速率 位速率也称比特率，常用S表示，位速率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位数来表示，其单位为位每秒(bps)。 4.波特率也称调制速率，也称码元速率。单位时间内通过信道传输的波形个数。单位为波特，记作Baud。 位速率和波特率之间有如下关系： S=B log2N 其中N是一个脉冲信号所表示的有效状态，在二进制方式中，N=2，故S=B。即数据传输速率和调制速率相等。 波特率（调制速率）和比特速率（数据传输速率）是两个最容易混淆的概念，但它们在数据通信中确很重要。两者的区别与联系，如图 ： 数据传输速率波特率数据传输速率

9、波特率log2N (N-调制的线路状态数）调制的线路状态数） 二相调制：两种相位变化表示二相调制：两种相位变化表示 0，1，表示，表示1位位 （1比特）比特）数据传输速率波特率数据传输速率波特率 四相调制：四种相位变化表示四相调制：四种相位变化表示00,01,10,11, （2比特）比特）数据传输速率数据传输速率波特率波特率 八相调制：八种相位变化表示八相调制：八种相位变化表示000,001,010.,111（3比特）比特）数据传输速率数据传输速率 波特率波特率 5.误码率 误码率指信息传输的错误率，是衡量传输系统可靠性的指标。误码率以在接收的码元中的错误码元占总传输码元的比例来衡量，通常应低

10、于10-6。 6. 时延时延(delay/latency) 一个报文(分组)从网络(链路)一端传送到另一端的时间。时延包括时延包括发送时延、传播时延、处理时延三部分。 结合你有关对数据通信系统的了解，谈谈你对家庭上网的结合你有关对数据通信系统的了解，谈谈你对家庭上网的原理的理解？未来家庭上网的趋势是什么？原理的理解？未来家庭上网的趋势是什么？ 什么时候什么时候波特率等于比特率？ 2.2.1并行传输和串行传输 2.2.2单工、半双工和全双工通信 2.2.3基带传输和宽带传输 2.2.4异步传输和同步传输 依据传输线数目的多少，可以将数据传输方式分为：并行传输和串行传输。并行传输用于短距离、高速率

11、的通信，串行传输用于长距离、低速率的通信。 并行传输是指数字信号以成组的方式在多个并行信道上传输，数据由多条数据线同时传送与接收，每个比特使用单独的一条线路。 串行传输就是将比特流逐位在一条信道上传送。需要解决收发双方如何保持码组或字符同步的问题。 在串行通信中，根据数据流的方向可以将通信分为单工、半双工和全双工通信3种方式。 单工通信是指在两个通信设备间，信息只能沿着一个方向被传输。 半双工通信是指两个通信设备间的信息交换可以双向进行，但不能同时进行。也就是说，在同一时间内仅能使信息在一个方向上传输。 全双工通信是指两个通信设备间可以同时进行两个方向上的信息传输。 数据传输方式依其数据在传输

12、线上原样不变地传输还是调制变样后再传输，可以分为基带传输和频带传输两大类。 基带信号与基带传输 二进制数字脉冲信号称为基带信号 基带传输是将数据直接转换为脉冲信号加到电缆上进行传送的数据传输方式。 频带信号与频带传输 频带信号是将多组基带信号分别调制不同频率的载波，并由这些载波分别占用不同频段的调制载波组成。 频带传输是将数据加载到载波信号上进行传送的数据传输方式。 异步传输 异步传输方式又称为起止式同步方式，它是以字符为单位进行同步的，且每一字符的起始时刻可以为任意。 同步传输 同步传输方式是以固定的时钟节拍来连续串行发送数字信号的一种方法。 同步传输的帧 小明刚办的网通4M的业务,就是想图

13、个网络畅快,可是到家感觉网速很不满意,在IE普通下载的时候(不用任何下载工具),大多数的时候连100KB/s都不到,而且在网络测试在线网站测速(世界各地)的时候,距离最近的测试点就在唐山,但是显示的数据连2M都不到。为什么？（提示：从理论速度和实际速度、线路、服务器情况分析） 用数字信号承载数字或模拟数据就是编码 ；用模拟信号承载数字或模拟数据就是调制。在实际应用中我们不得不进行编码与调制。具体包括数字数据的数字信号编码、数字数据的模拟信号调制、模拟数据的数字信号编码、模拟数据的模拟信号调制四个方面 不同类型的信号在不同类型的信道上传输不同类型的信号在不同类型的信道上传输有有4种情况种情况数据

14、：模拟数据、数字数据数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道信道：模拟信道、数字信道 2.3.1 数字数据的数字信号编码 2.3.2 数字数据的模拟信号编码 2.3.3 模拟数据的数字信号编码 2.3.4 模拟数据的模拟信号调制 把数字数据转换成某种数字脉冲信号把数字数据转换成某种数字脉冲信号 常见的有两类：常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码不归零码和曼彻斯特编码 不归零码不归零码(NRZ，Non-Return to Zero) 二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示。分别用两种电平来表示。常常用常常用5V表示表示1，5V表示

15、表示0。 缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；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，传输时必须使用外同步。不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。 曼彻斯特编码曼彻斯特编码(Manchester Code) 用电压的变化表示用电压的变化表示0和和1。 规定在规定在每个码元的中间每个码元的中间发生跳变：发生跳变： 高高低的跳变代表低的跳变代表0，低，低高的跳变代表高的跳变代表1 每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来作为同步信号。这种化提取出来作为同步信号。这种编码也称为自编码也称为自同步码同步码(Self-Syn

16、chronizing Code)。 缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数缺点：需要双倍的传输带宽（即信号速率是数据速率的据速率的2倍）。倍）。 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码(Differential ) 每个码元的中间每个码元的中间仍要发生跳变仍要发生跳变 用用码元开始处码元开始处有无跳变来表示有无跳变来表示0和和1 ，有跳变代有跳变代表表0，无跳变代表，无跳变代表1 三种数字编码的波形图三种数字编码的波形图 三种常用的调制技术三种常用的调制技术： 幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying) 频移键控FSK (Frequency Shift Keying) 相移键

17、控PSK (Phase Shift Keying) 基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。 载波载波 S(t) = Acos( t+ ) S(t)的参量包括：的参量包括： 幅度幅度A、频率频率 、初相位初相位 调制就是要使调制就是要使A、 或或 随数字基带信号的变化而变化随数字基带信号的变化而变化 ASK：用载波的两个不同振幅表示：用载波的两个不同振幅表示0和和1 FSK：用载波的两个不同频率表示：用载波的两个不同频率表示0和和1 PSK：用载波的起始相位的变化表示：用载波的起始相位的变化表示0 和和1 要转换的模拟数据主要是电话语音信号要转换的模拟数据主要是电话语音信号 语音信号要在

18、数字线路上传输，必须将语音信号语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：转换成数字信号。这需要经过三个步骤： 采样：按一定间隔对语音信号进行采样采样：按一定间隔对语音信号进行采样 量化：对每个样本舍入到量化级别上量化：对每个样本舍入到量化级别上 编码：对每个舍入后的样本进行编码编码：对每个舍入后的样本进行编码 编码后的信号称为编码后的信号称为PCM信号信号 (脉码调制脉码调制, Pulse Coded Modulation) 话音信道带宽话音信道带宽 2倍话音最大频率倍话音最大频率) 量化级数：量化级数：256级级 (用用8位二进制码表示位二进制码表示) 数

19、据率：数据率：8000次次/s*8bit = 64kbit/s 每路每路PCM信号的速率信号的速率 = 64000bit/s采样电路采样电路量化和编码量化和编码 在电话机和本地局交换机之间所传输的信号就是采用这种编码方式。模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。 无线语音广播是模拟信号传输模拟数据的另一个例子。有效的传输需要比较高的频率。对于无线传播，传送基带信号几乎是不可能的，因为那将需要直径为好几公里长的天线。另外，调制有助于频分复用。 模拟数据的模拟信号为什么还需要调制？数字数据的数字信号为什么还需要编码？仔细想一想。 仔细观察家庭安装的数字电视的仔细观察家庭安装的数字电视的“机顶

20、盒”，结合学过的知识分析其工作情况。如果说，真正的“数字电视”应当从节目的录制、编辑、播出、收视等都是“数字化信号”。那么现在的数字电视是真正的“数字电视”吗？为什么？ 2.4.1 电路交换 2.4.2 报文交换 2.4.3 分组交换 2.4.4 三种数据交换技术的比较 使用线路（电路）交换（Circuit Switching）方式，就是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。最普通的电路交换例子是电话系统。 通过电路交换进行通信，指的是在两个站之间有一个实际的物理连接。这种连接是节点之间的连接序列。在每条线路上，通道专用于连接。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

21、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 电路交换方式的通信包括三种状态：（1）线路建立：在传输任何数据之前，都必须建立端到端（站到站）的线路。（2）数据传送：所传输的数据可以是数字的也可以是模拟的。（3）线路拆除：在某个数据传送周期结束以后，就要结束连接，通常由两个站中的一个来完成这个动作。1.实时性好，实时性好，信息传输的时延小。2.电路是透明的。没有对双方用户的信息进行任何的修正或解释。3.信息传送的吞吐量大。适合连续、大量的数据传输。 1.通信双方必须同时存在，并且通信线路必须物理连通才能通信。最明显的就是：只要建立

22、了一条电路，那么，不管双方是否在传送信息（不管双方是否在发声通话），这条电路都不能改作他用，直到拆除这条电路为止。 2.独自占用带宽，网络资源利用效率低。 在电话通信中，由于讲话双方总是一个在说，一个在听，因此电路空闲时间占大约50。如果考虑到讲话过程中的停顿，那么还要多一些。在计算机通信中，由于人机交互（从键盘输入，阅读观察屏幕输出）时间长，空闲时间可高达90以上。 3.不同速率不同协议之间的用户不能通信。 另一种网络通信的方法是报文交换（Message Switching）。在报文交换中不需要在两个站之间建立一条专用通路。如果一个站想要发送一个报文（信息的一个逻辑单位），只需要把一个目的地

23、址附加在报文上，然后把报文通过网络从节点到节点地进行传送。在每个节点中，接收整个报文，暂存这个报文，然后发送到下一个节点。 在电路交换的网络中，每个节点是一个电子的或机电结合的交换设备。这种设备发送二进制位同接收二进制位一样快。报文交换节点通常是一台通用的小型计算机。它具有足够的存储容量来缓存进入的报文。一个报文在每个节点的延迟时间等于接收报文的所有位所需的时间加上等待时间和重传到下一个节点所需的排队延迟时间。1.线路利用率较高。多个报文可以分时共享结点间的同一条通道.2.一对多。即一个报文送到多个目的站点。3.用户不需要叫通对方就可以发送报文。4.兼容性好。不同速率不同协议之间的用户可以通信

24、。1. 实时性交互式性差。报文传输延迟较长(特别是在发生传输错误后)，而且随报文长度变化大。2.有时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地。3.购置存储转发设备要求较高，怎加了设备开支。存储转发主要分为两种类型存储转发主要分为两种类型:l报文交换（报文交换（message）l报文报文分组交换分组交换(packet) 如果在发送发送数据时如果在发送发送数据时,不管发送数据的长不管发送数据的长度是多少度是多少,都把它当成一个逻辑单元都把它当成一个逻辑单元,在发送的在发送的数据上加上数据上加上目的地址目的地址、源地址源地址和和控制信息，控制

25、信息，按一定的格式打包后组成一个报文，这种方按一定的格式打包后组成一个报文，这种方式被称为报文交换。式被称为报文交换。分组交换就是在发送数据时，限制数据单分组交换就是在发送数据时，限制数据单元的最大长度，发送站将一个长报文分成多元的最大长度，发送站将一个长报文分成多个报文分组，接收站在收到这些报文分组个报文分组，接收站在收到这些报文分组时，按顺序重新组成一个长报文。时，按顺序重新组成一个长报文。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 分组交换试图兼有报文交换和电路交换的优点，而使两者的缺点最少。分组交换与报文交换的工作方式基本

26、相同，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度。典型的最大长度是1千位至几千位，称为包（Packets）。报文交换系统却适应更长的报文。把超过最大长度的报文的数据块按限定的大小分割成一个个小段，为每个小段加上有关的地址信息以及段的分割信息并组成一个数据包，然后依次发送。为了区分这两种技术，分组交换系统中的数据单位通常称为分组。 从表面看，分组交换与报文交换相比没有什么特殊优点。值得注意的是，把数据单位的最大长度限制在较小的范围内，这种简单的方法会在性能上有一个引人注目的结果。一个站要发送一个报文，若其长度比最大分组长度还长，它先把该报文分成组，再把这些组发送到节点上。这种

27、交换方式必须解决的问题是根据网络当前的状况为各个数据包选择不同的传输路径，以便网络中各信道的流量趋于平衡。问题是网络将如何管理这些分组流呢?目前有两种方法：数据报和虚电路。虚电路分组交换优点：1.较适合站点之间大批量的数据传输。2.时延短，3.数据分组不易丢失。用户的连续数据块沿着相同的路径，按序到达目的地；接受站点处理方便。 虚电路分组交换缺点： 对网络依赖大。如果虚电路中的某个结点或者线路出现故障，将导致虚电路传输失效。 在虚电路中，数据在传送以前，发送和接收双方在网络中建立起一条逻辑上的连接，但它并不是像电路交换中那样有一条专用的物理通路，该路径上各个节点都有缓冲装置，服从于这条逻辑线路

28、的安排，也就是按照逻辑连接的方向和接收的次序进行输出排队和转发，这样每个节点就不需要为每个数据包作路径选择判断，就好像收发双方有一条专用信道一样。发送方依次发出的每个数据包经过若干次存储转发，按顺序到达接收方。双方完成数据交换后，拆除掉这条虚电路。 数据报分组中每个分组的大小有严格的限制，每个数据报自身携带足够的地址信息。各数据报所走的路径不一定相同，各个数据报到达目的地的顺序可能不同，有的数据报会丢失。 1. 可靠性较高。数据报分组可以选择不同的路径，任一中间结点或者线路的故障不会影响数据报的传输。 2.数据报较适合站点之间少量数据的传输。 1.传输的延时大，时延离散度大。 2.数据分组易丢

29、失 3. 用户的连续数据块会无序地到达目的地；接受站点处理复杂（排序）三种数据交换技术总结如下：（1）电路交换：在数据传送之前需建立一条物理通路，在线路被释放之前，该通路将一直被一对用户完全占有。（2）报文交换：报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。在传送报文时，只占用一段通路；在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队。因此，这种方式不满足实时通信的要求。（3）分组交换：此方式与报文交换类似，但报文被分成组传送，并规定了分组的最大长度，到达目的地后需重新将分组组装成报文。这是网络中最广泛采用的一种交换技术。 三种数据交换方式各有其特点，对于实时性强的交互式传输，电路交换最合适，不宜采用报文

30、方式；对于网络中较轻的或间歇式负载，报文交换方式较合算；对于中等或稍重的负载，分组交换方式有较好的效果。 三种交换方式的事件顺序三种交换方式的事件顺序报文报文ABCD排队延迟排队延迟报文交换报文交换呼呼叫叫请请求求呼呼叫叫应应答答数数据据ABCD寻路延迟寻路延迟电路交换电路交换分组分组1分组分组2分组分组3 3ABCD分组交换分组交换分组分组4 4t t 随着通信和网络应用的发展，传统的交换技术已经不能满足需要。例如，交互式的会话通信对实时性要求很高，延时要小；高清晰度（HDTV）图像及高速数据的传送要求高速宽带的通信网。目前提高数据交换速度的方案有很多，主要有DSI，Frame Relay和

31、ATM等。 （1）利用数字语音插空技术DSI（Digital Speech Interpolation）能提高电路交换的传输能力。传统的电路交换技术在接通到通路后，该通路被一对用户完全占用。但是在传输语音信号时，通路并不始终处于忙的状态，而是有很多空闲的状态。DSI技术的原理是仅当传输语音信号时，才向通话用户分配通道，其余时刻可把通道分配给数据通信。 （2）帧中继（Frame Relay）是对目前广泛使用的X.25分组交换通信协议的简化和改进，它在链路上无差错控制功能和流量控制功能，并且帧中继采用面向连接的模式，是一种简化的面向连接的分组交换。因为光纤通信具有低误码率的特性，无需在链路层进行差

32、错控制，可采用端对端检错重发控制方式，采用固定长度的分组。这种简化了的协议，可以方便地用VLSI技术实现。这种高速分组交换技术有很多优点：可灵活设置信号的传输速率；充分利用网络资源，提高传输效率；可对分组呼叫进行带宽的动态分配。因此可获得低延时、高吞吐率的网络特性。 （3）异步传输模式ATM（Asynchronous Transfer Mode）是电路交换与分组交换技术的结合，能最大限度地发挥电路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力。 异步传输模式异步传输模式ATM简介简介 ATM是一种高速分组交换技术，采用了以是一种高速分组交换技术，采

33、用了以信元信元(Cell)为单位的存储转发方式，故又称为信元为单位的存储转发方式，故又称为信元交换。交换。 ATM将话音、数据和图像等数据分解成长度固将话音、数据和图像等数据分解成长度固定的数据块，并在各数据块前加上地址、优先定的数据块，并在各数据块前加上地址、优先级等控制信息构成信元。级等控制信息构成信元。 信元由信元由5字节的字节的信元头部信元头部和和48字节的字节的有效载荷有效载荷构成：构成：信元头部信元头部 有效载荷有效载荷5Byte 48Byte信元信元 在在ATM网络中，空信元以一定的速率出现，发送站网络中，空信元以一定的速率出现，发送站只要获得空信元即可把信息插入到信元中发送。因

34、只要获得空信元即可把信息插入到信元中发送。因信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为信息插入位置无周期性，故称这种传送方式为异步异步传输模式传输模式。实际上就是统计时分复用。实际上就是统计时分复用。 ATM特点：特点： 面向连接面向连接 (虚连接虚连接)，按序递交；，按序递交； 固定大小的信元，便于高速处理固定大小的信元，便于高速处理 (可用硬件实现可用硬件实现)，传输，传输速率速率622Mbit/s； 可以实时地传送语音和活动图像。可以实时地传送语音和活动图像。123456数据块数据块信元流信元流 1.向目标主机127.0.0.1发送数据包，测试数据包的最大值 2.向目标主机127.0.0.

35、1发送数据包，不允许报文分片，测试数据包的最大值。 提示： 开始运行 CMD C:Documents and SettingsAdministratorcd C:ping 127.0.0.1 -L * C:ping 127.0.0.1 -L -f * 数据报提供的服务是不可靠的，它不能保证服务质量。实际上“尽最大努力交付”的服务，就是没有质量保证的服务。为什么还说数据报服务对军事通信有其特殊的意义？ 使用电脑进行远距离交互式视频会话时，声音和图像同步吗？那一个更快些？为什么？ 复用：多个信息源共享一个公共信道复用：多个信息源共享一个公共信道 为何要复用？为何要复用？提高线路利用率提高线路利用率

36、 适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的适用场合：当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时平均传输需求时 类比：公共运输系统类比：公共运输系统(铁路、海运、航空铁路、海运、航空)DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道共享信道MUX信信源源信信宿宿 2.5.1 频分多路复用 2.5.2 时分多路复用 2.5.3 波分多路复用 2.5.4 码分多路复用 频分复用频分复用 原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。道之间留有防护频带以

37、防相互干扰。CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽复用信号带宽复用信号f复用器复用器 多个信号调制在不同的载波频率上，从而在同一介质上实现同时传送多路信号，即将信道的可用频带（带宽）按频率分割多路信号的方法划分为若干互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频段，从而形成许多个子信道（如图2-5所示）；在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理，这种技术称为频分多路复用（FDM，Frequency Division Multiplexing） 。1.频分多路复用的优点:信道的利用率高，允许复用的路数多，分路也很方便，并且

38、频带宽度越大，则在此频带宽度内所容纳的用户数就越多；2.频分多路复用的缺点:设备复杂，不仅需要大量的调制器、解调器和带通滤波器，而且还要求接收端提供相干载波；此外，由于在传输过程中的非线性失真及频分复用信号抗干扰性能较差，不可避免地会产生路际串音干扰。为了减少载频的数量和所需设备部件的类型，一般都采用多级调制的方法。 时 分 多 路 复 用 （ T D M ， Ti m e D i v i s i o n Multiplexing）是将多路信号按一定的时间间隔相间传送以在一条传输线上实现“同时”传送多路信号。基本的TDM是同步时分多路复用技术，如果采用较复杂的措施以改善同步时分复用的性能，就成

39、为统计时分多路复用（STDM，Statistical Time Division Multiplexing）或异步时分多路复用（ATDM，Asynchronous TDM）。 TDM是将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙，而将若干个时隙组成时分复用帧，用每个时分复用帧中某一固定序号的时隙组成一个子信道，每个子信道所占用的带宽相同，每个时分复用帧所占的时间也是相同的（如图2-7所示），即在同步TDM中，各路时隙的分配是预先确定的时间且各信号源的传输定时是同步的。 时分复用时分复用 原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个

40、时隙进行分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。传输。A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流复用后的数据流时隙号时隙号1231D3D2D1时间片时间片12时间片时间片2D1时隙时隙D2复用器复用器 由于每路数据总是使用每个时间片的固定由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，所以这种时分复用也称为时隙，所以这种时分复用也称为同步时分同步时分复用。复用。 时分复用的典型例子：时分复用的典型例子：PCM信号的传输信号的传输 把多个话路的把多个话路的PCM话音数据用话音数据用TDM的方法装成的方法装成帧帧(帧中还包括了帧同步信息和信令信息帧中还包括了帧同步信息和信令信息

41、) 每帧在一个时间片内发送每帧在一个时间片内发送 每个时隙承载一路每个时隙承载一路PCM信号信号 1. 同步时分多路复用 在同步时分多路复用中，时间片是预先分配好的，而且是固定不变的，即每个时间片与一个信号源对应，而不管此时是否有信息发送。在接收端，根据时间片序号可判断出是哪一路信号。采用同步时分多路复用，由于不一定每个时间片内都有数据发送，所以信道的利用率低。 2. 异步时分多路复用 异步时分多路复用是目前计算机网络中应用广泛的多路复用技术。在异步时分多路复用技术中，动态分配信道的时间片，以实现按需分配。如果某路信号源没有信息发送，则允许其他信号源占用这个时间片，这样就避免了时间片的浪费，大

42、大提高了信道的利用率。 统计统计(异步异步)TDMSTDM TDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。 改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入。将数据放入。ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2时间片时间片1时间片时间片2同步同步TDM带宽浪费A1B1B2时间片时间片1时间片时间片2异步异步TDM可用带宽C2 2.5.3波分复用波分复用光的频分复用光的频分复用 原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，原理

43、：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。每路信号占用一个波长范围来进行传输。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 棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅 在光纤信道上使用的频分多路复用的一个变种就是波分多路复用（WDM，Wave-length Division Multiplexing）。如图2-9所示即是一种在光纤上获得WDM的简单方法。在这种方法中，两根光纤连到一个棱柱或衍射光栅，每根光纤里的光波处于不同的波段上，这样两束光通过棱柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再将两束光分解开来。

44、 码分多路复用（CDMA，Coding Division Multiplexing Access）技术则是一种用于移动通信系统的新技术。笔记本电脑或个人数字助理（PDA，Personal Data Assistant）以及手提电脑（HPC，Handed Personal Computer）等移动计算机的连网通信将会大量用到码分复用技术。 CDMA的复用原理是基于码型分割信道的。每个用户分配有一个地址码，而这些码型互不重叠，其特点是频率和时间资源均为共享。因此，在频率和时间资源紧缺的环境下，CDMA将独具魅力，这也是CDMA受到人们普遍关注的缘故。图2-10显示了CDMA的信道连接方式，在该图中

45、，前向/反向信道是采用频率划分的方式，即移动站对基站方向的载波频率为f，基站对移动站方向的载波频率为f。 上网查询和企业调查有关手机发展的历史，感受频分多路复用到码分多路复用的发展过程。预测未来多路复用趋势如何？ 当地GSM（global system for mobile communications全球通）和CDMA（CDMA code division multiple access 码分多址）手机的运营商是什么公司？各采用了什么多路复用的方式？你认为从技术角度讲哪一种更先进些？ 差错：差错：就是在通信接收端收到的数据与发送端实际发出的数据不一致的现象。 差错控制：差错控制：为防止由于各

46、种因素引起的信息传输错误或将错误限制在所允许的范围内而采取的措施。 通信信道中的噪声分为热噪声和冲击噪声。 热噪声 是由传输媒体的电子热运动产生的，其特点是时刻存在，幅度小，干扰强度与频率无关，但频谱很宽，属于随机噪声。 由热噪声引起的差错属于一种随机差错。 冲击噪声 是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪声的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击噪声持续时间与数据传输中每个比特的发送时间相比，可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出错呈突发性。 冲击噪声引起的传输差错称为突发差错。 在通信过程中出现的传输差错，是由随机差错和突发差错共同构成的，而造成差错可能的原因包括： 在数据通信中

47、，信号在物理信道上的线路本身的电气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和衰减； 电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应； 相邻线路之间的串线干扰； 大气中的闪电、电源开关的跳火、自然界磁场的变化以及电源的波动等外界因素。 差错控制编码就是对网络中传输的数字信号进行抗干扰编码，目的是为了提高数字通信系统的容错性和可靠性，它在发送端被传输的信息码元序列中，以一定的编码规则附加一些校验码元，接收端利用该规则进行相应的译码，译码的结果有可能发现差错或纠正差错。在差错控制码中，检错码是指能自动发现出现差错的编码，纠错码是指不仅能发现差错而且能够自动纠正差错的编码。当然，检错和纠错能力是用信息量的冗余

48、和降低系统的效率为代价来换取的。 差错检测的方法： 反馈重发反馈重发(自动请求重发自动请求重发ARQ)： 接收端检测到接收信息有错后，通过反馈信道要求发送端重发原信息，直到接收端认可为止，从而实现纠错； 前向差错控制前向差错控制(前向纠错前向纠错FEC)： 接收端检测到接收信息有错后，通过一定的运算，确定差错的具体位置，并自动加以纠正。 差错检测编码有奇偶校验码、水平垂直奇偶校验码、CRC循环冗余码等。 差错纠错编码有汉明码和卷积码等。 差错纠错编码也只能解决部分出错的数据，对于不能纠正的错误，就只能使用ARQ的方法。 (1) 反馈重发方法反馈重发方法反馈信道前向信道检错码编码器信源发送器接收

49、器检错码译码器信宿噪声源 ARQ方法原理图方法原理图重发控制反馈控制 (2) 前向纠错方法：前向纠错方法：前向信道纠错码编码器信源发送器接收器纠错码译码器信宿噪声源FEC方法原理图方法原理图 差错控制的差错控制的基本方法：接收方进行差错检测，并向基本方法：接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。发送方应答，告知是否正确接收。 差错控制技术差错控制技术 自动请求重传自动请求重传Automatic Repeat Request （ARQ） 停等停等 ARQ每发送一帧就需要一个应答帧每发送一帧就需要一个应答帧只重传刚才出错的帧只重传刚才出错的帧 Go-back-N ARQ每发送每发送N

50、帧需要一个应答帧帧需要一个应答帧需重传前面（需重传前面（N-i+1）帧（）帧（0iN） 选择重传选择重传 ARQ每发送每发送N帧需要一个应答帧帧需要一个应答帧只只重传出错的帧重传出错的帧 差错控制编码：检错码和纠错码差错控制编码：检错码和纠错码 纠错码在计算机通信中很少使用纠错码在计算机通信中很少使用 检错码主要有两种编码方法：检错码主要有两种编码方法： 奇偶校验奇偶校验（Parity Checking） 可以在两个级别上实现：可以在两个级别上实现： 在原始数据字节的最高位（或最低位）增加一个奇偶校验在原始数据字节的最高位（或最低位）增加一个奇偶校验位，使结果中位，使结果中1的个数为奇数（奇校

51、验）或偶数（偶校的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。验）。例如：例如：1100010增加偶校验位后为增加偶校验位后为11100010 若接收方收到的字节奇偶校验结果不正确，就可以知若接收方收到的字节奇偶校验结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。道传输中发生了错误。 在通信过程中实现：在发送时增加奇偶校验位。在通信过程中实现：在发送时增加奇偶校验位。 只能用于面向字符的通信协议中。只能用于面向字符的通信协议中。 只能检测出奇数个位错，偶数个位错则不能检出。只能检测出奇数个位错，偶数个位错则不能检出。 循环冗余校验循环冗余校验（CRC, Cyclic Redundancy Check） 差错

52、检测原理：差错检测原理：收发双方约定一个收发双方约定一个生成多项式生成多项式G(x)，发送方根据，发送方根据发送的数据和发送的数据和G(x)计算出计算出CRC校验和校验和并把它加并把它加在数据的末尾。接收方则用在数据的末尾。接收方则用G(x)去除接收到的数去除接收到的数据，若有余数，则传输有错。据，若有余数，则传输有错。 校验和是校验和是16位或位或32位的位串。位的位串。 CRC校验的关键是如何计算校验和。校验的关键是如何计算校验和。 你觉得家庭网络布线应该避免经过哪些地方？如果不能避免，应该如何？ 通过网络QQ和EMAIL方式传输一组照片文件。比较传输过程的差错控制情况。传输成功后照片顺序

53、有无变化？为什么？ 有线 双绞线 同轴电缆 光纤等 无线 无线电波 微波 红外线 双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为了减少信号传输中串扰及电磁干扰（EMI）影响的程度，通常将这些线按一定的密度互相缠绕在一起。 双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主要应用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短距离的信息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，这时就要使用中继器（Repeater）来放大信号和再生波形。 双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，所以得到广泛的使用。 在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为非屏蔽双绞线UTP（Unshielded T

54、wisted Pair）和屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）。 双绞线既可以用于音频传输，也可以用于数据传输。按双绞线的性能，目前广泛应用的有五个不同的等级，级别越高性能越好。由于UTP的成本低于STP，所以使用的更广泛。UTP可以分为六类： l类UTP：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。 2类UTP：通常用在程控交换机和告警系统。ISDN和T1/E1数据传输也可以采用2类电缆，2类线的最高带宽为1MHz。 3类UTP：又称为声音级电缆，是一类广泛安装的双绞线。3类UTP的阻抗为100欧姆，最高带宽为16MHz，适合于10Mbps双绞线以太网和4Mbps令牌环网

55、的安装，也能运行16Mbps的令牌环网。 4类UTP：最大带宽为20MHz，其它特性与3类UTP完全一样，能更稳定的运行16Mbps令牌环网。 5类UTP：又称为数据级电缆，质量最好。它的带宽为100MHz，能够运行100Mbps以太网和FDDI，5类UTP的阻抗为100欧姆。5类UTP目前已被广泛的应用。 6类UTP：是一种新型的电缆，最大带宽可以达到1000MHz，适用于低成本的高速以太网的骨干线路。 双绞线由两条相互绝缘的铜导线组成。导线的典型直径为由两条相互绝缘的铜导线组成。导线的典型直径为1mm(0.4mm 1.4mm)。这两条线扭绞在一起，可以减少对邻近线对的电气干扰。这两条线扭绞

56、在一起，可以减少对邻近线对的电气干扰 优点：优点：使用广泛，价格便宜，安装容易使用广泛，价格便宜，安装容易 缺点：缺点：对电磁干扰比较敏感，不适合传输高速数据对电磁干扰比较敏感，不适合传输高速数据 EIA/TIA 5类类UTP电缆规格：电缆规格： Cat1：适用于电话传输：适用于电话传输 Cat2：适用于电话和低速数据传输：适用于电话和低速数据传输(最高最高4Mbps) Cat3：适用于：适用于10Mbps的的10Base-T以太网数据传输以太网数据传输 Cat4：适用于：适用于16Mbps的令牌环网的令牌环网 Cat5：适用于：适用于100Mbps的的100Base-TX 和和100Base

57、-T4快速以太网快速以太网(a) Category 3 UTP.(b) Category 5 UTP. 同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，即内导体（铜芯导线）和外导体(屏蔽层)，外导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之间用绝缘材料隔离。同轴电缆具有较高的带宽和极好的抗干扰特性。 同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量，按射频级测量单位（RG）来度量，RG越高，铜芯导线越细，RG越低，铜芯导线越粗。 常用同轴电缆的型号和应用如下： 阻抗为50欧姆的粗缆RG-8或RG-11，用于粗缆以太网； 阻抗为50欧姆的细缆RG-58A/U或C/U，用于细缆以太网； 阻抗为75欧姆的电缆RG-59，用于

58、有线电视CATV。 电缆类型网络类型电缆电阻/端接器()RG-810Base5 以太网50RG-1110Base5 以太网50RG-58A/U10Base2 以太网50RG-59/UARCnet网，有线电视网75RG-62A/UARCnet网93光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光信号的媒体。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率较低的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传输的光信号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的芯线后，可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全反射，使光束曲折前进。 玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯玻

59、璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳 光缆的结构大致可分为缆芯（Cable Core）和保护层（Sheath）两大部分 四芯光缆剖面示意图四芯光缆剖面示意图 返回本节返回本节 光缆中的光源可以是发光二极管LED或注入式激光二极管ILD，当光通过这些器件时发出光脉冲，光脉冲通过玻璃芯从而传递信息。在光缆的两端都要有一个装置来完成光信号和电信号的转换。 光缆的优点是信号的损耗小、频带宽、传输率高，从l00Mbps到l000Mbps，甚至更高，且不受外界电磁干扰。另外，由于它本身没有电磁辐射，所以它传输的信号不易被窃听，保密性能好。但是它的成本高并且连接技术比较复杂。 光缆主要用于

60、长距离的数据传输和网络的主干线。根据使用的光源和传输模式，光纤可分为多模光纤和单模光纤。多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当光纤芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角度不同传播路径也不同，这时光束是以多种模式在芯线内不断反射而向前传播。多模光纤的传输距离一般在2km以内。 单模光纤采用注入式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单模光纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯中的角度差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。 用光脉冲的出现表示用光脉冲的出现表示“1 ”，不出现表示，不出现表示“0 ” 光传输系统由三个部光传输系统由三个部分组成：光