数据通信的基础知识市公开课一等奖省赛课获奖课件

第2章数据通信基础知识基本概念信道传输介质数据编码多路复用技术数据交换技术差错控制及检错1数据通信的基础知识第1页传输系统输入信息输入数据发送信号接收信号输出数据源点终点发送器接收器调制解调器PC机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号输入汉字显示汉字数据通信系统源系统目系统传输系统输出信息PC机数据通信系统模型2.1基本概念2数据通信的基础知识第2页数据及计算机通信术语数据（Data）信息（Information）信号（Signal）信道（Channel）比特（bit）码元（Codecell）2.1基本概念1.数据通信普通概念传递（携带）信息实体。是数据内容或解释。数据物理量编码（通常为电编码），数据以信号形式在介质中传输。传送信息线路（或通路）。即一个二进制位。比特率为每秒传输比特数（即数据传送速率）。时间轴上一个信号编码单元。3数据通信的基础知识第3页同时脉冲：用于码元同时定时，识别码元从何时开始

●同时脉冲也可位于码元中部●一个码元也可有多个同时脉冲相对应t码元1码元2码元3码元4码元5信号同时脉冲t2.1基本概念4数据通信的基础知识第4页波特（Baud）：码元传输速率单位。波特率为每秒传送码元数（即信号传送速率）。比特率、波特率和信号编码级数关系以下：

Rbit=Rbaudlog2M

上式中：M-信号编码级数，Rbit-比特率，Rbaud-波特率一个信号往往能够携带多个二进制位，所以在固定信息传输速率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中能够传送多个比特。比如：当波特率为9600时若M=2，数据传输率为9600b/s若M=16，数据传输率为38.4kb/s2.1基本概念5数据通信的基础知识第5页带宽（Bandwidth，BW）信道传输能力度量。在传统通信工程中：BW≈fmax－fmin

单位：赫兹（Hz）在计算机网络中，普通用每秒允许传输二进制位数作为带宽计量单位。主要单位：b/s，kb/s，Mb/s，Gb/s。比如：传统以太网理论上每秒能够传输1千万比特，它带宽为10Mb/s。时延（Delay）：信息从网络一端传送到另一端所需时间。时延=处理时延+排队时延+发送时延+传输时延处理时延=对数据进行处理和错误校验所需时间排队时延=数据在中间结点等候转发延迟时间发送时延=数据位数/信道带宽传输时延=d/s

d:距离，s:介质中信号传输速度(≈0.7c)2.1基本概念6数据通信的基础知识第6页通信三个要素：信源、信宿和信道噪声信源发送器信道接收器信宿源系统目系统任何信道都不是完美无缺，所以会对传输信号产生干扰，称为“噪声”。外界：闪电、串扰、电气设备内部：介质特征（衰减、延迟－与频率相关）2.1基本概念7数据通信的基础知识第7页信息经过数据通信系统传输过程把携带信息数据用物理信号形式经过信道传送到目标地信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输编码：数据→适合传输数字信号——便于同时、识别、纠错调制：数字信号→适合传输形式——按频率、幅度、相位解调：接收波形→数字信号解码：数字信号→原始数据信息→数据→信号→在信道上传输→信号→数据→信息数据编码调制解调数据解码00001010‘A’00001010‘A’信道2.1基本概念8数据通信的基础知识第8页2.数据通信系统组成数据传输系统传输线路有线介质、无线介质传输设备调制解调器、中继器、多路复用器、交换机等调制解调器等网络接入设备也称为DCE（DataCircuitEquipment）数据处理系统：计算机、终端等又分为：源系统（信源＋发送器）：发出数据计算机目标系统（信宿＋接收器）：接收数据计算机计算机、终端等设备也称为DTE（DataTerminalEquipment）DCEDTEDTEDCE2.1基本概念9数据通信的基础知识第9页数据通信基本过程5个阶段包含两项内容：数据传输和通信控制过程建立物理连接建立逻辑连接数据传输断开逻辑连接断开物理连接*注意，并不是全部数据通信都需要全部5个阶段。2.1基本概念

与打电话比较拨号，拨通对方相互确认身份相互通话相互确认要结束通话双方挂机10数据通信的基础知识第10页基本概念信道传输介质数据编码多路复用技术数据交换技术差错控制及检错11数据通信的基础知识第11页2.2信道1.数字信道和模拟信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据信道。计算机网络中主要采取数字信道进行数据传输ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据信道。CATV、无线电广播、电话拨号线路2.2信道12数据通信的基础知识第12页模拟信号和数字信号模拟信号时间上连续，包含无穷多个信号值模拟信号能在数字信道上传输吗？数字信号时间上离散，仅包含有限数目标信号值。最常见是二值信号数字信号能在模拟信道上传输吗？ta）模拟信号tb）数字信号2.2信道13数据通信的基础知识第13页周期信号和非周期信号周期信号信号由不停重复固定模式组成（如正弦波）非周期信号信号没有固定模式和波形循环（如语音音波信号）。tTTTtTTT周期信号非周期信号tt2.2信道14数据通信的基础知识第14页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传输模拟通信在模拟信道上实现模拟信息或数字信息传输数字通信优点抗噪声（干扰）能力强能够控制差错，提升了传输质量便于用计算机进行处理易于加密、保密性强能够传输语音、数据、影像，通用、灵活计算机通信仅在不得已情况下，才会采取模拟通信，如经过电话线拨号上网。2.2信道15数据通信的基础知识第15页任何实际信道都不是理想，在传输信号时会产生各种失真以及带来各种干扰。

码元传输速率越高，或信号传输距离越远，在信道输出端波形失真就越严重。2.信道最大数据传输率16数据通信的基础知识第16页数字信号经过实际信道有失真，但可识别失真大，无法识别实际信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信号波形实际信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形17数据通信的基础知识第17页信道能够经过频率范围1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名奈氏准则。他给出了在假定理想条件下，为了防止码间串扰，码元传输速率上限值。在任何信道中，码元传输速率是有上限，不然就会出现码间串扰问题，使接收端对码元判决（即识别）成为不可能。假如信道频带越宽，也就是能够经过信号高频分量越多，那么就能够用更高速率传送码元而不出现码间串扰。18数据通信的基础知识第18页Nyquist公式：用于无噪声理想低通信道Nyquist公式为估算已知带宽信道最高数据传输速率提供了依据。比如，话音级线路带宽约为3.1kHz，依据上式计算信道最大数据传输率如右表所表示C=2Wlog2MC=数据传输率，单位b/sW=带宽，单位HzM=信号编码级数M最大数据率26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/s2.2信道19数据通信的基础知识第19页非理想信道实际信道上存在损耗、延迟、噪声。损耗引发信号强度减弱，造成信噪比S/N降低。延迟会使接收端信号产生畸变。噪声会破坏信号，产生误码。比如：数据传输速率为56kb/s时，连续时间0.01s干扰会破坏约560个比特。2.2信道20数据通信的基础知识第20页Shannon公式：用于有噪声干扰信道例：信道带宽W=3.1kHz，S/N=，则 C=3100×log2（1+）≈34kb/s即该信道上最大数据传输率不会大于34kb/s。信噪比单位也可用分贝(dB)表示：S/NdB=10log10

S/N所以，若S/NdB=30dB，则S/N=1000。C=Wlog2（1+S/N）

C:传输率，单位b/sW:带宽，单位HzS/N:信噪比2.2信道香农(Shannon)用信息论理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰信道极限、无差错信息传输速率。21数据通信的基础知识第21页香农公式表明信道带宽或信道中信噪比越大，则信息极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道极限信息传输速率，就一定能够找到某种方法来实现无差错传输。若信道带宽

W

或信噪比

S/N

没有上限（当然实际信道不可能是这么），则信道极限信息传输速率

C

也就没有上限。实际信道上能够到达信息传输速率要比香农极限传输速率低不少。22数据通信的基础知识第22页Nyquist公式和Shannon公式比较C=2Wlog2M用于理想信道（这么信道存在吗？）数据传输率随信号编码级数增加而增加。C=Wlog2（1+S/N）用于有噪声信道（实际信道总是有噪声！）不论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能到达最大数据传输速率上限。原因：噪声存在将使编码级数不可能无限增加。2.2信道23数据通信的基础知识第23页3.数据传输方式单/双工通信——单/双向传输单工：数据单向传输半双工：数据能够双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输全双工：数据能够双向同时传输需要含有两条物理上独立传输线路；或者需要含有一条物理线路上两个信道，分别用于不一样方向信号传输。2.2信道无线电广播对讲机电话24数据通信的基础知识第24页发送器接收器发送器/接收器发送器/接收器发送器/接收器发送器/接收器单工方式：半双工方式：全双工方式：A站B站可同时不可同时2.2信道25数据通信的基础知识第25页基带/频带/宽带传输基带传输：不需调制，编码后数字脉冲信号直接在信道上传送。比如：以太网（局域网）频带传输：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调。比如：经过电话网络传输数据宽带传输：把信号调制成频带为几十MHZ到几百MHZ模拟信号后再传送，接收方需要解调。比如：闭路电视信号传输2.2信道26数据通信的基础知识第26页宽带与窄带概念了解宽带是指可经过较高数据率线路。宽带是和窄带相正确。主要是速率上比较，早期拨号上网速率上限为56Kbps，属于窄带。在当前，对于用户接入到因特网用户线来说，每秒传送几个兆比特就能够算是宽带速率，比如ADSL等。2.2信道27数据通信的基础知识第27页对宽带传输错误概念有些人愿意用“汽车在公路上跑”来比喻“比特在网络上传输”，认为宽带传输好处就是传输更加快，好比汽车在高速公路上能够跑得更加快一样。对于这种比喻一定要慎重对待。2.2信道28数据通信的基础知识第28页常见错误是混同了两种速率在网络中有两种不一样速率：信号（即电磁波）在传输媒体上传输速率（米/秒，或公里/秒）计算机向网络发送比特速率（比特/秒）这两种速率意义和单位完全不一样。宽带传输：计算机向网络发送比特速率较高。2.2信道29数据通信的基础知识第29页ABAB宽带线路窄带线路在宽带线路上比特传输得快在窄带线路上比特传输得慢错误概念2.2信道30数据通信的基础知识第30页ABAB宽带线路窄带线路宽带线路：每秒有更多比特从计算机注入到线路。宽带线路和窄带线路上比特传输速率是一样。正确概念2.2信道31数据通信的基础知识第31页32数据通信的基础知识第32页比喻：汽车运货宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短2.2信道33数据通信的基础知识第33页另一个错误概念

——“宽带”相当于“多车道”多车道公路是并行传输……100101110100100111010001011010通信线路上通常都是串行传输(但ADSL是例外）2.2信道34数据通信的基础知识第34页数据同步方式目是使接收端与发送端在时间基准上一致：同步脉冲频率数据从什么时候开始，什么时候结束位边界数据块边界数据通信中需要在三个层次上实现同步：位——位同步字符——字符同步帧(Frame)——帧同步2.2信道35数据通信的基础知识第35页位同时：目标是使接收端接收每一位信息都与发送端保持同时，2种同时方法：外同时——发送端发送数据之前发送同时脉冲信号，接收方用接收到同时信号来锁定自己时钟脉冲频率。自同时——经过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含同时信号，接收方从数据编码信号提取同时信号来锁定自己时钟脉冲频率。2.2信道36数据通信的基础知识第36页字符同时：找到正确字符边界。惯用为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字符传输需要：1个起始位、5～8个数据位、1、1.5或2个停顿位采取这种同时方式通信也称“异步通信”。起止式优缺点：频率漂移不会积累，每个字符开始时都会重新取得同时；每两个字符之间间隔时间不固定；增加了辅助位，所以传输效率低；比如，采取1个起始位、8个数据位、2个停顿位时，其传输效率为8/11≈73％起始位数据位停顿位字符间隔不固定1个字符时间逻辑“0”逻辑“1”2.2信道37数据通信的基础知识第37页帧同时：识别一个帧起始和结束。帧（Frame）：数据链路中传输单位——包含数据和控制信息数据块面向字符——以同时字符（SYN，16H）来标识一个帧开始，适合用于数据为字符类型帧面向比特——以特殊位序列（7EH，即01111110）来标识一个帧开始，适合用于任意数据类型帧帧起始控制信息数据帧结束校验和0–nbit8bit8bit8-32m7EH7EH2.2信道38数据通信的基础知识第38页基本概念信道传输介质数据编码多路复用技术数据交换技术差错控制及检错39数据通信的基础知识第39页2.3传输介质磁介质

高带宽、低费用、高延时（小时）——在通信中极少使用

例：7GB/8mm磁带，1000盘/50*50*50cm3，24h可送到任何地方。总容量=7*1000*8Gbits，总时间=24*60*60=86400s传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s金属导体双绞线、同轴电缆(粗、细)光纤无线介质无线电、微波、卫星、红外线40数据通信的基础知识第40页双绞线（TwistPair，TP）--螺旋绞合双导线--每根4对、25对、1800对--经典连接距离100m（LAN）--RJ45插座、插头--优缺点：成本低组装密度高、节约空间安装轻易（综合布线系统）平衡传输（高速率）抗干扰性普通连接距离短应用领域：电话网络、计算机局域网内导体芯线绝缘内屏蔽外屏蔽外套2.3传输介质41数据通信的基础知识第41页屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以降低干扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛惯用双绞线：3类（16Mb/s）

和5类（155Mb/s）两种2.3传输介质42数据通信的基础知识第42页双绞线各条线用途1输出数据(+)2输出数据(-)3输入数据(+)4保留为电话使用5保留为电话使用6输入数据(-)7保留为电话使用8保留为电话使用43数据通信的基础知识第43页双绞线连接标准色彩标识和连接方法：交叉线：交换机-交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口)直连线：PC/路由器-交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口)线对色彩码1白蓝，蓝2白橙，橙3白绿，绿4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉线EIA-568B直连线EIA-568A2.3传输介质44数据通信的基础知识第44页光纤（OpticalFiber）依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传输优缺点：传输带宽高：仅受光电转换器件限制（＞100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好、误码率低，保密性好轻便价格较高需要光电转换纤芯材料：塑料二氧化硅

（高纯玻璃）2.3传输介质45数据通信的基础知识第45页光纤传输原理——光反射光从折射率高介质入射到折射率低介质时会产生折射。折射量取决于两种介质折射率。当入射角≥临界值时产生全反射，不会泄漏。纤芯-折射率高，玻璃包层-折射率低亮度调制：有光脉冲-1，无光脉冲-0光传输系统：光源、介质、光检测光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管/激光二极管光检测器：光电二极管PIN/雪崩二极管APD单向传输，双向需两根光纤应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接2.3传输介质46数据通信的基础知识第46页光线在光纤中折射折射角入射角包层（低折射率媒体）包层（低折射率媒体）纤芯（高折射率媒体）包层纤芯47数据通信的基础知识第47页光纤工作原理高折射率(纤芯)低折射率(包层)光线在纤芯中传输方式是不停地全反射48数据通信的基础知识第48页多模光纤(MMF)单模光纤(SMF)：光纤直径靠近一个光波波长多束光线以不一样反射角传输激光器包层，折射率低纤芯，折射率高亮度调制光检波器激光器光检波器单束光线沿直线传输2.3传输介质49数据通信的基础知识第49页经典光缆单芯光缆多芯光缆玻璃封套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯塑料外套玻璃封套外壳常见规格：纤芯——50um缓变型-MMF62.5um缓变型/增强型-MMF8.3um突变型-SMF包层——125um2.3传输介质50数据通信的基础知识第50页高密度多芯光缆剖面结构芯封套外套加强芯光纤外鞘加强芯光纤束2.3传输介质51数据通信的基础知识第51页同轴电缆（CoaxialCable）计算机网络中使用基带同轴电缆阻抗50，有粗同轴和细同轴两种应用：总线局域网（以太网）性能：10Mb/s，500米/185米铜芯绝缘层外导体屏蔽层保护套2.3传输介质52数据通信的基础知识第52页无线介质（信号在大气或外层空间自由传输）使用电磁波或光波携带信息优缺点：无需物理连接适合用于长距离或不便布线场所易受干扰反射，为障碍物所阻隔主要类型：无线电、地面微波通信卫星红外线2.3传输介质53数据通信的基础知识第53页无线电基站与终端之间通信采取无线链路应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）BS基站覆盖无线电区域BS基站用户计算机和终端2.3传输介质54数据通信的基础知识第54页地面微波经过地面站之间接力传送接力站之间距离：50-100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之间直视线路微波传送塔2.3传输介质55数据通信的基础知识第55页地球同时卫星与地面站相对固定位置使用3颗卫星即可覆盖全球传输延迟时间长（≈270ms）广播式传输应用领域：电视传输长途电话专用网络广域网35,784公里地球2.3传输介质56数据通信的基础知识第56页惯用传输介质比较（p46表2.1）传输介质传输方式速率/工作频带传输距离性能价格应用双绞线宽带基带≤1Gb/s模拟:10km数字:500m很好低模拟/数字信号传输50Ω同轴电缆基带10Mb/s<3km很好较低基带数字信号75Ω同轴电缆宽带≤450MHz100km很好较低模拟电视、数据及音频光纤基带40Gb/s20km以上很好较高远距离高速数据传输微波宽带4-6GHz几百km好中等远程通信卫星宽带1-10GHz18000km很好高远程通信2.3传输介质57数据通信的基础知识第57页基本概念信道传输介质数据编码多路复用技术数据交换技术差错控制及检错58数据通信的基础知识第58页2.4数据编码不一样类型信号在不一样类型信道上传输有4种情况：数据：模拟数据数字数据信号：模拟信号数字信号信道：模拟信道数字信道59数据通信的基础知识第59页模拟传输和数字传输所使用技术话音移频,调制模拟数字模拟模拟PCM编码数字数字数字编码数字模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制2.4数据编码60数据通信的基础知识第60页编码与调制区分编码：用数字信号承载数字或模拟数据调制：用模拟信号承载数字或模拟数据EncoderDecoder数字或模拟数据数字信号x(t)g(t)数字或模拟数据编码与解码数字信道发送方接收方g(t)编码解码2.4数据编码61数据通信的基础知识第61页调制与解调数字或模拟数据ModulatorDemodulator数字或模拟数据模拟信号g(t)s(t)g(t)载波模拟信道发送方接收方调制解调制2.4数据编码62数据通信的基础知识第62页1.数字数据数字信号编码使数字数据能在数字信道上传输把数字数据转换成某种数字脉冲信号常见有两类：不归零码和曼彻斯特编码不归零码（NRZ，Non-ReturntoZero）二进制数字0、1分别用两种电平来表示；惯用－5V表示1，＋5V表示0；缺点：存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；不具备自同时机制，传输时必须使用外同时。2.4数据编码63数据通信的基础知识第63页曼彻斯特编码（ManchesterCoding）用电压改变表示0和1。要求在每个码元中间发生跳变：高→低跳变代表0，低→高跳变代表1每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此改变提取出来作为同时信号。这种编码也称为自同时码（Self-SynchronizingCode）。缺点：需要双倍传输带宽（即信号速率是数据速率2倍）。差分曼彻斯特编码（Differential～）每个码元中间仍要发生跳变。用码元开始处有没有跳变来表示0和1

，有跳变代表0，无跳变代表1。2.4数据编码64数据通信的基础知识第64页三种数字编码波形图01001100011

时钟NRZManchester差分Manchester2.4数据编码65数据通信的基础知识第65页2.数字数据调制使数字数据能在模拟信道上传输三种惯用调制技术：幅移键控ASK（AmplitudeShiftKeying）频移键控FSK（FrequencyShiftKeying）相移键控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用数字信号对载波不一样参量进行调制。

载波信号S(t)=Acos(t+)

S(t)参量包含：幅度A、频率

、初相位调制就是要使A、或随数字基带信号改变而改变2.4数据编码66数据通信的基础知识第66页ASK：用载波两个不一样振幅表示0和1FSK：用载波两个不一样频率表示0和1PSK：用载波起始相位改变表示0和100110100010ASKFSKPSK2.4数据编码67数据通信的基础知识第67页3.模拟数据数字信号编码使模拟数据能在数字信道上传输采样定理：假如模拟信号最高频率为F，若以≥2F采样频率对其采样，则从采样得到离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。要转换模拟数据主要是电话语音信号模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。三个步骤：采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化：把每个样本舍入到最靠近量化级别上编码：对每个舍入后样本进行编码编码后信号称为PCM信号（脉码调制,PulseCodedModulation）。2.4数据编码68数据通信的基础知识第68页语音信号数字化语音带宽f<4kHz采样时钟频率：8kHz（>2倍语音最大频率）样本量化级数：256级（8bit/每样本）数据率：8000次/s*8bit=64kb/s每路PCM信号速率=64kb/s模拟语音信号采样时钟PCM信号采样电路量化和编码数字化语音信号f<4kHzfs=8kHz2.4数据编码69数据通信的基础知识第69页PCM编码过程举例

语音信号011100011011001100

PCM输出343314011100011011001100

PCM信号（有量化误差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信号2.4数据编码70数据通信的基础知识第70页基本概念信道传输介质数据编码多路复用技术数据交换技术差错控制及检错71数据通信的基础知识第71页2.5多路复用技术多路复用：多个信息源共享一个公共信道为何要复用？——提升线路利用率适用场所：当信道传输能力大于每个信源平均传输需求时DEMUX复用器解复用器共享信道MUX信源信宿2.4数据编码类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）72数据通信的基础知识第72页复用基本思想：把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道，每个子信道传输一路数据。复用方法频分复用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按频率划分不一样信道，如CATV系统波分复用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波长划分不一样信道，用于光纤传输时分复用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按时间划分不一样信道，当前应用最广泛码分复用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址码划分不一样信道，非常有发展前途2.4数据编码73数据通信的基础知识第73页频分复用FDM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。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。CH2CH1CH3原带宽CH1CH2CH3移频后带宽MUXCH1CH2CH3带宽复用信号f复用器2.4数据编码74数据通信的基础知识第74页波分复用——光频分复用原理：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。F2F1F3光谱F1F2F3共享光纤光谱光纤2光纤3光纤1共享光纤棱柱/衍射光栅2.4数据编码75数据通信的基础知识第75页时分复用TDM原理：把时间分割成小时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。在通信网络中应用极为广泛。A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后数据流时隙号1231D3D2D1时间片12时间片2D1时隙D2复用器t2.4数据编码76数据通信的基础知识第76页因为每路数据总是使用每个时间片固定时隙，所以这种时分复用也称为同时时分复用。一个时间片内传输多路数据称为帧。时分复用经典例子：PCM信号传输把多个话路PCM语音数据用TDM方法装成帧（帧中还包含了帧同时信息和信令信息）每帧在一个时间片内发送每个时隙承载一路PCM信号2.4数据编码77数据通信的基础知识第77页统计（异步）TDM——STDMTDM缺点：某用户无数据发送，其它用户也不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。STDM：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入。ABCD待发数据t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2时间片1时间片2同时TDM带宽浪费A1B1B2时间片1时间片2统计TDM可用带宽C22.4数据编码78数据通信的基础知识第78页时分复用——数字载波复用标准T-标准（北美、日本）E-标准（欧洲、中国、南美）E1（一次群）标准每125us为一个时间片，每时间片分为32个通道（时隙）。每个时隙可容纳8bit。通道0用于同时，通道16用于信令，其它30个通道用于传输30个PCM话音数据。E1速率=（32x8bit）/125us=2.048Mb/s对E1深入复用，还可组成E2到E5等高次群。E5可承载7680个话路，数据率约为565Mb/s。新TDM标准是同时光网络（SONET）和ITU-T同时数字系列（SDH）。惯用线路速率为（近似值）155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s和10Gb/s。2.4数据编码79数据通信的基础知识第79页E1-帧格式E1线路也能够用于计算机通信0121631时间片125ms=32时隙，2.048Mb/s帧同时信令30路数字语音数据（PCM数据）+2路控制用户话路用户话路15172.4数据编码80数据通信的基础知识第80页码分复用CDM原理：每个用户把发送信号用接收方地址码序列编码（任意两个地址码序列相互正交）。不一样用户发送信号在接收端被叠加，然后接收者用一样地址码序列解码。因为地址码正交性，只有与自己地址码相关信号才能被检出，由此恢复出原始数据。地址码序列两两相互正交：码序列A、B，应满足AB=0，AB'=0，AA=1，AA'=-1其中为内积运算。在无线移动通信中应用广泛。2.4数据编码81数据通信的基础知识第81页基本概念信道传输介质数据编码多路复用技术数据交换技术差错控制及检错82数据通信的基础知识第82页2.6数据交换技术什么是交换？按某种方式动态地分配传输线路资源。比如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。最初交换：人工转接交换为何要采取交换技术？节约线路投资，提升线路利用率。实现交换方法主要有：电路交换、报文交换和分组交换。83数据通信的基础知识第83页

两部电话机只需要用一对电线就能够相互连接起来。传统电话网使用电路交换84数据通信的基础知识第84页但若要将5部电话机两两相连，则需要10对电线。传统电话网使用电路交换

85数据通信的基础知识第85页

…

交换机当电话机数量很大时，就必须使用电话交换机进行连接。传统电话网使用电路交换

86数据通信的基础知识第86页((A通话前先拨号建立连接。可能只要经过一个交换机（如A到B）可能要经过多个交换机（如C到D）通话过程中，通信双方一直占用所建立连接。通话结束后，挂机释放连接。电路交换特点交换机交换机交换机交换机((((((交换机交换机BCD87数据通信的基础知识第87页电话网络中电路交换电路交换也能在多路复用信道上实现在物理线路某个信道上建立连接88数据通信的基础知识第88页计算机终端早期计算机网络采取电路交换那时计算机极少，非常昂贵。远地终端（没有处理功效）经过通信线路（可能要经过许多个交换机）使用处于网络中心计算机资源。89数据通信的基础知识第89页电路交换在通信双方之间建立一条暂时专用线路过程。能够是真正物理线路，也能够是一个复用信道。特点：数据传输前需要建立一条端到端通路。——称为“面向连接”（经典例子：电话）过程：建立连接→通信→释放连接优缺点：建立连接时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小。不适合用于计算机通信：因为计算机数据含有突发性特点，真正传输数据时间不到10%。比如：建立连接时间为0.5秒，计算机以1Mb/s速率发送10k字节。线路利用率＝？90数据通信的基础知识第90页报文交换以报文为单位进行“存放-转发”交换技术。在交换过程中，交换设备将接收到报文先存放，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目标地。这种数据传输技术称为存放-转发。传输之前不需要建立端到端连接，仅在相邻结点传输报文时建立结点间连接。——称为“无连接”（经典例子：电报）整个报文（Message）作为一个整体一起发送。优缺点：没有建立和拆除连接所需等候时间；线路利用率高；传输可靠性较高；报文大小不一，造成存放管理复杂；大报文造成存放转发延时过长，且对存放容量要求较高；犯错后整个报文全部重发。比较：下载时若无断点续传功效，一旦犯错你会怎样做？91数据通信的基础知识第91页分组交换(packetswitching)出现电话网是为电话通信设计。电路交换电话网很适合于电话通信。但计算机数据含有很大突发性。使用电路交换会造成网络资源严重浪费。计算机逐步增多，连网需求日益迫切，计算机网络需要使用愈加有效连网技术。这就造成分组交换问世。92数据通信的基础知识第92页数据数据数据分组交换在发送端把要发送报文分隔为较短数据块每个块增加带有控制信息首部组成份组（包）依次把各分组发送到接收端接收端剥去首部，抽出数据部分，还原成报文数据分组11010011101•

•••••••00101001110报文发送端首部分组数据首部分组首部数据发送发送发送在前发送接收端数据首部数据首部数据首部11010011101•

•••••••0010100111093数据通信的基础知识第93页分组交换网示意图H1A互联网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送分组H2向H6发送分组注意分组路径改变！路由器主机94数据通信的基础知识第94页分组从A传送到B过程网络网络网络网络网络网络网络路由器路由器路由器路由器路由器路由器AB查找路由表目地下一跳路由器查找路由表目地下一跳路由器查找路由表目地下一跳路由器这就是基于存放转发分组交换95数据通信的基础知识第95页分组交换（包交换）将报文分割成若干个大小相等分组（Packet）进行存放转发。数据传输前不需要建立一条端到端通路——也是“无连接”。有强大纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功效。优缺点：对转发结点存放要求较低，能够用内存来缓冲分组——速度快；转发延时小——适合用于交互式通信；某个分组犯错能够仅重发犯错分组——效率高；各分组可经过不一样路径传输，容错性好。需要分割报文和重组报文，增加了端站点负担。分组交换有两种交换方式：数据报方式和虚电路方式96数据通信的基础知识第96页数据报方式（Datagram）各分组独立地确定路由（传输路径）不能保证分组按序到达，所以目站点需要按分组编号重新排序和组装数据报方式不能确保分组按序抵达分组可能经过多个路径穿越网络97数据通信的基础知识第97页虚电路方式（VirtualCircuit）通信前预先建立一条逻辑连接——虚电路虚电路是由其路径上全部交换机中路由表定义逻辑连接类比：铁路系统（旅客/列车:分组，铁路网:网络，火车站:节点）“西安－北京”这条线路能够看成是一条虚路径也需要三个过程：建立－数据传输－拆除建立虚电路时，交换机将预留传输时所需全部资源虚电路路由在建立时确定，传输数据时则不再需要数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路路由穿越网络——“数字管道”提供是“面向连接”服务但却没有像电路交换那样一直占用一条端到端物理通道，只是断续地依次占用传输路径上各个链路段——与铁路系统类比！能够看成是采取了电路交换思想分组交换能够确保分组按序抵达98数据通信的基础知识第98页分组经过预先建立好虚电路穿越网络99数据通信的基础知识第99页三种交换方式事件次序呼叫请求呼叫应答数据ABCD寻路延迟线路交换分组1分组2分组3ABCD分组交换分组4t报文ABCD排队延迟报文交换100数据通信的基础知识第100页2.7差错控制与检错什么是差错控制？在通信过程中，发觉、检测差错并进行纠正为何要进行差错控制？不存在理想信道→传输总会犯错与语音、图像传输不一样，计算机通信要求极低差错率。产生差错原因：信号衰减和热噪声信道电气特征引发信号幅度、频率、相位畸变；信号反射，串扰；冲击噪声，闪电、大功率电机启停等