工业网络-第2章数字数据通信基础(简)

工业网络-第2章数字数据通信基础(简)第一页，共80页。第2章数字数据通信基础1通信系统的基本组成2信号表示3传输方式4传输差错处理5传输控制规程6信道利用7数据交换技术第二页，共80页。1通信系统的基本组成通信三要素：

信源：

信宿：

载体：信源信宿载体（信道）噪声源电话线数字网光纤ModemCodec电话线光纤ModemCodec第三页，共80页。

信道传输媒体类型划分：

◆有线信道

◆无线信道传输方式划分：

◆模拟信道（电话线、电视线）支持模拟信号传输模拟传输系统:模拟信道构成的传输系统（电话网、X.25分组交换网等）◆数字信道：支持数字信号传输（光纤、串行通信线等），对所有频率的信号作同等比例的衰减，用中继器来识别、还原数字传输系统:数字信道构成的传输系统（宽带ISDN等）(1)双绞线(2)同轴电缆(3)光导纤维（光纤）第四页，共80页。信道带宽：信道可以不失真地传输信号的频率范围(Hz)信道容量：信道在单位时间内可以传输的最大信号量

(码元/秒)(当1码元=1bit时，用bps)数据传输速率(bps)：信道在单位时间内可以传输的最大比特数。信道容量和信道带宽成正比：带宽越大，容量越大局域网带宽：10Mbps，100Mbps，1000Mbps广域网：64Kbps、2Mbps、155Mbps、622Mbps、2.5Gbps信道带宽与信道容量第五页，共80页。

差错率/误码率差错率/误码率：传输比特总数与其中出错比特数的比值

Pe=出错比特数/传输比特总数例：传输10000bit,有2bit出错，

Pe＝2/10000

差错率越高表示信道的质量越差

信道的差错率与信号的传输速率

和传输距离成正比返回第六页，共80页。（1）调制/解调利用模拟信道支持数据信息传输的技术（2）编码/解码

(COdingandDECoding)实现模拟信息与数字信号之间的转换。用于数字信道传输模拟信息在数字传输系统中使用的信号表示技术：传输编码利用0和1比特的特定组合来表示字符、图形和控制符（传输控制、格式控制）例如ASCII码通信编码（数字数据编码）利用特定的电平信号来表示0、1比特值，并通过计算机或者其它通信设备的输入输出端口传输.

2信号表示第七页，共80页。利用特定的电平信号来表示0、1比特值，并通过计算机或者其它通信设备的输入输出端口传输.

0101000101a）RS232编码方案＋15V－15V(1)RS-232编码：利用不同的电平表示不同的二进制值，正电平（+15v）表示数字信号“0”

负电平（-15v）表示数字信号“1”PC机的RS232串行通信端口通信编码（数字数据编码）第八页，共80页。0101000101＋15V－15V(2)不归0交替编码(NRZI)：

根据相邻比特的电平变化状况确定，比特间隔发生电平变化表示“1”；比特间隔不发生电平变化表示“0”。发送脉冲接收取样脉冲收发设备的误差积累RS232、NRZI编码特点：编码中不含同步信息发送/接收设备的时钟略有差异时，可能造成误差积累,造成取样脉冲的偏移，出现差错。通信编码第九页，共80页。(3)曼彻斯特编码一个比特时间一分为二比特时间内发生低电平到高电平的变化表示“1”

高电平到低电平的变化表示“0”特点：编码中含有同步信息(每个比特中部的电平跃变信号)

接收方可以根据该同步信息及时调整接收脉冲的产生，可以支持较大数据块的传输。要求发送/接收设备支持较高频率的发/收脉冲

0100110100通信编码第十页，共80页。通信编码(4)差分曼彻斯特编码编码特征：一个比特时间一分为二，比特时间的中部发生电平变化，表示的值依赖于前一比特的最终电平状态＃当前比特的前半部分电平不同于前一比特的最终电平状态，表示“0”

＃当前比特的前半部分电平相同于前一比特的最终电平状态，表示“1”0100110100第十一页，共80页。

用5位(5b)的符号表示4位(4b)的信息(数据)

采用不归0交替编码(NRZI)表示这5位符号。

选用符号的规则是，这些符号无论如何排列都不会出现超过连续3个“0”或连续7个“1”的现象。

(5)4b/5b码

信息输入

0001

4b/5b01001NRZI发往信道

10010码转换通信编码（高位在先）第十二页，共80页。11110

01001

10100

10101

01010

01011

01110

01111

0

1

2

3

4

5

6

7

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

10010

10011

10110

10111

11010

11011

11100

111018

9

A

B

C

D

E

F1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111在光纤通信中，4个连续“暗”和8个连续“亮”，在接收端将非常困难侦测到底有几个“亮”或“暗”的讯号，而且也非常困难达到时序的同步。由于NRZI编码中数据为“1”一定有电位变化（亮暗变化），刚好可解决连续8个“1”的问题。因此数据经过4B/5B编码后再经过NRZI第二次编码，所产生的连续讯号之中最多只会发生连续3个『暗』的光。不但可以解决连续资料（0或1）的问题，对于时序同步的问题也改进许多。第十三页，共80页。5bit码共有32种组合，但只采用其中的16种对应4bit码的16种，其他的16种或者未用或者用作控制码，以表示帧的开始和结束、光纤线路的状态（静止、空闲、暂停）等。

三种应用实例是FDDI、100BASE－TX和100BASE－FX

8B/10B编码与4B/5B的概念类似，例如在千兆以太网中就采用了8B/10B的编码方式。返回第十四页，共80页。（1）并行/串行3传输方式第十五页，共80页。传输方式（2）同步/异步＃同步传输：以多个字符或者多个比特组合成的数据块为单位进行传输，利用独特的同步模式来限定数据块，达到同步接收的目的。以固定的时钟节拍串行地发送数据信号。发送：同步符号（起始字符）＋数据块＋同步符号（结束字符）接收：遇到同步符号，开始接收数据，直到结束符号为止。同步符号：标识数据块的开始和结束具有较高的数据传输速率假同步现象：数据块中含有与同步符号相同的内容接入X.25分组交换网：同步端口第十六页，共80页。常用的同步串行传输规程有：1.二进制同步通信BSC2.同步数据链路控制SDLC3.高级数据链路控制HDLC4.高级数字通信控制规程ADCCP5.X.25(由国际电报电话咨询委员会CCITT制定)6.数字数据通信报文规程DDCMP第十七页，共80页。＃异步传输特点：字符内部的各个比特采用固定的时间模式，单个字符独立传输，字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。附加开销大，传输效率较低。接入电话网：异步端口

起终始止位11101010位

线路空闲

线路空闲起始位一个字符下一字符传输方式第十八页，共80页。接收方如何在时间上与发送方取得同步，以便能够正确地识别和接收发送方发来的数据。位同步：使接收方可以正确地接收各个比特自同步法：接收方直接从数据波中获取同步信号。外同步法：发送方在发数据前，先向接收方发一串同步时钟序列，接收方根据这一同步时序锁定接收频率。（异步传输的起始/终止位也是外同步的形式）字符同步：使接收方可以正确地识别数据群同步传输时的同步字符（SYN）接收方在识别到独特的同步字符或同步模式后，才开始真正的数据接收。同步传输中的同步技术第十九页，共80页。帧同步：识别一个帧的起始和结束。帧（Frame）：数据链路中的传输单位——包含数据和控制信息的数据块面向字符的——以同步字符（SYN，16H）来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧面向比特的——以特殊位序列（7EH，即）来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧帧起始控制信息数据帧结束校验和0–nbit8bit8bit8-32m7EH7EH第二十页，共80页。根据收发双方信息交换的方向性:

单工传输：任意时刻只允许向一个方向进行信息传输，

半双工传输：可以交替改变方向的信息传输，但在任一特定时刻，信息只能向一个方向传输，

全双工传输：任意时刻信息都可进行双向的信息传输。半双工（一个信道）Half-Duplex全双工（两个信道）Full-Duplex（3）单工/双工返回第二十一页，共80页。目的：保证信息传输的正确性传输过程中的差错是不可避免的，需进行差错处理与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。产生差错的原因：信号衰减和热噪声信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；信号反射，串扰；冲击噪声，闪电、大功率电机的启停等。通常接收方应能检错，甚至纠错4传输差错处理第二十二页，共80页。纠错码和检错码纠错码：纠错码是除m个数据位外增加r个冗余位作为纠错位，整个长度为n=m+r

海明（Hamming）码正反码检错码：检错码＝信息字段＋校验字段校验字段越长，编码的检错能力越强，编码/解码设施越复杂，附加的冗余信息在整个编码中所占的比例越大，传输的有效成分越低。传输顺序：信息字段在前，校验字段在后

校验和（CheckSum）块校验码（BlockCheckCode）奇/偶校验码循环冗余检错码CRC(CyclicRedundancyCheck)

第二十三页，共80页。差错控制方法三种基本的差错控制方法：反馈重传法(automaticrepeatrequest-ARQ)：接收端的译码器只是检测有无误码，发现误码则利用反向通道发送要求重传的消息。自动纠错(前向纠错forwarderrorcontrol-FEC):接收端检测到有错后，通过一定的运算，确定差错的位置，自动加以纠正。混合方式(hybridFEC-ARQ):接收端对少量的差错自动纠正，而对超出纠正能力的差错通过反馈重传法加以纠正。第二十四页，共80页。三种ARQ停－等ARQ1、一次发送一块，发送一块数据后，就停止发送动作，开始计时。等待接收方的反馈结果，2、仅当收到正确的接收确认之后，才继续发送后继块数据。3、如果接到否定确认，或者计时器超时，重新传输本数据块。退回N或连续传输如果没有收到出错应答或应答信息没有超时，则发送端连续发送；如果第N帧出错或超时，则从第N帧开始重新发送。选择性重传第二十五页，共80页。(1)发送方可一次连续发送多块数据（可发送的最大数据块数称为窗口数）

(2)接收方对每块数据进行差错分析，如果发现错误，立即反馈发送方，

(3)接收方可对接收到的多个正确的数据块进行一次性确认

(4)发送方根据反馈的结果，重发指定的数据块特点：效率高，控制复杂，全双工方式选择性重传返回第二十六页，共80页。目的：协调通信双方的动作，保证数据信息传输的正确性。异步传输控制规程：实现以字符为单位的传输；同步传输控制规程：实现以许多字符或许多比特组合成的数据块为单位的传输；1.二进制同步通信规程(BSC)

2.高级链路控制规程（HDLC--HighDataLinkControl）3.CSMA/CD

4.令牌环（TokenRing）

5传输控制规程第二十七页，共80页。1.二进制同步通信规程(BSC)支持字符数据（或组合成字符的数据）的传输。(1)目标：支持任意字符型数据在计算机之间的传输。当用于支持位序列传输时，位序列将以7位一组形成字符，不足位补‘0’，最终形成字符串。用户以其他方式说明位序列的实际长度。例：01010111010101110001010111011010000（补0）

ASCII+Ub]P+Ub]P第二十八页，共80页。二进制同步通信规程(BSC)(2)控制字符采用ASCII中的10个特殊的字符（控制字符），SOH、STX、ETX、EOT、SYN、ACK、NAK等，见下页表

字符的转义：在控制字符之前增加一个转义字符（DLE），因此实际发送的是：DLESOH、DLESTX、DLEACK、DLENAK等(除了SYN）

“字符填充法”：数据中若出现控制字符DEL，再增加一个DLE：DLEDLE。接收方每收到两个DEL就丢弃一个发送序列ADLEBSTXCDLESTX传输序列DLESTX

A

DLE

DLEBSTXC

DLE

DLESTX

DLEETX

接收序列ADLEBSTXCDLESTX第二十九页，共80页。标记名称ASCΠ码值EDCDIC码值功能说明SOH序始01H01H表示数据块中标题的开始STX文始02H02H表示数据块中正文的开始ETX文终03H03H表示数据块中正文的结束EOT送毕04H37H表示整个数据块的结束ENQ询问05H2DH请求对方予以响应ACK确认06H2EH接收方正确接收数据块的响应NAK否认15H3DH接收方未正确接收数据块的响应DLE转义10H10H用于修改紧随其后字符的语义SYN同步16H32H用于收发双方的字符同步ETB组终17H26H成组传输时的组结束标记第三十页，共80页。（4）BSC工作过程建立链路：建立链路指建立通信双方的收发关系（发送方询问接收方地址并询问对方是否可以接收，如果可以，建立数据传输通道）数据传输：在链路建立的基础上，传输数据（发送方发送一块数据，然后等待接收方确认。得到确认再发下一块。得到否认或者回答超时，则重发。数据传输过程中，收发双方的角色可以互换）拆除链路：释放通信双方已建的收发关系（发送方发送拆链请求，接收方如果不做应答，则数据传输结束）第三十一页，共80页。半双工的停-等协议、超时重发技术，传输效率较低。数据块和控制序列格式不统一，易引起二义性。控制：确认（ACK）：SYNSYN0/1DLEACK

数据：SYNSYNDLESOH

标题

DLESTX正文

DLEETX校验码控制序列的差错校验能力仅依赖于控制字符本身的字符奇偶校验，可靠性较低。（控制序列没有专门的校验码）采用奇偶校验时，可靠性较低。仅需要很少的缓存容量，规程简单，易于实现。BSC的特点第三十二页，共80页。2.高级链路控制规程（HDLC--HighDataLinkControl）是面向二进制位的成熟控制规程，它可以支持任意二进制数据的传输。1、HDLC数据帧格式：

起始标志

要传输的数据块

结束标志

1

包括起始和终止标志的信息块称为HDLC的“数据帧”。起始和终止标志采用相同的帧间隔符“01111110”，即在HDLC规程中，帧与帧之间用“01111110”所分隔，“帧”构成了通信双方交换的最小单位。第三十三页，共80页。2、一些术语：

HDLC来源于IBM公司的SDLC，因此也采用了一些SDLC的术语和说明。术语名说

明

主

站(PrimaryStation)

控制整个链路的工作，可发出命令来确定和改变链路的状态，包括确定次站、组织数据传输和链路恢复等次

站(SecondaryStation)

次站也称从站，指受主站控制，只能发出响应的站

主站与每一次站均维持一条独立的逻辑链路非平衡结构

由一个主站和一个或多个次站组成，适用于点-点、点-多点操作

组合站(CombinedStation)

兼有主/次站功能的站。平衡结构

由两个组合站组成，适用于点-点操作第三十四页，共80页。3、HDLC数据传输模式：（1）正常响应模式(NRM)：主站具有选择、轮询次站的能力，并可向次站发送命令或数据；次站只有在主站询问时才能作为响应传输数据；（2）异步响应模式(ARM)：主站具有初始链路，差错校正和逻辑拆链功能；次站可以主动传输数据；（3）异步平衡模式(ABM)：任一组合站均可控制链路，主动传送数据。第三十五页，共80页。4、HDLC一般帧格式：说明：（1）F：帧间隔模式：“01111110”－－同步符号、帧之间的填充字符。

111110001111101110（2）A：地址字段：通信对方的地址（3）C：控制字段：用于区分帧的类型（数据帧、监控帧、无编号帧）（4）I：信息字段：携带高层用户数据，可以是任意的二进制位串；（5）FCS：校验码：对A、C、I字段进行循环校验。

g(x)=x16+x12+x5+1（CCITT和ISO使用）；

g(x)=x16+x15+x2+1（IBM的SDLC使用）。由于帧中至少含有A（地址）、C（控制）和FCS（帧校验序列）字段，因此整个帧长度应大于32位。第三十六页，共80页。5、“0”比特插入法

为了保证帧间隔符“01111110”的唯一性和帧内数据的透明性，保证A（地址字段）、C（控制字段）、I（信息字段）、FCS（帧校验序列）中不出现的位模式，HDLC采用了‘0’比特插入法。发送端：发送“01111110”后，开始数据发送，并在数据发送过程中，检查发送的位流，一旦发现连续的5个‘1’，则自动在其后插(附)上1个‘0’，并继续传输后继的位流；数据发送结束后，追加帧间隔符“01111110”。接收端：执行相反的动作：一旦识别出帧间隔符“01111110”之后的位流不是“01111110”，则启动接收过程；若识别出连续5个‘1’和1个‘0’，则自动丢弃该‘0’，以恢复原来的位流；若识别出连续的6个‘1’，表示数据结束，该数据帧接收完成。第三十七页，共80页。6、HDLC控制字段格式：说明：信息帧（I）：用于传输用户数据，其控制字段的第0位规定为‘0’；Ns（发送帧序号）：说明本帧对应的帧序号（采用模8计数），发送端可以不必等待确认，而连续地发送若干帧（不超过8帧），每发一帧，Ns模8计数一次；Nr（待收帧序号）：说明希望接收对方帧的序号（采用模8计数），Nr隐含指示该序号之前的所有帧已被正确接收；P/F（查询/终止指示符）：对于不同的传输模式，该位具有不同的含义。当采用ARM和ABM传输模式时，P=1要求对方立即予以响应，并在响应中置F=1。无论使用何种传输模式，P/F总是一一对应的，在接到F=1的帧之前，不允许再发P=1的帧。

0

1

2

3

4

5

6

7信息帧I监控帧S无编号帧U

0NsP/FNr10typeP/FNr11M1P/FM2第三十八页，共80页。7、HDLC窗口机制和捎带应答机制：为了减少应答次数，提高传输效率，HDLC控制规程中引入了窗口机制和稍带应答。（1）传输窗口：通信双方同意在同一条链路上连续使用的信息帧序号集。（2）窗口尺寸：通信双方协商同意的在同一条链路上可连续发送、且未被认可的信息帧个数；

HDLC窗口尺寸确定为

23-1=7；

即任一方可以最多连续发送7帧而无需对方的确认。

在信息帧中用Nr,Ns来表示当前窗口的情况。（3）捎带应答：是HDLC传输控制规程用于提高传输效率的又一措施。

允许在反向传输的信息帧中附带确认信息。（4）超时重发：为了防止发送方无期限地等待接收方的确认，收发双方均设置计时器。发送方在一定的时间内未收到接收方传来的确认，表示传输有故障，准备重发所有未被确认的帧。

发送方：每发送一信息帧，计时,直到收到接收方的确认（包括捎带应答）；若超时，则重发；

接收方：在正确接收到信息帧后，计时；若在一定的时间内未收到后继信息，则发RR帧，准备接收，并告诉发送方前面已接收第三十九页，共80页。HDLC的流量控制流量控制的目的是克服通信拥挤或阻塞现象，保证收发双方的数据率相容，以免丢失数据。常用的流量控制方法有停止发送等待方法、预约缓冲区法、滑动窗口控制法、许可证法和限制管道容量法。

HDLC采用滑动窗口控制法。窗口机制是为了提高信道的利用率，而允许发方连续发送多个帧，但不需要逐个等待应答。发送窗口——是发方可以不等待对方

应答而连续发送的帧的序号集合。接收窗口——是收方可接

收的帧的序号集合。窗口大小——允许一次传

送的最多帧数。01234567前沿后沿窗口大小第四十页，共80页。8、HDLC规程特点：（1）使用统一的帧格式：实现数据、命令和响应的传输，实施起来方便；（2）采用‘0’位插入法：使得规程可以支持任意的位流传输，保证了信息传输的透明性；（3）采用窗口机制和捎带应答：支持全双工工作方式，允许在未收到确认的情况下，连续发送多个帧，提高了信息传输的效率；（4）采用帧校验序列，并设置窗口序号：可以提高信息传输的正确性和可靠性。

面向二进制位的控制规程比面向字符型的控制规程具有较高的优越性。第四十一页，共80页。3.CSMA/CD多个站点如何安全地使用共享信道？最简单的思路：发送前先检测一下其它站点是否正在发送（即信道忙否）。若信道空闲，是否可以立即发送？若有多个站点都在等待发送，必然冲突！解决：等待一段随机时间后再发（降低了冲突概率）若信道忙，如何处理？继续监听：等到信道空闲后立即发送等到信道空闲后等待随机时间后再发送等待一段随机时间后再重新检测信道一旦出现两个站点同时发送的情况，如何处理？以上方法均无法处理！第四十二页，共80页。CSMA/CD—带冲突检测的载波监听多路访问用于IEEE802.3以太网工作原理：发送前先监听信道是否空闲，若空闲则立即发送；如果信道忙，则继续监听，一旦空闲就立即发送；在发送过程中，仍需继续监听。若监听到冲突，则立即停止发送数据，然后发送一串干扰信号（Jam）；发送Jam信号的目的是强化冲突，以便使所有的站点都能检测到发生了冲突。等待一段随机时间（称为退避）以后，再重新尝试。归结为四句话：先听后发，边发边听，强化冲突，随机退避。第四十三页，共80页。CSMA/CD操作的流程图媒体忙？发送帧碰撞？发送完？发送JamN≥16?YesNoNoYes发送成功Yes发送失败No延迟随机时间NoYes发送碰撞次数N+1数据发送过程第四十四页，共80页。监听媒体媒体上有无数据？接收数据，组成MAC帧分析MAC帧是否为本结点的帧？将数据发往LLC（高层）有数据是无数据不是丢弃数据数据接收过程第四十五页，共80页。前导码（F）110……….10101010，同步用帧开始标志（SFD）10101011信宿地址（DA）、信源地址（SA）

单地址的地址字段最高位为0，

成组地址的地址字段最高位为1，

广播地址的地址字段的所有位均为1，数据长度（L）：0～1500。0字节是合法的用户数据（DATA）：小于1500字节，存放高层LLC的信息填充字段（PAD）：不大于46字节，采用填充无用字符的方式（以字节为单位）保证整个帧长度不小于64个字节。帧校验序列（FCS）：采用循环冗余校验码712/62/620-15000-464FSFDDASALDATAPADFCSCSMA/CD帧的一般格式第四十六页，共80页。CSMA/CD的优缺点控制简单，易于实现；网络负载轻时，有较好的性能：30％－40％以内延迟时间短、速度快网络负载重时，性能急遽下降：70％－80％以上冲突数量的增长使网络速度大幅度下降第四十七页，共80页。

4.令牌环（TokenRing）ABDC站点干线耦合器单向环点到点链路主要用于IEEE802.5令牌环网

拓扑结构：点到点链路连接，构成闭合环第四十八页，共80页。TokenRing/802.5的操作哪个站点可以发送帧，是由一个沿着环旋转的称为“令牌”（TOKEN）的特殊帧来控制的。只有持有令牌的站可以发送帧，而没有拿到令牌的站只能等待；拿到令牌的站将令牌转换成数据帧头，后面加挂上自己的数据进行发送；目的站点从环上复制该帧，帧则沿环继续往下循环；数据帧循环一周后由源站点回收，并送出一个空令牌，使其余的站点能获得帧的发送权。第四十九页，共80页。IEEE802.5的帧结构令牌帧数据帧/控制帧起始访问控制帧控制目的地址源地址数据FCS结束帧状态1112/62/6≥0411PPPTM

RRR优先级位令牌位监督位预约位起始访问控制结束111访问控制字段包括：优先级位与优先级预约位。令牌位：帧类型标识。

0：令牌帧；

1：信息/控制帧监督位：防止无效帧无限循环。第五十页，共80页。令牌环网的实际结构——星型环路ABCDE集线器第五十一页，共80页。令牌总线(TokenBus)搞自动化的人对CSMA/CD不喜欢，因为传输的等待时间不受控；也不喜欢令牌环，因为一旦环断开，整个网都不工作了。于是就出现了IEEE802.4令牌总线网。令牌总线网的优点是可以确知最长的等待时间，而又不担心网络停止工作。然而IEEE802.4是一个最复杂的协议。它比IEEE802.3多出了控制帧，用于令牌的传送和”环”的管理。第五十二页，共80页。令牌总线帧格式帧尾符校验和数据源地址目的地址帧控制帧始符先导字节数≥1112or62or60~818241返回第五十三页，共80页。通信的质和量两方面的要求：“质”：要求通信系统可以保证传输信息的可靠性，采用的方法主要为差错处理；“量”：要求通信系统可以充分地利用昂贵的通信线路资源，尽可能地为较多的用户传输较多的信息多路复用和集中传输技术主要解决如何充分利用通信信道的问题。多路复用

目的：使得多路信号可以共用一个信道，将多路信号组合在一条物理信道上传输，以充分利用信道容量。原理：当物理信道的可用带宽超过单个原始信号的带宽时，将物理信道的总带宽分割成若干个和被传输的单个信号带宽相同或者略为宽一点）的子信道，并利用每个子信道传输一路信号，达到多路信号共用一个信道的目的，节省线路资源。6信道利用第五十四页，共80页。

频分多路复用对整个物理信道的可用带宽进行分割，并利用载波调制技术，实现原始信号的频谱迁移，使得多路信号在整个物理信道带宽允许的范围内，实现频谱上的不重叠，从而共用一个信道。频分多路复用主要用于模拟信道的复用（铜线、微波线路）

频段1（60－64）

频段2（50－54）

频段3（40－44）

频段4（30－34）

信号A

信号B

信号C

信号D频分多路复用器

信号B

信号C

信号D

信号A

频分多路复用器a）频分多路复用频普迁移第五十五页，共80页。时分多路复用（TDM）主要用于数字信道的复用。原理：当物理信道可支持的比特传输速率超过单个原始信号要求的数据传输速率时，可以将该物理信道划分成若干时间片，并将各个时间片轮流地分配给多路信号，使得它们在时间上不重叠。

信号A

信号B

信号C

信号D时分多路复用器

信号B

信号C

信号D

信号A

时分多路复用器

DC

B

ADC

B

A

帧1

帧2b）时分多路复用第五十六页，共80页。

使用时分多路复用技术来支持语音信号的传输T1系统：24路、8bit/路、一个周期：24×8＝192bit+1（同步位）,125微秒/周期，传输速率：193/125微秒＝1.544Mbps1路2路3路4路22路23路24路同步位193bit(125usec)时分多路复用复用复用4路T1（1.544）T2（6.312）T37路T2TDM技术可以使得更多路信号复用到速率更高的信道上T-标准（北美、日本）E-标准（欧洲、中国、南美）第五十七页，共80页。ch0ch1ch2ch3ch30ch312.048Mbps传输线路ch0ch1ch2ch3ch30ch31tch0ch1ch2ch3ch15ch16ch17ch3115个话路15个话路同步帧传送信令T(125us)时分复用帧E1系统：32路、8bit/路、125微秒/周期传输速率：32×8/125微秒＝2.048Mbps时分多路复用第五十八页，共80页。对E1进一步复用，还可构成E2到E5等高次群。E5可承载7680个话路，数据率约为565Mb/s。新的TDM标准是同步光网络（SONET）和ITU-T的同步数字系列（SDH）。常用的线路速率为（近似值）155Mb/s，622Mb/s，2.5Gb/s和10Gb/s。第五十九页，共80页。码分复用CDM原理：每个用户把发送信号用接收方的地址码序列编码（任意两个地址码序列相互正交）。不同用户发送的信号在发送端被叠加，然后接收者用同样的地址码序列解码。由于地址码的正交性，只有与自己地址码相关的信号才能被检出，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。第六十页，共80页。波分复用——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，每路信号占用一个波长范围来进行传输。F2F1F3光谱F1F2F3共享光纤的光谱光纤2光纤3光纤1共享光纤棱柱/衍射光栅第六十一页，共80页。(对多路复用技术的进一步提高和改进)

多路复用的特点：各个子信道（频分复用：子频段，时分复用：时间片，波分复用：波长）被静态地分配给多路信号传输，接收方可以直接通过识别固定子频段、时间片或者波长来完成。

不足之处：

信道的利用率不够高,

因为信号的传输往往是间断的，在某个时刻，子信道会出现空闲状态（无数据）集中传输：动态按需分配子信道。加地址标识：区分哪个子信道的数据，要求：集中传输设备具有缓冲存储的能力，临时保存输入的信息，并等待空闲的信道。集中传输（统计（异步）TDM——STDM

）第六十二页，共80页。t4t3t2t1D3C3B3A3D2C2B2A2D1C1B1A1a)TDM传输C3A3B2A2D1A1b)集中传输

时分多路复用和集中传输的比较↓ABCD集中传输返回第六十三页，共80页。7数据交换技术利用中间结点将通信双方连接起来。中间结点（交换设备）：不关心被传输的数据内容，仅执行交换的动作，起数据交换的功能，将数据从一个端口交换到另一端口，继而传输到另一台中间结点，直至目的地。结点：用于数据交换的中间设备，站点：发送和接收数据的终端设备。数据交换方式：线路交换报文交换分组交换。第六十四页，共80页。

工作过程类似于电话系统,需要在通信的设备之间建立物理连接。电路交换的过程包括三个阶段：建立线路、占用线路并进行数据传输、释放线路。建立线路：发起方站点向接收方站点发送请求，该请求将通过中间结点传输至终点；中间结点分配线路。线路一旦被分配，在未释放前，将不能被其它站点所使用，即使线路上并没有数据传输。数据传输：物理线路建立后，站点之间进行数据传输。释放线路：站点之间的数据传输完毕，执行释放线路的动作。线路被释放之后，进入空闲状态，可由其它站点通信所用。线路交换（电路交换）第六十五页，共80页。原理：

中间结点由具有存储能力的计算机承担，用户信息可以暂时保存在中间结点上，报文交换无需同时占用整个物理线路。将目的地地址附加在报文上，然后将整个报文传递给中间结点，该结点暂存报文，根据地址确定输出端口和线路，排队等待线路空闲时再转发给下一结点，直至终点。

报文交换第六十六页，共80页。报文交换特点：“存储－转发”；不独占线路，多个用户的数据可以通过存储和排队共享一条线路；无线路建立的过程，提高了线路的利用率；可以支持多点传输（一个报文传输给多个用户，报文中增加“地址字段”，中间结点根据地址字段进行复制和转发，）中间结点可进行数据格式的转换，方便接收站点的收取；增加差错检测功能，避免出错数据的无谓传输等。第六十七页，共80页。不足之处：1。由于“存储－转发”和排队，增加了数据传输的延迟，2。报文长度未作规定，报文只能暂存在磁盘上，磁盘读取占用了额外的时间；3。任何报文都必须排队等待：即使非常短小的报文（例如：交互式通信中的会话信息）。不同长度的报文要求不同长度的处理和传输时间，同样也会有不同的延时要求。4。报文交换难以支持实时通信和交互式通信的要求。报文交换第六十八页，共80页。

结合线路交换和报文交换两者的优点，使其性能达到最优类似报文交换，只是它规定了交换设备处理和传输的数据长度（称之为分组），将长报文分成若干个小分组进行传输。不同站点的数据分组可以交织在同一线路上传输。提高了线路的利用率可以固定分组的长度，系统可以采用高速缓存技术来暂存分组，提高了转发的速度；分组交换第六十九页，共80页。分组交换实现的关键：分组长度的选择，分组越小，冗余量（分组中的控制信息等）在整个分组中所占的比例越大，最终将影响用户数据传输的效率；分组越大，数据传输出错的概率也越大，增加重传的次数，也影响用户数据传输的效率。X.25分组交换网：分组长度定义为131字节，（包括128字节的用户数据和3字节的控制信息）以太网中：分组长度定义为1500字节左右（较好的线路质量和较高的传输速率，分组的长度可以略有增加）。ATM网中，分组长度为53个字节分组交换第七十页，共80页。1。分配通信资源（主要是线路）的方式线路交换：静态地事先分配线路，造成线路资源的浪费，并导致接续时的困难。分组交换：动态地（按序）分配线路，提高了线路的利用率，由于使用内存来暂存分组，可能出现因为内存资源耗尽，而中间结点不得不丢弃接到的分组的现象。2。用户的灵活性