第二章数据通信的基本概念

第二章

计算机网络基础知识(2)

2.2.1.数字数据的模拟信号编码调制(Modulate)数字信号变换成音频信号的过程解调(Demod1date)音频信号逆变换成对应数字信号的过程调制解调器(MODulaterDEModulater,简称Modem)一般,每个工作站既要发送数据又要接收数据,所以总把调制和解调功能合做成一个设备

思考：为什么在公共交换电话网中传输数字信号必须使用调制解调器呢?

２.2数据编码技术和时钟同步2.2.1.数字数据的模拟信号编码使用调制解调器进行远程通信的系统示意图

这里,与调制解调器相连的工作站可以是计算机、远程终端、外部设备甚至局域网。从图中可看出调制解调器将数字信号调制成模拟信号,传输到对方后又将模拟信号解调成数字信号的过程。2.2.1.数字数据的模拟信号编码

模拟信号传输的基础是载波。

载波具有三大要素,即幅度、频率和相位。数字数据可以针对载波的不同要素或它们的组合进行调制。数字调制的三种基本形式：即移幅键控法ASK(Amplitude-Shiftkeying)移频键控法FSK(Frequency一Shiftkeying)移相键控法PSK(Phase一ShiftKeying)2.2.1.数字数据的模拟信号编码2.2.1.数字数据的模拟信号编码

用载波的两种不同幅度来表示二进制值的两种状态。幅度恒定的载波的存在表示“1”,

不存在表示“0”

缺点：ASK方式容易受增益变化的影响,是一种效率相当低的调制技术。在电话线路上,通常只能达到1200bps的速率。

⑴移幅键控法ASK1.数字数据的模拟信号编码

用载波频率附近的两种不同频率表示二进制的“0”和“1”在电话线路上使用FSK可以实现全双工操作,全双工指的是可以同时在两个方向传输数据。为了达到这个目的,可以将电话频带分为300~1700Hz和1700~3000HZ两个子频带,其中一个用于发送,另一个用于接收。在一个方向上,调制解调器可以用1070Hz和1270Hz两种频率表示"0"和"1";对于另一个方向,则可以用2025Hz和2225Hz两种频率表示"0"和"1"。由于两套频率相互之间不存在重叠,因此几乎没有什么干扰。在电话线路上,FSK通常也可达1200bps速率。

⑵移频键控法FSK方式

2.2.1.数字数据的模拟信号编码

⑶移相键控法PSK

在移相键控法PSK方式下,利用载波信号相位移动来表示数据。图中是一个二相系统的例子,在这个系统中,用相移为0的频率表示"0",用相移为180。(即反相)的频率表示"1"。实际应用中,PSK也可以使用多于二相的相移,例如四相、八相,甚至更多相。http://100862.2.2数字数据的数字信号编码数字信号可以直接采用基带传输。基带传输就是在线路中直接传送数字信号的电脉冲，它是一种最简单的传输方式，近距离通信的局域网都采用基带传输。基带传输时，需要解决的问题是数字数据的数字信号表示及收发两端之间的信号同步两个方面。

对于传输数字信号来说，最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，即数字信号由矩形脉冲组成。http://10086a)单极性不归零码，无电压表示"0"，恒定正电压表示"1"，每个码元时间的中间点是采样时间，判决门限为半幅电平b)双极性不归零码，"1"码和"0"码都有电流，"1"为正电流，"0"为负电流，正和负的幅度相等，判决门限为零电平。

http://10086c)单极性归零码，当发"1"码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄脉冲；当发"0"码时，仍然不发送电流。

d)双极性归零码，其中"1"码发正的窄脉冲，"0"码发负的窄脉冲，两个码元的时间间隔可以大于每一个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心。

http://10086曼彻斯特编码：以跳变方向来判断是“0”还是“1”。从高电平跳到低电平为“0”，从低电平跳到高电平为“1”。差分曼彻斯特编码：以是否跳变来判断是“0”还是“1”。当前数据的前半周期与前一数据位的后半周期的电平进行比较，一致为“1”，不同则为“0”。2.2.3模拟数据的数字信号编码1.脉码调制PCM。

脉码调制是以采样定理为基础，对连续变化的模拟信号进行周期性采样2.模拟信号数字化的三步骤

1)采样，以采样频率Fs把模拟信号的值采出；

2)量化，使连续模拟信号变为时间轴上的离散值；

3)编码，将离散值变成一定位数的二进制数码。

对连续变化的模拟信号进行周期性采样，利用≥有效信号最高频率或其带宽２倍的采样频率，通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原始信号。

采样定理表达公式:

Fs(=1/Ts)≥2Fmax或Fs≥2Bs

式中Ts为采样周期

Fs为采样频率

Fmax为原始信号的最高频率

Bs(=Fmax-Fmin)为原始信号的带宽2.肉2.怕4多路守复用迫技术多路刑复用董技术纳就是孩把许初多个骑单个藏信号毅在一僵个信摩道上身同时迷传输喇的技怒术。频分盘多路社复用FD劫M和时分支多路特复用TD麻M是两国种最悟常用胶的多槐路复京用技母术。一、煎频分盖多路花复用FD抢M技术叠原理披在教物理昨信道惜的可咏用带心宽超目过单笔个原庆始信杏号所遍需带乳宽情的况下哲，可均将该柳物理榨信道浅的总钟带宽基分割桶成若暂干个轧与传缠输单捏个信毕号带郊宽相岭同(或略根宽)的子信挣道，每搞个子稀信道羞传输宵一路缝信号蜜，这球就是练频分技多路赞复用二、时分交多路对复用TD汤M技术肢原理便若伯媒体琴能达益到的治位传晶输速怖率超谋过传究输数喷据所看需的损数据侧传输两速率架，可内采用堂时分腊多路为复用TD驱M技术傻，即扭将一篇条物活理信药道按时芝间分成廊若干僻个时间慢片轮流雄地分摇配给扬多个慌信号躲使用齿。每跟一时哲间片膝由复殖用的馆一个叠信号称占用稿，这劝样，锦利用雨每个粪信号钥在时魔间上织的交叉，就纤可以贴在一骨条物饼理信交道上捡传输叶多个丸数字作信号赤。三授波分揪复用技术故（WD浇M）不同币波长扑的光敞载波蜓同在橡一根燥光纤袋上传井输，亡是光纤上的业频分练复用摘技术雅。异步锅传输每一个录字符挨的起鸽始时血刻可恐以是滋任意赞的（己这正甩是称其为异落步传倦输的纠含义首）。但一显次只痒传输返一个堪字符岔。每步个字切符用靠一位辱起始卖位引瓶导、织一位扩停止杏位结脉束。崖在没旅有数床据发设送时愉，发肚送方亚可发矿送连廉续的筛停止秤位。耽接收龙方根搞据"1怕"至"0仅"的跳堡变来革判断澡一个街新字愚符的比开始,然后读接收衔字符经中的陷所有兵位。2.宏2.表5异步遥传输砖和同幅步传股输异步芬传输优点：实现答字符盏同步此比较许简单费，收辅发双允方的粉时钟孟信号迁不需醒要精革确地货同步径。缺点：每个背字符锁增加钳了2b摸it～3b帽it，降妈低了筝传输舟效率剑。所袄以，睡这种鞭方法豪常用卖于1酸20鬼0b引it饮/s及其控以下愿的低桌速数肃据传蒜输。发送牧方可秆以在吨任何大时刻钥发送监这些守比特勉组，撑而接狭收方逆从不叙知道灭它们密会在劫什么汪时候舌到达育。异斗步传兽输被夺设计适用于叶低速桥设备湿，比罚如键弃盘和绍某些春打印脉机等考。同步励传输同步怀传输猛时，联为使梁接收拣双方寒能判漏别数室据块陡的开敬始和淡结束礼，还盆需要聚在每觉个数题据块省的开枝始处笔和结略束处滔各加隐一个墓帧头竿和一由个帧须尾，父加有番帧头惹、帧古尾的筹数据顺称为卫一帧饭。帧轻头和码帧窄尾的离特性伍取决悬于数絮据块晶是面湿向字未符的看还是并面向斜位的伏。如果愿采用彻面向吗字符衫的方见案，啊那么卡每个状数据搭块以切一个缝或多饮个同朴步字自符作巷为开毯始，些同步鸟字符狡通常欲称为SY相N。如果馆采用攻面向枣位的款方案肚则是疮把数匹据块亏作为亦位流茂来处短理，烤把帧疯头和霸帧尾剧都使后用模乳式01静11铜11饲10（称烘为标冠志）异步聪传输馅和同细步传鸭输举墨例同步详传输贤与异偶步传饺输的友区别同步基传输就是搭，数疤据没黄有被径对方莫确认津收到护则调辩用传晶输的氏函数杆就不抢返回单。接收省时，否如果传对方成没有瞧发送赚数据败，则召你的潜线程痕就一直泄等待，直纷到有坟数据俘了才快返回鹿，可侮以继臂续执辞行其捞他指辅令异步救传输就是抗，你删调用刑一个泡函数所发送头数据封，马别上返营回，掘你可届以继滩续处播理其广他事境。接收舱时，烘对方汇的有丢数据脚来，馒你会接收盲到一盗个消梯息，或凳者你蹈的相贯关接啊收函慨数会两被调吸用。形象号点说僻：异步叔传输:你传拌输吧哗，我狡去做菠我的访事了穗，传扶输完洁了告烂诉我贤一声同步昏传输:你现优在传划输，嚼我要赴亲眼怨看你她传输季完成交，才脆去做苍别的券事定义率：在逃任意廊拓扑钉的数贿据通输信网踪蝶络中仿，通艰过网烦络节端点的虎某种糕转接携方式看来实度现从购任一安端系框统到贡另一籍端系畏统之思间数放据通龙路接侧续的灶技术峡。２.3数据乡丰交换采技术2.需1电路狡交换回顾卖一下羞电路腊交换追的特捡点两部堤电话习机只分需要衡用一汗对电蓝线就杀能够伸互相弦连接尿起来鸣。更多彼的电批话机阿互相仅连通5部电质话机静两两努相连乱，需10对电舟线。

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1分组

2分组

3请注羡意：好现在帽左边京是“和前面益”分组庭交换逼的原质理分组献交换盾网以“分组”作为脆数据康传输访单元书。依次把各前分组誉发送零到接衔收端果（假己定接挺收端怒在左冈边）思。数据首部分组

1数据首部分组

2数据首部分组

3分组持首部编的重炒要性每一棵个分组兴的首衬部都艇含有地址等控外制信译息。分组浴交换放网中策的结词点交善换机直根据钥收到帽的分键组的鞋首部恩中的地址炮信息，把弊分组转发到下处一个袍结点树交换蝴机。用这坏样的存储概转发方式术，最截后分赚组就雅能到挑达最终真目的耕地。分组凑交换催的原马理接收洁端收及到分误组后剥去躲首部隐还原嫌成报冰文。数辆据首部分组

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2数寻据首部分组

3收到论的数父据数汗据数骂据数帆据分组章交换挡的原叉理最后编，在正接收别端把廉收到涌的数埋据恢复识成为钞原来过的报喷文。这里尝我们拆假定忍分组济在传躁输过洲程中申没有处出现值差错柏，在哭转发鞋时也圣没有亲被丢具弃。报文1101000110101010110101011100010011010010虚电必路分务组交仓换虚呼庄叫：如为建愉立虚歇线路蒸的呼低叫过页程称六为虚摘呼叫料。虚拟明线路叠（虚作线路旬、虚械通路注）：准通过何虚呼传叫建疫立起牧来的层逻辑竖通路愤称为蹈虚拟础线路纽奉。虚通狼路：延通过絮节点道间的闹路由飞表映跟射功眉能建喂立起蠢来的棋一条“虚”通路溪。虚电扬路分胁组交非换虚线劣路传顿输“分组”交换饿方式眠主要文特点挺：要求车一对果通信克实体阳间联啦结传棚输的诱所有闪分组宪都必曾须沿粥预先舒的虚深线路解传输扰。每个掩节点绞无须抖为每猜个分虹组进裤行路元由选衫择。每个救连接俗只须铃进行一次路由商选择沉。分组僻交换差网的席示意肿图H1A分组炊交换讨网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送爷分组H2向H6发送芳分组注意顺分组怀路径意的变井化！结点寸交换享机主机分组迎的存储筐转发过程H1A分组锯交换拜网BDECH5H6H4H2H3H1向H5发送歼分组结点捕交换吐机主机在结及点交分换机A暂存查找矛转发血表找到按转发杨的端宁口在结类点交索换机C暂存查找丑转发眠表找到钥转发猴的端缠口在结断点交没换机E暂存查找腰转发粮表找到斥转发颗的端猛口最后臭到达狠目的暴主机H5分组稍交换叮特点分组占交换泼的优朱点：高效动态代分配确传输来带宽糕，对艘通信辩链路猜是逐供段占需用。灵活以分脱组为慎传送帆单位驶和查喊找路他由。迅速不必迅先建悉立连铺接就养能向鞭其他灰主机批发送核分组懂；充布分使戒用链么路的作带宽洒。可靠完善应的网弦络协浴议；丑自适首应的根路由系选择殿协议释使网棕络有钩很好申的生底存性晶。分组魄交换倦特点分组怒交换历的缺疗点：分组爷在各良结点每存储乞转发秃时需穿要排队，这阔就会珠造成牙一定牵的时延。分组您必须送携带砍的首菌部（衡里面殖有必垮不可脑少的贤控制庸信息殖）也邪造成遥了一肝定的开销。三种厚交换精方式址特点线路赞交换遮：在数渴据传崖送开医始之田前必附须建惠立一筑条完整晕的通袋路；在线彻路释肠放之瓦前，镰该通席路将纪被一球对用侄户完全洗占用;适于枕猝发锤式的棉通信反，线幕路利林用率常不高互。报文阅交换资：报文赏从源俗站传定送到水目的忧地采璃用存储灰转发方式冲；在传耗送报警文时残，同嚼时只瓦占用一段丸通道；在交拢换节识点中迎需要糖缓冲显存储为，报忽文需制要排美队，渠时间赖延迟托取决寄于中遣继交靠换局虹的数梁目；不适连用于植实时是通信劳的要浮求。三种记交换关方式欠特点分组踢交换停：报文哨从源嚷站被烧分成棍分组纽奉进行狭传输鉴，并烟规定蝇了最龄大分融组长锣度；在数泻据报刑方式潜中，富目的飞站需邻要重新娘组装报文蚂；可根庸据通刑信网被的现铜状选像择最赖佳路节由，僻提高构了通面信效没率和颂可靠祝性；分组妄交换厚技术厨是网融络中产使用纺最广笔泛的惑一种坝交换圣技术筛。三种慨交换根的比情较P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4报文报文报文A廊B舱C兰DA朱B痕C捎DA妇B轧C大D报文技交换电路可交换分组帜交换t连接建立数据传送报文P2P1连接释放2.偿4网络锡拓扑床结构恋和网仿络传蚁输介茶质2.姥4.艰1网络公拓扑魄结构计算现机网代络中蔬，通钻信处垦理机亏通过饿线路僚相互抢连接辱成通者信子环网。抬人们絮借用挎拓扑般学的轻概念卖，将毁通信羡处理帽机称或为节点，将脸通信默线路饰称为疲链路作，将朋节点捎和链手路连秋接的摧几何瓜构型垃称为熟网络忍的拓痒扑结枝构。什网络刊拓扑辜结构四是决映定网帖络性勉能的固主要炼因素陪，构受造网糠络时解首先们要选机择合击适的忍网络滩拓扑评结构划来物银理连撒接所虫有的名节点克及计抽算机撤系统榴。常见袄的网存络拓均扑结赵构有羞总线咸型、民环型渗、星拒型、阳树型介、网液状结筑构等飘。2.爱4网络刮拓扑暴结构托和网器络传遇输介屠质2.钱4.恒1计算圾机网遍络的凶拓扑震结构◆总线脸型结径构优点舰：结构抽简单望，价截格低牲廉、起安装达使用歇方便。缺点再：故障诊赢断和鸦隔离乒比较蓄困难。2.齐4网络潜拓扑约结构裤和网是络传捧输介轻质2.红4.掏1计算锦机网努络的乓拓扑广结构◆环型冶结构优点槐：简化马了路希径选令择控应制，传输专延迟臣固定。实时兴性强。可靠爷性较膜高。缺点金：节点年过多多时，托影响父传输杜效率。环某厘处断杯开会咱导致整个移系统撒的失臭效，节点牌的加菊入和阔撤出杜过程棍复杂。2.火4网络啦拓扑慈结构裕和网糕络传默输介征质2.倒4.作1计算留机网仰络的传拓扑住结构◆星型匀结构优点糠：单点继故障断不影踏响全督网，着结构喝简单。增删鼻节点须及维指护管理毯容易棒；故替障隔耀离和打检测蛋容易允，延虹迟时率间较争短。缺点搜：成本交较