网络通信基本原理

第2章网络通信基本原理2.1通信系统的基本组成通信是指信息的传输，通信具有三个基本要素：

(1)信源：信息的发送者；(2)信宿：信息的接收者；(3)载体：信息的传输媒体。载体/信道输入信息输入数据发送的信号接收的信号输出数据信源信宿变换器反变换器输出信息噪声源2.2信息和信号信息：可以是语音、文字、图像等各种形式，是人们要通过通信系统传递的内容。信息总是与一定的形式相联系，这种形式实体就是数据。（数据是传递信息的实体，而信息是数据的内容或解释。）信号：是数据的表现形式,是数据的电气或电磁形式的编码。分为模拟信号和数字信号。2.3信道信道是指信息(或信号)传输的载体,由传输线路和传输设备组织成。1.有线信道如：电话线、双绞线、同轴电缆、光纤等。2.无线信道如：长波、中波、短波、超短波和微波等多种，卫星通信系统是一种特殊的微波中继系统。3.模拟信道如：电话线、双绞线等。4.数字信道如：光纤等。2.4信道带宽和信道容量1.信道带宽信道可以不失真地传输信号的频率范围。为不同应用而设计的传输媒体具有不同的信道质量，所支持的带宽有所不同。（指物理信道的频带宽度，即信道允许的最高频率和最低频率之差，单位：Hz。）2.信道容量（数据传输速率）信道在单位时间内可以传输的最大信号量，表示信道的传输能力。信道容量有时也表示为单位时间内可传输的二进制位的位数（称信道的数据传输速率，位速率），以位/秒（b/s）形式予以表示，简记为bps。数据传输速率是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具有正比的关系：带宽越大，容量越大。局域网带宽（传输速率）：10Mbps、100Mbps、1000Mbps；广域网带宽（传输速率）：64Kbps、2Mbps、155Mbps、2.5Gbps等等。3.差错率（误码率,Pe）描述信道或者数据通信系统（网络）质量的一个指标。信道上传输比特总数与其中出错比特数的比值。差错率/误码率Pe=出错比特数/传输比特数信道的差错率与信号的传输速率或者传输距离成正比，网络的差错率则主要取决于信源至信宿之间的信道的质量，差错率越高表示信道的质量越差。（指二进制码元在数据传输中被传错的概率。）2.5调制解调器2.5.1调制解调器的作用1.调制(Modulation):数字信号模拟信号。2.解调(Demodulation):模拟信号数字信号。用模拟信道实现数字信号传输的时候必须使用调制解调器。发送端要进行“调制”，接收端要进行“解调”。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正文正文PC机2.5.2调制的方法010011100基带信号调幅调频调相1.幅度调制（amplitudemodulation)将不同的数据信息（0和1）调制成不同幅度相同频率的载波信号。例如：高幅值信号表示‘1’，低幅值信号表示‘0’。2.频率调制(frequencymodulation)将不同的数据信息（0和1）调制成相同幅度但不同频率的载波信号。例如：高频信号表示‘1’，低频信号表示‘0’。3.相位调制(phasemodulation)：利用相邻载波信号的相位变化值来表示相邻信号是否具有相同的数据信息值，此时的幅度和频率均保持不变；例如：发生相位变化表示‘1’，否则表示‘0’2.5.3组合调制将调幅、调频、调相这几种调制方法组合起来进行调制，如调幅和调频的组合或调相和调幅组合，以调制变化的状态，提高调制速度。例1：调幅和调频的组合:用不同的幅度和频率组合分别表示4个不同的值：00，01，10，11

例2：调相和调幅的组合:12个调制相位（15度、45度、75度、105度、…、345度），并在45度、135度、225度、315度处采用两种不同的幅度值。相位-幅度的16种组合分别表示16个不同的值。2.5.4信道传输速率与调制速率的关系1.调制速率:调制设备单位时间内（秒）可调制的码元个数称为调制设备的调制速率。(又称波特率,是一种信道速率，是从调制解调器输出的调制信号，每秒载波调制状态改变的次数。单位：波特（band))2.信道传输速率与调制速率的关系:当调制设备输出的每个码元仅具有两个取值时，可用一个二进制位与之对应，此时，信道传输速率（位速率）和调制速率（波特率）相等；当每个码元可以具有N个取值时，信道传输速率是波特率的log2N倍。

数据传输速率＝波特率×log2N(N--调制的线路状态数）例：二相调制：两种相位变化表示0，1，N=2，表示1比特四相调制：四种相位变化表示00,01,10,11,N=4，表示2比特

八相调制：八种相位变化表示000,001,010...,111，N=8，表示3比特在图“相位—幅度组合调制”中，调制相位分别为15度、45度、75度、105度、135度、…、345度，并分别在45度、135度、225度、315度处采用两种不同的幅度值。相位-幅度的16种组合代表了16个码元值，每个码元可携带4个二进制位的数据信息，因此可以得到4倍波特率的信道数据传输速率。2.5.5调制解调器的选择与应用实用中，调制与解调总是成对出现的，并且利用一个设备（称为调制解调器，简称MODEM）同时提供调制和解调的功能。1、常用的几种Modem的类型：（1）内置的Modem卡:一般用于家用PC机上；

（2）外置的Modem设备:用于家庭、单位等；（3）Modem组（ModemPool）：ISP服务商、提供许多拨号访问线路的企业等。2、Modem的使用Modem需成对使用，通信双方的Modem在速度上一定要匹配。在设置时，相互通信的Modem一个设置为主呼，另一个设置为被呼。一般将提供服务的一方（如因特网服务提供者ISP）的Modem设置成被呼，用户方的Modem设置成主呼。2.6编码解码器编码/解码(CodingandDecoding)技术：用于实现模拟信息与数字信号之间的转换。编码（Coding）：编码是将模拟信息转换为数字信号的过程，通常采用脉码调制技术（PCM）予以实现。解码（Decoding）：解码则指将数字信号还原为模拟信息的逆过程。编码解码器（CODEC）：具有编码/解码功能的通信设备。

应用场合：计算机对生产装置进行控制、用数字信道传输模拟信息等。脉码调制技术（PulseModeModulation,PCM)采样：每隔一定的时间间隔对连续的模拟信号采样，这样模拟信号就成为“离散”的模拟信号，用它来近似地代表原信号。f≥2fmax(f:采样频率，fmax：原信号的最高频率）。量化：采样获得的样本是模拟数据，将这些模拟数据认为地分成若干个级别，将每个样本按照其幅度归为某个量化级别。编码：各个量化级别用二进制代码表示的过程。通常，当量化级为N时，对应的二进制位数为log2N。

采样周期Tt信号t采样1001001111000010t编码t解码t还原2.7传输编码2.7.1字符编码字符编码:利用二进制0和1的特定组合来表示字符。常用的字符编码：（1）BCD码（二进制编码的十进制码），常用于数据处理。（2）BCDID码（二进制编码的十进制交换码），常用于人机通信。（3）EBCDID码（扩充的二进制编码的十进制码），IBM公司特有。（4）IA5码（国际5号码），由CCITT和ISO定义，我国的对对应标准为GB/T1988-1980。IA5码最常见的为ASCII码（美国信息交换标准码）。2.7.2通信编码通信编码是指利用特定的电平信号来表示二进制值‘0’和‘1’，并通过计算机或者其它通信设备的输入输出端口传输。1.RS-232编码利用不同的电平表示不同的二进制值，并采用负逻辑双极性表示，即正电平（+15v）表示数字信号‘0’，负电平（-15v）表示数字信号‘1’。2.非归零编码NRZ(Non-ReturntoZero)(1）不归零电平编码（NRZ-L，Non-Return-to-Zero-Level）编码规则：用负电压代表“0”，正电压代表“1”特点与同步信号：简单、容易实现，接收方和发送方无法保持同步，必须在发送码的同时，用另一个信道同时发送同步时钟信号。应用：计算机串口与MODEM之间。

（2）非归零反相编码（NRZ-I，NoReturnZero-Inverse

）根据相邻位的电平变化状况，如果位时间内发生电平变化表示‘1’，位时间内不发生电平变化表示‘0’。（0比特由没有电平变化的信号代表，每次遇到比特1都发生电平跃迁。）3.曼彻斯特编码编码规则：每比特的周期T分为前后两个相等的部分。前半周期传送该码元的反码，后半周期传送该码元的原码。中间的电平可以作为双方的的同步信号。（将一位时间一分为二，位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’；电平不发生变化的位称为非数据位，常用作传输数据块的控制符。）特点与同步信号：收发信号的双方可以根据自带的“时钟”信号来保持同步，成本低，效率低。

应用：局域网（如10BASE以太网）4.差分曼彻斯特编码（对曼彻斯特编码的改进）编码规则：每个“码元值”无论是“1”还是“0”中间都有一次电平跳变，这个跳变做同步之用。若码元值为“0”，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反，若码元值为“1”，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同。（若码元值为“0”，则开始处出现电平跳变，反之码元值为“1”，开始处不发生跳变。）（将一个位时间一分为二，如果当前位的前半部分电平不同于前一位的最终电平状态（即位间电平发生变化），表示‘0’；如果当前位的前半部分电平相同于前一位的最终电平状态（即位间电平不发生变化），表示‘1’。同样中间电平不发生变化的位用作控制位。）特点与同步信号：自含时钟的编码技术、抗干扰能力好，实现技术负复杂。

应用：10Mbps局域网(令牌环网)5.4b/5b码用5位(5b)的符号表示4位(4b)的信息(数据)，其次采用不归0交替编码(NRZI)表示这5位符号。5位符号的选择要求每个符号中至少应有2个“1”比特出现。4b/5b码用来克服同步和效率问题，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。该编码方法已广泛用于100Mbps以太网和FDDI环形网。連續資料傳送中避免有下列情形：在連續傳送資料中避免超過連續三個0，如：(0010,0001)→(10100,01001)轉換後只連續3個0，不能出现同时多于3个0的情况。避免連續八個1，如：(0111,0000)→(01111,11110)最多連續8個12.8传输方式2.8.1并行传输：

字符编码的各位（比特）同时传输。(一次同时传输若干比特的数据（发送和接收端要有相应的若干根传输线）)特点：（1）传输速度快:一位（比特）时间内可传输一个字符；（2）通信成本高:每位传输要求一个单独的信道支持；因此如果一个字符包含8个二进制位，则并行传输要求8个独立的信道的支持；（3）不支持长距离传输:由于信道之间的电容感应，远距离传输时，可靠性较低。2.8.2串行传输：将组成字符的各位串行地发往线路。(一位一位地传送（发送和接收端只要有一根传输线，计算机网络普遍采用）)。特点：（1）传输速度较低，一次一位；（2）通信成本也较低，只需一个信道。（3）支持长距离传输，目前计算机网络中所用的传输方式均为串行传输。串行传输有两种传输方式:同步传输和异步传输。2.8.3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的，利用独特的同步模式来限定数据块，达到同步接收的目的。(信息不以字符而以数据块的方式传输;一个数据块往往包含有许多连续的字符;在每个块的前面有一些特殊的字符或标记符来标记数据块的开始。)发送：同步符号（起始字符，开始发送数据块）+数据块（要发送的信息）+同步符号（数据块结束）。例：

SYN,SYN,F,E,...，B,A,SYN,SYN。

其中SYN为同步符号，A，B,...E,F为要传送的数据。2.8.4异步传输：异步传输又称起止式传输，其特点是字符内部的每一位采用固定的时间模式，字符之间间隔任意。用独特的起始信号（或起始位）和终止信号（或结束位）来限定每个字符，传输效率较同步传输低。2.9传输形式根据收发双方信息交换的方向性，传输有单工、半双工和全双工之分。1.单工传输:

任意时刻只允许向一个方向进行信息传输，例如：广播方式的传输。AB数据信道监控信道2.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，即半双工传输是一种可切换方向的单工传输，例如：对话方式的传输。3.全双工传输:

任意时刻信息都可进行双向的信息传输。全双工传输是两个单工传输的结合，要求收发设备都具有独立的收发能力。收发收发数据通道监控信号数据通道监控信号2.10传输差错处理传输差错处理的目的是保证信息传输的正确性。信号在物理信道传输过程中，由于各种因素会引起信号的失真。信号失真的结果使得接收方接收的信息与发送方发送的信息不一致。一般说，数据传输过程中的差错是不可避免的，不增加差错处理功能的数据传输是不能直接被应用的。2.10.11、反馈重传法(ARQ)(1)发送方发送具有检测错误能力的代码（称为检错码）；

(2)接收方根据代码的编码规则，验证接收到的数据代码，并将结果反馈给发送方(正确接收/接收有错）；

(3)发送方可根据反馈的结果决定是否执行重传动作，如果接收方未正确接收，则重传（出错重传）；

(4)在规定的时间内，若未能收到反馈结果（称为超时），则发送方可以认为传输出现差错，进而执行重传动作(超时重传）。2.10.2停—等协议（1）发送方发送一块数据后，就停止发送动作，开始计时，等待接收方的反馈结果。（2）发送方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，重新传送本数据块。特点：（1）通信双方以半双工方式进行通信。（2）控制简单，易于实现。（3）传输效率低。尤其对信道质量好、差错率低的情况。2.10.3滑动窗口协议(1)发送方一次连续发送多块数据（称为窗口尺寸）；(2)接收方对每块数据进行差错分析，如果发现错误，立即反馈给发送方；(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，或重发指定数据块及其之后的所有数据块。特点：（1）通信双方以全双工方式进行通信。

（2）控制复杂。

（3）传输效率高。尤其对信道质量好、差错率低的情况。窗口尺寸:发送窗口最大尺寸选为Smax=2^n-1,若帧序号采用3位二进制编码，由最大序号为Smax=2^3-1=7。对于有序接收方式，发送窗口最大尺寸选为Smax；对于无序接收方式，发送窗口最大尺寸至多是序号范围的一半。①空闲RQ(空闲重发请求)：发送窗口=1，接收窗口=1；②Go-Back-N：发送窗口>1，接收窗口=1；③选择重发：发送窗口>1，接收窗口>1.2.11常用检错码2.11.1检错码的构造检错码＝信息字段＋校验字段

信息字段和校验字段之间的对应关系:校验字段越长，编码的检错能力越强，编码/解码越复杂；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，传输的效率下降。检错码一旦形成，整个检错码将作为一个整体被发往线路，通常的发送顺序是信息字段在前，校验字段在后。2.11.2奇/偶校验码1、水平奇/偶校验码:其信息字段以字符为单位，校验字段仅含一个比特称为校验比特或校验位,使用7位的ASCII码来构造成8单位的检错码时,若采用奇/偶校验，校验位的取值应使整个码字包括校验位中为1的比特个数为奇数或偶数。例：

信息字段

奇校验码

偶校验码

0110001

01100010

01100011编码效率：Q/(Q+1)

(信息字段占Q个比特)应用：通常在异步传输方式中采用偶校验，同步传输方式中采取奇校验。2、垂直奇/偶校验码（组校验）

被传输的信息进行分组，并排列为若干行和列。组中每行的相同列进行奇/偶校验，最终产生由校验位形成的校验字符（校验行），并附加在信息分组之后传输。例：4个字符（4行）组成一信息组，其垂直奇/偶校验码为发往线路顺序：0111001|0010101|0101011|1010101|0101101

第1字符

第2字符

第3字符

第4字符

奇校验字符3、水平垂直奇/偶校验码（方阵校验）:在水平校验的基础上实施垂直校验。例：4行7列信息组的水平垂直偶校验码为：发往线路顺序：01110010|00101011|01010110|10101010|10100101

第1字符

第2字符

第3字符

第4字符

偶校验字符2.11.4循环校验码1、循环校验码（CRC码）:是数据通信领域中最常用的一种差错校验码，其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。2、生成CRC码的基本原理：任意一个由二进制位串组成的代码都可以和一个系数仅为‘0’和‘1’取值的多项式一一对应。例如：代码1010111对应的多项为:x6+x4+x2+x+1多项式为x5+x3+x2+x+1对应的代码1011113、CRC码集选择的原则：若设码字长度为N，信息字段为K位，校验字段为R位(N=K+R)，则对于CRC码集中的任一码字，存在且仅存在一个R次多项式g(x)，使得V(x)=A(x)g(x)=xRm(x)+r(x);其中:

m(x)为K次信息多项式，r(x)为R-1次校验多项式，

g(x)称为生成多项式：g(x)=g0+g1x+g2x2+...+g(R-1)x(R-1)+gRxR发送方通过指定的g(x)产生CRC码字，接收方则通过该g(x)来验证收到的CRC码字。4、CRC校验码软件生成方法：借助于多项式除法，其余数为校验字段。例如：信息字段代码为:1011001；对应m(x)=x6+x4+x3+1

假设生成多项式为：g(x)=x4+x3+1；则对应g(x)的代码为:11001

x4m(x)=x10+x8+x7+x4

对应的代码记为：10110010000；采用多项式除法，得余数为:1010(即校验字段为：1010）发送方：发出的传输字段为:

10110011010

信息字段

校验字段接收方：使用相同的生成码进行校验:接收到的字段/生成码（二进制除法）。如果能够除尽，则正确，否则出错。5、CRC校验码生成示意图：目前广泛使用的生成多项式主要有四种：CRC12=x12+x11+x3+x+1CRC16=x16+x12+x2+x+1（IBM公司）CRC16=x16+x12+x5+1（CCITT）CRC32=x32+x26+x23+x22+x16+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1举例：

12kk+1k+r

信息位k位校验位r位

……….

………假设：信息位为k位，其多项式为(k-1)次多项式K（x）冗余位为r位，其多项式为(r-1)次多项式R（x）如果信息位位1011001，冗余位为1010，则k=7，r=4对应的k-1次和r-1次多项式为：K（x）=x6+x4+x3+1R(x)=x3+x发送信息码字为n=k+r,对应的n-1次多项式为：T(x)=xr*K(x)+R(x)=x4*K(x)+R(x)=x10+x8+x7+x4+x3+x=10110011010由信息位产生冗余位的的编码过程,就是已知K(X)求R(X)的过程。设G（X）=x4+x3+1即11001则：xrK(x)=x4

K(x）=x10+x8+x7+x4

即10110010000由G（X）去除xrK(x)得余数为1010冗余位R(X)=x3+x多项式编码的过程:例：通过计算求出CRC校验码，并写出实际传输的比特序列。条件：（1）CRC校验的生成多项式为G（x）=x4+x+1，校验位为4位；（2）要发送的二进制信息多项式为K(x)=x4+x2+x解题过程：G（x）=x4+x+1,相应比特系列：10011K(x)=x4+x2+x,相应比特系列10110r=4xrK(x)=101100000模二除xrK(x)/G（x）=101100000/10011=1111余数多项式R(x)的系数为：1111经通信信道实际传输的数据比特系列为：101101111（既要发送的二进制信息10110和CRC校验码1111）。接收验证：假设接收的数据为101101111验证计算：模二除101101111/10011=0验证结果：“0”，表示传输正确。注意：如果求出的值不足r位，应在该值之前补0到r位。通过计算求出CRC校验码，并写出实际传输的比特序列。条件：（1）CRC校验的生成多项式为G（x）=x4+x2+1，校验位为4位；（2）要发送的数据比特序列为101101101001。2.12传输控制规程2.12.1面向字符型的传输控制规程主要支持字符数据的传输（或者将位串组合成字符序列的传输），其典型代表为二进制同步通信规程(BSC)。1、BSC控制方法(1)建立链路：建立链路指建立通信双方的收发关系(2)数据传输：在链路建立的基础上，传输数据(3)拆除链路：释放通信双方已建立的收发关系相关通信名词:

主叫方：主动要求建立链路的一方

被叫方：同意主叫方请求，与主叫方建链的一方发送方：发送数据的一方接收方：接收数据的一方通信双方交换的信息序列类型:

正文信息：通信双方正常交换的数据（双方均可发送）

正向控制序列：主叫方发给被叫方的控制信息序列

反向控制序列：被叫方发给主叫方的控制信息序列2、BSC控制字符

采用ASCII中的10个特殊的字符（控制字符），并在这些字符之前增加一个转义字符“DLE”，如DLESOH,DLEETX等，形成特殊的控制字符组，控制数据（字符序列）传输的过程。3.字符的转义在控制字符之前增加一个转义字符，BSC采用了字符转义的方法——字符填充法。字符填充法:

发送方在可能产生争议的DLE位串之前再增加一个转义字符（DLE），如DLEDLESOH；接收方每接收到两个连续的DLE则丢弃其中的一个DLE。4、BSC数据块格式：标题字段+正文字段

标题字段：包含与正文传输和处理有关的辅助信息，可以省略。例如：发方地址、收方地址、处理要求等；正文字段：包含用户希望传输的应用数据,字段之间采用相应的控制字符组予以分隔。（1）数据分组如果要传输的数据较长，可以被分为若干个数据块（或称为数据分组）进行传输。对每组数据块进行编号（称为序号），以示逻辑上完整的数据块之间的关系。同时可解决传输过程中的数据块重发和重收的问题。数据块按序发送时，序号累加。重发该数据块时，数据块的序号不变；接收方发现序号相同的数据块（重复接收），应予以丢弃。

（2）校验码

当采用水平垂直奇偶校验时，先对字符施行水平偶校验，再对整个数据块施行垂直偶校验，校验内容包括标题（如果有标题）、正文、直至DLEETB或者DLEETX；校验结果附加在整个数据块之后传输。当采用循环校验时，产生式选择为g(x)=x16+x12+x5+1，校验内容同上。5.BSC控制序列和控制协议（1）四种控制序列仅采用水平奇偶校验技术进行差错检测。（2）采用半双工的停-等协议，控制通信双方的交互过程，即一方发出信息（数据块或者控制序列）之后，必须等待对方的响应，仅在收到对方的响应之后，才能进行新的动作。（3）BSC采用了超时重发技术，避免可能的信息传输丢失而导致的无限期等待。如果若干次重发之后，仍然不成功，则认为链路故障，拆链并通知用户。重发技术要求发送方必须暂存被发送的数据块。6.BSC工作流程和数据传输过程７．BSC规程分析不足之处：

（1）控制规程与特定的字符编码集关系过于密切，兼容性较差，

（2）半双工的停-等协议(反馈重传)，传输效率较低，即使物理链路可以支持全双工通信，BSC仍然不能加以利用；

（3）数据块和控制序列格式不统一，易引起二义性，使用不方便；

（4）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能力，可靠性较低。优点：

仅需要很少的缓存容量，规程简单，易于实现。2.12.２面向比特型的传输控制规程

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数据帧格式帧的组成：起始标志、要传输的数据块、结束标志

01111110

00110110000101100110111

01111110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。2、一些术语HDLC来源于IBM公司的SDLC（同步数据链路控制规程），因此也采用了一些SDLC的术语和说明。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。4、HDLC一般帧格式（1）F：帧间隔模式：“01111110”－－同步符号、帧之间的填充字符。01111110111110000111100010101111110101010011111110101001111110（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+1x（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。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01111110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。6、HDLC控制帧字段格式（1）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’；（2）监控帧（S）：用于表示接收状态，其控制字段的第0、1位规定为“10”；第2、3位表示了四种类型的监控帧。（3）无编号帧(U)：用于命令的传输（建立/拆除链路）等；０１２３４５６７7、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（待收帧序号）、Ns（发送帧序号）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。8、HDLC数据传输过程

9、HDLC规程分析特点：（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。2.13多路复用与集中传输1、多路复用的目的

充分利用昂贵的通信线路，尽可能地容纳较多的用户和传输较多的信息。2、多路复用的基本原理当物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需的带宽时，可将该物理信道的总带宽分割成若干个固定带宽的子信道，并利用每个子信道传输一路信号，从而达到多路信号共用一个信道，或者将多路信号组合在一条物理信道上传输的目的,充分利用信道容量。（1）频分多路复用（FDM－FrequencyDivisionMultiplexing）用途：主要用于模拟信道的复用。原理：不同的传输媒体具有不同的带宽（信号不失真传输的频率范围）。频分多路复用技术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。为了防止多路信号之间的相互干扰，使用隔离频带来隔离每个子信道。工作过程：先对多路信号的频谱范围进行限制（分割频带），然后通过变频处理，将多路信号分配到不同的频段。(2)时分多路复用（TDM－TimeDivisionMultiplexing）用途：主要用于数字信道的复用。原理：当物理信道可支持的位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。应用：使用时分多路复用技术来支持语音信号的传输。T1系统：

T1系统采用时分多路复用技术，它具有24路语音信号，8bit/路，125(微秒）/周期；一个周期：8（bit）*24路+1（同步位）=193（bit），传输速率为：193（bit）/125（微秒）=1.544Mbps

TDM技术可以使得更多路信号复用到速率更高的信道上。例如：4路T1(1.544Mbps)复用到T2(6.312Mbps),7路T2再复用到T3(44.736Mbps)E1系统：

E1系统采用时分多路复用技术，它有32路语音信号，8bit/路，125微秒/周期，传输速率：32*8/125=2.048Mbps。E1系统示意图如下：（３）波分多路复用（WavelengthDivisionMultiplexing）波分多路复用实质上是利用了光具有不同的波长的特征。随着光纤技术的使用，基于光信号传输的复用技术得到重视。波分多路复用的原理：利用波分复用设备将不同信道的信号调制成不同波长的光，并复用到光纤信道上。在接收方，采用波分设备分离不同波长的光。４．集中传输（1）集中传输的目的：对多路复用技术的进一步提高和改进。（2）多路复用的特点：各子信道（频分多路复用中的子频段，时分多路复用中的时间片，波分多路复用中的波长）被静态地分配给多路信号传输，接收方的分离可以直接通过识别固定子频段、时间片或者波长来完成。同时接入的信号路数固定，数据传输时无需附带其它的区分信息。

（3）多路复用的不足之处：信道的利用率不高。由于实用中信息的传输往往是间断的，因此在某个时刻，子信道会出现空闲状态（即在某一时刻被分配的子信道无数据可发），这些空闲子信道具有被进一步利用的价值。（4）集中传输的思路：动态按需分配子信道。子信道有数据时，就分配，无数据时就不分配。因此，为了便于多路信号的区分，各路信号之前加地址信息。（5）对集中传输设备的要求：采用集中传输机制，设备可附接的站点较多路复用技术所附接的站点数有所增加。随着站点数的增加，系统的瞬时输入之和可能超过系统可支持的额定输出速率。因此，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。2.14数据交换数据交换:

在数据通信时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。整个数据传输的过程被称为数据交换过程。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。１．线路交换线路交换（电路交换）的过程：线路交换又称为电路交换，它类似于电话系统，希望通信的计算机之间必须事先建立物理线路（或者物理连接）。整个线路交换的过程包括建立线路、占用线路并进行数据传输、释放线路三个阶段。线路交换的特点：（１）独占性：建立线路之后、释放线路之前，即使站点之间无任何数据可以传输，整个线路仍不允许其它站点共享，因此线路的利用率较低，并且容易引起接续时的拥塞。（２）实时性好：一旦线路建立，通信双方的所有资源（包括线路资源）均用于本次通信，除了少量的传输延迟之外，不再有其它延迟，具有较好的实时性；（３）线路交换设备简单，不提供任何缓存装置；（４）用户数据透明传输，要求收发双方自动进行速率匹配。２．报文交换（存储－转发报文交换）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。如果一个站点希望发送一个报文（一个数据块），它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；中间结点暂存报文，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。报文交换的特点（1）“存储－转发”；（2）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；（3）无线路建立的过程，提高了线路的利用率；（4）可以支持多点传输（一个报文传输给多个用户，在报文中增加“地址字段”，中间结点根据地址字段进行复制和转发）；（5）中间结点可进行数据格式的转换，方便接收站点的收取；（6）增加了差错检测功能，避免出错数据的无谓传输等。报文交换的不足之处：（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：不同长度的报文要求不同长度的处理和传输时间，即使非常短小的报文（例如：交互式通信中的会话信息）；（4）报文交换难以支持实时通信和交互式通信的要求。３．分组交换分组交换原理：类似于报文交换，但它规定了交换设备处理和传输的数据长度（称之为分组）。