计算机网络第讲

计算机网络第讲计算机网络讲义2上次课主要内容数字数据用模拟信号编码调制解调模拟数据用数字信号编码采样量化编码信道极限容量奈氏准则香农定理第2页,共32页，2024年2月25日，星期天2.4.3数据通信的基本方式数据通信的操作方式

1、单工通信

2、半双工通信

3、全双工通信数据传输模式

1、同步传输

2、异步传输第3页,共32页，2024年2月25日，星期天数据传输模式异步传输方式每传送一个字符，都要在每个字符前加一个起始位，而在每个字符后加停止位。这种方式的字符发送是独立的，所以又称为面向字符的异步传输方式。同步传输方式不加起始位和停止位，而是在发送字符前发送一组同步字符（同步标识），使双方进入发送和接收的同步状态。同步传输方式将字符组作为发送单位，在数据传输过程中提供额外的时间链路或在数据中加入时间信息解决时间漂移（滑动）的问题。第4页,共32页，2024年2月25日，星期天2.4.4数据交换方式电路交换分组交换报文交换第5页,共32页，2024年2月25日，星期天2.4.5多路复用技术所谓的多路复用可以理解为在同一条信道上传输多路信号。

1、多路：多个不同的信号源。

2、复用：同一信道上同时传输多个不同的信号。采用多路复用技术，在发送端，可用复用器（MUX）以将多路信号组合在一条信道上进行传输，到接收端再用分用器（DEMUX）将各路信号分离开来。多路复用极大地提高了信道的利用率。实现多路复用的前提是信道实际传输能力超过单个信号所要求的的能力。第6页,共32页，2024年2月25日，星期天1、常用多路复用技术频分多路复用技术（FDM）时分多路复用技术（TDM）第7页,共32页，2024年2月25日，星期天频分复用基本思想频分复用（FDM，FrequencyDivisionMultiplexing）

1、将信道有效带宽划分成不同的频段；

2、在不同的频段上同时传输不同的频率的信号。频分复用是一种模拟信号技术，在信道有效带宽大于要传输的信号所需的带宽时使用。第8页,共32页，2024年2月25日，星期天频分复用的信道划分在频分复用中，各个频段都有一定的带宽称之为逻辑信道。为防止相邻信道信号频率覆盖造成的干扰，在相邻两个信号的频率段之间设立一定的保护带，保护带对应的频谱未被使用。第9页,共32页，2024年2月25日，星期天频分复用的应用频分复用在模拟信号传输系统中使用，不同的信号同时占用不同的频率资源。一旦为某个信号分配了频率资源，将不再改变。频分复用技术成熟，但不够灵活。常用的频分复用系统

1、电话系统

2、有线电视

3、ADSL第10页,共32页，2024年2月25日，星期天时分多路复用技术基本思想时分复用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）是一种数字过程，当信道的最大数据传输率大于各路信号的数据传输率的总和时采用。时分复用将信道的使用时间划分成等长的时间片，每个信号轮流使用时间片；所有信号使用一次时间片的和为一个周期。每个周期内传输的数据可以看成一个时分复用帧。第11页,共32页，2024年2月25日，星期天时分复用的帧构成一个时分复用帧中包含N个信号的数据；

1、N个信号共享同一条信道；

2、在一定的时间内，可以看到N个信号“同时”使用同一条信道传输；

3、在时刻t0信道只接受一个信号的发送；

4、信号占用信道的全部带宽，适合基带传输；一般来讲，几个低速设备以时分复用的方式共享一条高速信道。第12页,共32页，2024年2月25日，星期天时分复用分类时分复用分为两类

1、同步时分复用（SynchronousTDM）采用固定时间片分配方式，将传输信号的时间按特定的长度连续地划分成特定的时间段，再将每个时间段划分成等长的多个时间片，每个时间片以固定的方式分配给各路数字信号。

2、异步时分复用（AsynchronousTDM），又称为统计时分复用（StatisticTDM）采用按需分配时间片的方式分配时间片，只有某路用户有数据发送时才将时间片分配给该用户；当没有数据传输时，将时间片动态分配给其他的用户；共享物理链路的用户数可以大于统计时分复用帧中的时间片数。第13页,共32页，2024年2月25日，星期天时分复用示例ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1④③②①acbcd时分复用#2#3#4用户第14页,共32页，2024年2月25日，星期天统计时分复用示例用户ABCDabcdttttt3个STDM帧#1④③②①acbabbcacd#2#3统计时分复用第15页,共32页，2024年2月25日，星期天同步时分复用与统计时分复用总结同步时分复用可能会造成线路资源的浪费。采用统计时分复用的方式对同步时分复用进行改进，该方式可明显地提高信道利用率。第16页,共32页，2024年2月25日，星期天2、其他的多路复用技术波分多路复用（WDM）码分多址技术（CDMA）第17页,共32页，2024年2月25日，星期天2-1波分复用基本思想波分复用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）

1、光在光纤中的传输已经达到了10Gbit/s，几乎达到了单个光载波信号传输的极限，但远远没有达到光纤的带宽（25000GHz）极限。

2、在借用了频分复用的概念之后，能作到在一个光纤上同时传输多个频率很接近的光载波信号，使传输速率提高。

3、在一根光纤上复用两路以上光载波信号称为波分复用（WDM）。（1）在光传输信号过程中，由于光的频率很高，表示不方便，因此，常用光的波长来表示所使用的光信号，因此，光纤的复用又称为波分复用。（2）事实上，光信号的波分复用就是光的的频分复用。第18页,共32页，2024年2月25日，星期天2-2波分复用的发展随着技术的发展，在一根光纤上可以复用的路数越来越多，于是产生了密集波分复用（DWDM）技术。波分复用的讨论

1、不同的信号具有不同的频率。

2、不同频率的信号对应光信号中不同的波长；

3、因此，可以将不同频率的信号对应到不同波长的光信号上；

4、只要光纤可以传输不同波长的光信号，光的频分复用既波分复用就能够实现。第19页,共32页，2024年2月25日，星期天2-3波分复用示例第20页,共32页，2024年2月25日，星期天2-4码分复用基本思想各通信用户使用经过特殊挑选的不同码型，在同样的时间内使用同样的频带进行通讯，可以理解为码分复用。

1、由于各通信用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。

2、事实上，码分复用（CDM）是另一种信道复用技术，也称为码分多址（CDMA）。

3、该方式具有很强的抗干扰能力。第21页,共32页，2024年2月25日，星期天2-5码分复用工作原理工作原理

1、在CDMA中，每个比特时间再划分为m个短的间隙，称为码片。通常m的值为64或128；

2、使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的mbit码片序列；

3、要发送1则发送mbit码片序列，如果发送0则发送mbit码片序列的反码；

4、按双极性码惯例，将0写成-1，1写成+1。

5、如果一个站要发送的数据率b（b/s），由于一个比特要转换成m个比特码片，因此该站的实际发送的数据率为mb（b/s）；

6、同时该站所占用的带宽也提高到原来的m倍，这种通信方式称为扩频；

7、扩频分为直接序列扩频和跳频扩频。第22页,共32页，2024年2月25日，星期天2-6码分复用的特点CDMA的一个重要特点是每个分站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且必须相互正交；

1、令向量S表示s站的码片序列向量，令T表示其他任何站的码片向量，则S和T的规格化内积都是0。

2、向量S和各站码片反码的向量内积也是0；

3、任何一个码片向量和该码片自己的规格化内积都是1；

4、任何一个码片向量和该码片反码的规格化内积都是-1。

第23页,共32页，2024年2月25日，星期天2-7CDMA工作原理举例S站的码片序列S110ttttttm

个码片tS站发送的信号SxT站发送的信号Tx总的发送信号Sx+Tx规格化内积S

Sx规格化内积S

Tx数据码元比特发送端接收端第24页,共32页，2024年2月25日，星期天例题：P62:2-16第25页,共32页，2024年2月25日，星期天2.4.6差错校验和控制数据通信要求信息传输具有高度的可靠性，即要求误码率足够低。

1、计算机网络中误码率要求低于10-6～10-11；

2、但数据信号在传输过程中不可避免地会产生差错；

3、产生差错的主要原因 （1）信道不理想造成的符号间干扰，可通过技术手段消除； （2）噪声对信号的干扰是产生差错的主要原因。差错校验和控制的主要内容

1、差错类型

2、差错控制

3、常用的检错纠错码第26页,共32页，2024年2月25日，星期天差错类型危害数据传输的噪声大体上分为随机噪声和脉冲噪声，对应引发的差错分为：

1、随机差错 由信道中的热噪声引起的，产生差错的码元与前后码元无关。如果传输信号的信噪比较高，这种差错是可以减少的。

2、突发差错前后码元发生的错误有相关性，一个错误的出现往往引起前后码元也出现错误。

第27页,共32页，2024年2月25日，星期天差错控制差错控制的主要方法

1、差错检验

2、反馈纠错

3、前向纠错

4、混合纠错第28页,共32页，2024年2月25日，星期天常用的差错检验方法垂直冗余校验（VRC）水平冗余校验（LRC）水平垂直冗余校验（TRC）循环冗余校验（CRC）第29页,共32页，2024年2月25日，星期天垂直冗余校验（VRC）1、以字符为单位；2、若一个字符为8位，其中7位为信息位，最后1位为附加的冗余校验位；3、如果整个字符中1的个数为奇数，则该位为1，否则为0；4、该方法能检查出任意个奇数错误，但不能发现偶数个错误。XXXXXXX0/1第30页,共32页，2024年2月25日，星期天水平冗余校验（LRC）1、将要发送的数据以适当的长度划分成组；2、对组内所有字符的相同位置上的位进行奇偶校验；3、将得到的一组校验信息附加到信息后；4、这种方法能发现长度小于n（字符的长度）的突发错误和其他错误。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234校验码第31页,共32页，202