计算机网络概论

《网络技术基础》课程讲义

莆田学院计算机教研室2003年2月

【教材】《数据通信与计算机网络》高传善钱松荣毛迪林编著（面向21世纪课程教材）

高等教育出版社2000年7月（27.10元）

引言

一、课程特点（实用性、专业性、知识性均很强）

本课程是计算机专业中知识性和实用性最强的技术课程之-0

本课程也是计算机课程中自学难度最大的之一，尤其是对未入门者。

计算机网络技术的学习必须理论知识与实际练习并重。

理论知识——理解网络设计、系统管理、故障分析、网络互连（为什么要这样做）

实际练习——掌握安装、文件/目录及用户管理的具体方法（怎样做）

网络工程师应掌握的技术：

•网络规划与组网设计（网络协议/网络类型/网络结构/网络设备选择）

•网站建立与网页制作（WWW、FTP等网站建设/HTML、ASP、JSP及PHP网页制作）

•网络管理与维护（用户管理/文件系统管理/安全性）

•网络施工技术（综合布线等）

•网络数据库开发与维护（WWW数据库技术）

所有这些，都要求具有扎实的理论基础，并通过工作实践融会贯通，成为某一或几个方面

的专家。

二、学习目标与学习内容

学习目标：从一个网络工程师的角度，了解现代计算机网络的基本技术理论，掌握基本结

构、互联原理、组网技术、网络设备、网络管理与网站建设的基本知识，为今

后深入学习网络技术和网络工程实践打基础。

学习内容：

•网络基础知识（参考：教材第1、2、3、7章）

•局域网技术（参考：教材第3、4章）

•TCP/IP网络技术（参考：教材第5、8章）

•网络互连设备与技术（参考：教材第5、6章）

•网络系统集成（补充）

•网络安全与管理（参考：教材第10章）

学习特点：

•教材内容偏旧偏空，所以大量讲课内容在教材之外。要求：听课/笔记/预习教案/练习

•术语（中英文）多，概念多，技术性强

（教案下载：ftp://202.101下1.195卜文件夹“网络技术基础教案/03年2月新教案”）

三、考核内容

笔试：基本知识/基本概念/基本协议/常用命令/常用英文术语

四、推荐参考书

入门：

1、《最新计算机网络实用教程》（台湾）杨丰瑞杨丰任编著中国铁道出版社2001年7月

2、《计算机网络》陈文革程向前编（面向21世纪课程教材）高等教育出版社1999年6月

提高：

1、《计算机网络》（第3版）（美）AndrewS.Tanenbaum著熊桂喜/王小虎译清华大学出版社

1998年7月

2、《TCP/IP协议族》（影印英文版）（美）BehrouzA.Forouzan/SophiaChungFeganW清华大学

出版社2000年12月

第一章计算机网络概论

【计划课时】10课时

1.1计算机网络概述

1.1.1什么是计算机网络（Network）P5

1.基本要求

未连网前的计算机系统——“信息孤岛”。

计算机连网通信的基本要求：

•传输要求：必须将信息送到正确的目标设备。信息必须由且只能由指定设备（用户）接收。

•精度要求：必须保证信息传输的准确性。在传输后被改变、出现错误的信息是不可用的信息。

•时间要求：必须保证信息传输的时间性。迟到的信息是无用的信息。对于视频、音频之类实

时（real-time）传输，还要求保证信息传输的顺序。

2、基本组成

一个用于计算机连网通信的系统•般由六个部分组成：

•信息（message）：文字、数值、图形、声音、图像等

•发送设备：又称“主机”（host）——各种信息处理设备（计算机等）

•接收设备：同上

•通信设备：负责主机间的通信控制和通信处理

・传输媒介：各种电缆、光缆、无线电波等

•通信协议：通信规则（无协议的两台设备可以连接但无法通信，如同讲不同语言的两人无法对讲）

通信协议通信桥议

信息

传输媒介

发送设备通信设备通信设备接收设备

3、参考定义

计算机网络是计算机技术和数据通信技术紧密结合的产物。

所谓“计算机网络”，通俗地讲，就是将地理位置不同的多个计算机系统通过通信设备和线路连

接起来，以功能完善的网络软件（“在协议控制下”）实现网络中资源共享和数据交换的系统。

4.网络=资源子网+通信子网P8

资源子网——硬件资源（主机、终端、I/O设备等）、软件资源、数据资源等，负责全网数据处理业务,

向网络用户提供各种网络资源和网络服务

通信子网——传输介质（电缆、光纤、无线电波等）、通信设备（交换机等），承担全网的数据传输、

转接、加工和变换等通信处理工作

1.1.2网络的应用P11

1、软、硬件资源共享（硬盘/打印机/软件包……）——成本上

2、即时（动态）数据交换（股市行情/军事/生产管理/订票系统/电子邮件……）——效率上

•••网络=桥梁——使世界变小

3、可靠性和安全性

1.1.3网络的分类P27

通常可以通过两个方式来分类：传输技术和网络规模。

1.按传输技术分

•广播式网络（broadcastnetwork）

•条共享通信信道；信息以广播形式送到所有站点，地址符合者接收之，不符者舍弃之。

特例：多播（multicasting）

•点到点网络（point-to-pointnetwork）

信息从源主机到目标主机，通常要经过多个中间设备，且有多条路径。因此其路由算法十分重要。

一般来讲，小的、本地性的网络采用广播方式，大的、远程性的网络采用点到点方式。

2.按网络规模分P27

•局域网（LAN,LocalAreaNetwork）

•近距（一般10km以内，通常在一个机构或一组建筑物中）

•一般使用专门敷设的线路

•使用本地主机资源（主机/服务器为中心）——免费用或小费用。

•广域网（WAN,WideAreaNetwork）

・远程（可达数千公里，可跨地区、国家，甚至全球联网）

•一般连接两个或两个以上局域网

•一般通过租用的专线接入公共数据通信网实现远程连接

•以路由器为技术基础

•WAN通信一般称为“服务"（service）,因为网络提供商通常要对所提供的WAN服务收费

Internet（因特网）——最著名的广域网

・城域网（MAN,MetropolitanAreaNetwork）

分布范围在LAN和WAN之间（几十公里内），通常是一个城市内多数LAN的组合网。

•介于局域网和广域网之间的网络（以下统称“区域网”）

①企业内部网（Intranet）

②园区网/校园网（Campusnetworks）

最大特点：大量使用外部资源（特别是因特网上的资源）。

•服务基于Internet技术：通常提供WWW、E-mail、FTP、BBS,虚拟网等服务或功能，良好

安全性，可连接Internet

•组网基于LAN技术：主机/服务器为中心，交换机为主要通信设备，独立的网络资源和管理

系统，专门敷设的线路（城域网一般使用DQDB即“分布式队列双总线”技术）

•本身可由若干个LAN组成或是一个大型的LAN

•高带宽

本课程中，将这些网络以下统称“区域网”，而将单个部门或单个建筑物内的网络称为“局域网”。

•互联网络（Internet）

若干个网络连接起来构成一个更大的网络（Internetisalargestinternet!）«

・远程连接（Remoteconnections）

将位于网络分布范围之外的部门办公室和单个用户连接到本地网或Internet上。

•普通客户一般通过Modem（调制解调器）和租用的公用电话线路实现远程连接

由于数字信号中的高频谐波很多，在通过电话线之类所谓“模拟信道”传输时，衰减很严重，会

失去数字信号的特征，所以就要在传输前先把数字信号转换成模拟信号（“调制”），反之，接

收时要进行“解调”。

1.1.4通信网与计算机网络

通信网由用户终端设备、交换设备和传输线路组成。交换设备间的传输线路称为“中继线”,

用户终端设备与交换设备间的传输线路称为“用户线”。

通信网的组成

常用通信网有电信网、广播电视网和计算机专用网。

典型的电信网有：公用电话网(PSTN)、分组交换网(X.25)、数字数据网(DDN)、综合业务数字

网(ISDN)。从整个电信网的角度来划分，电信网可以分为三个部分：长途网(长途端局以上的部分)、

中继网(长途端局和市话局及市话局之间的部分)和用户接入网(从本地电话局到用户之间的部分)。

典型的广播电视网有：无线广播电视网、卫星电视广播网、有线电视网

典型的计算机专用网：局域网、区域网、广域网

实际上今天三网都已用于构筑计算机网络。电信网和广播电视网目前主要用于广域网和区域网。

网络技术的发展趋势是“三网合一”。

几种常用通信网比较

通信网交换设备中继线用户线连接设备通信业务

公用电话网SDH或模拟电话机模拟电话，中低速数

程控交换机双绞铜线

(PSTN)PDNModem+PC据(256kbps)

综合业务数字网数字电话，数据综合

具有ISDN功SDH或ISDN数字电话

(ISDN)双绞铜线业务(64〜2048

能程控交换机PDNISDN适配器+PC

kbps)

分组交换网DDN或分组型/非分组型中低速数据

电分组交换机双绞铜线

(X.25)PDN终端(W64kbps)

信

数字数据网或中高速数据

网SDH

交叉连接设备双绞铜线路由器+LAN

(DDN)PDN(64〜2048kbps)

帧中继网SDH或中高速数据

帧中继交换机双绞铜线路由器+LAN

(FRN)PDN(64〜2048kbps)

数字移动网移动通信交换SDH或GSM手机低速数据

无线

(GSM,CDMA)机PDNCDMA手机(8〜16kbps)

VSAT交换中空间中高速数据

VSAT卫星网卫星转发器VSAT小站

心无线(64〜512kbps)

广地面无线广播电电视台前端空间电视机电视机

无线或有线

播视网电台前端无线收音机收音机

电电视台空间

视卫星电视广播网卫星转发器卫星电视接收站电视机

上行站无线

网电视机，Cable电视机

有线电视网有线电视前端光纤光纤同轴混合

Modem+PC高速数据(W40Mbps)

LAN交换机和高速数据

LAN光纤5类UTP双线线PC

计集线器(10~1000Mbps)

算

FDDI中高速数据

机MAN交换机DDN光纤、双绞线路由器

网(64kbps〜1OGbps)

PDH

DDN中高速数据

WAN交换机双绞线、光纤路由器

PDH(64kbps〜2.5Gbps)

资料来源：《宽带IP网络技术及其应用实例》万博通公司技术部编海洋出版社2000P2

1.2数据通信的基本概念P47

1.2.1信号与信道

1、信号（signal）P47

计算机内部的数据（文字/数值/图像/声音等）均要转换为通信线路上电信号或光信号才能传送。

通信信号一般可分为两类:

-------------------时间

（a）模拟信号（b）数字信号

・模拟信号（analogsignal）----连续变化值（如数学中之实数）

自然界产生的物理量一般均为模拟信号。

•数字信号（digitalsignal）——离散变化值（如数字中之整数）

计算机内部传输和处理的均为矩形脉冲形式的数字信号（1和0）,又称为“基带信号”。

信号的特性有：振幅（变化的大小）、频率（变化的快慢）、相位（变化的时间）

振幅越大、频率越高，信号传送的距离越远。（如高音喇叭）①

2、信道（channeI）

所谓“信道”，顾名思义，就是通信信号传输的“通道”。信道与实际通信线路并不等同。一条通

信线路往往包括一条发送信道和一条接收信道。信道一般也可分为两类：

•模拟信道：专用于传送模拟信号

•数字信道：专用于传送数字信号

信道的主要技术指标：

•比特率R（数据率）:每秒传输多少二进制代码位数，单位：bps或b/s。

•信道容量C：信道能够传送的最大数据率，单位：bps或b/s。

当信道上传送的数据率大于信道允许的数据率时，将因严重失真而失效。

奈奎斯特（H.Nyquist）公式（用于有限带宽无噪声的理想信道）：

C=2Hlog2L

式中：H-信道带宽（Hz）L-数字信号离散值数（电平数，物理状态数）

香农（C.Shannon）公式（用于受噪声干扰的信道，所求为上限值）：

。="呼+高

式中：H-信道带宽（Hz）S-信号的平均功率，N-噪声的平均功率

S/N-信噪比（如果信噪比X单位为db,则式中X=10lgS/N,即$仅=1。"1°）

•波特率B（码元速率）：数字信号经调制后的传输速率（每秒传送的码元个数，即调制后模拟

电信号每秒钟的变化次数），单位：Baudo

B=1/T（T-调制周期）

波特率B与数据率C在数值上不一定相等。

C=B/og2L

许多情况下，通常信号只取两种不同的状态（0和1）,即L=2,此时C=B。

•信道的时延：信号从信道的一端传到另一端所需的时间（电信号在电缆中的传播速度约为光

速的77%）

•吞吐量：信道在单位时间内成功传输的总信息量，bps

•出错率（误码率）：计算机网络中要求低于10-6,即平均每传送1兆位，才错1位。

3、调制（Modulation）P59

通信信号在类型不匹配的信道上传输时，必须进行调制（Modulation）。

a.数字信号在模拟信道上传输时要进行数模转换，以解决失真等问题：

数一模模一数

调制机理：信号+载波

•幅移键控（调幅）用载波的不同振幅分别代表1和0

•频移键控（调频）用两个不同频率的载波分别代表1和0

•相移键控（调相）用载波的相位变化代表1和0

II<OI]I1IUIHI)101

有个?〜pv；〜；----7

b.模拟信号在数字信道上传输时，要先进行脉冲编码调制PCM（PulseCodeModulation）：

•取样：按信号最高频率fmax的两倍频率取样可精确还原（NyquistTheorem,奈奎斯特定理）

•量化：将取样获得的脉冲信号在振幅上进行数值分级（我国标准中量化分为256个等级）

•脉码调制：将量化后的数值转换为对应的二进制编码

数字传输

a㈡fbh=>ilili=>|onk>

模拟信号I“।।.I2।UI_____I

采样邕化、PC噬码

(sampling)(quantization)(coding)

奈奎斯特证明：如果•个任意的信号通过带宽为H的低通滤波器，那么每秒采样2H次就能完整

地重现通过这个滤波器的信号。以每秒高于2H的速度对此线路采样是无意义的，因为高频的分量

已被滤波器滤掉，无法再恢复了。

模拟信号的脉码调制过程：

采样量化编码

模似信号

图脉码调制

4、带宽（bandwidth）

信号所占据的频率范围称为信号的带宽。信道能传送的频率范围称为信道的带宽。

信道带宽必须大于被传送的信号的带宽，否则就会出现失真。

对模拟信号，带宽为通信信道所能提供的频率宽度（范围）；

对数字信号，带宽为通信信道每秒能传送的二进制位数（bps）。

一般认为具有8〜10Mbps及以上数据传输速率的网络称为“宽带（wideband）网”。

最新发展还有所谓“广带（broadband）无线接入技术，其传输速率》10兆位/秒）

高质量的欣赏型电影点播需要6M以上带宽。低质量的网络新闻型视频点播只需几十到几百bps.

5、编码(coding)P67

a）单极性脉冲

b）双极性脉冲

c）单极性归零脉冲OI1[)i(10

L0

4卜41•一

U

d）双极性归零脉冲

e）交替双极性归零脉冲

0II

1.0…力n

LQ■|J

数字信号传输时，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。其中数字数据的数字信号最常用的表示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。

a）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。

c）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”【"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。

归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点：

不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间

进行定时或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信

道上占用的频带较宽。

单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的

交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是

很有利的。

计算机内部的数字数据不宜直接送到信道上作信号传输，一般需要先进行编码转换，以保证数据

传输的正确性（同步等）。常用编码方式有:

,不归零（NRZ,non-returntozero）编码两个不为零的电压表示1和0（零电平表示无信号）

缺点：接收方无法判断每个比特起始位置

•曼彻斯特（Manchester）编码T.一个比特的持续时间

比特1先高后低，比特0先低后高

曼彻斯特编码的一个缺点是需要双倍的。由里

带宽。也就是说，信号跳变的频率是NR

Z编码的两倍。

低电平

曼侧特编资

・微分曼彻斯特(DifferentialManchester)编码

和曼彻斯特编码一样，在每个比特

时间间隔的中间，信号都会发生跳变。

区别在于每个时间间隔的开始处。0传输开始的T,1比特的持续时间

将使信号在时间间隔的开始处发生跳

变。而1将使信号保持它在前一个时间

间隔尾部的取值。因此，根据信号初始

值的不同，0将使信号从高电平跳到低

电平，或从低电平跳到高电平。接收端

通过检查每个时间间隔开始处信号有无

跳变来区分0和1。

图差分曼彻斯特编码

缺点：每个比特两次跳变，10Mbps-

20M波特，编码效率只有50%（常用于

LAN中）

•4B/5B编码

以4个比特为一组进行编码，编码位数为5个。（从展=32个可能的编码中取出24=16个来表示0〜

F,使每组编码中0的个数不超过3个，1的个数不少于2个）。

编码效率达80%（100Mbps-125M波特）。

4B/5B用于百兆位以太网，8B/10B用于千兆位以太网。

1.2.2数据通信系统模型P46

【数据通信】数字计算机或其他数字终端装置之间的通信。

教材P47强调其信源和信宿产生和接收的都是数字信号。

|噪j源|

数据通信系统模型

数据通信系统的组成：

信源：产生要传输的电信号（这个信号称为基带信号）。

发送设备（编码器+变换器）：将信源产生的信号变换为适合于信道传输的信号。最常见的变换方式是

正弦调制。经正弦调制后的信号称为频带信号。

信道：信号传输媒介的总称。信道有两种类型：有线信道（双绞线、光纤等）；无线信道（微波、红

外等）。

接收设备（反变换器+译码器）：将接收到的信号进行反变换，从存在干扰的信号中正确无误地恢复出

原基带信号。

信宿：信息传送的终点。

DTE（DataTerminalEquipment,数据终端设备）如连网的微机（信源或信宿）

DCE（DataCircuit-terminalEquipment,数据电路端接设备）如MODEM

DTEDCEDCEDTE

一一

输入

输

传

输出

制

带

置

装置

矍

一

数据终端设备数据终端设备

数据通信系统的基本构成

1.2.3基带传输

所谓“基带传输”，是指信道上传输的是没有经过调制的数字信号。数据通信中，编码器输出的信号

都是数字基带信号。

使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占用了传输电缆所允许的整个频段（0至最高允许频率）,

所以同一时间同一电缆中只能传送一种信号（基带信号均为数字脉冲信号，不经调制直接输送）。

基带传输需要解决两个问题：

•基带数字信号的编码

•收发两端之间的同步问题

基带传输常用编码方法：曼彻斯特编码/差分曼彻斯特编码，后者技术复杂，但抗干扰性强

基带传输在局域网上用得较多,信号频率高，传输速度也大大快于频带传输（通常10〜50Mbps）。

传输电缆：50Q同轴电缆或双绞线等②

1.2.4频带传输

基带传输必须使用有线信道，且传输距离有限。为了进行远距离传输，需要借助调频振荡信号（载波）

来运载。利用调制来传输数字信号的方式称为“频带传输”（使用模拟信号传输数据时，往往只占用有

限的频谱）。其传输信号可通过“多路复用技

术”在同一电缆中形成多个传输频道，所以同

一时间同一电缆可由不同频道分别传送数据、

声音、图形、图像等不同信号，又称“宽带传

输”。

频带传输的优点是可在同一线路或信道上同

时传送几路数据,使信道利用率提高。

传输电缆：75Q同轴电缆、光缆等

1.2.5数据同步方式

比特的传送和接收是通过收发双方的定

时时钟来控制的。发送端利用它的时钟来决定

每个数据位的起始和结束。在接收端，时钟被

用来确定对信号进行采样取值的位置和间隔

时间。一般情况下，使两个独立的时钟精确同

步是不太可能的，它们都产生自己的漂移，引

收发两端时钟不一致引起的同步问题

起两个连接采样之间的间隔发生变化。由于接收时钟和发送时钟的差异，接收端可能对代表1位的信

号采样两次，从而多产生1位，也可能跳过1位。如图所示，发送端发出的位串0010,因为时钟漂

移，结果被接收端错误地认为是00110或010。

解决上述同步问题有两种方法：1、异步传输法，即发送端和接收端独立地运行时钟，但定期进

行同步。2、同步传输法，即接收端时钟完全由发送端时钟控制，即收发双方时钟严格同步。

a、异步传输

异步传输是基于这样的事实：在一定的比特数目内，时钟漂移的程度是有限的。它让接收端的时

钟在某一时间点上跟一个发送端的时钟信号同步，并开始自己的独立走时，在误差积累到采样发生错

误之前，可以保证正确接收到若干位。

在异步传输中，数字以字符为单元发送。每

个字符的长度一般为5~8位。在每个字符前设置

1位起始位，在每个字符后设置1〜2位停止位。

同步仅在每个字符接收期间维持，接收端在每个

新字符的开头都将开始重新进行同步（时钟校

发

准）。接

送

收

端

异步传输中，任何两个字符之间的时间间隔可端

以是随机的、不同步的（故称“异步”）。异步方式

实现简单，设备低廉，但传输效率低（每个字符须

加2〜3位作起止位），适用于低速（每秒10~1500

个字符）的终端或电传打印设备，以及使用

MODEN传送数字数据的拨号电话线路。异步传输字符结构

"同步传输

使接收端接收的每一位数据信息都与发送端准确保持同步，所以每次发送的数据块长度可以很

大。实现的方法有：

①自同步法在传输的信号中嵌入时钟信息，使接收端能从接收的信号波形中提取时钟信息（如采用

曼彻斯特/差分曼彻斯特编码，每一位中间的波形跳变即为时钟信息）

②外同步法在发送端和接收端之间提供单独的时钟线路，或发送端在发送数据前先发•串同步时钟

脉冲（同步字符串），接收端按这个时钟频率调整采样频率。

1.2.6通信方式

按数据传输方向分：

【单工simplex】数据只能单向传送（如看电视，无法将信息反传给电视台），主要用于数据采集系统

【半双工half-duplex］数据可以双向传送但无法同时传送（如对讲机），•般用于计算机网络非主干线路

【全双工full-duplex］数据可以同时双向传送（如打电话双方可以同时对讲），主要用于计算机间通信

发3备

按数据传输顺序分：

【串行通信】串行数据传输时，数据是一位一位地在通信线上传输的，先由计算机内的发送设备，

将几位并行数据经并-串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接

收端将数据从串行方式重新转换成并行方式。串行方式适用于远程通信，其速度要比并行传输慢得

多，但传输线路费用低，且可利用现在的公用电话系统进行计算机连网通信。

［并行通信1并行通信传输中有多个数据位同时在两个设备之间传输。并行方式适用于近距离通信,

优点是传输速度快，处理简单。

并行通信串行通信

1.2.7多路复用技术（multiplexing）P64

就是将多个不同来源的信号复用在一条物理信道上同时传送。

SDM（空分复用技术）各子信道是一独立的物理链路（如•条电缆中包含成百对线路）。

FDM（频分多路复用技术）好比将本来一条公路的运输，变成又在公路上空分不同空域高度同时

进行多层陆空运输（适用于模拟信号传输）——电台广播。

TDM（时分多路复用技术）好比将本来只专门为一个人提供服务变成分时为众人提供服务，之所

以能够“复用”，是因为数据在接收后处理的过程往往远大于数据传输的过程——甚至接收后只是存

储起来（适用于数字信号传输）。

WDM（波分复用技术）在一根光纤传输两个光波（通过波长为1310nm和1550nm）,主要用于

接入网，很少用于长距离传输。

DWDM（密集波分复用技术）——即能将儿种不同波长的光信号组合起来（合波）通过光纤进行

传输，又能将光纤中组合传输的光信号分开（分波）送入几个不同通信设备的一种光学技术。目前

16波和32波DWDM技术已完全成熟并得到广泛应用，48波和96波也开始商用化，200波系统实

例室研究也见诸报道。有人称，DWDM技术已成为通信网络带宽高速增长的最佳解决方案，今后无

论是广域网、城域网还是接入网，都将以DWDM为传输平台，基于DWDM的光传送网将构成整个

通信网的基础物理层，因此,光纤技术的发展与DWDM技术的应用与发展密切相关。国内10GDWDM

宽带光网已进入商业化阶段。

救

须

信源信源1

1+分

分

侪源2.通道2信源2

名

多

信源通道信源3

3,3超

路

通道1V信源4

复

信源信源5

5-用

用信源6

信源6・•06-孱

器信源

信源7-通胆心7

信源8-MIX通道8UW,信源8MIX

频分多路复用技术时分多路复用技术

1.3差错控制技术

1.3.1传输差错的产生

【传输差错】传输过程中发送端发送的与接收端收到的二进制数位不•致（发“1”收“0”，或发“0”

收"1”）。

传输差错的类型：

一位差错：数据单元中仅某一位差错

0变成1

发送接收

多位差错：数据单元中两位或两位以上差错

两位错

彳，，之一

0100001110

发送

突发差错：数据单元中连续两位或两位以上差错

0100101011100011

突发差错

0100010100100011

传输差错产生的原因：

•信道本身的随机热噪声随机错误（某位错），可通过提高信道的信噪比等方法来抑制

•外界原因引起的冲击噪声突发错误（一连串码元均出错），难以避免

【突发长度】从突发错误发生的第一个码元到有错的最后一个码元间所有码元的个数

1.3.2误码率

发生差错的码元数

Pe=--------------------

接收的总码元数

在计算机网络中，误码率一般要求低于10工

1.3.3差错控制编码

最简单的差错控制方法是将每一个数据发送两遍。接收方将这两遍数据进行比较，如有任何不同,

即可认定出错了。但这样做将使传输速率大大下降，因为不仅数据本身传输时间要加倍，而且逐位比

较也要花费大量时间。

差错控制最常用的技术是在每个数据单元中加入一些称为“冗余码”的附加数位（差错控制编码）。

这种技术之所以被称为“冗余校验技术”，因为一旦传输被确认无误，那些附加的冗余数位便被自动

丢弃了。

信息位+冗余位=发送的码字

（生活中，输入密码或告诉对方电话号码两遍，第二遍给出的即为“冗余位”）

信息位——要发送的数据

冗余位——差错控制编码

差错控制编码分为：

•检错码（用于自动发现传输差错的编码）

•纠错码（不仅能自动发现而且能自动纠正传输差错的编码）

编码效率：

kk

R=--------=--------

k+rn

式中k-码字中信息位数r-码字中冗余位数n-码字总位数

差错控制的两大目标：尽量降低误码率，尽量提高编码效率

1.3.4差错控制方式

,自动请求重发ARQ（automaticrequestforrepeat）------自动发现差错并要求对方重发

•前向纠错FEC（ForwardErrorCorrection）——自动发现并纠正错误

ARQ只需检错码，编码效率高，设备简单，但要求双向信道，发送方要有数据缓冲区。

FEC要求纠错码，编码效率低，设备复杂，但实时性好，只需单向信道。

1.3.5常用检错码

①奇偶校验码（paritycheck）

•垂直奇偶校验编码和校验实现简单（图3.1）

最常用而且最经济的检错技术。

偶校验（even-paritycheck）

奇校验（odd-paritycheck）

垂直奇偶校验可以检测出所有的1位差错，但只能检测差错数为奇数的多位差错或突发差错。

差错漏检率Q1/2。

例：原始数据000111011,采用偶校验。则发送端通过传输线路发出的码字为1000111011

若接收端接收到的是1/72111011或―若11或1/00010011,将均被拒收。

但若接收端接收到的是17/0111011或1700011011或1000011010,仍会通过验收（漏检）。

编码效率（设发送的信息块中有p个二进制位，发送时另加一个奇校验位或偶校验位）

P

R=--------

P+1

•水平奇偶校验差错漏检率＜1/2编码和校验实现复杂（图3.2）

•水平垂直奇偶校验（图3.3）

发送顺序

每信息段「010101010101001001110011101110111100111

发送顺序

水平垂直数据

奇偶校验码

A

（垂直奇偶校验码）图中：

黑色:信息位

红色:冗余位

水平垂直奇偶校验码的生成

误码率可减少到原误码率1/100〜1/10000,但如某个信息段中出现偶数个差错，而另•个信息

段的对应位置处也正好都出现差错，这种差错无法检测出来。

A

发送

水平垂直奇偶校验的漏检情况

编码效率（设发送的信息块中有q个信息段，每个信息段中有p个二进制位）:

pq

R=----------------

（P+D（q+D

②循环冗余码（CRC,cyclicredundancycode）

漏检率低于奇偶校验码，在计算机网络和数据通信中应用最广泛。

一种最有效的冗余校验技术。与基于加法的奇偶校验不同，CRC基于二进制除法。在CRC中，

不是把二进制数位相加来获得一个所需的奇偶数位，而是在数据单元（比如一个字节）的后面附加一

个称为“循环冗余码”或“CRC余数”的冗余数位串，使该数据单元可被另一个预先给定的二进制

数完全除尽。接收端将所接收的数据单元用同样的二进制数相除，如果无余数，则可认为所接收的数

据单元正确无误，如果有余数，则认定该数据单元已有差错，

CRC所用的冗余位串是通过将数据单元除以预先给定的除数获得。余数即为“循环冗余码”。-

个有效的“循环冗余码”应具有两种品质：必须正好比给定的除数少一位，附加到数据串后必须使新

形成的位串能被该除数完全除尽。

CRC差错校验的理论和实现都很容易理解。唯一