《计算机网络技术基础教程》课件-第2章

第2章数据通信基础2.1数据通信的基本概念2.2数据编码技术2.3数据传输2.4数据交换技术2.5多路复用技术2.6数据差错控制技术 2.1数据通信的基本概念

2.1.1数据通信模型

信息的传递是通过通信系统来实现的，发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿，信源和信宿之间的通信线路叫信道。原始的信息一般不适合直接在信道中传输，在进入信道之前需要变换为适合信道传输的形式，在到达目的地后再将信号还原。

通信系统包括五个基本组件，即发送设备、接收设备、发送机、接收机和信道。除去发送设备和接收设备的部分叫做信息传输系统，它主要由信源(发送机)、信宿(接收机)、信道组成。图2-1是基于点与点之间的通信系统模型，它反映了通信系统的共性，称为通信系统的一般模型。图2-1数据通信系统模型2.1.2数据通信的基本术语

1．数据与信息

信息(Information)可以是语音、图像、文字等各种形式，是人们要通过通信系统传递的内容。计算机产生的信息一般是字母、数字、符号的组合。为了传送这些信息，首先要将每一个字母、数字或符号用二进制代码表示。信息总是与一定的形式相联系，这种形式实体就是数据。可以说，数据是传递信息的实体，而信息是数据的内容或解释。数据又分为模拟数据和数字数据，模拟数据的取值是连续的，如人的语音强度、电压高低。数字数据的取值只在有限个离散的点上取值，如计算机输出的二进制数据。数字数据比较容易存储、处理和传输，模拟数据经过处理也很容易变成数字数据。当然，数字数据传输也有它的缺点，比如系统庞大、设备复杂，所以在某些需要简化设备的情况下，模拟数据传输还会被采用。总体说来，现在大多数的数据传输都是数字数据传输。

2．信号

信号是数据在传输过程中的电(光)信号的表示形式，电信号主要有模拟信号和数字信号两种。按照在传输介质上传输的信号类型，可将通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统。

模拟信号的信号电平是连续变化的，其波形如图2-2(a)所示，如电话线上传送的按照声音的强弱幅度连续变化的电信号就是模拟信号。数字信号是一系列离散值，其波形如图2-2(b)所示，如计算机所产生的用两种不同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲信号。图2-2模拟信号与数字信号波形模拟信号在传输的过程中会衰减，而且会受到噪音的干扰。在使用放大器将模拟信号放大的过程中噪音也会被放大，因此模拟信号的抗干扰能力差。数字信号抗干扰能力强，只要噪音或干扰没有使信号畸变到不可辨别的程度，就可以通过对信号进行整形而使信号恢复。另外，传输数字信号所要求的频带也比较宽，所以信道利用率低。

3．信道

信道是指传输信息的通路，在计算机网络中有物理信道和逻辑信道之分。物理信道是指用来传送信号或数据的物理通路，网络中两个结点之间的物理通路称为通信链路。物理信道由传输介质及有关设备组成，有多种不同的分类。按传输介质不同可以分为有线信道和无线信道两种类型。

1)有线信道

使用有形的媒体作为传输介质的信道称为有线信道，它包括双绞线、同轴电缆和光缆等。

2)无线信道

以电磁波在空间传播称之为无线信道，它包括无线电、微波、红外线和卫星通信信道等。

信道也有“模拟信道”和“数字信道”之分，模拟信道是以连续模拟信号形式传输数据的信道，数字信道是以数字脉冲形式(离散信号)传输数据的信道。

除此以外，按信道使用权还可分为公用信道和专用信道等。2.1.3数据通信的主要技术指标

数据通信系统的技术指标主要从数据传输的质量和数量来体现。质量指信息传输的可靠性，一般用误码率来衡量。而数量指标包括两方面：一方面是信道的传输能力，用信道容量来衡量；另一方面指信道上传输信息的速度，相应的指标是数据传输速率。

1．数据传输速率

数据传输速率是指每秒能传输构成代码(码元)的比特数，单位为位/秒或比特/秒，记作b/s或bps，计算公式为式中，T为数字信号的脉冲宽度或脉冲重复周期；N为一个脉冲所表示的有效状态。

2．调制速率

调制速率是模拟线路信号的速率，也称码元速率、波形速率，以波形每秒的振荡数来衡量，其单位是波特，记作Baud，用B来表示。计算公式为调制速率是信号传输速率的另一种表示方式，它与数据传输速率的关系为由以上定义可理解，波特率为单位时间内传送码元的数目，比特率为单位时间内传送比特的数目。如果一个字节(8位或8个比特)为一个码元，传送码元的速度是100波特率，那么其比特率就是800。

3．误码率

数据在传输的过程中出错的概率叫误码率。误码率是衡量通信系统线路质量的一个重要参数，等于被传错的二进制符号数与所传二进制符号总数的比值，即式中，Ne为出错的位数；N为传输的数据总位数。计算机网络通信系统中，对误码率有一定的要求，一般低于10－9。

4．带宽

信道的物理特性决定了信道的带宽。模拟信道的带宽就是信道能通过的最高频率和信道能通过的最低频率的差。数字信道的带宽是指每秒传输的最大字节数，也就是一个信道的最大数据传输速率。

信道的带宽由传输介质、接口部件、传输协议以及传输信息的特性等因素所决定，在一定程度上体现了信道的传输性能，是衡量传输系统的一个重要指标。

1924年，奈奎斯特发现了有限带宽的极限波特率，即信道带宽为W的最大码元速率为B=2W。此发现被人们称为奈奎斯特定理，它告诉我们要提高波特率必须增加信道带宽。

总之，信道的容量、传输速率和抗干扰性等均与带宽有密切的联系。通常，信道的带宽大，信道的容量也大，其传输速率相应也高。 2.2数据编码技术

在计算机中数据是以离散的二进制0、1比特序列方式表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。

根据数据通信类型，网络中常用的通信信道分为模拟通信信道与数字通信信道，相应的用于数据通信的数据编码方式也分为两类，即模拟数据编码方式与数字数据编码方式。

网络中基本的数据编码方式可以归纳如下：2.2.1模拟数据编码

电话通信信道是典型的模拟通信信道，它是目前世界上覆盖面最广、应用最普遍的一类通信信道。无论网络与通信技术如何发展，电话仍然是一种基本的通信手段。传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，只适用于传输音频范围(300～3400Hz)的模拟信号，无法直接传输计算机的数字信号。为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据信号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号。我们将发送端数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制(Modulation)，将调制设备称为调制器(Modulator)；将接收端模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调(Demodulation)，将解调设备称为解调器(Demodulator)。那么，同时具备调制与解调功能的设备，就被称为调制解调器(MODEM)。

在调制过程中，首先要选择音频范围内的某一角频率ω的正(余)弦信号作为载波，该正(余)弦信号可以写为

1．振幅键控(ASK)

振幅键控方法就是利用基带脉冲信号对模拟载波信号的幅度进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化，频率和相位均不变。

当有载波信号时，表示数字“1”；当无载波信号时，表示数字“0”。ASK信号的波形如图2-3(a)所示，其数学表达式为数字“1”数字“0”振幅键控方法实现容易，技术简单，但抗干扰能力较差。

2．频移键控(FSK)

频移键控方法是利用基带脉冲信号对模拟载波信号的频率进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化，幅度和相位均不变。

当载波信号的角频率为ω1时，表示数字“1”；当载波信号的角频率为ω2时，表示数字“0”。FSK信号的波形如图2-3(b)所示，其数学表达式为数字“1”数字“0”

频移键控方法实现容易，技术简单，抗干扰能力较强，是目前最常用的调制方法之一。图2-3模拟数据信号的编码方法

3．相移键控(PSK)

相移键控是利用基带脉冲信号对模拟载波信号的相位进行控制，使其随基带脉冲的变化而变化，幅度和频率均不变。

相移键控方法是通过改变载波信号的相位值来表示数字信号“1”、“0”。如果用相位的绝对值表示数字信号“1”、“0”，则称为绝对调相。如果用相位的相对偏移值表示数字信号“1”、“0”，则称为相对调相。

1)绝对调相

在载波信号u(t)中，φ0为载波信号的相位，我们用相位的绝对值来表示它所对应的数字信号。当φ0=0时，表示数字“1”；当φ0=π时，表示数字“0”。绝对调相的波形如图2-3(c)所示，其数学表达式为数字“1”数字“0”

接收端可以通过检测载波相位的方法来确定它所表示的数字信号值。

2)相对调相

相对调相用载波在两位数字信号的交接处产生的相位偏移来表示载波所表示的数字信号。当载波信号相位不变时，表示数字“0”；当载波信号相位偏移π时，表示数字“1”。相对调相波形如图2-3(d)所示。

在实际使用中，相移键控方法可以方便地采用多相调制方法，以达到高速传输的目的。相移键控方法的抗干扰能力强，但实现技术较复杂。2.2.2数字数据编码

1)非归零码

非归零码(NRZ，NonReturntoZero)可以规定用负电平表示逻辑“0”，用正电平表示逻辑“1”，如图2-4(a)所示。

NRZ码的缺点是无法判断位的开始与结束，收发双方不能保持同步。为保证收发双方的同步，必须在发送NRZ码的同时，用另一个信道同时传送同步信号。另外，如果信号中“1”与“0”的个数不相等，则存在直流分量，这是在数据传输中不希望存在的。

2)曼彻斯特(Manchester)编码

曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一。典型的曼彻斯特编码波形如图2-4(b)所示。曼彻斯特编码的每个比特的中间有一次电平跳变，可以把“0”定义为由高电平到低电平的跳变，把“1”定义为由低电平到高电平的跳变。

曼彻斯特编码信号利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号，属于自(内)同步方式，发送曼彻斯特编码信号时无需另发同步信号。由于曼彻斯特编码信号中“1”与“0”的个数相等，所以不含直流分量。

曼彻斯特编码的缺点是效率较低，如果信号传输速率是10Mb/s，那么发送时钟的信号频率应为20MHz。

3)差分曼彻斯特(differenceManchester)编码

差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。典型差分曼彻斯特编码波形如图2-4(c)所示。差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码的不同点主要是：用每一位的起始处有无跳变来表示“0”和“1”，若有跳变则为“0”，无跳变则为“1”；而每一位中间的跳变只用来作为同步的时钟信号，所以它也是一种自同步编码。图2-4数字数据信号的编码方法 2.3数据传输

2.3.1基带传输与频带传输

1．基带传输

在计算机系统中，用二进制数字序列表示的电信号是方波，所以把方波的固有频率称为基带。数据被转换成电信号时，以原有电信号的固有频率在信道上传输，称为基带传输。数据被直接转换成原始的电信号，称为基带信号，如曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、4B/5B编码等。传输基带信号的信道称为基带信道。在基带传输中，发送端将计算机中的二进制数据经编码器转换为适合在信道上传输的基带信号；在接收端经解码器将基带信号还原成与发送端相同的数据。基带传输适用于较近距离的数据通信，距离为1～2.5km。

基带传输在基本不改变数字数据信号波形的情况下直接传输数字信号，具有速率高和误码率低等优点，在计算机网络通信中被广泛采用。

2．频带传输

在实现远距离通信时，经常借助于电话线路。电话线路是按照传输音频信号设计的，用于传输数字信号时，必须先将数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要求在发送端安装调制器、在接收端安装解调器，如图2-5所示。利用频带传输不仅解决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，以提高传输信道的利用率。图2-5频带传输系统在网络中，频带传输方式一般用于传输模拟信号，这些模拟载波信号工作在高频范围，通常为10～400MHz，因而可用频分多路复用技术把宽带电缆的带宽分成多个信道或频段。

频带传输的优点是可以利用目前覆盖面最广、普遍应用的模拟语音通信信道。用于语音通信的电话交换网技术成熟并且造价较低，但其缺点是数据传输速率与系统效率较低。2.3.2串行传输与并行传输

在计算机网络的数据通信中有串行和并行两种通信方式。并行通信一般用于计算机内部各部件之间的数据传输，串行通信常用于计算机之间的通信。在串行通信中，还要考虑通信的方向以及通信过程中的同步问题。

1．串行传输

在数据串行传输中，收发端一次只能发送或接收1个数据位，数据位依次串行地通过通信信道，一位接一位地传送到接收方，如图2-6(a)所示。图2-6串行与并行数据传输

2．并行传输

在数据通信中，一条数据通信线路同时只可以传输一位信号。如果在收发端建立多条数据通信线路，并且将多位数据信号在多条数据通信线路上同时传输，则这种传输方式称为并行传输，如图2-6(b)所示。

并行数据传输方式在单位时间内传送的信息量比串行传送提高了好几倍，但是同时传送n位数据就需要n根传输线，传输线路和传输设备的费用也相应提高，所以一般用于近距离传输。2.3.3数据传输的同步方式

1．异步传输

异步传输是最早、最简单的方式。异步传输是将每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输间隔任意。

为了实现字符同步，每个字符的第一位前加1位起始位(逻辑“0”)，字符的最后一位后加1或2位终止位(逻辑“1”)，如图2-7所示。这里的“字符”指异步传输的数据单元，不同于“字节”，一般略大于一个字节。图2-7异步传输异步传输的特点：每个字符代码前后的起始位和停止位不仅标识字符的开始和结束，还兼作线路两端的同步时钟。字符之间的间隔任意，传输速率较低，适合于误码率高及对数据速率要求低的线路。

2．同步传输

1)位同步

当两台计算机之间进行数据通信时，不同计算机的时钟频率肯定存在着差异，在大量数据的传输过程中，其积累误差足以造成传输错误，因此在数据通信过程中首先要解决收发双方的时钟频率的一致性问题。

解决的基本方法：要求接收端根据发送端发送数据的起止时间和时钟频率来校正自己的时间基准与时钟频率，这个过程就叫做位同步。实现位同步的方法主要有外同步和内同步两种方法。

(1)外同步法：在发送端发送一路数据信号的同时，另外发送一路同步时钟信号。接收端根据接收到的同步时钟信号来校正时间基准与时钟频率，实现收发双方的位同步。如非归零编码就是采用外同步方法。

(2)内同步法：从自含时钟编码的发送数据中提取同步时钟的方法，也称为自同步法。如曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码中都包含有同步时钟，属于内同步方法。

2)字符同步

保证收发双方正确传输字符的过程就叫做字符同步。例如，标准的ASCII字符是由8bit二进制0、1组成。发送端以8bit为一个字符单元来发送，接收端也以8bit的字符单元来接收。

字符同步传输将字符组织成组，以组为单位连续传送。每组字符开始和结束处加上一个或多个用于同步控制的同步字符SYN，每个数据字符内不加附加位。接收端接收到同步字符SYN后，根据SYN来确定数据字符的起始与终止，以实现同步传输的功能。字符同步传输如图2-8所示。图2-8字符同步传输2.3.4数据传输方向

数据传输方向是指通信过程中信号流动的方向，有以下三种。

1．单工通信

单工通信就是指数据的传送始终保持一个方向，而不进行与此相反方向的传送，如图2-9(a)所示。

2．半双工通信

在半双工通信方式中，数据可以双向传送，但必须是交替进行的，一个时间只能向一个方向传送，如图2-9(b)所示。图2-9数据传输方向

3．全双工通信

全双工通信能在两个方向上同时发送和接收信息，数据可以同时双向传送，如图2-9(c)所示。

2.4数据交换技术

数据经编码后在通信线路上进行传输的最简单形式是在两个互连的设备之间直接进行数据通信，但是网络中所有设备都直接两两相连是不现实的，通常要经过中间结点将数据从信源逐点传送到信宿，从而实现两个互连设备之间的通信。这些中间结点并不关心数据内容，它的目的只是提供一个交换设备，把数据从一个结点传送到另一个结点，直至到达目的地。通常将数据在各结点间的数据传输过程称为数据交换。

在数据通信中，数据交换技术发展很快，主要分为线路交换和存储转发交换两种方式，其中存储转发交换方式又可分为报文交换和分组交换。2.4.1线路交换

1．线路交换方式的工作过程

线路交换(CircuitSwitching)方式又称为电路交换方式，是一种面向连接的服务。两台计算机通过通信子网进行数据电路交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连接，其工作过程与电话交换方式类似，如图2-10所示。图2-10线路交换方式工作过程

1)建立线路

如同打电话先要通过拨号在通话双方之间建立起一条通路一样，数据通信的电路交换方式在传输数据之前也要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路，具体过程如下：

首先，发起方向某个终端站点(响应方站点)发送一个“呼叫请求包”，该请求通过中间结点传输至终点。如果中间结点有空闲的物理线路可以使用，则接收“请求包”，分配线路，并将“请求包”传输给下一个中间结点；整个过程持续进行，直至终端站点。

当通信的两个站点之间建立起物理线路之后，终端站点接收到呼叫连接请求，则通过已建立的物理线路向呼叫站点发送“呼叫应答包”。至此，两站点之间的专用物理线路连接建立完成，可以为双方提供数据交换服务。

2)占用线路并进行数据传输

源站点与终端站点通过通信子网的物理线路连接建立以后，就可以占用该连接并实时、双向地交换数据。

线路交换方式的数据传输有最短的传播延迟，并且没有阻塞的问题，除非有意外的线路或结点故障而使电路中断。但要求在整个数据传输过程中，建立的电路必须始终保持连接状态，通信双方的信息传输延迟仅取决于电磁信号沿介质传输的延迟。

3)释放线路

在数据传输完成后，就要进入线路释放阶段。释放工作可以由任何一方发出“释放请求包”，另一方同意结束传输并释放线路后，将发送“释放应答包”，然后按照中间结点的次序，依次将建立的物理连接释放。至此本次通信结束，各个线路段成为可用资源。

2．电路交换的特点

线路交换方式的特点是：通信子网中的结点是用电子或机电结合的交换设备来完成输入与输出线路的物理连接。交换设备与线路分为模拟通信与数字通信两类。线路连接过程完成后，在两台主机之间已建立的物理线路连接为此次通信专用。通信子网中的结点交换设备不能存储数据，不能改变数据内容，并且不具备差错控制能力。

线路交换方式具有通信实时性强，适用于交互式会话类通信的优点。线路交换方式也有很大的不足，如对突发性通信不适应，系统效率低；系统不具有存储数据的能力，不能平滑交通量；系统不具备差错控制能力，无法发现与纠正传输过程中发生的数据差错。因此，在进行线路交换方式研究的基础上，人们提出了存储转发交换方式。2.4.2存储转发交换

存储转发交换(Store-and-ForwardExchanging)方式发送的数据与目的地址、源地址、控制信息按照一定格式组成一个数据单元(报文或报文分组)进入通信子网。通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。

1．存储转发方式的特点

存储转发方式与线路交换方式相比，主要具有以下特点：

(1)由于通信子网中的通信控制处理机可以存储报文(或报文分组)，因此多个报文(或报文分组)可以共享通信信道，线路利用率高。

(2)通信子网中通信控制处理机具有路选功能，可以动态选择报文(或报文分组)通过通信子网的最佳路径，同时可以平滑通信量，提高系统效率。

(3)报文(或报文分组)在通过通信子网中的每个通信控制处理机时，均要进行差错检查与纠错处理，因此可以减少传输错误，提高系统可靠性。

(4)通过通信控制处理机，可以对不同通信速率的线路进行速率转换，也可以对不同的数据代码格式进行变换。

2.存储转发的分类

利用存储转发交换原理传送数据时，被传送的数据单元可以分为报文和报文分组两种类型，相应的有报文交换和报文分组交换两种存储转发交换方式。

在发送数据时，无论发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元，在发送的数据上加上目的地址、源地址与控制信息，按一定的格式打包后组成一个报文。

将一个长报文分成多个报文分组，数据的最大长度被限制在一定数值内。一个完整的报文分组必须包括地址、分组编号、校验码等传输信息，并按规定的格式排列每个分组。发送站将一个长报文分成多个报文分组，接收站再将多个报文分组按顺序重新组织成一个长报文。由于报文分组的分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少，这就有利于提高存储转发结点的存储空间利用率与传输效率，因此成为当今公用数据交换网中主要的交换技术，这类通信子网被称为分组交换网。

分组交换技术在实际应用中又可以分为数据报方式和虚电路方式。2.4.3报文交换

报文交换(MessagesSwitching)技术是一种存储转发技术，它没有在通信两端设备间建立一条物理线路。发送设备将发送的信息作为一个整体，又被称为报文，并附加上目的地地址和相关控制信息，交给交换设备。当交换设备接收到报文以后会对报文进行存储，根据其目的地址计算出到达目的地的最佳路径后，选择合适的空闲输出线路将报文送往下一个交换设备，经过若干个交换设备的存储转发后，该报文到达目的地。报文交换技术适用于非实时的通信系统，如公共电报收发系统。报文交换的优点如下：

(1)线路的利用率较高，许多报文可以分时共享交换设备间的线路。

(2)当接收端设备不可用时，可暂时由交换设备保存报文，报文在传输时对报文的大小没有限制。

(3)在报文交换网络中，当通信量变得很大时，仍然可以接收报文，只是传送延迟会增加。

(4)交换设备能够复制报文副本，并把每一个拷贝送到多个所需的目的地。

(5)报文交换网可以进行速率和码型的转换。利用交换设备的缓冲作用，可以解决不同数据传输率的设备的连接。交换设备也可以很容易地转换各种编码格式。报文交换的缺点如下：

(1)数据的传输有延迟，因此不适用于实时或交互式的通信系统。

(2)当报文传输错误时，必须重传整个报文。

(3)有时结点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。2.4.4分组交换

在报文交换中，因报文的长度不确定，使各个结点的存储空间难以确定。如果存储空间过大，则传输短报文时会造成浪费；如果存储空间太小，则传输长报文时又不够用，造成报文丢失，因此实际应用中采用的是分组交换。

分组交换(PacketSwitching)又称报文分组交换或包交换。分组交换也是一种存储转发技术，它将报文分成若干个分组或包，每个分组都附上地址及其他控制信息，分组的长度有一个上限，使得每个结点所需的存储能力降低了，提高了交换速度。

分组交换有数据报分组交换和虚电路分组交换两种，它是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。

1．数据报分组交换

数据报分组交换是将超长的报文分成若干个较短的格式化的报文组，每个报文组由报头、报文分组和报尾三部分组成。报头包括报文起始标志、源地址、目的地址、分组号等信息；报文分组的最大长度被限制在几十至一千字节；报尾包括校验代码和报文结束标志等信息。发送方将超长报文数据分组并装配成报文组；接收方将接收到的多个报文组拆除附加信息，按分组号重装分组数据，使报文还原。数据报分组交换的主要特点如下：

(1)由于数据报限制了报文的长度，从而减小了各结点存储缓冲区的容量，降低了传输延时，减少了传输中的出错概率，提高了通信的并发度和传输效率。

(2)同一个报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网，但是各分组到达目的结点时可能出现乱序、重复和丢失现象。

(3)由于每个数据报分组都要带有源地址和目的地址等信息，通信的额外开销和传输延时都较大，适合于短信息的突发性通信，但是不适合长报文、会话式通信。

2．虚电路分组交换

虚电路是将线路交换方式和数据报分组交换方式有机结合，以达到最佳的交换效果。

虚电路是在一对站点之间建立一种逻辑连接，通过逻辑连接按序传送报文分组，通信后释放逻辑连接，这种逻辑连接所建立的逻辑通路称为虚电路。“虚”是因为这种逻辑通路不是专用的，每个结点到其他结点之间可以并发连接多条虚电路，也可以与多个结点连接虚电路，实现线路共享。虚电路分组交换的特点如下：

(1)虚电路对信道使用是非独占方式，还可以对信道进行多路复用。

(2)一次通信的所有报文分组都从虚电路上通过，所以报文分组不带目的地址、源地址等辅助信息，只携带虚电路标识号。

(3)报文分组通过每个虚电路上的结点时不需要路径选择，只做差错检测。

(4)通信子网中的每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接，为多个用户同时使用。 2.5多路复用技术

为了充分利用传输介质，人们研究与应用了在一条物理线路上建立多条通信信道的技术，这就是多路复用技术。“多路”是指多个不同的信号源，“复用”是指在单一的通信介质上同时传输多个不同的信号，多路复用的源端将多路信号合成为一个复合信号，接收端将收到的复合信号分离出多路信号，其目的是充分利用介质的传输能力，提高信道的传输效率。

多路复用的实质是：将一个区域的多个用户信息通过多路复用器进行汇集，然后将汇集后的信息群通过一条物理线路传送到接收设备，接收设备通过多路复用器将信息群分离成各个单独的信息，再分发到多个用户。这样就可以用一对多路复用器、一条通信线路来代替多套发送、接收设备与多条通信线路。多路复用的原理如图2-11所示。图2-11多路复用原理示意图2.5.1频分多路复用

频分多路复用(FDM，FrequencyDivisionMultiplexing)就是将具有一定带宽的信道分割为若干个有较小频带的子信道，每个子信道供一个用户使用，这样在信道中就可同时传送多个不同频率的信号。采用频分多路复用技术，被复合的各子信道的信号必须是模拟信号，其工作原理如图2-12所示。频分多路复用器对各路信号分配不同的频率段，各频率段的载波频率分别为f1、f

2、…、f

n，每个信号都有一个以它的载波频率为中心的带宽，该带宽范围称为信道。为防止信道间的相互干扰，各信道之间通过一个保护频带隔离开来，这个保护频带是不使用的频区，其保护频带分别为f

b1、f

b2、…、f

bn。由于频分多路复用的每个子信道的带宽可以不同，因而可以分别传输数据、语音、图像等信息。图2-12频分多路复用原理示意图频分多路复用通信介质的总带宽为式中，f是传输介质的总带宽，fm为每个信道的带宽，fb是保护带宽，n是被传输的信号数。采用频分多路复用技术时，数据在各子信道上是并行传输的。由于各子信道相互独立，故一个信道发生故障时不会影响其他的信道。频分多路复用技术通常用于载波电话通信系统和宽带局域网中，在采用光缆的通信干线上可以同时传输上千路电话信号和数十路电视信号。图2-13时分多路复用原理示意图时分多路复用通信介质的总带宽为f≥nfm

式中，f是传输介质的总带宽，fm是每路数据传输速率，n是被传输的信号数。时分多路复用又可分为同步时分复用和异步时分复用。

(1)同步时分多路复用(STDM，SynchronousTDM)将时间片预先分配给各个信道，并且时间片固定不变，因此各个信道的发送与接收必须是同步的。同步时分多路复用采用了将时间片固定分配给各个信道的方法，而不考虑这些信道是否有数据要发送，当信源无数据发送时，信道上会出现空时隙，这种方法势必造成信道资源的浪费。

(2)异步时分多路复用(ATDM，AsynchronousTDM)又称统计时分复用，它采用动态时隙的分配方式，当信源发送数据时，便分配时隙；当信源暂停发送数据时，则不分配时隙。所以，异步时分多路复用不会在信道上出现空时隙而造成信道资源浪费的现象。2.5.3波分多路复用

波分多路复用(WDM，WavelengthDivisionMultiplexing)技术是光的频分多路复用在光纤通信中的应用，即在一根光纤上同时传送多个波长不同的光载波信号，从而实现基于光纤的波分复用技术。

通过波分多路复用技术将光纤信道分为多个波段，每个波段传输一种波长的光信号，这样在一根光纤上可同时传输多个不同波长的光信号。波分多路复用的工作原理如图2-14所示。图2-14波分多路复用原理示意图图2-14中所示的两束光波的频率是不相同的，它们通过棱镜(或光栅)之后使用了一条共享的光纤传输，到达目的结点后再经过棱镜(或光栅)重新分成两束光波。只要每个信道有各自的频率范围且互不重叠，它们就能够以多路复用的方式通过共享光纤进行远距离传输。

波分多路复用技术主要用于光纤计算机网络。与电信号的频分多路复用不同之处在于，波分多路复用是在光学系统中利用衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解。

2.6数据差错控制技术

2.6.1差错控制概述

差错控制是在数据通信过程中能发现或纠正差错，把差错限制在尽可能小的允许范围内的技术和方法。

信号在物理信道中传输时，线路本身电气特性造成的随机噪声、信号幅度的衰减、频率和相位的畸变、电气信号在线路上产生反射造成的回音效应、相邻线路间的串扰以及各种外界因素(如大气中的闪电、开关的跳火、外界强电流磁场的变化、电源的波动等)都会造成信号的失真。在数据通信中，将会使接收端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致，从而造成由“0”变成“1”或由“1”变成“0”的差错。

1．热噪声和冲击噪声

传输中的差错都是由噪声引起的。噪声有两大类：一类是信道固有的、持续存在的随机热噪声；另一类是由外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。

热噪声引起的差错称为随机差错，即由传输介质的内部因素引起的差错，如噪声脉冲、衰减延迟失真等引起差错。热噪声的特点是时刻存在、幅度较小、强度与频度无关，但频谱很宽，因此热噪声是随机类噪声，其引起的差错亦被称为“随机差错”。

冲击噪声呈突发状，由其引起的差错称为突发差错。冲击噪声的幅度可能相当大，无法靠提高幅度来避免冲击噪声造成的差错，它是传输中产生差错的主要原因。虽然冲击噪声的持续时间较短，但在一定的数据速率条件下，仍然会影响到一串码元。

2．差错的控制方法

最常用的差错控制方法是差错控制编码。数据信息位在向信道发送之前，先按照某种关系附加上一定的冗余位，构成一个码字后再发送，这个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该码字后，检查信息位和附加的冗余位之间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生，这个过程称为检验过程。差错控制编码可分为检错码和纠错码。

(1)检错码能自动发现差错的编码。每个传输的分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息，接收端能发现出错，但不能确定哪一比特是错的，并且自己不能纠正传输差错。常用的检错码有奇偶校验码、循环冗余码等。

(2)纠错码不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。每个传输的分组带上足够的冗余信息，接收端能发现并自动纠正传输差错。常用的纠错码有海明码、正反码等。2.6.2奇偶校验码

奇偶校验码是将每个信息的代码扩展一个二进制位作为校验位(冗余位)。校验位的取值原则是