1、第第2章章 数据通信基础知识数据通信基础知识本章内容数据通信系统数据通信系统基本概念基本概念传输介质传输介质数据编码数据编码多路复用技术多路复用技术数据交换技术数据交换技术差错控制差错控制数据通信性能指标数据通信性能指标1/8512.1数据通信系统数据通信系统源系统源系统源点：源点设备产生通信网络要传输数据。发送器：通常源点生成数据要经过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。目标系统目标系统 接收器：接收传输系统传送过来信号，并将其转换为能够被目标设备处理信息。终点：终点设备从接收器获取传送来信息。传输系统传输系统能够是简单物理通信线路也能够是连接源系统和目标系统之间复杂网络设备噪声噪声信源
2、信源发送器发送器信道信道接收器接收器信宿信宿源系统源系统目标系统目标系统2/852数据通信基本过程数据通信基本过程5个阶段个阶段包含两项内容：包含两项内容：数据传输数据传输和和通信控制通信控制 过程过程 与打电话比较与打电话比较建立物理连接建立物理连接 拨号，拨通对方拨号，拨通对方 建立逻辑连接建立逻辑连接 相互确认身份相互确认身份数据传输数据传输 相互通话相互通话断开逻辑连接断开逻辑连接 相互确认要结束通话相互确认要结束通话断开物理连接断开物理连接 双方挂机双方挂机*注意，并不是全部数据通信都需要全部5个阶段。3/8532.2基本概念基本概念数据与信号数据与信号信道信道通信方式通信方式传输方
3、式传输方式同时方式同时方式4/8542.2.1数据与信号数据与信号数据（数据（Data）传递（携带）信息实体。传递（携带）信息实体。信息（信息（Information）数据内容或解释。数据内容或解释。信号（信号（Signal）数据物理量编码（通常为电编码），数据以信号形式在介质数据物理量编码（通常为电编码），数据以信号形式在介质中传输中传输5/855模拟信号模拟信号时间上连续，包含无穷多个信号值时间上连续，包含无穷多个信号值数字信号数字信号时间上离散，仅包含有限数目标信号值。最常时间上离散，仅包含有限数目标信号值。最常见是二值信号见是二值信号ta）模拟信号tb）数字信号6/856周期信号周期信
4、号信号由不停重复固定模式组成（如正弦波）信号由不停重复固定模式组成（如正弦波）非周期信号非周期信号信号没有固定模式和波形循环（如语音音波信号）。信号没有固定模式和波形循环（如语音音波信号）。tTTTtTTT周周期期信信号号非非周周期期信信号号tt7/857信息编码信息编码：将信息用二进制数表示方法将信息用二进制数表示方法比如：比如：ASCII编码、编码、BCD编码等编码等数据编码数据编码：将数据用物理量表示方法：将数据用物理量表示方法比如：字符比如：字符“A”ASCII编码为编码为01000001，其数，其数据编码可能为据编码可能为01000001t8/858信息经过数据通信系统进行传输过程信
5、息经过数据通信系统进行传输过程把携带把携带信息信息数据数据用物理用物理信号信号形式经过信道传送到目标地形式经过信道传送到目标地信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输编码编码：数据：数据适合传输数字信号适合传输数字信号便于同时、识别、纠错便于同时、识别、纠错调制调制：数字信号：数字信号适合传输形式适合传输形式按频率、幅度、相位按频率、幅度、相位解调解调：接收波形：接收波形数字信号数字信号解码解码：数字信号：数字信号原始数据原始数据信息信息数据数据信号信号在信道上传输在信道上传输信号信号数据数据信息信息数据编码数据编码调制调制解调解调数据解码数据解码0
6、1000001“A”01000001“A”信道信道信息编码信息编码信息解码信息解码9/859不一样类型信号在不一样类型信道上传输不一样类型信号在不一样类型信道上传输有有4种情况：种情况：数据数据：模拟数据：模拟数据 数字数据数字数据信号信号：模拟信号：模拟信号 数字信号数字信号 信道信道：模拟信道：模拟信道 数字信道数字信道10/8510模拟传输和数字传输所使用技术模拟传输和数字传输所使用技术语音语音移频移频,调制调制模拟模拟数字数字模拟模拟模拟模拟PCM编码编码数字数字数字数字数字编码数字编码数字数字模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号数字数据，数字信号数
7、字数据，数字信号模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号10101010调制调制11/8511编码与调制区分编码与调制区分编码编码：用数字信号承载数字或模拟数据：用数字信号承载数字或模拟数据调制调制：用模拟信号承载数字或模拟数据：用模拟信号承载数字或模拟数据EncoderDecoder数字或数字或模拟数据模拟数据数字信号数字信号数字信号数字信号x(t)g(t)数字或数字或模拟数据模拟数据编码与解码编码与解码数字信道数字信道数字信道数字信道发送方发送方接收方接收方g(t)编码编码解码解码12/8512调制与解调调制与解调数字或数字或模拟数据模拟数据ModulatorDemodulator数字或数字或
8、模拟数据模拟数据模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号g(t)s(t)g(t)载波模拟信道模拟信道模拟信道模拟信道发送方发送方接收方接收方调制调制解调制解调制13/85132.2.2 信道信道信道（信道（Channel）：传送信息线路（或通路）：传送信息线路（或通路）数字信道数字信道：以数字脉冲形式（离散信号）传：以数字脉冲形式（离散信号）传输数据信道输数据信道计算机网络中主要采取数字信道进行数据传输计算机网络中主要采取数字信道进行数据传输ADSL、ISDN、DDN、ATM、局域网、局域网模拟信道模拟信道：以连续模拟信号形式传输数据信：以连续模拟信号形式传输数据信道道CATV、无线电广播、电话拨号线
9、路、无线电广播、电话拨号线路14/8514数字通信与模拟通信数字通信与模拟通信数字通信数字通信在数字信道上实现模拟信息或数字信息传输在数字信道上实现模拟信息或数字信息传输模拟通信模拟通信在模拟信道上实现模拟信息或数字信息传输在模拟信道上实现模拟信息或数字信息传输数字通信优点数字通信优点抗噪声（干扰）能力强抗噪声（干扰）能力强能够控制差错，提升了传输质量能够控制差错，提升了传输质量便于用计算机进行处理便于用计算机进行处理易于加密、保密性强易于加密、保密性强能够传输语音、数据、影像，通用、灵活能够传输语音、数据、影像，通用、灵活计算机通信仅在不得已情况下，才会采取模拟通计算机通信仅在不得已情况下，
10、才会采取模拟通信，如经过电话线拨号上网。信，如经过电话线拨号上网。15/85152.2.3 通信方式通信方式单工单工数据单向传输数据单向传输（例：无线电广播）（例：无线电广播）半双工半双工数据能够双向交替传输，但不能在同一时刻双向数据能够双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输传输（例：对讲机）（例：对讲机）全双工全双工数据能够双向同时传输数据能够双向同时传输（例：电话）（例：电话）需要含有两条物理上独立传输线路；需要含有两条物理上独立传输线路；或者需要含有一条物理线路上两个信道，分别用于不或者需要含有一条物理线路上两个信道，分别用于不一样方向信号传输。一样方向信号传输。16/8516发送器发送
11、器接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器发送器发送器/接收器接收器单工方式：单工方式：半双工方式：半双工方式：全双工方式：全双工方式：A站站B站站可同时不可同时17/8517基带传输基带传输：不需调制，编码后数字脉冲信：不需调制，编码后数字脉冲信号直接在信道上传送。号直接在信道上传送。比如：以太网（局域网）比如：以太网（局域网）频带传输频带传输：数字信号调制成音频模拟信号：数字信号调制成音频模拟信号后再传送，接收方需要解调。后再传送，接收方需要解调。比如：经过电话网络传输数据比如：经过电话网络传输数据宽带传输宽带传输：把信号调制成频带为几十：
12、把信号调制成频带为几十MHZ到到几百几百MHZ模拟信号后再传送，接收方需要解模拟信号后再传送，接收方需要解调。调。比如：闭路电视信号传输比如：闭路电视信号传输2.2.4 传输方式传输方式18/8518同时原因：同时原因：同时脉冲频率同时脉冲频率数据从什么时候开始，什么时候结束数据从什么时候开始，什么时候结束位边界位边界数据块边界数据块边界数据通信中需要在三个层次上实现同时：数据通信中需要在三个层次上实现同时：位位位同时位同时字符字符字符同时字符同时帧帧(Frame)帧同时帧同时2.2.5 同时方式同时方式19/8519同时脉冲：用于码元同时定时，识别码元从何时开始同时脉冲：用于码元同时定时，识
13、别码元从何时开始 同时脉冲也可位于码元中部同时脉冲也可位于码元中部 一个码元也可有多个同时脉冲相对应一个码元也可有多个同时脉冲相对应t码元码元1 1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号同时脉冲同时脉冲t20/8520目标：目标：使接收端与发送端在时间基准上一致使接收端与发送端在时间基准上一致外同时外同时发送端发送数据之前发送同时脉冲信号，接收方用接发送端发送数据之前发送同时脉冲信号，接收方用接收到同时信号来锁定自己时钟脉冲频率。收到同时信号来锁定自己时钟脉冲频率。自同时自同时经过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号经过特殊编码（如曼彻斯特编码），使数据编码信号中包含同时信号，
14、接收方从数据编码信号提取同时信号来锁定自中包含同时信号，接收方从数据编码信号提取同时信号来锁定自己时钟脉冲频率。己时钟脉冲频率。位同时位同时21/8521目标：目标：找到正确字符边界找到正确字符边界惯用为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字符传输惯用为起止式（异步式）。在这种方式中，每个字符传输需要：需要：1个起始位、个起始位、58个数据位、个数据位、1、1.5或或2个停顿位个停顿位采取这种同时方式通信也称采取这种同时方式通信也称“异步通信异步通信”起止式优缺点：起止式优缺点：频率漂移不会积累，每个字符开始时都会重新取得同时频率漂移不会积累，每个字符开始时都会重新取得同时每两个字符之间间隔时
15、间不固定每两个字符之间间隔时间不固定增加了辅助位，所以传输效率低增加了辅助位，所以传输效率低比如，采取比如，采取1个起始位、个起始位、8个数据位、个数据位、2个停顿位时，其传输效率为个停顿位时，其传输效率为8/1173起始位起始位数据位数据位停顿位停顿位字符间隔不固定字符间隔不固定1个字符时间个字符时间逻辑逻辑“0”逻辑逻辑“1”字符同时字符同时22/8522目标目标：识别一个帧起始和结束：识别一个帧起始和结束帧（帧（Frame）：数据链路中传输单位：数据链路中传输单位包含数包含数据和控制信息数据块据和控制信息数据块面向字符面向字符以同时字符（以同时字符（SYN，16H）来标识一个帧）来标识一
16、个帧开始，适合用于数据为字符类型帧开始，适合用于数据为字符类型帧面向比特面向比特以特殊位序列（以特殊位序列（7EH，即，即01111110）来）来标识一个帧开始，适合用于任意数据类型帧标识一个帧开始，适合用于任意数据类型帧帧起始帧起始控制信息控制信息数据数据帧结束帧结束校验和校验和0 n bit8bit8bit832m7EH7EH帧同时帧同时23/85232.3 传输介质传输介质l磁介质磁介质高带宽、低费用、高带宽、低费用、高延时（小时）高延时（小时）在通信中极少使用在通信中极少使用 例：例：7GB/8mm磁带，磁带，1000盘盘/505050cm3，24h可送到任何地方。可送到任何地方。总容
17、量总容量=710008Gb，总时间，总时间=246060s=86400s 传送速率传送速率=56000Gb/86400s=648Mb/s 若让刘翔来传送若让刘翔来传送1盘盘10GB磁带，在磁带，在110m（12.91s）内其传输速率是多少？）内其传输速率是多少？l金属导体金属导体双绞线、双绞线、同轴电缆同轴电缆(粗、细粗、细)l光纤光纤l无线介质无线介质无线电、微波、卫星、红外线无线电、微波、卫星、红外线24/8524同轴电缆同轴电缆（Coaxial Cable，CC）计算机网络中使用基带同轴电缆计算机网络中使用基带同轴电缆阻抗50，有粗同轴和细同轴两种应用：总线局域网（以太网）应用：总线局域
18、网（以太网）性能：性能：10Mb/s，500m/185m铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套25/8525双绞线双绞线（Twist Pair，TP）螺旋绞合双导线螺旋绞合双导线每根每根4对、对、25对、对、1800对对经典连接距离经典连接距离100m（LAN）RJ45插座、插头插座、插头优缺点：优缺点：成本低成本低 组装密度高、节约空间组装密度高、节约空间 安装轻易（综合布线系统）安装轻易（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性普通抗干扰性普通 连接距离短连接距离短应用领域：电话网络、计算机局域网应用领域：电话网络、计算机局域网内导体芯线内导体芯线绝缘绝
19、缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽外屏蔽外套外套26/8526屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)以铝箔屏蔽以降低干扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛惯用双绞线：惯用双绞线：3类（类（16Mb/s）和和5类（类（155Mb/s）两种）两种27/8527双绞线连接标准色彩标识和连接方法：交叉线：交换机交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口)直连线：PC/路由器交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口)线对色彩码1白蓝，蓝2白橙，橙3白绿，绿4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉线交叉线EIA-568B直连线直连线EIA-5
20、68A28/8528光纤光纤（Optical Fiber，OF）依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传输依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传输优缺点：优缺点：传输带宽高：传输带宽高：仅受光电转换器件限制（仅受光电转换器件限制（100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好、误码率低、保密性好抗干扰性能极好、误码率低、保密性好轻便轻便价格较高价格较高需要光电转换需要光电转换纤芯材料：纤芯材料：塑料塑料二氧化硅二氧化硅 （高纯玻璃）（高纯玻璃）29/8529光纤传输原理光纤传输原理光反射光反射光从折射率高介质入射到折射率低介质时会产生光从折射率高介质入射到折射
21、率低介质时会产生折射。折射量取决于两种介质折射率。当入射角折射。折射量取决于两种介质折射率。当入射角临界值时产生全反射，不会泄漏。临界值时产生全反射，不会泄漏。纤芯纤芯折射率高，玻璃包层折射率高，玻璃包层折射率低折射率低亮度调制：有光脉冲亮度调制：有光脉冲-1，无光脉冲，无光脉冲-0光传输系统：光源、介质、光检测光传输系统：光源、介质、光检测光源：光源：850nm/1300nm/1500nm，发光二极管，发光二极管/激光激光二极管二极管光检测器：光电二极管光检测器：光电二极管PIN/雪崩二极管雪崩二极管APD单向传输，双向需两根光纤单向传输，双向需两根光纤应用领域：局域网主干、电信网络、服务器
22、连接应用领域：局域网主干、电信网络、服务器连接30/8530多模光纤多模光纤(MMF)单模光纤单模光纤(SMF)：光纤直径靠近一个光波波长光纤直径靠近一个光波波长多束光线以不一样反射角传输多束光线以不一样反射角传输激光器包层，折射率低纤芯，折射率高亮度调制光检波器激光器光检波器单束光线沿直线传输单束光线沿直线传输31/8531经典光缆单芯光缆单芯光缆多芯光缆多芯光缆玻璃封套玻璃封套塑料外套塑料外套玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯玻璃内芯塑料外套塑料外套玻璃封套玻璃封套外壳外壳常见规格：纤芯常见规格：纤芯50um缓变型缓变型-MMF 62.5um缓变型缓变型/增强型增强型-MMF 8.3um突变型突变型
23、-SMF 包层包层125um32/8532高密度多芯光缆高密度多芯光缆剖面结构剖面结构芯芯封套封套外套外套加强芯加强芯光纤光纤外鞘外鞘加强芯加强芯光纤束光纤束33/8533无线介质无线介质（信号在大气或外层空间自由传输）信号在大气或外层空间自由传输）使用电磁波或光波携带信息使用电磁波或光波携带信息优缺点：优缺点：无需物理连接适合用于长距离或不便布线场所易受干扰反射，为障碍物所阻隔主要类型主要类型：无线电、地面微波通信卫星红外线34/8534微波通信微波通信经过地面站之间接力传送经过地面站之间接力传送接力站之间距离：接力站之间距离：50 100 km速率：每信道速率：每信道 45 Mb/s地球地
24、球地球地球地面站之间直视线路地面站之间直视线路 微波传送塔微波传送塔35/8535地球同时卫星地球同时卫星与地面站相对固定位置使用三颗卫星即可覆盖全球传输延迟时间长（270ms）广播式传输应用领域：电视传输长途电话专用网络广域网35,784km地球地球36/8536激光传输将激光束调制成光脉冲传输数据 特点：激光频率更高，可取得更高带宽激光束方向性好，不受电磁干扰影响，不怕偷听 受天气影响只能在短距离通信中使用 37/8537红无线通信红无线通信红外传输系统利用墙壁或屋顶反射红外线从而形成整个房间内广播通信系统 特点：红外通信设备相对廉价，可取得较高带宽传输距离有限，而且易受室内空气状态（比如
25、有烟雾等）影响 38/8538短波通信短波通信基站与终端之间通信采取无线链路应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）BS基站覆盖无线电区域基站覆盖无线电区域BS基站基站 用户计算机和终端用户计算机和终端39/8539惯用传输介质比较惯用传输介质比较传输介质传输介质传输方式传输方式速率速率/工作频带工作频带传输距离传输距离性能性能价格价格应用应用双绞线双绞线宽带宽带基带基带1Gb/s模拟模拟:10km数字数字:500m很好很好低低模拟模拟/数字数字信号传输信号传输50同轴电缆同轴电缆基带基带10Mb/s3km很好很好较低较低基带数字信基带数字信号号75同轴电缆同轴电缆宽带宽带450MHz100
26、km很好很好较低较低模拟电视、模拟电视、数据及音频数据及音频光纤光纤基带基带40Gb/s20km以上以上很好很好较高较高远距离高速远距离高速数据传输数据传输微波微波宽带宽带46GHz几百几百km好好中等中等远程通信远程通信卫星卫星宽带宽带110GHz18000km很好很好高高远程通信远程通信40/85402.4数据编码数据编码数字数据数字信号编码数字数据数字信号编码使数字数据能在数字信道上传输使数字数据能在数字信道上传输数字数据调制编码数字数据调制编码使数字数据能在模拟信道上传输使数字数据能在模拟信道上传输模拟信号数字编码模拟信号数字编码使模拟数据能在数字信道上传输使模拟数据能在数字信道上传输
27、41/85411.数字数据数字信号编码数字数据数字信号编码不归零码（不归零码（Non-Return to Zero，NRZ）二进制数字二进制数字0、1分别用两种电平来表示；分别用两种电平来表示；惯用惯用5V表示表示1，5V表示表示0；缺点：缺点：存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；存在直流分量，传输中不能有变压器或电容；不具备自同时机制，传输时必须使用外同时。不具备自同时机制，传输时必须使用外同时。曼彻斯特编码（曼彻斯特编码（Manchester Coding）用电压改变表示用电压改变表示0和和1。要求在要求在每个码元中间发生跳变每个码元中间发生跳变高高低跳变代表低跳变代表0，低，低高跳变
28、代表高跳变代表1每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此改变提取出来作为同每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此改变提取出来作为同时信号。这种时信号。这种编码也称为自同时码（编码也称为自同时码（Self-Synchronizing Code）。）。缺点：需要双倍传输带宽（即信号速率是数据速率缺点：需要双倍传输带宽（即信号速率是数据速率2倍）。倍）。差分曼彻斯特编码（差分曼彻斯特编码（Differential Manchester Coding，DMC）每个码元中间每个码元中间仍要发生跳变。仍要发生跳变。用用码元开始处码元开始处有没有跳变来表示有没有跳变来表示0和和1，有跳变代表，有跳变代表0，无
29、跳变代，无跳变代表表1。42/8542三种数字编码波形图三种数字编码波形图0 01 10 00 01 11 10 00 00 01 11 1 时钟时钟时钟时钟NRZNRZManchesterManchester差分差分差分差分ManchesterManchester43/85432.数字数据调制数字数据调制三种惯用调制技术三种惯用调制技术：幅移键控ASK（Amplitude Shift Keying）频移键控FSK（Frequency Shift Keying）相移键控PSK（Phase Shift Keying）原理：用数字信号对载波不一样参量进行调制。原理：用数字信号对载波不一样参量进行调
30、制。载波信号载波信号 S(t)=Acos(t+)S(t)参量包含：参量包含：幅度幅度A、频率频率 、初相位初相位 调制就是要使调制就是要使A、或或 随数字基带信号改变而改变随数字基带信号改变而改变44/8544ASK：用载波两个不一样振幅表示：用载波两个不一样振幅表示0和和1FSK：用载波两个不一样频率表示：用载波两个不一样频率表示0和和1PSK：用载波起始相位改变表示：用载波起始相位改变表示0和和10 00 01 1 1 10 01 10 00 00 01 10 0ASKASKFSKFSKPSKPSK45/85453.模拟数据数字信号编码模拟数据数字信号编码采样定理：采样定理：假如模拟信号最
31、高频率为假如模拟信号最高频率为F，若以，若以2F采样频率对其采采样频率对其采样，则从采样得到离散信号序列就能完整地恢复出原样，则从采样得到离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。始信号。要转换模拟数据主要是电话语音信号，模拟数据要转换模拟数据主要是电话语音信号，模拟数据要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。要在数字线路上传输，必须将其转换成数字信号。PCM编码：编码：采样采样：按一定间隔对语音信号进行采样：按一定间隔对语音信号进行采样量化量化：把每个样本舍入到最靠近量化级别上：把每个样本舍入到最靠近量化级别上编码编码：对每个舍入后样本进行编码：对每个舍入后样本进行编码编码后信号称为编码后信
32、号称为PCM信号（信号（Pulse Coded Modulation，脉码调制）。，脉码调制）。46/8546语音信号数字化语音信号数字化语音带宽语音带宽f2倍语音最大频率）倍语音最大频率）样本量化级数：样本量化级数：256级（级（8b/每样本）每样本）数据率：数据率：8000次次/s8b=64kb/s每路每路PCM信号速率信号速率=64kb/s模拟模拟模拟模拟语音信号语音信号语音信号语音信号采样时钟采样时钟采样时钟采样时钟PCM PCM 信号信号信号信号采样电路采样电路量化和编码量化和编码 数字化数字化数字化数字化语音信号语音信号语音信号语音信号f f4kHz4kHzf fs s=8kHz=
33、8kHz47/8547PCM编码过程举例 语音信号语音信号语音信号语音信号011 100 011 011 001 100011 100 011 011 001 100 PCM PCM 输出输出输出输出3 34 43 33 31 14 4011011100100011011011011001001100100 PCM PCM 信号信号信号信号 （有量化误差）（有量化误差）（有量化误差）（有量化误差）3.23.23.93.92.82.83.43.41.21.24.24.2 PAMPAM信号信号信号信号48/85482.5 多路复用技术多路复用技术多路复用多路复用：多个信息源共享一个公共信道：多个信
34、息源共享一个公共信道为何要复用？为何要复用？提升线路利用率提升线路利用率适用场所：当信道传输能力大于每个信源平均适用场所：当信道传输能力大于每个信源平均传输需求时传输需求时类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）类比：公共运输系统（铁路、海运、航空）DEMUX复用器复用器解复用器解复用器共享信道共享信道MUX信信源源信信宿宿49/8549复用基本思想：复用基本思想：把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道，把公共共享信道用某种方法划分成多个子信道，每个子信道传输一路数据每个子信道传输一路数据。复用方法复用方法频分复用频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）
35、按频率划分不一样信道，如按频率划分不一样信道，如CATV系统系统时分复用时分复用TDM（Time Division Multiplexing）按时间划分不一样信道，当前应用最广泛按时间划分不一样信道，当前应用最广泛波分复用波分复用WDM（Wave Division Multiplexing）按波长划分不一样信道，用于光纤传输按波长划分不一样信道，用于光纤传输码分复用码分复用CDM（Code Division Multiplexing）按地址码划分不一样信道，非常有发展前途按地址码划分不一样信道，非常有发展前途50/8550频分复用频分复用FDM原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，原理：整
36、个传输频带被划分为若干个频率通道，每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通每路信号占用一个频率通道进行传输。频率通道之间留有防护频带以防相互干扰。道之间留有防护频带以防相互干扰。CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽复用信号带宽复用信号f复用器复用器51/8551时分复用时分复用TDM原理：把时间分割成小时间片，每个时间片分原理：把时间分割成小时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。在通信网络中应用极为广泛。输。在通信网络中应用极为广泛。A2A1A3原始信号D2D1D3
37、数字化信号MUX复用后数据流复用后数据流时隙号时隙号1231D3D2D1时间片时间片12时间片时间片2D1时隙时隙D2复用器复用器t52/8552因为每路数据总是使用每个时间片固定时因为每路数据总是使用每个时间片固定时隙，所以这种时分复用也称为隙，所以这种时分复用也称为同时时分复同时时分复用用。一个时间片内传输多路数据称为一个时间片内传输多路数据称为帧帧。时分复用经典例子：时分复用经典例子：PCM信号传输信号传输把多个话路把多个话路PCM语音数据用语音数据用TDM方法装成帧方法装成帧（帧中还包含了帧同时信息和信令信息）（帧中还包含了帧同时信息和信令信息）每帧在一个时间片内发送每帧在一个时间片内
38、发送每个时隙承载一路每个时隙承载一路PCM信号信号53/8553统计（异步）统计（异步）TDMSTDMTDM缺点：某用户无数据发送，其它用户也不缺点：某用户无数据发送，其它用户也不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。能占用该时隙，将会造成带宽浪费。STDM：用户不固定占用某个时隙，有空时隙：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入。就将数据放入。ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2时间片时间片1时间片时间片2同时同时TDM带宽浪费A1B1B2时间片时间片1时间片时间片2统计统计TDM可用带宽C254/8554时分复用时分复用数字载波复用标准数字载波复用标准T
39、-标准标准（北美、日本）（北美、日本）E-标准标准（欧洲、（欧洲、中国中国、南美）、南美）E1（一次群）标准（一次群）标准每每125us为一个时间片，每时间片分为为一个时间片，每时间片分为32个通道（时隙）。每个通道（时隙）。每个时隙可容纳个时隙可容纳8b。通道通道0用于同时，通道用于同时，通道16用于信令，其它用于信令，其它30个通道用于传输个通道用于传输30个个PCM话音数据。话音数据。E1速率速率=（32x8b）/125us=2.048 Mb/s对对E1深入复用，还可组成深入复用，还可组成E2到到E5等高次群。等高次群。E5可承载可承载7680个话路，数据率约为个话路，数据率约为565M
40、b/s。新新TDM标准是同时光网络（标准是同时光网络（SONET）和）和ITU-T同同时数字系列（时数字系列（SDH）。惯用线路速率为（近似值）。惯用线路速率为（近似值）155Mb/s、622Mb/s、2.5Gb/s和和10Gb/s。55/8555E1-帧格式E1线路也能够用于计算机通信线路也能够用于计算机通信0121631时间片时间片时间片时间片125 125 m m m ms=32 s=32 时隙，时隙，时隙，时隙，2.048 2.048 Mb/sMb/s帧同时帧同时信令信令30 路数字语音数据（路数字语音数据（PCM数据）数据）+2 路控路控制制用户话路用户话路用户话路用户话路15175
41、6/8556波分复用波分复用光频分复用光频分复用原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，原理：整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。每路信号占用一个波长范围来进行传输。F2F1F3光谱光谱F1F2F3共享光纤光谱共享光纤光谱光纤光纤2光纤光纤3光纤光纤1共享光纤共享光纤 棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅57/8557码分复用码分复用CDM原理：原理：每个用户把发送信号用接收方地址码序列每个用户把发送信号用接收方地址码序列进行编码进行编码（任意两个地址码序列相互正交）。不（任意两个地址码序列相互正交）。不一样用户发送信号在接收端被迭加，然后接收者一样用户发送信号在接
42、收端被迭加，然后接收者用一样地址码序列解码。因为地址码正交性，只用一样地址码序列解码。因为地址码正交性，只有与自己地址码相关信号才能被检出，由此恢复有与自己地址码相关信号才能被检出，由此恢复出原始数据。出原始数据。地址码序列必须两两相互地址码序列必须两两相互正交正交：码序列码序列A、B，应满足，应满足 A B=0，A B=0，A A=1，A A=-1 其中其中 为内积运算。为内积运算。在无线移动通信中应用广泛。在无线移动通信中应用广泛。58/85582.6 数据交换技术数据交换技术什么是交换？什么是交换？按某种方式动态地分配传输线路资源按某种方式动态地分配传输线路资源。比如，电话交换机在用户呼
43、叫时为用户选择一条可比如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线用线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户。路又可分配给其它用户。最初交换：人工转接交换最初交换：人工转接交换为何要采取交换技术？为何要采取交换技术？节约线路投资，提升线路利用率。节约线路投资，提升线路利用率。实现交换方法主要有：实现交换方法主要有：电路交换电路交换、报文交报文交换换和和分组交换分组交换。59/8559电路交换电路交换在通信双方之间建立一条暂时专用线路过程。在通信双方之间建立一条暂时专用线路过程。能够是真正物理线路，也能够是一个复用信道。能够是真正物
44、理线路，也能够是一个复用信道。特点：数据传输前需要建立一条端到端通路。特点：数据传输前需要建立一条端到端通路。称称为为“面向连接面向连接”（经典例子：电话）（经典例子：电话）过程：过程：建立连接建立连接通信通信释放连接释放连接优缺点：优缺点：建立连接时间长；建立连接时间长；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；无纠错机制；无纠错机制；建立连接后，传输延迟小。建立连接后，传输延迟小。不适合用于计算机通信：因为计算机数据含有突发性不适合用于计算机通信：因为计算机数据含有突发性特点，真正传输数据时间不到特点，真正传输数据时间不到10%。比如：建立连接时间为比如：
45、建立连接时间为0.5s，计算机以，计算机以1Mb/s速率发送速率发送10KB。线路利用率？线路利用率？60/8560电话网络中电路交换电路交换也能在多路复用信道上实现在物理线路某个信道上建立连接61/8561报文交换报文交换以报文为单位进行以报文为单位进行“存放存放-转发转发”交换技术。交换技术。在交换过程中，交换设备将接收到报文先存放下来，待信道空在交换过程中，交换设备将接收到报文先存放下来，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目标地。这种数据传输闲时再转发出去，一级一级中转，直到目标地。这种数据传输技术称为技术称为存放存放-转发转发。传输之前不需要建立端到端连接传输之前不需要建立端到
46、端连接，仅在相邻节点传输，仅在相邻节点传输报文时建立节点间连接。报文时建立节点间连接。称为称为“无连接无连接”（经典（经典例子：电报）例子：电报）整个报文（整个报文（Message）作为一个整体一起发送。）作为一个整体一起发送。优缺点：优缺点：没有建立和拆除连接所需等候时间；没有建立和拆除连接所需等候时间；线路利用率高；线路利用率高；传输可靠性较高；传输可靠性较高；报文大小不一，造成存放管理复杂；报文大小不一，造成存放管理复杂；大报文造成存放转发延时过长，且对存放容量要求较高；大报文造成存放转发延时过长，且对存放容量要求较高；犯错后整个报文全部重发。犯错后整个报文全部重发。类比：下载时若无断点
47、续传功效，一旦犯错你会怎样做？类比：下载时若无断点续传功效，一旦犯错你会怎样做？62/8562分组交换（包交换）分组交换（包交换）将报文分割成若干个大小相等分组（将报文分割成若干个大小相等分组（Packet）进行存）进行存放转发。放转发。数据传输前不需要建立一条数据传输前不需要建立一条端到端端到端通路通路也是也是“无无连接连接”。有强大纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功有强大纠错机制、流量控制、拥塞控制和路由选择功效。效。优缺点：优缺点：对转发节点存放要求较低，能够用内存来缓冲分组对转发节点存放要求较低，能够用内存来缓冲分组速度快；速度快；转发延时小转发延时小适合用于交互式通信；适合用于
48、交互式通信；某个分组犯错能够仅重发犯错分组某个分组犯错能够仅重发犯错分组效率高；效率高；各分组可经过不一样路径传输，容错性好。各分组可经过不一样路径传输，容错性好。需要分割报文和重组报文，增加了端站点负担。需要分割报文和重组报文，增加了端站点负担。分组交换有两种交换方式：分组交换有两种交换方式：数据报方式和虚电路方式数据报方式和虚电路方式63/8563数据报方式（Datagram）各分组独立地确定路由独立地确定路由（传输路径）不能确保分组按序抵达不能确保分组按序抵达，所以目标站点需要按分组编号重新排序重新排序和组装数据报方式不能确保分组按序抵达数据报方式不能确保分组按序抵达分组可能经过多个路径
49、穿越网络分组可能经过多个路径穿越网络64/8564虚电路方式（Virtual Circuit）通信前预先建立一条逻辑连接虚电路虚电路虚电路是由其路径上全部交换机中路由表定义逻辑连接虚电路是由其路径上全部交换机中路由表定义逻辑连接类比：铁路系统（旅客类比：铁路系统（旅客/列车列车:分组，铁路网分组，铁路网:网络，火车站网络，火车站:节点）节点）“西安北京西安北京”这条线路能够看成是一条虚路径这条线路能够看成是一条虚路径也需要三个过程：建立数据传输拆除建立虚电路时，交换机将预留传输时所需全部资源虚电路路由在建立时确定，传输数据时则不再需要数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路路由穿越网络“数
50、字管道”提供是“面向连接”服务但却没有像电路交换那样一直占用一条端到端物理通道，只是断断续地依次占用传输路径上各个链路段续地依次占用传输路径上各个链路段与铁路系统类比！能够看成是采取了电路交换思想分组交换能够确保分组按序抵达永久虚电路PVC和交换虚电路SVC65/8565分组经过预先建立好虚电路穿越网络66/8566三种交换方式事件次序三种交换方式事件次序呼呼叫叫请请求求呼呼叫叫应应答答数数据据ABCD寻路延迟寻路延迟线路交换线路交换分组分组1分组分组2分组分组3ABCD分组交换分组交换分组分组4t t报文报文ABCD排队延迟排队延迟报文交换报文交换67/8567各种交换方式各种交换方式68/
