第二章数据通信基础知识-世界大学城课件.ppt

1、第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识长沙民政学院计算机系 通信的概念l掌握通信系统的组成；l了解信号的概念、分类方法；l掌握模拟信号与数字信号的区别；l熟悉噪声的概念和分类；l了解干扰的概念；l掌握信号的带宽与信 道的带宽的概念。通信：消息从一地到另一地的传递 通信是与人类社会共生和共同进步的。随着人类活动领域不断扩大，人类创造了一系列通信技术来支持人与人之间远距离的交往与协作。最早的通信技术包括烽火狼烟、鸣锣击鼓。18世纪中叶，人类发明了电信，可以利用电磁波载荷信息向远方传送。早期的电信是电报和电话，包括有线和无线两种方式。现代电信技术包括卫星通信、数字微波通信和电缆载波通信等，它

2、们都有同时传送成千上万路电话的能力。20世纪60年代出现了光纤通信，它的通信容量可以同时传送数十万路电话或数百路电视。按照人类活动的需要，各种通信技术系统已经形成错综复杂的通信网络，成为人类赖以生存和发展的基础结构和设施。21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l通信的目的是单双向传递信息，广义上来说，采用任何方法通过任何介质将信息从一地传送到另一地都可称为通信。数据通信是指在两点或多点之间以二进制形式进行信息传输与交换的过程。21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l1、信息、数据和信号、信息、数据和信号l信息是客观事物属性和相互联系特性的表

3、征，它信息是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态反映了客观事物的存在形式和运动状态(人对雪花和马的认识)l数据一般可以理解为数据一般可以理解为“信息的数字化形式信息的数字化形式”和和“数字化信息的形式数字化信息的形式”。狭义的。狭义的“数据数据”通常是通常是指具有一定数据特性的信息指具有一定数据特性的信息,但在计算机网络系统但在计算机网络系统中，数据通常广泛地理解为在网络中存储、处理中，数据通常广泛地理解为在网络中存储、处理和传输到二进制数字编码。和传输到二进制数字编码。数据是把事件的某些属性规范化后的表现形式；(文字，二进制数，十进制数)信号的定义雪六角形凉

4、白色信息信息数据数据信号信号21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l1、信息、数据和信号、信息、数据和信号l信号是信息的载体，信息的物理表现形式。信号是信息的载体，信息的物理表现形式。l信号的特点：可观测性、可变化性、可实现性；信号的特点：可观测性、可变化性、可实现性；l对于研究光电通信系统而言，信号可以定义为：对于研究光电通信系统而言，信号可以定义为：是能够反映或表示信息的电压、电流、电荷及电是能够反映或表示信息的电压、电流、电荷及电磁波。磁波。l信号简单地讲就是携带信息的传输介质信号简单地讲就是携带信息的传输介质 l根据信号参量取值的不同，

5、信号可分为数字信号根据信号参量取值的不同，信号可分为数字信号和模拟信号，或称为离散信号和连续信号和模拟信号，或称为离散信号和连续信号 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l连续信号和离散信号连续信号和离散信号按信号的外在表现特征分l模拟信号：取值连续的信号l数字信号：取值离散的信号 时间、温度、电波、声音信号中没有断开或不连续的的地方。字符，二进制数，电脉冲信号仅取一些有限数目的值。21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l2、基本概念、基本概念 l（1）信道：传输信息的必经之路称为）信道：传输

6、信息的必经之路称为“信信道道”。在计算机中有所谓物理信道和逻辑。在计算机中有所谓物理信道和逻辑信道之分信道之分 l（2）码元：码元是对于网络中传送的二进）码元：码元是对于网络中传送的二进制数字中每一位的通称制数字中每一位的通称 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l2、基本概念、基本概念 l（3）数据：数据可分为模拟数据与数字数）数据：数据可分为模拟数据与数字数据两种。据两种。l（4）调制解调器）调制解调器Modem：传统的电话通传统的电话通信信道是传输语音一级的模拟信道，无法信信道是传输语音一级的模拟信道，无法直接传输计算机的数字信号。直接

7、传输计算机的数字信号。21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l2、基本概念、基本概念 l（5）数据传输速率：）数据传输速率：指通信线上传输信息指通信线上传输信息的速度。有两种表示方法，即信号速率和的速度。有两种表示方法，即信号速率和调制速率。调制速率。l（6）误码率：指信息传输的错误率，是衡）误码率：指信息传输的错误率，是衡量系统可靠性的指标量系统可靠性的指标 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l2、基本概念、基本概念 l（7）信息容量：指信道能传输信息的最大）信息容量：指信道能传输信息的最

8、大能力，一般以单位时间内最大可传送信息能力，一般以单位时间内最大可传送信息的的BIT数表示数表示 l（8）基带传输：指在通信电缆上原封不动）基带传输：指在通信电缆上原封不动地传输由计算机或终端产生的地传输由计算机或终端产生的0或或1数字脉数字脉冲信号冲信号 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l2、基本概念、基本概念 l（9）频带传输：在远距离通信时，需要将数字）频带传输：在远距离通信时，需要将数字信号调制成音频信号再发送和传输，接收端再将信号调制成音频信号再发送和传输，接收端再将音频信号解调成数字信号音频信号解调成数字信号。l（10）宽带传

9、输：指传输介质的频带宽度较宽的）宽带传输：指传输介质的频带宽度较宽的信息传输，一般在信息传输，一般在300-400MHz左右左右 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l2、基本概念、基本概念 l（11）串行传输：指一位一位地传送数据，）串行传输：指一位一位地传送数据，从发送端到接收端只要一根传输线即可从发送端到接收端只要一根传输线即可 l（12）并行传输：一次可以传送一个字节）并行传输：一次可以传送一个字节(8位位)，发端到收端用，发端到收端用8根线。根线。21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概

10、念l2、基本概念、基本概念 l（13）数据交换方式：在网络中的计算机）数据交换方式：在网络中的计算机通常是经过公用通信传输线路进行数据交通常是经过公用通信传输线路进行数据交换以提高传输设备的利用率换以提高传输设备的利用率 l（14）字符编码：在信道上传送的数据是）字符编码：在信道上传送的数据是以二进制位的形式出现的以二进制位的形式出现的 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l2、基本概念、基本概念 l（15）差错校正：字符代码在传输、接收）差错校正：字符代码在传输、接收过程中，难免发生错误，如何及时自动检过程中，难免发生错误，如何及时自动检测

11、差错并进一步自动校正测差错并进一步自动校正 l（16）协议：即网络通信规则，它规定了）协议：即网络通信规则，它规定了两台计算机通过一个网络进行通信的方式两台计算机通过一个网络进行通信的方式 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l211 数据通信的基本概念数据通信的基本概念l2、基本概念、基本概念 l（17）同步传输：一种以报文和分组为单）同步传输：一种以报文和分组为单位进行传输的方式位进行传输的方式 l（18）异步传输：传输的数据以字符为单）异步传输：传输的数据以字符为单位，而且字符间的发送时间是异步的位，而且字符间的发送时间是异步的 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l212

12、数据通信系统的模型数据通信系统的模型l图图2-2 数据通信系统的模型数据通信系统的模型 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l212 数据通信系统的模型数据通信系统的模型21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l212 数据通信系统的模型数据通信系统的模型l1、数据通信系统的组成、数据通信系统的组成l（1）数据终端设备）数据终端设备l即数据的生成者和使用者，它根据协议控制通信即数据的生成者和使用者，它根据协议控制通信的功能的功能 l（2）通信控制器）通信控制器l它的功能除进行通信状态的连接、监控和拆除等它的功能除进行通信状态的连接、监控和拆除等操作外，还可接收来自多个数据终端设备的信息

13、，操作外，还可接收来自多个数据终端设备的信息，并转换信息格式并转换信息格式 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l212 数据通信系统的模型数据通信系统的模型l1、数据通信系统的组成、数据通信系统的组成l（3）通信信道）通信信道l通信信道是信息在信号变换器之间传输的通信信道是信息在信号变换器之间传输的通道通道 l（4）信号变换器）信号变换器l它的功能是把通信控制器提供的数据转换它的功能是把通信控制器提供的数据转换成适合通信信道要求的信号形式成适合通信信道要求的信号形式 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l212 数据通信系统的模型数据通信系统的模型l2、数据通信的方向、数据通信的

14、方向（1）单工通信）单工通信l所谓单工通信是指传送的信息始终是一个所谓单工通信是指传送的信息始终是一个方向的通信，对于单工通信，发送端把信方向的通信，对于单工通信，发送端把信息发往接收端，根据信息流向即可决定一息发往接收端，根据信息流向即可决定一端是发送端，而另一端就是接收端。如听端是发送端，而另一端就是接收端。如听广播或看电视广播或看电视21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l212 数据通信系统的模型数据通信系统的模型l2、数据通信的方向、数据通信的方向（2）半双工通信）半双工通信l所谓单工通信是指信息流可以在两个方向所谓单工通信是指信息流可以在两个方向传输，但同一时刻只限于一个方向传

15、输。传输，但同一时刻只限于一个方向传输。如对讲机。如对讲机。21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l212 数据通信系统的模型数据通信系统的模型l2、数据通信的方向、数据通信的方向（3）全双工通信）全双工通信l全双工通信是指同时可以作双向的通信，全双工通信是指同时可以作双向的通信，即通信的一方在发送信息的同时也能接收即通信的一方在发送信息的同时也能接收信息。信息。21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l213 数据通信的基本方式数据通信的基本方式l1、模拟数据通信与数字数据通信、模拟数据通信与数字数据通信l(1)、模拟数据通信、模拟数据通信l用来传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号用来

16、传输模拟数据或数字数据对应的模拟信号 l(2)、数字数据通信、数字数据通信l数字数据通信指直接利用数字传输技术在数字设数字数据通信指直接利用数字传输技术在数字设备之间传输数字数据，或模拟数据对应的数字信备之间传输数字数据，或模拟数据对应的数字信号号 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l213 数据通信的基本方式数据通信的基本方式l2、数据通信的主要技术指标、数据通信的主要技术指标l（1）带宽）带宽l在模拟信道中，我们常用带宽表示信道传输信息在模拟信道中，我们常用带宽表示信道传输信息的能力，带宽即传输信号的最高频率与最低频率的能力，带宽即传输信号的最高频率与最低频率之差之差 l（2）比特

17、率）比特率l在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示数来表示 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l213 数据通信的基本方式数据通信的基本方式l2、数据通信的主要技术指标、数据通信的主要技术指标l（2）比特率）比特率l在数字信道中，比特率是数字信号的传输在数字信道中，比特率是数字信号的传输速率，它用单位时间内传输的二进制代码速率，它用单位时间内传输的二进制代码的有效位的有效位(bit)数来表示数来表示 21 数据通信的理论基础数据通信的理论基础l21

18、3 数据通信的基本方式数据通信的基本方式l2、数据通信的主要技术指标、数据通信的主要技术指标l（4）误码率）误码率l误码率指在数据传输中的错误率。在计算误码率指在数据传输中的错误率。在计算机网络中一般要求数字信号误码率低于机网络中一般要求数字信号误码率低于10-6 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l模拟信号和数字信号在通过某一介质传输时，往模拟信号和数字信号在通过某一介质传输时，往往须进行调制和编码，以提高信号的传输性能。往须进行调制和编码，以提高信号的传输性能。l调制就是用基带信号对载波波形的某些参量进行调制就是用基带信号对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带信号变化。

19、无论基带信控制，使这些参量随基带信号变化。无论基带信号是模拟数据还是数字数据，经过调制后就作为号是模拟数据还是数字数据，经过调制后就作为模拟信号通过模拟通信系统来传输，并在接收端模拟信号通过模拟通信系统来传输，并在接收端进行解调，再变换成原来的形式。调制的目的是进行解调，再变换成原来的形式。调制的目的是无线传输时高频调制信号易于辐射，也便于频分无线传输时高频调制信号易于辐射，也便于频分多路传输，以提高线路利用率。多路传输，以提高线路利用率。22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l编码是将模拟数据和数字数据变换成数字编码是将模拟数据和数字数据变换成数字信号，以便通过数字通信介质传输出去，

20、信号，以便通过数字通信介质传输出去，在接收端，数字信号通过译码变换成原来在接收端，数字信号通过译码变换成原来形式。形式。在计算机网络中，由于传输的需要，数据在计算机网络中，由于传输的需要，数据信号必须进行调制和编码，使得与传输介信号必须进行调制和编码，使得与传输介质及协议相适应。质及协议相适应。22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l通常，有四种数据的调制和编码方法：通常，有四种数据的调制和编码方法：ll）、）、模拟数据的模拟调制。模拟数据的模拟调制。l2）数字数据的模拟调制。）数字数据的模拟调制。l3）数字数据的数字编码。）数字数据的数字编码。l4）模拟数据的数字编码。）模拟数据的数

21、字编码。22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l221 模拟数据的模拟调制模拟数据的模拟调制l1、幅度调制、幅度调制l载波的幅度会随着原始模拟数据的幅度作载波的幅度会随着原始模拟数据的幅度作线性变化线性变化 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l221 模拟数据的模拟调制模拟数据的模拟调制l1、幅度调制、幅度调制22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l221 模拟数据的模拟调制模拟数据的模拟调制l2、频率调制、频率调制 l高频载波的频率会随着原始模拟信号的幅高频载波的频率会随着原始模拟信号的幅度变化而变化度变化而变化 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l2

22、21 模拟数据的模拟调制模拟数据的模拟调制l2、频率调制、频率调制 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l222 数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制l1、幅度键控法、幅度键控法l用数字的基带信号控制正弦载波信号的振用数字的基带信号控制正弦载波信号的振幅幅 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l222 数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制l1、幅度键控法、幅度键控法 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l222 数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制l2、频移键控法、频移键控法 l用数字基带信号控制正弦载波信号的频率用数字基带信号控制正弦载波信号的频率 22 数据信

23、息的调制与编码数据信息的调制与编码l222 数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制l3、相移键控法、相移键控法 l用数字基带信号控制正弦载波信号的相位用数字基带信号控制正弦载波信号的相位 l（1）绝对相移键控）绝对相移键控l所谓绝对相移（所谓绝对相移（PSK），），就是利用正弦载就是利用正弦载波的不同相位直接表示数字波的不同相位直接表示数字 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l222 数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制l3、相移键控法、相移键控法 l（1）绝对相移键控）绝对相移键控22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l222 数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制l3、相移

24、键控法、相移键控法 l（2）相对相移键控）相对相移键控l相对相移键控（相对相移键控（DPSK）是利用前后码元信是利用前后码元信号相位的相对变化来传送数字信息的号相位的相对变化来传送数字信息的 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l222 数字数据的模拟调制数字数据的模拟调制l（2）相对相移键控）相对相移键控 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l1、不归零码、不归零码l（1）单极性不归零码）单极性不归零码 l该码在每一码元时间间隔内，用高电平和该码在每一码元时间间隔内，用高电平和低电平（常为零电平）分别表示二进制数低电平（常为零

25、电平）分别表示二进制数据的据的1和和0 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l1、不归零码、不归零码l（1）单极性不归零码）单极性不归零码 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l1、不归零码、不归零码l（2）双极性不归零码）双极性不归零码 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l1、不归零码、不归零码l（2）双极性不归零码）双极性不归零码 l该码在每一码元时间间隔内，用正电平和该码在每一码元时间间隔内，用正电平和负电平分别表示二进

26、制数据的负电平分别表示二进制数据的1和和0，正的，正的幅值和负的幅值相等幅值和负的幅值相等 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l2、归零码、归零码l（1）单极性归零码）单极性归零码l单极性归零码（单极性归零码（RZ）是指它的电脉冲宽度是指它的电脉冲宽度比码元周期比码元周期Ts窄，当发窄，当发l时，只在码元周期时，只在码元周期Ts内持续一段时间的高电平后降为零电平，内持续一段时间的高电平后降为零电平，其余时间内则为零电平其余时间内则为零电平 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l2、

27、归零码、归零码l（1）单极性归零码）单极性归零码 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l2、归零码、归零码l（2）双极性归零码）双极性归零码l双极性归零码（双极性归零码（BRZ）是双极性的归零波是双极性的归零波形，在每一码元周期形，在每一码元周期Ts内，当发内，当发l时，发出时，发出正的窄脉冲；当发正的窄脉冲；当发0时，发负的窄脉冲时，发负的窄脉冲 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l2、归零码、归零码l（3）交替双极性归零码）交替双极性归零码l在发在发1时发一窄脉冲，且脉冲的极性

28、总是交时发一窄脉冲，且脉冲的极性总是交替的，即如果发前一个替的，即如果发前一个l时是正脉冲，则发时是正脉冲，则发后一个后一个l时是负脉冲；而发时是负脉冲；而发0时不发脉冲时不发脉冲 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l2、归零码、归零码l（3）交替双极性归零码）交替双极性归零码 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l3、曼彻斯特码、曼彻斯特码 l（1）曼彻斯特码）曼彻斯特码l当发当发0时，在码元的中间时刻电平从低向高时，在码元的中间时刻电平从低向高跃变；当发跃变；当发l时，在码元的

29、中间时刻电平从时，在码元的中间时刻电平从高向低跃变高向低跃变 22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l3、曼彻斯特码、曼彻斯特码 l（1）曼彻斯特码）曼彻斯特码22 数据信息的调制与编码数据信息的调制与编码l223 数字数据的数字编码数字数据的数字编码l3、曼彻斯特码、曼彻斯特码 l（2）差分曼彻斯特码）差分曼彻斯特码l在每一码元周期内，无论发在每一码元周期内，无论发l或发或发0，在每一位的，在每一位的中间都有一个电平的跃变，但发中间都有一个电平的跃变，但发l时，码元周期开时，码元周期开始时刻不跃变（即与前一码元周期相位相反）；始时刻不跃变

30、（即与前一码元周期相位相反）；发发0时，码元周期开始时刻就跃变（即与前一码时，码元周期开始时刻就跃变（即与前一码元周期相位相同元周期相位相同 23 数据的同步技术数据的同步技术l231 异步方式异步方式l异步方式又称起止同步方式，它把各个字异步方式又称起止同步方式，它把各个字符分开传输，字符之间插入同步信息符分开传输，字符之间插入同步信息 23 数据的同步技术数据的同步技术l232 同步方式同步方式l同步式要求不管是否传输信息代码，每个同步式要求不管是否传输信息代码，每个比特位必须在收发两端始终保持同步，中比特位必须在收发两端始终保持同步，中间没有间断时间，即为比特位同步。间没有间断时间，即为

31、比特位同步。l 24 多路复用技术多路复用技术l多路复用就是在数据通信系统中，允许两多路复用就是在数据通信系统中，允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。其基像每个数据源都有自己的信道一样。其基本方法是在发送端将若干个彼此无关的信本方法是在发送端将若干个彼此无关的信号合并为一个能在一个共用信道上传输的号合并为一个能在一个共用信道上传输的复合信号，在信号的接收端还能将复合信复合信号，在信号的接收端还能将复合信号分离出原来的若干个彼此无关的信号来号分离出原来的若干个彼此无关的信号来 24 多路复用技术多路复用技术24 多路复用技

32、术多路复用技术l241 频分多路复用频分多路复用l频分多路复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）是按照频率区分信号的方法，把传输频带分成若干个较窄的频带，每个窄频带构成一个子通道，每个子通道独立地传输一路信息。24 多路复用技术多路复用技术l241 频分多路复用频分多路复用l频分多路复用24 多路复用技术多路复用技术l242 时分多路复用时分多路复用l时分多路复用是将物理信道按时间分成时时分多路复用是将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源来使用公共线间片，轮流分配给多个信源来使用公共线路路 24 多路复用技术多路复用技术l242 时分多路复用时分

33、多路复用 24 多路复用技术多路复用技术l243 统计时分多路复用统计时分多路复用l每个输入端不管其状态如何（空闲或发每个输入端不管其状态如何（空闲或发送），都固定分配一个时隙送），都固定分配一个时隙 l244 波分多路复用波分多路复用l波分多路复用的原理同频分多路复用相似，波分多路复用的原理同频分多路复用相似，主要用于光纤通信。它是利用不同波长的主要用于光纤通信。它是利用不同波长的光在一条光纤上同时传输多路信号光在一条光纤上同时传输多路信号 25 数据交换技术数据交换技术l交换网络又可分为电路交换网、报文交换交换网络又可分为电路交换网、报文交换网和分组交换网网和分组交换网 l251 电路交换

34、的工作原理电路交换的工作原理 l1、电路交换的三个过程、电路交换的三个过程l（1）电路建立：在传输任何数据之前，要）电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路先经过呼叫过程建立一条端到端的电路 25 数据交换技术数据交换技术l251 电路交换的工作原理电路交换的工作原理 l1、电路交换的三个过程、电路交换的三个过程l（1）电路建立）电路建立 l（2）数据传输）数据传输 l（3）电路拆除）电路拆除 25 数据交换技术数据交换技术l252 报文交换的工作原理报文交换的工作原理 l1、报文交换原理、报文交换原理l报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是报文交换方式的数据传输

35、单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。到目的节点。25 数据交换技术数据交换技术l252 报文交换的工作原理报文交换的工作原理 l1、报文交换原理、报文交换原理l报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送

36、的数据块，其长度不限且可变。站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送把报文发送到下一个节点，一直逐个节点地转送到目的节点。到目的节点。25 数据交换技术数据交换技术l253 分组交换的工作原理分组交换的工作原理 l它将报文分成若干个分组，每个分组的长它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了

37、，分组可以存节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度储到内存中，提高了交换速度。l分组交换有虚电路分组交换和数据报分组分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种交换两种 25 数据交换技术数据交换技术l253 分组交换的工作原理分组交换的工作原理 l1、虚电路分组交换原理与特点、虚电路分组交换原理与特点l在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。但并不像电路交换那样有一条专虚电路。但并不像电路交换那样有一条专用通路，分组在每个节点上仍然需要缓冲，用通路，分组在每个节点上仍然需要缓冲，并在线路上进行排队等待输出并在线路上进行排队等待输

38、出 25 数据交换技术数据交换技术l254 各种数据交换技术的性能比较各种数据交换技术的性能比较 l1、电路交换：在数据传输之前必须先设置一条、电路交换：在数据传输之前必须先设置一条完全的通路。在线路拆除完全的通路。在线路拆除(释放释放)之前，该通路由之前，该通路由一对用户完全占用。一对用户完全占用。l2、报文交换：报文从源点传送到目的地采用存、报文交换：报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队。储转发的方式，报文需要排队。l3、分组交换：分组交换方式和报文交换方式类、分组交换：分组交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。似，但报文被分成分组传送，并规

39、定了最大长度。26 差错控制技术差错控制技术l261 差错的产生原因及其控制方法差错的产生原因及其控制方法l产生差错的原因：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，使得接收的信息与发送的不一致。l内部因素：信号在物理信道中传送时，由于线路本身的电气特性造成的信号衰减，延迟和波形失真，串扰等；l外部因素：来自外界的干扰，噪声。举一个日常生活中的实例。如果发出一个通知：“明天14：0016：00开会”，但在通知过程中由于某种原因产生了错误，变成“明天10：0016：00开会”。别人收到这个错误通知后由于无法判断其正确与否，就会按这个错误时间去行动。为了使收者能判断正误，可以在发通知

40、内容中增加“下午”两个字，即改为：“明天下午14：0016：00开会”，这时，如果仍错为：“明天下午10：0016：00开会”，则收到此通知后根据“下午”两字即 可 判断出其中“10：00”发生了错误。但仍不能纠正其错误，因为无法判断“10：00”错在何处，即无法判断原来到底是几点钟。这时，收者可以告诉发端再发一次通知，这就是检错重发。为了实现不但能判断正误(检错)，同时还能改正错误(纠错)，可以把发的通知内容再增 加“两个小时”四个字，即改为：“明天下午14：0016：00两个小时开会”。这样，如果其 中“14：00”错为“10：00”，不但能判断出错误，同时还能纠正错误，因为其中增加的“两

41、个小时”四个字可以判断出正确的时间为14：0016：00”。差错控制的基本思路l在发送端被传送的信息码序列的基础上，按照一定的规则加入若干“监督码元”后进行传输，这些加入的码元与原来的信息码序列之间存在着某种确定的约束关系。在接收数据时，检验信息码元与监督码元之间的既定的约束关系，如该关系遭到破坏，则在接收端可以发现传输中的错误，乃至纠正错误。26 差错控制技术差错控制技术l261 差错的产生原因及其控制方法差错的产生原因及其控制方法l1、热噪声和冲击噪声、热噪声和冲击噪声l2、差错的控制方法、差错的控制方法l检错码能自动发现差错的编码；检错码能自动发现差错的编码；l纠错码不仅能发现差错而且能

42、自动纠错码不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码纠正差错的编码 26 差错控制技术差错控制技术l261 差错的产生原因及其控制方法差错的产生原因及其控制方法l3、编码效率、编码效率lR=k/n=k/(k+r)l式中：式中：k为码字中的信息位位数，为码字中的信息位位数，r为编码为编码时外加冗余位位数，时外加冗余位位数，n为编码后的码字长度。为编码后的码字长度。26 差错控制技术差错控制技术l262 奇偶校验法奇偶校验法l1、奇偶校验法、奇偶校验法l是一种通过增加冗余位使得码字中是一种通过增加冗余位使得码字中“”的个数的个数为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错法。为奇数或偶数的编码方法，它是一种检

43、错法。l垂直奇偶校验又称纵向奇偶校验，它能检测出每垂直奇偶校验又称纵向奇偶校验，它能检测出每列中所有奇数个错，但检测不出偶数个的错，因列中所有奇数个错，但检测不出偶数个的错，因而对差错的漏检率接近而对差错的漏检率接近1/2 水平奇偶校验l在信息字段后加校验位使得该串信息位中1的总数为奇数（奇校验）或为偶数（偶校验）的方法。l 信息字段 奇校验码 偶校验码 0110001 01100010 01100011l思路：将经过奇偶校验编码的码元序列按行排成方阵，每行为一组奇偶校验码，但发送时则按列的顺序传输，接收端仍将码元排成发送时方阵形式，然后按行进行奇偶校验。l 优点：在一列中不管出现几个误码，对

44、应在每行都是一个误码位，可以被检测出来。但对于每行，仍只能检测出奇数个错。水平奇偶校验举例l例：数据序列 1101 1010 1110 1001（设每4位码元为一组）1 1 0 1 1 1 0 1 0 01 1 1 0 11 0 0 1 0偶校验校验码发送的数据序列为：1111101001101001101026 差错控制技术差错控制技术l263 循环冗余码（循环冗余码（CRC）l1、CRC的工作方法的工作方法l在发送端产生一个循环冗余码，附加在信在发送端产生一个循环冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到息位后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循环冗余码同样的算的信

45、息按发送端形成循环冗余码同样的算法进行校验，若有错，需重发法进行校验，若有错，需重发 26 差错控制技术差错控制技术l263 循环冗余码（循环冗余码（CRC）l例例1：已知：信息码：已知：信息码:110011信息多项信息多项式式:K(X)=X5+X4+X+1l 生成码生成码:11001 生成多项生成多项式式:G(X)=X4+X3+1(r=4)l求：循环冗余码和码字。求：循环冗余码和码字。26 差错控制技术差错控制技术l264 海明码海明码l1、海明码的概念、海明码的概念l海明码是一种多重奇偶检错系统。它将信海明码是一种多重奇偶检错系统。它将信息用逻辑形式编码，以便能够检错和纠错。息用逻辑形式编

46、码，以便能够检错和纠错。用在海明码中的全部传输码字是由原来的用在海明码中的全部传输码字是由原来的信息和附加的奇偶校验位组成的。每一个信息和附加的奇偶校验位组成的。每一个这种奇偶位被编在传输码字的特定位置上。这种奇偶位被编在传输码字的特定位置上。26 差错控制技术差错控制技术l264 海明码海明码l1、海明码的概念、海明码的概念l2、校验位数的位数、校验位数的位数 l推求海明码时的一项基本考虑是确定所需最少的推求海明码时的一项基本考虑是确定所需最少的校验位数校验位数k。考虑长度为考虑长度为m位的信息，若附加了位的信息，若附加了k个校验位，则所发送的总长度为个校验位，则所发送的总长度为m+k。在接

47、收器在接收器中要进行中要进行k个奇偶检查，每个检查结果或是真或个奇偶检查，每个检查结果或是真或是伪。这个奇偶检查的结果可以表示成一个是伪。这个奇偶检查的结果可以表示成一个k位位的二进字，它可以确定最多的二进字，它可以确定最多2k种不同状态种不同状态 26 差错控制技术差错控制技术l264 海明码海明码l4、校验位的确定、校验位的确定 lk个校验位是通过对个校验位是通过对m+k位复合码字进行奇偶校位复合码字进行奇偶校验而确定的。其中验而确定的。其中P1位负责校验海明码的第位负责校验海明码的第1、3、5、7、（P1、D1、D2、D4、）位，（包括位，（包括P1自己），自己），P2负责校验海明码的第

48、负责校验海明码的第2、3、6、7、（P2、D1、D3、D4、）位，（包括位，（包括P2自己），自己），P3负责校验海明码的第负责校验海明码的第4、5、6、7、（P3、D2、D3、D4、）位，（包括位，（包括P3自己）。自己）。海明码l海明码是一种可以纠正一位差错的编码。它是利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个n=k+r位的码字，然后用r个监督关系式产生的r个校验码位来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错。l海明码的编码效率为：k/(k+r)海明码的生成l设校验位数为r，信息位数为k，满足下式的最小整数r值为校验位的位数。2rk+r+1海明码生成办法位号121110987654321

49、校验位r3r2r1r0信息位I8I7I6I5I4I3I2I1位号表示232223212023212320222120222122202120得到监督关系 r3 I8+I7+I6+I5 r2 I8+I4+I3+I2 r1 I7+I6+I4+I3+I1 r0 I7+I5+I4+I2+I1海明码l如有已经编码的数据 1100 1001 0111。我们只需把这些数据填充到校验公式，即可得到信息位与校验位。填充的方法是这样的，首先看数据的最低位(即右边第1位)，最低位为1，把1填充在公式表的r0位置，接着取出数据的次低位数据(即右边第2位)，把它填充到r1位置，把右边第3位数填充到I1位置。依此类推，我们可以得到表 海明码l 海明码l表中第2行数据为1100 001 1，这就是数据1100 1001 0111的编码信息，而表格第3行是1 011，这便是校验位。注意：l校验位rn 所在位数为2n，其余由信息位填充;l信息位下标从1开始，而校验位下标从0开始。