1、计算机控制网计算机控制网络与通信络与通信-数据通信基础数据通信基础3.13.1数据通信的基本术语数据通信的基本术语3.1.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念按照达成的协议，信息在人、地点、进程和机器之间进行的传送通信（通信（communication）信息：信息：是事物的表征，它代表了事物的状态和形式。是事物的表征，它代表了事物的状态和形式。是通信技术和计算机技术相结合而产生的一种新的通信方式。其特征是信息的载体是数据。信息的载体是数据。数据数据（data）：是客观事物的符号表示。）：是客观事物的符号表示。 或定义为或定义为数据是数据是传递传递(携带携带)信息的载体，它是对客观事实进行描述
2、与记信息的载体，它是对客观事实进行描述与记载的物理符号。载的物理符号。数据通信数据通信:信号：信号：是数据的电磁波表示形式。是数据的电磁波表示形式。 信号可分为：模拟信号和数字信号。信号可分为：模拟信号和数字信号。3.1.13.1.1数据通信的基本概念数据通信的基本概念n信道：信道：传送信息的线路传送信息的线路( (或通路或通路) )。和信号的这。和信号的这种分类相似，信道也可以分成传送模拟信号的种分类相似，信道也可以分成传送模拟信号的模拟信道模拟信道和传送数字信号的和传送数字信号的数字信道数字信道两大类。两大类。n注意注意：数字信号在经过数模变换后就可以在模：数字信号在经过数模变换后就可以在
3、模拟信道上传送，而模拟信号在经过模数转换后拟信道上传送，而模拟信号在经过模数转换后也可以在数字信道上传送。也可以在数字信道上传送。 3.1.2 数据通信系统数据通信系统3.1.2数据通信系统的一般模型数据通信系统的一般模型调制解调器调制解调器PC 机机公用电话网公用电话网调制解调器调制解调器数字比特流数字比特流数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号 正文正文正文正文数据通信系统数据通信系统PC 机机3.1.2 数据通信系统数据通信系统数据通信系统的一般模型实例数据通信系统的一般模型实例3.1.2 数据通信系统数据通信系统3.1.2 数据通信系统数据通信系统计算机网络中，数据通信系
4、统的任务是：把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设。从计算机网络技术的组成部分来看，一个完整的数据通信系统，一般有以下几个部分组成：数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器。定义：由数据终端设备，通信控制器，通信信道，信号变换器等设备所组成的，用于把数据源计算机所产生的数据迅速、可靠、准确地传输到数据宿（目的）计算机或专用外设的系统。3.1.2 数据通信系统数据通信系统固定电话固定电话通信系统通信系统3.1.2 数据通信系统数据通信系统卫星卫星通信系统通信系统3.1.2 数据通信系统数据通信系统移动移动通信系统通信系统3.1.2 数据通信系统数据
5、通信系统计算机网络计算机网络通信系统通信系统3.1.2 数据通信系统数据通信系统 3.1.3 数据通信基本过程数据通信基本过程n包含两项内容：数据传输和通信控制包含两项内容：数据传输和通信控制 过程过程 与打电话的对比与打电话的对比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 互相确认身份互相确认身份数据传送数据传送 互相通话互相通话断开逻辑连接断开逻辑连接 互相确认要结束通话互相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3.1.4 发送与接收设备发送与接收设备光纤收发器接收机通信接收机智能压差变送器3.1.4 发送与接收设备发送与接收设备3.
6、1.5 网络的传输介质网络的传输介质3.1.5 网络的传输介质网络的传输介质n网络中发送方与接收方之间的物理通路（1）机械特性。）机械特性。（2）电气特性。）电气特性。（3）功能特性。）功能特性。（4）规程特性。）规程特性。需要确定与传输媒体接口的一些特性需要确定与传输媒体接口的一些特性接口的形状、尺寸、引线数目与排列接口的形状、尺寸、引线数目与排列直流、交流、频率、电压、允许电流直流、交流、频率、电压、允许电流 信号的意义？信号的意义？ 不同功能的各种不同事件的出现顺序不同功能的各种不同事件的出现顺序 在数据通信系统中，为物理层。物理层协议在数据通信系统中，为物理层。物理层协议 （proce
7、dure）1）双绞线n特点：特点：布线容易、便宜布线容易、便宜直接传输距离有直接传输距离有限，传输速率不限，传输速率不是很高是很高n适用于：适用于：局域网布线局域网布线n性能：性能：传输速率：传输速率：100Mbps传输距离：传输距离：100m2.1.5 网络的传输介质网络的传输介质2）同轴电缆n适用于：适用于：较大型的局域网较大型的局域网n性能：性能：传输速率：传输速率：100Mbps传输距离：传输距离：1000m3.1.5 网络的传输介质网络的传输介质3）光缆n适用于：适用于：长距离，信息量长距离，信息量大，要求高度安大，要求高度安全的场合全的场合n性能：性能：传输速率：传输速率：100M
8、bps传输距离：传输距离：10000m铠装光缆层绞非金属光缆 光缆3.1.5 网络的传输介质网络的传输介质4）无线传输媒体3.1.5 网络的传输介质网络的传输介质折射角折射角入射入射角角 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 包层包层（低折射率的媒体）（低折射率的媒体） 纤芯纤芯（高折射率的媒体）（高折射率的媒体） 包层包层纤纤芯芯5）光纤光纤通信基本原理光纤通信基本原理3.1.5 网络的传输介质网络的传输介质高折射率高折射率( (纤芯纤芯) )低折射率低折射率( (包层包层) )光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射光纤的工作原理光纤的工作原理3.1
9、.5 网络的传输介质网络的传输介质光纤光纤 昂贵的传输媒介（发展最为迅速昂贵的传输媒介（发展最为迅速） 不受电信号的干扰不受电信号的干扰 使用于长距离、高速率的信号传输使用于长距离、高速率的信号传输3.1.5 网络的传输介质网络的传输介质电信领域使用的电磁波的频谱电信领域使用的电磁波的频谱3.1.5 网络的传输介质网络的传输介质电磁波电磁波无线局域网使用的无线局域网使用的ISM频段频段3.1.6 通信软件通信软件n报文：文本、命令、参数值、图片、声音等。报文：文本、命令、参数值、图片、声音等。n通信协议：设备之间用于控制数据通信与理解通信协议：设备之间用于控制数据通信与理解通信数据意义的一组规
10、则。通信数据意义的一组规则。 通信协议组成通信协议组成3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性信道：信道：传送信息的线路传送信息的线路(或通路或通路)。从通信的双方信息交互的方式来看，信道有以下三种基本方式从通信的双方信息交互的方式来看，信道有以下三种基本方式（1）单向通信：）单向通信：（2）双向交替通信：）双向交替通信：（3）双向同时通信：）双向同时通信：又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。又称为半双工通信，即
11、通信的双方都可以发送信息，又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收当然也就不能同时接收)。这种。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后再反过来。过来。又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。收信息。信道上传送的信号还可分为信道上传送的信号还可分为 基带基带(baseband)信号、信号、宽带宽带(broadband)信号信号信道上传送的信号可分为信道上传送的信号可分为模拟信号模拟信号数字信号数字信号模拟信道模拟信道数字
12、信道数字信道3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性信源（信息源，也称发终端）发出的没有经过调制的原始电信号所固有的频带（频率带宽），称为基本频带，简称基带。带宽，即信道带宽，指信道可以不失真地传输信号的频率范围。即在固定的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。宽带并没有很严格的定义。从一般的角度理解，它是能够满足人们感观所能感受到的各种媒体在网络上传输所需要的带宽，因此它也是一个动态的、发展的概念。基带带宽宽带n数字信道的特性参数数字信道的特性参数3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性信道带宽，（band width），又叫频宽，单位 Hz波特率、数据速率和信道
13、容量误码率信道延迟带宽模拟信道的带宽 W=f2-f1 其中f1是信道能够通过的最低频率，f2是信道能够通过的最高频率，两者都是由信道的物理特性决定的。数字信道是一种离散信道，它只能传送离散值的数字信号，信道的带宽决定了信道中能不失真的传输脉序列的最高速率。3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性n一个数字脉冲称为一个一个数字脉冲称为一个码元码元。码元携带的信息量由。码元携带的信息量由码元可能取的离散值的个数决定。一般的，一个码码元可能取的离散值的个数决定。一般的，一个码元携带的元携带的信息量n（比特比特,bit,bit）与码元取的离散值）与码元取的离散值个数个数N N具有如下关系：具有如下
14、关系：2lognN信息量信息量是指从N个相等可能事件中选出一个事件所需要的信息度量或含量，也就是在辩识N个事件中特定的一个事件的过程中所需要提问是或否的最少次数.在信息论中，认为信源输出的消息是随机的。即在未收到消息之前，是不能肯定信源到底发送什么样的消息。而通信的目的也就是要使接收者在接收到消息后，尽可能多的解除接收者对信源所存在的疑义（不定度），因此这个被解除的不定度实际上就是在通信中所要传送的信息量。164中任选一个数，提问多少次，可以猜出其值？3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性n波特率波特率 B B 码元速率码元速率也叫波特率。它表示单位时间内信号波形的变换也叫波特率。它表示
15、单位时间内信号波形的变换次数，即通过信道传输的码元个数。次数，即通过信道传输的码元个数。 若信号码元宽度为若信号码元宽度为T T秒，则码元速率秒，则码元速率 B=1/T B=1/T ，单位，单位叫波特（叫波特（BaudBaud） 。 19241924年奈奎斯特推导出年奈奎斯特推导出有限带宽无噪声信道的极限波特率有限带宽无噪声信道的极限波特率，称为称为奈氏定理奈氏定理。若信道带宽为。若信道带宽为W W，则奈氏定理的最大码元速，则奈氏定理的最大码元速率为：率为： B=2W B=2W （BaudBaud）波特率有限带宽无噪声信道的极限波特率有限带宽无噪声信道的极限波特率3.2 3.2 数字信道的特性
16、数字信道的特性n数据传输速率（数据传输速率（R R）指单位时间内信道上传送的指单位时间内信道上传送的信息量（比特数）信息量（比特数）, ,亦即亦即信道容量信道容量。n在一定波特率下提高数据速率的途径是用一个在一定波特率下提高数据速率的途径是用一个码元表示更多的比特数。码元表示更多的比特数。n若把两比特编码为一码元，则数据速率可成倍若把两比特编码为一码元，则数据速率可成倍提高，公式如下：提高，公式如下：22log2 logR BNWN(bps)数据传输速率（数据传输速率（R）3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性n数据速率数据速率R“R“比特比特/ /秒秒”与码元的传输速率与码元的传输速率
17、B“B“波特波特”是两个是两个不同的概念。不同的概念。n两者在数量上由上述公式所描述的关系。两者在数量上由上述公式所描述的关系。n若若1 1个码元只携带个码元只携带1bit1bit的信息量，则两者在数值上是相等的。的信息量，则两者在数值上是相等的。n但若使但若使1 1个码元携带个码元携带 n n （bitbit）的信息量，则）的信息量，则 M M （BaudBaud）的码元传输速率时的的码元传输速率时的数据传输速率（数据传输速率（R） 为为 R = MR = Mn n （bpsbps）。）。数据传输速率（数据传输速率（R）22log2 logRBNWN2lognNn例如，有一个带宽为例如，有一
18、个带宽为3kHz3kHz的理想低通信道，其的理想低通信道，其码元传输速率为码元传输速率为_baud_baud。而最高数据速率可。而最高数据速率可随编码方式的不同而有不同的取值。若随编码方式的不同而有不同的取值。若1 1个码个码元能携带元能携带3bit3bit的信息量，则最高的数据速率为的信息量，则最高的数据速率为 _bps_bps。n这些都是不考虑噪声的理想情况下的极限值。这些都是不考虑噪声的理想情况下的极限值。至于有噪声影响的实际信道，则远远达不到这至于有噪声影响的实际信道，则远远达不到这个极限值。个极限值。6000180003.2 数字信道的特性数字信道的特性波特率（码元传输速率）波特率（
19、码元传输速率） B 与数据传输速率与数据传输速率R香农（香农（shannonshannon）公式）公式n香农（香农（shannonshannon）提出）提出有噪声信道的极限数据速率计算公式计算公式 式中，式中，W W为信道带宽，为信道带宽，S S为信号的平均功率，为信号的平均功率，N N为噪为噪声平均功率，声平均功率， S/NS/N叫叫信噪比信噪比。 2log (1/)C WS N3.2 数字信道的特性数字信道的特性我给你说话，声音就是信号，空间是信道，空气是介质，内容是信息，你猜不到我要说什么是信息量，其他人的交头接耳就是噪声声音的大小*说话的时间=信号的能量声音的大小=信号的功率形象解释信
20、号的平均功率信号的平均功率信号函数f(x)的平方在一个周期内的积分除时间 3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性n在有噪声的信道中，数据速率的增加意味着传输中在有噪声的信道中，数据速率的增加意味着传输中出错的概率增加，用出错的概率增加，用误码率误码率来表示来表示 P Pe e=N=Ne e/N/N 式中式中P Pe e表示误码率，表示误码率，N Ne e表示出错位数，表示出错位数，N N为传为传送的总位数。计算机通信网络中，要求误码率低于送的总位数。计算机通信网络中，要求误码率低于1010-6-6，即平均传送一百万位才允许错，即平均传送一百万位才允许错1 1位。当误码位。当误码率高于一定
21、数值时，可用差错控制进行检查和纠正。率高于一定数值时，可用差错控制进行检查和纠正。误码率误码率3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性n对于数字信道，对于数字信道，带宽带宽是指在信道上能够是指在信道上能够传送的数字信号的速率，即数据传输速传送的数字信号的速率，即数据传输速率或比特率。一个比特就是二进制数字率或比特率。一个比特就是二进制数字中的一个中的一个1 1或或0 0。在计算机网络中，带宽。在计算机网络中，带宽的单位就是比特每秒（的单位就是比特每秒（bit/sbit/s，bpsbps）。）。带宽3.2 3.2 数字信道的特性数字信道的特性n 信道延迟信道延迟 信号在信道中从源端到达宿端需
22、信号在信道中从源端到达宿端需要的时间即为信道延迟。要的时间即为信道延迟。总时延总时延= =转发时延转发时延 + +发送时间发送时间+ +传播时延传播时延信道延迟信道延迟ABAB宽带线路窄带线路在宽带线路上比特传播得快在窄带线路上比特传播得慢3.2 数字信道的特性数字信道的特性宽带线路窄带线路宽带线路：每秒有更多比特从计算机 注入到线路。宽带线路和窄带线路上比特的传播速率是一样的。3.2 数字信道的特性数字信道的特性比喻：汽车行进宽带线路窄带线路宽带和窄带线路：车速一样宽带线路：车距缩短3.2 数字信道的特性数字信道的特性n时延带宽乘积时延带宽乘积n某一链路所能容纳的比特数某一链路所能容纳的比特
23、数n时延带宽乘积时延带宽乘积=带宽带宽传播时延传播时延n例如，某链路的例如，某链路的时延带宽乘积为时延带宽乘积为100万比特，万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了发送了100万比特。万比特。链路链路带宽带宽传播时延传播时延体积体积=时延带宽乘积时延带宽乘积3.2 数字信道的特性数字信道的特性3.3 3.3 信号和编码信号和编码1）模拟信号和数字信号3.3.1 3.3.1 模拟数据编码模拟数据编码n三种常用的调制技术：三种常用的调制技术：n幅移键控幅移键控ASK (Amplitude Shift ASK (Amplitude Shift Ke
24、ying)Keying)n频移键控频移键控FSK (Frequency Shift FSK (Frequency Shift Keying)Keying)n相移键控相移键控PSK (Phase Shift Keying)PSK (Phase Shift Keying)n基本原理：用数字信号对载波的不同参基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制，及调幅、调频和调相。量进行调制，及调幅、调频和调相。 nASKASK：用载波的两个不同振幅表示：用载波的两个不同振幅表示0 0和和1 1nFSKFSK：用载波的两个不同频率表示：用载波的两个不同频率表示0 0和和1 1nPSKPSK：用载波的起始相位
25、的变化表示：用载波的起始相位的变化表示0 0和和1 1010011100基带信号基带信号ASKFSKPSK数据编码-数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码数据编码-幅值键控幅值键控数据编码-数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码2）信号变换3）数据编码4）调制与解调调制：将数字信号转换成模拟信号。调制：将数字信号转换成模拟信号。解调：将模拟信号转换成数字信号。解调：将模拟信号转换成数字信号。应用举例-固定电话固定电话应用举例-访问互联网络访问互联网络应用举例-IPIP电话电话3.4 3.4 数字传输数字传输n脉码调制脉码调制 将模拟信号变换为数字信号的常用方法是脉码调将模拟信号变换
26、为数字信号的常用方法是脉码调制制PCMPCM（Pulse Code ModulationPulse Code Modulation）。）。 为了将模拟信号转变为数字信号，必须对信号进行取为了将模拟信号转变为数字信号，必须对信号进行取样。即每隔一定的时间间隔，取模拟信号的当前值作样。即每隔一定的时间间隔，取模拟信号的当前值作为样本。为样本。 该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬时值。一系列该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬时值。一系列连续的样本可用来代表模拟信号在某一区间随时间变连续的样本可用来代表模拟信号在某一区间随时间变化的值。化的值。 取样的频率可根据奈氏取样定理确定。取样的频率可根据奈氏取
27、样定理确定。 PCMPCM的基本原理的基本原理（a a）模拟信号）模拟信号 （b b）取样后的脉冲信号）取样后的脉冲信号 （c c）编码后的数字信）编码后的数字信号（号（d d）解码后的脉冲信号）解码后的脉冲信号 （e e）恢复后的模拟信号）恢复后的模拟信号采样周期 Tt信号t采样1001001111000010t编码t解码t还原数字数据信号编码数字数据信号编码 1. 1. 不归零编码不归零编码 不归零编码（不归零编码（NRZNRZ，Non-Return to Non-Return to ZeroZero）。双极性）。双极性NRZNRZ码规定用负电平表示码规定用负电平表示“0”0”，用正电平表
28、示，用正电平表示“1”1”。如果接收端无。如果接收端无法确定每个比特从什么时候开始，什么时候法确定每个比特从什么时候开始，什么时候结束，则还是不能从高低电平的矩形波中读结束，则还是不能从高低电平的矩形波中读出正确的比特串。出正确的比特串。数字数据信号编码数字数据信号编码2. 2. 曼氏编码曼氏编码 曼氏编码（曼氏编码（ManchesterManchester）自带同步信）自带同步信号。在曼氏编码中每个比特持续时间分号。在曼氏编码中每个比特持续时间分为两半。在发送比特为两半。在发送比特“0”0”时，前一半时时，前一半时间为高电平，后一半时间为低电平；在间为高电平，后一半时间为低电平；在发送比特发
29、送比特“1”1”时则相反。时则相反。数字数据信号编码数字数据信号编码3. 3. 差分曼氏编码差分曼氏编码 差分曼氏编码差分曼氏编码 Difference ManchesterDifference Manchester是对曼氏编码的改进。它与曼氏编码的不同是对曼氏编码的改进。它与曼氏编码的不同之处主要是：每比特的中间跳变仅做同步之处主要是：每比特的中间跳变仅做同步用；每比特的值根据其开始边界是否发生跳用；每比特的值根据其开始边界是否发生跳变决定，每比特开始处出现电平跳变表示二变决定，每比特开始处出现电平跳变表示二进制进制“0”0”，不发生跳变表示二进制，不发生跳变表示二进制“1”1”。 数字数据
30、信号编码数字数据信号编码（a）NRZ （b）曼氏编码 （c）差分曼氏编码共享信道n复用复用是通信技术中的基本概念是通信技术中的基本概念 信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a) 不使用复用技术(b) 使用复用技术 信道复用技术信道复用技术 信道复用技术信道复用技术n频分复用频分复用 FDMFDMn时分复用时分复用 TDMTDMn异步时分复用异步时分复用 STDMSTDMFrequency Division MultiplexingTime Division MultiplexingSynchronization Time-Division Multiplexi
31、ngn频分复用频分复用 FDMn原理：整个传输频带被划分为若干个频率通道，原理：整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 频分复用频分复用FDMFDM的特点的特点n所有用户在同样的时间占用不同的带宽所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。资源。频率频率时间时间频率频率 1频率频率 2频率频率 3频率频率 4频率频率 5n时分
32、复用时分复用 TDMn原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。传输。A2A1A3原始信号原始信号D2D1D3数字化信号数字化信号MUX复用后的数据流复用后的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 时分复用时分复用TDMTDM的特点的特点n所有用户在不同的时间占用同样的频带所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。宽度。 频率频率时间时间B C DB C DB C DB C DAAAA在在 TDM 帧中的位置不变帧中
33、的位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧频率频率时间时间C DC DC DAAAABBBB C D在在 TDM 帧中的帧中的位置不变位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧频率频率时间时间BDBDBDAAAA BCCCC D在在 TDM 帧中的帧中的位置不变位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧频率频率时间时间B CB CB CAAAA B CDDDD在在 TDM 帧中的帧中的位置不变位置不变TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧TDM 帧帧时分复用可能会造成线路资源的浪费时分复用可能会造成线路资
34、源的浪费ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧个时分复用帧#1acbcd时分复用时分复用#2#3#4用户时分复用时分复用数字载波复用标准数字载波复用标准nT-标准标准 (北美、日本北美、日本)nE-标准标准 (欧洲、中国、南美欧洲、中国、南美)nE1(一次群一次群)标准标准n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。个通道。n通道通道0用于同步，通道用于同步，通道16用于信令，其他用于信令，其他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。nE1速率速率 = (32x8bit)/125us = 2.048 Mb/sn对对E
35、1进一步复用，还可构成进一步复用，还可构成E2、E3、E4和和E5。nE5可承载可承载7680个话路，数据率约为个话路，数据率约为565Mbit/sn新的新的TDM标准是同步光网络标准是同步光网络(SONET)和和ITU-T的的同步数字系列同步数字系列(SDH)。常用的线路速率为。常用的线路速率为(近似值近似值) 155Mbit/s，622Mbit/s，2.5Gbit/s和和10Gbit/s。E1-E1-帧格式帧格式0121631帧同步帧同步信令信令30 路话音数据路话音数据(PCM数据数据) + 2 路控制路控制用户话路用户话路用户话路用户话路n异步异步TDMSTDMTDMSTDMnTDM的
36、缺点：某用户无数据发送，其他用户也的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。n改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入。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同步同步TDM带宽浪费带宽浪费A1B1B2时间片时间片1时间片时间片2异步异步TDM可用带宽可用带宽C2 异步时分复用异步时分复用 STDMSTDM用户用户ABCDabcdttttt3 个个 STDM 帧帧#1acbab bcacd#2#3亦称为亦称为 统
37、计时分复用统计时分复用STDM，Statistic Time-Division MultiplexingATDM，Asynchronous Time-Division Multiplexing n不同类型的信号在不同类型的信道上传输不同类型的信号在不同类型的信道上传输有有4 4种情况种情况数据：模拟数据、数字数据数据：模拟数据、数字数据信号：模拟信号、数字信号信号：模拟信号、数字信号 信道：模拟信道、数字信道信道：模拟信道、数字信道小结：小结：模拟的和数字的数据、信号模拟的和数字的数据、信号 模拟数据模拟信号放大器调制器模拟数据数字信号 PCM编码器数字数据模拟信号调制器数字数据数字信号 数字
38、发送器3.5 3.5 数据传输方式数据传输方式n数据同步方式数据同步方式p目的是使接收端与发送端在时间基准上目的是使接收端与发送端在时间基准上一致一致 ( (包括开始时间、位边界、重复频包括开始时间、位边界、重复频率等率等) )。p有三种同步方法：有三种同步方法：位同步位同步 字符同步字符同步帧同步帧同步n字符同步：以字符为边界实现字符的同步字符同步：以字符为边界实现字符的同步接收，也称为起止式或异步制。接收，也称为起止式或异步制。n每个字符的传输需要：每个字符的传输需要：n1 1个起始位个起始位n5 58 8个数据位个数据位n1 1个停止位个停止位起始位数据位停止位间隔, 不固定 数据同步方
39、式数据同步方式n帧同步：识别一个帧的起始和结束。帧同步：识别一个帧的起始和结束。帧帧(Frame)(Frame)数据链路中的传输单位数据链路中的传输单位包含数据和控制信包含数据和控制信息的数据块息的数据块n面向字符的面向字符的以同步字符以同步字符(SYN(SYN，16H)16H)来标识一个帧来标识一个帧的开始，适用于数据为字符类型的帧的开始，适用于数据为字符类型的帧n面向比特的面向比特的以特殊位序列以特殊位序列(7EH(7EH，即，即01111110)01111110)来标来标识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧识一个帧的开始，适用于任意数据类型的帧帧起始帧起始控制信息控制信息数据数据帧结束
40、帧结束校验和校验和0 n bit8bit8bit8-32mn位同步：目的是使接收端接收的每一位位同步：目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步信息都与发送端保持同步n外同步外同步双方采用统一的基准定时时钟。双方采用统一的基准定时时钟。n内同步内同步通过特殊编码通过特殊编码(如曼彻斯特编码如曼彻斯特编码)，这些数据编码信号包含了同步信号，接收方这些数据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。率。传输方式传输方式串行和并行串行和并行同步和异步同步和异步位、字符、帧同步位、字符、帧同步3.5 3.5 数据传输方式数据传输方
41、式n指数据代码的传输顺序和数据信号传输时的同步方式3.5.1 串行和并行传输串行和并行传输Serial transmission:数据流以串行方式逐步地在一条信道上传输。Parallel transmission: 数据以成组的方式在两条以上的并行通道上同时传输。3.5.2 同步和异步传输同步和异步传输- -通信处通信处理中使用时钟信号的不同方式理中使用时钟信号的不同方式同步传输同步传输特点：使用一个共同的时钟；特点：使用一个共同的时钟；传输效率高，适合高速传输的要求；传输效率高，适合高速传输的要求；长距离，代价高，易受噪声干扰；长距离，代价高，易受噪声干扰；异步传输异步传输特点：每个通信节点
42、都有时钟信号；特点：每个通信节点都有时钟信号；实现简单容易，对线路及收发器要求较低；实现简单容易，对线路及收发器要求较低；3.6 3.6 通信线路的工作方式通信线路的工作方式 n单工单工：数据单向传输：数据单向传输n半双工半双工：数据可以双向：数据可以双向交替传输，但不能在同交替传输，但不能在同一时刻双向传输一时刻双向传输n全双工全双工：数据可以双向：数据可以双向同时传输同时传输n或者具有两条物理上独立或者具有两条物理上独立的传输线路的传输线路n或者具有一条物理线路上或者具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不的两个信道，分别用于不同方向的信号传输同方向的信号传输3.6.1 3.6.1 单工通
43、信单工通信3.6.2 3.6.2 半双工通信半双工通信3.6.3 3.6.3 全双工通信全双工通信3.7 3.7 信号的传输模式信号的传输模式n基带传输：不需调制，编码后的数字脉基带传输：不需调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。冲信号直接在信道上传送。n例如：以太网例如：以太网n宽带传输：数字信号需调制成频带为几宽带传输：数字信号需调制成频带为几十十MHZMHZ到几百到几百MHZMHZ的模拟信号后再传送，的模拟信号后再传送，接收方需要解调接收方需要解调n例如：闭路电视的信号传输例如：闭路电视的信号传输3.7.1 基带传输基带传输特点：特点：不包含调不包含调制（频率变换），制（频率变换）
44、，按数据波原样传按数据波原样传输。输。应用：应用：控制局域控制局域网网传输速率：传输速率：1Mb/s-10Mb/s传输距离：传输距离：不超不超过过25Km3.7.2 载波传输载波传输3.7.3 宽带传输宽带传输-建筑工地无线视建筑工地无线视 频监控系统频监控系统3.8 3.8 数据交换方式数据交换方式n交换就是按某种方式动态地分配传输线交换就是按某种方式动态地分配传输线路资源。路资源。n数据交换方式按照网络结点对途径的数数据交换方式按照网络结点对途径的数据流所转接的方法不同来分类。目前广据流所转接的方法不同来分类。目前广泛采用的交换方式有两大类：泛采用的交换方式有两大类： 线路交换（线路交换（
45、Circuit SwitchingCircuit Switching） 存储转发交换（存储转发交换（Store-and-forward Store-and-forward ExchangingExchanging） 线路交换线路交换 n线路交换方式是把发送方和接收方用一线路交换方式是把发送方和接收方用一系列链路直接连通。系列链路直接连通。n三个阶段三个阶段 u 线路建立阶段线路建立阶段 u 数据传输阶段数据传输阶段 u 线路拆除阶段线路拆除阶段线路交换举例线路交换举例nA A 和和 B B 通话经过四个交换机通话经过四个交换机n通话在通话在 A A 到到 B B 的连接上进行的连接上进行(交换
46、机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA线路交换举例线路交换举例nC C 和和 D D 通话只经过一个本地交换机通话只经过一个本地交换机n通话在通话在 C C 到到 D D 的连接上进行的连接上进行(交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA 线路交换线路交换n特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路n优缺点：优缺点：n建立连接的时间长；建立连接的时间长；n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；n无纠错机制；无纠错机制；n建立连接后，传输延迟小。建立连接后，传输延迟小。n不适用于计算机通信，
47、因为计算机数据具有不适用于计算机通信，因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到突发性的特点，真正传输数据的时间不到10%10%。 报文交换报文交换 n整个报文整个报文(Message)(Message)作为一个整体一起发送。作为一个整体一起发送。n在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存在交换过程中，交换设备将接收到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。直到目的地。n传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻传输之前不需要建立端到端的连接，仅在相邻结点传输报文时建立结点间的连接。结点传输报文时建立结点间的连接。n缺
48、点：缺点：n报文大小不一，造成存储管理复杂。报文大小不一，造成存储管理复杂。n大报文造成存储转发的延时过长；大报文造成存储转发的延时过长；n出错后整个报文全部重发。出错后整个报文全部重发。 分组交换分组交换 n将报文划分为若干个大小相等的分组将报文划分为若干个大小相等的分组(Packet)(Packet)进行存储转发。进行存储转发。n数据传输前不需要建立一条端到端的通路。数据传输前不需要建立一条端到端的通路。n有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。报文分组交换的原理（一）分组交换的原理（一）n在发送端，先把较长的报文在发送端，先把较长的报文划分成较
49、短划分成较短的、固定长度的数据段的、固定长度的数据段。 1101000110101010110101011100010011010010假定这个报文较长不便于传输数 据数 据数 据报文分组交换的原理（二）分组交换的原理（二）n每一个数据段前面添加上每一个数据段前面添加上首部首部构成分组。构成分组。首部首部首部分组 1分组 2分组 3分组交换的原理（三）分组交换的原理（三）n分组交换网以分组交换网以“分组分组”作为数据传输单元。作为数据传输单元。n依次依次把各分组发送到接收端。把各分组发送到接收端。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3分组首部的重要性分组首部的重要性n每一个每一
50、个分组的首部都含有分组的首部都含有地址地址等控制信等控制信息。息。n分组交换网中的结点交换机根据收到的分组交换网中的结点交换机根据收到的分组的首部中的分组的首部中的地址信息地址信息，把分组，把分组转发转发到下一个结点交换机。到下一个结点交换机。n用这样的用这样的存储转发存储转发方式，最后分组就能方式，最后分组就能到达到达最终目的地最终目的地。分组交换的原理（四）分组交换的原理（四）n接收端收到分组后剥去首部还原成报文。接收端收到分组后剥去首部还原成报文。数 据首部分组 1数 据首部分组 2数 据首部分组 3收到的数据数 据数 据数 据分组交换的原理（五）分组交换的原理（五）n最后，在接收端把收
