1、模块模块2 网络数据通信基础网络数据通信基础教学单元三：数据的传输过程教学单元三：数据的传输过程【知识目标知识目标】1.异步通信和同步通信 2.常见的数据交换技术；3.多路复用技术。【能力目标能力目标】1.具备应用数据交换技术的能力；2.具备应用多路复用技术解决网络问题的能力。教学目标教学目标数据的传输过程数据的传输过程v异步与同步通信异步与同步通信v数据交换技术数据交换技术v多路复用技术多路复用技术一、异步与同步通信一、异步与同步通信v数据通信的工作方式分为并行通信和串行通信两数据通信的工作方式分为并行通信和串行通信两种。种。并行通信：并行通信：利用多条数据传输线将一个数据的各位同时传送；利
2、用多条数据传输线将一个数据的各位同时传送；特点：速度快，适用短距离通信；特点：速度快，适用短距离通信；串行通信：串行通信：利用一条传输线将数据一位位地顺序传送；利用一条传输线将数据一位位地顺序传送；特点：线路简单（电话或电报线路），降低成本，特点：线路简单（电话或电报线路），降低成本，远距离通信，传输速度慢；远距离通信，传输速度慢；异步与同步通信异步与同步通信v数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所数据通信的一个基本要求是接收方必须知道它所接收的每一位或每个字符的起始时间。数据通信接收的每一位或每个字符的起始时间。数据通信的同步方式分为两种：的同步方式分为两种：异步传输和同步传输异步传输和
3、同步传输。串行通信方式：串行通信方式：在曼彻斯特和差分曼彻斯特编码中，我们已经了解如何识在曼彻斯特和差分曼彻斯特编码中，我们已经了解如何识别信息流中每一位的方法，但是有一个假定的前提条件，别信息流中每一位的方法，但是有一个假定的前提条件，就是我们知道整个信息流的起始位置，例如，下图所示是就是我们知道整个信息流的起始位置，例如，下图所示是接收端收到的曼彻斯特编码后的信号，如何识别是一串接收端收到的曼彻斯特编码后的信号，如何识别是一串0 0还是一串还是一串1 1呢？呢？异步与同步通信异步与同步通信v 同步：同步：接收端按发送端发送地每个码元的接收端按发送端发送地每个码元的起止时间起止时间及及重复频
4、率重复频率来接收数据，并且校对自己的时间，以便与发送端的发来接收数据，并且校对自己的时间，以便与发送端的发送取得一致，实现同步接收。送取得一致，实现同步接收。v 异步传输：异步传输：每个字节作为一个单元独立传输，字节之间的传输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；为了标志字节的开始和结尾，在每个字间隔任意；为了标志字节的开始和结尾，在每个字节的开始加一位起始位，结尾加节的开始加一位起始位，结尾加1 1位或位或2 2位停止位，位停止位，构成一个个的构成一个个的“字符字符”。这里的这里的“字符字符”指异步传输的数据单元，不同于指异步传输的数据单元，不同于“字节字节”，一般，一般略大
5、于一个字节。略大于一个字节。起始位数据位0数据位1数据位2数据位3数据位4数据位5数据位6校验位停止位停止位字符2字符1字符3字符4任意间隔任意间隔任意间隔异步传输异步传输v 下图为字母下图为字母A的代码（的代码（1000001）在异步方式时的传输结构）在异步方式时的传输结构同步传输同步传输 同步传输不是对每个字符单独进行同步，而是对一个同步传输不是对每个字符单独进行同步，而是对一个数据块进行同步数据块进行同步；同步的方法不是加一位起始同步的方法不是加一位起始/停止位，而是在数据块前停止位，而是在数据块前面加特殊模式的位组合面加特殊模式的位组合(如如01111110，称为位同步，称为位同步)或
6、或同步字符同步字符(SYN，代码为代码为0010110，称为字符同步，称为字符同步)，并，并且通过位填充或字符填充技术保证数据块中的数据不且通过位填充或字符填充技术保证数据块中的数据不会与同步字符混淆。会与同步字符混淆。0111111001111110BAX.01111110SYNSYNBAX.SYN同步字符(一个或多个)同步位模式(一个或多个)可变长度的位数据块可变长度的字符数据块同步传输同步传输同步通信规程有以下两种：同步通信规程有以下两种：v面向比特规程：以二进制位作为信息单位，现代面向比特规程：以二进制位作为信息单位，现代计算机网络大多采用此类型规程，最典型的是高计算机网络大多采用此类
7、型规程，最典型的是高级数据链路控制规程级数据链路控制规程HDLC以以二进制作为信息单位，二进制作为信息单位，以以8位的标志位的标志F开始，也以标志开始，也以标志F作后同步作后同步面向比特（面向比特（bit）型规程（型规程（HDLC）同步传输同步传输v面向字符型规程：面向字符型规程：以字符作为信息单位。字符是以字符作为信息单位。字符是EBCD码或码或ASCII码，典码，典型代表是型代表是IBM公司的二进制同步控制规程公司的二进制同步控制规程BSC规程。规程。v 在使用面向比特的同步规程时，若在数字位串中出现了在使用面向比特的同步规程时，若在数字位串中出现了01111110时将使用比特填充的方法予
8、以识别，例如要发时将使用比特填充的方法予以识别，例如要发送的数据位串是送的数据位串是01101111110010111110100，进行位填，进行位填充后为充后为0110111110100101111100100面向字符型面向字符型规程（规程（BSC）同步传输同步传输同步通信的优缺点：同步通信的优缺点：优点：取消了每个字符的同步位，提高了效率，优点：取消了每个字符的同步位，提高了效率，实现与大型机的通信；实现与大型机的通信；缺点：软硬件费用太高；缺点：软硬件费用太高；二、数据交换技术二、数据交换技术v电路交换（电路交换（Circuit Switching）方式，就）方式，就是通过网络中的节点在
9、两个工作站之间建是通过网络中的节点在两个工作站之间建立一条专用的通信线路立一条专用的通信线路 v三个过程：三个过程：电路建立电路建立 数据传输数据传输 电路拆除电路拆除电路交换的优缺点电路交换的优缺点v优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列，可用于进行实时数失且保持原来的序列，可用于进行实时数据传输；另外链路一旦建立，就能支持双据传输；另外链路一旦建立，就能支持双向的数据传送。向的数据传送。v缺点：在数据传送开始之前必须先建立一缺点：在数据传送开始之前必须先建立一条专用的通路。在线路释放之前，该通路条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用
10、户完全占用。由一对用户完全占用。分组交换分组交换v 分组交换是整个分组交换是整个Internet中采用最广泛的数据交换技术，中采用最广泛的数据交换技术，采用采用“分组分组组装组装”和和“存储存储转发转发”的传输机制。的传输机制。“分分组组-组装组装”是指当发送端有数据要发送时，把数据分成固是指当发送端有数据要发送时，把数据分成固定长度的分组（也称为包，典型的最大长度是定长度的分组（也称为包，典型的最大长度是1千位或几千位或几千位），经过中间节点逐个转发到达接收端后，接收端再千位），经过中间节点逐个转发到达接收端后，接收端再按顺序将其组装起来；按顺序将其组装起来；“存储存储-转发转发”是指分组经
11、过每个是指分组经过每个中间节点时都要等待一定的延迟时间才能被转发出去，延中间节点时都要等待一定的延迟时间才能被转发出去，延迟时间的长短会因网络流量的大小而不同，网络流量越大，迟时间的长短会因网络流量的大小而不同，网络流量越大，延迟时间越长，在整个等待的过程中，节点需要存储好尚延迟时间越长，在整个等待的过程中，节点需要存储好尚未转发的分组。未转发的分组。分组交换分组交换v特点：传递数据的线路不是独占的，提高特点：传递数据的线路不是独占的，提高了数据的吞吐量和线路的利用率，但不能了数据的吞吐量和线路的利用率，但不能满足实时或交互式的通信要求，传输延迟满足实时或交互式的通信要求，传输延迟长。长。v在
12、分组交换技术中，通常采用两种方法管在分组交换技术中，通常采用两种方法管理传输的分组流：数据报和虚电路。理传输的分组流：数据报和虚电路。数据报交换数据报交换v 数据报交换是数据报交换是面向无连接面向无连接的数据传输，被传输的每个分组的数据传输，被传输的每个分组都称为数据报，都称为数据报，每个数据报都有完整的发送端地址和接受每个数据报都有完整的发送端地址和接受端地址端地址。网络中的各个中间节点根据地址信息和一定的路。网络中的各个中间节点根据地址信息和一定的路由规则，选择一条线路将数据报转发出去，直到最终节点。由规则，选择一条线路将数据报转发出去，直到最终节点。同一用户数据的不同数据报在网络中可能会
13、经过不同的路同一用户数据的不同数据报在网络中可能会经过不同的路径，经过不同的时间延迟到达目的地，所以接收端收到的径，经过不同的时间延迟到达目的地，所以接收端收到的来自同一用户数据的不同数据报往往是无序的，必须采取来自同一用户数据的不同数据报往往是无序的，必须采取措施将这些分组重新排序并组装起来。措施将这些分组重新排序并组装起来。举例说明举例说明v 用户用户H1要传递数据给要传递数据给H3，采用数据报方式，选择路由的，采用数据报方式，选择路由的方案有几种？方案有几种？虚电路方式虚电路方式v 虚电路交换是虚电路交换是面向连接面向连接的数据传输。的数据传输。发送方在发送分组之发送方在发送分组之前要建
14、立一条由发送端到接收端的逻辑连接前要建立一条由发送端到接收端的逻辑连接，即为所有分，即为所有分组预先选定一条由发送端到接收端的传输路径，而这条传组预先选定一条由发送端到接收端的传输路径，而这条传输路径输路径并不是一条专用通路并不是一条专用通路，因此称为虚电路。因为同一，因此称为虚电路。因为同一用户数据的所有分组都按同一路径传输，所以在虚电路交用户数据的所有分组都按同一路径传输，所以在虚电路交换方式中，分组到达的先后次序不会混乱。另外，一条物换方式中，分组到达的先后次序不会混乱。另外，一条物理链路中可以有若干条虚电路，供不同的通信实体使用。理链路中可以有若干条虚电路，供不同的通信实体使用。虚电路
15、可以是临时建立的，称为虚呼叫，也可以是永久虚虚电路可以是临时建立的，称为虚呼叫，也可以是永久虚电路。电路。v 虚电路建立、数据传输和虚电路释放虚电路建立、数据传输和虚电路释放举例说明举例说明三、多路复用技术三、多路复用技术v我们知道一根有线电视线缆可以同时为我们传送多家电我们知道一根有线电视线缆可以同时为我们传送多家电视台的不同节目，这是如何做到的？宽带网络技术架设视台的不同节目，这是如何做到的？宽带网络技术架设到一个小区的电缆通常有一根光缆即可，它又如何做到到一个小区的电缆通常有一根光缆即可，它又如何做到为多个用户传递不同的网络信息？在远程通信系统中，为多个用户传递不同的网络信息？在远程通信
16、系统中，传输信道提供的传输容量通常会远远大于一路信号的需传输信道提供的传输容量通常会远远大于一路信号的需求，为了有效利用通信线路，提高信道利用率，在通信求，为了有效利用通信线路，提高信道利用率，在通信过程中经常采用多路复用技术（过程中经常采用多路复用技术（Multiplexing）。）。v多路复用技术是指通过多路复用器将多个信源所需要的多路复用技术是指通过多路复用器将多个信源所需要的容量组合在一起，仅由一条高容量线路传输所有信息。容量组合在一起，仅由一条高容量线路传输所有信息。主要有频分、时分和波分多路复用技术。（如图所示）主要有频分、时分和波分多路复用技术。（如图所示）多路复用技术图示多路复
17、用技术图示频分多路复用频分多路复用FDMFDM：当物理信道的可用当物理信道的可用带宽带宽超过单个原始超过单个原始信号所需带宽时，可将该物理信道的总带宽分割成若干信号所需带宽时，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同的子信道，把若干路信号调个与传输单个信号带宽相同的子信道，把若干路信号调制到制到物理信道频谱物理信道频谱的不同位置，每路信号的频谱仅占其的不同位置，每路信号的频谱仅占其中之一，这些频段之间互不交叠，从而在同一信道中传中之一，这些频段之间互不交叠，从而在同一信道中传输多路信号。在接收端用适当的输多路信号。在接收端用适当的滤波器滤波器将多路信号分开，将多路信号分开，分别
18、进行解调和终端处理。分别进行解调和终端处理。为了避免两个相邻频段的互相干扰，频段之间必须保留为了避免两个相邻频段的互相干扰，频段之间必须保留一定的间隙，称为一定的间隙，称为保护带保护带。1 频分多路复用技术频分多路复用技术频分多路复用调制及频谱搬移过程频分多路复用调制及频谱搬移过程频分多路复用多用于连续的模拟信号传输频分多路复用多用于连续的模拟信号传输多路的原始信号在频分复用前要通过频谱搬移技术，多路的原始信号在频分复用前要通过频谱搬移技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，这可通过调制时采用不同频率的载波来实现。这可通过调制时采用不同
19、频率的载波来实现。如图所示如图所示频分多路复用滤波还原过程频分多路复用滤波还原过程在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理调和终端处理 频分多路复用举例频分多路复用举例如一路话频的原始信号所占的带宽为如一路话频的原始信号所占的带宽为3003100Hz，现将三现将三路话频原始信号频分复用一带宽为路话频原始信号频分复用一带宽为12kHz（从（从60kHz72kHz）的物理信道上。如图所示：的物理信道上。如图所示：2 时分多路复用技术时分多路复用技术若信道每秒钟能够传输若信道每秒钟能够传输2Mbps，而一个单一信源的要求是每秒，而一
20、个单一信源的要求是每秒钟能够传递钟能够传递500kbps，为有效利用信道，可如何进行数据传输？，为有效利用信道，可如何进行数据传输？时分多路复用时分多路复用TDM：当传输介质的位传输速率超过单一信源要当传输介质的位传输速率超过单一信源要求的传输速率时，可采用时分多路复用技术。该技术将物理信求的传输速率时，可采用时分多路复用技术。该技术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路。道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源来使用公共线路。在时分多路复用中每个时间片由复用的一个信号占用，而不象在时分多路复用中每个时间片由复用的一个信号占用，而不象FDM那样，同一时间同时发送各路信号。那
21、样，同一时间同时发送各路信号。时分多路复用技术又分为：同步时分多路复用和异步时分多路时分多路复用技术又分为：同步时分多路复用和异步时分多路复用复用同步时分多路复用同步时分多路复用STDM从图中可以看出，该技术将不同的时隙平均分配给若干路信号。有从图中可以看出，该技术将不同的时隙平均分配给若干路信号。有4 4个个信源共用一条通信线路，将时间分割成时间片。任何一个信源都要经过信源共用一条通信线路，将时间分割成时间片。任何一个信源都要经过4 4个时间片才能获得一个属于自己的时间片个时间片才能获得一个属于自己的时间片,4,4个时隙组成时分复用帧个时隙组成时分复用帧同步时分多路复用同步时分多路复用STD
22、M特点特点v 特点：该技术是以静态的、预先安排好的固定次序发送和特点：该技术是以静态的、预先安排好的固定次序发送和接收数据的。不论有无信息，都分配给一个时间片，即使接收数据的。不论有无信息，都分配给一个时间片，即使有些时间片空闲，其它信源也无法利用，使用该信道的每有些时间片空闲，其它信源也无法利用，使用该信道的每个信源平均分配信道时间，这无法适应突发性的数据传输个信源平均分配信道时间，这无法适应突发性的数据传输要求。也就是说，若某一路信源有大量的信息要发送，即要求。也就是说，若某一路信源有大量的信息要发送，即便时分复用帧中其它信源的时隙都是空闲的，它也不能占便时分复用帧中其它信源的时隙都是空闲
23、的，它也不能占用，只能等待分配给自己的时隙到来才能发送数据，系统用，只能等待分配给自己的时隙到来才能发送数据，系统运行时灵活性很差。运行时灵活性很差。异步时分多路复用技术异步时分多路复用技术异步时分多路复用异步时分多路复用ATDMATDM：只有当某一路信号有数据要发送只有当某一路信号有数据要发送时才把时隙分给它，也称为统计时分复用。时才把时隙分给它，也称为统计时分复用。特点：能支持突发性的业务要求，大大提高信道的利用率特点：能支持突发性的业务要求，大大提高信道的利用率波分多路复用波分多路复用WDMv是在光通信中使用的。由于波长与与频率有着一是在光通信中使用的。由于波长与与频率有着一一对应的关系
24、，按波长来区分与按频率区分实际一对应的关系，按波长来区分与按频率区分实际是相同的，所以波分多路复用实际上就是在光信是相同的，所以波分多路复用实际上就是在光信道上采用的一种频分多路复用的变种。只不过光道上采用的一种频分多路复用的变种。只不过光复用采用的技术与设备不同于电复用。复用采用的技术与设备不同于电复用。波分复用举例波分复用举例v 一对常规光纤在其一个波长范围中可以一对常规光纤在其一个波长范围中可以10G的传输速率，的传输速率，使用时分复用支持使用时分复用支持12万路数字电话信号传送，进一步提高万路数字电话信号传送，进一步提高传输容量的办法是同时使用多个波长，即使用波分复用，传输容量的办法是
25、同时使用多个波长，即使用波分复用，目前商用是目前商用是4080个波长，个波长，160个波长试验已经成功。即个波长试验已经成功。即一对光纤可同时传送一对光纤可同时传送2000万话路，相当于万话路，相当于0.01秒时间内可秒时间内可传送传送30卷百科全书。这个传输能力非常之大，但这只用了卷百科全书。这个传输能力非常之大，但这只用了光纤可利用能力的光纤可利用能力的1/50到到1/100 单元小结单元小结v异步通信异步通信 VS 同步通信同步通信v数据交换技术数据交换技术 电路交换方式电路交换方式 报文交换方式报文交换方式 分组交换方式分组交换方式v多路复用技术多路复用技术 频分多路复用频分多路复用 时分多路复用时分多路复用 波分多路复用波分多路复用Thank you!
