1、1第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy第一部分第一部分 数据通信数据通信 信号与通信信号与通信 模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信 数据通信基础理论数据通信基础理论 传输介质传输介质 多路复用技术多路复用技术 数据交换技术数据交换技术 调制解调技术调制解调技术 物理层接口物理层接口2第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识2.1 基本概念基本概念 2.2 数据通信基
2、础理论数据通信基础理论2.3 传输介质传输介质2.4 多路复用多路复用2.5 数据交换技术数据交换技术2.6 调制解调器调制解调器3第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.1 基本概念基本概念 信号信号l是数据（或信息）的电磁编码。信号的数学描是数据（或信息）的电磁编码。信号的数学描述一般是以时间述一般是以时间t为自变量，以某种物理量（为自变量，以某种物理量（如电压）为因变量（信号的时域特性）如电压）为因变量（信号的时域特性）l模拟信号与数字信号模拟信号与数字信号 通信（传输）通信（传输）l通信的任务
3、是将信号从一方传到另一方通信的任务是将信号从一方传到另一方l模拟通信与数字通信模拟通信与数字通信4第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号 x(nT)(b)数字信号(a)模拟信号 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 f(t)t nT 5第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.1.2 模拟通信模拟通信信源调制器信道调制器信宿噪声6第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识
4、 Networking Networking technotechno;ogyogy模拟通信系统的组成模拟通信系统的组成 调制器调制器l如果信源产生的是数字数据，调制器的功能是将如果信源产生的是数字数据，调制器的功能是将调制为模拟信号（如拨号调制为模拟信号（如拨号Modem）l如果信源产生的是模拟数据，调制器的功能是将如果信源产生的是模拟数据，调制器的功能是将其调制到某个频段以便进行远距离传输或多路复其调制到某个频段以便进行远距离传输或多路复用用 解调器解调器l是实现上述过程逆变换的设备是实现上述过程逆变换的设备 信道信道l包括传输介质和介质两端的传输设备包括传输介质和介质两端的传输设备7第二
5、章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.1.3 数字通信数字通信 信源编码器 噪声 发送端时钟 信 源 信道编码器 信 宿 调 制 信 道 解 调 信道译码器 信源译码器 接收端时钟 8第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy数字通信系统的组成（数字通信系统的组成（1）信源编码器信源编码器l当信源产生的是模拟数据（或信号）时，信源编码当信源产生的是模拟数据（或信号）时，信源编码器的主要工作是对模拟数据（或信号）进行采
6、样、器的主要工作是对模拟数据（或信号）进行采样、量化并编码成二进制数字信号量化并编码成二进制数字信号l当信源产生的是数字数据（或信号）时，信源编码当信源产生的是数字数据（或信号）时，信源编码器的主要工作是对原始的数字数据（或信号）进行器的主要工作是对原始的数字数据（或信号）进行码制变换，使其适合于传输或通信（如在数据信号码制变换，使其适合于传输或通信（如在数据信号中插入时钟信号）中插入时钟信号）信道编码器信道编码器l是对传输的数字信号进行检错或纠错编码，以便接是对传输的数字信号进行检错或纠错编码，以便接收方能进行差错检测和纠正收方能进行差错检测和纠正9第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础
7、知识 Networking Networking technotechno;ogyogy数字通信系统的组成（数字通信系统的组成（2）调制器调制器l其功能是将基带其功能是将基带(数字数字)信号变换成频带信号变换成频带(模拟模拟)信号以通信号以通过模拟传输介质进行频带传输。（有些传输介质只能过模拟传输介质进行频带传输。（有些传输介质只能传输模拟信号，如无线介质）传输模拟信号，如无线介质）时钟时钟l数字信号的发送和接收靠时钟驱动数字信号的发送和接收靠时钟驱动l一般情况下，发送端和接收端使用各自的时钟源，但一般情况下，发送端和接收端使用各自的时钟源，但接收时钟与发送时钟必须保持同步接收时钟与发送时钟必
8、须保持同步u外同步外同步u内同步内同步10第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy数字通信的主要特点数字通信的主要特点 优点优点l抗干扰能力强，可实现高质量的远距离传输；抗干扰能力强，可实现高质量的远距离传输；l适应各种传输业务；适应各种传输业务；l方便实现高保密传输；方便实现高保密传输；l传输设备的集成化和微型化；传输设备的集成化和微型化；缺点缺点l占用信道的带宽大占用信道的带宽大u 例子：一路模拟电话占用例子：一路模拟电话占用4KHz信道带宽，而一路信道带宽，而一路数字电话所需要的数据传输率是数字电话
9、所需要的数据传输率是64Kbps，所需占所需占用的信道带宽要远远大于用的信道带宽要远远大于4KHz。11第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.2 数据通信基础理论数据通信基础理论2.2.1 信号的频谱和带宽信号的频谱和带宽2.2.2 信道的截止频率与带宽信道的截止频率与带宽2.2.3 信道的最大数据传输率信道的最大数据传输率12第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.2.1 信号的频谱和带宽信号的频谱和带宽
10、傅立叶已经证明：任何一个周期为傅立叶已经证明：任何一个周期为T的函数的函数f(t)都是由都是由无穷多个正弦和余弦函数合成，即：无穷多个正弦和余弦函数合成，即：f(t)=其中：其中：n=arctg(-bn/an)此处此处f=1/T是基频，是基频，an和和bn是是n次正弦谐波和余弦谐波的振次正弦谐波和余弦谐波的振幅。幅。)nftdtf(t)Sin(2T2a0nT11nnnn)nftCos(2 A C/2)2Sin2(aC/2nnnftCosbnft)nftdtf(t)Cos(2T2b0nTT0f(t)dtC22Annnba 13第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking
11、Networking technotechno;ogyogy基本概念基本概念 频域图（频率频域图（频率-最大振幅图）最大振幅图）l把把f(t)各次谐波的振幅各次谐波的振幅An按照频率高低依次排列起来所按照频率高低依次排列起来所形成谱状图形称为信号形成谱状图形称为信号f(t)的频谱图。的频谱图。信号带宽信号带宽l信号频域图所覆盖的频率范围称为信号的绝对带宽；信号频域图所覆盖的频率范围称为信号的绝对带宽；l我们将信号大部分能量集中的那段频带称为信号的有我们将信号大部分能量集中的那段频带称为信号的有效带宽，简称为效带宽，简称为带宽带宽(bandwidth)；l任何信号都有一定的带宽。任何信号都有一定
12、的带宽。14第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy常见信号的带宽常见信号的带宽 话音信号话音信号l话音信号的标准带宽为话音信号的标准带宽为300Hz3400Hz 音乐信号（音乐信号（CD音质）音质）l要求的带宽是要求的带宽是20Hz 20KHz 电视信号电视信号(PAL或或NTSC制式制式)l电视信号的带宽约为电视信号的带宽约为4.2MHz 单稳脉冲信号单稳脉冲信号l其带宽为无穷大其带宽为无穷大 二进制信号二进制信号(数字信号数字信号)l一般说来，任何数字信号都具有无限带宽，但它们不得不一般说来，任何数
13、字信号都具有无限带宽，但它们不得不被近为有限带宽信号被近为有限带宽信号l数字信号的带宽依赖于数字信号的带宽依赖于“0”、“1”序列以及数字编码方序列以及数字编码方式式15第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.2.2 信道的截止频率与带宽信道的截止频率与带宽 任何信号通过信道时都会发生衰减，从而引起信号任何信号通过信道时都会发生衰减，从而引起信号失真。失真。信道对不同频率的信号其衰减幅度是不相同的；一信道对不同频率的信号其衰减幅度是不相同的；一般来说，频率越高的信号，其衰减幅度越大。般来说，频率越高的
14、信号，其衰减幅度越大。我们把信号在经过信道时其中某个频率分量的振幅我们把信号在经过信道时其中某个频率分量的振幅衰减到原来的衰减到原来的0.707(即信号的能量衰减到原来的一半即信号的能量衰减到原来的一半)时所对应的频率称为信道的时所对应的频率称为信道的截止频率截止频率fc(cut-off frequency)，即信道的带宽。即信道的带宽。任何信道都有任何信道都有fc，信道的截止频率或带宽是信道的截止频率或带宽是由其固有由其固有的物理特性决定的。的物理特性决定的。16第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy
15、信道截止频率信道截止频率 0.707 fAfc 0.707 fAf1 f2f2(a)单通滤波器(b)双通滤波器17第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy数据传输率与带宽数据传输率与带宽 信道的带宽决定对其通过信号的带宽，因而对于有限带信道的带宽决定对其通过信号的带宽，因而对于有限带宽信道必须限制信号的带宽宽信道必须限制信号的带宽(有限带宽信号有限带宽信号)；而带宽越；而带宽越受限制，失真越严重，接收器产生差错的概率越大；受限制，失真越严重，接收器产生差错的概率越大；信号的数据传输率越高，其有效带宽就越大
16、；要求传输信号的数据传输率越高，其有效带宽就越大；要求传输系统的带宽越大，费用就越高；系统的带宽越大，费用就越高；为了保证数字数据传输的正确性，在信道带宽一定为了保证数字数据传输的正确性，在信道带宽一定(鉴鉴于经济上和实现上的原因于经济上和实现上的原因)的情况下，必须限制信号的的情况下，必须限制信号的带宽，即限制数据传输率；带宽，即限制数据传输率；知道信道带宽并不能完全说明其所能支持的数据传输率知道信道带宽并不能完全说明其所能支持的数据传输率到底有多大？但就一般而言，信道的所能支持的数据传到底有多大？但就一般而言，信道的所能支持的数据传输率与其带宽成正比。输率与其带宽成正比。18第二章第二章
17、数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.2.3 信道的最大数据传输率信道的最大数据传输率 任何实际应用的传输信道都是有限带宽信道。任何实际应用的传输信道都是有限带宽信道。信道信道带宽带宽的限制是由传输介质的限制是由传输介质(信道信道)的物理特性决定的物理特性决定的；或者可能是发送器故意限制了带宽，以防止干的；或者可能是发送器故意限制了带宽，以防止干扰或为了多路复用。扰或为了多路复用。数字传输的目标就是尽可能有效利用给定带宽数字传输的目标就是尽可能有效利用给定带宽(有效有效性性)，这意味着我们希望在给定带宽条件下尽可
18、能提，这意味着我们希望在给定带宽条件下尽可能提高高数据传输率数据传输率，同时又将，同时又将误码率误码率限制在某个范围内限制在某个范围内(可靠性可靠性)。限制我们达到上述目标的主要不利因素是限制我们达到上述目标的主要不利因素是噪声噪声(热噪热噪声、交调噪声、串扰和脉冲噪声声、交调噪声、串扰和脉冲噪声)。19第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy基本概念基本概念带宽带宽(bandwidth)噪声噪声(noise)误码率误码率(error rate)调制速率或信号速率调制速率或信号速率(signal rate
19、)数据传输率数据传输率(data rate)20第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy波特率与比特率波特率与比特率 基本概念基本概念l调制速率（单位：调制速率（单位：baud）u码元速率，信号单元速率，码元速率，信号单元速率，波特率波特率u数字信号电平改变的速率，取决于数字编码的特性。数字信号电平改变的速率，取决于数字编码的特性。l数据传输率（单位：数据传输率（单位：bps）u信息速率，信息速率，比特率比特率u信号每秒钟传输的二进制位数。信号每秒钟传输的二进制位数。l两者的关系两者的关系V2log波特率
20、比特率 VRRBb2log21第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyNyquist定理定理 Nyquist推导出带宽为推导出带宽为H的的理想理想(无噪声无噪声)信道的最大信道的最大数据传输率为（带宽为数据传输率为（带宽为H的理想信道，其可承受的的理想信道，其可承受的最大码元速率是最大码元速率是2*H）Rmax=2H*log 2V(bps)其中其中V为为离散信号的个数或电压值的个数离散信号的个数或电压值的个数 例子例子l一个带宽为一个带宽为3000Hz的无噪声话音信道在传输的无噪声话音信道在传输二进制信号
21、二进制信号时其最大数据传输率不超过时其最大数据传输率不超过6000bpsl方法：方法：提高信号编码能力，增大提高信号编码能力，增大V的数值的数值22第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyShannon定理定理 Shannon推导出对于带宽为推导出对于带宽为H，信噪比为信噪比为S/N的有噪声信的有噪声信道，其最大数据传输率道，其最大数据传输率Rmax为为Rmax=H*log 2(1+S/N)(bps)l其中信号功率与噪声功率的比值称为信噪比其中信号功率与噪声功率的比值称为信噪比(Signal-to-Noi
22、se Ratio)；我们一般使用我们一般使用10log10S/N分贝分贝(dB)来表示信噪比来表示信噪比 例子例子l一个带宽为一个带宽为3000Hz，信噪比为信噪比为35dB(S/N为为3165)的话音信道其的话音信道其最大数据传输率不超过最大数据传输率不超过34.86Kbpsl方法：方法：增加线路带宽或改进信噪比增加线路带宽或改进信噪比23第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.3 传输介质传输介质 有线介质有线介质l双绞线双绞线l同轴电缆同轴电缆l光纤光纤 无线介质无线介质l无线电无线电l微波（大
23、地微波、卫星微波）微波（大地微波、卫星微波）l红外线（毫米波）红外线（毫米波）24第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.3.1 双绞线双绞线 屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP（IBM）lType 1或或Type 2 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP（EIA/TIA）lCat 1 电话线；电话线；lCat 2 ISDN或或T1/E1线路线路；lCat 3 10Mbps或或100Mbps以太网电缆；以太网电缆；lCat 5 100Mbps以太网电缆以太网电缆；l特点特点u距离距离100米米u使用使用RJ-45接
24、头接头25第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.3.2 同轴电缆同轴电缆26第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy基带电缆和宽带电缆基带电缆和宽带电缆 基带电缆（基带电缆（10 Mbps）l粗缆粗缆u非中继传输距离非中继传输距离500米米u需要使用收发器和收发电缆需要使用收发器和收发电缆uAUI接口接口l细缆（便宜的同轴电缆）细缆（便宜的同轴电缆）u非中继传输距离非中继传输距离185米米uBNC接口接口 宽带
25、电缆（宽带电缆（CATV电缆电缆）lCable Modem（宽带接入）宽带接入）27第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.3.3 光纤光纤 传输与计算的比较传输与计算的比较lCompution：每每10年增长年增长1个数量级个数量级lCommunication：每每10年增长年增长2个数量级个数量级 带宽带宽l频率范围：频率范围：180370 THzl数据传输率数据传输率：100*10Gbps=1 Tbpsu原因：光原因：光/电、电电、电/光转换的速度跟不上光转换的速度跟不上u光电子技术光电子技术/
26、光子技术光子技术 通过光纤中光的波长通过光纤中光的波长l0.85m/1.3m/1.55 m (250 300THz)28第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy光反射原理光反射原理29第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy光纤及光缆构成光纤及光缆构成30第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy单模光纤和多模光纤单模光纤和多模光
27、纤 单模光纤（单模光纤（single-mode fiber）l使用激光源使用激光源l中继距离中继距离100公里公里l内芯直径较小内芯直径较小u直径为直径为810m m/125 m m 多模光纤（多模光纤（multi-mode fiber）l使用普通发光二极管作为光源使用普通发光二极管作为光源l中继距离中继距离2公里公里l内芯直径稍大内芯直径稍大u直径为直径为62.5m/125m/125m m31第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy单模光纤与多模光纤的比较单模光纤与多模光纤的比较项目单模光纤多模光纤距离
28、长短数据传输率高低光源激光发光二极管信号衰减小大端接较难较易造价高低32第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy光纤的特点光纤的特点 优点优点l高带宽、高数据传输率高带宽、高数据传输率l对对EMI、窃听不敏感（安全、可靠）窃听不敏感（安全、可靠）l抗腐蚀抗腐蚀l衰减小衰减小 缺点缺点l单向传输单向传输l光纤接口价格昂贵光纤接口价格昂贵l工艺复杂、安装技术复杂工艺复杂、安装技术复杂33第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogy
29、ogy2.3.4 无线介质无线介质 无线介质是指信号通过空气传输，信号不被约束无线介质是指信号通过空气传输，信号不被约束在一物理导体内在一物理导体内 无线介质实际上就是无线传输系统，主要包括无线介质实际上就是无线传输系统，主要包括l无线电无线电l微波（地面微波、卫星微波）微波（地面微波、卫星微波）l红外线红外线 无线介质只能传输模拟信号无线介质只能传输模拟信号34第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy无线电波（无线电波（1）无线电通信就是利用地面发射的无线电波通过电无线电通信就是利用地面发射的无线电波通
30、过电离层的反射而到达接收端的一种远距离通信方式离层的反射而到达接收端的一种远距离通信方式。无线电通信使用的频率一般在。无线电通信使用的频率一般在3MHz 至至1GHz。无线电波的传播特性与频率有关。在低频上，无无线电波的传播特性与频率有关。在低频上，无线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧递减。在高频上，无线电传播距离的增大而急剧递减。在高频上，无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡，还会被雨波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡，还会被雨水吸收。水吸收。35第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Net
31、working technotechno;ogyogy无线电波（无线电波（2）36第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy微波微波 对于频率在对于频率在100MHz以上的无线电波，其能量将以上的无线电波，其能量将集中于一点并沿直线传播，这就是微波。集中于一点并沿直线传播，这就是微波。微波通信是利用无线电波在对流层的视距范围内微波通信是利用无线电波在对流层的视距范围内进行信息传输的一种通信方式，它使用的频率范进行信息传输的一种通信方式，它使用的频率范围一般在围一般在1GHz至至20GHz左右。左右。由于微波
32、只能沿直线传播，所以微波的发射天线由于微波只能沿直线传播，所以微波的发射天线和接收天线必须精确对准，而且每隔一段距离就和接收天线必须精确对准，而且每隔一段距离就需要一个中继站。需要一个中继站。中继站之间的距离与微波塔的高度成正比例。对中继站之间的距离与微波塔的高度成正比例。对于于100m高的微波塔，中继站之间的距离可以达到高的微波塔，中继站之间的距离可以达到80km。37第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.4 多路复用多路复用 频分多路复用频分多路复用FDM(Frequency Division
33、Multiplexing)l主干线路的频带被划分为若干逻辑信道，每个用户独占主干线路的频带被划分为若干逻辑信道，每个用户独占某些频段；某些频段；l调频广播以及有线电视。调频广播以及有线电视。波分多路复用波分多路复用WDM(Wave Division Multiplexing)lFDM在光纤介质中的应用；在光纤介质中的应用；l光纤系统使用的衍射光栅可以是无源的。光纤系统使用的衍射光栅可以是无源的。时分多路复用时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing）l每个用户轮流瞬间地占有主干线路的整个带宽；每个用户轮流瞬间地占有主干线路的整个带宽；l在数字通信系统中，对主干线路
34、的多路复用只能采用在数字通信系统中，对主干线路的多路复用只能采用TDM，因为数字信号的频谱有可能占居整个信道带宽。因为数字信号的频谱有可能占居整个信道带宽。38第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyFDM（1）39第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyFDM（2）通道（1）通道（2）通道（3）通道（4）通道（5）通道（6）多路复用器MUX多路复用器MUX源1源2源3源4源5源6目标1目标2目标3目标4目标5目标6
35、40第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyWDM41第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy脉码调制脉码调制PCM(a)模拟语音信号(b)采样后的脉冲信号(c)编码后的数字信号(d)解码后的脉冲信号(e)恢复后的模拟语音信号Tt(a)t(c)111010001110101t(b)t(d)t(e)电压范围（V）0.50.70.30.50.10.3-0.10.1-0.3-0.1-0.5-0.3-0.7-0.5-0.9-
36、0.7量化（十进制）32101234编码（二进制）011010001000111110101100表 2-1模拟电压量化与编码42第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy数字编码数字编码101100高H低L“1”高电平“0”低电平中间跳“0”上跳“1”下跳中间总有跳变“0”开头跳高H低L高H低L（a）不归零制（NRZ）编码（b）曼切斯特编码（c）差分曼切斯特编码43第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyTDM（1）
37、44第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyTDM（2）2多路复用器MUX源1源2源3源4源5源6多路复用器MUX目标1目标2目标3目标4目标5目标63 45 61 2 3 4 51645第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy同步同步TDMABCDt0t1t2t3A0B0B1C1A3C3D346第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;og
38、yogy同步同步TDM和统计和统计TDMA0B0 C0 D0A1B1 C1D1 A2B2 C2 D2A3 B3 C3D3t0帧t1帧t2帧t3帧同步TDM技术中的时隙与数据原t0帧原t1帧原t3帧地址数据数据数据数据数据数据数据地址地址地址地址地址地址统计TDM 技术中的时隙与数据A0B0B1C1A3C3D347第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyCCITT标准（标准（T1系列）系列）48第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechn
39、o;ogyogyPDH数字传输系统数字传输系统 系统类型 一次群 二次群 三次群 四次群 五次群 符号 E1 E2 E3 E4 E5 话路数 30 120 480 1920 7680 中国及欧洲 A 律体制 数据率(Mb/s)2.048 8.448 34.368 139.264 565.148 符号 T1 T2 T3 T4 话路数 24 96 672 4032 北美 律体制 数据率(Mb/s)1.544 6.312 44.736 274.176 日本 数据率(Mb/s)1.544 6.312 32.064 97.728 49第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking
40、Networking technotechno;ogyogy2.5 数据交换技术数据交换技术 电路交换电路交换(Circuit Switching)l传统电话网传统电话网 报文交换报文交换(Message Switching)l电报系统电报系统 分组交换分组交换(Packet Switching)lX.25网网50第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy电路交换电路交换 原理原理l在采用电路交换技术的网络中，传输双方在数据传输在采用电路交换技术的网络中，传输双方在数据传输之前要建立一条物理电路，该物理电路
41、一直保持到双之前要建立一条物理电路，该物理电路一直保持到双方通话结束后才释放。方通话结束后才释放。特点特点l电路交换技术有两大优点，第一是传输延迟小，唯一电路交换技术有两大优点，第一是传输延迟小，唯一的延迟是物理信号的传播延迟；第二是一旦电路建立的延迟是物理信号的传播延迟；第二是一旦电路建立，便不会发生数据传输冲突。，便不会发生数据传输冲突。l电路交换的缺点首先是建立物理电路所需的时间比较电路交换的缺点首先是建立物理电路所需的时间比较长；其次是在电路交换系统中，电路的带宽是预先分长；其次是在电路交换系统中，电路的带宽是预先分配的。配的。51第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Net
42、working Networking technotechno;ogyogy报文交换报文交换 原理原理l报文交换不事先建立电路，当发送方有数据要发送时报文交换不事先建立电路，当发送方有数据要发送时，它把要发送的数据当作一个整体交给中间交换设备，它把要发送的数据当作一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的输出线将数据转发给下一个中间交换设备，直到适的输出线将数据转发给下一个中间交换设备，直到将数据发送到目的结点。将数据发送到目的结点。特点特点l不限制报文的大小，这就有可能要求各个中间结点必不限制报文的大小，这就有可能
43、要求各个中间结点必须使用磁盘等外设来缓存较大的数据块。须使用磁盘等外设来缓存较大的数据块。l报文转发可能会长时间占用线路，导致报文在中间结报文转发可能会长时间占用线路，导致报文在中间结点的延迟非常大，这使得报文交换技术不适合交互式点的延迟非常大，这使得报文交换技术不适合交互式通信。通信。52第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy分组交换分组交换 原理原理l是报文交换技术的改进是报文交换技术的改进l在分组交换网中，将用户的数据划分成一个个分组在分组交换网中，将用户的数据划分成一个个分组(packet)，而
44、且分组的大小有严格的上限，这样使得分而且分组的大小有严格的上限，这样使得分组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中。组可以被缓存在交换设备的内存而不是磁盘中。特点特点l吞吐率较高，非常适合于交互式通信。吞吐率较高，非常适合于交互式通信。实现方式实现方式l数据报数据报(Datagram)u每个每个Packet单独寻址，单独寻址，IP数据报数据报l虚电路虚电路(Virtual Circuit)u在传输双方先建立一条虚电路，所有在传输双方先建立一条虚电路，所有Packet沿着同一条虚电沿着同一条虚电路到达目的地：路到达目的地：X.25/FR/ATM53第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识
45、Networking Networking technotechno;ogyogy三者的比较三者的比较54第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy电路交换和分组交换的比较电路交换和分组交换的比较 带宽分配带宽分配l电路交换技术静态预留线路带宽（物理电路）；而电路交换技术静态预留线路带宽（物理电路）；而分组分组交换技术交换技术动态申请和释放线路、带宽（虚电路）。动态申请和释放线路、带宽（虚电路）。透明性透明性l电路交换是完全透明的。发送方和接收方可以使用任何电路交换是完全透明的。发送方和接收方可以使用任何速
46、率速率(当然是在物理线路支持的范围内当然是在物理线路支持的范围内)、帧格式来进行、帧格式来进行数据通信。而在分组交换中，发送方和接收方按一定的数据通信。而在分组交换中，发送方和接收方按一定的数据速率和帧格式进行通信。数据速率和帧格式进行通信。计费方式计费方式l在电路交换中，通信费用取决于通话时间和距离，而与在电路交换中，通信费用取决于通话时间和距离，而与通话量无关；而在分组交换中，通信费用主要按通信流通话量无关；而在分组交换中，通信费用主要按通信流量量(如字节数如字节数)来计算，适当考虑通话时间和距离。来计算，适当考虑通话时间和距离。55第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Netw
47、orking Networking technotechno;ogyogy2.6 调制解调器调制解调器56第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.6.1 调制方式调制方式57第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy正交幅度调制正交幅度调制58第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogy2.6.2 Modem标准标准 传输速率传输
48、速率(9600bps,14.4kbps,33.6kbps,56kbps)调制方式调制方式(调幅、调频、调相、正交幅度调制调幅、调频、调相、正交幅度调制)数据压缩数据压缩lCCITT规范规范：CCITT V.42bis规范，使用规范，使用Huffman编码技编码技术术lMNP(Microcom Networking Protocol)规范规范：MNP 5可以可以实现实现2：1的压缩比，的压缩比，MNP 7的压缩比可以达到的压缩比可以达到3：1。差错控制差错控制lCCITT规范规范：CCITT V.42规范规范lMNP 规范：规范：MNP 10级是功能非常齐全的差错控制协议，级是功能非常齐全的差错
49、控制协议，用于向蜂窝电话这样的噪声环境。用于向蜂窝电话这样的噪声环境。物理接口物理接口(RS-232-C，RS-449，V.35)59第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyITU有关有关Modem的标准的标准 ITU V.22 bis 2400bps ITU V.274800bps ITU V.32 9600bps32-QAM(4+1)ITU V.32bis14.4kbpsQAM (64points)ITU V.33 14.4Kbps 128-QAM(6+1)ITU V.3428.8kbps12bits
50、/Sample ITU V.34bis33.6kbps14bits/Sample ITU V.42bisCompress ITU V.90 56kbps60第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyV.32Figure 6-2861第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno;ogyogyV.33Figure 6-2962第二章第二章 数据通信基础知识数据通信基础知识 Networking Networking technotechno
