1、第第1章章 计算机网络概述计算机网络概述 1.5 数据通信基础数据通信基础 数据通信基础知识通信系统模型调制解调器PC 机公用电话网调制解调器数字比特流数字比特流模拟信号模拟信号 正文正文源系统目的系统传输系统PC 机输出信息m传输系统输入信息m发送的信号S(t)源点发送器接收器噪声输入数据d(t)接收的信号r(t)输出数据d(t)终点通信系统通信系统模型(续1)源系统 源点它是生成数据的设备。如计算机输出的数字比特流。发送器通常源点生成的数据要通过发送器编码后才能够成为在传输系统中进行传输的电磁信号。典型的发送器是调制器，它将计算机输出的数字比特流转换成可在电话网上传输的模拟信号。传输系统
2、传输线或网络系统。目的系统 接收器接收来自传输系统的信号，并将其转换成终点可处理的信息。典型的接收器是解调器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，还原出发送端产生的数字比特流。终点获取来自接收器数据的设备。1-信息、数据和信号1、信息 通信是在源点与终点之间传递信息。信息和消息是两个不同概念的名词。消息是指能向人们表达客观物质运动和主观思维活动的文字、符号、数据、语音和图像等。它具有两个特点为：能被通信双方所理解；可以相互传递。信息是指包含在消息中对通信者有意义的内容。消息是信息的载体，消息中可能包含有信息。信息、数据和信号2、数据 数据是对某一事实的不经解释并赋予一定含义的数字、字母、文字
3、等符号及其组合的原始表达。是消息的一种表示形式，是传达某种意义或信息的实体。当信息被表示为数据时，数据中就包含了信息。因此，信息可以通过解释数据来产生。数据分为模拟数据和数字数据。模拟数据在一段时间内具有连续的值(如声音等)，而数字数据则具有离散的值(如文本等)。信息、数据和信号3、信号信号的分类 信号是数据的具体表示形式。目前常用的是电信号。对数据通信有用的几种分类方法。(1)模拟信号与数字信号 (2)连续信号与离散信号 (3)随机信号与确定信号 (4)周期信号与非周期信号信息、数据和信号信号的特性 信号的特性表现在时间特性和频率特性两个方面。时间特性主要指信号随时间变化的特性。信号随时间变
4、化的表现包含了信号的全部信息量。频率特性是指信号可用频谱函数来表示的特性。频谱函数表征信号的各频率成分，以及各频率成分的振幅和相位。2-传输信道1、信道概述 广义信道 将传输媒体和完成各种形式的变换功能的设备都包含在内的信道。根据具体的研究对象和关心的问题，可定义不同类型的广义信道。如调制信道、编码信道等。狭义信道 仅指传输媒体的信道。广义信道（编码信道）传输系统源点编码器调制器载波机载波机解调器解码器终点狭义信道广义信道（调制信道）传输信道 信道的功能具有两面性：它既为信号提供传输通路，又对信号造成损害(如衰减和畸变)。实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）发送信号波形接收信号波形发送信
5、号波形实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形 数字信号通过实际信道的两种情况 有失真，尚可识别 失真大，无法识别 传输信道 信道和电路是两个不同的概念。它是电路的逻辑部件。通常用来表示某一个方向传送信息的媒体，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。传输信道信道分类(1)模拟信道和数字信道 按照信道上传输的信号种类分为：模拟信道 允许传输波形连续变化的模拟信号的信道。其传输特性可用等效的四端网络传输函数 来表示。模拟信道又可分为恒参信道和变参信道。其质量可用失真和输出信噪比来衡量。数字信道 只允许传输离散取值的数字信号的信道。其质量可用差错率和差错序列的统计特性来衡量。
6、传输信道(2)单工、半双工和全双工信道 按照信道上信号传送方向与时间的关系分为：单工信道 半双工信道 全双工信道(3)专(租)用信道和公用信道 按照使用信道的方法分为：专用信道 公用信道2-传输信道(续4)(4)有线信道和无线信道 按照信道采用传输媒体的不同分为：有线信道 以有形的导向传输媒体(如双绞线、同轴电缆、光缆)为传输媒体的信道。无线信道 以非导向传输媒体(如宇宙空间)为传输媒体的信道。利用现有信道来实现数据传输是一种既经济又可行的方案，但必须了解信道的特点，以及它对传输数据信号的影响和限制。2-传输信道(续5)2、信道容量 对于给定的信道环境，传输速率与误码率有何关系？或者说，在一定
7、的误码率条件下，传输速率是否存在一个极限值？信息论证明了这个极限值的存在，并称其为信道容量。信道容量 对于给定的信道环境，在传输差错率(即误码率)趋向零的情况下，单位时间内可以传输的信息量。或者信道容量是信道在单位时间里所能传输的最大速率。其单位是比特/秒(bit/s)。2-传输信道(续6)(1)模拟信道的信道容量 香农定律指出：在信号平均功率受限的高斯白噪声信道中，计算信道容量的理论公式为)1(NSBlbC(2-6)(b/s)上式中，是信道带宽，以Hz为单位；是平均信号噪声功率比，为信号功率，为噪声功率。这里的噪声为正态分布的加性高斯白噪声。高斯白噪声在整个频域具有均匀分布的功率谱密度及噪声
8、的概率密度函数服从高斯分布(正态分布)。BNS/SN2-传输信道(续7)香农公式的重要结论：任何一条信道都有其信道容量。如信源的传输速率小于或等于信道容量，则理论上就存在一种编码方法，使得进行无差错传输。信道容量与带宽和信噪比有关。增加带宽可以提高信道容量，从而改善通信质量。这就是常用的带宽互换功率的方法。编码和调制是实现带宽与信噪比互换的手段。如果B，则信道容量 并不会趋向于无限大，而是趋于常数 。这里 为单位频带内的噪声功率。如考虑到信道容量是传输的信息量I与传输时间t之比，则香农公式可改写为 。说明B和T之间也存在某种互换关系。C0/44.1nS0n)/1(NSTBlbI2-传输信道(续
9、8)(2)数字信道的信道容量 奈奎斯特认为，即使是理想信道（无噪声、无码间干扰），它的传输能力也是有限的。对于一条有限带宽、无噪声的理想信道信道容量的计算公式：M是被传输信号的取值状态数。上式表明，对于给定的带宽可以通过增加信号取值的状态数来提高信道容量。但这将会加重接收器的负担。也即在每个信号码元时间内，必须从M个可能的状态中区分出一个状态来。同时，传输线上的噪声和其他损伤也将会限制的实际取值。BlbMC2(2-10)(b/s)2-传输信道(续9)3、传输方式和传输速率(1)传输方式 基带传输和频带传输 按照传输系统在传输数据信号过程中是否搬移其频谱，传输方式可分两类：基带传输 指不搬移信号
10、频谱的传输体制。频带传输 指利用调制解调器搬移信号频谱的传输体制。之所以搬移频谱是为了适应信道的频率特性。2-传输信道(续10)串行传输和并行传输 按照传输数据的时空顺序，传输方式可分为两类：串行传输 指数据在一个信道上按位依次传输的方式。其特点是：所需线路数少，投资省，线路利用率高；在发送和接收端需要分别进行并/串和串/并转换；收发之间必须实施同步。适用于远距离数据传输。并行传输 指数据在多个信道上同时传输的方式。其特点是：在终端装置和线路之间不需要对传输代码作时序变换；需要n条信道的传输设施，故其成本较高。适用于要求传输速率高的短距离数据传输。2-传输信道(续11)串行传输接收端发送端01
11、001010并/串转换串/并转换01001100并行传输发送端接收端2-传输信道(续12)异步传输和同步传输 在串行传输时，发收双方必须实现的同步有三种，即比特同步、字符同步和块(或帧)同步。其实现方法可分为两类：异步传输01010010起始位停止位线路空闲1个字符传送方向2-传输信道(续13)同步传输同步标志帧信息传送方向帧信息同步标志 异步/同步传输的区别是：异步传输的发送器的接收器的时钟是不同步的，而同步传输两者的时钟是同步的。2-传输信道(续14)单工、半双工和全双工 按照数据信号在信道上的传送方向与时间的关系，传输方式可分为三类：单工 指两个站之间只能沿一个指定的方向传送数据信号。半
12、双工 指两个站之间可以在两个方向上传送数据信号，但不能同时进行。又称“双向交替”模式。全双工 指两个站之间可以在两个方向上同时传送数据信号。2-传输信道(续15)(a)单工通信(单向通信)(b)半双工通信(双向交替通信)(c)全双工通信(双向同时通信)A站A站A站B站B站B站2-传输信道(续16)(2)传输速率 传输速率指单位时间内传送的信息量，是衡量数据通信系统传输能力的一个重要指标。常用的有两种传输速率：调制速率(或波特率、码元速率)表示信号在调制过程中，单位时间内信号波形的变换次数。其单位是波特。在数据通信中，单位调制信号波被称为码元，因而调制速率也可定义为每秒钟传输的信号码元个数，所以
13、调制速率又称为码元传输速率(简称码元速率)。TRB/1(Baud)(2-11)2-传输信道(续17)数据信号速率(或传信率、比特率)指单位时间内通过信道的信息量。其单位是比特/秒。式中，n 为并行传输的通路数；Ti为第 i 路单位调制信号波的时间长度(s)；Mi为第 i 路调制信号波的状态数。常用的数据信号速率的单位还有 1 kb/s1000b/s，1Mb/s1000kb/s，1 Gb/s1000Mb/s，1Tb/s1000Gb/s。调制速率与数据信号速率的关系MRRBb2loginiiblbMTR11(b/s)(2-12)计算机网络的性能指标1、速率 速率是计算机网络中最重要的一个性能指标。
14、指计算机网络中的主机在信道上单位时间内传输的数据量。其单位是b/s(bit/s或bps)。有时也用kb/s，Mb/s，Gb/s 等。又称数据率(data rate)或比特率(bit rate)。比特(bit)是计算机中数据量的单位，也是信息论中使用的信息量的单位。bit 来源于binary digit，意思是一个“二进制数字”，因此一个比特就是二进制数字中的一个 1 或 0。速率指的是额定速率或标称速率。它与许多因素（如主机的处理能力、信道容量、信道的拥塞状况等）有关。计算机网络的性能指标2、带宽带宽(bandwidth)原指某个信号所占有的频带宽度。单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。过去通信
15、线路传送模拟信号，通信线路允许传送的信号频率范围称为线路的带宽。如话音信号的带宽是3.1kHz(300Hz 3400Hz)。如今网络的通信线路传送数字信号，带宽表示网络的通信线路传送数据的能力，即从网络中的某一点到另一点所能达到的最高数据传输速率，单位是比特/秒(b/s)。更常用的单位是：千比/秒或kb/s(103 b/s)；兆比/秒或Mb/s(106 b/s)；吉比/秒或Gb/s(109 b/s)和太比/秒或Tb/s(1012 b/s)。数字信号流随着时间的变化关系 在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每秒 106 个比特时间1 0 1 0 1 11 s带宽为1 Mb/s 时间每秒 4
16、106 个比特0.25 s带宽为4 Mb/s 计算机网络的性能指标3、吞吐量 吞吐量(throughput)指单位时间内通过某个网络(或信道、接口)的数据量，其单位是比特/秒(b/s)。有时也可用字节/秒(B/s)或帧/秒。吞吐量常用于对某个实际网络的进行性能测试。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。如100M以太网，典型的吞吐量仅为70Mb/s。计算机网络的性能指标4、时延 指数据(一个报文或分组或比特)从网络(或链路)的一端传送到另一端所需要的时间。时延由四个部分组成：(1)发送时延(transmission delay)指主机或路由器发送数据帧所需要的时间，也就是从发送数据帧的第一
17、个比特算起，到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。也称传输时延。发送时延=数据帧长度（比特）信道带宽（比特/秒）(2)传播时延 指电磁波在信道中传播一定距离所花费的时间。例：自由空间中电磁波的传播速率为3.0105km/s 铜线电缆中电磁波的传播速率为2.3105km/s 光缆中电磁波的传播速率为2.0105km/s 注意：发送速率和信号在信道上的传播速率是两个完全不同的概念。传播时延=信道长度（米）电磁波在信道上的传播速率（米/秒）(3)处理时延 指主机或路由器为处理分组所花费的时间。包括分析分组的首部、从分组中提取数据部分、进行差错检验或查找适当的路由等。(4)排队时延指分组进入路由器后
18、，需先在输入队列中排队等待处理，以及处理完毕后在输出队列中排队等待转发的时间。排队时延的长短往往与网络中当时的通信量有关。当网络的通信量很大时，会发生队列溢出，使分组丢失，这相当于处理时延为无穷大。注意：上述哪一种时延在总时延中占主导地位，必须具体分析。数据在网络中经历的总时延就是传输时延、传播时延和处理时延和排队时延之和：总时延=发送时延+传播时延+处理时延+排队时延发送时延传播时延发送器处理时延结点B100110101101010010 输入队列结点A输出队列处理器排队时延传播时延发送时延处理和排队时延时间 tA站B站 例：一个长度为100MB(M表示220=1048576)的数据块在带宽
19、为1Mb/s(M表示106)，长度为的光1000km的光缆信道上传输时的各种时延：发送时延 10010485768/106=838.9s 传播时延 1000km为5ms，1km为5s（传播速率为2.0105km/s）处理时延视计算机处理速度而定。结论：总时延基本上取决于发送时延。往返时延 往返时延 RTT(Round-Trip Time)表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认应答所经历的时延。如果接收端收到数据后立即发送确认，这相当于传播时延的两倍。例：设某段链路的传播时延为20ms，则它的往返时延RTT40ms。在复杂的互联网中，往返时延应包括各中间结点的处理时延和转发数据的
20、发送时延。计算机网络的性能指标5、时延带宽积 时延带宽积是指时延与带宽之乘积。时延带宽积=传播时延 带宽(传播)时延链 路带宽 链路的时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。相当于管道的体积，表示该链路中可以容纳的比特数。5、时延带宽积 例：设某段链路的传播时延为20ms，带宽为10Mb/s。则时延带宽积为2010-310106=20105 bit。它表示，若发送端连续发送数据，则在发送的第一个比特即将到达终点时，发送端已经发送了20万个比特，这20万个比特正在链路上传输。计算机网络的性能指标6、利用率 利用率分为信道利用率和网络利用率。信道利用率指在规定时间内信道上用于传输数据时间的比例。完
21、全空闲的信道的利用率是零。网络利用率指全网络的信道利用率的加权平均值。通常，信道利用率力求高些，但并非越高越好。时延与网络利用率的关系 根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速增加。若令 D0 表示网络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0之间的关系：UDD10U 是网络的利用率，数值在 0 到 1 之间。时延 D利用率 U10D0时延急剧增大时延与利用率的关系一些拥有较大主干网的ISP都把信道利用率控制U 控制在50%以内，否则就要采取扩容措施，增大线路的带宽。传输信道(续18)4、传输损伤 被传输的数据信
22、号在数据通信系统的端到端连接的每个环节都可能受到伤害，ITU称这种伤害为传输损伤。误码(Error)指在信号传输过程中码元发生的差错，即接收与发送数字信号之间单个数字之间的差异。抖动(Jitter)指码元出现的时刻随时间频繁地变化，也就是各有效瞬间相对于理想时间位置的短时偏移。漂移(Wander)指码元各有效瞬间相对于理想时间位置的长期缓慢偏移。传输信道(续21)5、传输质量(1)衰减和增益 当信号沿传输媒体传播时，其部分能量转换成热能或被传输媒体所吸收，而导致信号强度不断减弱或增强的现象。D=10lg(P2/P1)=20lg(V2/V1)=20lg(I2/I1)注意：单位是分贝dB，分贝是相
23、对差别的度量。系统中某些点的功率电平可用绝对功率来表示，其单位是dBm。m表示以1mW为参考的功率单位。信号功率电平也可用相对于某个基准点的电平来表示，其单位是dBr。r 表示相对的意思。传输信道(续22)(2)失真 信号通过传输系统时，其波形可能发生畸变的现象。衰减失真(或振幅失真)由衰减随频率的变化而引起的失真。衰减失真来源于电缆及系统中的滤波器。相位失真(或群延时失真)由线路的相位-频率特性的非线性或不同频率分量的传播速度不一致所引起的失真。上述失真对数据传输的主要影响是使得码元信号波形展宽，从而引起码间串扰现象。传输信道(续23)(3)畸变 衰减和失真是引起信号波形畸变的主要原因。畸变
24、有两种：规则畸变和不规则畸变。规则畸变 信号波形按一定的法则有规律地发生的代码畸变。偏畸变 正偏使“1”时间伸长，而“0”时间缩短。负偏使“1”时间缩短，而“0”时间伸长。特性畸变 正特性畸变使短“1”和短“0”两者都伸长。负特性畸变使短“1”和短“0”两者都缩短。不规则畸变 信号波形无规律地发生的代码畸变。传输信道(续24)(4)噪声和干扰 在数据信号的传输过程中，所引入的一些额外的非期望信号。传输信道(续26)噪声对数据信号传输的影响传输信道(续27)(5)信噪比 指信号通路某一点上的信号功率与混在信号中的噪声功率之比值。NSPPNSlg10(dB)(2-19)信噪比一般是在接收端测量。信
25、噪比越高，意味着噪声的含量越低，接收端易于从接收到的信号中恢复出初始信号，同时也意味着可使用较少的中继转发器。传输信道(续28)(6)误码率 平均误码率 指单位时间内接收到的出错码元数占总码元数中的比例。nnPee(2-20)式中，ne表示系统传统出错的码元数，n表示系统传输的总码元数。平均误码率与选择的测量时间有关。在日常的维护测试中，ITU-T规定测试时间为15min。传输信道(续29)(6)误码率(续)误码秒平均时间百分数 ITU-T建议用一个相当长的时间(TL=1个月)内确定的平均误码率(BER)超过某一误码阈值(BERth)和各个时间间隔（T0）的平均百分数来度量误码损伤的严重程度。
26、若取T0=1s，BERth=0，当BERBERth时，则称为误码秒。ITU要求误码秒平均时间百分数不得超过8%。若取T0=1s，BERth=110-3，当BERBERth时，则称为严重误码秒。ITU要求严重误码秒平均时间百分数低于0.2%。传输信道(续30)(7)频带利用率 指单位传输带宽所能实现的传输速率。频带利用率是描述数据传输速率与带宽之间关系的一个指标。在衡量数据通信系统的效率时，既要考虑到传输速率，又要考虑到传输信号所占用频带宽度。或BRB(baud/Hz)BRb(bit/(sHz)(2-21)1.5 数据通信基础数据通信基础本节主要内容本节主要内容 1.5.2 数据通信方式数据通信
27、方式 1.5.3 多路复用技术多路复用技术 1.5.4 差错控制差错控制1.5.2 理解数据通信方式理解数据通信方式 在计算机网络中，从不同的角度看有多种在计算机网络中，从不同的角度看有多种不同的通信方式。本任务学习、掌握并行不同的通信方式。本任务学习、掌握并行通信和串行通信以及单工、半双工和全双通信和串行通信以及单工、半双工和全双工通信的基本概念。工通信的基本概念。补充：补充：1、并行通信和串行通信并行通信和串行通信 并行通信并行通信 并行通信是指多个数据位同时在设备之间进行传并行通信是指多个数据位同时在设备之间进行传输。并行通信输。并行通信可同时传送多个二进制位可同时传送多个二进制位，一般
28、适，一般适用于短距离、要求传输速度高的场合，常用于计用于短距离、要求传输速度高的场合，常用于计算机内部各部件之间的数据传输。计算机内部采算机内部各部件之间的数据传输。计算机内部采用并行数据通信线路总线。用并行数据通信线路总线。串行通信串行通信 串行通信是指串行通信是指一次只有一个数据位在设备之间传一次只有一个数据位在设备之间传输输。串行传输信道将一个由若干位二进制数表示。串行传输信道将一个由若干位二进制数表示的字按位进行有序的传输，串行通信常用于计算的字按位进行有序的传输，串行通信常用于计算机与计算机或与外部设备之间的数据传输。机与计算机或与外部设备之间的数据传输。2、单工、半双工和全双工通信
29、单工、半双工和全双工通信串行通信的方向性结构串行通信的方向性结构按照信号在信道上传送方向与时间的关系按照信号在信道上传送方向与时间的关系 单工通信单工通信 通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个固定方通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个固定方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送方向。计算机和打印机之间通信方向。计算机和打印机之间通信 全双工通信全双工通信 数据可以同时沿相反的两个方向双向传输。这是数据可以同时沿相反的两个方向双向传输。这是计算机通信常用的方式，可大大
30、提高传输速率。计算机通信常用的方式，可大大提高传输速率。半双工通信半双工通信 信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送信号，即两个方向的传输只能只允许单方向传送信号，即两个方向的传输只能交替进行，不能同时进行。对讲机、步话机交替进行，不能同时进行。对讲机、步话机3、同步传输和异步传输、同步传输和异步传输 同步是指在数据通信系统中，当发送端与接收端同步是指在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信时，通信双方交换数据时需要有高采用串行通信时，通信双方交换数据时需要有高度的协同动作，彼此间传输数据的速率、每个比度的协同动作，彼此间传输
31、数据的速率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同。特的持续时间和间隔都必须相同。通常使用的同步技术有异步传输和同步传输两种通常使用的同步技术有异步传输和同步传输两种 1同步传输同步传输 同步传输（同步传输（Synchronous Transmission）又称同）又称同步通信，采用位同步（即按位同步）技术，以固定步通信，采用位同步（即按位同步）技术，以固定的时钟频率串行发送数字信号。通信双方必须建立的时钟频率串行发送数字信号。通信双方必须建立准确的同步系统，并在其控制下发送和接收数据。准确的同步系统，并在其控制下发送和接收数据。在传输的数据块前加入控制字在传输的数据块前加入控制字符符SYN，双方
32、以同一，双方以同一时钟频率工作。数据传输效率比较高，一般用在时钟频率工作。数据传输效率比较高，一般用在高高速传输数据速传输数据的系统中。包括比特同步和数据块（字的系统中。包括比特同步和数据块（字符）同步两种方式。符）同步两种方式。通信设备简单、便宜，但传输效率较低（因为开始通信设备简单、便宜，但传输效率较低（因为开始位和停止位的开销所占比例较大）位和停止位的开销所占比例较大）同步传输的两种方式：同步传输的两种方式：（1）外同步：发送端在发送数据前）外同步：发送端在发送数据前先向接收端发先向接收端发送送一串用于一串用于同步的时钟脉冲同步的时钟脉冲，接收端收到同步信，接收端收到同步信号后，对其进行
33、频率锁定，然后以同步频率为准号后，对其进行频率锁定，然后以同步频率为准接收数据。接收数据。（2）自同步：发送端在发送数据时，将）自同步：发送端在发送数据时，将时钟脉冲时钟脉冲作为同步信号包含在数据流中作为同步信号包含在数据流中同时传送给接收端，同时传送给接收端，接收端从数据流中辨别同步信号，再据此接收数接收端从数据流中辨别同步信号，再据此接收数据。自同步传输中，据。自同步传输中，接收端是从接收到的信号波接收端是从接收到的信号波形中获得同步信号形中获得同步信号，因而称为自同步。，因而称为自同步。2异步传输异步传输 异步传输（异步传输（Asynchronous Transmission）又称）又称
34、异步通信，采用异步通信，采用“群群”同步技术。这种技术根据同步技术。这种技术根据一定的规则，将数据分成不同的群，每一个群的一定的规则，将数据分成不同的群，每一个群的大小不确定，即每个群包含的数据量也不确定。大小不确定，即每个群包含的数据量也不确定。这种技术是在位同步基础上进行的同步，要求发这种技术是在位同步基础上进行的同步，要求发送端与接收端在一个群内必须保持同步。送端与接收端在一个群内必须保持同步。异步传输方式中，通信双方各自使用独立的定位异步传输方式中，通信双方各自使用独立的定位时钟。两个字符之间的时间间隔是不固定的，而时钟。两个字符之间的时间间隔是不固定的，而在一个字符内各位的时间间隔是
35、固定的。在一个字符内各位的时间间隔是固定的。每传送每传送1个字符（个字符（5位到位到8位），都要在每个字符码前加位），都要在每个字符码前加1个个起始位，表示字符代码的开始；在字符代码和校起始位，表示字符代码的开始；在字符代码和校验码后面加验码后面加1或或2个停止位，表示字符结束。个停止位，表示字符结束。接收接收方根据起始位和停止位判断一个新字符的开始，方根据起始位和停止位判断一个新字符的开始，以保持通信双方的同步。以保持通信双方的同步。简单，有开销，速率低。简单，有开销，速率低。3同步传输与异步传输的区别同步传输与异步传输的区别（1）异步传输是面向字符的传输，而同步传输）异步传输是面向字符的传
36、输，而同步传输是面向比特的传输。是面向比特的传输。（2）异步传输的单位是字符，同步传输的单位）异步传输的单位是字符，同步传输的单位是帧。是帧。（3）异步传输通过字符起始位和停止位抓住再）异步传输通过字符起始位和停止位抓住再同步的机会，同步传输从数据中抽取同步信息。同步的机会，同步传输从数据中抽取同步信息。（4）异步传输对时序的要求较低，同步传输往）异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。往通过特定的时钟线路协调时序。（5）异步传输相对于同步传输效率较低。）异步传输相对于同步传输效率较低。1.5.3 多路复用技术多路复用技术n为为有效利用传输通信线路，可有效利用传输通信
37、线路，可以同时把多个信号送往传输介质，以同时把多个信号送往传输介质，以提高传输效率，即将多路信号以提高传输效率，即将多路信号复用在一条物理线路上。这种技复用在一条物理线路上。这种技术称为多路复用技术。术称为多路复用技术。n多个信息源共享一个公共信道，多个信息源共享一个公共信道，把多个低速信道合成一个高速信把多个低速信道合成一个高速信道的方法道的方法1频分多路复用频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing)：整个传输频带被划分为若干：整个传输频带被划分为若干个频率通道，每个用户占用一个频率通道。个频率通道，每个用户占用一个频率通道。频率通道之间留有防护频带
38、。频率通道之间留有防护频带。2时分多路复用时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing)：把时间分割成小的时间片，：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个通道（时隙），每每个时间片分为若干个通道（时隙），每个用户占用一个通道传输数据。个用户占用一个通道传输数据。(WDM,Wavelength Division Multiplexing)：整个波长频带整个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围来进行传输。长范围来进行传输。4码分多路复用（码分多路复用（CDMA）码分多路复用技术根据不同的编码来区分码分多
39、路复用技术根据不同的编码来区分各路原始信号，通过和各种多址技术结合各路原始信号，通过和各种多址技术结合产生了各种接入技术。码分多路复用技术产生了各种接入技术。码分多路复用技术是一种用于移动通信系统的技术。笔记本是一种用于移动通信系统的技术。笔记本电脑和掌上电脑等移动终端的连网通信将电脑和掌上电脑等移动终端的连网通信将会大量使用码分多路复用技术。会大量使用码分多路复用技术。1.5.4 差错控制差错控制 通信的目的是进行信息的传输。传输过程通信的目的是进行信息的传输。传输过程中任何信息的丢失或损坏，都将对通信双中任何信息的丢失或损坏，都将对通信双方产生重要的影响。因此，如何实现无差方产生重要的影响
40、。因此，如何实现无差错的数据传输是一个非常重要的问题。差错的数据传输是一个非常重要的问题。差错控制技术是实现数据可靠传输的主要手错控制技术是实现数据可靠传输的主要手段。本任务将学习差错控制技术中的段。本任务将学习差错控制技术中的差错差错控制方法控制方法和和差错控制编码差错控制编码。1差错控制差错控制所谓差错，是指在数据通信中，接收端接收的所谓差错，是指在数据通信中，接收端接收的数据与发送端发出的数据不一致的现象。差错数据与发送端发出的数据不一致的现象。差错的表现形式有失真、丢失、失序。的表现形式有失真、丢失、失序。差错控制是指数据通信过程中，发现、检测差差错控制是指数据通信过程中，发现、检测差
41、错并对差错进行纠正，从而把差错限制在数据错并对差错进行纠正，从而把差错限制在数据传输所允许的尽可能小的范围内的技术和方法。传输所允许的尽可能小的范围内的技术和方法。差错控制的主要途径：差错控制的主要途径：一是选用一是选用高可靠性的设备和传输介质高可靠性的设备和传输介质，并辅，并辅以相应的保护和屏蔽措施，以提高传输的可以相应的保护和屏蔽措施，以提高传输的可靠性；靠性；二是通过通信协议实现差错控制，在通信协二是通过通信协议实现差错控制，在通信协议中，通过议中，通过差错控制编码差错控制编码实现差错的检测和实现差错的检测和控制。控制。2差错的产生原因差错的产生原因 传输中的差错大都是由噪声引起的。传输
42、中的差错大都是由噪声引起的。随机噪声（热噪声，散弹噪声，传输媒介）随机噪声（热噪声，散弹噪声，传输媒介）引起的传输差错为随机差错。热噪声由传输引起的传输差错为随机差错。热噪声由传输介质的电子热运动产生。介质的电子热运动产生。冲击噪声（突发噪声，如雷电、开关等）冲击噪声（突发噪声，如雷电、开关等）引起的传输差错为突发差错。冲击噪声由外引起的传输差错为突发差错。冲击噪声由外界电磁干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声界电磁干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。幅度较大，是引起传输差错的主要原因。随机差错随机差错一般出错数据位不相邻，只要有相当一般出错数据位不相邻，只要有相当
43、的信噪比就较小。的信噪比就较小。突发差错突发差错一般会引起相邻多个数据位出错，需一般会引起相邻多个数据位出错，需采用差错控制方法。采用差错控制方法。3差错控制方法差错控制方法（1）前向纠错（）前向纠错（FEC，Forward Error Correction）发送端根据一定的编码规则对信息进行编码，形发送端根据一定的编码规则对信息进行编码，形成纠错码，然后通过信道传输；接收端接收到信成纠错码，然后通过信道传输；接收端接收到信息后，如果检测到接收信息有错，则通过一定的息后，如果检测到接收信息有错，则通过一定的算法，确定差错的具体位置，并自动加以纠正。算法，确定差错的具体位置，并自动加以纠正。物理
44、实现简单，无需反复重发而延误传输时间，物理实现简单，无需反复重发而延误传输时间，对实时传输有利，但是纠错设备比较复杂。无须对实时传输有利，但是纠错设备比较复杂。无须反馈信道，适合单向数字信号传输。反馈信道，适合单向数字信号传输。比较著名的前向纠错码有海明码和比较著名的前向纠错码有海明码和BCH码。码。（2）自动重发请求（）自动重发请求（ARQ，Automatic Repeat reQuest)发送端根据一定的编码规则对信息进行编发送端根据一定的编码规则对信息进行编码，形成码，形成检错码发送；检错码发送；当接收方收到后能当接收方收到后能检测出差错，检测出差错，但不能确定错误位置，但不能确定错误位
45、置，通过通过反馈信道要求发送端重发原信息，直到接反馈信道要求发送端重发原信息，直到接收端认可为止，从而实现纠错。收端认可为止，从而实现纠错。接受端无须纠错，设备简单。接受端无须纠错，设备简单。可用于双向可用于双向数据通信。数据通信。比较著名的检错码有奇偶校验码和循环冗比较著名的检错码有奇偶校验码和循环冗余码。余码。（3）反馈检验法）反馈检验法 接收端将收到的信息码原封不动地发回发接收端将收到的信息码原封不动地发回发送端，与原发信息码比较。如果发现错误，送端，与原发信息码比较。如果发现错误，则发送端重发。则发送端重发。反馈检验的方法、原理和设备都比较简单，反馈检验的方法、原理和设备都比较简单，但
46、需系统提供双向信道。但需系统提供双向信道。差错控制编码的基本思想是在被传输信息差错控制编码的基本思想是在被传输信息中增加一些冗余码，利用附加的冗余码元中增加一些冗余码，利用附加的冗余码元和信息码元之间的约束关系加以校验，以和信息码元之间的约束关系加以校验，以检测和纠正错误。检测和纠正错误。目前广泛使用的检错码有奇偶校验码和循目前广泛使用的检错码有奇偶校验码和循环冗余码环冗余码 2、差错控制编码、差错控制编码 （1）奇偶校验码）奇偶校验码 奇偶校验是最常用的差错检测方法，也是其他奇偶校验是最常用的差错检测方法，也是其他差错检测方法的基础。原理是在代码的最后一差错检测方法的基础。原理是在代码的最后
47、一位增加一位校验位后位增加一位校验位后“1”的个数成奇数（奇校的个数成奇数（奇校验）或成偶数（偶校验）。经过传输后，如果验）或成偶数（偶校验）。经过传输后，如果其中一位（包括校验位）出错，接收端按同样其中一位（包括校验位）出错，接收端按同样的规则即可发现错误。的规则即可发现错误。奇偶校验分为水平奇偶校验、垂直奇偶校验和奇偶校验分为水平奇偶校验、垂直奇偶校验和水平垂直奇偶校验水平垂直奇偶校验3种。种。1）水平奇偶校验：以）水平奇偶校验：以字符组字符组为单位，对为单位，对一组字一组字符中的相同位在水平方向进行编码校验符中的相同位在水平方向进行编码校验。数据传。数据传输还是输还是以字符为单位传输以字
48、符为单位传输，先按字符顺序进行字，先按字符顺序进行字符的传输，最后进行校验位的传输。奇偶校验位符的传输，最后进行校验位的传输。奇偶校验位与数据一起发送到接收方，接收方检测奇偶校验与数据一起发送到接收方，接收方检测奇偶校验位。对于偶校验，若接收方发现位。对于偶校验，若接收方发现1的个数为奇数，的个数为奇数，则说明发生了错误。则说明发生了错误。只有所有列都发送完毕，错误才能够完全检查出只有所有列都发送完毕，错误才能够完全检查出来，而且接收方可能不能确定哪个列出错，只能来，而且接收方可能不能确定哪个列出错，只能重发所有列，这增大了通信设备的负担。重发所有列，这增大了通信设备的负担。检错率只有检错率只
49、有50%。字符位字符1 字符2 字符3 字符4 字符5 字符6水平校验位（奇）水平校验位（偶）位111011101位200001001位301111010位411100110位510000110位601011001位710101001垂直校验位（奇）110000垂直校验位（偶）001111 2）垂直奇偶校验：以字符为单位的一种校验方）垂直奇偶校验：以字符为单位的一种校验方法。对法。对字符在垂直方向加校验位字符在垂直方向加校验位构成校验单元。构成校验单元。假设某一字符的假设某一字符的ASCII编码为编码为0011000，根据奇，根据奇偶校验规则，如果采用奇校验，则校验位应为偶校验规则，如果采用奇
50、校验，则校验位应为1，即即00110001；如果采用偶校验，校验位应为；如果采用偶校验，校验位应为0，即即00110000。垂直奇偶校验检错效果高于水平。垂直奇偶校验检错效果高于水平奇偶校验。奇偶校验。3）水平垂直奇偶校验：将前面两种校验方式结）水平垂直奇偶校验：将前面两种校验方式结合而成。在水平方向和垂直方向同时进行校验。合而成。在水平方向和垂直方向同时进行校验。（2）循环冗余码（）循环冗余码（CRC，Cyclic Redundancy Code）使用较广泛并且检错能力较强的一种检错码。使用较广泛并且检错能力较强的一种检错码。CRC的工作过程：的工作过程：在发送端按一定的算法产生一个循环冗余
