工业数据通信基础课件.ppt

1、第章工业数据通信基础2.1 2.1 数据传输方式数据传输方式2.1.1 2.1.1 单工、全双工和半双工传输单工、全双工和半双工传输 单工传输单工传输(simplex transmission)全双工传输全双工传输(duplex transmission)半双工传输半双工传输(half-duplex transmission)2.1.2 2.1.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输1.1.同步同步 同步包含了两个方面的要求：同步包含了两个方面的要求：接收方基准时钟起始位置必须和收到的位串的起始位置对准,即帧同步、字符同步；接收方基准时钟要和位串每一位对准,即位同步。实现帧同步和字符同步的方

2、法：实现帧同步和字符同步的方法：一般是在帧和字符前后增加标志字符和标志位。实现位同步有两种方法：实现位同步有两种方法：外同步（时钟信号线、数据传输线）;内同步（时钟和数据一起编码）。2.1.2 2.1.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续1)1)2.2.异步传输异步传输 (asynchronous transmission)通信双方使用独立的定位时钟通信双方使用独立的定位时钟,但要事先约定好但要事先约定好同样同样的传输速率的传输速率,以便进行以便进行位同步位同步；以字符为单位进行数据传输以字符为单位进行数据传输,每一个字符前后各加一每一个字符前后各加一个个起始位起始位和一个和一个停止

3、位停止位,以便实现以便实现字符同步字符同步；异步传输速率异步传输速率常有：常有：300、600、1 200、2 400、3 600、9 600和和19 200 b/s；RS-232C接口接口,使用异步传输方式。使用异步传输方式。2.1.2 2.1.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续2)2)图图3.1 异步传输异步传输 的字符格式的字符格式 起始位起始位“0”,1比特：比特：标志着字符的开始标志着字符的开始,引起引起接收方的注意接收方的注意,准备接收后面的有效字符；准备接收后面的有效字符；停止位停止位“1”,12比特：比特：标志着传送字符的结束标志着传送字符的结束,使接收方有一个缓冲

4、处理的时间；使接收方有一个缓冲处理的时间；Bit1Bit7是是7比特的字符：比特的字符：有有5、6、7及及8比特；比特；奇偶校验位奇偶校验位:易于实现易于实现,编码效率高编码效率高,但只能检但只能检测出奇数个错而不能检测出偶数个错。测出奇数个错而不能检测出偶数个错。起始位起始位Bit1 Bit2 Bit3 Bit4Bit5Bit6 Bit7Bp停止位停止位2.1.2 2.1.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续3)3)3.3.同步传输同步传输(synchronous transmission)数据不是以字符而是数据不是以字符而是以帧以帧(frame)为单位为单位进行进行传送；传送；帧

5、同步帧同步：帧定界符帧定界符；位同步位同步：通信双方使用：通信双方使用同一时钟同一时钟发送与接收；发送与接收；适用于适用于快速的和较大规模快速的和较大规模的信息传输，的信息传输，以太网以太网中应用；中应用；2.1.2 2.1.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续4)4)3.3.同步传输同步传输(synchronous transmission)(续续1)同步传输有同步传输有两种方式两种方式：面向字符和面向位。：面向字符和面向位。面向字符面向字符的同步传输方式：的同步传输方式：20世纪60年代采用的传输方式;通信链路上所传送的数据是由选定的字符集中字符所组成,如ASCII码字符集;不仅

6、正文由字符集中的字符组成,控制信息也是由同个字符集中若干个指定的字符组成;存在一些缺点,比如它要求所有的通信设备都要使用同样的字符代码。2.1.2 2.1.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续5)5)3.3.同步传输同步传输(synchronous transmission)(续续2)面向位面向位的同步传输方式：的同步传输方式：1974、IBM、SNA(System Network Architecture);在SNA数据链路层采用了面向位的传输规程同步数据链路控制SDLC(Synchronous Data Link Control);后来ISO把SDLC修改,称为高级数据链路控制H

7、DLC(High level Data Link Control),作为国际标准ISO3309;HDLC和SDLC具有相同的帧结构。2.1.2 2.1.2 异步传输和同步传输异步传输和同步传输(续续6)6)HDLCHDLC帧格式帧格式（图（图3.2）比特比特 8 8 8 可变可变 16 8 帧同步帧同步：在一帧的首尾附加有标识符：在一帧的首尾附加有标识符“01111110”,1,1字节字节 零比特填充法零比特填充法：数据中遇：数据中遇5个个“1”,插入插入“0”地址字段地址字段：目的地址：目的地址,全全“1”为广播为广播 控制字段控制字段:帧的性质和类型帧的性质和类型,数据帧、应答帧和数据帧、

8、应答帧和命令帧等命令帧等 帧校验序列帧校验序列FCSFCS:循环冗余校验循环冗余校验CRC码码 01111110地址地址控制控制数数 据据FCS011111102.1.3 2.1.3 频带传输与基带传输频带传输与基带传输1.1.频带传输频带传输 数字数字数据转换成数据转换成模拟模拟信号信号(调制调制),借助于借助于模模拟信道拟信道(电话系统电话系统)进行传输。进行传输。FDM(Frequency Division Multiplexing):频带传输可利用频分多路复用FDM实现多路复用,提高传输信道的利用率。基本原理是将多路数字信号的每一路用不同的载波频率进行调制,每一路信号调制后占用信道的不

9、同频段,互不重叠干扰,从而实现在一条电缆上进行多路信号的传输。2.1.3 2.1.3 频带传输与基带传输频带传输与基带传输(续续)2.2.基带传输基带传输 对应于频带传输的另一种传输方式对应于频带传输的另一种传输方式;基带基带(base band):数字数据不经调制进行编码变成的数字信号所占用的频带,频谱一般从0开始;在数字数据传输前需进行编码在数字数据传输前需进行编码,转换为数字传输转换为数字传输信号信号,然后然后用数字信道进行传输：用数字信道进行传输：即用不同的电平和波形来代表数字“0”和“1”；可利用可利用TDM(Time Division Multiplexing)实现多路实现多路复用

10、复用,提高传输信道利用率提高传输信道利用率。2.2 2.2 数据转换技术数据转换技术2.2.1 2.2.1 调制解调技术调制解调技术频带传输必须先将频带传输必须先将数字数据数字数据转换为转换为模拟信号模拟信号;调制调制(modulation),解调解调(demodulation);载波载波(carrier)：正弦波正弦波 三种调制方法：三种调制方法：*幅移键控法幅移键控法ASK（Amplitude Shift Keying）*频移键控法频移键控法FSK（Frequency Shift Keying）*相移键控法相移键控法PSK（Phase Shift Keying）S(t)=A sin(t+f

11、)图图2.3 2.3 数字数据的数字数据的3 3种调制方法种调制方法幅移键控法幅移键控法ASK/ASK/幅度调制法幅度调制法:容易容易受增益变化受增益变化的影响；的影响；调制解调器很少采用调幅方式。调制解调器很少采用调幅方式。频移键控法频移键控法FSK/FSK/频率调制法频率调制法:一般情况下一般情况下,“1”载波频率变为载波频率变为f+f0,“0”载波频载波频率变为率变为f-f0,其中其中f为中心频率为中心频率,f0为频移量；为频移量；实现简单实现简单,可靠性高可靠性高,用于用于频率不高频率不高的调制解调器；的调制解调器；一个例子：美国一个例子：美国Bell-103 modem。图图3.42

12、.2.1 2.2.1 调制解调技术调制解调技术纠错码(error-correcting code),可以纠错的编码C(x)=xr K(x)+R(x)=G(x)Q(x)+R(x)+R(x)在光纤使用早期,各电话公司有自己的专用光纤TDM主干线路。码多项式：C(x)=Cn-1xn-1+Cn-2xn-2+C1x+C0SONET TDM:用相位跳变表示数字0/1（正跳变/负跳变）。容易受增益变化的影响；数字数据已有了1/0码值区别,为何不直接使用高/低电平加到物理信道上传输,而要编码呢?须外同步方式,增加投资；Bit1Bit7是7比特的字符：有5、6、7及8比特；选32个5B码中至少有两个1的编码,F

13、DDI在光纤中传输的光信号至少发生两次跳变,4B/5B(4 out of 5）编码若余数为零,则认为传输无误；N可以是3、4、6、8、12、16和64等。分组在发送时必须标上表示顺序的标志,以便在目的结点重组。5/125、100/140 m等,4 波分多路复用WDM/DWDM频带传输必须先将数字数据转换为模拟信号;载波(carrier)：正弦波图图3.4 频率调制解调器频率调制解调器Bell-103(1170100Hz及 2150 100Hz1)采用采用全双工全双工的传输方式；的传输方式；在每个通道上在每个通道上,通信双方都可以主动地启动一次通信过程。通信双方都可以主动地启动一次通信过程。相位

14、调制法相位调制法:二相二相调制调制(图图3.3c)：相位是反相的相位是反相的,差差180度。度。四相四相调制调制(表表3.1)：八相八相调制调制(表表3.2)：数字数据数字数据00011011相位（度）相位（度）090180270数字数据数字数据000001010 011100101110111相位（度）相位（度）0 45901351802252703152.2.1 2.2.1 调制解调技术调制解调技术(续续)2.2.2 2.2.2 编码解码技术编码解码技术 编码（编码（coding）意义）意义：有利于接收端有利于接收端区分区分 0 与与 1;传输信号中传输信号中携带时钟携带时钟;充分利用信道

15、充分利用信道,达到更高的数据传输速率。达到更高的数据传输速率。编码方法：编码方法：不归零制不归零制编码；编码；(差分差分)曼彻斯特曼彻斯特编码编码;4B/5B(4 out of 5）编码编码;多进制多进制编码编码。数字数据已有了数字数据已有了1/0码值区别码值区别,为何不直接使用为何不直接使用高高/低电平加到物理信道上传输低电平加到物理信道上传输,而要编码呢而要编码呢?2.2.2 2.2.2 编码解码技术编码解码技术 (续续1)1)1.1.不归零制编码不归零制编码（Non-Return to Zero Coding）用不同的电平信号表示用不同的电平信号表示0/1,+5V表示“1”,0V表示“0

16、”(单极性码),+5V表示“1”,-5V表示“0”(双极性码)。信号占满整个码元宽度信号占满整个码元宽度,中间不归零。中间不归零。问题：问题：难以区分0与1；须外同步方式,增加投资；直流分量：造成传输线路的电压漂移,导致信号的畸变,难以使用交流耦合的器件与电路。2.2.2 2.2.2 编码解码技术编码解码技术(续续2)2)2.2.曼彻斯特编码曼彻斯特编码（Manchester Coding）以太网使用；以太网使用；用相位跳变表示数字用相位跳变表示数字0/1（正跳变（正跳变/负跳变）负跳变）。优点：优点：自带时钟码自带时钟码（self-clocking-code);相位的跳变容易判断容易判断0/

17、1;无直流分量无直流分量。缺点：缺点：传输效率减少了一半减少了一半,100Mb/s的数据传输速率需要有200Mbaud的码元传输速率。2.2.2 2.2.2 编码解码技术编码解码技术(续续3)3)3.3.差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码（Differential M.C.）令牌环令牌环使用；使用；在每一数据位的中间也有一个跳变在每一数据位的中间也有一个跳变,只用来生成只用来生成同步时钟信号同步时钟信号,不用跳变的相位表示数字不用跳变的相位表示数字“0”和和“1”;每位开始有无跳变每位开始有无跳变(有有/无无)表示数字表示数字0/1;在解码过程在解码过程,只要把前一位的后半位和本位的前只要把前一

18、位的后半位和本位的前半位进行半位进行“异或异或”,相同相同“1”；不同不同“0”。图图3.5 数字数据编码数字数据编码2.2.2 2.2.2 编码解码技术编码解码技术(续续4)4)4.4.4B/5B(4 out of 5）编码编码 FDDI使用；使用；4B/5B编码将欲发送的数据流编码将欲发送的数据流每每4比特比特作为作为一组一组,然后将每组按然后将每组按4B/5B编码规则转换成编码规则转换成相应的相应的5B码码;优点：优点：选32个5B码中至少有两个1的编码,FDDI在光纤中传输的光信号至少发生两次跳变,选32个5B码中没有连续的个的编码,保证接收端时钟提取,易于同步。2.2.2 2.2.2

19、 编码解码技术编码解码技术(续续4)4)4.4.4B/5B(4 out of 5）编码编码 5B码和码和4B码的对照情况：码的对照情况：代表符号代表符号 4B码码 5B码码 代表符号代表符号 4B码码 5B码码 0 0000 11110 8 1000 10010 1 0001 01001 9 1001 10011 2 0010 10100 A 1010 10110 3 0011 10101 B 1011 10111 4 0100 01010 C 1100 11010 5 0101 01011 D 1101 11011 6 0110 01110 E 1110 11100 7 0111 01111

20、 F 1111 11101 2.2.2 2.2.2 编码解码技术编码解码技术(续续4)4)4.4.4B/5B(4 out of 5）编码编码 一般形式为一般形式为mBnB，mn，把，把m比特一组比特一组的二进制码用的二进制码用n比特的代码组来表示比特的代码组来表示;4B/5B、5B/6B、8B/10B等等;100Mb/s的双绞线以太网的双绞线以太网100BaseTX也使用也使用4B/5B编码。编码。193b125 s=1.3 同步光纤网SONET/SDH(续)不归零制编码（Non-Return to Zero Coding）虚电路(virtual circuit)方式:采用全双工的传输方式；虚

21、电路与电路交换非常相似的3个传输步骤:传输效率减少了一半,100Mb/s的数据传输速率需要有200Mbaud的码元传输速率。代表符号 4B码 5B码 代表符号 4B码 5B码在电路上加入一个适当长度的天线,电磁波便可以有效地通过天线广播,在距离天线一定范围内可以被接收器收到；采用全双工的传输方式；当光照到它时会产生电流。实现位同步有两种方法：比特 8 8 8 可变 16 8分类：基带同轴电缆,宽带同轴电缆*相移键控法PSK（Phase Shift Keying）3 同步光纤网SONET/SDH单模光纤 single-mode fiber：C(x)=xr K(x)+R(x),(n-1)次。外同步

22、（时钟信号线、数据传输线）;3以太网介质访问控制帧中采用的CRC校验生成多项式。2.2.2 2.2.2 编码解码技术编码解码技术(续续5)5)5.5.多进制编码多进制编码 四四进制：进制：码元状态数码元状态数4；M进制：进制：码元状态数码元状态数M；四四/M（M=2n）进制码每个码元携带了）进制码每个码元携带了2/n 比特数据比特数据。图图3.5 图图2.5 四进制基带传输信号四进制基带传输信号2.3 2.3 多路复用技术多路复用技术 多路复用多路复用(Multiplexing)由来由来:铺设、维护高带宽干线和低带宽线路的成本是基铺设、维护高带宽干线和低带宽线路的成本是基本相同的本相同的。基本

23、方式基本方式 频分多路复用频分多路复用 FDM 时分多路复用时分多路复用 TDM 例子：广播例子：广播 频分：若干电台频分：若干电台 时分：同个电台的不同节目（音乐、广告）时分：同个电台的不同节目（音乐、广告）2.3 2.3 多路复用技术多路复用技术(续续)在计算机网络系统中在计算机网络系统中：数字传输系统,主要使用时分多路复用技术TDM；采用同步光纤网SONET的TDM,已达到10Gb/s；近十年来,人们对多路复用技术的研究又由电信号的时分多路复用转向光信号的波分多路复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)。码分多路复用码分多路复用/码分多址：码分多址：

24、CDMA(Code Division Multiplexing Address)；根据码型(波形)结构的不同实现信号的复用；主要应用于卫星通信和移动通信中。2.3.1 2.3.1 频分多路复用频分多路复用FDM FDM(续续)频分多路复用频分多路复用FDMFDM：以频率作为信号分割的参量,信道频带分成若干频段,每路信号占其中一段。电话系统中电话系统中:每路电话信号的带宽是每路电话信号的带宽是300Hz300Hz3400Hz3400Hz；当多个通道复合到一起时当多个通道复合到一起时,每个通道分配每个通道分配 4000Hz4000Hz作为标准带宽；作为标准带宽；在各路信号间留有在各路信号间留有防护

25、带防护带避免串扰；避免串扰；图图3.73.7示意了示意了FDMFDM如何将如何将3 3个话音通道个话音通道复合在一复合在一起。起。图图3.7 频分多路复用频分多路复用FDM2.3.2 2.3.2 时分多路复用时分多路复用TDM TDM 时分多路复用时分多路复用:频分多路复用频分多路复用FDMFDM只用于模拟通信只用于模拟通信；发达国家的电话主干已经数字化发达国家的电话主干已经数字化,TDM,TDM用于用于数数字数据传输字数据传输,越来越广泛地被采用；越来越广泛地被采用；以以时间时间作为信号分割参量作为信号分割参量,一帧分成一帧分成若干时若干时隙隙,每路信号占其中每路信号占其中一个时隙一个时隙。

26、2.3.2 2.3.2 时分多路复用时分多路复用TDM TDM 现代数字电话系统现代数字电话系统：模拟传输模拟传输:用户电话机用户电话机本地回路本地回路电话系统端局电话系统端局;数字传输数字传输:端局编码解码器端局编码解码器(codec)(codec)数字化。数字化。电话系统三大组成部分：电话系统三大组成部分：2.3.2 2.3.2 时分多路复用时分多路复用TDM TDM(续续)脉冲代码调制脉冲代码调制PCMPCM(Pulse Code modulation):一种数字化方法一种数字化方法:取样、量化和编码取样、量化和编码 ;举例：一个模拟信号的举例：一个模拟信号的4 4个采样值个采样值0.9

27、0.9、3.13.1、8.68.6和和13.2 13.2 量化为量化为1 1、3 3、9 9和和13 13 编码为：编码为：00010001、00110011、10011001和和1101;1101;PCMPCM是现代数字电话系统的核心。是现代数字电话系统的核心。编码解码器编码解码器:每秒采样每秒采样80008000次次,即即125125 s/s/次次；根据根据采样定理采样定理足够捕获足够捕获4kHz4kHz电话信道带宽的信息；电话信道带宽的信息；电话系统中几乎所有的时间间隔都以电话系统中几乎所有的时间间隔都以125125 s s为基数。为基数。2.3.2 2.3.2 时分多路复用时分多路复用

28、TDM TDM(续续)数字电话主干数字电话主干 TDM:125125s s长度的一帧分为若干时隙长度的一帧分为若干时隙,每个时隙传送每个时隙传送不同的话路信号。不同的话路信号。T1线路线路:北美、日本北美、日本,24路话音通道；路话音通道；24路路8b/路路+1b=193b；193b125 s=1.544Mb/s；T1(4)T2(7)T3(6)T4 8b/路：路：7b b数据数据,1b b信令信号信令信号,用于控制用于控制；1b:用于分帧用于分帧。可以通过不同的路径传输；带宽小的信道会限制信号部分频率成分的传输,使之衰减失真。T1(4)T2(7)T3(6)T4为了在模拟网上传输数字信号,需要把

29、进入网络的比特流模拟信号,并把网络输出信号比特流；4 频率调制解调器Bell-103(1170100Hz及 2150 100Hz1)4B/5B、5B/6B、8B/10B等;虚电路与电路交换非常相似的3个传输步骤:四/M（M=2n）进制码每个码元携带了2/n 比特数据。传输信号中携带时钟;差分曼彻斯特编码（Differential M.幅移键控法ASK/幅度调制法:2 编码解码技术(续4)适用于快速的和较大规模的信息传输，以太网中应用；N可以是3、4、6、8、12、16和64等。微波(microwave)传输2 异步传输和同步传输(续1)CMAX=BMAXlog2 MCMAX=BMAXlog2

30、M3 光纤（fiber）用相位跳变表示数字0/1（正跳变/负跳变）。2.3.2 2.3.2 时分多路复用时分多路复用TDM TDM(续续)E1线路线路:其他地区、中国其他地区、中国,32路；路；32路路8b/路路=256b；256b125 s=2.048Mb/s；E1(4)E2(4)E3(4)E4(4)E5 32路：路：3030个通道用于数据个通道用于数据,2 2个通道用于信令。个通道用于信令。图图3.8 T1线路的时分复用帧线路的时分复用帧PCM PCM 的改进的改进 差分脉冲编码调制差分脉冲编码调制Differential Pulse Code Modulation 输出是当前值和前一次的

31、差输出是当前值和前一次的差 表示表示 16（只要（只要5bit）增量脉冲编码调制增量脉冲编码调制Delta Modulation 只表示只表示1的变化的变化 信号变化过快时，可能会跟不上信号变化过快时，可能会跟不上增量调制增量调制 Delta ModulationDelta Modulation2.3.3 2.3.3 同步光纤网同步光纤网SONET/SDHSONET/SDH 在光纤使用早期在光纤使用早期,各电话公司有自己的各电话公司有自己的专用光纤专用光纤TDM主干线路主干线路。1989年由年由美国国家标准局美国国家标准局产生了统一的标准：产生了统一的标准：同步光纤网同步光纤网 SONET(S

32、ynchronous Optical Network)。CCITT也参与了标准化工作并产生一系列也参与了标准化工作并产生一系列CCITT建议建议:同步数字分级结构同步数字分级结构 SDH(Synchronous digital hierarchy)2.3.3 2.3.3 同步光纤网同步光纤网SONET/SDH SONET/SDH(续续)同步传输模式：同步传输模式：一个一个TDMTDM帧承载的多路话音信号在所有帧中所占帧承载的多路话音信号在所有帧中所占的时隙的时隙位置固定不变位置固定不变,有规律有规律。由一个由一个高精度主时钟控制高精度主时钟控制,精度为精度为1010-9-9,SONETSONE

33、T线路上的比特以极其线路上的比特以极其精确的间隙发送精确的间隙发送。异步传输模式异步传输模式ATMATM(Asynchronous Transfer Mode)(Asynchronous Transfer Mode)：当当信元交换信元交换后来成为宽带综合业务数字网后来成为宽带综合业务数字网B-ISDNB-ISDN (Broadband-Integrated Services Digital(Broadband-Integrated Services Digital Network)Network)的基础时的基础时,它允许在时隙中它允许在时隙中不规律不规律地存地存放各通道的信元。放各通道的信元。

34、2.3.3 2.3.3 同步光纤网同步光纤网SONET/SDH SONET/SDH(续续)一级同步传输信号一级同步传输信号STS-1：基本的SONET信道；相应的光信号为1级光载波OC-1；8b/byte810byte/帧8000帧/s=51.84 Mb/s。N级同步传输信号级同步传输信号STS-N:相应的光信号为N级光载波OC-N；N:3、9、12192等,数据传输速率为:155.52、466.56、622.089953.28 MHz。2.3.3 2.3.3 同步光纤网同步光纤网SONET/SDH SONET/SDH(续续)N级同步传输模块级同步传输模块STM-N(Synchonous Tr

35、ansfer Module-level N)：标准信号块；STM-1为155.52Mb/s(相当于SONET的STS-3)；STM-N数据传输速率按STM-1(155.52Mb/s)的N倍定义：N可以是3、4、6、8、12、16和64等。后来,ATM标准中定义速率为155.52Mb/s和622.08Mb/s,其目的是和SONET兼容,以便在SONET的OC-3和OC-12干线上传送ATM信元。2.3.4 2.3.4 波分多路复用波分多路复用WDM/DWDMWDM/DWDMSONET TDM:一根光纤上传输一根光纤上传输一个波长一个波长（一种频率）的光信号。（一种频率）的光信号。WDM(Wave

36、lenth Division Multiplexing)：一根光纤上传输多个一根光纤上传输多个不同波长不同波长的光信号的光信号,发送端将发送端将多个光信号多个光信号复合复合,接收端接收端分离分离。2.3.4 2.3.4 波分多路复用波分多路复用WDM/DWDMWDM/DWDMWDM(Wavelenth Division Multiplexing)：概念上概念上WDM和和FDM相同相同,但但WDM是对是对光信号光信号的的复合和分离复合和分离,而而FDM是对是对电信号电信号。全双工传输(duplex transmission)控制字段:帧的性质和类型,数据帧、应答帧和命令帧等光纤直径小到一个光波波

37、长，光延直线传播CMAX=BMAXlog2 M4B/5B(4 out of 5）编码不会出现分组乱序的情况。在SNA数据链路层采用了面向位的传输规程同步数据链路控制SDLC(Synchronous Data Link Control);WDM(Wavelenth Division Multiplexing)：在较低频率,无线电波能轻易地通过障碍物,但是能量随着与信号源距离的增大而急剧减小；C=W log2(1+S/N)52Mb/s(相当于SONET的STS-3)；4B/5B、5B/6B、8B/10B等;带宽：取决于铜线的粗细和传输距离。调制解调器很少采用调幅方式。四/M（M=2n）进制码每个码

38、元携带了2/n 比特数据。实现位同步有两种方法：HDLC帧格式（图3.CMAX=BMAXlog2 M2.3.4 2.3.4 波分多路复用波分多路复用WDM/DWDMWDM/DWDM(续续)密集波分多路复用密集波分多路复用DWDM(Dense WDM):同一个波段中通道间隔较小的WDM；目前使用1.5251.565m的波段；衰减小,可达 160路10 Gb/s;光波之间的间隔是1.6nm,0.8nm甚至更小更密集。IP over DWDM：DWDM和高速交换式路由器的IP技术结合；高速交换式路由器借鉴ATM高速交叉开关技术实现接口之间高速互连,端口速率可以达到2.5Gb/s甚至10Gb/s；激发

39、了对全光交换设备及光互联网的研究。2.4 2.4 数据交换技术数据交换技术数据交换技术：数据交换技术：网络中的两个结点要通信时,在双方之间建立一条物理的或逻辑的通道,称为链路。在通信结束后这条链路又拆掉,释放所占用的线路资源,以供其他通信使用。需要在网络中有一些交换设备,将数据由一个结点向另一个结点传输：电话网络中交换机；计算机网络中的路由器等。是大规模的网络特别是广域网中采用的技术。2.4 2.4 数据交换技术数据交换技术常用的交换技术：常用的交换技术：电路交换；报文交换；分组交换；异步传输模式等高速交换技术。2.4.1 2.4.1 电路交换（电路交换（circuit switchingci

40、rcuit switching）通过物理设备来实现的传输线路的转换,在通信的双方建立一条专用的传输线路;电话系统是最典型的电路交换的例子,通话的双方的电话机通过交换机连通,双方通过连通的专用线路通话。2.4.1 2.4.1 电路交换（电路交换（circuit switchingcircuit switching）优点优点:数据传输可靠、迅速、不易丢失,收方收到的数据的顺序保持发方发送数据的顺序。缺点缺点:线路的利用率不高。2.4.2 2.4.2 报文交换（报文交换（message switchingmessage switching）报文交换报文交换(message switching):以报

41、文为单位的存储转发的传输方式;报文是一次传输的信息块(1个程序/数据块等);存储转发:first store then forward。特点：特点：线路可被多个传输所用；收方可处于不可用状态；一对多和优先级的传输；中间结点转发中可进行差错校验和处理；传输延时大。2.4.3 2.4.3 分组交换（分组交换（packet switchingpacket switching）分组交换方式分组交换方式:以分组(packet)为单位的存储转发传输方式。接收队列、发送队列2.4.3 2.4.3 分组交换（分组交换（packet switchingpacket switching）优势优势(将长报文分割成短

42、分组多次传输将长报文分割成短分组多次传输):):由于分组长度小,在转接过程中可以缓存于转发计算机内存中；分组在各转发结点同时被存储转发,被并行处理,降低了整体的传输时间；可以通过不同的路径传输；对于传输中的错误,只需要重发出错的包,而不必重发整个报文,因此提高了差错控制的效率。2.4.3 2.4.3 分组交换（分组交换（packet switchingpacket switching）分组交换分组交换:数据报分组交换;虚电路分组交换。数据报数据报(datagram)方式方式:connectionless oriented;每个分组的传输都是独立寻径,同一报文的不同分组虽然是去同一个目的站,但它

43、们可能经过不同路径,而经过每条路径的传输时间可能不同;分组在发送时必须标上表示顺序的标志,以便在目的结点重组。2.4.3 2.4.3 分组交换（分组交换（packet switchingpacket switching）虚电路虚电路(virtual circuit)方式方式:connection-oriented 图图3.9 每个分组传输都使用同一条路径传输;不会出现分组乱序的情况。虚电路虚电路与电路交换非常相似的3个传输步骤:发方发送1个呼叫分组,收方做出应答建立连接;一次寻径多次使用;传输完成便释放连接。不同之处:非物理线路连接,而是指定了1条传输通道；不是专用的。2 时分多路复用TDM缺

44、乏有经验的工程技术人员数字数据转换成模拟信号(调制),借助于模拟信道(电话系统)进行传输。connectionless oriented;宽带不同与基带的特点之一：因此,500MHz带宽的电缆可以获得几Gb/s的数据传输率。计算机网络中广泛应用。线对外面有网状金属屏蔽层,3 0011 10101 B 1011 10111光纤 极细的玻璃纤维光纤外包有玻璃或塑料包层,与光纤性质不同；HDLC帧格式（图3.1974、IBM、SNA(System Network Architecture);缺乏有经验的工程技术人员零比特填充法：数据中遇5个“1”,插入“0”即用不同的电平和波形来代表数字“0”和“1

45、”；微波(microwave)传输2 异步传输和同步传输(续1)计算机网络中的路由器等。*相移键控法PSK（Phase Shift Keying）图图3.9 数据交换方式示意图数据交换方式示意图2.4.4 2.4.4 高速交换技术高速交换技术(续续)异步传输模式异步传输模式ATM(Asynchronous Transfer Mode):信元信元(cell)(cell)交换交换,53,53个字节个字节,长度固定且很短长度固定且很短,用硬用硬件电路进行处理件电路进行处理,缩短了处理的时间；缩短了处理的时间；转发站转发站不进行差错检验和控制不进行差错检验和控制；面向连接面向连接;可达到可达到几百几百

46、M-2.2Gb/sM-2.2Gb/s 传输速率传输速率;宽带综合业务数字网宽带综合业务数字网B-ISDN.B-ISDN.2.5 2.5 差差 错错 校校 验验 误码率误码率Pc：衡量信道传输质量的一个重要参数；衡量信道传输质量的一个重要参数；数据的二进制码被传错的概率数据的二进制码被传错的概率,当传输的总二进当传输的总二进制码数很大时制码数很大时,可近似为：可近似为：Pc错误接收的二进制码数错误接收的二进制码数/接收的总二进制码数接收的总二进制码数 减少误码率途径：减少误码率途径：提高线路和传输设备的性能和质量提高线路和传输设备的性能和质量,这依赖于更这依赖于更大的投资和技术进步；大的投资和技

47、术进步；另一方面是采用差错控制另一方面是采用差错控制。2.5 2.5 差差 错错 校校 验验差错控制差错控制:采用某种手段去采用某种手段去校验校验传输差错传输差错,发现发现传输错误并采用传输错误并采用重发技术等去重发技术等去纠正纠正错误；错误；发现差错甚至能纠正差错的常用方法是对被传送的发现差错甚至能纠正差错的常用方法是对被传送的信息进行适当的编码：信息进行适当的编码：检错码检错码(error-detecting code),能校验差错的编码纠错码纠错码(error-correcting code),可以纠错的编码 差错控制用得最广泛的方法还是发差错控制用得最广泛的方法还是发检错码检错码,称称

48、反馈重反馈重发纠错发纠错。2.5 2.5 差差 错错 校校 验验 在局域网络技术中在局域网络技术中常用的检错码：常用的检错码：循环冗余校验循环冗余校验CRC码码(Cyclic Redundancy Check)码多项式：码多项式：C(x)=Cn-1xn-1+Cn-2xn-2+C1x+C0 由：由：信息码信息码(k位位)：码多项式：码多项式 K(x),(k-1）次；）次；校验码校验码(r位位)：码多项式：码多项式 R(x),(r-1）次；）次；可得：可得：CRC码码(n=k+r 位位),码多项式码多项式C(x)：C(x)=xr K(x)+R(x),(n-1)次。次。只要求得只要求得校验码校验码R

49、(x)即可。即可。2.5 2.5 差差 错错 校校 验（续）验（续）校验码校验码R(x)计算方法计算方法:发方由已知的发方由已知的信息码信息码K(x)求求校验码校验码R(x):R(x)=xr K(x)G(x)的的 r 位余数位余数 除法用无借位减除法用无借位减(异或异或)G(x):给定的给定的生成多项式生成多项式(generator polynomial)示例示例由由 K(x)求求 R(x)示例示例信息位串：信息位串：1011001生成多项式：生成多项式：11001得到余数：得到余数：10102.5 2.5 差差 错错 校校 验（续）验（续）收方校验：收方校验：收到的收到的C(x)除以生成多项

50、式的除以生成多项式的G(x):若若余数为零余数为零,则认为传输则认为传输无误无误；若若余数不为零余数不为零,则认为检验出传输则认为检验出传输差错差错。证明如下：证明如下：设设xr K(x)除以除以G(x)的商为的商为Q(x),则则 xr K(x)=G(x)Q(x)+R(x)C(x)=xr K(x)+R(x)=G(x)Q(x)+R(x)+R(x)=G(x)Q(x)-整除整除2.5 2.5 差差 错错 校校 验（续）验（续）广泛采用的生成多项式：广泛采用的生成多项式：CRC-12,CRC-16,CRC-CCITT,CRC-32;CRC-16是HDLC规程中使用的CRC校验生成多项式;CRC-32是