数据通信基础 第二章精品文稿.ppt

数据通信基础 第二章第1页，本讲稿共38页2.2 2.2 数据的传输方式数据的传输方式 2.2.2 2.2.2 2.2.2 2.2.2 串行传输与并行传输串行传输与并行传输串行传输与并行传输串行传输与并行传输 2.2.3 2.2.3 2.2.3 2.2.3 异步传输和同步传输异步传输和同步传输异步传输和同步传输异步传输和同步传输 2.2.1 2.2.1 2.2.1 2.2.1 信道的通信方式信道的通信方式信道的通信方式信道的通信方式 第2页，本讲稿共38页32.2.1 数据通信的方式单工、半工、半双双工和全工和全双双工工发送器发送器单工通信单工通信接收器接收器数据流数据流发送器发送器半双工通信半双工通信接收器接收器数据流数据流数据流数据流发送器发送器接收器接收器全双工通信全双工通信数据流数据流发送器发送器接收器接收器发送器发送器接收器接收器数据流数据流第3页，本讲稿共38页特特点点：主主要要用用于于近近距距离离通通信信，传传输输速速度度快快，处处理简单理简单应应用用：计计算算机机内内的的总总线线结构及结构及并行接口并行接口。42.2.2 并行传输和串行传输并并行行数数据通信据通信第4页，本讲稿共38页特点特点：节省信道，用于长距节省信道，用于长距离的数据传送，传送速度比并离的数据传送，传送速度比并行数据传送慢。在计算机之间行数据传送慢。在计算机之间若要串行数据通信，需在发送若要串行数据通信，需在发送端把端把并行转变成串行并行转变成串行，而在接收，而在接收端则把串行还原成并行。端则把串行还原成并行。应用应用：公用电话系统，计算公用电话系统，计算机中的机中的串口串口等等 52.2.2 并行传输和串行传输串行串行数数据通信据通信第5页，本讲稿共38页异步通信异步通信 以不规则数据段进行传送为特征的串行数据通信。对字符的二进制编码的通信，采用7位的ASCII码表示。异步通信的数据结构包括起始位、数据位、奇偶位和停止位几部分。62.2.3 异步传输和同步传输异异步通信和同步通信步通信和同步通信第6页，本讲稿共38页异步通信异步通信 72.2.3 异步传输和同步传输异异步通信和同步通信步通信和同步通信“M M”：10011011001101第第n n个字符个字符空闲位空闲位第第n+1n+1字符字符 0 01 10 01 10 01 10 01 11 10 0起起始始位位奇奇偶偶位位停停止止位位数据位数据位b0b0 b1b1 b2b2 b3b3 b4b4 b5b5 b6b6第7页，本讲稿共38页 同步传输同步传输 同步传输不是以字符为单位而是以数据块(帧，一组字符或比特流)为单位进行传输的。同步传输不再为数据块内的每个字符添加起始位和停止位，而是在数据块之前加上一个或多个同步字符SYN。接收端接收到SYN字符，并根据SYN来实现二进制位的同步和确定数据块的起始位。第8页，本讲稿共38页异异步通信和同步通信步通信和同步通信第9页，本讲稿共38页同步通信同步通信 效率较高，一次传送一批字符（即字符块或数据块）。10异异步通信和同步通信步通信和同步通信第10页，本讲稿共38页1 1面向字符的同步协议（面向字符的同步协议（IBMIBM的的BSCBSC协议）协议）同步通信同步通信协议第11页，本讲稿共38页PAD(01010101,85)位同步字 SYN(00010110,22)同步字符（可加1个或2个）SOH(00000001,1)标题开始 ACK(00000110,6)肯定确认STX(00000010,2)正文开始 NAK(00010101,21)否定应答ETB(00010111,23)传输块结束ITB(00010101,21)中间传输块结束ETX(00000011，3)正文结束 DLE（00010000,16)数据链路转义 EOT(00000100,4)传输结束 ENQ(00000101,5)询问 BSC协议结构构SYN SOH SYN SOH 标题 STX STX 数数据据块 ETB/ETX ETB/ETX 块校校验 第12页，本讲稿共38页SYNSYN：同步字符（Synchronous character），每帧可加1个（单同步）或2个（双 同步）同步字符。SOHSOH：标题开始（Start of Header）。标题：Header，包含源地址（发送方地址）、目的地址（接收方地址）、路由指示。STXSTX：正文开始（Start of Text）。数据块数据块：正文（Text），由多个字符组成。ETBETB:块传输结束（end of transmission block），标识本数据块结束。ETXETX：全文结束（end of text），（全文分为若干块传输）。块校验块校验：对从SOH开始，直到ETB/ETX字段的检验码。第13页，本讲稿共38页（1）IBM的同步数据链路控制SDLC协议结构 1 byte1 byte 1-2 bytes 1-2 bytes 1-2 bytes1-2 bytes Variable Variable 2 bytes2 bytes 1 1 bytebyteFlagFlag Address field Address field Control fieldControl field Data Data FCSFCS Flag Flag2 2面向面向bitbit的同步的同步协议lFlagFlag：启动和终止差错校验。lAddress fieldAddress field(目标地址字段)：包括次站 SDLC 地址，表明帧来自于主站还是次站。lControlControl：使用3种不同格式，取决于使用的 SDLC 帧类型：Information（I）frame：传递上层信息和一些控制信息。Supervisory（S）frame：提供控制信息。S 帧可以请求和挂起传输、报告状态、确认 I 帧接收。S 帧不包含信息帧（information field）。Unnumbered（U）frame：支持控制目标，无编号。U 帧用于启动次站。取决于 U 帧，其控制字段可能为1字节也可能为2字节。有些 U 帧包含信息字段。lDataData：包含路径信息单元（PIU）或交换识别（XID）信息。lFrame check sequence Frame check sequence（FCS)FCS)：优于结束标签分隔符，通常指循环冗余校验（CRC）计算余数。第14页，本讲稿共38页（2 2）ISOISO的高的高级同步同步数数据据链路控制路控制HDLCHDLC协议结构构CRCCRC即即循循环冗余校冗余校验码（Cyclic Redundancy CheckCyclic Redundancy Check）：是）：是数数据通信据通信领域域中最常用的一中最常用的一种种差差错校校验码，其特征是信息字段和校，其特征是信息字段和校验字段的字段的长度可以任度可以任意意选定。定。第15页，本讲稿共38页F场：标志场。作为一帧的开始和结束，标志字符为8位，01111110。A场：地址场。规定接收方地址，可为8的整倍位。接收方检查每个地址字节的第1位，如果为0，则后边跟着另一个地址字节。若为1，则该字节为最后一个地址字节。C场：控制场。指示信息场的类型，8位或16位。若第1字节的第1位为0，则还有第2个字节也是控制场。FC场：帧校验场。16位循环冗余校验码CRC。除F场和自动插入的“0”位外，均参加CRC计算。I场：信息场。要传送的数据。第16页，本讲稿共38页呼叫损失呼叫损失(呼损呼损)在正常情况下，用户发起呼叫后，由于网路的原因呼叫未能完成而损失的比率（呼叫损失的次数与总的呼叫次数的比值）。总的呼叫次数是指用户发起的有效呼叫次数，其中不包括由于主叫用户原因造成的呼叫损失，如用户错拨号，中途放弃（主叫早释）等。呼叫损失的次数是指由于网路原因导致呼叫没有完成的呼叫次数，其中不包括用户忙、用户无应答、用户锁定、用户关机、用户不在覆盖区、用户拒绝等。第17页，本讲稿共38页 2.3 信息及其度量信息：是消息中包含的有效内容如何度量离散消息中所含的信息量?度量信息量的原则能度量任何消息，并与消息的种类无关。度量方法应该与消息的重要程度无关。消息中所含信息量和消息内容的不确定性有关【例】1.儒林外史中范进中举后发疯 2.今天下雨 上例表明：消息所表达的事件越不可能发生，信息量就越大。第18页，本讲稿共38页 事件的不确定程度可以用其出现的概率来描述：消息出现的概率越小，则消息中包含的信息量就越大。设：P(x)消息发生的概率，I 消息中所含的信息量，则 P(x)和 I 之间应该有如下关系：I 是 P(x)的函数：I I P(x)P(x)，I ；P(x)，I；P(x)=1时，I 0；P(x)=0时，I ；满足上述3条件的关系式如下：信息量的定义度量信息量的方法度量信息量的方法第19页，本讲稿共38页上式中对数的底：若a=2，信息量的单位称为比特(bit)，可简记为b 若a=e，信息量的单位称为奈特(nat)，若 a=10，信息量的单位称为哈特莱(Hartley)。通常广泛使用的单位为比特，这时有【例例】设一个二进制离散信源，以相等的概率发送数字“0”或“1”，则信源每个输出的信息含量为 在工程应用中，习惯把一个二进制码元称作1比特 第20页，本讲稿共38页若有M个等概率波形（P=1/M），且每一个波形的出现是独立的，则传送M进制波形之一的信息量为若M是2的整幂次，即 M=2k，则有 当M=4时，即4进制波形，I=2比特，当M=8时，即8进制波形，I=3比特。第21页，本讲稿共38页对于非等概率情况设：一个离散信源是由M个符号组成的集合，其中每个符号xi(i=1,2,3,M)按一定的概率P(xi)独立出现，即 且有 则x1,x2,x3,xM 所包含的信息量分别为 于是，每个符号所含平均信息量为 由于H(x)同热力学中的熵形式相似，故称它为信息源的熵 第22页，本讲稿共38页【例例1 1】一离散信源由“0”，“1”，“2”，“3”四个符号组成，它们出现的概率分别为3/8，1/4，1/4，1/8，且每个符号的出现都是独立的。试求某消息2010201302130 01203210100321010023102002010312032100120210的信息量。【解解】此消息中，“0”出现23次，“1”出现14次，“2”出现13次，“3”出现7次，共有57个符号，故该消息的信息量 每个符号的算术平均信息量为 第23页，本讲稿共38页若用熵的概念来计算：则该消息的信息量 以上两种结果略有差别的原因在于，它们平均处理方法不同。前一种按算数平均的方法，结果可能存在误差。这种误差将随着消息序列中符号数的增加而减小。当消息序列较长时，用熵的概念计算更为方便。第24页，本讲稿共38页图图 例例ABCDFEG 2.4交换技术25第25页，本讲稿共38页(1)电路交换的三个过程电路建立：在传输任何数据之前，要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。如图2.14所示 数据传输：电路ABC建立以后，数据就可以从A发送到B，再由B交换到C；C也可以经B向A发送数据。在整个数据传输过程中，所建立的电路必须始终保持连接状态。电路拆除：数据传输结束后，由某一方（A或C）发出拆除请求，然后逐节拆除到对方节点。电路交路交换第26页，本讲稿共38页(2)电路交换技术的优缺点及其特点优点：数据传输可靠、迅速，数据不会丢失且保持原来的序列。缺点：在某些情况下，电路空闲时的信道容易被浪费：在短时间数据传输时电路建立和拆除所用的时间得不偿失。因此，它适用于系统间要求高质量的大量数据传输的情况。特点：在数据传送开始之前必须先设置一条专用的通路。在线路释放之前，该通路由一对用户完全占用。对于猝发式的通信，电路交换效率不高。第27页，本讲稿共38页第28页，本讲稿共38页(1)报文交换原理报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。报文交文交换第29页，本讲稿共38页(2)报文交换的特点报文从源点传送到目的地采用存储-转发方式，在传送报文时，一个时刻仅占用一段通道。在交换节点中需要缓冲存储，报文需要排队，故报文交换不能满足实时通信的要求。第30页，本讲稿共38页(3)报文交换的优点电路利用率高。由于许多报文可以分时共享两个节点之间的通道，所以对于同样的通信量来说，对电路的传输能力要求较低。在电路交换网络上，当通信量变得很大很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网络上，通信量大时仍然可以接收报文，不过传送延迟会增加。报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网络很难做到这一点。报文交换网络可以进行速度和代码的转换。第31页，本讲稿共38页(4)报文交换的缺点不能满足实时或交互式的通信要求，报文经过网络的延迟时间长且不定。有时节点收到过多的数据而无空间存储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文，而且发出的报文不按顺序到达目的地。第32页，本讲稿共38页 是报文交换的一种改进，它将报文分成若干个分组，每个分组的长度有一个上限，有限长度的分组使得每个节点所需的存储能力降低了，分组可以存储到内存中，提高了交换速度。分组交换有虚电路分组交换和数据报分组交换两种。分分组交交换第33页，本讲稿共38页虚电路分组交换方式虚电路分组交换方式 传送数据之前，站与站之间建立了一条传送数据之前，站与站之间建立了一条路径路径，但但不是独占不是独占的。分组在网络节点中仍需的。分组在网络节点中仍需缓冲缓冲。数据报分组交换方式数据报分组交换方式 各个节点需要为每个分组作路径选择，各个节点需要为每个分组作路径选择，而虚电路由而虚电路由标识符标识符进行引导。进行引导。34分分组交交换第34页，本讲稿共38页第35页，本讲稿共38页各种数据交换技术的性能比较 图图2.15 2.15 几种交换方法的时序图几种交换方法的时序图第36页，本讲稿共38页1电路交换：在数据传输之前必须先设置一条完全的通路。在线路拆除(释放)之前，该通路由一对用户完全占用。电路交换效率不高，适合于较轻和间接式负载使用租用的线路进行通信。2报文交换：报文从源点传送到目的地采用存储转发的方式，报文需要排队。因此报文交换不适合于交互式通信，不能满足实时通信的要求。3分组交换：分组交换方式和报文交换方式类似，但报文被分成分组传送，并规定了最大长度。分组交换技术是在数据网中最广泛使用的一种交换技术，适用于交换中等或大量数据的情况。第37页，本讲稿共38页半双工通信与全双工通信的差别半双工通信与全双工通信的差别 线路交换与分组交换的根本差别线路交换与分组交换的根本差别虚电路分组交换方式与数据报分组交换虚电路分组交换方式与数据报分组交换方式的根本差别方式的根本差别 38课后思考后思考第38页，本讲稿共38页