第02章数据通信基础.说课讲解.ppt

1南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院第02章数据通信基础.2南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院学习内容学习内容：数据通信的基本概念数据通信的基本概念各类传输介质的特点各类传输介质的特点数据传输类型及相应技术数据传输类型及相应技术多路复用技术多路复用技术广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术差错控制技术差错控制技术3南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.1 2.1 数据通信的基础知识数据通信的基础知识 2.1.1 2.1.1 相关术语相关术语信息是指有用的知识或者消息。信息是指有用的知识或者消息。数据则是信息的表达方式。数据则是信息的表达方式。信号是数据在传输过程中的电磁波表现形式。信号是数据在传输过程中的电磁波表现形式。每个通信系统都有信源、信道和信宿三个基本要素。每个通信系统都有信源、信道和信宿三个基本要素。数据通信是指发送方将需要发送的数据转换成信号并数据通信是指发送方将需要发送的数据转换成信号并通过物理信道传输到接收方的过程。通过物理信道传输到接收方的过程。4南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院信号的概念信号的概念 信号是数据在传输过程中电磁波的表示形式；信号是数据在传输过程中电磁波的表示形式；模拟信号（模拟信号（analog signalanalog signal）的信号电平是连）的信号电平是连续变化的；续变化的；数字信号（数字信号（digital signaldigital signal）是用两种不同的）是用两种不同的电平去表示电平去表示0 0、1 1比特序列的电压脉冲信号表示；比特序列的电压脉冲信号表示；按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统按照在传输介质上传输的信号类型，通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统两种。分为模拟通信系统与数字通信系统两种。5南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形 6南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院数据通信数据通信7南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.1.2 2.1.2 数据通信系统模型数据通信系统模型8南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.1.3 2.1.3 数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标 数据传输速率数据传输速率数据传输速率数据传输速率 数据传输速率又称比特率，指单位时间内所传送的二进制位的个数，单位为比特每秒，表示为bps或b/s。信号传输速率信号传输速率 信号传输速率又称波特率或调制速率，指单位时间内所 传送的信号的个数，单位为baud（波特），通常用于 调制解调器传输信号的速率。比特率与波特率的关系比特率与波特率的关系 比特率与波特率都是衡量信息在传输线路上传输快慢的 指标，但两者针对的对象有所不同，比特率针对的是二 进制位数传输，波特率针对信号波形的传输。9南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院信道容量：信道容量：指物理信道上能够传输数据的最大能力。指物理信道上能够传输数据的最大能力。带宽带宽：对于模拟信道，带宽是指信道所能传输的信号：对于模拟信道，带宽是指信道所能传输的信号的频率宽度。的频率宽度。误码率：误码率：二进制数在数据传输过程出错的概率。二进制数在数据传输过程出错的概率。时延：时延：个数据报文或分组从一个网络（或一条链路）个数据报文或分组从一个网络（或一条链路）的一端传送到另一端所需的时间。的一端传送到另一端所需的时间。2.1.3 2.1.3 数据通信的主要技术指标数据通信的主要技术指标 10南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2 2.2 传输介质传输介质传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。传输介质是通信网络中发送方和接收方之间的物理通路。传输介质的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及传输介质的性能对网络的通信、速度、距离、价格以及网络中的结点数和可靠性都有很大影响。网络中的结点数和可靠性都有很大影响。常用的网络传输介质有很多种，可分为两大类：一类是常用的网络传输介质有很多种，可分为两大类：一类是有线传输介质，如同轴电缆、双绞线、光纤等；另一类有线传输介质，如同轴电缆、双绞线、光纤等；另一类是无线传输介质，如微波和卫星等。是无线传输介质，如微波和卫星等。11南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2.1 2.2.1 有线传输介质有线传输介质 1.1.双绞线双绞线双绞线是由两根绝缘铜导线拧成规则的螺旋状结构。把电双绞线是由两根绝缘铜导线拧成规则的螺旋状结构。把电线绞起来的目的是减少线对之间的电磁干扰、线绞起来的目的是减少线对之间的电磁干扰、噪声、串音噪声、串音等。在传输系统中，通常把许多这样的线对捆在一起，再等。在传输系统中，通常把许多这样的线对捆在一起，再包上保护层形成一条电缆，以便使用。包上保护层形成一条电缆，以便使用。一般说来，双绞线的线路损耗大、传输速率低，但价格便一般说来，双绞线的线路损耗大、传输速率低，但价格便宜，易于安装，主要用于局域网中，传输距离为几百米。宜，易于安装，主要用于局域网中，传输距离为几百米。12南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTPUTP和和RJ-45RJ-45连接器连接器13南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP优点：优点：尺寸小、重量轻、容易弯曲尺寸小、重量轻、容易弯曲价格便宜价格便宜容易安装和维护容易安装和维护RJ-45RJ-45连接器牢固、可靠连接器牢固、可靠缺点：缺点：抗干扰能力较弱抗干扰能力较弱传输距离比较短传输距离比较短UTPUTP分为：分为：3 3类线、类线、4 4类线、类线、5 5类线和超类线和超5 5类线类线UTPUTP非常适合于楼宇内部的结构化布线非常适合于楼宇内部的结构化布线14南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院屏蔽双绞线屏蔽双绞线STP优点：优点：传输质量较高传输质量较高电缆尺寸和重量与电缆尺寸和重量与UTPUTP相当相当缺点：缺点：安装不合适有可能引入外界干扰安装不合适有可能引入外界干扰15南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院 2.2.同轴电缆同轴电缆同轴电缆以硬铜线为芯同轴电缆以硬铜线为芯,外包一层用密织的网状导体外包一层用密织的网状导体环绕的绝缘材料环绕的绝缘材料,网外又覆盖一层保护性材料网外又覆盖一层保护性材料,按按同轴形式构成。同轴形式构成。分类：分类：基带同轴电缆和宽带同轴电缆基带同轴电缆和宽带同轴电缆细同轴电缆和粗同轴电缆细同轴电缆和粗同轴电缆16南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院同轴电缆的特点同轴电缆的特点1.1.优点优点传输距离较远，覆盖的地域范围较大传输距离较远，覆盖的地域范围较大技术非常成熟技术非常成熟2.2.缺点缺点电缆硬，折曲困难，重量重电缆硬，折曲困难，重量重3.3.局域网常用同轴电缆局域网常用同轴电缆粗同轴电缆：直径粗同轴电缆：直径1cm1cm细同轴电缆：直径细同轴电缆：直径0.5cm0.5cm4.4.同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线17南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院3.3.光纤光纤18南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院光纤的优点：光纤的优点：传输速率高传输速率高传输距离远传输距离远传输损耗低传输损耗低抗干扰能力强抗干扰能力强光纤缺点：光纤缺点：价格相对较高价格相对较高安装比较困难安装比较困难光纤的分类：多模光纤和单模光纤光纤的分类：多模光纤和单模光纤光纤适合于楼宇内部的结构化布线光纤适合于楼宇内部的结构化布线19南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2.2 2.2.2 无线介质无线介质1.1.地面微波通信地面微波通信优点：优点：通信信道的容量很大通信信道的容量很大微受外界干扰影响比较小，传输质量较高微受外界干扰影响比较小，传输质量较高投资少、见效快投资少、见效快 缺点：缺点：相邻站之间必须直视，不能有障碍物相邻站之间必须直视，不能有障碍物有时也会受到恶劣气候的影响有时也会受到恶劣气候的影响隐蔽性和保密性隐蔽性和保密性 较差较差20南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2.卫星通信卫星通信卫星通信的主要缺点和地面通信的优缺点差不多。卫星通信的主要缺点和地面通信的优缺点差不多。卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距卫星通信的最大特点是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。离无关。21南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院网络中两台计算机的通信过程网络中两台计算机的通信过程 22南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院网络通信系统设计中要解决的几个基本问题网络通信系统设计中要解决的几个基本问题：数据传输类型数据传输类型 频带传输、基带传输频带传输、基带传输 数据通信方式数据通信方式 串行通信、并行通信串行通信、并行通信 单工通信、半双工或全双工通信单工通信、半双工或全双工通信数据传输的同步方式数据传输的同步方式 同步通信、异步通信同步通信、异步通信23南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院在通信系统中，模拟数据和数字数据中的任何一种数在通信系统中，模拟数据和数字数据中的任何一种数据都可以通过调制或编码的过程形成两种信号（模拟据都可以通过调制或编码的过程形成两种信号（模拟和数字）中的任何一种信号。于是就产生了四种数据和数字）中的任何一种信号。于是就产生了四种数据传输形式。传输形式。2.3 2.3 数据传输类型及相应技术数据传输类型及相应技术24南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院数据编码技术数据编码技术25南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.3.1 基带传输与数字信号的编码基带传输与数字信号的编码1.1.基带传输基带传输所谓基带是指调制前原始信号所占用的频带，是原始信所谓基带是指调制前原始信号所占用的频带，是原始信号所固有的基本频带。在信道中直接传送基带信号时，号所固有的基本频带。在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输。称为基带传输。进行基带传输的系统称为基带传输系统。进行基带传输的系统称为基带传输系统。在数据通信系统中，信源数据经编码器转换为典型的表在数据通信系统中，信源数据经编码器转换为典型的表示二进制的比特序列的矩形脉冲信号，它是能够被直接示二进制的比特序列的矩形脉冲信号，它是能够被直接传输的数字基带信号。传输的数字基带信号。计算机网络系统是以计算机为主体的数据通信系统，由计算机网络系统是以计算机为主体的数据通信系统，由信源产生的基带信号都是数字信号，所以这里所说的基信源产生的基带信号都是数字信号，所以这里所说的基带传输是一种数字传输。带传输是一种数字传输。26南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2.数字信号的编码数字信号的编码 在在基基带带传传输输中中，用用不不同同极极性性的的电电压压或或电电平平值值代代表表数数字字信信号号0 0和和1 1的的过过程程，称称为为基基带带信信号号的的编编码码，其其反反过过程程称称为解码。为解码。在在发发送送端端，编编码码器器将将计计算算机机等等信信源源设设备备产产生生的的信信源源信信号号变变换换为为用用于于直直接接传传输输的的基基带带信信号号；在在接接收收端端，解解码码器器将将接接收收的的基基带带信信号号恢恢复复为为与与发发送送端端相相同同的的、计计算算机机可以接收的信号。可以接收的信号。27南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院（1 1）非归零编码（）非归零编码（NRZ,NonNRZ,NonReturn to ZeroReturn to Zero）NRZNRZ编码可以用负电平表示逻辑编码可以用负电平表示逻辑“0”“0”，用正电平表示逻，用正电平表示逻辑辑“1”“1”，反之亦然。，反之亦然。NRZNRZ编码的缺点是发送方和接收方不能保持同步，需采编码的缺点是发送方和接收方不能保持同步，需采用其他方法才能保持收发同步。用其他方法才能保持收发同步。计算机串口与调制解调器之间使用的就是基带传输中的计算机串口与调制解调器之间使用的就是基带传输中的NRZNRZ编码技术。编码技术。28南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院（2 2）曼彻斯特编码（）曼彻斯特编码（ManchesterManchester）曼彻斯特编码的原则是：每一位二进制信号的中间都有曼彻斯特编码的原则是：每一位二进制信号的中间都有跳变，从低电平跳变到高电平表示跳变，从低电平跳变到高电平表示1 1，从高电平跳变到低，从高电平跳变到低电平表示电平表示0 0。曼彻斯特编码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为曼彻斯特编码的优点是每一个比特中间的跳变可以作为接收端的时钟信号，以保持接收端和发送端之间的同步。接收端的时钟信号，以保持接收端和发送端之间的同步。29南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院（3 3）差分曼彻斯特编码（）差分曼彻斯特编码（Difference ManchesterDifference Manchester）差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点是每一位二进制信号的跳变依然提供收、发端之间的是每一位二进制信号的跳变依然提供收、发端之间的同步，但每位二进制数据的取值，必须要根据其开始同步，但每位二进制数据的取值，必须要根据其开始边界是否发生跳变来决定，若一个比特开始处存在跳边界是否发生跳变来决定，若一个比特开始处存在跳变则表示变则表示“0”“0”，无跳变则表示，无跳变则表示“1”“1”。30南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院数字数据数字数据011101001011101001的的3 3种编码方式，它的编码波形如下：种编码方式，它的编码波形如下：31南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院基带传输的特点：基带传输的特点：基带传输的优点是：抗干扰能力强、成本低。基带传输的优点是：抗干扰能力强、成本低。缺点是：由于基带信号频带宽，传输时必须占用整个信缺点是：由于基带信号频带宽，传输时必须占用整个信道，因此，通信信道利用率低；此外，占用频带宽，信道，因此，通信信道利用率低；此外，占用频带宽，信号易衰减，只能使用有线方式，限制了使用的场合。在号易衰减，只能使用有线方式，限制了使用的场合。在局域网中经常使用基带传输技术。局域网中经常使用基带传输技术。32南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.3.2 频带传输与模拟信号的调制频带传输与模拟信号的调制1.1.频带传输频带传输利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；在频带传输中，常用普通电话线作为传输介质在频带传输中，常用普通电话线作为传输介质 。为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字为了利用模拟语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据信号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号。数据信号的传输，必须首先将数字信号转换成模拟信号。调制解调器（调制解调器（modemmodem）是频带传输中最典型的通信设备。）是频带传输中最典型的通信设备。33南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院调制解调器的基本工作原理调制解调器的基本工作原理将发送端的数字信号转换成模拟信号的过程称为调制，将发送端的数字信号转换成模拟信号的过程称为调制，调制设备称为调制器；将接收端的模拟信号还原成数字调制设备称为调制器；将接收端的模拟信号还原成数字信号的过程称为解调，解调设备称为解调器。同时具备信号的过程称为解调，解调设备称为解调器。同时具备调制与解调功能的设备称为调制解调器（调制与解调功能的设备称为调制解调器（modemmodem）。）。34南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院模拟信号的编码方法模拟信号的编码方法 35南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2.数字数据（信号）的调制数字数据（信号）的调制为了利用模拟信道实现计算机数字信号的传输，必须为了利用模拟信道实现计算机数字信号的传输，必须先对计算机输出的数字数据（信号）进行调制。在调先对计算机输出的数字数据（信号）进行调制。在调制过程中，运载数字数据制过程中，运载数字数据“载波信号载波信号”可以表示：可以表示：u(t)=A(t)sin(t+)u(t)=A(t)sin(t+)其中，振幅其中，振幅A A、角频率、角频率与相位与相位是载波信号的是载波信号的3 3个可个可变电参量，它们是正弦波的控制参数，也称为调制参变电参量，它们是正弦波的控制参数，也称为调制参数，它们的变化将对正弦波的波形产生影响。通过改数，它们的变化将对正弦波的波形产生影响。通过改变这变这3 3个电参量来实现数字数据（信号）的调制。个电参量来实现数字数据（信号）的调制。36南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院（1 1）幅度调制（幅度调制（ASK,Amplitude Shift ASK,Amplitude Shift KeyingKeying）又称幅移键控又称幅移键控ASKASK是通过改变载波信号的幅度值来表示是通过改变载波信号的幅度值来表示数字信号数字信号“1”“1”、“0”“0”的，而载波信号的频率和相位的，而载波信号的频率和相位保持不变。保持不变。如下图，两个周期的正弦信号（称为一个信号单元或如下图，两个周期的正弦信号（称为一个信号单元或码元）表示一位二进制数据。码元）表示一位二进制数据。37南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院（2 2）频率调制（频率调制（FSK,Frequency Shift FSK,Frequency Shift KeyingKeying）又称频移键控又称频移键控FSKFSK是通过改变载波信号频率的方法来是通过改变载波信号频率的方法来表示数字信号表示数字信号“1”“1”、“0”“0”的，而载波信号的振幅和的，而载波信号的振幅和相位不变。相位不变。38南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院（3 3）相位调制（相位调制（PSK,Phase Shift KeyingPSK,Phase Shift Keying）又称相移键控又称相移键控PSKPSK是通过改变载波信号的相位值来表示是通过改变载波信号的相位值来表示数字信号数字信号“1”“1”、“0”“0”的，而载波信号的振幅和频率的，而载波信号的振幅和频率不变。不变。PSKPSK包括绝对调相和相对调相两种类型：包括绝对调相和相对调相两种类型：绝对调相绝对调相 绝对调相使用相位的绝对值，相位为绝对调相使用相位的绝对值，相位为0 0表示数字信表示数字信号号“1”“1”，相位为，相位为表示数字信号表示数字信号“0”“0”。相对调相相对调相 相对调相使用相位的偏移值，当数字数据为相对调相使用相位的偏移值，当数字数据为0 0时，时，相位不变化，而数字数据为相位不变化，而数字数据为1 1时，相位要偏移时，相位要偏移。39南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院40南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.4 2.4 数据通信方式数据通信方式并行通信和串行通信并行通信和串行通信单工、半双工、全双工通信单工、半双工、全双工通信数据通信中的同步方式数据通信中的同步方式41南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院1.1.并行通信并行通信 并行通信是指同时传输一组（多个比特位）比特，每个比并行通信是指同时传输一组（多个比特位）比特，每个比特使用单独的一条线路。特使用单独的一条线路。并行通信的特点是：成本高，速度快，不需串并行通信的特点是：成本高，速度快，不需串/并转换；并转换；但是信道的利用率低。这种通信方式适合近距离、但是信道的利用率低。这种通信方式适合近距离、传输速率要求高的场合。计算机内传输速率要求高的场合。计算机内的总线结构就是并行通信的例子。的总线结构就是并行通信的例子。2.4.1 2.4.1 并行通信与串行通信并行通信与串行通信 42南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院并行传输并行传输43南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2.串行通信串行通信 将待传送的每个字节的二进制代码按由低到高位的将待传送的每个字节的二进制代码按由低到高位的顺序，依次发送。这种数据通信方式称为串行通信。顺序，依次发送。这种数据通信方式称为串行通信。串行通信的优点是：成本低，利用率高；但是，速串行通信的优点是：成本低，利用率高；但是，速度慢，需进行串度慢，需进行串/并转换。这种通信方式适合长距离并转换。这种通信方式适合长距离的信号传输。的信号传输。当前计算机网络中普遍采用这种传输方式。当前计算机网络中普遍采用这种传输方式。用电话线进行通信就必须使用串行通信方式。用电话线进行通信就必须使用串行通信方式。44南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院串行通信串行通信45南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.4.2 2.4.2 单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信 （1 1）单工）单工 在单工通信方式下，信号只能按照一个方向上传输在单工通信方式下，信号只能按照一个方向上传输 （正向或反向），任何时候不能改变信号的传输方向。（正向或反向），任何时候不能改变信号的传输方向。（2 2）半双工）半双工 半双工通信允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只半双工通信允许信号在两个方向上传输，但某一时刻只 允许信号在一个信道上单向传输。允许信号在一个信道上单向传输。（3)3)全双工全双工 全双工通信可以同时进行两个方向的信号的传输。全双工通信可以同时进行两个方向的信号的传输。46南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院单工、半双工与全双工通信单工、半双工与全双工通信 47南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.4.3 2.4.3 数据通信中的同步方式数据通信中的同步方式所谓同步，就是要求通信的收发双方在时间基所谓同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致。准上保持一致。数据通信中常用的两种同步方式是：异步传输数据通信中常用的两种同步方式是：异步传输和同步传输。和同步传输。48南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院1.1.异步传输异步传输异步传输是以字符为单位进行传输，传输字符之间的时异步传输是以字符为单位进行传输，传输字符之间的时间间隔可以是随机的、不同步的。间间隔可以是随机的、不同步的。但在传输一个字符但在传输一个字符的时段内，收发双方仍需依据比特流保持同步，所以也的时段内，收发双方仍需依据比特流保持同步，所以也称为起称为起-止式同步传输。止式同步传输。异步传输方式实现简单。但需在每个字符的首尾附加起异步传输方式实现简单。但需在每个字符的首尾附加起始位和停止位，因而它的额外开销大，传输效率低。始位和停止位，因而它的额外开销大，传输效率低。这种方式主要用于低速设备。这种方式主要用于低速设备。49南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2.同步传输同步传输同步方式是指在一组字符（数据帧）之前加入同步字符，同同步方式是指在一组字符（数据帧）之前加入同步字符，同步字符之后可以连续发送任意多个字符。步字符之后可以连续发送任意多个字符。同步方式数据帧的典型组成同步方式数据帧的典型组成 ：同步字符（同步字符（SYN SYN）：表示数据帧的开始）：表示数据帧的开始 地址字段：包括源地址和目的地址地址字段：包括源地址和目的地址控制字段：用于控制信息控制字段：用于控制信息数据字段：用户数据数据字段：用户数据 检验字段：用于检错检验字段：用于检错 帧结束字段：表示数据帧的结束帧结束字段：表示数据帧的结束 同步方式中，数据传输额外开销小，传输效率高。但是同步同步方式中，数据传输额外开销小，传输效率高。但是同步方式实现复杂，传输中的一个错误将影响整个字符组（而异方式实现复杂，传输中的一个错误将影响整个字符组（而异步传输中的同样错误只影响一个字符的正确接收）。这种方步传输中的同样错误只影响一个字符的正确接收）。这种方式用于高速设备。式用于高速设备。50南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院异步传输与同步传输的区别异步传输与同步传输的区别异步传输是面向字符传输的，而同步传输是面向位传异步传输是面向字符传输的，而同步传输是面向位传输的。输的。异步传输的单位是字符，而同步传输的单位是大的数异步传输的单位是字符，而同步传输的单位是大的数据块。据块。异步传输通过传输字符的异步传输通过传输字符的“起止位起止位”和和“停止位停止位”而而进行收发双方的字符同步，但不需要每位严格同步；进行收发双方的字符同步，但不需要每位严格同步；而同步传输不但需要每位精确同步，还需要在数据块而同步传输不但需要每位精确同步，还需要在数据块的起始与终止位置，进行一个或多个同步字符的双方的起始与终止位置，进行一个或多个同步字符的双方字符同步的过程。字符同步的过程。异步传输相对于同步传输有效率低、速度低、设备便异步传输相对于同步传输有效率低、速度低、设备便宜、适用低速场合等特点。宜、适用低速场合等特点。51南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院通信工程中用于通信线路铺设的费用相当高。通信工程中用于通信线路铺设的费用相当高。无论在局域网还是广域网中，传输介质允许的传无论在局域网还是广域网中，传输介质允许的传输速率（带宽）都超过单一信道需要的速率（带输速率（带宽）都超过单一信道需要的速率（带宽）。宽）。2.5 2.5 多路复用技术多路复用技术 为什幺要用多路复用技术？为什幺要用多路复用技术？研究多路复用技术的目的就在于充分利用已有研究多路复用技术的目的就在于充分利用已有传输介质的带宽资源，减少新建项目的投资。传输介质的带宽资源，减少新建项目的投资。52南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院多路复用的工作原理多路复用的工作原理 53南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院多路复用技术多路复用技术54南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院多路复用技术的分类多路复用技术的分类频分多路复用频分多路复用FDMFDM波分多路复用波分多路复用WDMWDM时分多路复用时分多路复用TDMTDM55南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院1.1.频分多路复用频分多路复用按照频率区分信号，即把传输介质的带宽划分为若干按照频率区分信号，即把传输介质的带宽划分为若干个窄频带，每一路信号占用一个窄频带。个窄频带，每一路信号占用一个窄频带。实现的前提是任何信号只占据一个宽度有限的频率，实现的前提是任何信号只占据一个宽度有限的频率，而信道可以被利用的频率比一个信号的频率宽得多，而信道可以被利用的频率比一个信号的频率宽得多，因而可以利用频率分隔方式来实现多路复用。因而可以利用频率分隔方式来实现多路复用。当有多路信号输入时，发送端分别将各路信号调制到当有多路信号输入时，发送端分别将各路信号调制到各自所分配的频带范围内的载波上，传输到接收端以各自所分配的频带范围内的载波上，传输到接收端以后，利用接收滤波器再把各路信号区分开来并恢复成后，利用接收滤波器再把各路信号区分开来并恢复成原来信号的波形。为了防止相邻两个信号频率覆盖造原来信号的波形。为了防止相邻两个信号频率覆盖造成干扰，在相邻两个信号的频率之间通常要留有一定成干扰，在相邻两个信号的频率之间通常要留有一定的频率间隔。的频率间隔。频分多路复用适合于模拟信号的传输频分多路复用适合于模拟信号的传输 。56南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院频分多路复用频分多路复用57南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.2.时分多路复用时分多路复用 时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为若干个时间片；间片；每个用户分得一个时间片；每个用户分得一个时间片；在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信道的全部带宽带宽;使用时分多路复用技术的前提是：物理信道能达到的数使用时分多路复用技术的前提是：物理信道能达到的数据传输速率超过各路信号源所需的数据传输速率。据传输速率超过各路信号源所需的数据传输速率。时分多路复用主要用于数字信道的复用。时分多路复用主要用于数字信道的复用。分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。58南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院同步时分复用同步时分复用时间片是预先分配好的，而且是固定不变的，即每个时间片与一个时间片是预先分配好的，而且是固定不变的，即每个时间片与一个信号源对应，而不管此时是否有信息发送，所以信道的利用率低信号源对应，而不管此时是否有信息发送，所以信道的利用率低 。59南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院同步时分多路复用同步时分多路复用60南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院异步时分复用异步时分复用动态分配信道的时间片，以实现按需分配。动态分配信道的时间片，以实现按需分配。避免了时间片的浪费，提高信道的利用率。避免了时间片的浪费，提高信道的利用率。61南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院3.3.波分多路复用波分多路复用 光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用波分复用WDM;WDM;在一根光纤上复用在一根光纤上复用8080路或更多路的光载波信号称为密路或更多路的光载波信号称为密集波分复用集波分复用DWDMDWDM；目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到目前单模光纤的数据传输速率最高可以达到20Gbps20Gbps。62南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.6 2.6 广域网中的数据交换技术广域网中的数据交换技术电路交换电路交换存储转发交换存储转发交换报文交换分组交换63南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.6.1 2.6.1 电路交换电路交换 电路交换（电路交换（Circuit SwitchingCircuit Switching）又称线路交换，其工）又称线路交换，其工作方式与电话交换的工作过程十分相似。作方式与电话交换的工作过程十分相似。电路交换是在通话之前，通过用户的呼叫，由网络预电路交换是在通话之前，通过用户的呼叫，由网络预先给用户分配传输带宽。用户如果呼叫成功，则从主先给用户分配传输带宽。用户如果呼叫成功，则从主叫端到被叫端就建立了一条物理通路。此后双方才能叫端到被叫端就建立了一条物理通路。此后双方才能相互通话。通话完毕挂机后即自动释放这条物理链路。相互通话。通话完毕挂机后即自动释放这条物理链路。电路交换的关键点就是：在通话的全部时间内用户始电路交换的关键点就是：在通话的全部时间内用户始终占用端到端的固定传输带宽。终占用端到端的固定传输带宽。64南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院电话机的不同连接方法电话机的不同连接方法 交换机A.A.两部电话直接相连两部电话直接相连B.B.5 5部电话两两直接相连部电话两两直接相连C.C.用交换机连接许多部电话用交换机连接许多部电话65南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院电路交换举例电路交换举例A A 和和B B通话经过四个交换机通话经过四个交换机通话在通话在A A到到B B的连接上进行的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA66南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院电路交换举例电路交换举例C C和和D D通话只经过一个本地交换机通话只经过一个本地交换机通话在通话在C C到到D D的连接上进行的连接上进行交换机交换机交换机交换机用户线用户线中继线中继线BDCA67南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院电路交换的三个阶段：电路交换的三个阶段：68南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院电路交换传送计算机数据效率低电路交换传送计算机数据效率低计算机数据具有突发性。计算机数据具有突发性。这导致通信线路的利用率很低。这导致通信线路的利用率很低。69南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.6.2 2.6.2 存储转发交换存储转发交换 存储转发交换方式与电路交换方式的主要区别：存储转发交换方式与电路交换方式的主要区别：发发送送的的数数据据与与目目的的地地址址、源源地地址址、控控制制信信息息按按照照一一定定格格式式组组成成一一个个数数据据单单元元（报报文文或或报报文文分分组组）进进入入通通信信子网；子网；通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。70南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院存储转发交换方式分类存储转发交换方式分类：报文交换报文交换分组交换分组交换71南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院在报文交换方式中，两个节点之间无需建立专用通道。当发送在报文交换方式中，两个节点之间无需建立专用通道。当发送方有数据块要发送时，它把数据块（无论尺寸的大小）加上目方有数据块要发送时，它把数据块（无论尺寸的大小）加上目的地址、源地址与控制信息作为一个整体，按一定格式打包组的地址、源地址与控制信息作为一个整体，按一定格式打包组成为报文，交给交换节点（接口信息处理机）。交换节点根据成为报文，交给交换节点（接口信息处理机）。交换节点根据报文的目的地址，选择一条合适的空闲输出线，将报文传送出报文的目的地址，选择一条合适的空闲输出线，将报文传送出去。去。在这个过程中，交换设备的输入线与输出线之间不必建立物理在这个过程中，交换设备的输入线与输出线之间不必建立物理连接。连接。与电路交换一样，报文在传输过程中，也可能经过若干交换设与电路交换一样，报文在传输过程中，也可能经过若干交换设备。在每一个交换设备处，报文首先被存储起来，并且在待发备。在每一个交换设备处，报文首先被存储起来，并且在待发报文登记表中进行登记，等待报文前往的目的地址的路径空闲报文登记表中进行登记，等待报文前往的目的地址的路径空闲时再转发出去。所以报文交换技术是一种存储转发技术。时再转发出去。所以报文交换技术是一种存储转发技术。2.6.3 2.6.3 报文交换报文交换72南京信息职业技术学院计算机学院南京信息职业技术学院计算机学院2.6.4 分组交换分组交换分组交换采用存储转发技术。通常我们将欲发送的整块分组交换采用存储转发技术。通常我们将欲发送的整块数据称为一个报文数据称为一个报文(message)(message)。在发送报文之前，先将较。在发送报文之前，先将较长的报文划分成一个个更小的等长数据段，例如，每个长的报文划分成一个个更小的等长数据段，例如，每个数据段为数据段为1024bit1024bit。在每一个数据段前面，加上一些必要。在每一个数据段前面，加上一些必要的控制信息组成的首部的控制信息组