计算机网络第02章-数据通信(第4版).ppt

第第2章章 数据通信与广域网技术数据通信与广域网技术1n信息、数据与信号中间的关系是什么？信息、数据与信号中间的关系是什么？n数据通信系统结构如何？通信方式有那几种类型？数据通信系统结构如何？通信方式有那几种类型？n有哪些常用的传输介质？其类型及主要特性是什么有哪些常用的传输介质？其类型及主要特性是什么？n数据编码的类型和基本方法是什么？数据编码的类型和基本方法是什么？n数据通信速率的定义是什么？带宽是什么？数据通信速率的定义是什么？带宽是什么？n什么是多路复用技术？其分类与各自的特点？什么是多路复用技术？其分类与各自的特点？n广域网中的数据如何交换的？其交换技术有哪些？广域网中的数据如何交换的？其交换技术有哪些？n计算机网络中采用什么差错控制方法？计算机网络中采用什么差错控制方法？本章讨论以下问题：本章讨论以下问题：2问题：问题：n信息、数据与信号中间的关信息、数据与信号中间的关系是什么？系是什么？32.1 数据通信的基本概念 n2.1.1 信息、数据与信号n2.1.2 数据传输类型与通信方式42.1.1 信息、数据与信号信息、数据与信号n通信的目的是交换信息，什么是信息？如何表示通信的目的是交换信息，什么是信息？如何表示信息？信息？n如何传递信息？如何传递信息？n为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语为了传送这些信息，首先要将字母、数字、语音、图形或图像用二进制代码的音、图形或图像用二进制代码的数据数据来表示。来表示。n传递信息转换为传递数据传递信息转换为传递数据n信息信息如何转换如何转换为相应的数据？为相应的数据？编码技术编码技术n数据如何传递？数据如何传递？n为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模为了传输二进制代码的数据，必须将它们用模拟或数字拟或数字信号信号编码的方式表示。编码的方式表示。5信息编码标准信息编码标准nASCII 码被国际标准化组织码被国际标准化组织ISO接受，成接受，成为国际标准为国际标准ISO 646，又称为国际，又称为国际5号码号码;n它用于计算机内码，也用做数据通信中的它用于计算机内码，也用做数据通信中的编码标准编码标准;nASCII码采用码采用7位二进制比特编码，可以位二进制比特编码，可以表示表示128个字符个字符;n字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符分为图形字符与控制字符两类。图形字符包括数字、字母、运算符号、商用符字符包括数字、字母、运算符号、商用符号等。号等。6信号的概念信号的概念 n信号是数据在传输过程中电信号的表示形信号是数据在传输过程中电信号的表示形式；式；n模拟信号（模拟信号（analog signal）的信号电平是）的信号电平是连续变化的；连续变化的；n数字信号（数字信号（digital signal）是用两种不）是用两种不同的电平去表示同的电平去表示0、1比特序列的电压脉冲比特序列的电压脉冲信号表示；信号表示；7模拟信号与数字信号波形模拟信号与数字信号波形8问题：问题：n数据通信系统结构如何？数据通信系统结构如何？n通信方式有那几种类型？通信方式有那几种类型？92.1.2 数据传输类型与通信方式数据传输类型与通信方式 网络中两台计算机的通信过程（数据通信系统结构）网络中两台计算机的通信过程（数据通信系统结构）10数据通信方式数据通信方式n串行通信、并行通信串行通信、并行通信n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n数据通信中的关键技术：数据通信中的关键技术：同步技术同步技术 同步通信同步通信 异步通信异步通信11串行通信、并行通信串行通信、并行通信12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13同步技术同步技术字符同步字符同步14问题问题:n有哪些常用的传输介质？有哪些常用的传输介质？n其类型及主要特性是什么？其类型及主要特性是什么？152.2 传输介质及其主要特性传输介质及其主要特性2.2.1 传输介质的传输介质的主要类型主要类型主要传输介质主要传输介质n双绞线双绞线n同轴电缆同轴电缆n光纤电缆光纤电缆n无线与卫星通信信道无线与卫星通信信道16n物理特性物理特性：传输介质物理结构的描述；：传输介质物理结构的描述；n传输特性传输特性：传输介质允许传送数字或模：传输介质允许传送数字或模拟信号，以及调制技术、传输容量、传拟信号，以及调制技术、传输容量、传输的频率范围；输的频率范围；n连通特性连通特性：允许点：允许点-点或多点连接；点或多点连接；n地理范围地理范围：传输介质最大传输距离；：传输介质最大传输距离；n抗干扰性抗干扰性：传输介质防止噪声与电磁干：传输介质防止噪声与电磁干扰对传输数据影响的能力；扰对传输数据影响的能力；n相对价格相对价格：器件、安装与维护费用。：器件、安装与维护费用。传输介质的传输介质的特性特性：172.2.2 双绞线的主要特性双绞线的主要特性n屏蔽双绞线屏蔽双绞线 STPn 非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线UTP18STPSTPUTP 抗拉线？19制作网线制作网线2021双绞线种类双绞线种类3 类（带宽16Mbps）5 类（带宽100 Mbps）3 类（带宽16 Mbps）4 类（带宽20 Mbps）5 类（带宽100 Mbps）超5 类（带宽155 Mbps）6 类（带宽200 Mbps）非屏蔽双绞线双绞线 屏蔽双绞线222.2.3 同轴电缆的主要特性同轴电缆的主要特性n 粗同轴电缆粗同轴电缆n 细同轴电缆细同轴电缆23细缆细缆24细缆细缆25光纤光纤262.2.4 光纤的主要特性光纤的主要特性27光纤的种类光纤的种类n多模光纤多模光纤n单模光纤单模光纤输入脉冲输出脉冲单模光纤输入脉冲输出脉冲多模光纤28典型的光纤传输系统结构典型的光纤传输系统结构发光二极管发光二极管光电二极管光电二极管2930312.3 无线与卫星通信技术无线与卫星通信技术2.3.1 电磁波谱与移动通信电磁波谱与移动通信322.3.2 无线通信无线通信n无线电通信使用的频段覆盖的从无线电通信使用的频段覆盖的从低频到低频到特高频特高频。n高频无线电波可以高频无线电波可以沿地表传播沿地表传播、电离层电离层反射传播反射传播。(a a)地波传播地波传播(b b)天波传播天波传播地球表面地球表面地球表面地球表面电离层电离层332.3.2 无线通信无线通信 n缺点缺点：易受天气等因素影响，信号幅度变化较：易受天气等因素影响，信号幅度变化较大，容易被干扰。大，容易被干扰。n优点优点：技术成熟，应用广泛，能以较小的发射：技术成熟，应用广泛，能以较小的发射功率传输到较远的地方。功率传输到较远的地方。(a a)地波传播地波传播(b b)天波传播天波传播地球表面地球表面地球表面地球表面电离层电离层342.3.3 微波通信微波通信 n频频率在率在100MHz10GHz之之间间的信号叫做微波信的信号叫做微波信号；号；n微波信号只能微波信号只能进进行行视视距距传传播播；n由于微波信号的波由于微波信号的波长长比比较较短，因此可以利用尺寸短，因此可以利用尺寸较较小的抛物面天小的抛物面天线线，就可以将微波信号能量集中在一，就可以将微波信号能量集中在一个很小的波束内个很小的波束内发发送出去，送出去，这样这样就就可以用很小的可以用很小的发发射功率来射功率来进进行行远远距离通信距离通信；n微波信号的微波信号的频频率很高，因此可以率很高，因此可以获获得得较较大的通信大的通信带带宽宽，特，特别别适合于适合于卫卫星通信与城市建筑物之星通信与城市建筑物之间间的通信。的通信。35n为了提高覆盖区域的系统容量与充分利用频率资源，为了提高覆盖区域的系统容量与充分利用频率资源，人们提出了人们提出了小区制小区制的概念；的概念；n将一个将一个大区制大区制覆盖的区域划分成多个小区，在每个覆盖的区域划分成多个小区，在每个小区（小区（cellcell）中设立一个基站（）中设立一个基站（base stationbase station），），通过基站在用户的移动台（通过基站在用户的移动台（mobile stationmobile station）之间）之间建立通信；建立通信；n由若干个小区构成的覆盖区称为由若干个小区构成的覆盖区称为区群区群。n由于区群的结构酷似蜂窝，因此小区制移动通信系由于区群的结构酷似蜂窝，因此小区制移动通信系统又称为蜂窝移动通信系统。统又称为蜂窝移动通信系统。2.3.4 蜂窝无线通信蜂窝无线通信 36n在每个小区设立一个（或多个）基站，它与若干个在每个小区设立一个（或多个）基站，它与若干个移动站建立无线通信链路；移动站建立无线通信链路；n区群中各小区的基站之间可以通过电缆、光缆或微区群中各小区的基站之间可以通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心连接；波链路与移动交换中心连接；n移动交换中心通过电路与市话交换局连接，从而构移动交换中心通过电路与市话交换局连接，从而构成一个完整的蜂窝移动通信的网络结构。成一个完整的蜂窝移动通信的网络结构。蜂窝移动通信蜂窝移动通信系统结构示意图系统结构示意图：37蜂窝移动通信发展的历史蜂窝移动通信发展的历史n19951995年出年出现现的的第一代第一代移移动动通信是模通信是模拟拟方式，用方式，用户户的的语语音音信息以模信息以模拟拟信号方式信号方式传输传输的。的。n第三代第三代（3 3rdrd Generation Generation，3G3G）移）移动动通信通信网络提供的网络提供的话话音音、数据数据、视频图像视频图像等业务。等业务。能能够够在全球范在全球范围围内更好地内更好地实现实现互互联联网的无网的无缝缝漫游，使用手机来漫游，使用手机来处处理音理音乐乐、图图像、像、视频视频，浏览浏览网网页页，参加，参加电话电话会会议议，开展，开展电电子商子商务务活活动动。n19971997年出年出现现的的第二代第二代（2 2ndnd Generation Generation，2G2G）移）移动动通信：通信：GSMGSM移移动动通信通信(无线接口采用无线接口采用TDMA技术技术)、CDMACDMA移移动动通通信信（无线接口采用窄带码分多址无线接口采用窄带码分多址CDMA技术技术）两种。）两种。n第四代第四代（4G4G）移）移动动通信技通信技术术正在研究中。正在研究中。382.3.5 卫星通信卫星通信 n卫星通信具有通信距离远、费用与通信距离无关、卫星通信具有通信距离远、费用与通信距离无关、覆盖面积大、不受地理条件限制、通信信道带宽大、覆盖面积大、不受地理条件限制、通信信道带宽大、可进行多址通信与移动通信的可进行多址通信与移动通信的优点优点，成为现代主要，成为现代主要的通信手段之一。的通信手段之一。n卫星通信的工作原理示意图：卫星通信的工作原理示意图：39问题：问题：n数据编码的类型和基本方法数据编码的类型和基本方法是什么？是什么？402.4 数据编码技术数据编码技术2.4.1 数据编码类型数据编码类型412.4.2 模拟数据编码方法模拟数据编码方法 422.4.3 数字数据编码方法数字数据编码方法 43曼曼彻彻斯特斯特编码编码n曼曼彻彻斯特斯特编码编码是是应应用用最广泛最广泛的的编码编码方法之一；方法之一；n曼曼彻彻斯特斯特编码编码的的规则规则是：每比特的周期是：每比特的周期T T分分为为前前T/2T/2与与后后T/2T/2两部分；通两部分；通过过前前T/2T/2传传送送该该比特的反比特的反码码，通，通过过后后T/2T/2传传送送该该比特的原比特的原码码；n曼曼彻彻斯特斯特编码编码的的优优点点是：每个比特的中是：每个比特的中间间有一次有一次电电平平跳跳变变，两次，两次电电平跳平跳变变的的时间间时间间隔可以是隔可以是T/2T/2或或T T，利用，利用电电平跳平跳变变可以可以产产生收生收发发双方的同步信号；双方的同步信号；n曼曼彻彻斯特斯特编码编码信号称信号称为为“自含自含钟编码钟编码”信号，信号，发发送曼送曼彻彻斯特斯特编码编码信号信号时时无需另无需另发发同步信号。同步信号。44差分曼差分曼彻彻斯特（斯特（difference manchesterdifference manchester）编码编码n差分曼差分曼彻彻斯特斯特编码编码是是对对曼曼彻彻斯特斯特编码编码的的改改进进；n差分曼差分曼彻彻斯特斯特编码编码与曼与曼彻彻斯特斯特编码编码不同点不同点是是：每比特的中：每比特的中间间跳跳变仅变仅做同步使用，每做同步使用，每比特的比特的值值根据其开始根据其开始边边界是否跳界是否跳变变来决定；来决定；n某个比特开始某个比特开始处发处发生生电电平跳平跳变变表示表示传输传输二二进进制制“0”“0”；不；不发发生跳生跳变变表示表示传输传输二二进进制制“1”“1”。452.4.4 脉冲编码调制方法脉冲编码调制方法 n脉冲脉冲编码调编码调制（制（PCMPCM）是）是模模拟拟数据数字化数据数字化的主的主要方法；要方法；nPCMPCM的工作原理示意的工作原理示意图图：46脉码调制脉码调制PCM体制：体制：采采样样、量化与、量化与编码编码采样周期 Tt信号t采样1001001111000010t编码解码t还原t47采采样样n采采样样是隔一定的是隔一定的时间间时间间隔，将模隔，将模拟拟信号的信号的电电平幅度取出作平幅度取出作为样为样本，本，让让其表示原来的其表示原来的信号；信号；n采采样频样频率率f f应为应为：f2Bf2B或或f=1/T2ff=1/T2fmaxmax。n其中，其中，B B为为通信信道通信信道带宽带宽，T T为为采采样样周期，周期，f fmaxmax为为信道允信道允许许通通过过的信号最高的信号最高频频率；率；n如果以大于或等于通信信道如果以大于或等于通信信道带宽带宽2 2倍的速率倍的速率对对信号采信号采样样，其，其样样本可以包含足以重构原本可以包含足以重构原模模拟拟信号的所有信息。信号的所有信息。48量化量化n量化是将样本幅度量化是将样本幅度按量化级决定取值按量化级决定取值的过程；的过程；n经过量化后的样本幅度为离散的量级值，已不是经过量化后的样本幅度为离散的量级值，已不是连续值；连续值；49编码编码A AD8D7D6D5D4D3D2D100.51.01.5t t0 0.2727 0 0.3 30 0.6262 0 0.6 61 1.2828 1 1.3 31 1.5252 1 1.5 51 1.2626 1 1.3 30 0.7373 0 0.7 70 0.4141 0 0.4 40 0.1212 0 0.1 1(a a)采样过程采样过程样本样本量化级量化级二进制编码二进制编码编码信号编码信号0001010001111101111111010110001136131513741D1D2D3D4D5D6D7D8(b b)编码过程编码过程50n声音分为声音分为128个量化级；个量化级；n每个量化级采用每个量化级采用7位二进制编码表示；位二进制编码表示；n采样速率为采样速率为8000样本样本/秒；秒；n数据传输速率应达到数据传输速率应达到7位位8000/秒秒=56Kbps；n如果每个量化级采用如果每个量化级采用7+1=8位二进制编码位二进制编码表示表示;n数据传输速率应达到数据传输速率应达到8位位8000/秒秒=64Kbps。PCM用于数字语音系统用于数字语音系统51问题：问题：n数据通信速率的定义是什么数据通信速率的定义是什么？带宽是什么？带宽是什么？52数据传输速率的定义数据传输速率的定义 n数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代数据传输速率在数值上，等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为码的二进制比特数，单位为比特比特/秒秒，记做，记做bps；n常用的数据传输速率单位有：常用的数据传输速率单位有：Kbps、Mbps、Gbps与与Tb/s，其中：，其中：1Kbps =1103 bps 1Mbps=1106 bps 1Gbps =1109 bps 1Tbps =11012 bpsn带宽：带宽：通常将数字信道的最高数据传输率称为通常将数字信道的最高数据传输率称为“带带宽宽”。2.5 基带传输技术基带传输技术53信道速率的极限值信道速率的极限值n问题的提出问题的提出n传输信号的传输信号的信道信道可能会受到各种可能会受到各种干扰干扰而引起而引起信信号失真号失真，从而导致接受方的，从而导致接受方的误识别误识别。n任任何何传传输输介介质质，其其可可能能支支持持的的传传输输速速率率总总会会受受到一定限制到一定限制。问问题题：对对于于一一个个给给定定的的信信道道，在在理理想想情情况况下下，其其极极限限传传输输速速率率取取决决于于什什么么呢呢？NyquistNyquist定定理理和和ShannonShannon定理定理从理论上给出了恰当的说明从理论上给出了恰当的说明54信道速率的极限值信道速率的极限值NyquistNyquist准则准则信道的最高码元传输速率信道的最高码元传输速率(描述信号的传输速度描述信号的传输速度)n典型公式典型公式 理想低通信道的理想低通信道的最高码元传输速率最高码元传输速率R Rmaxmax=2f=2f(BaudBaud)其中：其中：B=fB=f为理想低通信道的带宽，单位为为理想低通信道的带宽，单位为赫赫（HzHz）；）；BaudBaud称为波特，为码元传输速率的单位，称为波特，为码元传输速率的单位，1 1波特代波特代表每秒传送表每秒传送1 1个码元。个码元。n含义：含义：每赫带宽每赫带宽的的理想低通信道理想低通信道的最高码元传输速率是的最高码元传输速率是每秒每秒2 2个码元。个码元。55信道速率的极限值信道速率的极限值NyquistNyquist准则准则n码元与信息量码元与信息量 码元是承载信息的码元是承载信息的基本信号单位基本信号单位。比如用脉冲信。比如用脉冲信号表示数据时，一个单位脉冲就是一码元，如图号表示数据时，一个单位脉冲就是一码元，如图2-132-13所所示。示。用单位脉冲表示的码元用单位脉冲表示的码元 一码元的信息量是由码元所能表示的数据有效状态一码元的信息量是由码元所能表示的数据有效状态值个数决定的值个数决定的，若一码元有，若一码元有0000、0101、1010、1111四个有效状四个有效状态值，则一码元能携带态值，则一码元能携带2bit2bit的信息的信息 。1 0 1 0 1 0 1 0 1 056信道速率的极限值信道速率的极限值香农定理香农定理n公式：公式：信道的信道的极限信息传输速率极限信息传输速率R Rmaxmax=BLog=BLog2 2（1+S/N1+S/N）其中其中B B为信道的带宽；为信道的带宽；S S为信道内所传信号的平均功率；为信道内所传信号的平均功率；N N为信道内的高斯噪声功率；为信道内的高斯噪声功率；S/NS/N为信噪比。为信噪比。n意义：意义：n信道的带宽越大或信道中的信噪比越大，则信息的极信道的带宽越大或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。限传输速率就越高。n只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种方法来实现无差错的传输一定可以找到某种方法来实现无差错的传输。57奈氏准则与香农定理的作用范围奈氏准则与香农定理的作用范围源系统传输系统目的系统传输系统源点终点发送器接收器输入信息输入数据输出数据发送的信号接收的信号码元传输速率受奈氏准则的限制信息传输速率受香农公式的限制图图2-142-14582.6 频带传输技术频带传输技术频带传输的定义频带传输的定义n利用模拟信道传输数据信号的方法称为利用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输；频带传输；n调制解调器（调制解调器（modem）是频带传输中最典）是频带传输中最典型的通信设备。型的通信设备。59问题：问题：n什么是多路复用技术？什么是多路复用技术？其分类与各自的特点？其分类与各自的特点？602.7 多路复用技术多路复用技术2.7.1 多路复用技术的基本概念多路复用技术的基本概念n定义定义：把多个不同的信号同时在一条传输线路上进行：把多个不同的信号同时在一条传输线路上进行传输的技术。传输的技术。n分类分类：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；时分多路复用路复用TDMTDM；码码分多路复用（分多路复用（CDMCDM或或CDMACDMA）。）。共享信道信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2复用分用(a)不使用复用技术(b)使用复用技术61多路复用系统的结构与功能多路复用系统的结构与功能622.7.2 频分多路复用频分多路复用n每路信道的信号以不同的载波频率进行调制每路信道的信号以不同的载波频率进行调制;n各个载波频率是不重叠的各个载波频率是不重叠的,一条通信线路就可以一条通信线路就可以同时独立地传输多路信号。同时独立地传输多路信号。63频分复用频分复用频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5642.7.3 波分多路复用波分多路复用 n光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波光纤通道技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用分复用WDM;WDM;n波分复用波分复用是在一根光纤上复用多路光载波信号，是光频是在一根光纤上复用多路光载波信号，是光频段的频分多路复用技术。段的频分多路复用技术。652.7.4 时分多路复用时分多路复用 n时分多路复用是将信道用于传输的时间划分为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；若干个时间片；n每个用户分得一个时间片；每个用户分得一个时间片；n在每个用户占有的时间片内，用户使用通信信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。道的全部带宽。频率时间BCDBCDBCDBCDAAAA在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧TDM 帧66时分多路复用工作原理示意图时分多路复用工作原理示意图67问题：问题：n广域网中的数据如何交换的广域网中的数据如何交换的？其交换技术有哪些？其交换技术有哪些？682.8 数据交换方法数据交换方法2.8.1 2.8.1 广域网的主要特点广域网的主要特点n广域网建设投资很大，管理困难，一般是由广域网建设投资很大，管理困难，一般是由电信运营商电信运营商负责组建与维护负责组建与维护，为需要进行，为需要进行远距离数据通信远距离数据通信的用户提的用户提供高质量的供高质量的数据传输服务数据传输服务，并为用户提供接入广域网的，并为用户提供接入广域网的服务与技术，因此，它实际上是一种公共数据网络服务与技术，因此，它实际上是一种公共数据网络PDNPDN。n随着接入网技术的成熟，将核心交换技术与接入技术分随着接入网技术的成熟，将核心交换技术与接入技术分开，这样广域网技术主要研究开，这样广域网技术主要研究远距离、宽带核心交换技远距离、宽带核心交换技术术。n广域网主要有以下三种服务类型：广域网主要有以下三种服务类型：n专线服务专线服务n线路交换服务线路交换服务n分组交换服务分组交换服务692.8.2 线路交换方式线路交换方式n线路交换是线路交换是面向连接面向连接的服务；的服务；n两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首两台计算机通过通信子网进行数据交换之前，首先要在通信子网中建立一个实际的先要在通信子网中建立一个实际的物理线路连物理线路连接接；n线路交换在数据传输过程中要经过线路交换在数据传输过程中要经过建立连接、数建立连接、数据传输与释放连接的三个阶段据传输与释放连接的三个阶段；n线路交换方式的优点：通信线路交换方式的优点：通信实时性强实时性强，适用于交，适用于交互式会话类通信；互式会话类通信；n线路交换方式的缺点：对线路交换方式的缺点：对突发性通信不适应突发性通信不适应，系，系统效率低，系统没有存储数据的能力，不能平统效率低，系统没有存储数据的能力，不能平滑交通量。滑交通量。70线路交换方式的工作原理线路交换方式的工作原理结点 A呼叫请求呼叫应答报文或分组应答释放请求释放应答线路建立数据传输线路释放结点 B结点 C结点 D主机 A主机 B71 存储转发交换方式存储转发交换方式 n什么是存储转发技术？什么是存储转发技术？n存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别：存储转发交换方式与线路交换方式的主要区别：n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）进入通信子网；进入通信子网；n通信子网通信子网中的结点是通信控制处理机，它负责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、路选完成数据单元的接收、差错校验、存储、路选和转发功能。和转发功能。72存储转发交换方式分类存储转发交换方式分类：n数据通过通信子网传输时可以有报文数据通过通信子网传输时可以有报文（messagemessage）与报文分组（）与报文分组（packetpacket）两种方）两种方式；式；n报文传输报文传输：不管发送数据的长度是多少，：不管发送数据的长度是多少，都把它当作一个逻辑单元发送；都把它当作一个逻辑单元发送；n报文分组传输报文分组传输：限制一次传输数据的最：限制一次传输数据的最大长度，如果传输数据超过规定的最大大长度，如果传输数据超过规定的最大长度，发送结点就将它分成多个报文分长度，发送结点就将它分成多个报文分组发送。组发送。73报文和报文分组结构报文和报文分组结构 101010100000110001 .101010100000111001 首部首部 数据数据 首部首部 数据数据 首部首部 数据数据报报 文文 分组分组分组分组分组分组74报文和报文分组报文和报文分组比较比较 n由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易由于分组长度较短，在传输出错时，检错容易并且重发花费的时间较少；并且重发花费的时间较少；n公用数据网采用的是公用数据网采用的是分组交换技术分组交换技术。n分组交换技术在实际应用中，可以有：分组交换技术在实际应用中，可以有：数据报数据报和和虚电路虚电路两种类型。两种类型。报文分组报文分组报文报文报文号目的地址源地址校验报文号目的地址源地址报文分组数据校验报文分组号数据752.8.3 数据报方式数据报方式 n数据报是分组存储转发的一种形式；数据报是分组存储转发的一种形式；n在数据报方式中，分组传送之间在数据报方式中，分组传送之间不需要预先不需要预先在在源主机与目的主机之间源主机与目的主机之间建立建立“线路连接线路连接”；n源主机所发送的每一个分组都可以源主机所发送的每一个分组都可以独立地独立地选择选择一条传输路径；一条传输路径；n每个分组在通信子网中可能是每个分组在通信子网中可能是通过不同的传输通过不同的传输路径路径到达目的主机。到达目的主机。n对照数据报的特点，讲解下图：对照数据报的特点，讲解下图：76数据报方式的工作原理H1 H2通信子网IP分组H1 发送给 H2 的分组可能沿着不同路径传送数据报服务发送进程发送进程接收进程接收进程路由器（IMP）772.8.4 虚电路方式虚电路方式 n数据报数据报方式在分组发送之前，发送方与接收方方式在分组发送之前，发送方与接收方之间之间不需要预先不需要预先建立连接。建立连接。n虚电路虚电路方式在分组发送之前，方式在分组发送之前，需要需要在发送方和在发送方和接收方接收方建立建立一条逻辑连接的虚电路；一条逻辑连接的虚电路；n虚电路方式与线路交换方式相同虚电路方式与线路交换方式相同，整个通信过，整个通信过程分为以下程分为以下三个阶段三个阶段：虚电路建立、数据传输：虚电路建立、数据传输与虚电路释放阶段与虚电路释放阶段。78虚电路方式的工作原理虚电路方式的工作原理呼叫请求呼叫应答释放请求释放应答数据传输虚电路拆除p1p1p1p2p2p2ACKACKACK1结点 A结点 E结点 F结点 B结点 G结点 D结点 C主机 B主机 A虚电路建立79虚电路方式的特点虚电路方式的特点n在在每每次次分分组组发发送送之之前前，必必须须在在发发送送方方与与接接收收方方之间建立一条逻辑连接之间建立一条逻辑连接。n一一次次通通信信的的所所有有分分组组都都通通过过这这条条虚虚电电路路顺顺序序传传送送，因因此此报报文文分分组组不不必必带带目目的的地地址址、源源地地址址等等辅辅助助信信息息。分分组组到到达达目目的的结结点点时时不不会会出出现现丢丢失失、重复与乱序的现象重复与乱序的现象。n分分组组通通过过虚虚电电路路上上的的每每个个结结点点时时，结结点点只只需需要要做差错检测，而不需要做路径选择。做差错检测，而不需要做路径选择。n每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。每个结点可以和任何结点建立多条虚电路连接。802.8.5 ATM交换方式交换方式 nATM的基本数据传输单元是信元；的基本数据传输单元是信元；n信元长度固定为信元长度固定为53字节；字节；n信元包括信元包括5字节的信元头与字节的信元头与48字节的用字节的用户数据。户数据。53字节信元头用户数据48字节5字节81问题：问题：n计算机网络中采用什么计算机网络中采用什么差错控制方法？差错控制方法？822.9 差错控制方法差错控制方法2.9.1 差错产生的原因与差错类型差错产生的原因与差错类型n传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送数据传输差错是通过通信信道后接收的数据与发送数据 不一致的现象不一致的现象;n差错控制是检查差错控制是检查是否出现差错以及如何纠正差错是否出现差错以及如何纠正差错；n通信信道的噪声分为两类：通信信道的噪声分为两类：热噪声热噪声和和冲击噪声冲击噪声；n由热噪声引起的差错是随机差错（或随机错）；由热噪声引起的差错是随机差错（或随机错）；n冲击噪声引起的差错是突发差错（或突发错）；冲击噪声引起的差错是突发差错（或突发错）；n在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差在通信过程中产生的传输差错，是由随机差错与突发差错共同构成的。错共同构成的。83传输差错产生过程传输差错产生过程信源信源通信信道通信信道信宿信宿数据数据噪声噪声数据数据+噪声噪声(a a)0 00 01 11 10 00 01 11 11 11 10 00 00 01 11 11 11 11 10 00 00 00 01 11 10 00 00 01 10 00 00 01 10 01 11 10 00 01 11 10 00 01 10 01 10 0传输数据传输数据数据信号波形数据信号波形噪声噪声数据信号数据信号与噪声信号与噪声信号叠加后的波形叠加后的波形采样时间采样时间接收数据接收数据原始数据原始数据出错的位出错的位(b b)842.9.2 误码率的定义误码率的定义 n误码率误码率是指二进制码元在数据传输系统中被传是指二进制码元在数据传输系统中被传错的概率，它在数值上近似等于：错的概率，它在数值上近似等于：Pe=Ne/NPe=Ne/N，其中其中N N为传输的二进制码元总数，为传输的二进制码元总数，NeNe为被传错为被传错的码元数；的码元数；n误误码码率率应应该该是是衡衡量量数数据据传传输输系系统统正正常常工工作作状状态态下传输可靠性的参数之一。下传输可靠性的参数之一。852.9.3 检错码与纠错码检错码与纠错码 n纠错码纠错码：每个传输的分组带上足够的冗余信息；每个传输的分组带上足够的冗余信息；接收端能发现并自动纠正传输差错。接收端能发现并自动纠正传输差错。n检错码检错码:分组仅包含足以使接收端发现差错的冗分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息；余信息；接收端能够发现出错，但不能确定哪位接收端能够发现出错，但不能确定哪位是错的，并且自己不能纠正传输差错。是错的，并且自己不能纠正传输差错。862.9.4 循环冗余编码工作原理循环冗余编码工作原理 nCRC方法的检错原理方法的检错原理n 设要被传输的二进制比特流长度为设要被传输的二进制比特流长度为m，引入，引入n个附加比特，作为所谓的校验比特；个附加比特，作为所谓的校验比特；n 将将m位要被传输的数据比特与位要被传输的数据比特与n位校验比特位校验比特组合组合在一起进行传输；在一起进行传输；n 接收方根据所收到的接收方根据所收到的n+m个二进制比特判个二进制比特判断所收数据是否正确。断所收数据是否正确。872.9.4 循环冗余编码工作原理循环冗余编码工作原理 n如何确定校验比特的值？如何确定校验比特的值？设设M M代表代表m m位要传输的数据位要传输的数据,N N代表代表n n个个0 0，有，有W W为：为：W WMNMN 再设再设P P为一个为一个给定给定的二进制比特串，的二进制比特串，P P的长度为的长度为(n+1)(n+1)位。位。n n个个校校验验位位的的取取值值等等于于W W除除以以P P所所得得余余数数。其其中中，运运算算过过程程遵从遵从mod 2mod 2运算法则运算法则。例例：设设发发送送方方要要发发送送的的数数据据为为1011010110110101，校校验验位位取取4 4位位，有有 W WMNMN101101011011010100000000 P P1001110011 （给定）（给定）由由 101101011011010100000000/1001110011 得余数得余数R 1110R 1110 实际被传输数据为实际被传输数据为 101101011011010111101110882.9.4 循环冗余编码工作原理循环冗余编码工作原理 n接收方如何判断所收数据的正确性？接收方如何判断所收数据的正确性？设设接接收收方方收收到到的的数数据据为为U U，用用U U除除以以同同一一个个P P，若若余余数数为为0 0，则则传传输输正正确确；反反之之，传传输输中中出出现现错错误误，接接收收方方通通知发送方重发。知发送方重发。例例：接受方收到的数据为接受方收到的数据为U U101101011011010111101110 问：问：U/PU/P的余数的余数101101011011010111101110/10011/10011？若接受方收到的数据为若接受方收到的数据为U U1011010 00101010111101110 问：问：U/PU/P的余数的余数1011010 00101010111101110/10011/10011？892.9.4 循环冗余编码工作原理循环冗余编码工作原理 nP P的值是如何确定的？的值是如何确定的？从前面的讨论可以看出，从前面的讨论可以看出，P P的取值直接关系到的取值直接关系到CRCCRC方法方法检错的能力。事实上检错的能力。事实上P P的取值由一套国际标准约束，这的取值由一套国际标准约束，这套国际标准称之为套国际标准称之为生成多项式生成多项式。例例：采用：采用1616个校验位的生成多项式为个校验位的生成多项式为CRC_16=XCRC_16=X1616+X+X1515+X+X2 2+1+1 对应的对应的P P为为 对前叙例子，对应的生成多项式为对前叙例子，对应的生成多项式为CRC_4=XCRC_4=X4 4+X+1+X+190n结论结论n CRCCRC校验具有很强的校验能力，且其校验能力校验具有很强的校验能力，且其校验能力与生成多项式的构成密切相关，生成多项式的幂与生成多项式的构成密切相关，生成多项式的幂次越高，检错能力越强；次越高，检错能力越强；n CRCCRC校验不可能做到校验不可能做到100100的检错；的检错；n CRC CRC校验是通过牺牲一定的网络带宽来换取传校验是通过牺牲一定的网络带宽来换取传输错误的检测。输错误的检测。2.9.4 循环冗余编码工作原理循环冗余编码工作原理 91n明确信息、数据与信号中间的关系明确信息、数据与信号中间的关系n通信方式有通信方式有串行通信、并行通信；单工通信、半双工串行通信、并行通信；单工通信、半双工或全双工通信或全双工通信n传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤与无线通信。传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤与无线通信。n数据编码：模拟到数字、数字到模拟的方法数据编码：模拟到数字、数字到模拟的方法n带宽的定义带宽的定义n多路复用技术：频分、时分、波分多路复用技术：频分、时分、波分n其交换技术有分组交换、线路交换、报文交换