新编计算机网络教程——第2章.ppt

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1、北京金企鹅文化发展中心http:/1 新编计算机网络教程新编计算机网络教程计算机精品教程2 Contents 第2章 数据通信技术数据通信的基本概念2.1数据编码技术2.2传输介质及其主要特性2.3多路复用技术2.4目录Contents数据交换方式与技术2.5异步传输和同步传输2.6差错控制2.73 2.1 数据通信的基本概念面向终端的计算机网络 信息（Information）可以是语音、图像、文字等各种形式，是人们要通过通信系统传递的内容。信息总是与一定的形式相联系，这种形式实体就是数据。数据是传递信息的实体，而信息是数据的内容或解释。数据又可分为模拟数据和数字数据。信号可以是模拟信号或数字

2、信号。模拟信号是指表示信息的信号及其振幅、频率、相位等参数随着信息连续变化，幅度必须是连续的，但在时间上可以是连续的或离散的，如语音信号、电视信号等；数字信号不仅在时间上离散，在幅度上也是离散的，如电报信号、计算机输入输出的二进制信号等。信息（Information）1.信号（Signal）2.在数据通信系统中信道是传送信号的通路。信道本身也可以是模拟的或数字方式的，用以传输模拟信号的信道叫做模拟信道，用以传输数字信号的信道叫做数字信道。信道由传输介质及相应的中间通信设备组成。传输介质可以是有线的，如同轴电缆、光纤、双绞线等；也可以是无线的，如微波、无线电、红外线等。传输信道给数据信号提供了通

3、路，但它又会使信号畸变及带来噪声和干扰，其结果是使数据在传输后造成差错，增大了数据传输的差错率。由于传输信道的传输介质特性不同，还会使信息传输速率受到限制。信道3.4 2.1 数据通信的基本概念面向终端的计算机网络 数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。传输信道为数据信号从发送端传送到接收端提供了电通路。以模拟信号的形式在信道上传输数据称作模拟传输；以数字信号的形式在信道上传输数据称作数字传输。模拟数据和数字数据可以用模拟信号和数字信号来表示。模拟传输是一种不考虑信号内容的信号传输方法。模拟信号在传输过程中都会衰减，还会受到噪声的干扰。在数字传输方式中，数字数据可直接表示成数字

4、信号进行传输。但为使之适宜于在信道上传输，通常需要对二进制数据进行编码，即使用编码解码器将二进制数据编码成适合于传输的数字信号形式。此外，数字传输能将声音、文本、图像混合在一个信道上进行传输，有效地利用设备和已有线路可获得更高的数据传输率。并且数字设备可以大规模地集成，比复杂的模拟设备便宜很多。数据传输4.4.5 2.1 数据通信的基本概念面向终端的计算机网络 基带传输技术是指只使用一种载波频率的数据传输技术，也称窄带传输（Narrowband）。在这种传输中，将数字信号“1”或“0”直接用两种不同的电压表示，这种高低电压不断交替的信号（方波信号）称为基带信号，而基带就是这种原始信号所占的基本

5、频带。在基带传输中，直接将基带信号送到线路上传输。频带传输是指把数字信号调制成能在公共电话线上传输的音频模拟信号后再发送和传输，到达接收端后，再把音频信号解调成原来的数字信号。计算机网络系统的远程通信通常都为频带传输。宽带传输技术是指在一根电缆上多路复用多个独立信号的数据传输技术。宽带传输所传输的信号都是经过调制后的模拟信号，宽带传输常用于LAN中，它是利用频带宽度至少为0300MHz的宽带同轴电缆作为传输介质。使用时通常将这样的频带划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送文字、声音、图像和数据等多种信息，使系统具有多种用途。基带（Baseband）传输、频带传输和宽带（Broadband、

6、Wideband）传输5.5.6 2.1 数据通信的基本概念 数据传输的有效性用数据传输速率来描述。从不同的角度考虑有不同的描述方法。（1）数据传输速率数据传输速率是指每秒钟所能传输的位数，单位为比特每秒，可用b/s（位/秒）或bps来表示。它可按下式计算：S=（1/T）log2N对于在数据传输系统中普遍采用的单位脉冲，N=2。这时，其传输速率为：S=1/T（2）调制速率 数据以代码形式传输，代码由码元组成。调制速率就是指数据通信系统中，在线路上每秒钟传送的波形个数，是脉冲信号经过调制后的传输速率，其单位是“波特”（Baud）。计算公式为：B=1/T与传输速率的关系为：S=Blog2N面向终端

7、的计算机网络数据传输速率6.6.7 Contents 第2章 数据通信技术数据编码技术2.2数据通信的基本概念2.1传输介质及其主要特性2.3多路复用技术2.4目录Contents数据交换方式与技术2.5异步传输和同步传输2.6差错控制2.78 2.2 数据编码技术 数据编码是将数据表示成适当的信号形式，以便于数据的传输和处理。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。根据数据通信类型，网络中常用的通信信道分为两类：模拟通信信道与数字通信信道。相应的用于数据通信的数据编码方式也分为两类：模拟数据编码与数字数据编码。数据通信系统中，要采用频带技术传输数据

8、就必须利用调制技术，把由计算机或由计算机外部设备发出的基带脉冲信号调制成适合远距离传输的模拟信号，也就是将数字数据调制成模拟信号进行传输。所谓调制就是进行波形变换，严格地说是进行频谱变换。将基带数字信号的频谱变换成为适合于在模拟信道中传输的频谱。通常调制数字数据用3种载波特性（幅度、频率和相位）之一来表示，并由此产生3种基本调制方式，如图2-2所示。2.2.1 数字数据的模拟信号编码基带信号调幅调频调相010 01 1 10 0图2-2 几种调制9 2.2 数据编码技术1.调幅（AM）调幅，也称为幅移键控法，它是通过改变载波信号幅度来表示数字信号1、0。如，1对应于有载波输出，而0对应于无载波

9、输出。2.调频（FM）调频也称频移键控法，这种方法是通过改变载波信号频率来表示数字信号1、0。如，1对应于频率f0+f，0对应于频率f0-f（f0是标称中心频率，f是移频值）。这种调制方式实现容易，技术简单，抗干扰能力较强，比AM方式的编码效率高，是目前较常用的调制方法之一。3.调相（PM）调相也称相移键控法，是把振幅和频率定义为常数，通过改变载波信号的相位值表示数字信号1、0，即载波的初始相位随基带数字信号而变化。如0对应于相位0度，而1对应于相位180度。10 2.2 数据编码技术 图2-3所示是未经编码的原基带数字信号和计算机网络中常用的两种编码方法，即：曼彻斯特（Manchester）

10、编码和差分曼彻斯特编码。未经编码的二进制基带数字信号就是高电平和低电平不断交替的信号。至于用高电平还是用低电平代表1或0都是可以的。使用这种最简单的基带信号的最大问题就是当出现长串的连1或连0时，在接收端无法从收到的比特流中提取位同步信号。曼彻斯特编码可解决这一问题。它的编码方法是将每一个码元再分成两个相等的间隔。码元1是在前一间隔为高电平而后一个间隔为低电平。码元0则正好相反，从低电平变到高电平。二.计算机网络的形成2.2.2 数字信号的编码图2-3 常用的编码码元基带数字信号曼彻斯特编码信号差分曼彻斯特编码 另一种曼彻斯特编码的变种叫做差分曼彻斯特编码，它的编码规则是：若码元为1，其前半个

11、码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平一样（见图中的实心箭头）；但若码元为0，则其前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相反（见图中的空心箭头）。不论码元是1或0，在每个码元的正中间的时刻，一定要有一次电平的转换。差分曼彻斯特编码需要较复杂的技术，但可以获得较好的抗干扰性能。11 2.2 数据编码技术 在数字化的电话交换和传输系统中，通常需要将模拟的语音数据编码成数字信号后再进行传输。最常用的方法是脉冲编码调制（PCM，Pulse Code Modulation）。脉冲编码调制是以抽样定理为基础的，模拟数据数字化需要以下3个步骤：（1）采样。把时间、幅度连续的模拟信号转变为时间离散、

12、幅度连续的信号，即时间离散化。也就是用抽样频率Fs把模拟信号的值采出。（2）量化。把幅度连续信号转换为幅度离散信号，即幅度离散化。也就是分级的过程，把采样的值按照量级“取整”得到的是一个不连续的值。（3）编码。按照一定的规律，把时间、幅度离散的信号用一一对应的二进制或多进制代码表示。二.计算机网络的形成2.2.3 模拟数据的数字信号编码 在发送端经过这样的变换过程，就把模拟信号转换成二进制数码脉冲序列，然后发送到信道上进行传输。在接收端首先经过D/A转换器译码，将二进制数码转换成代表原模拟信号的幅度不等的量化脉冲，然后经过低通滤波器就可以使幅度不同的量化脉冲恢复成原来的模拟信号。12 Cont

13、ents 第2章 数据通信技术数据编码技术2.2数据通信的基本概念2.1多路复用技术2.4目录Contents数据交换方式与技术2.5异步传输和同步传输2.6差错控制2.7传输介质及其主要特性2.32.3 传输介质及其主要特性13 01 双绞线（TP：Twisted Pair）是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。双绞线一般由两根2226号绝缘铜导线相互缠绕而成。如果把一对或多对双绞线放在一个绝缘套管中便成了双绞线电缆。双绞线是最廉价

14、、也最便于使用的一种传输介质。长期以来，双绞线一直用于电话系统中传输模拟信号，当传输距离不太远时，也可在LAN中用来传输数字信号。目前，双绞线可分为非屏蔽双绞线（UTP：Unshielded Twisted Pair）和屏蔽双绞线（STP：Shielded Twisted Pair）。二.计算机网络的形成2.3.1 双绞线 传输介质是指信息传输的载体，而物理信道是信号传输的通路。在物理信道中除了包括传输介质外，还有中间通信设备。信道也称通信线路，在计算机网络中最常用的信道可分两大类：一类是有线信道，它所用的传输介质主要是双绞线、同轴电缆和光纤；另一类是无线信道，它包括微波和红外线信道等。2.3

15、 传输介质及其主要特性14 由于在这种双绞线外面并未包上屏蔽套，所以称为非屏蔽双绞线，如图2-4所示。UTP已具有多年的历史，有很多种类适用于不同场合，最常见的是电话线DIW。至20世纪80年代时UTP线已有大改进，形成了3类UTP线（其所允许的最高信号频率为16MHz）和4类线（信号最高频率为20MHz）。进入90年代后又生产出5类UTP线，其所允许的最高信号频率高达100MHz。3类和4类UTP线用于10 BASE-T LAN中，而5类UTP线则可用于100 BASE-T中。1.非屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）由于UTP电缆具有重量轻、体积小、规格全、可

16、靠性高，以及价格便宜、使用方便等一系列优点，所以它成为在通信领域和计算机领域中最常用的一种介质，特别是5类UTP线已被广泛用于结构化布线系统中作为水平布线用。但它也存在着某些不足之处：其误码率高（10-710-5），在传输信息时会向周围辐射，因而容易被窃听等。图2-4 非屏蔽双绞线外皮双绞线对芯：4对电线在一起直径A直径B外皮下面部分导线2.3 传输介质及其主要特性15 01 STP线是指在外面包上一层网状金属套用作屏蔽的双绞线，如图2-5所示。它由于增加了屏蔽层而使抗噪声和抗干扰的能力较强，致使其误码率有明显的下降，约为10-810-6。利用屏蔽双绞线连接LAN设备，可加大LAN的最大传输距

17、离及所能连接网络设备的数量。但是STP的价格较高，应用范围不如UTP广。2.屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）图2-5 屏蔽双绞线 外皮双绞线对芯：4对电线在一起导线直径A直径B外皮下面部分漏电线屏蔽层2.3 传输介质及其主要特性16 同轴电缆（Coaxial Cable）中的材料是共轴的，如图2-6所示，同轴之名由此而来。同轴电缆的外导体是一个由金属丝编织而成的圆形空管，内导体是圆形的金属芯线，内外导体之间填充着绝缘介质。同轴电缆可以是单芯的，也可以将多条同轴电缆安排在一起形成同轴电缆。广泛使用的同轴电缆有两种：一种是阻抗为50欧姆的基带同轴电缆，另一种是阻抗为7

18、5欧姆的宽带同轴电缆。基带同轴电缆主要用于传输数字信号，可以作为计算机局域网的传输介质。基带同轴电缆的带宽取决于电缆长度。宽带同轴电缆用于传输模拟信号。同轴电缆的低频串音及抗干扰性不如双绞线电缆，但当频率升高时，外导体的屏蔽作用加强，同轴电缆所受的外界干扰以及同轴电缆间的串音都将随频率的升高而减小，因而特别适用于高频传输。由于同轴电缆具有寿命长、频带宽、质量稳定、外界干扰小、可靠性高、维护便利、技术成熟等优点，而且其费用又介于双绞线与光纤之间，在光纤通信没有大量应用之前，同轴电缆在闭路电视传输系统中一直占主导地位。图2-6 同轴电缆 二.计算机网络的形成2.3.2 同轴电缆护套绝缘层金属网状屏

19、蔽层导体2.3 传输介质及其主要特性17 光纤是一种极其纤细（50100m）柔软并能传导光线的介质。生产光纤的原料是玻璃或塑料，利用超高纯石英玻璃纤维，可以获得较低的传输损耗，宜用于长距离传输；而利用塑料纤维，可使价格更低，用于短距离传输。由一束光纤做成的光缆，通常包含四部分：（1）缆芯：可以是一股或多股光纤，光纤的直径约为50100m，通常是超高纯的玻璃纤维；（2）包壳：这是在光纤外面包裹的一层，对光的折射率低于光纤的折射率；（3）吸收外壳：用于防止光的泄漏；（4）防护层：对光缆起保护作用，如图2-7所示。1.光纤的结构和类型 光导纤维是一种新型的传输介质。由于它具有传输速率高、通信容量大、

20、重量轻等一系列非常突出的优点而得以迅速发展。二.计算机网络的形成2.3.3 光纤图2-7 光纤2.3 传输介质及其主要特性18（1）单模光纤（Single Mode Fiber）：这种光纤具有较宽的频带，传输损耗小，因此允许做无中继的长距离传输。但由于这种光纤难与光源耦合，连接较困难，价格也贵，故主要用作邮电通信中的长距离主干线。（2）多模光纤（Multi Mode Fiber）：其频带较窄、传输衰减也大，因此，其所允许的无中继传输距离较短，但其耦合损失较小，易于连接、价格明显便宜，故常用于中、短距离的数据传输网络和LAN中。光纤的类型：2.3 传输介质及其主要特性19 （1）光纤的优点 由于

21、光纤的直径小，可小到10100m，故重量轻，每公里长的光纤也只有几克重。光纤具有非常宽的频带，在一公里内的频带可达1GHz以上；在30公里内的频带仍大于25MHz。无中继时光纤的传输距离可达68公里，误码率很低，在中继距离为68公里时可小于10-9。此外，它还有不受电磁干扰、保密性好等一系列优点，这使光纤被广泛地用于电信系统中铺设主干线；进入90年代后，LAN中也广泛采用光缆。（2）光纤的缺点 光纤价格昂贵。光缆的安装、连接和分接都不容易，且相应的安装和测试工具也非常昂贵，这使光纤的应用受到一定限制，目前还主要局限于所要求的传输速率很高（如超过100Mbps）、抗干扰性极强的主干网络上使用。2

22、.光纤的优缺点2.3 传输介质及其主要特性20 无线电短波是指波长在100m以下，10m以上的电磁波，其频率为3MHz30MHz。短波通信可以传送电报、电话、传真、低速数据和语音广播等多种信息。短波通信在空间传播，为避免相互间的干扰，国家设立了无线电管理委员会，审批无线电台的设置，监测各类无线电台是否按规定程序和核定的项目进行工作，并处理各类无线电干扰问题。1无线电短波通信 无线介质是指信号通过空气传输，信号不能被约束在一个物理导体内。无线介质实际上就是无线传输系统，主要包括无线电、微波和红外通信等。二.计算机网络的形成2.3.4 无线传输介质 100MHz以上的微波能沿着直线传播，具有很强的

23、方向性，因此，发射天线和接收天线必须精确地对准，它构成了远距离电话系统的核心。微波通信的特点是通信容量大、受外界干扰小、传输质量高，但它的数据保密性较差。2微波传输 无导向的红外线已经被广泛应用于短距离通信。红外线通信的特点是相对有方向性、便宜而且容易制造。但是有一个主要的缺点是不能穿透坚实的物体。另一方面，红外线不能穿透坚实的物体也是一个优点，它意味着不会与其他系统发生串扰，这样它的数据保密性要高于无线电系统。3红外线21 Contents 第2章 数据通信技术数据编码技术2.2传输介质及其主要特性2.3目录Contents数据交换方式与技术2.5异步传输和同步传输2.6差错控制2.7多路复

24、用技术2.4数据通信的基本概念2.1第四节 计算机网络的分类2.4 多路复用技术22 为了有效地利用通信线路，希望一个信道同时传输多路信号，这就是所谓的多路复用技术。多路复用技术主要有以下几种：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）和码分多路复用（CDM）等几种。2.4.1 频分多路复用 在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一路信号，这就是频分多路复用。原始信号在复用前，首先将信道的可用频带分割成若干互不交叠的频段，再利用频谱搬移技术使每路信号的频谱占用其一

25、，以实现多路相加的FDM信号在同一信道中传输。在接收端，借助适当的带通滤波器加以分路，分别进行解调。可见频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源，如图2-8所示。频率时间频率1频率2频率3频率4频率5图2-8 频分复用 FDM是一种传统的技术，适合于模拟信号的频分传输，主要用于载波电话通信和电缆电视系统，在数据通信系统中应和调制解调器结合使用。第四节 计算机网络的分类2.4 多路复用技术23 2.4.2 时分多路复用 时分多路复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），也就是将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号占用，而不像F

26、DM那样，同一时间同时发送多路信号。这样，利用每个信号在时间上的交叉，就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。可见，时分多路复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度，如图2-9所示。TDM又分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。所谓同步时分多路复用是采用固定分配信道，在通信信道上形成一种时间上的逻辑子信道的通信媒体共享方式。其特点是：对信道进行固定的时隙分配，也就是将一帧中的各时隙以固定的方式分配给各路数字信号，所以时隙利用率低。而异步时分多路复用则克服了这个问题，能够动态地按需分配时隙，避免了浪费。它不是固定地分配时隙，而是在只有当某一路用户有数据要发送时才分配给时隙，当用户暂时停止

27、发送数据时，则不给它分配。这样，其他用户传输更多的数据时就可以使用尽可能多的时隙了。频率时间TDM帧TDM帧图2-9 时分复用第四节 计算机网络的分类2.4 多路复用技术24 波分复用就是光的频分复用。光纤技术的应用使得数据的传输速率空前提高，目前一根单模光纤的传输速率可达到2.5Gb/s，再提高传输速率就比较困难了，如果设法对光纤传输中的色散（dispersion）问题加以解决，例如采用色散补偿技术，则一根单模光纤的传输速率可达到10Gb/s。这几乎已到了单个光载波信号传输的极限值。但是，人们借用传统的载波电话的频分复用的概念，就能做到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号。由于光

28、载波的频率很高，因此习惯上用波长而不用频率来表示所使用的光载波。这样就得出了波分复用这一名词，实际上是在光频上进行复用。2.4.3 波分多路复用图2-10 波分复用的概念 最初，人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号。这种复用方式称为波分复用WDM。随着技术的发展，在一根光纤上复用的光载波信息路数越来越多。现在己能做到在一根光纤上复用80路或更多路数的光载波信号。于是就使用了密集波分复用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）这一名词。图2-10说明了波分复用的概念。第四节 计算机网络的分类2.4 多路复用技术25 Part 01LOREM IP

29、SUM DOLOR2.4.4 码分多路复用 码分复用CDM（Code Division Multiplexing）是另一种共享信道的方法。实际上，人们更常用的名词是码分多址CDMA（Code Division Multiple Access）。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。码分复用最初是用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。随着技术的进步，CDMA设备的价格和体积都大幅度下降，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。采用CDMA高通信的

30、话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量（是使用GSM的45倍），降低手机的平均发射功率等等。码分复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。它不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性以及减少干扰对通信的影响，而且增大了通信系统的容量。笔记本电脑和个人数字处理（PDA）等移动性计算机的联网通信就是大量地使用了这种技术。另外，国际电信联盟还提出了宽带码分多址WCDMA。26 Contents 第2章 数据通信技术数据编码技术2.2传输介质及其主要特性2.3目录Contents异步传输和同步传输2.6差错控制2.7数据交换方式与技术2.5数据通信的基本概念2.

31、1多路复用技术2.427 2.1 数据通信的基本概念 交换是网络实现数据传输的一种手段。在数据进行通信实现交换的过程中，数据从信源节点到信宿节点所经过的中间节点并不关心数据的内容，只是提供一种交换功能，使数据从一个节点传到另一个节点，直至到达目的地为止。通常使用的数据交换技术有3种：电路（线路）交换、报文交换和分组交换。2.5.1 电路交换2.5 数据交换方式与技术 所谓电路交换（Circuit Switching）是通过网络中的节点在两个站之间建立一条专用的通信线路。这种交换方式必须保证在两个站之间有一个实际的物理连接，在传输任何数据之前都必须建立点到点的线路。一般来说这种连接是全双工的，可

32、以在两个方向传输数据。电路方式属于预分配电路资源系统，即在一次接续中，电路资源预先分配给一对用户固定使用，不管在这条电路上是否有数据传输，电路都一直被占用，直到双方通信完毕拆除连接为止，如图2-11A所示。最典型的例子是电话交换系统。即当用户要求发送数据时，交换机就在主叫用户终端和被叫用户终端之间接续一条物理的数据传输通路。电路交换方式的通信过程分为3个阶段：图2-1128 2.1 数据通信的基本概念2.5 数据交换方式与技术 如同打电话要先通过拨号在通话双方建立起一条通路一样，在传输数据之前，也要先经过呼叫过程建立一条端到端的电路。首先，源站点发出一个连接请求，中间节点收到后，即在它通向目的

33、站点的路由表中找出下一条路由，并为该条线路分配一个未用信道，然后，将连接请求传送到下一个节点。这样，通过一级一级地分段连接，就使源站点和目的站点之间建立起一条实际的物理连接。1电路建立阶段 一旦线路连接好后，就可以通过这条专用的线路进行数据传输了。这种数据传输有最短的传播延迟，并且没有阻塞的问题，除非有意外的线路或节点故障而使电路中断。在整个数据传输的过程中，所建立的线路必须始终保持连接状态。2数据传输阶段 在数据传送完成后，就要对建立的通道进行拆除，一般情况下由这两个站中的其中一个来完成，以便释放专用资源。被拆除的信道空闲后，就可被其他通信使用。电路交换方式的优点是数据传输可靠性好，信息传输

34、时延小，电路对于用户来说是“透明”的，信息传送的吞吐量大。缺点是所占用的带宽是固定的，所以网络资源的利用率较低。3电路拆除阶段29 2.1 数据通信的基本概念2.5 数据交换方式与技术2.5.2 存储转发交换存储转发交换方式分为报文存储转发交换和分组存储转发交换。对较为连续的数据流，电路交换是一种易于使用的技术，而对于数字通信，广泛使用的则是报文交换技术。如图2-11B所示。在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，报头中有源地址和目标地址。节点根据报头中的目标地址为报文进行路径选择，并且对收发的报文进行相应的处理。报文交换的特点如下：源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通路。与

35、电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所需的等待和时延。电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度传输，能高效地传输数据。要求节点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微机或小型机担当。数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中都进行差错控制，即检错和纠错。1报文交换图2-11 由于采用了对完整报文的存储/转发，而节点存储/转发的时延较大，不适用于交互式通信，分组交换即所谓的包交换正是针对报文交换的缺点而提出的一种改进方式。30 2.1 数据通信的基本概念2.5 数据交换方式与技术 分组交换属于“存储/转发”交换方式，但它不像报文交换那样以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准

36、的“报文分组”（Packet）为单位进行交换传输，如图2-11C所示。分组是一组包含数据和呼叫控制信号的二进制数，把它作为一个整体加以转接，这些数据、呼叫控制信号以及可能附加的差错控制信息都是按规定的格式排列的。2分组交换 交换网可采用两种方式：数据报分组交换或虚电路分组交换。（1）数据报分组交换 交换网把进网的任一分组都当作单独的“小报文”来处理，而不管是属于哪个报文的分组，就像报文交换中把一份报文进行单独处理一样。这种分组交换方式简称为数据报传输方式，作为基本传输单位的“小报文”被称为数据报（Datagram）。数据报的特点如下：同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通过通信子网。同一报文

37、的不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复或丢失现象。每一个报文在传输过程中都必须带有源节点地址和目的节点地址。图2-1131 2.1 数据通信的基本概念2.5 数据交换方式与技术 （2）虚电路交换 为了在一条物理链路上进行多对用户之间的通信，常把物理链路划分为大量的逻辑信道，并编号命名，一对用户之间通信占用其中一条逻辑信道。所谓虚电路，就是一对逻辑或物理端口之间的双向透明信息流控制电路。虚电路方式的传输过程与电路交换类似，也是分成3个阶段进行的。但无论何时，每个站都能和任何站建立多个虚电路，也能同时和多个站点建立虚电路。虚电路数据交换方式，采用的是存储转发的分组交换技术。用户感觉到的好像是占

38、用了一条从信源节点到信宿节点的物理电路，而事实上它只是断续地占用一段又一段的链路。不同的交换技术适用于不同的场合。对于交互式通信来说，报文交换肯定不适合；对于较重和持续的负载来说，使用租用的线路以电路交换方式进行通信是最适合的；对于必须交换大量数据的情况，可使用分组交换方式。2.5.3 高速交换 传统的交换技术不能满足多媒体业务的应用，目前提高交换速度的方案有帧中继和ATM等。ATM（异步传输模式）是电路交换与分组交换技术的结合，它能最大限度的发挥电路交换与分组交换技术的优点，具有从实时的话音信号到高清晰度电视图像等各种高速综合业务的传输能力。32 Contents 第2章 数据通信技术数据编

39、码技术2.2传输介质及其主要特性2.3目录Contents数据交换方式与技术2.5多路复用技术2.4差错控制2.7数据通信的基本概念2.1异步传输和同步传输2.633 2.1 数据通信的基本概念2.6 异步传输和同步传输 在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信时，通信双方交换数据需要有高度的协同动作，彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔都必须相同，这就是同步问题。实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之一。通常使用的同步技术有两种：异步方式和同步方式。在异步传输方式中，每传送1个字符（7或8位）都要在每个字符码前加1个起始位，以表示字符代码的开始；在字符代码和校验码后面

40、加1或两个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位来判断一个新字符的开始和结束，从而起到通信双方的同步作用，如图2-12所示。1异步方式图2-12 异步通信方式 异步方式的实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用23位，所以适合于低速通信。34 2.1 数据通信的基本概念2.6 异步传输和同步传输 同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块（帧）。对于这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一组字符或数据块之前先发送一个同步字符SYN（以01101000表示）或一个同步字节（01111110），用于接收方进行同步检测，从而使收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之

41、后，可以连续发送任意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来标识整个发送过程的结束，如图2-13所示。2同步方式图2-13 同步通信方式 在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方法一般用在高速传输数据的系统中，比如，计算机之间的数据通信。另外，在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，而使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据帧，只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端保持一致，接收方才能正确地接收数据，这就要使用位同步的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专用信道发送同步时钟来保持双方同步

42、，也可以使用编码技术将时钟编码到数据中，在接收端接收数据的同时就获取到同步时钟，两种方法相比，后者的效率最高，使用得最为广泛。35 Contents 第2章 数据通信技术数据编码技术2.2传输介质及其主要特性2.3目录Contents数据交换方式与技术2.5异步传输和同步传输2.6多路复用技术2.4数据通信的基本概念2.1差错控制2.736 2.1 数据通信的基本概念2.7 差错控制 常见的差错控制编码有奇偶校验和CRC循环冗余校验。1.奇偶校验 二维奇偶校验（Two-dimensional Parity）就是这个名字所指的含义。它基于“简单的”（一维）奇偶校验，通常把额外的1个比特附加到7比

43、特编码上，来平衡字节中1的个数。图2-14说明二维偶校验对一个含有6字节数据的帧的操作过程。注意，奇偶校验字节中的第3个比特是1，因为帧中6个字节的第三位中含有奇数个1。可以证明，二维奇偶校验可检测到所有1、2、3比特错及大部分4比特错。在这种情况下，我们给42比特的消息中加入了14比特的冗余信息，从而对于一般差错具有比上面描述的“重复码”更强的保护能力。差错控制，就是指在数据通信的过程中，发现、检测差错，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。在计算机通信中，一般都要求有极低的比特差错率，为此广泛采用了编码技术。编码技术有两大类：一类是向前纠错。这种方法

44、开销大，不太适合计算机通信。另一类是差错检测，即接收方可以检测出收到的帧是否有差错（但并不知道是哪几个比特错了）。当检测出有错的帧时就立即将它丢弃，但接下去有两种选择：一种是不进行任何处理（要处理也是高层进行），另一种是由数据链路层负责重传丢弃的帧。图2-14 二维奇偶校验37 2.1 数据通信的基本概念2.7 差错控制 2.循环冗余检验CRC 假设待传送的数据M=1010001101（共k bit）。在M的后面再添加供差错检测用的n bit冗余码一起发送。在所要发送的数据后面增加一些冗余码，虽然增大了数据传输的开销，但却可以进行差错检测。这n bit冗余码是这样得出的：用二进制的模2运算（进

45、行加法时不进位，如1111+1010=0101。减法和加法一样，按加法规则计算）进行2n乘M的运算，这相当于在M后面添加n个0。得到的（k+n）bit的数除以事先选定好的长度为（n+1）bit的数p，得出商是Q而余数是R，余数R比除数P少1个比特。在图2-15所示的例子中，n=5，P=110101，模2运算的结果是：商Q=1101010110，而余数R=01110。现在将得到的余数R就作为冗余码添加在数据M的后面发送出去，即发送的数据是101000110101110，或2nM+R。图2-15 循环冗余检验的原理 如果数据在传输过程中不产生误码，则接收端收到的应当是2nM+R。将这个数除以P（模

46、2运算）后，得出的余数显然应当是0。若数据在传输过程中出现误码，则在接收端进行以上的运算后，一般就不会得出余数为0的结果。38 2.1 数据通信的基本概念2.7 差错控制 一种较方便的方法是用多项式来表示循环冗余检验过程，即使用多项式相应的系数来表示上述二进制数字中的1和0。例如，可以用多项式P（X）=X5+X4+X2+1来表示上面数P（称为生成多项式）。因此，在接收端进行的运算就可以写为：只要得出的余数R不为0，就表示检测到了差错（注意：这种检测方法并不能确定出是哪一个或哪几个比特出现了差错），然后就丢弃这个出现差错的帧。在某种非常特殊的比特差错组合下，也可能非常碰巧地使得余数R恰好为0。但只要经过严格的挑选并使用位数足够多的除数P，那么出现检测不到的差错的概率就可以是个极小的数值。现广泛使用的P（X）有以下几种：应当注意，仅用循环冗余检验CRC差错检测技术只能做到无差错接受（Accept）。所谓“无差错接受”就是指：“凡是接受的帧（即不包括丢弃的帧），我们都能以非常接近于1的概率认为这些帧在传输过程中没有产生差错”，也就是“凡是接受的帧均无传输差错”（丢弃的帧都不属于接受的帧）。而要做到“可靠传输”（即发送什么就收到什么）必须再加上确认和重传机制。北京金企鹅文化发展中心http:/演示完毕！北京金企鹅文化发展中心http:/谢谢观看！