第2章网络通信技术新优秀课件.ppt

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1、第2章网络通信技术新1第1页，本讲稿共64页第第2章章 网络通信技术网络通信技术 2.1 多路复用技术多路复用技术 2.2 数据交换技术数据交换技术 2.3 差错控制技术差错控制技术 2第2页，本讲稿共64页本章学习要求：本章学习要求：掌握：频分多路复用（掌握：频分多路复用（FDM）和时分多路复用）和时分多路复用（TDM）技术。）技术。了解：码分复用（了解：码分复用（CDMA）和波分复用）和波分复用（WDM）技术。）技术。掌握：电路交换和报文交换技术的基本原理及掌握：电路交换和报文交换技术的基本原理及特点、优缺点。特点、优缺点。掌握：分组交换技术的分类、工作原理、特点、掌握：分组交换技术的分类

2、、工作原理、特点、优缺点。优缺点。3第3页，本讲稿共64页了解：三种交换技术的比较。了解：三种交换技术的比较。了解：差错控制的基本概念。了解：差错控制的基本概念。了解：奇偶校验法的基本工作原理。了解：奇偶校验法的基本工作原理。掌握：循环冗余校验法的工作原理及循环冗余掌握：循环冗余校验法的工作原理及循环冗余码的求取方法。码的求取方法。了解：差错控制策略中的反馈检测法的工作原了解：差错控制策略中的反馈检测法的工作原理。理。掌握：差错控制策略中的自动重发请求法中两掌握：差错控制策略中的自动重发请求法中两种工作方式的工作原理。种工作方式的工作原理。4第4页，本讲稿共64页2.1 多路复用技术多路复用技

3、术 2.1.1 频分多路复用（频分多路复用（FDM）2.1.2 时分多路复用（时分多路复用（TDM）2.1.3 码分复用（码分复用（CDMA）2.1.4 波分复用（波分复用（WDM）5第5页，本讲稿共64页什么是多路复用技术？什么是多路复用技术？在在计计算机网算机网络络中，中，传输传输介介质对质对信号的信号的传输传输能力通能力通常超常超过单过单个信号的需要。个信号的需要。为为了更高效的利用通信了更高效的利用通信线线路路资资源，可利用多路复用技源，可利用多路复用技术术，将两个或多个彼此独立，将两个或多个彼此独立的信号合并的信号合并为为一个复合信号，在一条公共信道上一个复合信号，在一条公共信道上进

4、进行行传输传输。6第6页，本讲稿共64页2.1.1 频分多路复用（频分多路复用（FDM）1、频分多路复用的目的：、频分多路复用的目的：提高信道的频带利用率。提高信道的频带利用率。2、频分多路复用技术、频分多路复用技术的的工作原理工作原理：（如下图所示）：（如下图所示）频带资源分割；频带资源分割；需和调制解调技术结合使用；需和调制解调技术结合使用；7第7页，本讲稿共64页频分多路复用技术频分多路复用技术FDM的工作原理的工作原理8第8页，本讲稿共64页2.1.1 频分多路复用（频分多路复用（FDM）3、频分多路复用技术、频分多路复用技术的特点：的特点：频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的频分

5、复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。带宽资源。信道复用率高。信道复用率高。主要缺点是设备生产比较复杂，会因滤波器件主要缺点是设备生产比较复杂，会因滤波器件特性不够理想和信道内存在非线性而产生路间特性不够理想和信道内存在非线性而产生路间干扰。干扰。9第9页，本讲稿共64页2.1.2 时分多路复用（TDM）1、时分多路复用技术和频分多路复用技术对比：FDM是按频率来划分不同的子信道，TDM是按时间来划分不同的子信道的；TDM更有利于数字信号的传输，通常用于数字通信。10第10页，本讲稿共64页2.1.2 时分多路复用（TDM）2、分类：、分类：（1）同步时分复用）同步时分复用STDM 时

6、分多路复用 （2）异步时分复用）异步时分复用ATDM11第11页，本讲稿共64页2.1.2 时分多路复用（TDM）（1）同步时分复用（STDM）工作原理：工作原理：采用固定时隙分配方式；每一个输入信号在每一帧都顺序分配到一个时隙。在各输入信号占用的时隙内，是使用信道的全部频带宽度的。（如下图所示）12第12页，本讲稿共64页存在时隙浪费存在时隙浪费的情况。的情况。同步时分复用工作原理同步时分复用工作原理13第13页，本讲稿共64页2.1.2 时分多路复用（TDM）（2）异步时分复用（）异步时分复用（ATDM）又称为统计时分复用STDM，克服了同步时分复用技术中时隙浪费的缺点。工作原理：工作原理

7、：采用动态的方式按需分配时隙，避免每帧中出现空闲时隙。（如下图所示）14第14页，本讲稿共64页异步时分复用工作原理异步时分复用工作原理每个终端的传输速率可通过多占时隙而高于平均速率，最佳情况每个终端的传输速率可通过多占时隙而高于平均速率，最佳情况下可达到线路总的传输能力。下可达到线路总的传输能力。必须在所传输的数据中加入信道号等识别的标记，以便接收端的分必须在所传输的数据中加入信道号等识别的标记，以便接收端的分配器能按标记正确分送数据。配器能按标记正确分送数据。15第15页，本讲稿共64页2.1.3 码分复用（CDMA）又称码分多址技术，是用于无线计算机网络、移动通信的一种新的复用技术。1、

8、工作原理：、工作原理：基于扩频通信技术。在扩频通信系统中，一般都要进行信息调制、扩频调制、射频调制三次调制以及相应的信息解调、解扩和射频解调。（如下图所示）16第16页，本讲稿共64页码分复用工作原理码分复用工作原理在众多的用户中，各用户只要配对使用相同的扩频码序列，就可以互在众多的用户中，各用户只要配对使用相同的扩频码序列，就可以互不干扰地同时使用同一频率进行通信。不干扰地同时使用同一频率进行通信。17第17页，本讲稿共64页2.1.3 码分复用（CDMA）2、扩频码序列 CDMA技术的基本工作原理中，多用户信号能在同一信道上传输而互不干扰的关键，是必须通过扩频码发生器产生的扩频码序列对各子

9、信号进行调制。扩频码系列分为伪随机噪声（PN）码序列和正交码序列。18第18页，本讲稿共64页2.1.3 码分复用（CDMA）伪随机噪声码序列：伪随机噪声码序列：一个足够随机而又不是完全随机的序列，在实际CDMA系统中这个随机序列对于非目标接收端是不可识别的，而对于目标接收端却能够识别并能很容易同步地产生这个随机序列。这种伪随机序列码具有自身完全相关、移位近似正交的特性。这保证了多用户信号能在同一信道上传输而互不干扰的实现。19第19页，本讲稿共64页2.1.3 码分复用（CDMA）3、CDMA技术的特点 基于码型的不同来区分不同用户，各用户对应的子信号在信道与时间资源上均为共享。具有良好的保

10、密性能。由于所使用的扩频码集一般并非严格正交，随着用户的增加，用户之间的干扰将会增大，这会限制系统的容量。20第20页，本讲稿共64页2.1.4 波分复用(WDM)波分多路复用技术是光的频分复用。主要用于全光纤组成的计算机网络。使得光纤的传输能力成倍的增加。21第21页，本讲稿共64页2.1.4 波分复用(WDM)1、WDM技术的工作原理 将两种或多种不同波长的光载波信号，在发送端经合波器把这些光载波信号汇合在一起，并耦合到光线路中同一根光纤中进行传输。在接收端经分波器将各种波长的光载波进行分离，然后由光接收机对接收到的相应信号作进一步恢复信号处理。波分复用可以是单向传输，也可以是双向传输。（

11、如下图所示）22第22页，本讲稿共64页WDM技术的工作原理技术的工作原理23第23页，本讲稿共64页2.1.4 波分复用(WDM)2、WDM技术与技术与FDM技术的区别：技术的区别：1）传输媒介不同，WDM技术是光信号上的频率分割，而FDM技术是电信号上的频率分割。2）FDM技术传输的是模拟信号，而WDM技术传输的是数字信号。24第24页，本讲稿共64页2.1.4 波分复用(WDM)3、WDM技术的特点（1）超大容量传输（2）节约光纤资源（3）各信道透明传输，平滑升级、扩容（4）利用EDFA实现超长距离传输（5）提高系统的可靠性（6）可组成全光网络 25第25页，本讲稿共64页2.2 数据交

12、换技术2.2.1 电路交换 2.2.2 报文交换 2.2.3 分组交换 2.2.4 三种交换技术的比较 26第26页，本讲稿共64页2.2 数据交换技术通信网络的拓扑结构图：27第27页，本讲稿共64页2.2 数据交换技术数据交换技术的4个发展阶段：电路交换技术电路交换技术报文交换技术报文交换技术分组交换技术分组交换技术ATM技术28第28页，本讲稿共64页2.2.1 电路交换是基于电话网电路交换的原理，从一点到另一点传递信息的方式。工作原理工作原理：（如下图所示）：（如下图所示）采用面向连接的方式，在双方进行通信之前，需要先建立连接，即需要为通信双方预分配一条具有固定带宽的通信电路，通信双方

13、在通信过程中将一直占用所分配的资源，直到通信结束释放连接。29第29页，本讲稿共64页电话之间采用电路交换方式传送数据信息的示意图电话之间采用电路交换方式传送数据信息的示意图30第30页，本讲稿共64页2.2.1 电路交换电路交换技术的特点：1）数据传输可靠、迅速、有序；2）线路利用率低；3）线路建立、拆除时间较长，造成有效时间的浪费；4）适用于高负荷的持续通信和实时性要求较强的场合（如会话式通信），不适合突发性通信（如计算机网络中的数据通信）。31第31页，本讲稿共64页2.2.2 报文交换 1、报文交换的工作原理：、报文交换的工作原理：报文交换技术采用的是“存储存储-转发转发”技术，不需要

14、在两个站点之间建立专用通路。在报文交换中，当一个站要发送报文时，它将一个目的地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目的地址信息，把报文发送到下一个节点，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，再把整个报文转发给下一个节点，这样通过逐个节点转送到目的节点。32第32页，本讲稿共64页2.2.2 报文交换2、报文交换的优点：1）电路利用率高；2）传送延迟增加；3）可把一个报文发送到多个目的地，而电路交换技术很难做到这一点；4）可进行速度和代码的转换。33第33页，本讲稿共64页2.2.2 报文交换3、报文交换的缺点：1）报文经过网络的延迟时间长且不

15、定。2）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。34第34页，本讲稿共64页2.2.3 分组交换分组交换方式综合了电路交换和报文交换两者的优点，它仍采用报文交换的“存储-转发”技术。但不是以整个报文为交换单位，而是 以“分组”为交换单位。是计算机网络中使用最广泛的一种交换技术。分组交换技术分为虚电路分组交换和数据报分组交换两种。35第35页，本讲稿共64页2.2.3 分组交换1、数据报分组交换 工作原理：工作原理：（如下图所示）36第36页，本讲稿共64页37第37页，本讲稿共64页2.2.3 分组交换数据报分组交换的特点：同一报文的不同分组可以由不同的传输路径通

16、过通信子网；每个分组都必须带有源节点地址和目的节点地址；传输过程中，不需要建立专用的电路，但每个分组在经过的节点上都要存储、排队等待发送，并要为每个分组做路由选择；不同分组到达目的节点时可能出现乱序、重复或丢失现象。38第38页，本讲稿共64页2.2.3 分组交换2、虚电路分组交换、虚电路分组交换 工作原理：工作原理：（如下图所示）39第39页，本讲稿共64页40第40页，本讲稿共64页2.2.3 分组交换虚电路分组交换的特点：1）在数据传送之前必须通过虚呼叫设置一条虚电路。但并不像电路交换那样有一条专用通路。2）数据传输过程中，分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只需要携带虚电路号。3）分

17、组到达目的节点不会出现丢失、重复与乱序现象。4）分组通过虚电路上的每个节点时，仍需缓冲、排队，节点需给分组做差错检测，但不需做路由选择。41第41页，本讲稿共64页2.2.3 分组交换3、分组交换技术的主要优点1）传输时延较小，能较好地满足交互型通信的实时性要求；2）易于实现线路的统计时分多路复用，提高了线路的利用率；3）容易建立灵活的通信环境，便于不同的数据终端之间实现互通；4）可靠性好；5）经济性好。42第42页，本讲稿共64页2.2.3 分组交换4、分组交换技术的主要缺点1）由于网络附加的传输信息较多，影响了分组交换的传输效率；2）实现技术复杂，要求交换机具有较强的处理功能。43第43页

18、，本讲稿共64页2.2.4 三种交换技术的比较 下图表示三种交换技术的通信过程，在此可比较三种交换技术的通信过程及通信过程中传输时延、传送时延和节点时延的不同。44第44页，本讲稿共64页三种交换技术的比较三种交换技术的比较45第45页，本讲稿共64页2.3 差错控制技术2.3.1 差错控制概述 2.3.2 常用检错技术 2.3.3 差错控制策略 46第46页，本讲稿共64页2.3.1 差错控制概述电磁波在传输介质中传输可能会遇到噪声，这可能会使传输的数据产生差错或丢失。差错控制技术包括检测错误和纠正错误以及一定的差错控制策略。47第47页，本讲稿共64页2.3.2 常用检错技术1、奇偶校验

19、奇偶校验是在每个字符的最高位之后附加一个奇偶校验位，奇偶校验位根据数据块中1的个数获得。对于偶校验来说，包括已编码数据中奇偶校验位上的1在内，l的个数必须是偶数。对于奇校验来说，包括已编码数据中奇偶校验位上的1在内，l的个数必须是奇数。48第48页，本讲稿共64页2.3.2 常用检错技术奇偶校验法举例：49第49页，本讲稿共64页1100011发送端数据块11010110接收端数据和校验位一起，1的个数是偶数接收端收到的字节中1的位数为偶数，则认为传输正确。接收端收到的字节中1的位数为奇数，则认为传输出错。1100011010001110接收端收到的字节中1的位数为偶数，则认为传输正确。可见此

20、法不能检测出偶数个位出错的情况。情况情况情况假设采用偶校验假设采用偶校验校验位050第50页，本讲稿共64页1100011发送端数据块11010111接收端数据和校验位一起，1的个数是奇数接收端收到的字节中1的位数为奇数，则认为传输正确。接收端收到的字节中1的位数为偶数，则认为传输出错。1100011110101110接收端收到的字节中1的位数为奇数，则认为传输正确。可见此法不能检测出偶数个位出错的情况。情况情况情况假设采用奇校验假设采用奇校验校验位151第51页，本讲稿共64页2.3.2 常用检错技术2、循环冗余校验循环冗余校验基本原理：基本原理：发送端发出的信息由数据块数据块和用于校验的循

21、环冗余码循环冗余码组成。发送端先发送基本的信息位，发送的同时生成循环冗余码，当基本的信息位发送完毕，循环冗余码也就生成了，发送端紧接着就发送循环冗余码。接收端接收到发送来的信息后，用相同的方法产生循环冗余码，将两端产生的循环冗余码进行比较，若一致则认为传输正确，否则认为传输出错。52第52页，本讲稿共64页如何生成循环冗余码？将要发送的比特流看成是一个多项式f(x)的系数，用收发双方约定的生成多项式G（x）除f(x)，所得的余数多项式的系数就是循环冗余码。具体计算循环冗余码的方法是：先将发送数据的多项式f(x)乘以xk，其中k是生成多项式G(x)的最高次幂值，然后将f(x)xk除以生成多项式G

22、(x)，所得的余数多项式的系数即为循环冗余码。53第53页，本讲稿共64页生成多项式 对于生成CRC冗余码所使用到的生成多项式G(x)，是要经过严格的数学分析和实验确定的，应用时可由专门的CRC集成电路芯片实现，常用的生成多项式有54第54页，本讲稿共64页循环冗余码的求取方法举例：循环冗余码的求取方法举例：（1）假设待传送的数据是100101，生成多项式G(x)的系数序列是11010。则所得的余数1000即为循环冗余码（如右图）；55第55页，本讲稿共64页（2）发送端实际发送的比特序列为信息数据后面加上循环冗余码序列，即1001011000。如果传输没有差错，那么接收端接收到的带有循环冗余

23、码的比特序列一定能被相同的生成多项式11010整除，即余数为0（如右图）。否则说明传输出错。56第56页，本讲稿共64页2.3.3 差错控制策略1、反馈检测法反馈检测法工作原理：工作原理：这是一种无须使用任何特殊代码的差错检测法。双方进行数据传输时，接收方将接收到的数据重新发回发送方，由发送方检查是否与原始数据完全相符。若不相符，则发送方发送一个控制字符（如DEL）通知接收方删去出错的数据，并重新发送该数据；若相符，则发送下一个数据。57第57页，本讲稿共64页2.3.3 差错控制策略2、自动重发请求法自动重发请求法(ARQ法法)ARQ的工作方式基本可分为两种：的工作方式基本可分为两种：停止等

24、待方式(停等ARQ)和和连续工作方式(连续ARQ)。58第58页，本讲稿共64页2.3.3 差错控制策略（1）停止等待方式）停止等待方式(停等停等ARQ)停等ARQ的实现过程如下：（点击图标演示）59第59页，本讲稿共64页2.3.3 差错控制策略（2）连续工作方式连续工作方式(连续连续ARQ)1）发送方连续发送数据单元而不必等待确认信息返回。2）发送方在重发表中保存所发送每个数据单元的备份。3）重发表按先进先出(FIFO)队列规则操作。4）接收方对每一正确收到的数据单元返回一个确认应答信息。5）每一个确认应答信息中包含一个惟一的序号，随相应的确认应答信息返回。60第60页，本讲稿共64页2.

25、3.3 差错控制策略6）接收方保存一个接收次序表，它包含最后正确收到的数据单元的序号。7）当发送方收到相应数据单元的确认后，从重发表中删除该数据单元的备份。8）当发送方检测出失序的确认应答信息(即第N号数据单元和第N+2号数据单元的确认应答信息已返回，而N+1号的确认应答信息未返回)后，便重发未被确认的数据单元。61第61页，本讲稿共64页2.3.3 差错控制策略 上面连续ARQ过程是假定在不发生传输差错的情况下描述的，如果差错出现，如何进一步处理还可以有两种策略：GO-DACK-N策略 选择重发策略 62第62页，本讲稿共64页2.3.3 差错控制策略（1）GO-DACK-N策略 63第63页，本讲稿共64页2.3.3 差错控制策略（2）选择重发策略 64第64页，本讲稿共64页