数据通信基础知识.pptx

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1、第2章 数据通信基础知识,任课教师：李国佳,学习目标,了解数据通信的基本概念理解数据通信中数据的传输和编码方法理解数据交换技术和多路复用技术了解差错控制方法和差错控制编码技术,任务1：了解数据通信系统,计算机之间的通信是资源共享的基础，计算机通信网络的核心是数据通信设施。本任务将学习数据通信系统的组成、基本概念和数据通信的主要技术指标。,1.1.1 数据通信系统模型,1.通信系统 用来实现通信过程的系统2通信系统的基本组成通信系统必须具备3个基本要素：信源、传输介质和信宿。通信系统的一般模型如图所示，包括信源、发送设备、信道、噪声源、接收设备和信宿6个部分。例如：电话，传真，手机，电报，对讲机

2、,1.1.1 数据通信系统模型,（1）信源：作用是将原始信息转换为相应的信号（通常称为基带信号）。（2）发送设备：对基带信号进行各种变换和处理，使其适合在信道中传输。（3）信道：发送设备和接收设备之间用于传输信号的介质。,模型中各部分的功能,（4）接收设备：对接收信号进行必要的处理和变换后，恢复为相应的基带信号。（5）信宿：将恢复的基带信号转换成相应的原始信息。（6）噪声源：信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处噪声的集中表现。,1.1.2 数据通信的基本概念,1数据、信息和信号数据（Data）：是记录下来的可以被鉴别的符号，是把事物的某些特征（属性）规范化后的表现形式。具有稳定性和表达性。信

3、息（Information）：是对数据的认识和解释，是对数据进行加工和处理后产生的数据。信号（Signal）：是数据的物理表示形式。在数据通信系统中，传输介质以适当形式传输的数据都是信号。信号是数据或信息的载体，有模拟和数字两种形式,1.1.2 数据通信的基本概念,1数据、信息和信号数据和信息是有区别:数据是独立的，是尚未组织起来的事实的集合；信息是按照一定要求以一定格式组织起来的数据，,某人身高：2.26米今天气温：39度,这人很高今天很热,数 据,信 息,1.1.2 数据通信的基本概念,2模拟通信和数字通信 根据信道传输信号的差异，通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统。模拟通信系统：信道

4、中传输模拟基带信号或模拟频带信号的通信系统称为模拟通信系统。数字通信系统：信道中传输数字基带信号或数字频带信号的通信系统称为数字通信系统。,3通信系统的性能指标,通信系统的性能指标：有效性：传输信息的效率；可靠性：接受信息的准确度（1）模拟通信系统的性能指标 有效性用有效传输频带来度量。可靠性用接收端输出的信噪比来度量。,信噪比：指输出信号的平均功率和输出噪声的平均功率之比，单位分贝（dB），即10logS/N（dB）。信噪比越大，通信质量越好。,3通信系统的性能指标,（2）数字通信系统的质量指标数字通信系统的有效性用信息传输速率来度量。数字通信系统的可靠性用误码率来度量。,传输速率：它是指单

5、位时间内传输的信息量，单位为bit/s误码率：它是指接收错误的码元数与传输的总码元数之比。即传输错误码元的概率。,数字通信的主要优点,（1）抗干扰能力强（2）便于加密处理（3）易于实现集成化，从而减小通信设备体积和功耗（4）利于采用时分复用实现多路通信,图2-2 模拟通信和数字通信抗干扰性能的比较,2.1.3 数据通信的主要技术指标,1数据传输速率(选)（1）比特率S：数据的传输速率，指在有效带宽上，单位时间内传输的二进制代码位（比特）数，单位是“位/秒”，记作bit/s。常用的数据传输速率单位：kbit/s、Mbit/s、Gbit/s与Tbit/s。1kbit/s=1103 bit/s；1M

6、bit/s=1106bit/s；1Gbit/s=1109bit/s；1Tbit/s=11012bit/s。,1.1.3 数据通信的主要技术指标,（1）比特率S（选）设T为传输的电脉冲信号的宽度或周期，N为脉冲信号所有可能的状态数，则比特率为 S=(1/T)*log2N（bit/s）log2N是每个电脉冲信号所表示的二进制数据的位数（比特数）。如电信号的状态数N=2，即只有“0”和“1”两个状态，则每个电信号只传送1位二进制数据，此时，S=1/T。,1.1.3 数据通信的主要技术指标,（2）波特率B：（选）调制速率，又称码元速率，是数字信号经过调制后的传输速率。波特率指在有效带宽上，单位时间内传

7、送的波形单元（码元）数。B=1/T(Baud)即1波特表示每秒钟传送一个码元。波特率与比特率的数量关系：S=Blog2N,1.1.3 数据通信的主要技术指标,2信道、信道容量、信道带宽（1）信道：信道是传送信号的通路，（2）信道容量：表示一个信道的最大数据传输速率，单位为位/秒，记作bit/s。（3）信道带宽：指信道上能够传送信号的最高频率与最低频率之差，单位为赫兹（Hz）。,1.1.3 数据通信的主要技术指标,2信道、信道容量、信道带宽(选学),信道容量的计算：(奈奎斯特定理)条件：理想信道（无噪声，有限带宽的信道）Smax=2Blog2V bit/sB：通信信道带宽，单位：HZV：信号可取

8、的离散值个数,1.1.3 数据通信的主要技术指标,2信道、信道容量、信道带宽（选学）,香农定理：条件：有随机噪声，有限带宽的信道Smax=Blog2(1+S/N)bit/sB：通信信道带宽，单位：HZS：信号功率N：噪声功率,练习题（选学）1、对于带宽为6MHz的电视信道，假定信道是无噪声的，如果数字信号使用8种离散值，则其最大数据传输率是多少？2、对于带宽为3kHz、信噪比为20dB的信道，当其用于发送二进制信号时，它的最大数据传输率是多少?,1.1.3 数据通信的主要技术指标,1.1.3 数据通信的主要技术指标,3误码率Pe 误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率，又称“出错率”。误

9、码率是衡量数据通信系统在正常情况下传输可靠性的指标。计算机网络中，不高于10-64吞吐量 吞吐量是信道或网络性能的另一个参数，数值上等于信道或网络在单位时间内传输的总信息量，单位也是bit/s。,1.1.3 数据通信的主要技术指标,5网络负荷量 网络负荷量是指网络单位面积中的数据分布量，即数据在网络中分布密度。网络负荷量过小，网络的吞吐量也会小，导致网络利用率过低；网络负荷量过大，容易产生阻塞现象，直接导致网络吞吐量降低。,任务2：理解数据通信方式,通信方式：数据传输的方向、数据发送的方式 在计算机网络中，从不同的角度看有多种不同的通信方式。本任务学习、掌握并行通信和串行通信以及单工、半双工和

10、全双工通信的基本概念。,2.2.1 并行通信和串行通信,1并行通信 并行通信是指多个数据位同时在设备之间进行传输。一般适用于短距离、要求传输速度高的场合;2串行通信 串行通信是指一次只有一个数据位在设备之间传输。串行通信常用于计算机与计算机或与外部设备之间的数据传输。,2.2.2 单工、半双工和全双工通信,1单工通信通信信道是单向信道，数据信号仅沿一个方向传输；2全双工通信数据可以同时沿相反的两个方向双向传输。3半双工通信 信号可以沿两个方向传送，但同一时刻一个信道只允许单方向传送信号。,任务3：理解数据传输方式,数据传输方式：传输的信号、数据的编码 常见的信号形式有模拟信号和数字信号，如图所

11、示。其中，模拟信号（Analog Signal）的电平是连续变化的，数字信号（Digital Signal）是用两种不同电平表示0、1比特序列的电压脉冲信号。本任务将学习基带传输、频带传输和宽带传输、信源编码技术和多路复用技术等。,2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输,1基带传输 基带（Baseband）是指调制前原始电信号占用的频带，是原始电信号固有的基本频带。基带信号是未经载波调制的信号。由“0”和“1”组成的数字信号又称为“数字基带信号”。基带传输在信道中直接传输基带信号时，称为基带传输。基带传输的信号既可以是模拟信号，也可以是数字信号，具体类型由信源决定。,2.3.1 基带传输、频

12、带传输和宽带传输,2频带传输利用模拟信道实现数字信号传输的方法，称为“频带传输”。将数字信号调制成模拟信号后在发送和传输，到达接收端时，再把模拟信号解调为原来的数字信号。调制解调器,2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输,3.频带传输与基带传输不同：基带传输中，基带信号占有信道的全部带宽；频带传输中，模拟信号通常由某个频率或某几个频率组成，占用一个固有频带(高频)，即整个频道的一部分。采用多路复用技术，提高了信道利用率。频带传输的波形比较单一，因为在频带传输中只需要用不同幅度或不同频率表示0、1两个电平。,2.3.1 基带传输、频带传输和宽带传输,4宽带传输 宽带是指带宽比声频更宽的频带。利

13、用宽带进行的传输称为宽带传输。宽带传输可以在传输介质上使用频分多路复用技术。由于数字信号的频带很宽，不便于在宽带网中直接传输，通常将其转化成模拟信号后再在宽带网中传输。宽带传输信道容量大，传输距离远，基带传输速率快，距离近,2.3.2 信源编码技术,通信的信道：模拟信道和数字信道传输的数据：模拟数据和数字数据模拟数据(AnalogData)是由传感器采集得到的连续变化的值，例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电视广播中的声音和图像。数字数据(DigitalData)则是模拟数据经量化后得到的离散的值，例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、音频与视频数据基本的数据编码方式：数字数据的模

14、拟信号编码数字数据的数字信号编码模拟数据的数字信号编码,2.3.2 信源编码技术,2.3.2 信源编码技术,1数字数据的模拟信号编码 发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制（Modulation）。接收端将模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调（Demodulation）。,广义：调制：将信源发出的信号转化成适合信道传输的信号；解调：将信道上的信号转化成原始信号，即调制的反过程。,2.3.2 信源编码技术,1数字数据的模拟信号编码（选）数字数据调制的基本方法有3种：幅移键控、频移键控和相移键控。,2.3.2 信源编码技术,1数字数据的模拟信号编码（选）幅移键控法（ASK，A

15、mplitude Shift Keying）。幅移键控法又称幅度调制（AM，简称调幅），用载波信号的幅度值表示数字信号“1”和“0”。频移键控法（FSK，Frequency Shift Keying）。频移键控法又称频率调制（FM，简称调频），是调制载波的频率，用载波信号的不同频率（幅值相同）表示数字信号“1”和“0”。,2.3.2 信源编码技术,1数字数据的模拟信号编码（选）相移键控法（PSK，Phase Shift Keying）。相移键控法又称相位调制（PM，简称调相），是调制载波的相位，用不同的载波相位（幅值相同）表示数字信号“1”和“0”。绝对调相使用相位的绝对值。相对调相使用相位的

16、相对偏移值。,2.3.2 信源编码技术,2.3.2 信源编码技术,练习：绘制数字数据的01011011的模拟信号编码。（ASK、FSK、PSK）,2.3.2 信源编码技术,在现代调制技术中，常将上述基本方法加以组合应用个，以求在给定的传输带宽内提高数据的传输速率。,正交幅度调制,2.3.2 信源编码技术,例如Modem标准：V.32(QAM-32)4（1）x2400=9600bpsV.32bis(QAM-128)6（1）x2400=14400bps,4（1）：4位数据信息，1位校验信息。,2数字数据的数字信号编码（选）,数字数据如果利用数字信道直接传输，在数字数据传输前常常进行数字编码。数字信

17、号编码的目的是使二进制数“1”和“0”的特性更有利于传输，如图所示。,2数字数据的数字信号编码,2数字数据的数字信号编码,（1）不归零编码（NRZ，Non-Return to Zero）。不归零编码规定，如果用负电平表示逻辑“0”，则正电平表示逻辑“1”，反之亦然。特点：发送能量大，有利于提高收端信噪比；带宽窄但直流和低频成分大；不能提取同步信息，判决电平不易稳定；不归零编码一般用于设备内部通信和短距离通信。,2数字数据的数字信号编码,（2）曼彻斯特编码（Manchester）。目前应用最广泛的编码方法之一，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，表示数字信号“1”；从高电平跳变

18、到低电平，表示数字信号“0”。特点：不含直流分量；无须另发同步信号；极性反转时常会引起译码错误。,2数字数据的数字信号编码,（3）差分曼彻斯特编码（Difference Manchester）。差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。与曼彻斯特编码不同的是，每位二进制数据的取值根据其开始边界是否发生跳变决定。若一个比特开始处“有跳变”，则表示“0”；若一个比特开始处“无跳变”，则表示“1”。在局域网通信中，差分曼彻斯特码更常用，其每个码位中间的跳变被专门用作定时信号，用每个码开始时刻有无跳变来表示数字“0”和“1”。,2数字数据的数字信号编码,3模拟数据的数字信号编码（选）,模拟数据数字化编码

19、的常用方法是脉冲编码调制（PCM，Pulse Code Modulation）。发送端通过PCM编码器将语音数据变换为数字信号，接收方再通过PCM解码器将数字信号还原成模拟信号。数字化语音数据传输的速率高、失真小，并可存储在计算机中。脉冲编码调制包括3部分：采样、量化和编码,3模拟数据的数字信号编码,3模拟数据的数字信号编码,（1）采样：每隔一个固定的时间间隔，取出模拟信号的值；连续时间的离散化。采样频率f2B，B为信号的最高有效频率.（2）量化：分级处理，连续幅度的离散化。（3）编码：把相应的量化级别用一定位数的二进制码表示，如果有N个量化级，则需要log2N位二进制码（如8级用3位，16级

20、用4位）。,3模拟数据的数字信号编码,答案：C，相对调相,练习题（选做）,3模拟数据的数字信号编码,答案:（15）D(16)A,练习题（选做）,3模拟数据的数字信号编码,答案:C,3模拟数据的数字信号编码,答案:A,3模拟数据的数字信号编码,答案:B,信号在信道中传输时，最简单的一条信道传输一路信号。为提高效率，考虑在一条信道上同时传输多路信号。信道复用（multiplexing）技术就是在发送端将多路信号进行组合，然后在一条信道上传输，接收端再将组合信号分离出来。利用信道复用技术，一条信道逻辑上划分成互不影响多条信道Question 1：怎么样划分信道？复用技术中最关键的问题是如何划分信道而

21、不出现混乱。,2.3.3 多路复用技术,2.3.3 多路复用技术,将多路信号组合起来在一条物理线路上传输，称为多路复用技术(Multiplexing)。优点：远距离传输时可大大节省物理线路的安装和维护费用,多路复用技术的实现为复合、传输和分离3个过程根据划分信道技术的不同，复用技术主要分为三大类：频分复用（波分复用）、时分复用与码分复用。频分多路复用FDM（Frequency Division Multiplexing）时分多路复用TDM（Time Division Multiplexing）波分多路复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）码分多路复用CD

22、M（Code Division Multiplexing）码分多址CDMA（Code Division Multiplexing Address）,2.3.3 多路复用技术,1频分多路复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）在频分复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）技术中，划分信道的依据是频率。信道的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适当的设备将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。,2.3.3 多路复用技术,2.3.3 多路复用技术,1频分多路复用（FDM，Frequ

23、ency Division Multiplexing）,频率分割示意图,频分多路复用技术的典型应用ADSL,频分多路复用技术的典型应用ADSL,ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line，非对称数字用户环路）它采用频分复用技术把普通的电话线分成了电话、上行和下行三个相对独立的信道，从而避免了相互之间的干扰。电话：04 KHz 声音：3003.4KHz最大上行数据通道：20 KHz138KHz 最大下行数据通道：25 KHz1.1MHz,频分多路复用技术的典型应用ADSL,ADSL原理,传统的电话线系统使用的是铜线的低频部分（4kHz以下频段）。而ADSL将原

24、来电话线路0kHz到1.1MHz频段划分成256个频宽为4.3khz的子频带。其中，4khz以下频段人用于传送POTS（传统电话业务），20KhZ到138KhZ的频段用来传送上行信号，138KhZ到1.1MHZ的频段用来传送下行信号。,2.3.3 多路复用技术,2时分多路复用（TDM）划分信道的依据是时间 时分复用是就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片（简称时隙），并将这些时隙分配给每一个信号源（用户）使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。,频分复用是各用户占用全部的时间与部分的带宽；时分复用是各用户占用部分的时间与全部的带宽。如果各用户都占用全部的时间与全部的带宽

25、会怎么样？一般情况下这会造成混乱，接收方无法正确分离各路信号但是利用码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）技术，可以让各用户占用全部的时间与全部的带宽，同时接收方可以正确分离各路信号。码分复用也称为码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）。,2.3.3 多路复用技术,3.波分复用（WDM）波分多路复用WDM（Wavelength Division Multiplexing），对光信号进行频分复用的技术采用波长分割多路复用方法光纤上进行信道复用的技术,2.3.3 多路复用技术,2.3.3 多路复用技术,3波分多路复用（WD

26、M）,2.3.3 多路复用技术,4码分多路复用（CDMA）(Code Division Multiplexing Access)码分多路复用技术根据不同的编码来区分各路原始信号。码分复用的每一个用户都有一个地址码，当要发送1时，就发送自己的地址码；当要发送0时，就发送自己地址码的反码（1变0，0变1）。假如地址码是1010，当要发送1时，就发送1010；当要发送0时，就发送0101码分多路复用技术用于移动通信系统，例如：CDMA2000，TD-SCDMA，WCDMA,2.3.4 知识拓展：同步技术（选）,同步是指在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信时，通信双方交换数据时需要有高度的协

27、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。通常使用的同步技术有异步传输和同步传输两种,2.3.4 知识拓展：同步技术,2.3.4 知识拓展：同步技术,1同步传输（同步通信）同步传输（Synchronous Transmission）采用位同步（即按位同步）技术，以固定的时钟频率串行发送数字信号。通信双方必须建立准确的同步系统，并在其控制下发送和接收数据。在同步传输中，多个字符组成帧，发送端每次传输一个帧，帧的开始和结束有相应的标志序列，接收端通过标志序列确定一个数据帧传输的开始和结束,2.3.4 知识拓展：同步技术,2异步传输（异步通信）异步传输（Asynchronou

28、s Transmission）采用“群”同步技术。发送端在数据前面加上起始位，在数据后面加上停止位，接收端通过识别起始位和停止位来接收数据。异步传输方式中，通信双方各自使用独立的定位时钟。应用：适合慢速而又不固定频率的传输：键盘和主机,2.3.4 知识拓展：同步技术,2异步传输 每传送1个字符（7位或8位），都要在每个字符码前加1个起始位，表示字符代码的开始；在字符代码和校验码后面加1或2个停止位，表示字符结束。接收方根据起始位和停止位判断一个新字符的开始，以保持通信双方的同步。,2.3.4 知识拓展：同步技术,3同步传输与异步传输的区别（1）异步传输是面向字符的传输，而同步传输是面向比特的传

29、输。（2）异步传输的单位是字符，同步传输的单位是帧。（3）异步传输通过字符起始位和停止位抓住再同步的机会，同步传输从数据中抽取同步信息。（4）异步传输对时序的要求较低，同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。（5）异步传输相对于同步传输效率较低。,任务4：理解数据交换技术,Question 2：为什么要采用数据交换技术 一个拥有众多用户的通信网不可能采用两两之间连接的全互联方式，必须采用交换设备为降低通信线路造价，大型网络主要采用部分连接的拓扑结构。两个端节点之间的通信连接一般都要通过中间节点的转接，中间节点要在它所连接几条线路中选择一条进行接续。交换网络有多条信道供多个终端共用，网络的交换设

30、备能够按照终端的需要分配信道并将它们连接起来。本任务主要学习电路交换、存储转发交换和高速交换技术。,2.4.1 电路交换,电路交换一般定义：交换机负责在两个通信站点之间建立一条物理的固定传输通路，直到通信完毕后再拆除。通信的三个阶段：建立连接-通信-释放连接特点：数据传输前需要先建立一条临时的端到端的通道，通信双方在通信过程中自始自终占用该条链路。应用：服务质量要求较高-电话网，实时数据-音频、视频,1.电路交换把“建立连接-通信-释放连接”三个步骤的连网方式称为面向连接的。电路交换必定是面向连接的。例：两部电话机通信只需要用一对电线就能够互相连接起来。,2.4.1 电路交换,1.电路交换通信

31、三个阶段:电路建立阶段数据传输阶段电路释放阶段,2.4.1 电路交换,1.电路交换,2.4.1 电路交换,2.4.3 数据交换技术（1）电路交换的优点：信息传输时延短信息传输效率高对用户提供“透明”传输通路适合传输信息量大，通信对象比较确定的用户,2.4.1 电路交换,（2）电路交换的缺点：当传输短信息时，链路建立和释放时间造成通信效率低。一旦链路建立，在连接时间内是专用的，电路资源的利用率较低。电路交换机不具备编码变换、速率调制的功能，不同类型的终端不能互相通信。当出现对方用户终端忙或交换网负载过重时可能产生呼叫不通的情况。,2.4.1 电路交换,2.存储转发交换在交换过程中，交换设备将接收

32、到的报文先存储，待信道空闲时再转发出去，一级一级中转，直到目的地。这种数据传输技术称为存储-转发。过程：信息从数据源到目的地一般要经过多级转发，中间经过的每个交换机（路由器）都有一个缓冲区，在交换机进行转发时，先把信息存放到数据缓冲区，等到线路空闲时，将信息传输出去。特点：可靠性高，不需要一条专用的通路，提高了信道的利用率。方式：报文交换和分组交换,2.4.2 存储转发交换,2.存储转发交换（1）报文交换以报文为单位发送信息。整个报文作为一个整体一起发送。报文就是计算机一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。报文包括三部分内容：报头、报文正文和报尾。报头由源地址、目的地址及控制信息组成，报尾一

33、般是校验信息。,2.4.2 存储转发交换,2.存储转发交换（1）报文交换报文交换的过程,发送端,接受端,2.4.2 存储转发交换,（1）报文交换A、B、C、D表示交换设备,2.4.2 存储转发交换,（1）报文交换优点：线路利用率与电路交换相比较高缺点：1）报文大小不一，造成缓冲区管理复杂。2）大报文造成存储转发的延时过长；3）出错后整个报文全部重发。现在已经很少使用更好的技术取代,2.4.2 存储转发交换,（2）分组交换过程（选学）a.在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段，每个部分称为一个分组；b.每个分组的前面加一个分组头，由交换机根据目的地址转发至目的地，这个过程称为分组

34、交换。c.接收端收到所有分组后，还原得到报文分组交换也称为包交换进行分组交换的通信网络称为分组交换网。,2.4.2 存储转发交换,（2）分组交换发送端：添加首部构成分组。,首部,首部,首部,数 据,数 据,数 据,2.4.2 存储转发交换,（2）分组交换接收端：收到分组后剥去首部还原成报文。,数 据,首部,数 据,首部,数 据,首部,收到的数据,2.4.2 存储转发交换,（2）分组交换特点：1）存储量要求较小，可以用内存来缓冲分组速度快；2）转发延时小适用于交互式通信；3）某个分组出错仅重发该分组效率高；4）分组可通过数据报方式或虚电路方式交换；5）有强大的纠错机制、流量控制和路由选择功能。,

35、2.4.2 存储转发交换,（2）分组交换两种方式：数据报方式虚电路方式数据报方式：每个分组包含源地址和目的地址，各个分组根据目的地址独立到达目的地。同一个报文的不同分组可能沿着不同路径到达目的地，每个分组又称为数据报。数据报会出现乱序、丢失、重复问题,2.4.2 存储转发交换,（2）分组交换虚电路方式：虚电路就是通信双方在开始互相发送和接收数据之前，需要在网络上先建立一条逻辑链路，用户数据按照顺序沿逻辑链路到达目的地。过程：包括虚电路建立、数据传输和虚电路拆除三个阶段。报文分组不必带目的地址、源地址等辅助信息，只需携带虚电路标识号。同一条物理线路上可以建立多条虚电路,2.4.2 存储转发交换,

36、（2）分组交换虚电路方式,2.4.2 存储转发交换,A B C D,报文交换,电路交换,虚电路,分组交换,2.4.2 存储转发交换,目前，广域网大都采用分组交换方式，同时，提供数据报和虚电路两种服务由用户选择，并按交换的分组数收费。分组交换主要有以下特点：(1)将需要传送的信息分成若干个分组，每个分组加上控制信息后分发出去，采用存储-转发方式，有差错控制措施；,(2)基于统计时分复用方式，可以不建立连接，也可建立连接，连接为逻辑连接（虚连接）；(3)共享信道，资源利用率高；(4)有时延，实时性差，不能保证通信质量(5)一般用于数据交换，也可用于分组话音业务；(6)当节点使用分组交换技术，可构成

37、分组交换网。,3分组交换与报文交换的比较（1）分组交换比报文交换减少了时间延时。（2）分组交换把数据的最大长度限制在较小的范围内，每个节点所需要的存储量减少，有利于提高节点存储资源的利用率。（3）分组交换易于重新开始新的传输。可让紧急报文迅速发送出去，不会遭到传输优先级较低的报文的堵塞。,2.4.3 知识拓展：高速交换技术,1帧中继帧中继交换技术主要用于传输数据业务帧的信息长度远比分组长度要长。帧中继的协议模型仅包含两层，即物理层和数据链路层。不提供纠错、流量控制、应答和监视等机制。帧中继传送数据信息的传输线路是逻辑连接。,2.4.3 知识拓展：高速交换技术,2异步传输模式ATM是一种比帧中继

38、传输速率更高的快速分组交换方式。ATM的传输单位为信元（Cell），又称信元交换。信元是一种较短的数据分组，其长度固定为53个字节。采用时分多路复用技术。不必在数据链路层进行差错控制和流量控制。,任务5：差错控制技术（选）,如何实现无差错的数据传输是一个非常重要的问题。差错控制技术是实现数据可靠传输的主要手段。本任务将学习差错控制技术中的差错控制方法和差错控制编码。,2.5.1 差错控制方法,1差错控制差错:是指在数据通信中，接收端接收的数据与发送端发出的数据不一致的现象。,差错控制的主要途径：,选用高可靠性的设备和传输介质，并辅以相应的保护和屏蔽措施。通过通信协议实现差错控制。差错控制的核心

39、是差错控制编码,2.5.1 差错控制方法,2差错的产生原因（1）从差错的物理形成分析 热噪声 冲击噪声（2）从差错发生的位置分析 通信链路差错 路由差错 通信节点差错（3）从差错发生的层次分析 物理层和数据链路层差错 网络层和传输层差错,2.5.1 差错控制方法,3差错控制方法 差错的表现形式有失真、丢失、失序 具体方法：改善通信线路的性能，采用抗干扰编码和纠错的编码（1）前向纠错（2）反馈检验法（3）自动重发请求,2.5.2差错控制编码,差错控制编码的基本思想是在被传输信息中增加一些冗余码，利用附加的冗余码元和信息码元之间的约束关系加以校验，以检测和纠正错误。目前广泛用于差错检测的奇偶校验码

40、和循环冗余码,2.5.2差错控制编码,1奇偶校验码 奇偶校验是最常用的差错检测方法，也是其他差错检测方法的基础。原理：在7位ASCII代码的最后一位增加一位校验位，组成的8位中“1”的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）特点：检查出其中一位出错,2.5.2差错控制编码,奇偶校验分为水平奇偶校验、垂直奇偶校验和水平垂直奇偶校验3种：（1）水平奇偶校验：以字符组为单位，对一组字符中的相同位在水平方向进行编码校验。（2）垂直奇偶校验：以字符为单位的一种校验方法。对字符在垂直方向加校验位构成校验单元。（3）水平垂直奇偶校验：将前面两种校验方式结合而成。在水平方向和垂直方向同时进行校验。,2.5.2差错

41、控制编码,2.5.2差错控制编码,2循环冗余码 循环冗余码（CRC，Cyclic Redundancy Code）是使用较广泛并且检错能力较强的一种检验码。CRC的工作过程：在发送端按一定的算法产生一个循环冗余码，附加在信息数据帧后面一起发送到接收端；接收端将收到的信息按同样算法进行除法运算，若余数为“0”，表示接收的数据正确；若余数不为“0”，表示数据在传输的过程中出错，请求发送端重传数据。,例,假设准备发送的数据信息码是 1101011011，生成多项式为 G(x)=x4+x+1，求该信息码的CRC冗余位及相应的码字。解：计算信息编码多项式T(x)M(X)=1101011011 G(x)=

42、10011 生成多项式的最高次幂r=4，信息码附加4个0后形成新的多项式。M(x)：11010110110000,用模2除法求M(x)/G(x)的余数,得出要传输的循环冗余校验码多项式T(x)将余数1110直接附加在M(x)的后面得T(x)=11010110111110 接收端对接收到的T(x)进行校验 设接收端接收到的数据为多项式T(x)，将T(x)除以G(x)，若余数为0，即T(x)=T(x)，则认为没有错误。T(x)/G(x)=(Q(x)G(x)+R(x)+R(x)/G(x)=(Q(x)G(x)/G(x)=Q(x)若余数不为0，即T(x)T(x)，认为有错。,3海明码,海明码是一种纠错码

43、，纠错码比检错码功能更强。检错码只能检测到错误，而纠错码不仅能检测出错误，还可以检测出哪位发生了错误并进行纠正。1950年，图灵奖获得者，Hamming，按照海明的理论，对于m位数据，当增加k位校验位后，组成n=m+k位的码字。,3海明码,海明码的编码规则：,每个校验位被分在海明码的2i的位置上（20、21、22、23）；即插入位置为2的整数次幂H1H2m3H4m5m6m7H8m9m10m11m12海明码的每一位是由多个校验值进行校验的，被校验的码字的位置码是所有校验这位的校验位的位置码之和。,3海明码,海明码由数据位及校验位组合而成，但数据位和校验位是交叉排列的。假设要发送的数据为m0m1m

44、2m3m4m5m6m7，则海明码为ABm0Cm1m2m3Dm4m5m6m7，其中A、B、C、D为校验位，其编号是1、2、4、8。数据位所对应的编号分别为3、5、6、7、9、10、11、12，例如，m0的编号为3，D的编号为8，为了知道某个编号的数据对哪些校验位有影响，将每个数据位的编号用校验位编号的和来表示，即 3=2+1 5=4+1 6=4+2 7=4+2+1 9=8+1 10=8+2 11=8+2+1 12=8+4,3海明码,上面各式决定了每个数据位由哪个校验位进行校验。将上面的表示填入表.可以得出如下结论。A是编号为3、5、7、9、11的数据位（即m0、m1、m3、m4、m6）的校验位。

45、B是编号为3、6、7、10、11的数据位（即m0、m2、m3、m5、m6）的校验位。C是编号为5、6、7、12的数据位（即m1、m2、m3、m7）的校验位。D是编号为9、10、11、12的数据位（即m4、m5、m6、m7）的校验位。,以一个7位ASCII字符使用海明码形成11位码字为例。例如，字符M的ASCII编码为1101101，海明码为AB1C101D101，按偶校验规则进行校验见表,本章小结,本章介绍了数据通信的基本概念和信号的编码方式，并从不同的角度对数据传输方式进行分类，使读者从多方面认识和了解数据通信的相关知识。本章简要的介绍包括数据交换技术、差错控制技术、多路复用技术等数据通信的基本内容。,