網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

單擊此處編輯母版標題樣式,單擊此處編輯母版文本樣式,第二級,第三級,第四級,第五級,*,網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ),基本概念,數(shù)據(jù)、信息和信號,數(shù)據(jù)：,是把時間的某些屬性規(guī)范化后的表現(xiàn)形式，可被識別、也可被描述1）數(shù)據(jù)的內(nèi)容是事件的反映或描述；2）數(shù)據(jù)以某種媒體為載體，即數(shù)據(jù)是存儲在媒體上的,信息：,是人對現(xiàn)實世界事物存在方式或運動狀態(tài)的某種認識以數(shù)值、文字、圖形、聲音以及動畫等方式表示；是人們對數(shù)據(jù)進行加工整理以后所得到的有用的數(shù)據(jù),信號：,是數(shù)據(jù)的具體無力表現(xiàn)，具有確定的物理描述,數(shù)據(jù)是信息的載體，信息是數(shù)據(jù)的內(nèi)涵，信號是數(shù)據(jù)的具體體現(xiàn)形式,學習要點,信道帶寬與信道容量,信道復(fù)用技術(shù),同步與異步傳輸,數(shù)據(jù)編碼,信道帶寬與信道容量,(1),基本概念,通信系統(tǒng)模型,信道的概念：傳送信息的通路,電路是,物理上,的通路，信道是,邏輯上,的通路,信道從傳輸?shù)男盘栴愋蛠矸挚梢苑譃閿?shù)字信道和模擬信道,信道從傳輸?shù)慕橘|(zhì)來分可以分為有線信道和無線信道,(2),信道的通訊方式,單工方式：數(shù)據(jù)傳送只能,單方向,進行,半雙工方式：數(shù)據(jù)傳送可以雙向進行，但,同一時間只能由一方發(fā)往另一方向,全雙工方式：數(shù)據(jù)傳送可以雙向進行，,同一時間可以雙向地傳送數(shù)據(jù),(2),信道的通訊方式,串行通信：數(shù)據(jù)在一個信道上一位一位依次傳輸。

特點：1.通信線路數(shù)小，線路利用率高適合于遠距離傳輸2.在發(fā)送端和接收端需要并/串轉(zhuǎn)換和串/并轉(zhuǎn)換3.需要實施同步措施，以確保不產(chǎn)生錯字2),信道的通訊方式,并行通信：數(shù)據(jù)在多個信道上同時傳輸特點：1.不需要對傳輸代碼進行時序轉(zhuǎn)換2.需要數(shù)據(jù)線數(shù)目多3.傳輸速率高3),信道帶寬與信道容量,信道帶寬：在信道內(nèi)不存在噪聲和干擾的情況下，收發(fā)設(shè)備能夠傳送的,最大信號數(shù),，單位為Hz，除了信道帶寬，還有信號帶寬和通頻帶寬信道帶寬由傳輸介質(zhì)、接口部件、傳輸設(shè)備、傳輸協(xié)議及傳輸信息的特性等因素所決定信道容量：單位時間內(nèi)信道上在理想情況下所能傳輸?shù)?最大比特數(shù),，單位bps,信道帶寬與信道容量的關(guān)系,香農(nóng)定律 C=W*Log,2,(1+S/N),其中D為信道容量，W為信道帶寬，k為信道傳輸?shù)倪壿嫈?shù)值;其中C為信道容量，W為信道帶寬，S/N為信號噪聲功率之比,當N接近于0時，適用奈奎斯特定律 D=2W*Log,2,k,傳輸延遲,傳輸延遲=,發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的處理時間,+,電信號的響應(yīng)時間,+,介質(zhì)中轉(zhuǎn)時間,電信號的響應(yīng)時間：,信道復(fù)用,多路復(fù)用是指在數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，允許兩個或多個數(shù)據(jù)源共享同一個傳輸介質(zhì)，就像每一個數(shù)據(jù)源都有自己的信道一樣，在信號的接收端必須可以將復(fù)合信號分離出來。

目前有四種技術(shù)：,頻分多路復(fù)用（,FDMA）,波分多路復(fù)用（,WDMA）,時分多路復(fù)用（,TDMA）,碼分多路復(fù)用（,CDMA）,（1）,頻分多路復(fù)用,在物理信道能提供比單個原始信號寬得多的帶寬的情況下，我們就可,將該物理信道的總帶寬分割成若干個和傳輸?shù)膯蝹€信道帶寬相同（或略為寬一點）的子信道,，每一個子信道傳輸一路信號，這就是頻分多路復(fù)用2）,波分多路復(fù)用,在光纖信道上使用的波分多路復(fù)用（WDM）是頻分多路復(fù)用的一個擴展3）,時分多路復(fù)用,時分多路復(fù)用是,將一條物理線路按時間分成一個個的時間片,，每個時間片常稱為一幀，每幀長125s，幀再分為若干時隙，輪換地為多個信號所使用每一個時隙由一個信號（也即一個用戶）占用，在占有的時隙內(nèi)，該信號使用通信線路的全部帶寬4）,碼分多路復(fù)用,前向和反向采用頻分多路復(fù)用，在同一載波的碼分信道上,使用不同的碼型與用戶對應(yīng),，實現(xiàn)時間上的共享同步與異步通信,同步，就是接收端要按發(fā)送端所發(fā)送的每個碼元的重復(fù)頻率以及起止時間來接收數(shù)據(jù)在通信時，接收端要校準自己的時間和重復(fù)頻率，以便和發(fā)送端取得一致，這一過程稱為同步過程目前，傳輸信息的同步方式有,異步方式,和,同步方式,兩種。

1）,異步方式,異步方式又稱為起止同步方式，它把各個字符分開傳輸，字符之間插入同步信息它在要傳輸?shù)淖址?設(shè)置起始位,，在信息代碼和校驗位（一般總共為8比特）結(jié)束以后，再,設(shè)置12位比特的終止位,，表示該字符已結(jié)束終止位也反映了平時不進行通信時的狀態(tài)各字符之間的間隔是任意的、不同步的，但在一個字符時間之內(nèi)，收發(fā)雙方各數(shù)據(jù)位必須同步,，所以這種通信方式又稱為起止同步方式2）,同步式,同步式要求不管是否傳輸信息代碼，,每個比特位必須在收發(fā)兩端始終保持同步,，中間沒有間斷時間，即為比特位同步當不傳送信息代碼時，在線路上傳送的是全1或其他特定代碼，在傳輸開始時用,同步字符SYN（編碼為01111110）,使收發(fā)雙方進入同步當搜索到SYN同步字符時，接收端開始接收信息，此后就從傳輸信息中檢測同步信息一般在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中采用同步式數(shù)據(jù)信號編碼,(1),數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)構(gòu)成,從計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的組成部分來看，一個完整的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，一般有以下幾個部分組成：,數(shù)據(jù)終端設(shè)備，通信控制器，通信信道，信號變換器,2),數(shù)字信號編碼,1,）,單極性碼,表示信號的電壓或電流是單極性的，即邏輯“1”用高電平或正向電流表示，而邏輯“0”用0電平表示。

單極性碼有,不歸零型（NRZ）和歸零型（RZ）,兩種2),數(shù)字信號編碼,2,）,雙極性碼,用正負電平來分別代表邏輯“1”和邏輯“0”同樣也有歸零型和不歸零型之分，常用的RS-232就是一種典型的不歸零型雙極性二元碼接口電路比起單極性碼來，雙極性碼的可靠性要高，抗干擾性強2),數(shù)字信號編碼,3,）,曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼,曼徹斯特碼：,在每一個碼元時間間隔內(nèi)，,當發(fā)送0時，在間隔的中間時刻電平從低向高跳變；當發(fā)送1時，在間隔的中間時刻電平從高向低跳變,這類碼元的特點是,在每一碼元的時間間隔內(nèi)，至少有一次跳變,2),數(shù)字信號編碼,3,）,曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼,差分曼徹斯特碼：,在每一個碼元的時間間隔內(nèi)，無論發(fā)1或發(fā)0，,在間隔的中間都有電平的跳變,發(fā)送1時，間隔開始時刻電平不跳變，發(fā)送0時，間隔開始時刻電平會跳變3),模擬信號編碼,1,）,幅移鍵控（ASK）,振幅調(diào)制簡稱調(diào)幅制，也就是用數(shù)字的基帶信號控制正弦載波信號的振幅它是把頻率和相位定為常量，而振幅為變量，,每一種振幅值代表一種信息元,這個方法叫做幅移鍵控ASK3),模擬信號編碼,2,）,頻移鍵控（FSK）,頻率調(diào)制簡稱調(diào)頻制，是用數(shù)字的基帶信號控制正弦載波信號的頻率。

它把振幅和相位定為常量，而頻率為變量，,每一種頻率值代表一種信息元,這個方法叫做頻移鍵控FSK3),模擬信號編碼,3,）,相移鍵控（PSK）,相位調(diào)制簡稱調(diào)相制，是用數(shù)字的基帶信號控制正弦載波信號的相位它把振幅和頻率定為常量，而相位為變量，,每一種相位值代表一種信息元,這個方法叫做相移鍵控PSK3),模擬信號編碼,3,）,相移鍵控（PSK）,上述中只有兩種相位的調(diào)相方式稱為兩相調(diào)制為了提高信息的傳輸速率，還經(jīng)常采用,四相調(diào)制,和,八相調(diào)制,方式這兩種調(diào)制方式的數(shù)字信息的相位分配情況如圖所示4),基帶傳輸與寬帶傳輸,終端設(shè)備把數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成脈沖電信號時，這個原始的電信號所固有的頻帶，稱為基本頻帶，簡稱基帶在信道中直接傳送基帶信號時，稱為基帶傳輸,采用模擬信號傳輸數(shù)據(jù)時，往往只占有有限的頻譜，對應(yīng)基帶傳輸將其稱為頻帶傳輸經(jīng)過高頻調(diào)制后的信號為數(shù)字基帶信號，,在信道中傳送數(shù)字基帶信號稱為寬帶傳輸,5),數(shù)據(jù)編碼技術(shù),脈沖調(diào)制（,PCM）,采樣、量化、編碼,增量調(diào)制（,DM）,(6),調(diào)制與解調(diào),調(diào)制就是,用基帶脈沖對載波波形某個參數(shù)進行控制，形成適合于線路傳送的信號,當已調(diào)制信號到達接收端時，再進行解調(diào)，,即將經(jīng)過調(diào)制器變換過的模擬信號去掉載波恢復(fù)成原來的基帶數(shù)字信號,。

實際使用時，常將調(diào)制器和解調(diào)器合裝在一個設(shè)備，使線路的一端同時具有調(diào)制和解調(diào)功能，稱此設(shè)備叫調(diào)制解調(diào)器（MODEM）它與遠程終端或計算機之間的接口用V.24或RS-232C標準7),模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)信號比較,(7),模擬和數(shù)字數(shù)據(jù)信號比較,數(shù)據(jù)交換技術(shù),一般交換網(wǎng)絡(luò),H1,H2,H3,H4,H5,H6,A,B,C,D,E,F,網(wǎng)絡(luò)終端,中間節(jié)點,電路交換,是一種直接交換方式，,是多個輸入線和多個輸出線之間直接形成傳輸信息的物理鏈路，一般分為,電路建立,、,數(shù)據(jù)傳送,和,電路釋放,三個階段,特點：,呼損,不同速率和不同電碼之間的用戶不能進行交換,信息延時短，且固定不變,用于連續(xù)、大批量數(shù)據(jù)傳輸,報文交換,又稱為,存儲轉(zhuǎn)發(fā),，報文是交換的單位，主要包括報文的正文信息，發(fā)和收節(jié)點的地址信息以及各種控制信息要求網(wǎng)絡(luò)每個節(jié)點有較大的存儲空間，延時性強，多條報文可以共享一條通信通道,不同速率的節(jié)點可以連接，可以進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，建立報文傳輸優(yōu)先權(quán)缺點：不利于實時交互通信,分組交換,又稱為：,包交換,，是針對報文交換的缺點而提出的改進方式,屬于存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，以比保溫更短的“分組”為單位進行交換傳輸,數(shù)據(jù)報傳輸分組交換,和,虛擬電路傳輸分組交換,數(shù)據(jù)報傳輸分組交換,報文分組交換方式是把長的報文分成若干個較短的報文組，報文組是交換單位，交換要包括分組編號，各組報文可按不同的路徑進行傳輸，到達目的節(jié)點后，重新組成報文。

較報文傳輸優(yōu)點：,數(shù)據(jù)傳輸靈活,轉(zhuǎn)發(fā)延時性降低,轉(zhuǎn)發(fā)差錯少，對差錯容易進行恢復(fù)處理,便于控制轉(zhuǎn)發(fā),增加了目的節(jié)點對報文的加工處理時間和復(fù)雜性,虛電路傳輸分組交換,源節(jié)點和目的節(jié)點之間建立一條邏輯通路每個分組除了包含數(shù)據(jù)以外還包括一個虛電路標識符在榆縣建立好的這個路徑上，每個節(jié)點都知道把這些分組引導(dǎo)到哪里去，,不再需要路由選擇判定該通路是虛擬的，不是專用的三種數(shù)據(jù)交換技術(shù)性能比較,1.電路交換,需設(shè)置完全的通路，在釋放前被獨占,2.報文交換,采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，報文需排隊，不適合交互式通信,3.分組交換,與報文交換類似，但報文被分成分組傳送，使數(shù)據(jù)網(wǎng)中最廣泛使用的交換技術(shù),傳輸誤差與檢測,(1),傳輸誤差的原因,在實際通信系統(tǒng)中，,誤差主要來自通信設(shè)備和傳輸媒質(zhì)兩個方面對數(shù)字通信設(shè)備而言，有很好的可靠性和穩(wěn)定性，其本身產(chǎn)生差錯的可能性是很少的至于傳輸媒質(zhì)，由于干線采用了光纜，也很少有差錯因此差錯主要來自傳輸媒質(zhì)中的模擬本地環(huán)路以及無線通信環(huán)境原因在兩個方面：,一是媒質(zhì)的傳輸特性限制，使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號產(chǎn)生幅度失真、相位失真和頻率偏移，導(dǎo)致碼間干擾；二是各種外界干擾（雷電、火花）引起突發(fā)差錯，造成一串數(shù)據(jù)信息的破壞。

通常電話專線的信道誤碼率（含Modem）是10,-4,10,-5,，電話交換網(wǎng)的信道誤碼率是10,-3,10,-4,，而數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)要求誤碼率小于10,-9,在改進信道各部分如媒質(zhì)選擇，均衡、濾波措施、提高Modem質(zhì)量等不奏效或經(jīng)濟上不能承受的情況下，必須在數(shù)據(jù)鏈路兩端采用差錯控制技術(shù)誤差控制技術(shù)的核心是采用高效的糾錯檢錯編碼方法,，將這些冗余碼附加在信息中一起傳送2),奇偶校驗碼,奇偶校驗碼有奇數(shù)校驗碼和偶數(shù)校驗碼兩種無論信息位有多少，校驗位總是1位奇偶校驗碼能夠檢測奇數(shù)個錯碼設(shè)為一個字符或分組，當校驗位直接位于字符后面時，稱垂直校驗碼3),校驗和方式,將數(shù)據(jù)幀中的信息按一定位數(shù)分組，然后順序相加，有進位則最后將進位放到數(shù)據(jù)后面一起相加,，最后生成校驗碼Hello FrienD.,4865,+6c6c,=b4de,+6f20,=123f1,48 65 6c 6c 6f 20 46 72 65 69 6e 64 2e,02,123f1,+4672,=16a63,+6569,=1cfcc,1cfcc,+6e64,=,2,3e30,3e30,+2e,02,=6c32,(4),循環(huán)碼,CRC,校驗,如果一個碼組的每一次循環(huán)移位是另一碼組，這種碼組叫做循環(huán)碼。

循環(huán)碼可以用線性方程確定，且可以用代數(shù)。