第2章-数据通信基础(4学时)课件

7/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024第2章 数据通信基础本章内容（本章内容（P P13-1713-17，23-3123-31，197-199197-199）数据通信的基本概念数据通信的基本概念数据传输技术（数据的通信方式、信数据传输技术（数据的通信方式、信道的通信方式、信号的传输方式）道的通信方式、信号的传输方式）数据交换技术数据交换技术差错控制差错控制传输介质传输介质17/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.1 数据通信模型2.1.12.1.1基本概念基本概念 1 1、信息（、信息（InformationInformation）通信的目的是为了交换信息。信息是人对现实世界事物存在方式或通信的目的是为了交换信息。信息是人对现实世界事物存在方式或运动状态的某种认识，其载体可以包含语音、音乐、图形、图像、文字运动状态的某种认识，其载体可以包含语音、音乐、图形、图像、文字和数据等多种媒体。和数据等多种媒体。计算机终端产生的信息的表示形式一般是字母、数计算机终端产生的信息的表示形式一般是字母、数字和符号的组合字和符号的组合。2 2、数据（、数据（DataData）数据是把事物的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可数据是把事物的某些属性规范化后的表现形式，它能被识别，也可以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。数据通信是指在不同计以被描述。例如十进制数、二进制数、字符等。数据通信是指在不同计算机之间传送表示信息的（字母、数字、符号）二进制代码算机之间传送表示信息的（字母、数字、符号）二进制代码0 0和和1 1比特序比特序列的过程。列的过程。被传输的二进制代码称为数据被传输的二进制代码称为数据。数据有两种：模拟数据和数。数据有两种：模拟数据和数字数据。字数据。3 3、信号（信号（SignalSignal）信号是数据在传输过程中的具体物理表现，具有确定的物理描述。信号是数据在传输过程中的具体物理表现，具有确定的物理描述。例如电压、磁场强度等。例如电压、磁场强度等。27/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.1.2 2.1.2 模拟和数字模拟和数字 模模拟拟数数据据是是取取某某一一区区间间的的连连续续值值，模模拟拟信信号号（Analog Analog SignalSignal）是是一一种种波波形形连连续续变变换换的的电电信信号号，取取值值可可以以是是无无限限个个，比比如如电电话话线线上上传传送送的的按按照照声声音音的的强强弱弱幅幅度度连连续续变变化化的的电电信信号号。波波形形如图（如图（a a）所示。）所示。数数字字数数据据取取某某一一区区间间内内有有限限个个离离散散值值，数数字字信信号号（Digital Digital SignalSignal）是是一一种种离离散散信信号号，取取值值是是有有限限的的，比比如如计计算算机机中中所所产产生生的的电电信信号号，它它是是用用两两种种不不同同的的电电平平去去表表示示0 0、1 1比比特特序序列列的的电电压压脉脉冲信号。波形如图（冲信号。波形如图（b b）所示。）所示。37/11/20247/11/20247/11/20247/11/20241 1、数据通信速率（传输速率）数据通信速率（传输速率）数据在数据在信道信道中传输的速度。有两种：码元速率和信息速率。中传输的速度。有两种：码元速率和信息速率。码元（码元（Code cellCode cell）：时间轴上的一个信号编码单元。）：时间轴上的一个信号编码单元。1 1）码元速率码元速率R RB B：每秒钟传送的：每秒钟传送的码元数码元数，单位为波特，单位为波特/秒秒 （Baud/sBaud/s），又称为），又称为波特率波特率。在数字通信系统中，由于在数字通信系统中，由于 数字信号是用离散值表示的，数字信号是用离散值表示的，每个离散值就是一个码元。每个离散值就是一个码元。2 2）信息速率信息速率R Rb b：每秒钟传送的：每秒钟传送的信息量信息量，单位为比特，单位为比特/秒秒 （bit/sbit/s），又称为），又称为比特率比特率。一般来说，对于采用一般来说，对于采用M M进制信号传输信号时，信息速率和码元速率进制信号传输信号时，信息速率和码元速率之间的关系是：之间的关系是：R Rb bR RB Bloglog2 2M M 例如：当波特率为例如：当波特率为96009600时时,若若M=2M=2，数据传输率为，数据传输率为9600b/s9600b/s 若若M=16M=16，数据传输率为，数据传输率为4*9600=38.4kb/s4*9600=38.4kb/s 二进制传输中，信息速率与码元速率相等。二进制传输中，信息速率与码元速率相等。2.2 数据通信的技术指标 47/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242 2、误码率与误比特率误码率与误比特率 误误码码率率：码码元元在在传传输输过过程程中中，错错误误码码元元占占总总传传输输码码元元的的概率。概率。1 1）误码率误码率Pe Pe 传输出错的码元数传输出错的码元数/传输的总码元数传输的总码元数 2 2）误比特率误比特率P Pb b 传输出错的比特数传输出错的比特数/传输的总比特数传输的总比特数 在二进制传输中，误码率也称为误比特率。在二进制传输中，误码率也称为误比特率。3 3、信道带宽与信道容量信道带宽与信道容量 1 1）信信道道带带宽宽：信信道道中中传传输输的的信信号号在在不不失失真真的的情情况况下下所所占占用用的的频频率率范范围围，通通常常称称为为信信道道的的通通频频带带，单单位位用用赫赫兹兹（HzHz）表表示。示。信信道道带带宽宽是是由由信信道道的的物物理理特特性性所所决决定定的的。例例如如，电电话话线线路路的频率范围在的频率范围在3003400Hz3003400Hz，则它的带宽范围也在，则它的带宽范围也在3003400Hz3003400Hz。57/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024 2 2）信信道道容容量量：单单位位时时间间内内信信道道上上所所能能传传输输的的最最大大比比特特数数，即即最最大大传传输输速速率率，用用比比特特每每秒秒（bit/sbit/s）表表示示。它它是是衡衡量量一一个个信信道道传传输输数数字字信信号号的的重重要要参参数数。当当传传输输速速率率超过信道的最大信号传输速率时就会产生失真超过信道的最大信号传输速率时就会产生失真。通常，信道容量和信道带宽通常，信道容量和信道带宽成正比的关系成正比的关系。带宽越。带宽越大，容量越高，要提高信号的传输率，信道就要有足够大，容量越高，要提高信号的传输率，信道就要有足够的带宽。增加信道带宽是可以增加信道容量。的带宽。增加信道带宽是可以增加信道容量。但实际上，信道带宽的无限增加并不能使信道容量但实际上，信道带宽的无限增加并不能使信道容量无限增加，其原因是无限增加，其原因是信道带宽是由信道的物理特性所信道带宽是由信道的物理特性所决定的决定的。信道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加信道中存在噪声或干扰，制约了带宽的增加。67/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024带宽与容量的关系（信道的最大数据传输率）带宽与容量的关系（信道的最大数据传输率）I I）NyquistNyquist（奈奎斯特）公式（奈奎斯特）公式：用于无噪声理想用于无噪声理想低通信道低通信道 Nyquist Nyquist公式为公式为估算已知带宽估算已知带宽,信道的最高数信道的最高数据传输速率据传输速率提供了依据。提供了依据。例如，话音级线路的带例如，话音级线路的带 宽约为宽约为3.1kHz3.1kHz，根据上，根据上 式计算的信道最大数据式计算的信道最大数据 传输率如右表所示。传输率如右表所示。C=2W log2 MC =C =数据传输率，单位数据传输率，单位b/s b/s W=W=带宽，单位带宽，单位HzHzM=M=信号编码级数（信号或信号编码级数（信号或电平的个数）电平的个数）M M 最大数据率最大数据率 2 6200 b/s 4 12400 b/s 8 18600 b/s16 24800 b/s32 31000 b/s77/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024非理想信道非理想信道87/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024IIII）ShannonShannon（香农）公式（香农）公式：用于有噪声干扰用于有噪声干扰信道信道例：信道带宽例：信道带宽W=3.1kHzW=3.1kHz，S/N=2000S/N=2000，则，则 C=3100log C=3100log2 2（1+20001+2000）34kb/s 34kb/s 即该信道上的最大数据传输率不会大于即该信道上的最大数据传输率不会大于34kb/s34kb/s。信噪比的单位也可用分贝(dB)表示：S/NS/NdBdB=10log=10log10 10 S/NS/N所以，若S/NdB=30dB，则S/N=1000。C=W log2（1+S/N）C:C:传输率，单位传输率，单位b/sb/sW W:带宽，单位带宽，单位HzHzS/N:S/N:信噪比信噪比97/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024NyquistNyquist公式和公式和ShannonShannon公式的比较公式的比较C=2C=2W W log log2 2M M用于理想信道（这样的信道存在吗？）用于理想信道（这样的信道存在吗？）数据传输率随信号编码级数增加而增加。数据传输率随信号编码级数增加而增加。C=C=W W log log2 2（1+1+S/NS/N）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。107/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.3数据传输技术 2.2.1 2.2.1 数据的通信方式（并数据的通信方式（并/串行通信）串行通信）1 1、并行通信并行通信 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。方方式式：将将构构成成1 1个个字字符符代代码码的的几几位位二二进进制制比比特特分分别别通通过过几几个个并并行的信道同时传输，如，并行传输中一次传送行的信道同时传输，如，并行传输中一次传送8 8个比特。个比特。优优缺缺点点：速速度度快快，但但发发送送端端与与接接收收端端之之间间有有若若干干条条线线路路，费费用用高高，仅仅适适合合于于近近距距离离和和高高速速率率的的通通信信。并并行行通通信信在在计计算算机机内内部部总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。总线以及并行口通信中已经得到广泛应用。117/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242、串行通信串行通信 数据以串行方式在一条信道上传输数据以串行方式在一条信道上传输。由由于于计计算算机机内内部部都都采采用用并并行行通通信信，因因此此，数数据据在在发发送送之之前前，要要将将计计算算机机中中的的字字符符进进行行并并/串串变变换换，在在接接收收端端再再通通过过串串/并并变变换换，还还原原成成计计算算机机的的字字符符结结构构，这这样样才才能能实实现现串串行行通信。通信。优优缺缺点点：收收、发发双双方方只只需需要要一一条条传传输输信信道道，易易于于实实现现，成成本本低低，但但速速度度比比较较低低。串串行行通通信信通通过过计计算算机机的的串串行行口口得得到到广泛的应用，而且在广泛的应用，而且在远程通信中一般采用串行通信方式远程通信中一般采用串行通信方式。127/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.2.2 2.2.2 信道的通信方式信道的通信方式 按按照照信信号号传传送送方方向向与与时时间间的的关关系系，信信道道的的通通信信方方式式可以分为可以分为单工、半双工和全双工单工、半双工和全双工三种。三种。1.1.单工通信单工通信 单单工工方方式式指指通通信信信信道道是是单单向向信信道道，数数据据信信号号仅仅沿沿一一个个方方向向传传输输，发发送送方方只只能能发发送送不不能能接接收收，而而接接收收方方只只能能接接收收而而不不能能发发送送，任任何何时时候候都都不不能能改改变变信信号号传传送送方方向向。例如，无线电广播和电视都属于单工通信。例如，无线电广播和电视都属于单工通信。137/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.2.半双工通信半双工通信 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一同一时刻一个信道只允许单方向传送时刻一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只，即两个方向的传输只能交替进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行能交替进行。当改变传输方向时，要通过开关装置进行切换。切换。半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使半双工信道适合于会话式通信。例如，公安系统使用的用的“对讲机对讲机”和军队使用的和军队使用的“步话机步话机”。半双工方式。半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通在计算机网络系统中适用于终端与终端之间的会话式通信。信。147/11/20247/11/20247/11/20247/11/20243.3.全双工通信全双工通信 全全双双工工通通信信是是指指数数据据可可以以同同时时沿沿相相反反的的两两个个方方向向进进行双向传输行双向传输。例例如如，现现实实生生活活中中的的电电话话机机通通话话就就是是一一个个全全双双工工的的通信过程。通信过程。157/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.2.3 2.2.3 信号的传输方式信号的传输方式1 1、基带传输、基带传输 基带传输是一种最简单最基本的传输方式。基带传输是一种最简单最基本的传输方式。使用数字信号传输使用数字信号传输数据时，终端设备要数据时，终端设备要把数字信号转换成脉冲电信号把数字信号转换成脉冲电信号，这个原始的电，这个原始的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带基带。在信道上直接传送在信道上直接传送基带信号称为基带传输。基带信号称为基带传输。2 2、频带传输、频带传输 频带传输是指频带传输是指数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达数字信号调制成音频信号后再发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。接收端时再把音频信号解调成原来的数字信号。在实现远距离通信在实现远距离通信时，经常借助于电话系统，此时需要采用频带传输方式。时，经常借助于电话系统，此时需要采用频带传输方式。3 3、宽带传输、宽带传输 宽带传输是宽带传输是将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频将整个带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。带来传送音频信号、视频信号以及数字信号。常采用常采用7575的同轴电的同轴电缆或光纤作为传输介质，带宽为缆或光纤作为传输介质，带宽为300MHz300MHz。167/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024什么是交换？什么是交换？按某种方式按某种方式动态分配传输线路资源动态分配传输线路资源。交换方式是指计算机之间、。交换方式是指计算机之间、计算机与终端之间和各终端之间交换信息所用信息格式和交换装计算机与终端之间和各终端之间交换信息所用信息格式和交换装置的方式。根据交换装置和信息处理方法的不同，常用的交换方置的方式。根据交换装置和信息处理方法的不同，常用的交换方式有三种：电路交换、存储转发交换（报文交换和分组交换）。式有三种：电路交换、存储转发交换（报文交换和分组交换）。例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进例如，电话交换机在用户呼叫时为用户选择一条可用的线路进行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用行接续。用户挂机后则断开该线路，该线路又可分配给其它用户户。最初的交换：人工转接交换最初的交换：人工转接交换为什么要采用交换技术？为什么要采用交换技术？节省线路投资，提高线路利用率节省线路投资，提高线路利用率。实现交换的方法主要有：实现交换的方法主要有：电路交换电路交换 存储转发交换存储转发交换 报文交换报文交换 分组交换分组交换 数据报方式数据报方式 虚电路方式虚电路方式2.4 数据交换技术177/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024 电路交换（电路交换（Circuit SwitchingCircuit Switching），也称为线路交换，它是一种直接的），也称为线路交换，它是一种直接的交换方式，交换方式，在一对需要进行通信的节点之间建立一条临时的专用通道，即在一对需要进行通信的节点之间建立一条临时的专用通道，即建立一条专用的传输通道建立一条专用的传输通道，既可以是物理通道又可以是逻辑通道。既可以是物理通道又可以是逻辑通道。常见的电路交换是常见的电路交换是电话系统电话系统，当交换机收到一个呼叫后，就在网络中，当交换机收到一个呼叫后，就在网络中寻找一条临时通路供两端的用户通话，这条临时通路可能要经过若干个交寻找一条临时通路供两端的用户通话，这条临时通路可能要经过若干个交换局的转接，并且一旦建立就成为这一对用户之间的换局的转接，并且一旦建立就成为这一对用户之间的临时专用通路临时专用通路，别的，别的用户不能打断，直到电话结束才拆除连接。用户不能打断，直到电话结束才拆除连接。电路交换的通信过程可分为电路交换的通信过程可分为电路建立、数据传输和拆除电路连接电路建立、数据传输和拆除电路连接三个三个阶段。阶段。2.4.12.4.1 电路交换电路交换 187/11/20247/11/20247/11/20247/11/20241 1电路建立阶段电路建立阶段在在开开始始传传输输数数据据之之前前，通通过过呼呼叫叫完完成成逐逐个个结结点点的的连连接接过过程程，建建立立一一条两站之间的直通电路。如图所示。条两站之间的直通电路。如图所示。197/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242 2数据传输阶段数据传输阶段电路建立阶段结束后，在两站之间的直通电路上传输数据。如图所示。电路建立阶段结束后，在两站之间的直通电路上传输数据。如图所示。207/11/20247/11/20247/11/20247/11/20243 3拆除电路连接阶段拆除电路连接阶段数数据据传传输输完完毕毕后后，要要终终止止电电路路连连接接，释释放放结结点点和和信信道道资资源源。这这可可由由通通信信双双方方中中的的任任一一方方来来完完成成这这个个动动作作。拆拆除除信信号号必必须须传传至至电电路路所所经经过过的的各个结点，以便释放专用资源而重新分配它。如图所示。各个结点，以便释放专用资源而重新分配它。如图所示。217/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024227/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024总结：总结：（1 1）电路交换特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。）电路交换特点：数据传输前需要建立一条端到端的通路。称为称为“面向连接的面向连接的”（典型例子：电（典型例子：电话）话）通信过程：通信过程：建立连接建立连接数据通信数据通信释放连接释放连接（2 2）电路交换优缺点：）电路交换优缺点：a.a.建立连接的时间长，存在延迟；建立连接的时间长，存在延迟；b.b.建立连接后就独占线路，即使无数据传输，也要保持建立连接后就独占线路，即使无数据传输，也要保持连通状态连通状态线路利用率低；线路利用率低；c.c.无纠错机制；无纠错机制；d.d.建立连接后，传输延迟小、无冲突、传输可靠、迅速、建立连接后，传输延迟小、无冲突、传输可靠、迅速、实时性好。实时性好。*电路交换不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性电路交换不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到的特点，真正传输数据的时间不到10%10%。例如：建立连接的时间为例如：建立连接的时间为0.50.5秒，计算机以秒，计算机以1Mb/s1Mb/s的速率发送的速率发送10k10k字节。线路利用率？字节。线路利用率？237/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.4.22.4.2存储转发交换存储转发交换 存存储储转转发发交交换换（Store Store and and Forward Forward SwitchingSwitching）可可分分为为报报文文存存储储转转发发交交换换与与分分组组存存储储转转发发交交换换两两种种方方式式。其其中中，分分组存储转发交换方式又可以分为组存储转发交换方式又可以分为数据报与虚电路数据报与虚电路方式。方式。采用存储转发的邮政通信工作模式采用存储转发的邮政通信工作模式247/11/20247/11/20247/11/20247/11/20241.1.报文交换（报文交换（Message SwitchingMessage Switching）（1 1）报文）报文 需要发送的整个数据块，如一个数据文件、需要发送的整个数据块，如一个数据文件、一篇新闻稿件一篇新闻稿件等，而不是数据的一部分。每个报文包括三个部分：等，而不是数据的一部分。每个报文包括三个部分：报头、正文报头、正文和报尾和报尾。报头：报文号、源地址和目的地址；报头：报文号、源地址和目的地址；正文：发送的数据块；正文：发送的数据块；报尾：报文的校验信息，用来进行差错检查和纠错。报尾：报文的校验信息，用来进行差错检查和纠错。（2 2）网络节点）网络节点 通通常常为为一一台台专专用用计计算算机机，备备有有足足够够的的外外存存，以以便便在在报报文文进进入入时进行缓冲存储。时进行缓冲存储。257/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（3 3）工作过程）工作过程 报文交换方式，不需在两站之间建立专用通道。源站在报文交换方式，不需在两站之间建立专用通道。源站在发送报文时，把目的地址添加到报文中，然后报文在网络中发送报文时，把目的地址添加到报文中，然后报文在网络中从一个结点传至另一个结点。在每个结点中，接收信息后暂从一个结点传至另一个结点。在每个结点中，接收信息后暂时存储起来，待信道空闲时再转发到下一结点，如此往复，时存储起来，待信道空闲时再转发到下一结点，如此往复，直到报文到达目标数据终端为止。这种工作方式是一种存储直到报文到达目标数据终端为止。这种工作方式是一种存储转发方式。转发方式。这这种种方方式式对对于于有有实实时时性性要要求求的的信信息息传传输输是是不不允允许许的的，而而对对于于数数据据通通信信则则是是适适合合的的。通通常常，对对较较为为连连续续的的数数据据流流（如如话话音音），电电路路交交换换是是一一种种易易于于使使用用的的技技术术。对对于于数数字字数数据据通通信，广泛使用的是报文交换技术。信，广泛使用的是报文交换技术。报报文文在在一一个个结结点点的的延延迟迟时时间间等等于于接接收收全全部部报报文文的的时时间间和和排队等待时间。排队等待时间。267/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024发发送送一一个个报报文文后后，在在发发送送下下一一个个报报文文时时，根根据据网网络络当当时时的的负负荷荷情情况况，不一定走与前一个报文同样的路径。如图所示。不一定走与前一个报文同样的路径。如图所示。277/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024报文交换的特点：报文交换的特点：（1 1）源源节节点点和和目目标标节节点点在在通通信信时时不不需需要要建建立立一一条条专专用用的的通通道道，没没有有建建立立电电路路和和拆拆除除电电路路所所需需的的等等待待和和时时延延，仅仅在在相相邻邻节节点点传传输输报报文文时时建建立立节节点点间间的的连连接接。称为称为“无连接的无连接的”（典型例子：电报）；（典型例子：电报）；（2 2）线线路路利利用用率率高高，节节点点间间可可根根据据电电路路情情况况选选择择不不同同的的速速度度传传输输，分分时时共共享享一一条结点到结点的通道。条结点到结点的通道。能高效地传输数据；（不用独占）能高效地传输数据；（不用独占）（3 3）报文交换可把一个报文送到多个目的地，而电路交换很难做到这一点；报文交换可把一个报文送到多个目的地，而电路交换很难做到这一点；（4 4）要求节点具备）要求节点具备强的报文数据存储能力强的报文数据存储能力，一般节点由微机或小型机担当；，一般节点由微机或小型机担当；（5 5）数据传输可靠性高数据传输可靠性高。（有差错检查；某线路有故障可选其他路径）；。（有差错检查；某线路有故障可选其他路径）；（6 6）整整个个报报文文（MessageMessage）作作为为一一个个整整体体一一起起发发送送。每每个个节节点点都都要要把把报报文文完完整整的的接接收收、存存储储、检检错错、纠纠错错、转转发发，产产生生了了节节点点延延迟迟；报报文文出出错错后后整整个个报报文文要要全部重发全部重发。（7 7）报报文文交交换换对对报报文文长长度度没没有有限限制制，报报文文大大小小不不一一，造造成成存存储储管管理理复复杂杂，缓缓冲冲器无法分配器无法分配；大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高；大报文造成存储转发的延时过长，且对存储容量要求较高；（8 8）当当流流量量增增大大时时，在在电电路路交交换换中中可可能能导导致致一一些些呼呼叫叫不不能能被被接接收收，而而在在报报文文交交换中，报文仍可接收，只是延时会增加。换中，报文仍可接收，只是延时会增加。报文交换的主要缺点：报文交换的主要缺点：网络延时较长，波动范围较大，不宜用于实时通信或交互通信。网络延时较长，波动范围较大，不宜用于实时通信或交互通信。287/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024 将报文分割成若干个大小相等的分组（将报文分割成若干个大小相等的分组（PacketPacket）进行存）进行存储转发。储转发。分组头部信息中应包含分组编号。分组头部信息中应包含分组编号。特点：特点：（1 1）数据传输前不需要建立一条端到端的通路）数据传输前不需要建立一条端到端的通路也是也是“无无连接的连接的”。（2 2）强大的功能强大的功能，如纠错机制、流量控制、拥塞控制、路，如纠错机制、流量控制、拥塞控制、路由选择等。由选择等。优缺点：优缺点：（1 1）对转发节点的存储要求较低对转发节点的存储要求较低，可以用内存来缓冲分，可以用内存来缓冲分组组速度快；速度快；（2 2）转发延时小转发延时小适用于交互式通信；适用于交互式通信；（3 3）某个分组出错可以仅重发出错的分组某个分组出错可以仅重发出错的分组效率高；效率高；（4 4）各分组可通过不同路径传输各分组可通过不同路径传输，容错性好。，容错性好。（5 5）需要分割报文和重组报文需要分割报文和重组报文，增加了端节点的负担。，增加了端节点的负担。2.2.分组交换（分组交换（Packet SwitchingPacket Switching）297/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（1 1）数据报方式（）数据报方式（DatagramDatagram）各报文分组中包含目的节点的地址，可根据各报文分组各报文分组中包含目的节点的地址，可根据各报文分组独立地独立地确定路由确定路由（传输路径）（传输路径）不能保证报文分组按序到达不能保证报文分组按序到达，目的节点需要按分组编号重新排目的节点需要按分组编号重新排序和组装序和组装数据报方式不能保证分组按序到达数据报方式不能保证分组按序到达分组可能通过多个路径穿越网络分组可能通过多个路径穿越网络307/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024317/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024数据报分组交换方式的特点：数据报分组交换方式的特点：（a a）每每个个分分组组被被称称为为一一个个数数据据报报，若若干干个个数数据据报报构构成成一一次次要要传传送送的的报报文文或或数数据据块块。数数据据报报方方式式采采用用同同报报文文交交换换一一样样的的方方法法对每个分组单独进行处理（把分组看成一个小报文）。对每个分组单独进行处理（把分组看成一个小报文）。（b b）每每一一个个报报文文分分组组在在传传输输过过程程中中都都必必须须带带有有源源节节点点地地址址和和目的节点地址目的节点地址。（c c）同同一一报报文文的的不不同同分分组组可可以以由由不不同同的的传传输输路路径径通通过过通通信信子子网。网。（d d）同同一一报报文文的的不不同同分分组组到到达达目目的的节节点点时时可可能能出出现现乱乱序序、重重复或丢失现象复或丢失现象。（e e）使使用用数数据据报报分分组组交交换换的的方方式式时时，数数据据报报文文传传输输延延迟迟仍仍比比较大较大，适用于突发性通信，但不适用于长报文、会话式通信。，适用于突发性通信，但不适用于长报文、会话式通信。327/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（2 2）虚电路方式（）虚电路方式（Virtual CircuitVirtual Circuit）通信前预先建立一条逻辑连接通信前预先建立一条逻辑连接虚电路虚电路虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的虚电路是由其路径上的所有交换机中的路由表定义的类比：铁路系统（旅客类比：铁路系统（旅客/列车列车:分组，铁路网分组，铁路网:网络，火车站网络，火车站:节点）节点）“西安北京西安北京”这条线路可以看成是一条虚路径这条线路可以看成是一条虚路径通信也需要三个过程：通信也需要三个过程：建立连接数据传输拆除连接建立连接数据传输拆除连接建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源建立虚电路时，交换机将预留传输时所需的所有资源虚电路的路由在建立时确定，传输数据时则不再需要虚电路的路由在建立时确定，传输数据时则不再需要数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路的路由数据传输时只需指定虚电路号，分组即可按虚电路的路由穿越网络穿越网络“数字管道数字管道”337/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024分组通过预先建立好的虚电路穿越网络分组通过预先建立好的虚电路穿越网络347/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024357/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024虚电路分组交换方式的特点：虚电路分组交换方式的特点：（1 1）提供的是提供的是“面向连接面向连接”的服务；的服务；（2 2）虚虚电电路路无无专专用用电电路路，而而是是选选定定了了特特定定路路径径进进行行传传输输，各各分分组组所所途途径径的的所所有有节节点点都都对对这这些些分分组组进进行行存存储储/转转发发，而而电电路路交交换换无无此此功能。功能。（3 3）一一次次通通信信的的所所有有分分组组都都从从这这条条逻逻辑辑连连接接的的虚虚电电路路上上通通过过，不不再再进进行行路路由由选选择择。因因此此，各各个个分分组组不不必必带带有有源源地地址址、目目的的地地址址等等辅辅助助信信息息，只只需需要要携携带带虚虚电电路路标标识识号号。各各个个分分组组到到达达目目的的节节点点不不会会出出现丢失、重复与乱序的现象现丢失、重复与乱序的现象。（4 4）节点）节点只需要做差错检测只需要做差错检测。（5 5）通信子网中的每个节点都可以和任何节点建立）通信子网中的每个节点都可以和任何节点建立多条虚电路连多条虚电路连接接。367/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024总结：总结：1 1、虚电路方式与电路交换方式的区别：虚电路方式与电路交换方式的区别：使使用用物物理理通通道道不不同同，它它仍仍是是使使用用存存储储转转发发方方式式传传输输数数据据，分分组组信信息息要要暂暂存存于于每每个个结结点点，进进行行排排队队等等待待转转发发。由由于于采采用用的的是是存存储储转转发发的的分分组组交交换换，所所以以只只是是断断续续地地占占用用一一段段又又一一段段的的链链路路，分分组组在在每每个个结结点点仍仍然然需需要要存存储储，并在线路上进行输出排队，但不需要为每个分组做出路径判定。并在线路上进行输出排队，但不需要为每个分组做出路径判定。虚虚电电路路的的标标识识符符只只是是对对逻逻辑辑信信道道的的一一种种编编号号 ，并并不不指指某某一一条条物物理理线线路路本本身身。一一条条物物理理线线路路可可能能被被标标识识为为许许多多逻逻辑辑信信道道编编号号，这这正正体体现现了了信信道道资源的共享性。资源的共享性。2 2、虚电路方式与数据报方式的区别：虚电路方式与数据报方式的区别：数数据据报报方方式式没没有有呼呼叫叫建建立立过过程程，每每个个分分组组（或或称称数数据据报报）均均带带有有完完整整的的目目的的站站的的地地址址信信息息，独独立立地地选选择择传传输输路路径径，到到达达目目的的站站的的顺顺序序与与发发送送时时的的顺顺序序可可能能不不一一致致。而而虚虚电电路路方方式式必必须须通通过过虚虚呼呼叫叫建建立立一一条条虚虚电电路路，每每个个分分组组不不需需要要携携带带完完整整的的地地址址信信息息，只只需需带带上上虚虚电电路路的的号号码码标标志志，不不需需要要选选择择路路径径，均均沿沿虚虚电电路路传传送送，这这些些分分组组到到达达目目的的站站的的顺顺序序与与发发送送时时的的顺顺序序完完全一致。全一致。377/11/20247/11/20247/11/20247/11/20243 3、分组交换比报文交换有明显的优点：分组交换比报文交换有明显的优点：（1 1）减少了时间延迟。）减少了时间延迟。（2 2）每每个个结结点点上上所所需需缓缓冲冲容容量量减减少少了了（因因为为分分组组长长度度小小于于报报文文长长度度），有利于提高结点存储资源的利用率。有利于提高结点存储资源的利用率。（3 3）传传输输有有错错时时，只只要要重重传传一一个个分分组组而而不不要要重重发发报报文文，大大大大减减少少每每次次传传输发生错误的概率以及重传信息的数量。输发生错误的概率以及重传信息的数量。（4 4）易于重新开始新的传输。）易于重新开始新的传输。分分组组交交换换的的缺缺点点是是每每个个分分组组都都要要附附加加一一些些控控制制信信息息，增增加加了了所所传传信信息息的体积（通常增加的体积（通常增加5%5%到到10%10%），相应地，加工处理时间也有所增加。），相应地，加工处理时间也有所增加。目目前前，电电路路交交换换用用于于数数字字交交换换网网络络和和计计算算机机化化小小型型交交换换机机（CBXCBX）网网络，而分组交换广泛用于计算机网络中，一般都不采用报文交换。络，而分组交换广泛用于计算机网络中，一般都不采用报文交换。387/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.5 差错控制1 1、差错控制概念、差错控制概念 在通信过程中，发现、检测差错并进行纠正。在通信过程中，发现、检测差错并进行纠正。2 2、差错控制原因、差错控制原因 不存在理想的信道不存在理想的信道传输总会出错传输总会出错 与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。3 3、产生差错因素（信号本身和噪声；噪声分热噪声和冲击噪声）、产生差错因素（信号本身和噪声；噪声分热噪声和冲击噪声）（1 1）信号本身：衰减、反射、串扰；）信号本身：衰减、反射、串扰；（2 2）热噪声：由信道的电气特性，即传输介质导体的电子热运动产生，）热噪声：由信道的电气特性，即传输介质导体的电子热运动产生，引起的信号幅度、频率、相位的畸变；热噪声是一种随机噪声，所引起引起的信号幅度、频率、相位的畸变；热噪声是一种随机噪声，所引起的传输差错为随机差错，差错彼此无关。的传输差错为随机差错，差错彼此无关。（3 3）冲击噪声：由外界电磁干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度）冲击噪声：由外界电磁干扰引起，与热噪声相比，冲击噪声幅度较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声所引起的传输差错为突发较大，是引起传输差错的主要原因。冲击噪声所引起的传输差错为突发错，错误之间有相关性。错，错误之间有相关性。4 4、差错控制、差错控制基本方法基本方法 接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。接收方进行差错检测，并向发送方应答，告知是否正确接收。397/11/20247/11/20247/11/20247/11/20245 5、差错控制编码、差错控制编码（1 1）纠错码纠错码 让每个传输的分组都带上足够的冗余信息，以便让每个传输的分组都带上足够的冗余信息，以便在接收端能发现并自动纠正传输中的差错。实现复杂、在接收端能发现并自动纠正传输中的差错。实现复杂、造价高，在计算机通信中很少使用。造价高，在计算机通信中很少使用。（2 2）检错码检错码 让分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息，让分组仅包含足以使接收端发现差错的冗余信息，但但不能确定错误位的位置，自己不能纠正传输差错不能确定错误位的位置，自己不能纠正传输差错。通常有通常有奇偶校验码，方块码和循环冗余码。奇偶校验码，方块码和循环冗余码。407/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（一）奇偶校验（一）奇偶校验奇奇偶偶校校验验又又叫叫字字符符校校验验、垂垂直直冗冗余余校校验验（VRCVRC）。它它是是以以字字符符为为单单位位的的校校验验方方法法，是是最最简简单单的的一一种种校校验验方方法法。它它在在每每个个字字符符编编码码的的后后面面（或或最最前前面面），另另外外增增加加一一个个二二进进制制位位，该该位位叫叫做做校校验验位位。其其主主要要目目的的是是使使整整个个编编码码中中1 1（或或0 0）的的个个数数成成为为奇奇数数或或偶偶数数。如如果果使使编编码码中中1 1的的个个数数成成为为奇奇数数则叫做奇校验，反之，则叫做偶校验。则叫做奇校验，反之，则叫做偶校验。例如：例如：字符字符R R的的ASCIIASCII编码为编码为10100101010010，后面增加一位进行奇校验后面增加一位进行奇校验1010010010100100（使（使1 1的个数为奇数），的个数为奇数），传送时若其中一位出错，码变为传送时若其中一位出错，码变为1011011 101000100，奇校验能检查出错误，奇校验能检查出错误，传送时若有两位出错，码变为传送时若有两位出错，码变为1011011111100100，奇校验就不能检查出错误了。，奇校验就不能检查出错误了。事事实实上上，在在传传输输过过程程中中，偶偶然然一一位位出出错错的的机机会会最最多多，故故这这种种简简单单的的校校验验方方法法还还是是很很有有用用处处的的。但但这这种种方方法法只只能能检检测测错错误误而而不不能能纠纠正正错错误误，因因为为它不能检测出错在哪一位。它不能检测出错在哪一位。417/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（二）方块校验（二）方块校验方方块块校校验验又又叫叫报报文文校校验验、水水平平垂垂直直冗冗余余校校验验（LRCLRC）。这这种种方方法法是是在在奇奇偶偶校校验验的的基基础础上上，在在一一批批字字符符传传送送之之后后，另另外外增增加加一一个个检检验验字字符符，该该检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中检验字符的编码方法是使每一位纵向代码中1 1的个数成为奇数（或偶数）。的个数成为奇数（或偶数）。例：例：奇偶校验位（奇校验）奇偶校验位（奇校验）字符字符1 1010010 01 1010010 0字符字符2 1000001 12 1000001 1字符字符3 1001100 03 1001100 0字符字符4 1010000 14 1010000 1字符字符5 1001000 15 1001000 1字符字符6 1000010 16 1000010 1-方块校验字符（奇校验）方块校验字符（奇校验）1111010 1 1111010 1427/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024采采用用这这种种方方法法之之后后，不不仅仅可可以以检检验验出出一一位位、二二位位或或三三位位的的错错误误，而而且且可可以以自自动动纠纠正正一一位位出出错错，使使误误码码率率能能降降低低2 23 3个个数数量量级级，纠纠错错效效果果十十分显著，广泛用于通信和某些计算机外部设备中。分显著，广泛用于通信和某些计算机外部设备中。437/11/20247/11/20247/11/20247/11/20242.6 传输介质1 1、传输介质、传输介质 传输信号经过的各种物理环境传输信号经过的各种物理环境 物理上将计算机相互连接起来的介质物理上将计算机相互连接起来的介质2 2、传输介质的种类、传输介质的种类 同轴电缆同轴电缆 双绞线（非屏蔽双绞线（双绞线（非屏蔽双绞线（UTPUTP）、屏蔽双绞线）、屏蔽双绞线（STPSTP）光纤光纤 无线、卫星通信无线、卫星通信447/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024457/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（1 1）双绞线（）双绞线（Twist PairTwist Pair，TPTP）应用领域：电话网络、计算机局域网应用领域：电话网络、计算机局域网内导体芯线内导体芯线绝缘绝缘内屏蔽内屏蔽外屏蔽（非外屏蔽（非屏蔽双绞线屏蔽双绞线没有）没有）外套外套-螺旋绞合的双导线螺旋绞合的双导线-每根可每根可4 4对、对、2525对、对、18001800对对-典型连接距离典型连接距离100m100m（LANLAN）-使用使用RJ45RJ45插座、插头插座、插头-优缺点：优缺点：成本低成本低 组装密度高、节省空间组装密度高、节省空间 安装容易（综合布线系统）安装容易（综合布线系统）平衡传输（高速率）平衡传输（高速率）抗干扰性一般抗干扰性一般 连接距离短连接距离短467/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024屏蔽双绞线屏蔽双绞线(STP)(STP)非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线(UTP)(UTP)用铝箔屏蔽，以减少干用铝箔屏蔽，以减少干扰和串音，应用较少扰和串音，应用较少双绞线外无任何屏蔽双绞线外无任何屏蔽层，应用广泛层，应用广泛477/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（a a）非屏蔽双绞线（）非屏蔽双绞线（UTPUTP）优点：优点：尺寸小、重量轻、易弯曲尺寸小、重量轻、易弯曲价格便宜价格便宜容易安装和维护容易安装和维护RJ-45RJ-45连接器牢固、可靠连接器牢固、可靠缺点：缺点：抗干扰能力较弱抗干扰能力较弱传输距离比较短传输距离比较短分类：分类：3 3类线、类线、4 4类线、类线、5 5类线和超类线和超5 5类线类线 UTPUTP非常适合于楼宇内部的结构化布线非常适合于楼宇内部的结构化布线487/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（b b）屏蔽双绞线（）屏蔽双绞线（TPTP）优点：优点：传输质量较高传输质量较高电缆尺寸和重量与电缆尺寸和重量与UTPUTP相当相当缺点：缺点：安装不合适有可能引入外界干扰安装不合适有可能引入外界干扰497/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（2 2）光纤（）光纤（Optical FiberOptical Fiber）依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播依靠光波承载数据，光脉冲在玻璃纤维中传播优缺点：优缺点：传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（传输带宽高：仅受光电转换器件的限制（100Gb/s100Gb/s）传输损耗小，适合长距离传输传输损耗小，适合长距离传输抗干扰性能极好、误码率低，保密性好抗干扰性能极好、误码率低，保密性好轻便轻便价格较高价格较高需要光电转换需要光电转换纤芯材料：纤芯材料：塑料塑料二氧化硅二氧化硅 （高纯玻璃）（高纯玻璃）507/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024（3 3）同轴电缆（）同轴电缆（Coaxial CableCoaxial Cable）计算机网络中使用基带同轴电缆计算机网络中使用基带同轴电缆阻抗50，有粗同轴和细同轴两种应用：总线局域网（以太网）应用：总线局域网（以太网）性能：性能：10Mb/s10Mb/s，500500米米/185/185米米铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套517/11/20247/11/20247/11/20247/11/2024优点：优点：传输距离较远，覆盖的地域范围较大传输距离较远，覆盖的地域范围较大 技术非常成熟技术非常成熟缺点：缺点：电缆硬，折曲困难，重量重电缆硬，折曲困难，重量重局域网中使用同轴电缆：局域网中使用同轴电缆：粗同轴电缆：特征阻抗粗同轴电缆：特征阻抗5050，直径，直径1cm1cm 细同轴电缆：特征阻抗细同轴电缆：特征阻抗5050，直径，直径0.5cm0.5cm 同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线同轴电缆不适合用于楼宇内的结构化布线52p经常不断地学习,你就什么都知道。你知道得越多,你就越有力量pStudyConstantly,AndYouWillKnowEverything.TheMoreYouKnow,TheMorePowerfulYouWillBe写在最后谢谢你的到来学习并没有结束，希望大家继续努力Learning Is Not Over.I Hope You Will Continue To Work Hard演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日