計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎課件

計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點：源點設備產生通信網(wǎng)絡要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉換為能夠被目的設備處理的信息。終點：終點設備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復雜網(wǎng)絡設備2計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎計算2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點：源點設備產生通信網(wǎng)絡要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉換為能夠被目的設備處理的信息。終點：終點設備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復雜網(wǎng)絡設備噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)22.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目數(shù)據(jù)通信的基本過程5個階段包含兩項內容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程與打電話比較建立物理連接撥號，撥通對方建立邏輯連接互相確認身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開邏輯連接互相確認要結束通話斷開物理連接雙方掛機*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段。3數(shù)據(jù)通信的基本過程5個階段*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要2.2基本概念數(shù)據(jù)與信號信道通信方式傳輸方式同步方式42.2基本概念數(shù)據(jù)與信號42.2.1數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實體。信息（Information）數(shù)據(jù)的內容或解釋。信號（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質中傳播52.2.1數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)（Data）5模擬信號時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值數(shù)字信號時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號ta）模擬信號tb）數(shù)字信號6模擬信號ta）模擬信號tb）數(shù)字信號6周期信號 信號由不斷重復的固定模式組成（如正弦波）非周期信號 信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。tTTTtTTT周期信號非周期信號tt7周期信號tTTTtTTT周期信號非周期信號tt7信息編碼：將信息用二進制數(shù)表示的方法例如：ASCII編碼、BCD編碼等數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法例如：字符“A”的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t8信息編碼：將信息用二進制數(shù)表示的方法01000001t8信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進行傳輸?shù)倪^程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息和數(shù)據(jù)（二進制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數(shù)據(jù)→適合傳輸?shù)臄?shù)字信號——便于同步、識別、糾錯調制：數(shù)字信號→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調：接收波形→數(shù)字信號解碼：數(shù)字信號→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上傳輸→信號→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調制解調數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼9信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進行傳輸?shù)倪^程信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)信號：模擬信號數(shù)字信號信道：模擬信道數(shù)字信道10不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術語音移頻,調制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字數(shù)字數(shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調制11模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術語音移頻,調制模擬數(shù)字模擬模擬編碼與調制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調制：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼12編碼與調制的區(qū)別EncoderDecoder數(shù)字或數(shù)字信號x調制與解調數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調制解調制13調制與解調數(shù)字或ModulatorDemodulator數(shù)字2.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道計算機網(wǎng)絡中主要采用數(shù)字信道進行數(shù)據(jù)傳輸模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道有線電視無線電廣播電話撥號線路142.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的線路（數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信在模擬信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點抗噪聲（干擾）能力強可以控制差錯，提高了傳輸質量便于用計算機進行處理易于加密、保密性強可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計算機通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。15數(shù)字通信與模擬通信152.2.3通信方式單工 數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）半雙工 數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏?，但不能在同一時刻雙向傳輸（例：對講機）全雙工 數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。162.2.3通信方式單工16發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時不可同時17發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器基帶傳輸：不需調制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號調制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調。例如：通過電話網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號調制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調。例如：閉路電視的信號傳輸2.2.4傳輸方式18基帶傳輸：不需調制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。2同步的因素：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步接收端要校準自己的時間和重復頻率，以便和發(fā)送端保持一致2.2.5同步方式19同步的因素：2.2.5同步方式19同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始●同步脈沖也可位于碼元的中部●一個碼元也可有多個同步脈沖相對應t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t20同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始t碼元1碼元目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致外同步——發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。位同步21目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致位同步21目的：找到正確的字符邊界常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：1個起始位、5～8個數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個停止位采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”起止式的優(yōu)缺點：頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新獲得同步每兩個字符之間的間隔時間不固定增加了輔助位，所以傳輸效率低例如，采用1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、2個停止位時，其傳輸效率為8/11≈73％起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個字符時間邏輯“0”邏輯“1”字符同步22目的：找到正確的字符邊界起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個目的：識別一個幀的起始和結束 幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來標識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結束校驗和0~nbit8bit8bit8~32m7EH7EH幀同步23目的：識別一個幀的起始和結束幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結束校驗和02.3傳輸介質磁介質 高帶寬、低費用、高延時（小時）——在通信中很少使用

金屬導體雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線介質無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線242.3傳輸介質磁介質24同軸電纜（CoaxialCable，CC）計算機網(wǎng)絡中使用基帶同軸電纜阻抗50，有粗同軸和細同軸兩種應用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s，500m/185m銅芯絕緣層外導體屏蔽層保護套25同軸電纜（CoaxialCable，CC）銅芯絕緣層外導體雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導線每根4對、25對、1800對典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭優(yōu)缺點：成本低組裝密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離短應用領域：電話網(wǎng)絡、計算機局域網(wǎng)內導體芯線絕緣內屏蔽外屏蔽外套26雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導線應用領域屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應用廣泛常用的雙絞線：3類（16Mb/s）和5類（155Mb/s）兩種27屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UT雙絞線的連接標準色彩標記和連接方法：交叉線：交換機—交換機、PC-PC、HUB-HUB(標準端口)直連線：PC/路由器—交換機/HUB、HUB-HUB(級連端口)線對色彩碼1白藍，藍2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線EIA-568B直連線EIA-568A28雙絞線的連接標準線對色彩碼1白藍，藍2白橙，橙3白綠，綠4白光纖（OpticalFiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點：傳輸帶寬高：僅受光電轉換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價格較高需要光電轉換纖芯材料：塑料二氧化硅 （高純玻璃）29光纖（OpticalFiber，OF）29光纖傳輸原理——光的反射光從折射率高的介質入射到折射率低的介質時會產生折射。折射量取決于兩種介質的折射率。當入射角≥臨界值時產生全反射，不會泄漏。纖芯——折射率高，玻璃包層——折射率低亮度調制：有光脈沖-1，無光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質、光檢測光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD單向傳輸，雙向需兩根光纖應用領域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡、服務器連接30光纖傳輸原理——光的反射30多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播31多模光纖(MMF)多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內芯玻璃內芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：纖芯——50um緩變型-MMF62.5um緩變型/增強型-MMF8.3um突變型-SMF包層——125um32典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內芯玻璃內芯塑高密度多芯光纜剖面結構芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束33高密度多芯光纜剖面結構芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束3無線介質（信號在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點：無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類型：無線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線34無線介質（信號在大氣或外層空間自由傳播）34微波通信通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50～100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔35微波通信地球地面站之間的直視線路微波傳送塔35地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（≈270ms）廣播式傳輸應用領域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡廣域網(wǎng)35,784km地球36地球同步衛(wèi)星35,784地球36紅外線通信 紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個房間內的廣播通信系統(tǒng)特點：紅外通信的設備相對便宜，可獲得較高的帶寬傳輸距離有限，而且易受室內空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響37紅外線通信37短波通信基站與終端之間通信采用無線鏈路應用領域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站用戶計算機和終端38短波通信BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站用戶計算機和終端3常用傳輸介質的比較傳輸介質傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價格應用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s模擬:10km數(shù)字:500m較好低模擬/數(shù)字信號傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號75Ω同軸電纜寬帶≤450MHz100km較好較低模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶4～6GHz幾百km好中等遠程通信衛(wèi)星寬帶1～10GHz18000km很好高遠程通信39常用傳輸介質的比較傳輸介質傳輸方式速率/傳輸距離性能價格應用2.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的調制使數(shù)字數(shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬信號的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸402.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼401.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ）二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；缺點：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步。曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變高→低的跳變代表1，低→高的跳變代表0每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號。這種編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterCoding，DMC）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開始處有無跳變來表示0和1，有跳變代表0，無跳變代表1。411.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼不歸零碼（Non-Return三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011時鐘NRZManchester差分Manchester42三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011時鐘NRZMan課堂練習給出比特流0110，0010,1111的不歸零碼，曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼43課堂練習給出比特流0110，0010,1111的不歸零碼，曼011000101111440112.數(shù)字數(shù)據(jù)的調制三種常用的調制技術：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進行調制。載波信號S(t)=Acos(t+)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位調制就是要使A、或隨數(shù)字基帶信號的變化而變化452.數(shù)字數(shù)據(jù)的調制三種常用的調制技術：45ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK46ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1001101000103.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復出原始信號。要轉換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉換成數(shù)字信號。PCM編碼：采樣：按一定間隔對語音信號進行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進行編碼編碼后的信號稱為PCM信號（PulseCodedModulation，脈碼調制）。473.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼采樣定理：47語音信號的數(shù)字化語音帶寬f<4kHz采樣時鐘頻率：8kHz（>2倍語音最大頻率）樣本量化級數(shù)：256級（8b/每樣本）數(shù)據(jù)率：每路PCM信號的速率=64kb/s模擬語音信號采樣時鐘PCM信號采樣電路量化和編碼數(shù)字化語音信號f<4kHzfs=8kHz48語音信號的數(shù)字化模擬采樣時鐘PCM信號采樣電路量化和編碼PCM編碼過程舉例

語音信號011100011011001100PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號49PCM編碼過程舉例語音信號0111000110112.5多路復用技術多路復用：多個信息源共享一個公共信道為何要復用？—適用場合：當信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時類比：公共運輸系統(tǒng)（鐵路、海運、航空）DEMUX復用器解復用器共享信道MUX信源信宿502.5多路復用技術多路復用：多個信息源共享一個公共信道DE復用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復用方法頻分復用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)時分復用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時間劃分不同的信道，目前應用最廣泛波分復用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸碼分復用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途51復用的基本思想：51頻分復用FDM原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復用信號f復用器52頻分復用FDMCH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻時分復用TDM原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進行傳輸。在通信網(wǎng)絡中應用極為廣泛。A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復用后的數(shù)據(jù)流時隙號1231D3D2D1時間片12時間片2D1時隙D2復用器t53時分復用TDMA2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MU由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復用也稱為同步時分復用。一個時間片內傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。時分復用的典型例子：PCM信號的傳輸把多個話路的PCM語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個時間片內發(fā)送每個時隙承載一路PCM信號54由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復用也統(tǒng)計（異步）TDM——STDMTDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片1時間片2同步TDM帶寬浪費A1B1B2時間片1時間片2統(tǒng)計TDM可用帶寬C255統(tǒng)計（異步）TDM——STDMABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t波分復用——光的頻分復用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖

棱柱/衍射光柵56波分復用——光的頻分復用F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖碼分復用CDM(碼分多址訪問CDMA)原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列進行編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關的信號才能被檢出，由此恢復出原始數(shù)據(jù)。在無線移動通信中應用廣泛。57碼分復用CDM(碼分多址訪問CDMA)57向量的內積設有n維向量令稱為向量α和β的內積當α和β都是列向量時，有當α和β都是行向量時，有兩個向量正交，即兩個向量的內積為058向量的內積設有n維向量令稱為向量α和β的內積2.6數(shù)據(jù)交換技術什么是交換？按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進行接續(xù)。用戶掛機后則斷開該線路，該線路又可分配給其他用戶。最初的交換：人工轉接交換為什么要采用交換技術？提高線路利用率（當網(wǎng)絡中節(jié)點較多時使用專門的點到點線路浪費資源）實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換和分組交換。592.6數(shù)據(jù)交換技術什么是交換？59電路交換在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。可以是真正的物理線路，也可以是一個復用信道。特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。——稱為“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接優(yōu)缺點：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；無糾錯機制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機通信：因為計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。例如：建立連接的時間為0.5s，計算機以1Mb/s的速率發(fā)送10KB。線路利用率＝？60電路交換60電話網(wǎng)絡中的電路交換電路交換也能在多路復用信道上實現(xiàn)在物理線路的某個信道上建立連接主要用于電話通信網(wǎng)絡、遠程用戶或移動用戶連接企業(yè)局域網(wǎng)，或用于高速線路的備份61電話網(wǎng)絡中的電路交換61報文交換以報文為單位進行“存儲-轉發(fā)”交換的技術。在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲下來，待信道空閑時再轉發(fā)出去，一級一級中轉，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術稱為存儲-轉發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點傳輸報文時建立節(jié)點間的連接?！Q為“無連接的”（典型例子：電報）整個報文（Message）作為一個整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點：沒有建立和拆除連接所需的等待時間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報文大小不一，造成存儲管理復雜；大報文造成存儲轉發(fā)的延時過長，且對存儲容量要求較高；出錯后整個報文全部重發(fā)。類比：下載時若無斷點續(xù)傳功能，一旦出錯你會怎樣做？62報文交換62分組交換（包交換）將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進行存儲轉發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路——也是“無連接的”。有強大的糾錯機制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優(yōu)缺點：對轉發(fā)節(jié)點的存儲要求較低，可以用內存來緩沖分組——速度快；轉發(fā)延時小——適用于交互式通信；某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組——效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。需要分割報文和重組報文，增加了端站點的負擔。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式63分組交換（包交換）63數(shù)據(jù)報方式（Datagram）各分組獨立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按序到達，所以目的站點需要按分組編號重新排序和組裝數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達分組可能通過多個路徑穿越網(wǎng)絡64數(shù)據(jù)報方式（Datagram）數(shù)據(jù)報方式不能保證分組按序到達虛電路方式（VirtualCircuit）通信前預先建立一條邏輯連接——虛電路虛電路是由其路徑上的所有交換機中的路由表定義的邏輯連接類比：鐵路系統(tǒng)（旅客/列車:分組，鐵路網(wǎng):網(wǎng)絡，火車站:節(jié)點）“濟南－北京”G101這條線路可以看成是一條虛路徑也需要三個過程：建立－數(shù)據(jù)傳輸－拆除建立虛電路時，交換機將預留傳輸時所需的所有資源虛電路的路由在建立時確定，傳輸數(shù)據(jù)時則不再需要數(shù)據(jù)傳輸時只需指定虛電路號，分組即可按虛電路的路由穿越網(wǎng)絡——“數(shù)字管道”提供的是“面向連接”的服務但卻沒有像電路交換那樣始終占用一條端到端的物理通道，只是斷續(xù)地依次占用傳輸路徑上各個鏈路段——與鐵路系統(tǒng)類比！可以看成是采用了電路交換思想的分組交換能夠保證分組按序到達永久虛電路PVC和交換虛電路SVC65虛電路方式（VirtualCircuit）65分組通過預先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡66分組通過預先建立好的虛電路穿越網(wǎng)絡662.7差錯控制什么是差錯控制？在通信過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進行糾正為何要進行差錯控制？不存在理想的信道→傳輸總會出錯與語音、圖像傳輸不同，計算機通信要求極低的差錯率。產生差錯的原因：信號衰減和熱噪聲；信道的電氣特性引起信號幅度、頻率、相位的畸變；信號反射，串擾；沖擊噪聲，閃電、大功率電動機的啟停等。672.7差錯控制什么是差錯控制？67差錯控制的基本方法：接收方進行差錯檢測，并向發(fā)送方應答，告知是否正確接收。實際采用的差錯控制技術自動請求重傳（AutomaticRepeatRequest,ARQ）停等ARQ每發(fā)送一幀就需要一個應答幀只重傳剛才出錯的全部重發(fā)Go-back-NARQ每發(fā)送N幀需要一個應答幀需重傳前面（N-i+1）幀（1≤i≤N）選擇重傳ARQ每發(fā)送N幀需要一個應答幀只重傳出錯的幀前向糾錯（ForwardErrorControl,FEC）利用編碼的方法，接收方不僅對接收的數(shù)據(jù)進行檢測，發(fā)現(xiàn)錯誤后能自動糾正錯誤混合方式（HybridFEC-ARQ）：接收方對少量的接收差錯進行前向糾錯，對超出糾錯能力的差錯要求對方重傳68差錯控制的基本方法：接收方進行差錯檢測，并向發(fā)送方應答，告知奇偶校驗（ParityChecking）可以在兩個級別上實現(xiàn)：在原始數(shù)據(jù)字節(jié)的最高位（或最低位）增加一個奇偶校驗位，使結果中1的個數(shù)為奇數(shù)（奇校驗）或偶數(shù)（偶校驗）。例如：1100010增加偶校驗位后為11100010若接收方收到的字節(jié)奇偶校驗結果不正確，就可以知道傳輸中發(fā)生了錯誤。在通信過程中實現(xiàn)：在發(fā)送時增加奇偶校驗位。只能用于面向字符的通信協(xié)議中。只能檢測出奇數(shù)個位錯，偶數(shù)個位錯則不能檢出。69奇偶校驗（ParityChecking）69循環(huán)冗余校驗（CyclicRedundancyCheck,CRC）差錯檢測原理：收發(fā)雙方約定一個生成多項式G(x)發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計算出CRC校驗和并把它加在數(shù)據(jù)的末尾，使帶校驗和的位串多項式能被G(x)整除。接收方則用G(x)去除接收到的數(shù)據(jù)，若有余數(shù)，則傳輸有錯。校驗和是16位或32位的二進制位串。CRC校驗的關鍵是如何計算校驗和。70循環(huán)冗余校驗（CyclicRedundancyCheckCRC校驗和的計算數(shù)據(jù)塊位串后面添加n個0，得到新數(shù)據(jù)塊位串（n=生成多項式位數(shù)-1）用新的數(shù)據(jù)塊位串模2除以生成多項式位串，得到一個余數(shù)位串，即校驗和原數(shù)據(jù)塊位串+余數(shù)位串=要發(fā)送的結果71CRC校驗和的計算71*CRC校驗和的計算以數(shù)據(jù)塊（幀,Frame）為單位進行校驗將數(shù)據(jù)塊構成的位串看成是系數(shù)為0或1的多項式如110001，可表示成多項式x5+x4+1若G(x)為r階，幀為m位，其多項式為M(x)，則在幀后面添加r個0，成為m+r位，相應多項式2rM(x)

按模2除法用2rM(x)除以G(x)：商Q(x)，余R(x)即：2rM(x)=G(x)Q(x)+R(x)按模2加法把2rM(x)與余數(shù)R(x)相加，結果就是要傳送的帶校驗和的幀的多項式T(x)：即：T(x)=2rM(x)+R(x)實際上，T(x)=2rM(x)+R(x)=[G(x)Q(x)+R(x)]+R(x)=G(x)Q(x)(模2運算)

所以，若接收的T(x)正確，則它肯定能被G(x)除盡。72*CRC校驗和的計算72課堂練習設有生成多項式1011，請寫出數(shù)據(jù)塊位串11,0101,1011的CRC校驗和，并驗證該校驗和的正確性73課堂練習設有生成多項式1011，請寫出數(shù)據(jù)塊位串11,0102.8數(shù)據(jù)通信性能指標誤碼率與誤比特率信息傳輸速率與碼元傳輸速率信道的最大傳輸速率742.8數(shù)據(jù)通信性能指標74帶寬（BandWidth，BW）：信道傳輸能力的度量。在傳統(tǒng)的通信工程中：BW≈fmax－fmin

單位：赫茲（Hz）在計算機網(wǎng)絡中，用每秒允許傳輸?shù)亩M制位數(shù)作為帶寬的計量單位。主要單位：b/s、Kb/s、Mb/s、Gb/s。例如：傳統(tǒng)以太網(wǎng)理論上每秒可以傳輸一千萬比特，它的帶寬為10Mb/s。75帶寬（BandWidth，BW）：信道傳輸能力的度量。75誤碼率與誤比特率誤碼率：Pc是指傳輸?shù)拇a元被傳錯的概率

Pc＝傳錯的碼元數(shù)?傳輸?shù)拇a元總數(shù)誤比特率：Pb是指傳輸?shù)谋忍乇粋麇e的概率

Pb＝傳錯的比特數(shù)?傳輸?shù)谋忍乜倲?shù)76誤碼率與誤比特率誤碼率：Pc是指傳輸?shù)拇a元被傳錯的概率76信息傳輸速率與碼元傳輸速率信息傳輸速率（比特率Rb）是指每秒傳輸?shù)木幋a前的數(shù)字數(shù)據(jù)的二進制比特數(shù)

碼元傳輸速率（波特率RB）每秒傳輸?shù)拇a元數(shù)

碼元（CodeCell）：時間軸上的一個信號編碼單元。一般情況下，如果碼元狀態(tài)數(shù)為M（M為2的整數(shù)次冪），則Rb

=RB

log2M（b/s）一個碼元中可以傳送多個比特。例如：當波特率為9600時若M=2，數(shù)據(jù)傳輸率為9600b/s若M=16，數(shù)據(jù)傳輸率為38.4kb/s吞吐量：單位時間發(fā)送的比特數(shù)、字節(jié)數(shù)或幀數(shù)77信息傳輸速率與碼元傳輸速率信息傳輸速率（比特率Rb）77碼元與比特的關系二進制每個波特含1位，稱為二值數(shù)據(jù)波形四進制每個波特含2位，稱為四值數(shù)據(jù)波形，要用四個不同電平來表示四值碼元攜帶的位率是二值碼元的2倍78碼元與比特的關系二進制每個波特含1位，稱為二值數(shù)據(jù)波形78兩相調制：

用相位是否變化來表示二進制“1”和“0”

碼元狀態(tài)數(shù)：2，每個碼元攜帶1bit數(shù)據(jù)

比特率=波特率

四相調制：

用相位的變化表示二進制“00”“01”“10”“11”

碼元狀態(tài)數(shù)：4，每個碼元攜帶2bit數(shù)據(jù)

比特率=2波特率

Rb=RBlog2M相移鍵控法：利用載波信號的相位移動來表示數(shù)據(jù)比特率波特率碼元的狀態(tài)數(shù)碼元與比特的關系79兩相調制：

用相位是否變化來表示二進制“1”和“0”碼元與信息調相方式初始相位表示的數(shù)據(jù)二進制表示碼元狀態(tài)數(shù)2相0002114相00004/21012103/231180碼元與信息調相初始表示的二進制碼元2相0002114相00信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率Nyquist公式：用于無噪聲理想低通信道Nyquist公式為估算已知帶寬信道的最高數(shù)據(jù)傳輸速率提供了依據(jù)。例如，話音級線路的帶寬約為3.1kHz，根據(jù)上式計算的信道最大數(shù)據(jù)傳輸率如右表所示C=2Wlog2MC——數(shù)據(jù)傳輸率，單位b/sW——帶寬，單位HzM——信號編碼級數(shù)（碼元狀態(tài)數(shù)）M最大數(shù)據(jù)率26200b/s412400b/s818600b/s1624800b/s3231000b/s81信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率Nyquist公式：用于無噪聲理想低通信非理想信道實際的信道上存在損耗、延遲、噪聲。損耗引起信號強度減弱，導致信噪比S/N降低。延遲會使接收端的信號產生畸變。噪聲會破壞信號，產生誤碼。例如：數(shù)據(jù)傳輸速率為56kb/s時，持續(xù)時間0.01s的干擾會破壞約560個比特。82非理想信道82Shannon公式：用于有噪聲干擾信道例：信道帶寬W=3.1kHz，S/N=2000，則

C=3100×log2（1+2000）≈34kb/s即該信道上的最大數(shù)據(jù)傳輸率不會大于34kb/s。信噪比的單位也可用分貝(dB)表示：(S/N)dB=10log10

S/N所以，若(S/N)dB=30dB，則S/N=1000。C=Wlog2（1+S/N）C——傳輸率，單位b/sW——帶寬，單位HzS/N——信噪比83Shannon公式：用于有噪聲干擾信道信噪比的單位也可用分貝Nyquist公式和Shannon公式的比較C=2Wlog2M用于理想信道（這樣的信道存在嗎？）數(shù)據(jù)傳輸率隨信號編碼級數(shù)增加而增加。C=Wlog2（1+S/N）用于有噪聲信道（實際的信道總是有噪聲?。o論信號編碼級數(shù)增加到多少，此公式給出了有噪聲信道可能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率上限。原因：噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。84Nyquist公式和Shannon公式的比較C=2Wl 謝謝大家！ 謝謝大家！計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點：源點設備產生通信網(wǎng)絡要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉換為能夠被目的設備處理的信息。終點：終點設備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復雜網(wǎng)絡設備2計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎計算機網(wǎng)絡第2章數(shù)據(jù)通信基礎計算2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)源點：源點設備產生通信網(wǎng)絡要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。發(fā)送器：通常源點生成的數(shù)據(jù)要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進行傳輸。目的系統(tǒng)接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并將其轉換為能夠被目的設備處理的信息。終點：終點設備從接收器獲取傳送來的信息。傳輸系統(tǒng)可以是簡單的物理通信線路也可以是連接源系統(tǒng)和目的系統(tǒng)之間的復雜網(wǎng)絡設備噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目的系統(tǒng)872.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)噪聲信源發(fā)送器信道接收器信宿源系統(tǒng)目數(shù)據(jù)通信的基本過程5個階段包含兩項內容：數(shù)據(jù)傳輸和通信控制過程與打電話比較建立物理連接撥號，撥通對方建立邏輯連接互相確認身份數(shù)據(jù)傳輸互相通話斷開邏輯連接互相確認要結束通話斷開物理連接雙方掛機*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要全部5個階段。88數(shù)據(jù)通信的基本過程5個階段*注意，并不是所有的數(shù)據(jù)通信都需要2.2基本概念數(shù)據(jù)與信號信道通信方式傳輸方式同步方式892.2基本概念數(shù)據(jù)與信號42.2.1數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)（Data）傳遞（攜帶）信息的實體。信息（Information）數(shù)據(jù)的內容或解釋。信號（Signal）數(shù)據(jù)的物理量編碼（通常為電編碼），數(shù)據(jù)以信號的形式在介質中傳播902.2.1數(shù)據(jù)與信號數(shù)據(jù)（Data）5模擬信號時間上連續(xù)，包含無窮多個信號值數(shù)字信號時間上離散，僅包含有限數(shù)目的信號值。最常見的是二值信號ta）模擬信號tb）數(shù)字信號91模擬信號ta）模擬信號tb）數(shù)字信號6周期信號 信號由不斷重復的固定模式組成（如正弦波）非周期信號 信號沒有固定的模式和波形循環(huán)（如語音的音波信號）。tTTTtTTT周期信號非周期信號tt92周期信號tTTTtTTT周期信號非周期信號tt7信息編碼：將信息用二進制數(shù)表示的方法例如：ASCII編碼、BCD編碼等數(shù)據(jù)編碼：將數(shù)據(jù)用物理量表示的方法例如：字符“A”的ASCII編碼為01000001，其數(shù)據(jù)編碼可能為01000001t93信息編碼：將信息用二進制數(shù)表示的方法01000001t8信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進行傳輸?shù)倪^程把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過信道傳送到目的地信息和數(shù)據(jù)（二進制位）不能直接在信道上傳輸編碼：數(shù)據(jù)→適合傳輸?shù)臄?shù)字信號——便于同步、識別、糾錯調制：數(shù)字信號→適合傳輸?shù)男问健搭l率、幅度、相位解調：接收波形→數(shù)字信號解碼：數(shù)字信號→原始數(shù)據(jù)信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上傳輸→信號→數(shù)據(jù)→信息數(shù)據(jù)編碼調制解調數(shù)據(jù)解碼01000001“A”01000001“A”信道信息編碼信息解碼94信息通過數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)進行傳輸?shù)倪^程信息→數(shù)據(jù)→信號→在信道上不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)據(jù)數(shù)字數(shù)據(jù)信號：模擬信號數(shù)字信號信道：模擬信道數(shù)字信道95不同類型的信號在不同類型的信道上傳輸有4種情況：數(shù)據(jù)：模擬數(shù)模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術語音移頻,調制模擬數(shù)字模擬模擬PCM編碼數(shù)字數(shù)字數(shù)字編碼數(shù)字模擬數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，模擬信號數(shù)字數(shù)據(jù)，數(shù)字信號模擬數(shù)據(jù)，數(shù)字信號10101010調制96模擬傳輸和數(shù)字傳輸所使用的技術語音移頻,調制模擬數(shù)字模擬模擬編碼與調制的區(qū)別編碼：用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)調制：用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)EncoderDecoder數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)數(shù)字信號x(t)g(t)數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)編碼與解碼數(shù)字信道發(fā)送方接收方g(t)編碼解碼97編碼與調制的區(qū)別EncoderDecoder數(shù)字或數(shù)字信號x調制與解調數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)ModulatorDemodulator數(shù)字或模擬數(shù)據(jù)模擬信號g(t)s(t)g(t)載波模擬信道發(fā)送方接收方調制解調制98調制與解調數(shù)字或ModulatorDemodulator數(shù)字2.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的線路（或通路）數(shù)字信道：以數(shù)字脈沖形式（離散信號）傳輸數(shù)據(jù)的信道計算機網(wǎng)絡中主要采用數(shù)字信道進行數(shù)據(jù)傳輸模擬信道：以連續(xù)模擬信號形式傳輸數(shù)據(jù)的信道有線電視無線電廣播電話撥號線路992.2.2信道信道（Channel）：傳送信息的線路（數(shù)字通信與模擬通信數(shù)字通信在數(shù)字信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸模擬通信在模擬信道上實現(xiàn)模擬信息或數(shù)字信息的傳輸數(shù)字通信的優(yōu)點抗噪聲（干擾）能力強可以控制差錯，提高了傳輸質量便于用計算機進行處理易于加密、保密性強可以傳輸語音、數(shù)據(jù)、影像，通用、靈活計算機通信僅在不得已的情況下，才會采用模擬通信，如通過電話線撥號上網(wǎng)。100數(shù)字通信與模擬通信152.2.3通信方式單工 數(shù)據(jù)單向傳輸（例：無線電廣播）半雙工 數(shù)據(jù)可以雙向交替?zhèn)鬏敚荒茉谕粫r刻雙向傳輸（例：對講機）全雙工 數(shù)據(jù)可以雙向同時傳輸（例：電話）需要具有兩條物理上獨立的傳輸線路；或者需要具有一條物理線路上的兩個信道，分別用于不同方向的信號傳輸。1012.2.3通信方式單工16發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器單工方式：半雙工方式：全雙工方式：A站B站可同時不可同時102發(fā)送器接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器/接收器發(fā)送器基帶傳輸：不需調制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。例如：以太網(wǎng)（局域網(wǎng)）頻帶傳輸：數(shù)字信號調制成音頻模擬信號后再傳送，接收方需要解調。例如：通過電話網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)寬帶傳輸：把信號調制成頻帶為幾十MHZ到幾百MHZ的模擬信號后再傳送，接收方需要解調。例如：閉路電視的信號傳輸2.2.4傳輸方式103基帶傳輸：不需調制，編碼后的數(shù)字脈沖信號直接在信道上傳送。2同步的因素：同步脈沖頻率數(shù)據(jù)從什么時候開始，什么時候結束位邊界數(shù)據(jù)塊邊界數(shù)據(jù)通信中需要在三個層次上實現(xiàn)同步：位——位同步字符——字符同步幀(Frame)——幀同步接收端要校準自己的時間和重復頻率，以便和發(fā)送端保持一致2.2.5同步方式104同步的因素：2.2.5同步方式19同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始●同步脈沖也可位于碼元的中部●一個碼元也可有多個同步脈沖相對應t碼元1碼元2碼元3碼元4碼元5信號同步脈沖t105同步脈沖：用于碼元的同步定時，識別碼元從何時開始t碼元1碼元目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致外同步——發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前發(fā)送同步脈沖信號，接收方用接收到的同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。自同步——通過特殊編碼（如曼徹斯特編碼），使數(shù)據(jù)編碼信號中包含同步信號，接收方從數(shù)據(jù)編碼信號提取同步信號來鎖定自己的時鐘脈沖頻率。位同步106目的：使接收端與發(fā)送端在時間基準上一致位同步21目的：找到正確的字符邊界常用的為起止式（異步式）。在這種方式中，每個字符的傳輸需要：1個起始位、5～8個數(shù)據(jù)位、1、1.5或2個停止位采用這種同步方式的通信也稱“異步通信”起止式的優(yōu)缺點：頻率的漂移不會積累，每個字符開始時都會重新獲得同步每兩個字符之間的間隔時間不固定增加了輔助位，所以傳輸效率低例如，采用1個起始位、8個數(shù)據(jù)位、2個停止位時，其傳輸效率為8/11≈73％起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個字符時間邏輯“0”邏輯“1”字符同步107目的：找到正確的字符邊界起始位數(shù)據(jù)位停止位字符間隔不固定1個目的：識別一個幀的起始和結束 幀（Frame）：數(shù)據(jù)鏈路中的傳輸單位——包含數(shù)據(jù)和控制信息的數(shù)據(jù)塊面向字符的——以同步字符（SYN，16H）來標識一個幀的開始，適用于數(shù)據(jù)為字符類型的幀面向比特的——以特殊位序列（7EH，即01111110）來標識一個幀的開始，適用于任意數(shù)據(jù)類型的幀幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結束校驗和0~nbit8bit8bit8~32m7EH7EH幀同步108目的：識別一個幀的起始和結束幀起始控制信息數(shù)據(jù)幀結束校驗和02.3傳輸介質磁介質 高帶寬、低費用、高延時（小時）——在通信中很少使用

金屬導體雙絞線、同軸電纜(粗、細)光纖無線介質無線電、微波、衛(wèi)星、紅外線1092.3傳輸介質磁介質24同軸電纜（CoaxialCable，CC）計算機網(wǎng)絡中使用基帶同軸電纜阻抗50，有粗同軸和細同軸兩種應用：總線局域網(wǎng)（以太網(wǎng)）性能：10Mb/s，500m/185m銅芯絕緣層外導體屏蔽層保護套110同軸電纜（CoaxialCable，CC）銅芯絕緣層外導體雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導線每根4對、25對、1800對典型連接距離100m（LAN）RJ45插座、插頭優(yōu)缺點：成本低組裝密度高、節(jié)省空間安裝容易（綜合布線系統(tǒng)）平衡傳輸（高速率）抗干擾性一般連接距離短應用領域：電話網(wǎng)絡、計算機局域網(wǎng)內導體芯線絕緣內屏蔽外屏蔽外套111雙絞線（TwistPair，TP）螺旋絞合的雙導線應用領域屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UTP)以鋁箔屏蔽以減少干擾和串音，應用較少雙絞線外無任何屏蔽層，應用廣泛常用的雙絞線：3類（16Mb/s）和5類（155Mb/s）兩種112屏蔽雙絞線(STP)非屏蔽雙絞線(UT雙絞線的連接標準色彩標記和連接方法：交叉線：交換機—交換機、PC-PC、HUB-HUB(標準端口)直連線：PC/路由器—交換機/HUB、HUB-HUB(級連端口)線對色彩碼1白藍，藍2白橙，橙3白綠，綠4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉線EIA-568B直連線EIA-568A113雙絞線的連接標準線對色彩碼1白藍，藍2白橙，橙3白綠，綠4白光纖（OpticalFiber，OF）依靠光波承載數(shù)據(jù)，光脈沖在玻璃纖維中傳播優(yōu)缺點：傳輸帶寬高：僅受光電轉換器件的限制（＞100Gb/s）傳輸損耗小，適合長距離傳輸抗干擾性能極好、誤碼率低、保密性好輕便價格較高需要光電轉換纖芯材料：塑料二氧化硅 （高純玻璃）114光纖（OpticalFiber，OF）29光纖傳輸原理——光的反射光從折射率高的介質入射到折射率低的介質時會產生折射。折射量取決于兩種介質的折射率。當入射角≥臨界值時產生全反射，不會泄漏。纖芯——折射率高，玻璃包層——折射率低亮度調制：有光脈沖-1，無光脈沖-0光傳輸系統(tǒng)：光源、介質、光檢測光源：850nm/1300nm/1500nm，發(fā)光二極管/激光二極管光檢測器：光電二極管PIN/雪崩二極管APD單向傳輸，雙向需兩根光纖應用領域：局域網(wǎng)主干、電信網(wǎng)絡、服務器連接115光纖傳輸原理——光的反射30多模光纖(MMF)單模光纖(SMF)：光纖的直徑接近一個光波波長多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射率低纖芯，折射率高亮度調制光檢波器激光器光檢波器單束光線沿直線傳播116多模光纖(MMF)多束光線以不同的反射角傳播激光器包層，折射典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內芯玻璃內芯塑料外套玻璃封套外殼常見規(guī)格：纖芯——50um緩變型-MMF62.5um緩變型/增強型-MMF8.3um突變型-SMF包層——125um117典型的光纜單芯光纜多芯光纜玻璃封套塑料外套玻璃內芯玻璃內芯塑高密度多芯光纜剖面結構芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束118高密度多芯光纜剖面結構芯封套外套加強芯光纖外鞘加強芯光纖束3無線介質（信號在大氣或外層空間自由傳播）使用電磁波或光波攜帶信息優(yōu)缺點：無需物理連接適用于長距離或不便布線的場合易受干擾反射，為障礙物所阻隔主要類型：無線電、地面微波通信衛(wèi)星紅外線119無線介質（信號在大氣或外層空間自由傳播）34微波通信通過地面站之間接力傳送接力站之間距離：50～100km速率：每信道45Mb/s地球地面站之間的直視線路微波傳送塔120微波通信地球地面站之間的直視線路微波傳送塔35地球同步衛(wèi)星與地面站相對固定位置使用三顆衛(wèi)星即可覆蓋全球傳輸延遲時間長（≈270ms）廣播式傳輸應用領域：電視傳輸長途電話專用網(wǎng)絡廣域網(wǎng)35,784km地球121地球同步衛(wèi)星35,784地球36紅外線通信 紅外傳輸系統(tǒng)利用墻壁或屋頂反射紅外線從而形成整個房間內的廣播通信系統(tǒng)特點：紅外通信的設備相對便宜，可獲得較高的帶寬傳輸距離有限，而且易受室內空氣狀態(tài)（例如有煙霧等）的影響122紅外線通信37短波通信基站與終端之間通信采用無線鏈路應用領域：移動通信、無線局域網(wǎng)（WLAN）BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站用戶計算機和終端123短波通信BS基站覆蓋的無線電區(qū)域BS基站用戶計算機和終端3常用傳輸介質的比較傳輸介質傳輸方式速率/工作頻帶傳輸距離性能價格應用雙絞線寬帶基帶≤1Gb/s模擬:10km數(shù)字:500m較好低模擬/數(shù)字信號傳輸50Ω同軸電纜基帶10Mb/s<3km較好較低基帶數(shù)字信號75Ω同軸電纜寬帶≤450MHz100km較好較低模擬電視、數(shù)據(jù)及音頻光纖基帶40Gb/s20km以上很好較高遠距離高速數(shù)據(jù)傳輸微波寬帶4～6GHz幾百km好中等遠程通信衛(wèi)星寬帶1～10GHz18000km很好高遠程通信124常用傳輸介質的比較傳輸介質傳輸方式速率/傳輸距離性能價格應用2.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼使數(shù)字數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的調制使數(shù)字數(shù)據(jù)能在模擬信道上傳輸模擬信號的數(shù)字編碼使模擬數(shù)據(jù)能在數(shù)字信道上傳輸1252.4數(shù)據(jù)編碼數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼401.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼不歸零碼（Non-ReturntoZero，NRZ）二進制數(shù)字0、1分別用兩種電平來表示；常用－5V表示1，＋5V表示0；缺點：存在直流分量，傳輸中不能有變壓器或電容；不具備自同步機制，傳輸時必須使用外同步。曼徹斯特編碼（ManchesterCoding）用電壓的變化表示0和1。規(guī)定在每個碼元的中間發(fā)生跳變高→低的跳變代表1，低→高的跳變代表0每個碼元中間都要發(fā)生跳變，接收端可將此變化提取出來作為同步信號。這種編碼也稱為自同步碼（Self-SynchronizingCode）。缺點：需要雙倍的傳輸帶寬（即信號速率是數(shù)據(jù)速率的2倍）。差分曼徹斯特編碼（DifferentialManchesterCoding，DMC）每個碼元的中間仍要發(fā)生跳變。用碼元開始處有無跳變來表示0和1，有跳變代表0，無跳變代表1。1261.數(shù)字數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼不歸零碼（Non-Return三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011時鐘NRZManchester差分Manchester127三種數(shù)字編碼的波形圖01001100011時鐘NRZMan課堂練習給出比特流0110，0010,1111的不歸零碼，曼徹斯特碼和差分曼徹斯特碼128課堂練習給出比特流0110，0010,1111的不歸零碼，曼0110001011111290112.數(shù)字數(shù)據(jù)的調制三種常用的調制技術：幅移鍵控ASK（AmplitudeShiftKeying）頻移鍵控FSK（FrequencyShiftKeying）相移鍵控PSK（PhaseShiftKeying）原理：用數(shù)字信號對載波的不同參量進行調制。載波信號S(t)=Acos(t+)

S(t)的參量包括：幅度A、頻率

、初相位調制就是要使A、或隨數(shù)字基帶信號的變化而變化1302.數(shù)字數(shù)據(jù)的調制三種常用的調制技術：45ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1FSK：用載波的兩個不同頻率表示0和1PSK：用載波的起始相位的變化表示0和100110100010ASKFSKPSK131ASK：用載波的兩個不同振幅表示0和1001101000103.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼采樣定理：如果模擬信號的最高頻率為F，若以≥2F的采樣頻率對其采樣，則從采樣得到的離散信號序列就能完整地恢復出原始信號。要轉換的模擬數(shù)據(jù)主要是電話語音信號，模擬數(shù)據(jù)要在數(shù)字線路上傳輸，必須將其轉換成數(shù)字信號。PCM編碼：采樣：按一定間隔對語音信號進行采樣量化：把每個樣本舍入到最接近的量化級別上編碼：對每個舍入后的樣本進行編碼編碼后的信號稱為PCM信號（PulseCodedModulation，脈碼調制）。1323.模擬數(shù)據(jù)的數(shù)字信號編碼采樣定理：47語音信號的數(shù)字化語音帶寬f<4kHz采樣時鐘頻率：8kHz（>2倍語音最大頻率）樣本量化級數(shù)：256級（8b/每樣本）數(shù)據(jù)率：每路PCM信號的速率=64kb/s模擬語音信號采樣時鐘PCM信號采樣電路量化和編碼數(shù)字化語音信號f<4kHzfs=8kHz133語音信號的數(shù)字化模擬采樣時鐘PCM信號采樣電路量化和編碼PCM編碼過程舉例

語音信號011100011011001100PCM輸出343314011100011011001100

PCM信號（有量化誤差）3.23.92.83.41.24.2

PAM信號134PCM編碼過程舉例語音信號0111000110112.5多路復用技術多路復用：多個信息源共享一個公共信道為何要復用？—適用場合：當信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時類比：公共運輸系統(tǒng)（鐵路、海運、航空）DEMUX復用器解復用器共享信道MUX信源信宿1352.5多路復用技術多路復用：多個信息源共享一個公共信道DE復用的基本思想：把公共共享信道用某種方法劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)。復用方法頻分復用FDM（FrequencyDivisionMultiplexing）按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)時分復用TDM（TimeDivisionMultiplexing）按時間劃分不同的信道，目前應用最廣泛波分復用WDM（WaveDivisionMultiplexing）

按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸碼分復用CDM（CodeDivisionMultiplexing）按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途136復用的基本思想：51頻分復用FDM原理：整個傳輸頻帶被劃分為若干個頻率通道，每路信號占用一個頻率通道進行傳輸。頻率通道之間留有防護頻帶以防相互干擾。CH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻后帶寬MUXCH1CH2CH3帶寬復用信號f復用器137頻分復用FDMCH2CH1CH3原帶寬CH1CH2CH3移頻時分復用TDM原理：把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進行傳輸。在通信網(wǎng)絡中應用極為廣泛。A2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MUX復用后的數(shù)據(jù)流時隙號1231D3D2D1時間片12時間片2D1時隙D2復用器t138時分復用TDMA2A1A3原始信號D2D1D3數(shù)字化信號MU由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復用也稱為同步時分復用。一個時間片內傳輸?shù)亩嗦窋?shù)據(jù)稱為幀。時分復用的典型例子：PCM信號的傳輸把多個話路的PCM語音數(shù)據(jù)用TDM的方法裝成幀（幀中還包括了幀同步信息和信令信息）每幀在一個時間片內發(fā)送每個時隙承載一路PCM信號139由于每路數(shù)據(jù)總是使用每個時間片的固定時隙，所以這種時分復用也統(tǒng)計（異步）TDM——STDMTDM的缺點：某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送，其他用戶也不能占用該時隙，將會造成帶寬浪費。STDM：用戶不固定占用某個時隙，有空時隙就將數(shù)據(jù)放入。ABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t2t3A1B1C1D1C2D2A2B2時間片1時間片2同步TDM帶寬浪費A1B1B2時間片1時間片2統(tǒng)計TDM可用帶寬C2140統(tǒng)計（異步）TDM——STDMABCD待發(fā)數(shù)據(jù)t1t波分復用——光的頻分復用原理：整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進行傳輸。F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜光纖2光纖3光纖1共享光纖

棱柱/衍射光柵141波分復用——光的頻分復用F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖碼分復用CDM(碼分多址訪問CDMA)原理：每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列進行編碼（任意兩個地址碼序列相互正交）。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被迭加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。由于地址碼的正交性，只有與自己地址碼相關的信號才能被檢出，由此恢復出原始數(shù)據(jù)。在無線移動通信中應用廣泛。142碼分復用CDM(碼分多址訪問CDMA)57向量的內積設有n維向量令稱為向量α和β的內積當α和β都是列向量時，有當α和β都是行向量時，有兩個向量正交，即兩個向量的內積為0143向量的內積設有n維向量令稱為向量α和β的內積2.6數(shù)據(jù)交換技術什么是交換？按某種方式動態(tài)地分配傳輸線路資源。例如，電話交換機在用戶呼叫時為用戶選擇一條可用的線路進行接續(xù)。用戶掛機后則斷開該線路，該線路又可分配給其他用戶。最初的交換：人工轉接交換為什么要采用交換技術？提高線路利用率（當網(wǎng)絡中節(jié)點較多時使用專門的點到點線路浪費資源）實現(xiàn)交換的方法主要有：電路交換、報文交換和分組交換。1442.6數(shù)據(jù)交換技術什么是交換？59電路交換在通信雙方之間建立一條臨時專用線路的過程。可以是真正的物理線路，也可以是一個復用信道。特點：數(shù)據(jù)傳輸前需要建立一條端到端的通路。——稱為“面向連接的”（典型例子：電話）過程：建立連接→通信→釋放連接優(yōu)缺點：建立連接的時間長；一旦建立連接就獨占線路，線路利用率低；無糾錯機制；建立連接后，傳輸延遲小。不適用于計算機通信：因為計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性的特點，真正傳輸數(shù)據(jù)的時間不到10%。例如：建立連接的時間為0.5s，計算機以1Mb/s的速率發(fā)送10KB。線路利用率＝？145電路交換60電話網(wǎng)絡中的電路交換電路交換也能在多路復用信道上實現(xiàn)在物理線路的某個信道上建立連接主要用于電話通信網(wǎng)絡、遠程用戶或移動用戶連接企業(yè)局域網(wǎng)，或用于高速線路的備份146電話網(wǎng)絡中的電路交換61報文交換以報文為單位進行“存儲-轉發(fā)”交換的技術。在交換過程中，交換設備將接收到的報文先存儲下來，待信道空閑時再轉發(fā)出去，一級一級中轉，直到目的地。這種數(shù)據(jù)傳輸技術稱為存儲-轉發(fā)。傳輸之前不需要建立端到端的連接，僅在相鄰節(jié)點傳輸報文時建立節(jié)點間的連接?！Q為“無連接的”（典型例子：電報）整個報文（Message）作為一個整體一起發(fā)送。優(yōu)缺點：沒有建立和拆除連接所需的等待時間；線路利用率高；傳輸可靠性較高；報文大小不一，造成存儲管理復雜；大報文造成存儲轉發(fā)的延時過長，且對存儲容量要求較高；出錯后整個報文全部重發(fā)。類比：下載時若無斷點續(xù)傳功能，一旦出錯你會怎樣做？147報文交換62分組交換（包交換）將報文分割成若干個大小相等的分組（Packet）進行存儲轉發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸前不需要建立一條端到端的通路——也是“無連接的”。有強大的糾錯機制、流量控制、擁塞控制和路由選擇功能。優(yōu)缺點：對轉發(fā)節(jié)點的存儲要求較低，可以用內存來緩沖分組——速度快；轉發(fā)延時小——適用于交互式通信；某個分組出錯可以僅重發(fā)出錯的分組——效率高；各分組可通過不同路徑傳輸，容錯性好。需要分割報文和重組報文，增加了端站點的負擔。分組交換有兩種交換方式：數(shù)據(jù)報方式和虛電路方式148分組交換（包交換）63數(shù)據(jù)報方式（Datagram）各分組獨立地確定路由（傳輸路徑）不能保證分組按