计算机网络原理02-通信原理

1第二章数据通信原理数据通信系统的基本组成模拟信号和数字信号数据通信中的主要技术指标数据通信方式数据交换方式差错校验方法多路复用技术2数据通信系统的基本组成信息符号编码数据信号3Morse码4通信的基本要素信源信宿信道（发送器、传输系统、接收机）5通信系统变换器（编码）反变换器（解码）噪声源6信道分类从形式上分类：有线和无线从传输方式上分：模拟和数字7模拟信号和数字信号模拟信号：频带传输数字信号：基带传输8模拟信号和数字信号的转换转换的目的–数字化处理–多种传输转换的方法–A/D转换与D/A转换–调制与解调9模拟信号转数字信号10为什么要进行调制与解调基带信号以方波为主傅立叶变换–不管多么复杂的周期信号，都可以分解为一系列振幅、频率和相位都可度量的正弦波的组合形式。–一个数字信号可以被分解成无穷多个被称为谐波的简单正弦波，每个谐波都有不同的振幅、频率和相位。111234-1-0.50.51121234-1-0.50.51131234-1-0.50.51141234-1-0.50.511532个谐波分量叠加1234-1-0.50.5116128个谐波分量叠加1234-1-0.50.511718调制方法19调幅（ASK）20频移键控（FSK）21调相（PSK）22正交调幅（QAM）由PSK和ASK结合的相位幅度调制PAM，是解决相移数已达到上限但还要提高传输速率的有效方法。23曼彻斯特编码24数据通信方式单工、半双工和全双工串行和并行2526并行通讯27串行通讯28并行与串行的比较并行传输特点：–传输速度快–通信成本高–不支持长距离传输串行传输的特点：–传输速度低–通信成本低–支持长距离传输29异步传输异步协议以字符为独立的信息传输单位，在每个字符的起始处开始对字符内的比特实现同步，但字符与字符之间的间隔时间是不固定的(即字符之间是异步的)。异步协议中由于每个传输字符都要添加诸如起始位、校验位、停止位等冗余位，故信道利用率很低，一般用于数据速率较低的场合。30异步传输与同步传输31同步传输同步传输是以数据块为单位的数据传输。每个数据块的头部和尾部都要附加一个特殊的字符或比特序列，标记一个数据块的开始和结束，一般还要附加一个校验序列（如16位或32位CRC校验码），以便对数据块进行差错控制根据同步通信规程，同步传输又分为面向字符的同步传输和面向位流的同步传输。32面向字符的同步传输在面向字符的同步传输中，每个数据块的头部用一个或多个同步字符“SYN”来标记数据块的开始；尾部用另一个惟一的字符“ETX”来标记数据决的结束。其中，这些特殊字符的位模式与传输的任何普通字符都有显著的差别。典型的面向字符的同步通信规程是IBM公司的二进制同步通信规程BISYNC。33面向位流的同步传输在面向位流的同步传输中，每个数据块的头部和尾部用一个特殊的比特序列（如01111110）来标记数据块的开始和结束。数据块将作为位流来处理，而不是作为字符流来处理。为了避免在数据流中出现标记块开始和结束的特殊位模式，通常采用位插入的方法，即发送端在发送数据流时，每当出现连续的五个1后便插入一个“0”，接收端在接收数据流时，如果检测到连续五个“1”的序列，就要检查其后的一位数据；若该位是“0”，则删除它；若该位为“1”。则表示数据块的结束，转入结束处理。34数据交换方式线路交换报文交换分组交换35电路交换在数据传输期间，源节点与目的节点之间有一条利用中间节点构成的专用的物理连接线路，在数据传输结束之前，一直保持这条线路。如果两个相邻节点之间的通信容量很大时，这两个相邻节点之间可以同时有多个物理电路。3637线路交换的过程电路建立：在传输数据之前，要经过呼叫过程以建立一条端到端（站到站）的电路。数据传输：电路建立以后，数据传输经过每个中间节点时几乎没有延迟，并且没有阻塞的问题(因为是专用线路)，除非有意外的线路或节点故障而使电路中断。电路拆除：数据传输结束后，由通信的某一方发出拆除电路请求（信令），对方作出响应并释放链路。被拆除的信道空闲后，可被其他连接请求所使用。38线路交换的特点优点：–独占性–实时性好–线路交换设备简单–用户数据透明传输缺点：–用于建立连接的呼叫时间长–通信带宽不能充分利用，效率低–传输速率匹配等问题39报文交换报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且可变。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，一直逐个节点地转送到目的节点。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，再把整个报文传送给下一个节点。因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。40报文交换与电路交换比较线路效率较高。这是因为许多报文可以分时共享一条节点到节点的通道。目的节点可以为目的端系统暂存报文，可以对报文进行差错控制和码制转换。在电路交换网络中，当通信量变得很大时，就不能接收某些呼叫，而在报文交换网络上，却仍然可以接收报文，只是传送延迟会增加。报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地。而电路交换网络很难做到这一点。建立报文的优先权。优先级高的报文在节点可优先转发。41报文交换的缺点它不能满足实时或交互式的通信要求，经过网络的延迟相当长，而且有相当大的变化。因此，这种方式不能用于传送声音和图像数据，也不适合于进行交互式处理。有时节点收到过多的数据而不得不丢弃报文。对交换节点的存储容量有较高的要求。42分组交换为了更好地利用信道容量，并降低节点中数据量的突发性，可以将报文交换改进为分组交换，在分组交换网络中，每个分组的长度有一个上限，因此，一个较长的报文必须分成若干个分组。每个分组中包括数据和目的地址。其传输过程在表面上看与报文交换相类似，但由于限制了每个分组的长度，因此大大地改善了网络传输的性能。43线路交换与分组交换比较分配通信资源–线路交换：静态事先分配，线路资源浪费，接续时困难–分组交换：动态分配线路，提高线路的利用率，可能会出现内在资源耗尽，丢失分组用户的灵活性–线路交换：传输内容广泛灵活–分组交换：信息传输根据设备要求使用参数收费–线路交换：通信距离和使用时间–分组交换：字节数量和连接时间44差错校验方法差错产生原因随机噪声、信号幅度的衰减、频率和相位的畸变、电器信号在线路上产生反射造成的回音效应、相邻线路间的串扰以及各种外界因素（如大气中的闪电、开关的跳火、外界强电流磁场的变化、电源的波动等）都会造成信号的失真。45差错控制过程数据信息位在向信道发送之前，先按照某种关系附加上一定的冗余位，构成一个码字后再发送，这个过程称为差错控制编码过程。接收端收到该码字后，检查信息位和附加的冗余位之间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生，这个过程称为检验过程。差错控制编码可分为检错码和纠错码。①检错码－－能自动发现差错的编码；②纠错码－－不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码。46差错校验方法差错控制的基本方法–反馈纠错：当接收端发现差错时，就设法通知发送端重发，直到收到正确的码字为止。只使用检错码。–前向纠错：接收端不但能发现差错，而且能确定二进制码元发生错误的位置，从而加以纠正。必须使用纠错码。–混合纠错：少量错误纠正，大量错误重发47编码效率衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码效率R，它是码字中信息位所占的比例。编码效率越高，即R越大，信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高。编码效率计算公式为：R=k/n=k/(k+r)式中k为码字中的信息位位数r为编码时外加冗余位位数n为编码后的码字长度48奇偶校验码奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得码字中“１”的个数为奇数或偶数的编码方法，它是一种检错码。–垂直奇偶校验–水平奇偶校验–纵横奇偶校验49垂直奇偶校验50水平奇偶校验51纵横奇偶校验（矩阵码）52恒比码53循环冗余码CRC在发送端产生一个循环冗余码，附加在信息位后面一起发送到接收端，接收端收到的信息按发送端形成循环冗余码同样的算法进行校验，若有错，需重发。54循环冗余码的发送55循环冗余码的接收56循环冗余校验码的特点可检测出所有奇数位错；可检测出所有双比特的错；可检测出所有小于校验位长度的突发错。5758海明码海明码是一种可以纠正一位差错的编码。它是利用在信息位为k位，增加r位冗余位，构成一个n=k+r位的码字，然后用r个监督关系式产生的r个校正因子来区分无错和在码字中的n个不同位置的一位错。59多路复用技术时分多路复用频分多路复用