08 网络技术导论 第八次--数据通信网v1.0

网络技术导论数据通信基础7.1数据通信的演变（1）通信领域信息的表现形式信息的表现形式语音数据图像视频一个统一通信的例子：LotusSameTime一个统一通信的例子：LotusSameTimeDataCommunicationsTelecommunicationmeanscommunicationatadistanceTele：一段距离、远距离；Communication：共享能力DatathepartiescreatingandusingthedataDatacommunicationstheexchangeofdatabetweentwodevicesviasomeformoftransmissionmediumsuchasawirecable.7.1数据通信的演变（2）数据通信系统的演变时间体系结构20世纪70年代20世纪70年代末80年代初期20世纪80年代初期20世纪80年代初期到末期20世纪80年代中期到90年代中期20世纪90年代中期20世纪90年代末期21世纪初期独立的大型机网络大型机(ARPANET)独立的工作站局域网络局域网互联因特网商业化远程办公、宽带接入家庭区域网络、传感器网络等7.2数据通信概述（1）数据通信（定义）如果一个通信系统传输的信息用数据的形式来表示，则称这种通信为数据通信。数据通信系统（定义）实现数据通信的系统称为数据通信系统。7.2数据通信概述（2）数据通信的特点(与话音通信相比)话音通信通信模式准确性要求可靠性要求时延和时延抖动信息流特点持续、稳定的信息流人－人通信人自己控制差错敏感不敏感阵发式信息流数据通信人－机或机－机通信准确性要求高，需要协议差错不敏感敏感传输速率低高7.3系统模型和功能信息源信息宿接收设备信道发送设备噪声源消息电信号消息发送端原始电信号原始信号传输信号传输接收端m'(t)g'(t)r(t)n(t)S(t)g(t)m(t)(a)基本的点到点通信系统的一般模型(b)数据通信系统一般模型数据通信系统模型2013-05-21107.3系统模型和功能数据通信系统模型(a)典型配置举例(b)数据通信系统一般模型数据通信系统的基本组成数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment)数据电路设备DCE(DataCommunicationsEquipment)数据电路数据链路数据终端设备DTE(DataTerminalEquipment)DTE负责在两点之间无差错地传输数据数据通信控制：对数据通信过程按一定的协议进行控制，确保通信双方协调可靠地工作数据I/O和处理：数据终端设备或计算机数据通信系统的基本组成-DTEDTE的功能结构数据通信系统的基本组成-DCE数据通信设备DCE(DataCommunicationsEquipment)DCE负责提供DTE和传输信道/网络的接口,确保从DTE出来的信号与传输信道兼容典型DCE设备传输信道数据通信系统的主要功能主要功能：多采用分层的方式，在每个层中完成一部分功能传输寻址接口路由选择信号的产生恢复同步报文的格式化交换的管理安全措施差错检测和纠正网络管理流控制数据通信系统主要功能(1)接口和信号的产生数据站传输系统数据站如何与传输系统连接？信号能在传输系统上传输吗？接口的特性机械的(Mechanical)连接插口电气的(Electrical)电压,时序,编码功能的(Functional)数据,控制,定时,地过程的(Procedural)事件序列部分常见DTE/DCE接口标准V.24/EIA-232,EIA-449/EIA-530,X.21,ISDN物理接口数据通信系统主要功能(2)传输系统的充分使用数据站传输系统数据站数据终端需要的带宽小物理介质提供的带宽大如何充分利用传输资源？数据通信系统主要功能(3)同步流量控制恢复数据站传输系统数据站数据通信系统主要功能(4)报文格式差错检测和纠正数据通信系统主要功能(5)寻址和路由安全和网络管理7.4数据通信方式（1）通信方式：两设备间信息流的方向单工Simplex半双工Half-Duplex全双工Full-Duplex7.4数据通信方式（2）单工(Simplex)信息只能单方向传送(即通信是单向的)需要显示的数据显示器(Monitor)主机(Mainframe)(b)单工通信举例7.4数据通信方式（3）半双工(Half-Duplex)信息可以双向传送，但同一时刻只能单向传输(b)半双工通信举例发送端接收端传输信道数据监测信息发送端接收端（a)半双工通信工作站（Workstation）工作站（Workstation）时刻1信息传送方向时刻2信息传送方向7.4数据通信方式（4）全双工(Full-Duplex)信息同一时刻可以双向传输发送端发送端传输信道数据监测信息接收端接收端（a)全双工通信传输信道监测信息数据(b)全双工通信举例7.4数据通信方式（5）总结优点单工半双工全双工通信效率高简单、效率高通信效率低需要双向信道不足只支持信息单向传送节省信道资源传输线路配置拓扑结构数据交换全双工半双工点对点多点7.5数据通信关键技术(1)数据传输技术并行传输指数据以成组的方式，在多条并行信道上同时传输。串行传输指数据流以串行方式，在一条信道上传输。7.5数据通信关键技术(1)数据传输技术-并行传输(通信)并行通信通常是将数据字节的各位用多条数据线同时进行传送。并行通信控制简单、传输速度快；由于传输线较多，长距离传送时成本高且接收方的各位同时接收存在困难。7.5数据通信关键技术(1)数据传输技术-串行传输(通信)串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。串行通信的特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。7.5数据通信关键技术(1)数据传输技术-串行并行转换•数据传输技术-串行传输与并行传输7.5数据通信关键技术(2)同步传输和异步传输在串行传输时，接收端需要从串行数据码流中正确地划分出发送端所发送的一个个字符。根据实现字符同步的方式不同，分为异步传输和同步传输。7.5数据通信关键技术(2)数据传输技术-异步传输(通信)异步传输(通信)是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。7.5数据通信关键技术(2)数据传输技术-异步传输(通信)在帧格式中，一个字符由四个部分组成：起始位、数据位、奇偶校验位和停止位。首先是一个起始为（0），然后是5位--8位数据（规定低位在前，高位在后），接下来是奇偶校验位（可省略），昀后是停止位（1）。7.5数据通信关键技术(2)数据传输技术-异步传输(通信)优点简单廉价每个字符2至3个比特额外开销(~20%)适用于较大时间间隔的数据如，键盘，低速率通信7.5数据通信关键技术(2)数据传输技术-同步传输(通信)同步通信(传输)时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔”的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过两种方法实现。外同步自同步7.5数据通信关键技术(2)数据传输技术-同步传输(通信)同步通信的特点：是以特定的位组合（SYN）作为帧的开始和结束标志，所传输的一帧数据可以是任意位。所以传输的效率较高，但实现的硬件设备比异步通信复杂。Ethernet-II数据帧格式Ethernet-II格式以太网2.0版本的格式与IEEE802.3规范相互兼容，可直接使用在TCP/IP网络中前导码由交替的1和0构成位序列如果以10Mbps的速率传输，前导数据会形成一个频率为5MHz的位流接收端根据前导码同步到来的位流前导码目的地址(DA)源地址(SA)类型(TYPE)数据(DATA)校验序列(FCS)8B6B6B2B46~1500B4B7.5数据通信关键技术(2)数据传输技术-同步传输与异步传输•数据传输技术-同步传输与异步传输例:串口上的异步全双工通信模式nullmodem两个端点可以同时发送数据–全双工通信每个方向需要一条电路（electricalpath）数据传输技术并行串行同步异步面向字符面向比特块级比特级7.5数据通信关键技术(2)7.5数据通信关键技术(3)数据信号的基带传输(略)调制解调技术(略)编码技术编码就是将一种比特组合和某个字符集中的字符对应起来昀常用的编码方案有ASCII、EBCDIC和Unicode信道复用技术(略)7.5数据通信关键技术(3)编码技术编码就是将一种比特组合和某个字符集中的字符（例如回车符和其他键盘符号）对应起来。随着时间的流逝，不同的计算机厂商和团体分别制定了不同的编码方案。昀常用的编码方案有ASCII、EBCDIC和Unicode。昀广为流行的编码是美国标准信息交换码ASCII。其中，每个字符用7比特表示，还有一个附加控制比特，称作校验比特，它用于差错检测。在ASCII中，7个‘1’或者‘0’的比特位组合在一起表示某个字符，总共可以表示128个字符。7.5数据通信关键技术(4)交换技术交换技术：电路交换、分组交换7.5数据通信关键技术(5)交换技术帧交换实质上是分组通信的一种形式，简化了分组交换中分组交换机之间的恢复差错和拥塞处理过程，帧方式的典型技术就是帧中继。信元交换将信息以信元为单位进行传送的一种技术，信元的长度是固定的。信元方式也是一种快速分组技术，将信息划分为固定长度的信元，典型信元方式是ATM技术。7.5数据通信关键技术(6)传输差错检测与差错校正(纠正)通信系统的主要质量指标是通信的有效性和可靠性。差错是影响该指标的主要因素，差错控制是保证通信该质量的重要手段。在通信系统中，差错是可能产生在每一个环节，而在实际上主要来自信道。造成传输差错的主要原因是信道上存在的噪声，以及信道特性不理想而造成的码间干扰7.5数据通信关键技术(6)传输差错检测与差错校正(纠正)差错控制的核心是差错控制编码,其基本思想是通过对信息码元序列作某种变换,使原来彼此相互独立,没有关联的信息码元序列,经过这种变换后,产生某种规律规律性或相关性,从而可在接收端可根据这种规律性来检查,以至纠正传输序列中的差错差错检测技术奇偶校验，循环冗余校验，…差错校正(纠正)技术重发纠错，前向纠错，混合纠错7.5数据通信关键技术(6)误码率1）衡量信道传输性能的指标之一是误码率PO。PO=错误接收的码元数/接收的总码元数。普通电话线PO在之间；当传输速率在600~2400bit/s时；多数通信系统，PO在之间；计算机间的数据传输则要求误码率PO低于。7.5数据通信关键技术(6)差错检测2）差错检测码昀常用的两种：奇偶校验循环冗余校验。比特位置1234567010001011001010000110100001101111001111001101000#1#2#3#4#5#6奇校验位CRC-StandardPolynomials7.5数据通信关键技术(6)差错校正(纠正)3）差错校正技术(1)重发纠错(2)前向纠错(3)混合纠错7.5数据通信关键技术(6)重发纠错示意图7.5数据通信关键技术(6)前向纠错示意图7.5数据通信关键技术(6)误码控制编码的分类（1）按照误码控制的不同功能，可分为检错码、纠错码和纠删码等。检错码仅具备识别错码功能而无纠正错码功能；纠错码不仅具备识别错码功能，同时具备纠正错码功能；纠删码则不仅具备识别错码和纠正错码的功能，而且当错码超过纠正范围时可把无法纠错的信息删除。（2）按照误码产生的原因不同，可分为纠正随机错误的编码与纠正突发性错误的编码。前者主要用于产生独立的局部误码的信道，而后者主要用于产生大面积的连续误码的情况，例