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1、下一页第二部分第二部分 数据通信数据通信第六章 数字数据通信技术下一页上一页停止放映停止放映异步传输异步传输异步传输异步传输1同步传输同步传输同步传输同步传输2线路配置线路配置线路配置线路配置344差错控制差错控制差错控制差错控制接口接口接口接口5内容要点内容要点2下一页上一页停止放映停止放映 并行并行并行并行数据传输数据传输串行串行串行串行 同步同步 异步异步数据传输数据传输3下一页上一页停止放映停止放映并行传输并行传输4下一页上一页停止放映停止放映串行传输串行传输5下一页上一页停止放映停止放映l l在同一个时间内，信号元素是一个个传输在同一个时间内，信号元素是一个个传输在同一个时间内，信号
2、元素是一个个传输在同一个时间内，信号元素是一个个传输l l每个信号元素可能：每个信号元素可能：每个信号元素可能：每个信号元素可能：少于一个比特少于一个比特少于一个比特少于一个比特 一个比特一个比特一个比特一个比特 多余一个比特多余一个比特多余一个比特多余一个比特l l接收器采样接收器采样接收器采样接收器采样 传输损伤传输损伤传输损伤传输损伤 定时关系定时关系定时关系定时关系 到达时间和每个比特周期到达时间和每个比特周期到达时间和每个比特周期到达时间和每个比特周期 采样时间采样时间采样时间采样时间:每个比特时间的中央时刻每个比特时间的中央时刻每个比特时间的中央时刻每个比特时间的中央时刻重点：重点
3、：串行传输串行传输6下一页上一页停止放映停止放映l受限传输使得线路看上去如图所示受限传输使得线路看上去如图所示:l对于长距离传输，对于长距离传输，额外干扰使得信号看上去更糟额外干扰使得信号看上去更糟受限传输受限传输7下一页上一页停止放映停止放映l l定时问题要求一个机制来同步收发器定时问题要求一个机制来同步收发器接收器在比特中央对信息流采样接收器在比特中央对信息流采样接收器在比特中央对信息流采样接收器在比特中央对信息流采样如果时钟排列不规则或者漂移，那么足如果时钟排列不规则或者漂移，那么足如果时钟排列不规则或者漂移，那么足如果时钟排列不规则或者漂移，那么足够多的比特发送将导致在错误时间采样够多
4、的比特发送将导致在错误时间采样够多的比特发送将导致在错误时间采样够多的比特发送将导致在错误时间采样的后果的后果的后果的后果l l有两个解决同步时钟的办法有两个解决同步时钟的办法异步传输异步传输异步传输异步传输同步传输同步传输同步传输同步传输同步异步传输同步异步传输8下一页上一页停止放映停止放映l同一时间传输的字符数据同一时间传输的字符数据5 5 至至 8 8 比特比特l定时在每个字符内保持定时在每个字符内保持l每个字符都要求重新取得同步每个字符都要求重新取得同步异步异步9下一页上一页停止放映停止放映异步传输异步传输10下一页上一页停止放映停止放映实际的起始位和终止位实际的起始位和终止位11下一
5、页上一页停止放映停止放映对于稳定信息流对于稳定信息流,字符的间隔是均匀分布的字符的间隔是均匀分布的(停止元素的长度停止元素的长度)l l例子例子:发送发送 IRA IRA 字符字符“ABC”ABC”1 1 起始比特起始比特,7,7 位数据比特位数据比特,1,1校验比特校验比特,1,1 停止比特停止比特 空闲空闲 state,receiver state,receiver 接收器搜索接收器搜索 transition transition 从从1 to 01 to 0 Then Then 采样下个采样下个7 7位间隔位间隔 intervals(intervals(字符长度字符长度)Then loo
6、ks forThen looks for下个下个 transition from 1 to 0 transition from 1 to 0 为为 下个字符下个字符l l定时差错定时差错 如图如图 figure figure 6.1(6.1(c)c),6%,6%漂移漂移l l差错差错 比特采样差错比特采样差错 帧差错帧差错异步异步-过程过程12下一页上一页停止放映停止放映l简单便宜l但是每个字符至少要求2-3个额外开销(overhead=20%)l为了取得更高的效率,使用不同形式的同步即：synchronous transmission.异步优缺点异步优缺点13下一页上一页停止放映停止放映l传
7、输的数据块没有起始和终止位传输的数据块没有起始和终止位l时钟必须同步时钟必须同步l可以使用可以使用 separate clock line(one short pulse per bit time)有利于短距离传输有利于短距离传输遭受传输损伤遭受传输损伤(for long distances)l在数据中嵌入时钟信息Manchester encoding(digital)Carrier frequency(analog)同步同步-比特级比特级14下一页上一页停止放映停止放映l必须指示数据块的起始和结束必须指示数据块的起始和结束l使用使用 preamble 和和 postamblel比异步效率更高
8、比异步效率更高(lower overhead)Example:HDLC48 bits control information、preamble and postambleEach data blocks 1000 charactersoverhead=48/(8x1000+48)x100%=0.6%同步同步-数据块级数据块级15下一页上一页停止放映停止放映l l单比特差错单比特差错单比特差错单比特差错 孤立的差错状态孤立的差错状态孤立的差错状态孤立的差错状态 只改变一个比特只改变一个比特只改变一个比特只改变一个比特 白噪声引起白噪声引起白噪声引起白噪声引起l l突发性差错突发性差错突发性差错突
9、发性差错 连续的连续的连续的连续的B B比特比特比特比特序列中序列中序列中序列中第一个第一个第一个第一个和和和和最后一个最后一个最后一个最后一个比特以比特以比特以比特以及任意多个中间比特接收不正确及任意多个中间比特接收不正确及任意多个中间比特接收不正确及任意多个中间比特接收不正确 冲激噪声冲激噪声冲激噪声冲激噪声引起引起引起引起 移动无线环境中的移动无线环境中的移动无线环境中的移动无线环境中的信号衰弱信号衰弱信号衰弱信号衰弱引起引起引起引起差错类型差错类型16差差错检测v错误错误在所在所难难免免v使用使用 error-detecting codeerror-detecting code检测检测
10、v附加在附加在发发送器送器v接收器重新接收器重新计计算和算和检测检测v也有可能存在不能也有可能存在不能检测检测到的到的错误错误v奇偶校奇偶校验验 设设置奇偶比特，看字符置奇偶比特，看字符“1”1”个数是奇数个数是奇数还还是偶数是偶数 (even parity)(odd parity)(even parity)(odd parity)比特比特错误错误偶数个偶数个检测检测不到不到17差差错检测过程程18下一页上一页停止放映停止放映l奇偶校验奇偶校验最简单的差错检测机制最简单的差错检测机制典型的例子：典型的例子：字符的传输字符的传输字符的传输字符的传输偶校验偶校验用于用于同步同步传输传输奇校验奇校验
11、用于用于异步异步传输传输不安全性不安全性噪声脉冲的长度经常破坏一个以上的比特噪声脉冲的长度经常破坏一个以上的比特例例 6.5奇偶校验奇偶校验19例子例子vIf If 发发送器送器送器送器发发送送送送 an IRA G(1110001)an IRA G(1110001)并且使用奇校并且使用奇校并且使用奇校并且使用奇校验验,就附加就附加就附加就附加 1 1，然后，然后，然后，然后发发送送送送 1 11110001.1110001.v接收器接收器接收器接收器检测检测接受的字符，接受的字符，接受的字符，接受的字符，如果如果如果如果 1s1s的个数是的个数是的个数是的个数是 odd,odd,假假假假设设
12、没没没没错误发错误发生生生生.If 1 If 1 bit(orbit(or any odd number of bits)any odd number of bits)在在在在传输过传输过程程程程错误错误翻翻翻翻转转 (for example 111(for example 1110 00001),0001),那么接收器就那么接收器就那么接收器就那么接收器就能能能能检测检测到一个到一个到一个到一个错误错误。Note that,if 2 bits(or any even number)Note that,if 2 bits(or any even number)由于由于由于由于错误错误,an u
13、ndetected error occurs,an undetected error occurs 20下一页上一页停止放映停止放映l循环冗余检验循环冗余检验cyclic redundancy check,CRC*模模2运算运算*使用无进位的二进制加法，即异或（使用无进位的二进制加法，即异或（XOR）操作操作例6.6多项式多项式数字逻辑数字逻辑循环冗余校验循环冗余校验21CRCv最常用最有效的方法v给定一个 k bits 数据块，发送器生成一个（n-k）位比特序列(FCS)v必须使最后得到的含有n个比特的帧可以被预先先设定的整数定的整数整除v接收器用预先先设定的整数定的整数把帧区分 没有余数就
14、说明没有错误。22模模2运算运算v使用无使用无进位的二位的二进制加法制加法The exclusive-OR(XOR)异或操作异或操作v定定义如下如下:T=要要发送的送的n位位帧,for nkM（D）=k-bit 数据数据块,T中前中前k位位F=n-k位位bit FCS,T中后中后n-k位位P=n-k+1 位的特定比特序列位的特定比特序列;它是它是预定的除数定的除数 predetermined divisor23CRCn-kn-k+124二进制除法二进制除法25多多项式式vCRC 过程可以描述为如下 v例子,M=110011 M(X)=X5+X4+X+1P=11001 P(X)=X4+X3+12
15、6Polynomial and Divisor27v不适用于无不适用于无线通信通信v原因如下原因如下:无无线链路上的比特差路上的比特差错率相当高。率相当高。导致大量的数据重致大量的数据重传很很长的的传播播时延，延，单帧传输时间也相当也相当长导致系致系统效率非常低效率非常低vIn fact,we hope:接收器能接收器能够在接收在接收过程中根据程中根据传输比特来比特来纠正差正差错.Figure 6.7 就是就是这种方法种方法差差错纠正正28差差错纠正正29四种四种输出的情况出的情况v没有比特差错v某些差错模式，解码器可以检测并纠正v某些模式，能检测但无法纠正v检测不出来（比较少见）v差错纠正是
16、通过传输报文附加冗余信息完成的即块纠错码块纠错码30块码原理原理v汉明距离明距离d(v1,v2)两个两个 n-bit 二二进制序列制序列 v1 和和 v2 之之间的的汉明距离就是明距离就是 v1 和和 v2 之之间不同比特个不同比特个数数.Examplev1=011011,v2=110001那么 d(v1,v2)=331线路配置路配置v拓扑拓扑拓扑拓扑结结构构构构 传输传输媒体上各站点的物理排列形式媒体上各站点的物理排列形式媒体上各站点的物理排列形式媒体上各站点的物理排列形式 点点点点对对点点点点 多点拓扑多点拓扑多点拓扑多点拓扑结结构构构构v半双工半双工半双工半双工传输传输 一次只允一次只允
17、一次只允一次只允许许一个站点一个站点一个站点一个站点传输传输 一条路径一条路径一条路径一条路径传输传输v全双工全双工全双工全双工传输传输 两站点两站点两站点两站点间间可同可同可同可同时发时发送和接收数据送和接收数据送和接收数据送和接收数据 两条独立的两条独立的两条独立的两条独立的传输传输路径路径路径路径32传统线路配置路配置lBoth ends can send data at the same time full duplex transmission For each direction,it needs a electrical path33接口接口l数据处理或数据终端设备(DTE)通常
18、不包括数据传输设施l需要一个称为数据电路端接设备(DCE)的接口lDCE 在媒体上传输比特lDCE 与DTE 交流数据与控制信号在交换电路上完成需要清晰的接口标准34接口特性接口特性v机械的机械的机械的机械的 DTEDTE和和和和DCEDCE的的的的实际实际物理物理物理物理连连接接接接v电电气的气的气的气的 与与与与电压电电压电平及平及平及平及电压变换电压变换的的的的时时序相关序相关序相关序相关v功能的功能的功能的功能的 数据数据数据数据电电路，控制路，控制路，控制路，控制电电路，路，路，路，时时序序序序电电路以及路以及路以及路以及电电气接地气接地气接地气接地v过过程的程的程的程的 事件序列，
19、依据事件序列，依据事件序列，依据事件序列，依据时时接口的功能特性接口的功能特性接口的功能特性接口的功能特性35V.24/EIA-232-Fv使用最广的一种接口标准是由ITU-T定义标准V.24只只对接口的功能特性和接口的功能特性和过程特性做了定程特性做了定义 其他参考其他参考别的的标准准vEIA-232-F(USA)，发布的时候:为 RS-232(1962)Mechanical：ISO 2110Electrical：v.28Functional：v.24Procedural：v.2436机械特性机械特性规范范ISO 2110 DB-2537EIA-2323839ISDN Physical In
20、terface-physical connectionv终端端设备(TEDTE)与网与网络端接端接设备(NT DTE)的的连接接ISO 8877v电缆两端提供两端提供8个触个触点的匹配点的匹配连接器接器v数据与控制信号由同数据与控制信号由同一个一个发送送电路或者同路或者同一个接收一个接收电路运路运载vConnection between terminal equipment(c.f.DTE)and network terminating equipment(c.f.DCE)vISO 8877vCables terminate in matching connectors with 8 contactsvTransmit/receive carry both data and control40下一页上一页停止放映停止放映lP158.6.16.2lP1596.46.86.136.17作业作业41