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1、计算机网络通信基础现在学习的是第1页，共155页2.1数据传输的编码基础2.1.1有线和无线通信码型2.1.1.1单极性不归零码(NRZ码)这种编码的规则为：对于数据代码中的“1”用（或）电平表示，对于数据代码中的“0”用0电平表示。这种码的结构与数据代码中的结构基本相同，这种码对应于传输中的信号波形也与数据并串转换后串行移位输出数据的结构完全相同。如图2-1(a)。现在学习的是第2页，共155页图2-1常见的编码波形现在学习的是第3页，共155页2.1.1.2单极性归零码(RZ码)这种码的编码规则为：对于数据代码中“1”对应一个（或）脉冲，脉冲宽度比每位传输周期要短，即每个脉冲都要提前回到零
2、电位；对于数据代码中的“0”则不对应脉冲，仍按0电平传输，如图2-1(b)。现在学习的是第4页，共155页2.1.1.3双极性不归零码(NRZ码)这种码的编码规则为：对于数据代码中“1”用（或）电平传输，对于数据代码中的“0”用（或）电平传输。RS232即采用这种传输方式。如图2-1(c)。其特点基本同单极性不归零码。现在学习的是第5页，共155页2.1.1.4双极性归零码(RZ码)这种码的编码规则为：对于数据代码中“1”用一个（或）脉冲，对于数据代码中的“0”用一个（或）脉冲，且相应脉冲宽度都比每位数据所需传输周期要短，即每个脉冲或脉冲都要在传输本位的周期时间内回到零电位；对于任意数据组合之
3、间都有0电位相隔，如图2-1(d)。这种码利于传输同步信号，但仍有直流分量问题存在。现在学习的是第6页，共155页2.1.1.5差分编码这种编码规则为：对于数据代码中的“1”用极性变化表示，即变为，或变为；对于数据代码中“0”则极性不变化，即电压（或电流）不变化。差分波形又称为相对波形，（相应地前4种码的波形又称为绝对波形），如图2-1(e)所示。这种码也同样不利于同步信号提取，但由于它是一种极性波形，尽管含有直流分量，但与前4种编码相比，对判决电路的影响不大。现在学习的是第7页，共155页2.1.1.6单极性相位编码（曼彻斯特码）这种码的编码规则为：对于数据代码中的“1”用前半周期为0电平，
4、后半周期为（或）电平；对于数据代码中的“0”则用前半周期为（或）电平，后半周期为0电平，即通过传输每位数据中间的跳变方向表示传输数据的值，波形如图2-1(f)。现在学习的是第8页，共155页曼彻斯特码特点首先每传输一位数据都对应一次跳变，利于同步信号提取；其次对于每一位数据其（或）电平和0电平占用时间相同，所以直流分量恒定不变，利于判决电路工作。其缺点是数据编码后脉冲频率为数据传输速度的2倍。这种编码被广泛地用于10以太网（Ethernet）和无线寻呼的编码中。现在学习的是第9页，共155页2.1.1.7交替反转码(AMI码)这种码的编码规则为：对于数据代码的“1”顺序交替地用和电平表示，对于
5、数据代码的“0”仍变换为传输码的0电平，如图2-1(g)所示。这种编码具有下述特点：(1)首先容易出现连“0”串，不利于提取同步定时信号；(2)其次，其无直流分量，利于在不允许直流和低频信号通过的介质和信道中传输，利于判决电路工作；(3)第三，其数据代码“1”对应的传输码的电平正负交替，利于误码观察。它是脉冲调制编码（PCM）中较常用的一种码型。现在学习的是第10页，共155页2.1.1.8三阶高密度码(HDB3码)1.转换方法这种编码方法建立在AMI传输码基础上，即先把数据代码变换成AMI传输码，再对AMI码进行变换。变换方法为：AMI传输码开始之后就对连“0”串进行检查，当不出现4个或4个
6、以上连“0”串时，则传输码型不变，即AMI码就是HDB3码；在遇到首串4个或4个连“0”时，开始将每4个“0”中的第4个“0”或者第1个“0”和第4个“0”转换为（或）电平，此位码称为扰码，也被称为破坏点或破坏符号（用V表示）。现在学习的是第11页，共155页2.编码步骤(1)先将数据代码按AMI码规则转换，直到遇到4个连“0”串；每遇到4个连“0”串就须将第4个“0”码转换为扰码V，其电平可为正极性，也可为负极性；扰码V总与其前相邻的扰码V极性相反，首次扰码不必满足此条件；(2)扰码V之前的相邻非“0”码极性必须与本扰码V极性相同，若不相同，则将连“0”串中的第一个“0”码换为与V极相同并与
7、它之前的非零码极性相反的B码以保证之；(3)扰码之后的非“0”码极性有时需变换，以保证与本扰码极性相反，之后再按AMI规则转换，重复步骤（1）。现在学习的是第12页，共155页2.1.2光纤通信码型光纤通信中，传输数据的介质是光导纤维，介质中传输的信号是激光。在光纤数字通信系统中，激光光源只有发光和不发光两种状态，它无法传输第三种以上的状态，所有三种或三以上的流行的、技术成熟的传输码型都无法在光纤中使用，相应的传统技术也无法延用。所以在光纤通信系统中，需要重新编码。目前光纤传输中最为常见的编码有mBnB码和插入比特码。现在学习的是第13页，共155页2.1.2.1mBnB码（m位n位码）mBn
8、B码又称为分组码（BlockCode），它把要传输的数据每m位分为一组，加上冗余位，即可转换为n位数据，故可以通过适当的编码规则和方法使数据中除完全包含原有数据的内容外，还可以包含串行传输所必须的时钟信号，从而可传输误码监测信息和消除直流分量。mBnB码型中有1B2B，2B3B，3B4B，5B6B，5B7B，6B8B等码，这里我们只介绍最为常用的5B6B码，通过5B6B码可理解mBnB码的编码原理。现在学习的是第14页，共155页1.5B6B码编规则其本质是先把所要传输的数据，每5位分一组，再变换为6位一组为传输信号。为什么要这样做呢？这是因为5位二进制数可能出现00000，00001，111
9、10，01111，11111等“0”、“1”连续出现的数据，这种数据的传输码含直流分量，不利于接收方识别和同步，也不利于检错，所以把5位变成6位来编码。我们知道5位二进制数共有32个码组，6位二进制数共有64个码组，在64个码组中选用32个“0”、“1”个数相同或相近的码组，就有很大的选择余地，这种选择方法就是5B6B码的编码规则。现在学习的是第15页，共155页1.5B6B码编规则（续）（1）首先在64个码组中，含有3个“1”，3个“0”的码组共有20组，如000111，001011，101010，010101等，这种码组中“0”和“1”的个数相等，称为平衡码组，直流分量不明显，当然予以首选
10、。（2）此外还有4个“0”、2个“1”，或4个“1”、2个“0”的码组共15对，因其“0”和“1”的个数不同，称为不平衡码组，如010111，101110，110011，100111等。这15对码组每对互为反码，如010111为正模式，则其反码为101000称为负模式。在这15对码组中，尽量选择无4连“0”或4连“1”的码组，共选用12对共24个码组。上两项合来共选用44个码组，足够用来编码32个5位二进制数，如表2-1所示。（3）剩下的3对不平衡码组和其它“0”、“1”个数更为悬殊的共14个码组，如000000，111111，011111，100000等，一概称为禁字，不允许使用。现在学习的
11、是第16页，共155页2.5B6B码使用规则首先禁字不能使用，其次在6位码连续传输过程中要尽可能保证“0”“1”的个数相同（平衡）。对于平衡码组，已满足上述条件，对于不完全平衡码组采取正负模式交替使用的方法，即距离最近的两个不完全平衡码组，分别采用正模式码和负模式码，这样依序正负两两间隔排列，来保证传输的数据中“0”和“1”出现的概率相同。现在学习的是第17页，共155页3.5B6B码的特点（1）误码监测功能（2）传输数据“0”和“1”个数均衡，基线不起伏，利于判决电路工作。（3）同步数据串中连“0”和连“1”个数不超过6个，利于同步时钟信号的提取。现在学习的是第18页，共155页2.1.2.
12、2插入比特码插入比特码是将串行数据中每位划为一组，然后这一组的末尾一位之后插入一位，根据插入位功能定义，这种码又可分为三种形式：插入奇偶校验码（MBIP码）、插入补码（MBIC码）和插入混合码（MBIH码）。现在学习的是第19页，共155页1.MBIP码在每位串行数据后插入一位奇偶校验位（也称为码），以保证每个码组（1位）中“1”的个数是偶数，以利于误码监测。但可能出现长的连“0”，不利于同步信号提取。现在学习的是第20页，共155页2.MBIC码在每位串行数据后插入最后一位数据的反码，若位中最后一位为“1”则插入一位“0”；反之，若位中最后一位为“0”则插入一位“1”。这种编码既可以进行误码
13、监测，又可减少连“0”连”“1”的不良影响，利于提取同步信号。现在学习的是第21页，共155页3.MBIH码这种码将串行数据中每位分为一组，然后在其后插入一位混合码，称为码。将这些插入的混合码提取出来，顺序排列后具有特定的含义，除具有MBIP和MBIC码的功能之外，还具有多种功能，因而使用广泛。由于篇幅所限，MBIH码中插入码序列的定义以及其相关功能，请参考有关“光纤通信”及“数据通信原理”方面的资料。现在学习的是第22页，共155页2.1.3频率、频谱和带宽利用付里叶（Fourier）分析的方法，无论模拟信号还是数据信号，信号对应的时间函数都可以展开成正弦级数或余弦数，由此可看出任何信号都是
14、由各种频率的正弦成分组成的。对应于不同的信号，各正弦成分的强度、相位、频率各异。这种用各种正弦频率成分分析信号的方法称为频域方法。这些正弦频率成分又称为信号的频谱。现在学习的是第23页，共155页例子信号：s(t)=sin(2f1)t+1/3sin3(2f1)t+1/5sin5(2f1)t的波形及各成分的波形如图2-2所示。现在学习的是第24页，共155页图2-2现在学习的是第25页，共155页频率组成类似于时域函数s(t)，我们可以利用频域函数S(f)来说明信号的频率组成，如图2-3所示，其中S(f)轴表示对应频率成分（分量）的幅值，f轴表示频率值。又称图2-3为对应信号的频谱图，信号频谱中
15、最高频率成分与最低频率成分的差称为信号的绝对带宽。如信号s(t)的绝对带宽为4f1。在图2-2中再给s(t)增加一个直流电压，则其波形变为如图2-2(f)，其频谱如图2-3。称频率为0的直流信号为直流分量。现在学习的是第26页，共155页图2-3现在学习的是第27页，共155页频谱一般情况下，模拟信号（连续信号）的频谱是离散的，即频域函数s(f)是离散的；相反数字信号（离散信号）的频谱是连续的，如图2-4。现在学习的是第28页，共155页图2-4数字信号及其频谱现在学习的是第29页，共155页带宽从图2-4可以看出：数字脉冲的带宽为无穷大，但信号的大部分能量都集中在04/的相对较窄的频带里，这
16、个频带称为有效频带或带宽。在数据传输速率和带宽之间存在一个对应关系：即传输信号中数据率越高，其带宽越宽。从另一方面来看，信号的带宽越宽，这种信号传输数据的数据率就越高。现在学习的是第30页，共155页2.2数据传输的电子学基础现在学习的是第31页，共155页2.2.1概述在电信号的传输中可以用两种基本方式进行：(1)一种为模拟传输方式(2)一种为数字传输方式模拟方式追求的是波形保持不变即保真，如电话通信中的语音传输。其特点是：（1）缺点：波形容易失真；（2）优点：模拟信号频带较窄，只占用了线路的部分带宽，更多的频带可供频分复用。数字通信方式传输的是电平编码。其特点是：（1）优点：各电平电位间电
17、压差较大，易于保持性质不变。比模拟信号的抗干扰能力强；（2）缺点：数字脉冲的带宽很宽，对线路的要求严格，且占用了线路的全部带宽资源。现在学习的是第32页，共155页2.2.1.1基带网与宽带网从应用的角度讲，计算机网络依其传输介质的频带宽度可分为两类：（1）宽带网(BRB)（2）基带网(BAB)两者的差别是两者的介质传输带宽不同，相应允许的数据传输率也不同。宽带介质实际上可划分为多条基带信道。但基带网仅能提供一条信道。数字信号的频带很宽，故其不能在宽网中直接传输，必须将其转化为模拟信号方可在宽带网中传输。也就是说宽带网中的多条信道，通常传输的是模拟信号。相反由于基带网只传输一路信号，故其可以是
18、数字信号也可以是模拟信号，通常基带网中传输的数字信号。如10以太网就是传输曼彻斯特码构成的数字信号的基带网。现在学习的是第33页，共155页2.2.1.2基带传输基带传输即数字传输。这里的基带指的是基本频带，也就是前面所讲的传输数据编码电信号所固有的频带，这种信号可称为基带信号。所谓基带传输就是对基带信号不加调制而直接在线路上进行传输，它将占用线路的全部带宽，也称为数字基带传输。上面所讲的各种传输码型，就是基带信号的各种码型。但是不能认为数字信号只能进行基带传输，为了充分利用线路带宽，可对数字信号进行调制后再进行传输，即下面所讲的频带传输。现在学习的是第34页，共155页2.2.1.3频带传输
19、进行远距离数据传输时，一般要借用已有的通信网（如电话网），而数据的原始形式是数字信号（基带信号），它无法在带宽较窄的通信网中传输，需要将带宽很宽的数字信号（基带信号）变换为带宽符合通信网要求的模拟信号，而这种模拟信号通常由某一频率或某几个频率组成，它占用了一个固有频带，所以称为频带传输。现在学习的是第35页，共155页频带传输与传统的模拟传输区别（1）传统的模拟传输的是模拟信号波形，波形中的频率、电压随时间的函数关系比较复杂，如声音波形；而频带传输的波形比较单一，即频率分量为很有限的一个或几个，电压幅度也为有限的几个，其作用为：用不同幅度或不同频率表示0/1电平。所以，传统的模拟传输过程中保真
20、度要求较高；（2）频带传输则要求较低，故适合于模拟传输的信道一般都适合于频带传输。目前，大部分通信网都是为了模拟传输而设计的，所以本章中将频带传输和传统的模拟传输都称为模拟传输。现在学习的是第36页，共155页2.2.2数字传输中的常见电平标准2.2.2.1TTL电平标准TTL电平标准是一种单极电平标准，用TTL电平标准可表示各种只需要单性电压的传输码型，如单极性不归零码、单极性归零码、单极性曼彻斯特码等。通常情况，在计算机系统中，用TTL电平表示的单极性不归零码应用最为广泛。TTL电平标准规定芯片电源电压为5V，电压在00.8V的电压为低电平，即0电平；电压在1.45V的电压为高电平，即1电
21、平。现在学习的是第37页，共155页2.2.2.2COMS电平标准CMOS电平标准是一种单极性电平标准，其适合使用情况与TTL基本相同。CMOS电平标准规定：芯片电源电压VDD可在518V范围内，电压在01/2VDD为低电平（0电平），电压在1/2VDDVDD为高电平（1电平），并且其高电平和低电平驱动能力（驱动电流）相同且大于10mA，所以说其具有“对称”的特性。现在学习的是第38页，共155页2.2.2.3RS232C电平标准RS232C电平标准是一种双极性电平不归零标准，其通常可用于各种双极性不归零的传输码型，如双极性不归零码、双极性曼彻斯特码、差分编码等。通常情况，在计算机与其外设（如
22、打印机、绘图仪、鼠标器调制解器等外围设备）之间的数据传输广泛使用此电平标准。常用专用集成电路有X75188、X75189、X1489等（X表示某个英文字母，具体内容及使用方法请参考有关手册）。现在学习的是第39页，共155页2.2.2.3RS232C电平标准RS232C电平标准电压最大为15V，通常都采用12V。电压在515V范围内表示逻辑“0”，电压在515V范围内表示逻辑“1”，在35V和35V区间为噪声容限区（即迟滞区域），即允许信号受干扰等情况，波形电压在此范围内抖动。标准规定，电源布线长度不得超过15米，传输速度不能超过20Kb/s。由于RS232C的对称特性和其电平的动态范围进一步
23、加宽，并且具有迟滞区域（噪声空限区域），故其抗干扰能力比TTL和CMOS更强，传输能力也更强。实验表明，使用双绞线做传输介质，在传递速度不超过40Kb/s时，传输距离可达1km以上。现在学习的是第40页，共155页2.2.2.4RS422A电平标准RS422A电平标准也是一种双极性不归零电平标准。同RS232C一样，其可以用于表示各种双极性不归零传输码型。RS422是为了克服RS232C电平近距离、低速度的弱点而提出的一种电平标准。RS422标准规定电缆长度不超过12米时最大传输速度为10Mb/s。当传输速度为100Kb/s时，电缆长度可达1200米。现在学习的是第41页，共155页特点与其它
24、电平标准相比，RS422A电平是一种差动电平，其特点类似于模拟电路中差动信号的特点。TTL、CMOS、RS232C在传输数据时，一路物理信号占用一条信号线，参考电平为地线（0V），而RS422A在传输数据时，一路物理信号占用两条信号线（正端和负端）作为差动信号，互为参考，而不以地电平作为参考。具体规定如下：正极性电压为正端电压比负端电压高200mV6V，负极性电压为正端电压比负端电压低200mV6V。RS422A标准又称为平衡式标准，与其类似的标准有RS423非平衡标准、RS485高速传输标准等。现在学习的是第42页，共155页2.2.2.520mA电流环20mA电流环通常用作电传打字机的传输
25、接口标准，其与前几种标准的不同之处在于：（1）前几种是电压标准，20mA电流环是电流标准（2）20mA电流环可以驱动打字机的线圈和继电器线圈，具有较大的输出功率，可以直接用于控制机械设备。在20mA电流环中，出现直流表示逻辑1，没有电流就是逻辑0。电流是一种单极性电流标准，可以用于表示各种单极码型。由于其两种电流信号的电流差较大，其抗扰能力较强，传输距离和传输速度可以和RS232C相比拟，在过程控制中有广泛的使用。现在学习的是第43页，共155页2.2.3数字传输基础2.2.3.1并行传输与串行传输1.并行传输：一个数据代码由若干位组成，在数据设备内进行近距离传输（1米或数米之内）时，为了获得
26、高的数据传输速率，使每个代码的传输时延尽量少，常采用并行传输方式，即数据的每一位各占一条信号线，并行传输。两数据设备之间一次传输多位并行数据，每条连线对应一条信道，用于传输代码的对应位，多条信道组成了多位并行信号。根据实际需要并行信道的宽度不是一成不变的，如计算机内的数据总线就是并行传输的一个例子，有8位、16位、32位和64位等数据总线。现在学习的是第44页，共155页2.串行传输串行传输指的是：代码的若干位顺序接位串行排列成数据流，在一条信道上传输。数据源向数据宿发出了0、1组成的串行数据。由于代码采取了串行传输方式，其传输速度与并行传输相比要低得多。但由于在硬信号的连接上节省了信道，利于
27、远程传输，所以广泛用于远程数据传输中，通信网和计算机网络中的数据传输都是以串行方式进行的。现在学习的是第45页，共155页2.2.3.2数据传输的同步无论是并行传输还是串行传输，数据发送方发出数据后，接收方如何在合适的时刻正确地接收数据，即在发送方连续不断地送来的数据中正确地区分出每一个代码以正确完成传输任务是一个必须解决的问题。在并行传输中，由于其距离近，可以增加一根控制线（又称握手信号线），由数据发送方控制此信号线，通过电平（或边沿）变化来通知接收方数据是否有效，这就计算机中的写控制。当然收发双方的握手办法很多，通常有：写控制、读控制、发送端数据准备好、接收端空。现在学习的是第46页，共1
28、55页解决同步问题为了正确识别和恢复代码，必须解决以下问题：（1）正确区分和识别每个比特（即每位）。（2）区分出每个代码（如一个ASCII码字符），即区分出每个代码的起始和结束位。（3）区分出完整的报文数据块（数据帧）的开始和结束位。以上三个问题对应着三个概念：位同步、字符同步和帧同步。现在学习的是第47页，共155页解决问题的办法（1）同步传输方式（2）异步传输方式这两种方式的区别在于：发送和接收设备的时钟是异步的，还是同步的。下面就异步传输和同步传输分别加以说明。现在学习的是第48页，共155页1.异步传输这种方式的原理是：每个字符都独立传输，接收设备每收到一个字符的开始位后进行同步，如图
29、2-5所示。现在学习的是第49页，共155页图2-5异步传输现在学习的是第50页，共155页特点在异步传输方式中由于不需要发送和接收设备之间另外传输定时信号，因而实现起来比较简单。其缺点是：（1）一方面，由于每个字符都要加上起始位和结束位，因而传输开销较大；（2）另一方面，由于发收双方时钟的差异（异步）使得传输速率不宜过高，因而传输效率低，常用于低速数据传输中。现在学习的是第51页，共155页2.同步传输这种方式的原理是：以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间顺序相连，既无间隙也没有插入位。收发双方的时钟信号与传输的每一位严格对应，以达到位同步，在开始发送一帧数据前须发送固定长度的帧同步字符，
30、之后发送数据字符，发送完数据后再发送帧终止字符，这样就实现了字符和帧同步，之后连续发送空字符，直到发送下一帧时重复上述过程，如图2-6所示。现在学习的是第52页，共155页图2-6同步传输现在学习的是第53页，共155页2.2.3.3通信方式数据传输是有方向的，这是传输电路的能力和特点所决定的。按传输的方向性，可分为三种基本工作方式：1.单工通信：两通信终端间只能由一方将数据传输给另一方，即一方仅可为发送端，另一方仅能为接收端。2.半双工通信：两通信终端可以互传信息，即都可以发送或接收数据，但任一方都不能在同一时间既发送又接收，只能在同一时间一方发送，而另一方接收。现在学习的是第54页，共15
31、5页3.全双工通信即两通信终端可以在两个方向上同时进行数据的收发传输。一般情况，在一条物理链路（线路）上只能进行单工数字通信或半双工数字通信，要进行全双工数字通信，一般需要两条物理链路。由于电信号在有线传输时要求形成回路方可传输信号，所以一条传输链路通常由两条电线组成，称为二线制线路。则双工传输就需要4条线组成两条物理链路，称为四线制线路。现在学习的是第55页，共155页2.2.3.4数据在通信网中的传输数字数据由于是基带信号，其频谱很宽，通常不能直接在公用通信网中传输，为了实现高效率、低消耗、低价格的远程数据通信，又必须依靠已有的通信网作为传输数据的通道，为此需要将基带数字信号转换为适合于公
32、用通信网传输要求的信号进行传输，这就需进行调制解调。现在学习的是第56页，共155页2.2.3.5数据传输基本质量指标在数据传输中，既要求传输速度快，还要求少出错，这是两个基本质量指标。1.数据传输速率：通常意义上的数据传输速率是指发送端和接收端之间单位时间内传输数据的平均比特数，其单位为每秒位(b/s或bps)，或每秒千 位(Kb/s)，或 每 秒 兆 位(Mb/s)，其 关 系 为1Kb/s=103b/s，1Mb/s=106b/s。数据传输速率反映了终端设备之间的信息传输能力，它是一段时间的平均值。我们通常用它来描述数据通信系统的性能。现在学习的是第57页，共155页2.数据传输的质量衡量
33、数据传输质量的指标是差错率，通常用误码率表示：误码率(接收方出现差错的比特数(位数)/总的传输比特数(位数)100%误码率是一个统计平均值，在统计和测试时应采用统计学的方法，在足够时间和足够统计的数量后方可正确得出。现在学习的是第58页，共155页3.差错原因产生差错的原因一般有两类，即独立型差错和突发型差错。（1）独立型差错：独立型差错是指在传输的连续码元中只有单个码元出现差错，码元间的差错不存在关联。（2）突发型差错：突发型差错是指发生突发或成片差错。现在学习的是第59页，共155页2.2.4模拟传输基础为了能在模拟信道上传输数据信号，我们需要进行信号变换，变换的原则是：(1)首先，变换后
34、的信号要适应信道的特征，也就是这种新信号包含的频率成分（频谱）要落入相应模拟信道的通频带范围之内；(2)其次，新的信号中必须包含原始的正确数据信息。这种变换如图2-7所示。现在学习的是第60页，共155页图2-7现在学习的是第61页，共155页信号变换方法常见的变换有调幅、调频和调相三种变换，这三种变换又分别被称为振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK)，如图2-8所示。现在学习的是第62页，共155页图2-8三种调制的基本波形现在学习的是第63页，共155页2.2.5复用技术在长途通信中，一些高容量的同轴电缆、地面微波、卫星设施以及光缆，其可传输的频率带宽很宽，为了高效合理
35、地利用资源，通常采用多路复用技术，使多路数据信号共同使用一条线路进行传输，如图2-9。现在学习的是第64页，共155页图2-9多路复用现在学习的是第65页，共155页多路复用技术通常分为三种：（1）频分复用（2）同步时分复用（3）异步时分复用下面简要介绍它们的工作原理。现在学习的是第66页，共155页2.2.5.1频分复用(FDM)频分多路复用在生活中就有许多应用，如无线电广播、无线电视中将多个电台的多组节目对应的声音、图像信号分别载在不同频率的无线电波上，同时在同一无线空间传播，接收者根据需要接收特定的某种频率的信号收听或收看。同样，正在普及的有线电视也是同一原理。总之，频分复用是把线路或空
36、间的通频带资源分成多个频段（带），将其分别分配给多个用户，每个用户终端的数据通过分配给它的子通路（频段）传输，当该用户没有数据传输时该通路保持空闲状态，别的用户不能使用该通路。频分复用适合于模拟信号的频分传输，主要用于电话和电缆电视(CATV)系统，在数据通信系统中，应和调制解调技术结合使用。频分复用原理如图2-10所示。现在学习的是第67页，共155页图2-10频分复用现在学习的是第68页，共155页2.2.5.2同步时分复用(STDM)同步时分复用采用固定时隙分配方式，即将传输时间按特定长度连续地划分成特定时间段（称为帧），再将每一帧划分成固定长度的多个时隙（时间片），各时隙以固定的方式分
37、配给各路数字信号，即将这些时隙分配给固定的用户终端，并且周期地重复分配每一帧；所有终端在每一帧都顺序分配到一个时隙，即每帧中都有特定用户的时隙片。如图2-11所示。现在学习的是第69页，共155页图2-11同步时分复用现在学习的是第70页，共155页2.2.5.3异步时分复用(ATDM)异步时分复用技术又被称为统计时分复用或智能时分复用(ITDM)，它能动态地按需分配时隙，避免每帧中出现空闲时隙。ATDM就是只有某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当用户暂停发送数据时不给它分配线路资源（时隙）。线路的空闲时隙可用于其它用户的数据传输。所以每个用户的传输速率可以高于平均速率（即通过多占时隙
38、），最高可达到线路总的传输能力（即占用所有时隙）。如线路总的传输能力为9600b/s，4个用户公用此线路，在STDM方式时，则每个用户的最高速率2400b/s，而在ITDM方式时，每个用户的最高速率可达9600b/s。现在学习的是第71页，共155页2.2.6光纤传输基础光通信与电通信有两点差异：（1）一是光通信用光波作传输信号（2）二是用光导纤维构成的光缆作为信号的传输线路。在光纤通信中的起主导作用的是产生和接收光波的激光器、检波器以及传输光波的光导纤维。光纤通信与传统的电通信相比具有全新的特点，原理也不相同，下面分别简单介绍。现在学习的是第72页，共155页2.2.6.1光纤通信的基本原理
39、目前使用光纤通信系统，普遍采用的是数字编码、强度调制和直接检波通信系统。光纤通信的基本构成如图2-12。现在学习的是第73页，共155页图2-12光纤通信系统基本组成现在学习的是第74页，共155页1.强度调制强度就是光强，即单位面积的光功率。所谓强度调制，就是用信号电流去直接调制光流的光强，使光强随信号的电流而变化。直接检波就是光信号到达光接收机后将光强信号检测转换为电流信号。现在学习的是第75页，共155页2.光端机光端机分为光发送机和光接收机。光发送机将载有数据的电信号调制生成的光波信号送入光导纤维，经光导纤维传至光接收机。光接收机是将光信号变换成电信号的设备。在光纤通信系统中通常把多路
40、复用设备称为电端机。现在学习的是第76页，共155页2.3数字数据交换技术在两个远距离终端间建立专用的点一点通信的方法，只适用于需要在该两端间进行连续高密度通信的场合。但实际上，任何两个终端的通信业务量分布总是非均匀的，一般仅在一天的某些时间内较忙，就是在忙时，两用户间也不需要保持连续的通信。因此，点点间的固定通信从传输线路利用率来说是很不经济的，特别是当终端数目增加时，要在所有终端间建立起固定的点点通信就既无必要也不切实际。解决这个问题的办法是将各地的终端连至一个具有某种交换能力的通信交换网。这个通信网包括若干条信道，而交换设备则能将网络的各种信道按用户要求连接起来，如图2-13所示。现在学
41、习的是第77页，共155页图2-13信息交换示意图现在学习的是第78页，共155页数字数据交换方式（1）电路交换(CircuitSwitching)；（2）报文交换(MessageSwitching)；（3）分组交换(PacketSwitching)。实际上，由于上述(2)(3)两种交换方式均采用了信息的存储转发原理，因此不少人把它们都归于存储转发交换一类。下面我们分别对这四种信息交换方式加以分析讨论。现在学习的是第79页，共155页2.3.1电路交换2.3.1.1概述电路交换的一个例子是电话交换机。其特点是在开始正式信息传输之前，首先由用户呼叫，一直等到收一发间建立起一条适当的信息通路，用户
42、才开始进行信息传输。在整个信息传输期间，该信道一直为通信双方用户占用，通信结束后才释放线路。电路交换系统有如下三个基本功能部分：（1）交换中心网络（SwitchingCenterNetwork，SCN）；（2）呼叫信息处理（CallInformationProcessing，CIP）；（3）呼叫信令处理（CallSignalingProcessing，CSP）。现在学习的是第80页，共155页以上三个功能也可分别简称为连接、控制和信令功能。图2-14所示为此三功能部分的相互关系。图2-14电路交换的基本功能现在学习的是第81页，共155页功能解释（1）连接功能实际就是执行线路的连接和释放；（2
43、）而为了正确、快速地实行交换连接，就需要呼叫信息处理系统对交换中的网络加以控制。（3）在通信过程中，呼叫信令处理系统负责在适当时候向用户提供拨号音、振铃、回铃音等信令信号。图2-15流程图的形式说明上述各接续过程。现在学习的是第82页，共155页图2-15电话接续流程图现在学习的是第83页，共155页2.3.1.2工作方式电路交换系统有两种组成方式：空分工作方式和时分工作方式。现在学习的是第84页，共155页1.空分交换所谓空分交换是指按空间划分的交换。即各次连接采用不同的物理线路连接，从开始交换信息直至结束，这条线路都是实际存在的交换结束后，这条线路就释放。空分交换是通过各种类型的空分接线器
44、按不同方式组合连接起来的。图2-16所示为最简单的空分接线器。在n路输入线与n路输出线之间有n2个接点。通常这些接点是触点开关或电子开关。只要适当控制这些接点的通与断，即可在任一路输入线和任一路输出线之间构成通路。现在学习的是第85页，共155页图2-16简单的空分接线器现在学习的是第86页，共155页图2-17三级接续交换现在学习的是第87页，共155页2.时分交换时分交换是时分多路复用方式在交换上的应用。在这种方式中，多个用户共用一条物理线路，各用户按所分配的时隙（时间片）轮流使用传输介质。此时，用户的传输在时间上是不连续的，但由于电子开关动作足够快，而一般用户终端的收发速度又比线路的传输
45、速率低得多，所以用户不会察觉还有其它用户与他一起共享同一传输和交换资源。图2-18为一最简单的时分交换机示意图。现在学习的是第88页，共155页图2-18时分交换示意图现在学习的是第89页，共155页2.3.1.3特点（1）可以进行实时的或对话方式的通信。（2）要求有一定的时间才能建立起通信。（3）一旦两终端建立起通信，在双方通信期间，信道和使用的有关设备被一直占用而无法提供给别的用户使用。现在学习的是第90页，共155页2.3.2报文交换报文交换与下一节即将讨论的分组交换同属于存储转发方式。这种交换方式是根据报文传输的特点提出来的。我们知道，电话交换要求为用户提供双向连接以便进行对话式通信，
46、它不允许有明显的信息传输时延。但比较起来，电报的交换传输则基本上只要求单向连接，而且一般也允许有一定的时延。根据允许有一定的时延这样一个特点，提出了一种所谓的存储转发(Store-and-Forward)技术。现在学习的是第91页，共155页2.3.2.1报文交换的工作原理实际上，对一个报文转换的中间节点来说，它的功能远不只是存储转发这一条，还有许多其它的因素需要考虑：因为链路的传输条件并不理想，可能会出现传输差错，因此各节点应该具有误码检测的功能。网络两节点间一般有不止一条链路存在，这就必然存在一个传输路由选择问题。报文交换既然是以报文为单位进行信息传输的，那么各节点必须能判别各报文的起点和
47、终点。为了保证信息传输的正常进行，还必须具有其它一些特殊控制功能。例如为防止网络中信息的过分拥挤，应该采用一些特殊措施，以及在排队时让一些紧急报文优先传输等。现在学习的是第92页，共155页信息报文为了使各节点能自动完成上述功能和处理进入的信息，就要求每一进入网络的信息除了用户要传送的报文外，还必须附加一些信息（例如报文开始和结束的标志、报文的目的站地址等）。不同的计算机通信网络可能采用不同的协议规定，因而可能有不相同的信息格式。图2-19分别给出了通用的报文格式和应答格式。现在学习的是第93页，共155页图2-19报文交换通用信息格式现在学习的是第94页，共155页报文附加信息：起始标志，它
48、只是告诉节点有信息输入；信息开始标志；信息源节点地址；信息目的节点地址，还可能包括传输路由信息；控制信息，它可以包括所传报文的排队优先权标志，并指明本帧所传信息是报文或只是应答信号；报文编号，这是由信息的发送方给定的。在接收节点收到报文并经误码校验后，用这个编号向发方回送应答信号。现在学习的是第95页，共155页报文在报文转接网络中的传输过程（1）报文源节点从用户子网收到报文后首先将报文存储起来，然后将具有规定格式的信息沿目的节点方向下一个中间节点。（2）该中间节点接收到该信息后首先要对它进行误码检测，判断有无差错出现。（3）若有错，则拒绝存储信息，并产生一个否定应答信号回发给前一节点要求重发
49、；如果未检测到差错，则再进一步判断所收信息是属于应答信号或是报文信号。（4）如是报文信号，则接收并存储该信号，同时向对方发送节点发肯定应答信号。（5）前一节点收到前发信息报文的肯定应答信号后，说明已完成转发任务，故可清除存储的前发信号。（6）本节点所存储的信息进入所选路径的转发排队队列等候，直到有一条链路可供它利用时再向前转发。以后重复以上过程逐节点转发，直到目的终点站。现在学习的是第96页，共155页2.3.2.2报文交换网络的特点（1）与电路交换不同，即使接收终端被占用，也能开始信息的传输。（2）如果发现接收信号有错，可以要求前节点重发。（3）通过校验信息编号来发现这种信息丢失，而要求重发
50、该编号的信息。（4）交换节点有码型、码速的变换能力。（5）从信道利用率看，报文交换网络要优于电路交换网。（6）可以使某些紧急信息能够优先通过网络。现在学习的是第97页，共155页2.3.3分组交换2.3.3.1分组交换的工作过程如图2-22、2-23、2-24所示。现在学习的是第98页，共155页图2-22分组交换网示意图现在学习的是第99页，共155页图2-23分组的拆装过程现在学习的是第100页，共155页图2-24分组交换节点工作原理现在学习的是第101页，共155页2.3.3.2分组交换的特点分组的传输足够快，过网时延足够小，允许进行准实时通信。采用适应式路由选择法可以把网络的业务量均