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第2章点到点通信技术主讲人:施荣华教授博士生导师中南大学信息科学与工程学院shirh@mail.csu.edu.cn21点到点通信的基本问题2物理接口的内容与常用标准3帧同步与流量控制4差错控制技术5HDLC规程与PPP协议【本章要点】3【本章目标】•要求掌握点到点通信系统模型、物理接口内容、帧同步的方法、速度匹配规程、差错控制技术、HDLC、PPP协议。42.1通信系统模型2.1.1通信系统模型2.1.2数字信号的编码方法2.1.3信道的最大数据速率2.1.4物理传输媒体与带宽2.1.5传输技术52.1.1通信系统模型•点到点通信系统模型62.1.2信号•模拟信号–-随时间连续变化的物理量•数字信号--随时间离散变化（跳变）的物理量t(b)数字信号t(a)模拟信号72.1.3数字编码技术82.1.4数字调制技术9•根据载波信号要素的改变方式，数字数据的调制主要分为下面4种：幅移键控、频移键控、相移键控、正交调幅。（见P26-27)（1）幅移键控（AmplitudeShiftKeying，ASK）（2）频移键控（FrequencyShiftKeying，FSK）（3）相移键控（PhaseShiftKeying，PSK）（4）正交调幅（QuadratureAmplitudeModulation，QAM）2.1.4数字调制技术10问题：计算机系统通过MODEM传输信号的工作过程？112.1.5传输介质--------传输物理通路1．有线介质（1）双绞线RJ-11(2芯)--电话；RJ-45(8芯)-网络（2）同轴电缆RG-8,RG-58:50Ω基带(数字）;RG-59:75Ω宽带（模拟）（CATV)..（3）光纤–利用光脉冲（有-1；没有-0）2．无线介质（P30-31)（1）无线电短波通信（2）地面微波接力通信（3）红外线和激光（4）卫星通信122.1.6数据传输1.数据传输类型（1）基带传输（数字）和宽带传输（模拟）（2）并行传输（多线）和串行传输（单线）2．数据通信的同步技术（1）异步传输模式（单字符起止位同步）（2）同步传输模式（数据块-多字符SYN同步）3．数据传输方式（1）单工通信（2）半双工通信（3）全双工通信134．数据传输质量指标•衡量传输质量的指标有两个：有效性可靠性有效性是指在一定条件下，单位时间内所传输的信息量越多越好，即传输效率要高。可靠性是指数据信息传输的可靠程度。145.信道的最大数据速率•奈奎斯特公式给出了无热噪声（热噪声是指由于信道中分子热运动引起的噪声，这里假定没有热噪声）时信道带宽对最大数据速率的限制，具体为：C=2Hlog2L（b/s）H是信道的带宽（以Hz为单位），而L表示任何给定时刻数字信号可能取的离散值的个数。C则是该信道最大的数据速率。例如，若某信道带宽为4kHz，任何时刻数字信号可取0、1、2和3四种电平之一（即L＝4），则最大数据速率为：C=2*4000*log24=16000（b/s）。•香农公式进一步研究了受噪声（服从高斯分布）干扰的信道的情况：C=Hlog2(1+S/N)（b/s）S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。由于实际使用的信道，信噪比都要足够大，常用10log10（S/N）以及分贝（Decibel，记为dB）为单位来计量，在使用上述公式时要特别注意。例如，信噪比为30dB、带宽为4000Hz的信道最大的数据速率为：C=4000log2(1+1030/10)=4000*log21001=40000（b/s）。152.1.7多路复用技术1．频分多路复用多路复用器f1f2f3f1f2f3发送带宽f1f1f2f2f3f3多路复用器图1-23频分多路复用的原理图f1f1f2f2f3调制调制调制f3滤波滤波滤波解调解调解调162.时分多路复用（TimeDivisionMultiplexing，TDM）将多路信号按一定的时间间隔相间传送，以在一条传输线上实现“同时”传送多路信号。可用频段频率时间图2.28TDM子信道示意图ABCDABCDABCDABCD组成子信道A的时隙时分复用帧图2.29TDM原理2多路复用器MUX源1源2源3源4源5源6多路复用器MUX目标1目标2目标3目标4目标5目标634561234516173.波分多路复用波分多路复用（WaveDivisionMultiplexing，WDM）主要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频分复用。共享光纤棱镜光纤1光纤2光纤3光纤4图1-26波分多路复用棱镜184.码分多路复用（CodingDivisionMultiplexingAccess，CDMA）移动站1移动站2移动站k反向信道C1'C2'Ck'f'f前向信道C1C2Ck基站图1-27CDMA技术反向信道C1'C2'Ck'f'f前向信道C1C2Ck图1-28CDMA码分信道C3C3'192.2物理层接口2.2.1物理接口的内容2.2.2CCITTX·21（略见P39）2.2.3USB（略见P39-40）2.2.4RJ45202.2.1物理接口的内容物理接口—通信实体与传输介质的硬件连接接口•主要有四大部分(RS-232COM1COM2)：（1）功能特性：接口电路的名称和功能定义；（2）电气特性：接口电路的信号源侧和负载侧的电压值、阻抗值和等效电路等；（3）规程特性：接口电路间的相互关系、动作条件等；（4）机械特性：接口所用接线器的形状、尺寸和引线分配等212.2.4RJ45•定义(DTE/DCE)22颜色标志•RJ45型T568A线序网线插头各脚与网线颜色标志的对应关系依次是：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕。而右图T568B线序依次是：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕。23T568A•T568A线序这种接法用于网络设备需要交叉互连的场合，所谓交叉是指网线的一端和另一端与RJ45网线插头的接法不同，一端按T568A线序接，另一端按T568B线序接，即有几根网线在另一端是先做了交叉才接到RJ45插头上去的，适用的具体场合有：（1）计算机与计算机连接，称对等网连接，即两台电脑之间只通过一条网线连接就可以互相传递数据；（2）集线器与集线器连接；（3）交换机与交换机连接。24T568B•T568B线序应用于两种场合，一是直连线互连（也称直通线，平行线），网线的两端均按T568B接。例如，PC与ADSLMODEM的连接；ADSLMODEM与ADSL路由器的WAN口的连接，PC与ADSL路由器的LAN口的连接；PC与集线器或交换机的连接。另一种是交叉互连（交叉线）网线的一端按T568B接，另一端按T568A接。252.3帧同步与流量控制2.3.1信息包和帧的概念2.3.2帧同步2.3.3速度匹配（流控制）规程2.3.3流量控制2.3.4链路管理262.3.1信息包和帧的概念•在进行报文传送时，要对较长的报文分成多个段，在每段上要加上一定的报头信息，指明该段的源地和目的地，它是属于那个报文，是该报文的第几段，是否是报文的首段或最后一段等，这样的报文段称为报文包或报文分组（packet），它是在计算机间进行通信传送的最小传送单位。在计算机间传送这些包时，为了进行差错控制，还要加上一层“封皮”这就构成帧（Frame），这层封皮分头尾两部分，并把包的内容放在中间，当一个帧从源点传送到目的点时，则帧的头尾被拆除，将包中的内容按报文段编号顺序组成原来的报文送交接收计算机进行处理。272.3.2帧同步•帧同步指的是接收方应当能从接收到的二进制比特流中区分出帧的起始与终止。•常用的帧同步方法有：.使用字符填充的首尾定界符法（转义字符DLE).使用比特填充的首尾标志法(0插入技术--帧标志“01111110”）.违例编码法（违例编码--帧头、尾；高、低电平4种组合）.字节计数法(特殊字段加字节数）282.3.3流量控制规程（l）目的设备向源设备发出其已准备就绪等待接收的信号。（2）源设备收到目的设备已准备就绪的信号后就可按预定速率向目的设备连续发送字符。（3）当目的设备感觉到已应付不了所接收到的字符时，就向源设备发出尚未准备就绪的信号。（4）源设备收到目的设备的尚未就绪信号后，立即停止向目的设备发送字符。（5）当目的设备感觉到有能力继续接收字符时，就又向源设备发出其已准备就绪的信号。（6）源设备收到目的设备的准备就绪信号后，又继续按规定速率向目的设备发送字符。292.3.4速度匹配控制技术速度匹配控制技术主要有三种:（1）XON／XOFF控制字符方法（缓冲器控制)。（2）ETX／ACK控制字符方法(数据块确认）。（3）反向通道信号方法（有一根专线）。这三种速度匹配控制技术，按照使用的普遍程度的顺序列表：XON／XOFF方法是最普遍的，而反向通道技术是使用得最不普遍的302.4差错控制技术1．差错概念--发接不一致2．差错控制的基本方法（1）“回声”法（2）“表决”法（3）ARQ(AutomaticRepeatreQuest)方法根据发送方发送报文方式的不同，ARQ协议可以分为：停等ARQ协议（Stop-and-WaitARQ）、后退N帧ARQ协议（Go-backNARQ）、选择性重传ARQ协议（SelectiveRepeatARQ）。（4）FEC(ForwardErrorCorrection)方法（5）HEC(HybridErrorCorrection)方法313．差错控制编码差错控制编码方法:（1）奇偶校验（2）方块校验（3）循环冗余校验（4）海明码322.5.1数据链路层协议的分类2.5.2HDLC规程2.5.3PPP2.5数据链路层协议332.5.1据链路层协议的分类•数据链路层协议可分为两类:异步协议--字符起始同步同步协议两类。--字符块时钟同步34X.25的第二层采用ISO的HDLC中规定的术语及可选部分一个子集，并且有自己的特色。HDLC规程的内容:规程类型、帧结构和规程要素。•HDLC规程类型HDLC规程类型规定了多种数据链路的结构及操作方式。可分为各种子集，它们与站点类型、链路结构和响应模式有关。2.5.2HDLC规程35站类型--主站/次站/复合站•主站的主要功能是启动数据链路，控制来自各次站以及到各次站的数据流，克服无法由重发解决的系统差错，当需要时在逻辑上拆除次站的连接。•次站是服从于主站的，一般讲它是被动的，功能也较少，价格较主站便宜。•复合站具有主站和次站二者的功能，也称组合站。36HDLC数据链路结构—三种(1)不平衡型结构有一个主站和一个或多个次站接至一条链路。(2)对称型结构实际上是两个独立点对点不平衡结构在一条链路上合并而成，在数据链路的每一端都有两个分开的主站和次站。(3)平衡型结构由两个复合站点对点连结构成。37HDLC操作方式---主站与次站间的关系用操作方式描述HDLC有三种操作方式:正常响应方式（NRM）--主站轮询次站-发异步响应方式（ARM）--次站被轮询-发异步平衡方式（ABM）--复合站-同等发38操作方式(续)•正常响应方式适用于点对点与多点场合，特别是多点场合。--当次站被主站轮询后次站才能发送，次站传输结束或发送顺序号达到最大值时，在这最后帧上的P/F比特置“1”，以表示传输结束或要求再次轮询。39操作方式(续)•异步响应方式允许次站未被轮询就可发送信息.--通常它用于有一个主站和一个次站的点对点场合。--它也可用于多点情况，即有一个主站及多个次站场合，但工作时只允许一个次站接上线路，而其它次站暂处于离线状态，以免影响正常工作的进行。40操作方式(续)•异步平衡方式提供通信双方有同等数据传送能力，每一方都为主／次站复合体，即复合站，任何一方无须征得对方允许（在链路已建立后）便可开始传送数据，并且都具有对数据链路的控制能力。它只适用于点对点情况，特别是计算机-计算机情况41HDLC规程类型-三种由三种操作模式NRM、ARM、ABM定义三种应的规程类型:•非平衡正常类型（UNC）•非平衡异步类型（UAC）•平衡异步类型（BAC，也称异步平衡类型）。定义规程类型的目的是组织和指导HDLC的应用