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第2章计算机网络技术基础目录2.1数据通信基本概念2.2数据编码技术与时钟同步2.3数据交换技术2.5差错控制方法2.6同步数字网络SDH2.2.3模拟数据的数字信号编码模拟数据转换成数字数据，需要进行数字信号编码。常用方法是脉码调制PCM。是一种模/数转换技术，它是美国物理学家里弗斯于1937年提出。原理：以采样定理为基础，若对连续变化的模拟信号进行周期性采样，只要采样频率大于等于有效信号最高频率或其带宽的两倍，则采样值便可包含原始信号的全部信息。脉码调制PCM脉码调制的过程包括：采样、量化、编码三个步骤。1.采样，以采样频率Fs（Fs≧Fmax）把模拟信号的值采出；2.量化，使连续模拟信号变为时间轴上的离散值，也就是分级的过程，把采样的值按量级取整，得到一个个不连续的值。3.编码，将离散值编成一定位数的二进制数值。图中是8个量化等级，故取3位二进制编码就可以了。传输和接收在发送端经过PCM之后，可将模拟信号转换成二进制脉冲序列，然后通过信道进行传输。在接收端，先进行译码，将二进制的数码转换成原来的模拟信号的幅度不等的量化脉冲，然后再经过滤波，就可使幅度不同的量化脉冲还原成原来的模拟信号。数据传输速率根据原始信号的带宽，可以估算出脉码调制的数码脉冲速度。如果语音数据限于4000Hz以下的频率，那么每秒钟8000次的采样可以满足完整地表示语音信号的特征。使用7位二进制表示每次采样的话，就允许有128个量化级，这就意味着，仅仅是语音信号就需要有每秒钟8000次采样×每次采样7位=56000bps(即56kbps)的数据传输速率。练习在带宽为1000KHz的图像电话中，若其量化级个数为8，则数据传输速率为（）。A.2000KbpsB.4000KbpsC.6000Kbps解：信道带宽为1000KHz，则最低的采样次数为2000K。已知量化级个数为8，则每次采样需用3位二进制值来表示。所以，数据传输速率=2000K*3=6000Kbps2.2.4多路复用技术数据通信系统中，由于通信的需求快速增加，而铺设管线的成本很高。为了有效利用通信线路，需要一条信道同时传输多路信号，这就是复用技术。常用的复用技术包括：频分复用、时分复用、码分复用和波分复用。1.频分复用频分复用(FDM，FrequencyDivisionMultiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输一路信号。（形象理解：纵切）频分复用频分复用中，多路原始信号在频分复用之前，先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，使信号的带宽互不重叠，这可通过采用不同的载波频率进行调制来实现。频分复用为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离频带，这样就保证了各路信号互不干扰。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和。为什么？频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作。2.时分复用时分复用（TDM）：将一条物理信道按时间分成若干个时间片(时隙)。（形象理解：横切）每一个时间片(时隙)由复用的一个信号占用，多个时间片可以轮流分配给多个信号使用，实现了一条物理信道上传输多路数字信号的目的。假设每个输入的数据比特率是9.6kbit/s,线路的最大比特率为76.8kbit/s，则可传输8路信号。时分复用时分复用中每一路信号传输都使用信道的全部带宽，但只能使用其中某个时隙。静态时分复用中，多个数据终端的信号分别在预定的时隙内传输，其分配关系固定，周期性使用，收发双方保持同步，又称同步时分复用。同步时分复用中，若无数据传输时，对应时隙空闲。在异步时分复用中，允许动态分配传输信道的时间片。时分复用静态时分复用时高速传输介质容量等于各个低速终端数据速率之和。动态时分复用中，用户数据传输速率之和可以大于高速线路传输容量。复用技术和PCM的综合运用T1系统，将24路采样声音信道复用一个通道。24路信道轮流将编码后的8位数字信号组成帧，其中7位是数据，第8位是控制信号，每帧除了24*8=192位，之外再附加一个帧同步位。这样一个帧有193位，每一个帧用125μs的时间传递，因此T1系统的传输速率为1.544Mbps类似，E1系统的传输速率为2.048Mbps3.波分复用波分复用就是光的频分复用，即在一根光纤上传输多路光载波信号。波分复用技术可以进一步提高光纤的传输容量，满足通信需求量的迅速增长和多媒体通信。密集波分复用（DWDM）是一种支持巨大数量信道的系统。4.码分复用码分复用是蜂窝式数字移动通信中迅速发展的一种信号处理方式。每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。每个站被指派一个惟一的mbit码片序列。每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交。2.3数据交换技术计算机网络中，任意两台计算机之间的通信，不可能通过两两相连的方式进行。因此数据传输必须通过中间节点逐渐传输到接收端。这些中间节点并不关心所传输的内容，只是提供一种交换功能。由此诞生了交换网络。教材P28图2-15数据交换技术数据交换技术可分为三种：电路交换报文交换分组交换2.3.1电路交换电话交换网是使用电路交换技术的典型例子。为了通信，在收发方之间需要先建立一条专用的电路。电路交换整个电路交换的过程包括建立电路、维持电路并进行数据传输和拆除电路三个阶段类似打电话！电路交换的优点连接建立后，通路是专用的。没有传输延迟，适合于传输大量、连续的数据。结点交换设备简单。电路交换的缺点在传输少量信息时效率不高，在电路空闲时信道的容量被浪费。灵活性差、兼容性差。使用电路交换，通信双方必须完全兼容，包括:传输速率、信息格式、编码类型、同步方式、通信协议等。2.报文交换有些场合下，端点之间交换的数据时随机性和突发性的。此时如果使用电路交换技术，就会曝露出电路交换的缺点—信道容量有限、有效时间的浪费。为改变电路交换中不同类型终端不能通信、线路利用率低的缺点，推出了报文交换技术。报文交换收发端之间不再建立专用链路以报文为传输单位，报文长度不限报文为源端要发送的数据块，其中附加地址、校验、控制信息。中间节点采用存储转发方式转发报文。节点中报文处理过程：报文存储－差错控制－路由选择－排队等待－报文转发。报文交换报文交换的优点线路利用率高，不独占线路，可分时使多个共享线路。不需要建立连接，可随时发送报文可采用优先级管理，不同级别用户可得到不同级别的服务。电子邮件系统适合采用报文交换方式。报文交换的缺点需要高性能的交换机：处理能力强、存储容量大节点处理延时大，不适合传输交互和实时信息。交换设备繁忙时会丢弃报文。3.分组交换是对报文交换和电路交换的改进。将报文分成若干个分组，分组格式统一，便于交换设备存储、分析和处理分组的长度为64－1024字节，信息交换速度快，减轻了中间节点存储负担线路利用率高，数据链路可由许多分组动态共享。分组交换面向连接的服务：交换数据前先建立连接，传输后释放连接。可靠性好。适用技术：虚电路面向无连接的服务：无需建立连接，随时发送。可靠性差。适用技术：数据报(1)虚电路分组交换虚电路:发送端和接收端之间建立的一种逻辑连接，一条虚拟的电路。一条数据链路可划分出多条虚电路，它们可以同时使用这条共享的电路。通信前，两端先建立一条虚电路/虚连接。数据分组延着虚电路传递，顺序使用之间的数据链路。每个分组除了包含数据之外还包含一个虚电路标识符，用来指引发送方向一个站点在任何时刻都能与另一个站点建立多条虚电路为多个进程服务。虚电路的工作过程虚电路的优点虚电路建立后,分组传送无需路由选择，交换速度快.各分组沿同一路径按顺序到达，无需重新组合.每个分组可以只含虚电路号，省去IP地址信息。虚电路的缺点呼叫建立时有一定的延时。节点还有其它延时：差错控制、排队等待等。灵活性差，当某节点故障，所有经过该节点的虚电路都遭破坏。虚电路的分类永久虚电路(PVC)：各节点上的虚电路表长期保存，无需每次通信前都先建立连接。适于两点间有经常性、大量业务的情况。交换虚电路(SVC)：在通信双方之间的线路上建立临时的、动态的虚电路。一旦通信会话完成，便取消此虚电路。(2)数据报分组交换各分组自带地址信息，单独传送，分别沿不同的路径传输。这种独立的分组也叫数据报。由于各数据报所走的路径不一定相同，因此不能保证各个数据报按顺序到达目的地，有的数据报甚至会中途丢失.数据报分组交换的优点没有呼叫建立的延时。在分组数量不多情况下比虚电路灵活。某节点出现故障时，可另择其他路径。数据报分组交换的缺点分组在中间节点上有延时各分组到达目的地之后需要重组各分组自带IP信息，增加了开销思考题从HS到HD可以建立哪几条虚电路？S-B-TS-C-D-TS-A-TS-C-B-D-TS-A-B-TS-C-D-B-A-TS-A-B-D-TS-D-B-D-TS-A-B-C-D-TSBCDTSBATSCDBTSBDTSCBT