1、1,第二章 数据通信基础,2.1 数据通信模型 2.2 数据通信的基本概念 2.3 调制技术和调制解调器 2.4 脉码调制 2.5 传输介质 2.6 通信的方式 2.7 多路复用 2.8 交换技术,2,模拟通信，数字通信，数据通信概念 信道和信道基本参数 信道连接和通信方式：单工，半/全双工 数据信息的编码方式,3,数据信息传输形式：基带，宽带 异步传输和同步传输 串行传输和并行传输 多路复用技术基本概念 电路交换与存储转发,4,2.1 数据通信系统概论,作用 组成：信源、传输信道、信宿,5,2.1 数据通信模型,数据通信：实现在计算机网络中任意两个节点A和B之间传递有用的信息,6,2.1 数
2、据通信模型,数据通信系统的组成： DTE（Data Terminal Equipment）：数据终端设备。主机、终端、通信控制机或其他发送接收设备 DCE（ Data Circuit- terminating Equipment ）：与传输介质直接相连的设备。MODEM、ACE DTE/DCE接口：指DTE和DCE之间如何有效的物理连接起来，实现它们之间传输信息的同步。输出输入电路、连接器和电缆 传输线路：双绞线、光纤、同轴电缆、无线通信等,7,2.2 数据通信的基本概念,一、物理信道连接与信息传输方向 1、物理信道连接 点到点 点到多点 集中式 2、信息传输方式,8,单工通信：单向传输。如广
3、播、电视 半双工：双方都可以发送或接收，但不能同时，即当一方发送时，另一方接收 全双工：双方同时可以发送和接收信息 全双工则需要两条信道,9,二、通信术语,1、信号是数据的表示形式，或称数据的电磁或电子编码。它使数据能以适当的形式在介质上传输,信号有模拟信号和数字信号两种基本形式 信道也有模拟信道和数字信道之分,10,2、模拟通信和数字通信,模拟信号通过模拟信道传输 数字信号通过数字信道传输,信号的衰减、畸变和干扰问题,11,2.2 数据通信的基本概念,信号：任何正常的周期的信号都可以分解为由无限个正弦波和余弦波的组合。（傅立叶级数的理论）,数字信号的矩形波（模拟信号）也可以表示为为由无限个正
4、弦波和余弦波的组合。,12,3、信道,信道是指信号传输的媒体及转换器 信道包括物理信道及逻辑信道 信道分类：按介质分：有线、无线等信号传输类型：模拟、数字信道使用权：专用、公用,13,信道参数和名称解释,数据传输速率、带宽 信号传播速率 载波频率 采样频率 量化 噪声、信噪比,14,数据传输速率,数据传输速率是指每秒能传输的二进制信息位数，位/秒S=1/T*log2N T为信号周期 信号传输速率B=1/T S=B* log2N,15,信道容量：Nyquist定理,在无噪声信道中，当带宽为H Hz，信号电平为V级，则： 数据传输速率 = 2Hlog2V b/s （信号电平为V级，在二进制中，仅为
5、0、1两级） 即：以每秒高于2H次的速率对线路采样是无意义的，因为高频分量已被滤波器虑掉无法再恢复。,16,Shannon定理,在噪声信道中，当带宽为H Hz，信噪比为S/N，则： 最大数据传输速率(b/s) = Hlog2(1+S/N) 很多情况下噪声用分贝(dB) 表示 噪声（dB）= 10log10S/N 如：噪声为30dB，则信噪比为S/N=1000,17,举例：噪声信道中的传输速率,在噪声信道中，当带宽为3k Hz，信噪比为30dB（较为真实的电话信道），则： 最大数据传输速率(b/s) = Hlog2(1+S/N) = 3000log2(1+1000) = 30000 (b/s)
6、最大数据传输速率为30k b/s，这是在噪声信道中的传输速率极限，实际上是不可能达到的,18,举例（续）,如需达到此传输速率，根据Nyquist定理计算： 30000 = 2 x 3000 x log2V log2V = 5 V = 32 即必须要把采样信号量化为32个等级，这在模拟电话信道中是不可能的，因为此时的信号变化已“ 湮没”在噪声中,19,2.2 数据通信的基本概念,4. 传输介质的有限带宽指传输介质的物理特性决定介质一般使得某一频率范围的信号容易通过，其他频率范围不容易通过（衰减很快）。,带宽：使信号容易通过的频率范围。（界于fa 和fb之间的频率范围）,分解信号的频率尽量分布在介
7、质的带宽内。,20,2.2 数据通信的基本概念,5. 基带传输与频带传输,基带传输： 基带：电信号所固有的频率。 基带传输：在信道中直接传输基带信号。即终端设备（计算机）必修先将计算机的数字信号（0、1信息）转为电信号，才能送到信道上进行传输。 频带传输 频带传输：在模拟信道上传输模拟信号，称为频带传输。采用同轴电缆作为传输介质，带宽很宽时（大于300MHz），称为宽带传输。,21,数据传输,数字数据的模拟传输 数字数据的数字传输 模拟数据的数字传输,22,数字数据的模拟传输,将数字数据调制成模拟信号进行传输。通常有三种方式： 1) 调幅ASK(Amplitude Shift Keying)
8、2) 调频FSK(Freequency Shift Keying) 3) 调相PSK(Phase Shift Keying),23,调幅ASK (Amplitude Shift Keying),用载波的两个不同的振幅来表示两个二进制值。 如用无信号表示0，有信号表示1。,24,调频FSK (Freequency Shift Keying),用载波附近的两个不同的频率来表示两个二进制值 如用信号频率为2f表示0，信号频率为f表示1。,25,调相PSK (Phase Shift Keying),用载波的相位移动来表示二进制值。如用信号相位角为0表示0，相位角为表示1,26,数字数据的调制举例,基带
9、信号 调幅调频调相,0 1 0 0 1 1 1 0 0,27,数字数据的数字传输,最普通的方法是用两个不同的电压值来表示两个二进制值0和1。 常用的数字信号编码有：,不归零编码 曼切斯特编码 差分曼切斯特编码。,28,不归零编码 NRZ （nonreturn-to zero）,正电平表示1，0电平表示0，并且在表示完一个码元后，电压无须回到0,29,曼切斯特编码 （manchester encoding）,bit中间有信号低-高跳变为0,bit中间有信号高-低跳变为1,30,差分曼彻斯特编码 （differential manchester encoding）,bit中间有信号跳变，bit与b
10、it之间也有相位跳变，表示下一个bit为0,bit中间有信号跳变， bit与bit之间无相位跳变，表示下一个bit为1,31,编码举例,bit流 二进制编码曼切斯特编码差分曼切斯特编码,bit与bit之间有跳变，下一个bit为0,bit与bit之间无跳变，下一个bit为1,32,模拟数据的数字传输,采用脉冲编码调制PCM技术 （Pulse Code Modulation） PCM以采样定理为基础,采样定理：如果在规定的时间间隔内，以有效信号f(t)最高频率的二倍或二倍以上的速率对该信号进行采样，则这些采样值中包含了全部原始信号信息,33,采样和量化,34,话音信道,话音数据的最高频率通常为34
11、00Hz。如果以8000Hz的采样频率对话音信号进行采样的话，则在采样值中包含了话音信号的完整特征。由此而还原出的话音是完全可理解和可识别的,35,话音信道的数据传输速率,对于每一个采样值还需要用一个二进制代码来表示，二进制代码的位数代表了采样值的量化精度。在主干上，对每一路话音信号通常采用8位二进制代码来表示一个采样值。这样，对话音信号进行PCM编码后所要求的数据传输速率为：,8 bit8000 次采样/秒64k b/s,36,基带传输,将数字信号0、1直接用两种不同的电压表示，然后送到线路上去传输。即数字传输,用于数字传输：局域网，50 ，通常传输距离为185 M（细缆）、500 M（粗缆
12、）,37,宽带传输,将基带信号进行调制后形成模拟信号，然后采用频分复用技术实现宽带传输,有线电视网：带宽可达300 MHz 450 MHz，由于以模拟信号传输，所以传输距离可达100 km 宽带系统可分为多个信道，所以模拟和数字信号可混合使用。但通常需解决数据双向传输的问题 在混合光缆HFC（Hybrid Fiber Coax）中，450 550MHZ是电视信号。550-750MHZ是数字信号,38,异步传输与同步传输,在数字数据通信中，一个最基本的要求是发送端和接收端之间以某种方式保持同步，只有保证了位同步才可能保证帧同步。所以接收端必须对它所接收的数据流中每一位进行正确的采样，才能确保数据
13、接收的正确性。为此，通信双方必须遵循同一通信规程，使用相同的同步方式进行数据传输。根据通信规程所定义的同步方式，可分为异步传输和同步传输两大类,39,异步传输,异步传输是以字符为单位的数据传输。每个字符都要附加1位起始位和1位停止位，以标记字符的开始和结束。此外，还要附加1位奇偶校验位,波特率 字符长度,奇偶校验 停止位长度,40,同步传输,同步传输是以数据块为单位的数据传输。每个数据块的头部和尾部都要附加1个或多个特殊的字符或比特序列，标记一个数据块的开始和结束 根据同步通信规程，同步传输又分为面向字符的同步传输和面向bit流的同步传输,41,面向字符的同步传输,在面向字符的同步传输中，每个
14、数据块的头部用一个或两个同步字符SYN来标记数据块的开始；尾部用另一个唯一的字符ETX来标记数据块的结束。其中，这些特殊字符的位模式与传输的任何普通字符都有显著的差别,典型的面向字符的同步通信规程是IBM公司的双同步通信规程BISYNC,42,面向位流的同步传输,在面向bit流的同步传输中，每个数据块的头部和尾部用一个或多个特殊的比特序列(如01111110)来标记数据块的开始和结束。数据块将作为bit流来处理，而不是作为字符流来处理,典型的面向位流的同步通信规程是高级数据链路控制（HDLC）规程和同步数据链路控制（SDLC）规程,43,透明传输,为了避免在数据流中出现标记块开始和结束的特殊位
15、模式，通常采用位插入的方法，即发送端总是检测所发送的数据流，每当出现连续的五个1后便插入一个0。接收端在接收数据流时，如果检测到连续五个1的序列，就检查其后的一位数据，若该位是0，则删除它；若该位为1，则表示数据块的结束，转入结束处理,44,串行通信和并行通信,串行通信：数据按位为单位以时间为序 并行通信：数据按字符为单位以时间为序,45,串行传输与并行传输,串行数据传输过程中数据是一位一位地在通信线上传输的，先由计算机内的发送设备将几位并行数据经并-串转换硬件转换成串行方式，再逐位经传输线到达接收站的设备中，并在接收端将数据从串行方式重新转换成并行方式，以供接收方使用。,46,串行传输与并行
16、传输,在并行传输方式中，一个码字的所有码元并排，同时传输。发送设备将这些数据位通过对应的数据线传送给接收设备，还可附加一位数据校验位。这样，每个码位需要一条电通路。接收设备可同时接收到这些数据，不需要做任何变换就可直接使用。,47,传输介质,传输介质是指通信中实际传送信息的载体。 计算机网络中采用的传输介质通常可以分为： 有线介质 无线介质每一种介质在带宽、吞吐量、传输延迟、尺寸、可扩展性以及成本和安装维护费用等方面都不相同，在实际使用中决定使用哪种传输介质时，必须综合考虑传输介质的多种特性，将联网需求与介质特性进行匹配。可以从物理描述、传输特性、连通性、地理范围、抗干扰性及价格方面描述。,4
17、8,有线介质,有线介质又称为约束类传输介质，是现代通信技术中最常用的且以有形线路作为传输媒体的传输介质，由于它传输信号的性能较好，而且既便宜又容易安装维护，所以主要适用于短距离通信和架设电缆比较容易的场合。 双绞线 同轴电缆 光纤光缆,49,双绞线（Twist）,双绞线是把两根相互绝缘的导线象螺纹一样绞在一起 双绞线是使用广泛的传输介质，即可传输模拟信号也可传输数字信号 双绞线使用RJ45接头连接计算机的网络适配器和集线器等通信设备， 双绞线分主要两类：无屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线(STP),50,双绞线,内导体芯线 绝缘 箔屏蔽 铜屏蔽 外套,双绞线由两条互相绝缘的铜线组成，其典型的粗
18、细为直径1mm。这两条线像螺纹一样拧在一起，这样可以减少邻近线对电气的干扰。（电话系统）,51,双绞线,双绞线是由不同颜色的4对8芯线组成，每两条按一定规则绞织在一起，成为一个芯线对。 传输特性：数字+模拟 地理范围：LAN 10M 100M 连通性：点到点，点到多点 抗干扰性：低频，双绞线高于同轴电缆 价格：最便宜,52,双绞线,它一般有屏蔽（Shielded Twisted-Pair: STP）与非屏蔽（Unshielded Twisted-Pair: UTP）双绞线之分，屏蔽的当然在电磁屏蔽性能方面比非屏蔽的要好些，但价格也要贵些。 双绞线按电气性能划分的话，通常分为：三类、四类、五类、
19、超五类、六类、七类双绞线等类型。,53,屏蔽双绞线 (STP),以箔屏蔽以减少 干扰和串音,54,非屏蔽双绞线 (UTP),3类：=16MHz 速率=10Mbps 5类：100MHz 100Mbps 双绞线外没有任何附加屏蔽,55,无屏蔽双绞线（UTP）分类,按EIA/TIA制定的布线标准，分5类UTP 1类线：可用于电话传输，但不适合数据传输。 2类线：可用于电话传输和最高为4Mbps的数据传输，包括4对双绞线 3类线：可用于最高为10Mbps的数据传输。通常用于10BaseT的以太网，包括4对双绞线 4类线：可用于16Mbps的令牌环网和大型以太网，包括4对双绞线。 5类线：可用于100M
20、bps的快速以太网，包括4对铜芯双绞线,超5类双绞线：可用于1000Mbps的千兆以太网,双绞线的特点：双绞线种类多，质量好的传输速率高，误码率低，质量差点的价格便宜，易于施工.一般误码率为106到108，传输速率为1Mbps。,56,同轴电缆（Cable）,同轴电缆是由一根空心的外圆柱形的导体围绕单根内实心导体构成的。 同轴电缆可用于长距离的电话网络、有线电视信号的传输通道以及计算机的局域网。 同轴电缆即可传输模拟信号也可传输数字信号。 基带同轴电缆和宽带同轴电缆,57,同轴电缆（Cable）,基带同轴电缆的阻抗是50，只用于数字信号。一般使用曼彻斯特编码，速率可达10Mbps，误码率107
21、到1011，常用于局域网和远距离电话系统。传输距离在几公里范围之内。 宽带同轴电缆的阻抗是75，带宽可达300到400MHz，即可传输模拟信号也可传输数字信号。使用频分多路复用技术。速率最高可达1000Mbps，常用于宽带局域网和有线电视系统。传输距离可达几十公里范围。,58,同轴电缆（Cable）,基带电缆：数字 宽带电缆：数字+模拟 连通性：点到点，点到多点 抗干扰性：高频时，同轴电缆双绞线 价格：稍贵,59,基带同轴电缆,基带同轴电缆按其直径大小可分为： 粗缆：全称为“粗同轴电缆”，简称为“AUI”，如下图左图所示。 细缆是指“细同轴电缆”，它的英文简称为“BNC”，细同轴电缆与粗同轴电
22、缆结构类似，只是直径细些，如下图右图所示的一条剥了皮的细同轴电缆。,60,同轴电缆（Cable）,5类常用于计算机的同轴电缆：RG-8、 RG-11、 RG-58A/U、 RG-59A/U、 RG- 62A/U,细缆和粗缆：,细缆，常用于10Base2以太网，电缆直径为0. 2 5英寸，在细缆山传输185米的范围不会失真，一般使用BNC的一系列连接器实现细缆和计算机适配器的连接。,粗缆，常用于10Base5以太网，电缆直径为0.5英寸，在粗缆山传输距离可达500米的范围，一般使用收发器、AUI电缆、DB-15连接器粗缆和计算机的连接。,同轴电缆的特点：带宽宽、误码率低、速率快不易弯曲、体积大、
23、比较重、不易布线 。,61,光纤,3、光导纤维（Fiber） 光纤由光纤芯、玻璃内包层、加强芯外包层及保护套组成。 光纤是利用光的全反射原理来实现传输的。 光纤只能单向传输信号，因此光缆中至少包含两条导芯，一个发送、一个接受。 单模光纤和多模光纤,单模光纤：导芯的直径小到只有一个光的波长，光就一直向前传播，即直线传播。一般使用激光作为光源，传播距离可达10km以上，频带宽，价格高，较难实现。,多模光纤：多个不同的光线在导芯里全反射。一般使用发光二极管作为光源。相比之下，传播距离、频带等性能不如单模光纤，但是价格低，容易实现。,62,光纤,物理特性,玻璃封套,塑料外套,玻璃内芯,单芯光缆,多芯光
24、缆,玻璃内芯,塑料外套,玻璃封套,外壳,63,光纤,连通性：点到点/点到多点 地理范围：6-8公里不用中继 抗干扰：不受电磁干扰或噪声的干扰 价格：最贵,64,2.5 传输介质,光纤的特点： 光纤频带宽，通信的容量大 光纤传输速率快，一般千兆的速率。 光纤传输衰减的少，传输的距离长。 光纤不受电磁波的干扰，电磁的绝缘型好，误码率低（1012） 光纤无串音干扰，不易被窃听或截取数据，保密性好。 光纤价格贵，发光器、光电转换设备、光连接设备价格都很贵。 叉接困难,65,无线传输介质,电磁波谱 微波 红外线 激光 卫星通信,66,无线电传输,特点：容易产生；距离长；衍射性好；任意方向 低频衍射性好，
25、但衰减快，1/r3 高频走直线，受雨影响 用户间存在干扰应用：广播（地面传输，电离层反射）；寻呼系统；无绳电话；,67,微波传输,l00 MHZ以上微波沿直线传播，通过抛物状天线把所有的能量集中于一小束，从而获得极高的信噪比，使发送设备和接收设备间通信不受串扰，但发射天线和接收天线必须精确地对准。光纤出现以前，微波是远距离电话传输系统的核心。 微波传输的载波频率为2GHZ40GHZ。频率越高，可同时传送的信息量越大。由于微波是沿直线传播的，故在地面的传播距离有限，因此隔一段距离就需要一个中继站。中继站接收前一个中继站送来的信号，经放大后再发送到下一个站，因此也可称为微波接力通信。,68,红外线
26、和毫米波,用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控 也可用于无线LAN缺点：不能穿透固体,69,光波传输,应用：在屋顶用激光连接两个建筑物的LAN 缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响,70,卫星通信,卫星通信是利用地球同步卫星作为中继来转发微波信号的一种特殊微波通信形式。卫星通信可以克服地面微波通信距离的限制，三个同步卫星可以覆盖地球上全部通信区域。,71,传输介质与信道,传输介质与信道是不同范畴的概念 传输介质是指传送信号的物理载体 信道则提供了传送某种信号所需的带宽，着重体现介质的逻辑特性 一个传输介质可能同时提供多个信道 一个信道也可能由多个传输介质级联而成,72,传输介质的选择,网络拓
27、扑结构 容量 可靠性 支持的数据特性 环境的影响,73,信道复用技术,无论是广域网还是局域网，都存在这样一个事实，即传输介质的带宽大于传输单一信号所需的带宽。为了有效地利用传输系统，通常采用多路复用（Multiplexing）技术以同时携带多路信号来高效率地使用传输介质。复用的目的就是将多路信号合并在同一信道上而互不影响，同时能在接收端彼此分离开来。 频分多路复用技术FDMA 时分多路复用技术TDMA 波分多路复用技术WDMA 码分多路复用技术CDMA,74,频分多路复用FDM,FDM是基于这样的前提：传输介质的可用带宽必须超过各路给定信号所需带宽的总和。如果将这几路信号中的每路信号都以不同的
28、载波频率进行调制，而且各路载波频率之间留有一定的间隔以使各路信号带宽不相互重叠，那么这些信号就可同时在介质上传输,75,频分多路复用FDMA,76,频分多路复用FDMA,频分多路复用技术将具有一定带宽的信道在逻辑上划分为n个较小带宽的子信道，选择n路信号，根据各自不同的调制器，对各路频率不同的载波进行调制，这种技术叫做频谱搬移技术。从而在每路子信道传输一路调制信号，达到信道复用的目的。为了使n路信号各不相干扰覆盖，在每路信号的频段之间增加防护频带，即是使各路子信道的带宽大于各路信号的带宽。在接收端，增加不同频段的接收滤波器，从而将各路信号恢复出来。,77,时分多路复用TDM,每个信号按时间先后
29、轮流交替地使用单一信道，那么，多个数字信号的传输便可在宏观上同时进行。对单一信道的交替使用可以按位、字节或块等为单位来进行,78,TDM图示,多路复用部件,通道D,多路复用部件,物理主干,通道C,通道B,通道A,79,TDM的同步和异步,时间片与输入装置一一对应，即同步 如某个时间片对应的装置无数据发送，则该时间片空闲 传输介质的传输速率不能低于各个输入信号的数据速率之和,同步TDM,80,同步TDM图示,81,TDM的同步和异步,时间片是按需动态分配的 时间片与输入装置之间没有对应关系，任何一个时间片都可以被用于传输任何一路输入信号 在传输的数据单元中必须包含有地址信息，以便寻址目的节点 传
30、输介质的传输速率只要不低于各个输入信号的平均数据速率即可 异步TDM又称为统计TDM（STDM）,异步TDM,82,异步TDM图示,通道D,物理主干,通道C,通道B,通道A,每个时间片传输的数据中必须包含地址域，即降低了有效数据的传输率,83,波分多路复用WDMA,波分多路复用类似于频分复用技术FDMA，是将 FDMA应用于全光纤网组成的通信系统中的一种复用技术，为了在同一时刻能进行多路传输，将信道的带宽划分为多个波段。WDMA将是计算机网络发展中今后的主要通信传输复用技术之。 在波分多路复用系统中，每个复用子信道分为两个通道控制通道和数据通道。控制通道主要目的是进行连接，数据通道主要是用于传
31、送数据帧。,84,码分多路复用CDMA,码分多路复用完全不同于 FDMA和TDMA，它允许所有站在同一时间使用整个信道进行数据传送，采用码型来区分各路信号。这是一种用于移动通信系统的新技术，笔记本电脑、个人数字助理PDA以及手提电脑HPC等移动计算机的联网通信将会大量用到这种技术。 在CDMA中，每个比特时间再分成m个码片，每个站分配一个唯一的M比特码序列。当某个站欲发送“1” 时，它在信道中发送它的码序列；当欲发送“0”时，就发送它的码序列的反码。,85,交换技术,电路交换（电话） 报文交换（电报） 分组交换,86,电路交换,电路交换（Circuit Switching）是数据通信的一种交换
32、方式，其原理与一般电话交换原理相同。数据通信中的电路交换方式是指两台计算机或数据终端在相互通信时使用一条实际物理链路，在通信过程中自始至终使用该链路进行信息传输，且不允许其他计算机或终端同时共享该链路的通信方式。 电路交换历史 电路交换通信过程 电路交换技术的优缺点,87,电路交换历史,在1878年就出现了第一个人工交换台； 机电式步进制交换机; 1926年出现了第一台纵横制交换机; 1965年5月，第一部程控电话交换机（美国贝尔系统的1号电子交换机）问世,88,电路交换通信过程,建立电路:在通信之前双方必须先建立电路连接，由请求通信的一方发出连接请求，沿途经过的中间结点负责建立电路连接，并向
33、前转发连接请求直至到达信宿，信宿响应请求后沿原路返回一个应答，请求通信方接收到应答后就建立一个连接。在电路建立之前，不能传输数据，已经建立的部分电路必须保留，不能用于其他的呼叫连接。,89,电路交换通信过程,传输数据：电路建立后，通信双方A和J独占电路进行通信，数据在传输过程中不需要进行路径选择，在每个中间结点上没有停留，直接向前传递，这种数据传输有最短的传输延迟，没有阻塞问题，除非有意外的线路或节点故障使电路中断，否则其穿过网络的时间只等于电信号在电路上的传输延迟。一般情况下，这种连接是全双工的，数据可以按照已建立的链路路径在两个方向上传输。 电路拆除：数据传输结束后，有通信的一方（A或J）
34、发出拆除电路的请求，拆除信号沿途经过的各个中间节点，一次拆除它所经过的电路连接，一直到目的站点。这样被拆除的信道空闲下来，可以被其他呼叫使用。,90,电路交换技术的优缺点,优点： 传输延迟小，唯一的延迟是物理信号的传播延迟； 一旦线路建立，便不会发生冲突。 缺点： 建立物理线路所需的时间比较长。 在电路交换系统中，物理线路的带宽是预先分配好的。对于已经预先分配好的线路，即使通信双方都没有数据要交换，线路带宽也不能为其他用户所使用，从而造成带宽的浪费。,91,报文交换,报文交换（message switching）又称为包交换。报文交换不事先建立物理电路，当发送方要发送数据时，只要把发送数据作为
35、整体交给中间交换设备，中间交换设备将报文进行存储，然后选择一条合适的空闲输出线将数据转发给下一个交换设备，如此循环往复直至将数据送到目的结点。采用这种技术的网络就是存储转发网络。,92,假设要把报文从结点A发送到结点J。A将J的地址附加到要发送的报文上，然后把它送到结点C，结点C收到报文后将它存储在缓冲区中，然后选择一条输出路径（发往结点F），并将它插入CF这条输出线路的队列中，等到这条线路空闲时就将它送往结点F，依此类推直至接收端。,93,报文交换优点,电路利用率高。由于报文可以分时共享两个节点之间的通道，所以对于相同的通信量来说，报文交换技术对电路的传输能力要求更低。 电路交换网中，当通信
36、量增加很大时，就不能接受新的呼叫。而在报文交换网中，通信量大时仍然可以接收报文，但传输延迟会增加。 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的地，而电路交换网很难做到。 报文交换网络可以进行速度和代码的转换。,94,分组交换,分组交换技术（Packet Switching）综合了报文交换和电路交换各自在速率和效率方面的优点，把两者的缺点减少到最小程度，是报文交换的一种改进。它将报文分成若干个分组，每个分组长度设置上限值，有限长度的分组使每个节点所需的存储空间减少，同时分组可以存储到内存中，提高交换速度。,95,结点A有三段数据报发送到结点J，它们以1-2-3的顺序发送到C。在分组1和2到来时，C
37、判断该数据包到E比到H和F的排队时间都更短，所以它将分组1和2排队在E上；分组3到来时，C判断到H的排队时间最短，于是将分组3排在H的队列上。相同目的地址的分组选择不同路径，则到达目的节点的顺序可能不同，如到达结点H的顺序是3-1-2，因此分组到达J后要重新按分组序号排序，以保证报文的有序接收。,96,分组交换技术的优缺点,分组的传输足够快，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把网络流量均匀地分配给整个网络，从而避免过长时延的出现，并可保证所有信道有较高的利用率。 传输可靠性高 在各节点中可以进行码速和码型变换 可通过复用技术对各路通信提供可靠服务，在容限范围内，随着传输路
38、数的增加，分组交换系统提供的服务质量是逐渐降低的。 分组交换网的节点机是在计算机基础上实现的，充分体现了数据通信与计算机技术相结合，这也是目前先进通信技术的一种发展趋势,97,三种交换技术的比较,98,电路交换,在数据传输前，必须建立一条端到端的通路，称为连接。其中可能穿越多个交换局，每个交换局都必须提供连接 一旦建立连接，整个通路将被独占，数据传输无额外延时 ，数据中毋需包含目的地址 线路的利用率较低 建立连接时间长，冲突概率高,99,报文交换,无论数据传输过程要跨越多少个交换局（通常是路由器），只要下一站不忙，该数据即送至下一站 数据的传输毋需建立连接，数据的传输是一站一站往下送，所以数据
39、中必须包含目的地址，采用存储-转发（store-forward）机制 线路的利用率较高 数据传输过程中，可能延时较大，且不可估计 由于报文大小不定，所以每个中间站点都必须有足够的缓存，通常采用硬盘作缓存,100,分组交换,与报文交换相似，只是将报文分为若干个定长的分组，每个分组为一个子报文 数据中必须包含目的地址 采用存储-转发机制 线路的利用率较高 由于报文大小固定，所以每个中间站点的缓存通常是内存 数据传输过程中，可能延时较大，且不可估计 接收分组和发送分组的顺序可能不一致 ，并且可能还需要重组,101,交换技术图示,102,电路交换和分组交换,计算机网络讨论的是电路交换和分组交换,电路交
40、换,在数据传输前，必须建立端到端的连接 一旦某个节点故障，必须重新建立连接 连接建立后，数据的传输没有额外的延时 数据中不必包含地址域，仅需较短的虚电路号 数据按序传输，但信道的使用率较低 适合传输大批量的数据，如流数据,103,电路交换和分组交换,分组交换,在数据传输前，不必建立端到端的连接 只要下一个节点空闲，则可传输 信道的使用率较高 数据的传输采用存储转发，延时不可估计 数据中必须包含地址域 接收到的分组不一定按序，可能还需重组 适合传输文本型数据,104,存储转发和直通,存储转发（Store-Forword）,直通（Cut-Through）,接收分组的同时校验其CRC，所以应将分组先存入缓存，如CRC校验正确则根据其目的地址进行路由，转发至适当的端口,接收分组时只检查其头部，一旦得到其目的地址，则立即进行路由，转发至适当的端口，头部后面的数据不进缓存，直接转发,
