通信网第三章(广域数据网络1)

通信网基础,南京邮电大学 通信与信息工程学院 张颖,2018/10/16,2,第3章 广域数据网络,数据通信的基本概念 数据链路控制与协议 数据子网提供的服务 路由选择 拥塞控制 X.25分组交换网 帧中继网,2018/10/16,3,数据通信系统的模型,调制解调器,PC 机,公用电话网,调制解调器,数字比特流,数字比特流,模拟信号,模拟信号,正文,正文,PC 机,2018/10/16,4,数字通信和数据通信,模拟通信与数字通信 模拟通信 用模拟信号传递信号的方式 数字通信 用数字信号传递信号的方式 数字通信与数据通信 数字通信 信源发出的是模拟信号 数据通信 信源发出的是数字信号,2018/10/16,5,DTE与DCE,DTE (Data Terminal Equipment) 是数据终端设备，是具有一定的数据处理能力和发送、接收数据能力的设备。 DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是数据电路终接设备，它在 DTE 和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。,2018/10/16,6,DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连,DTE,DCE,DCE,串行比特传输,信号线与控制线,用户环境,通信环境,用户设施,通信设施,DTE,信号线与控制线,用户设施,用户环境,2018/10/16,7,两个 DTE 通过 DCE 进行通信的例子,EIA-232/ V.24接口,调制解调器,DTE-A,DTE-B,DCE-A,DCE-B,EIA-232/ V.24接口,调制解调器,网 络,2018/10/16,8,信道,模拟信道 允许通过取值连续的模拟信号。 数字信道 只允许通过取值离散的数字信号。 有线信道 以有形的线路为传输媒质的信道。 无线信道 以自由空间为传输媒质的信道。,2018/10/16,9,信道技术指标,带宽 (bandwidth) 本来是指信号具有的频带宽度，即信道能传送的信号的频率范围，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。 现在“带宽”是数字信道所能传送的“最高数据率”的同义语，单位是“比特每秒”，或 b/s (bit/s)。 更常用的带宽单位是 千比每秒，即 kb/s （103 b/s） 兆比每秒，即 Mb/s（106 b/s） 吉比每秒，即 Gb/s（109 b/s） 太比每秒，即 Tb/s（1012 b/s）,2018/10/16,10,带宽,带宽就像管道的宽度,2018/10/16,11,带宽,带宽就像高速公路上车道的数目,2018/10/16,12,2018/10/16,13,模拟信道的频带宽度,带宽：带宽是某个信号具有的频带宽度，可以看成是硬件所能发出的最快的连续振荡，也就是硬件改变信号的最大速率，带宽用赫兹Hz衡量。 带宽 = 高频-低频例: 电话线设计的信号传输的频率范围是300Hz 4000Hz ,则其带宽是 4000Hz -300Hz=3700Hz,2018/10/16,14,数字信号随时间的变化,数字信道传输数字信号的速率称为数据率或比特率，带宽的单位是比特每秒（bps 即bit/s），即通信线路每秒所传输的比特数。,2018/10/16,15,数字信号流随时间的变化,在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。,2018/10/16,16,信道技术指标,信道容量 信道上能够传送信息的最大速率。 模拟信道 香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。 信道的极限信息传输速率 C C = W log2(1+S/N) b/s W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； S 为信道内所传信号的平均功率； N 为信道内部的高斯噪声功率。,2018/10/16,17,信道技术指标,信道容量 数字信道 奈奎斯特准则：带宽为B的信道，所能传送的信号最高码元速率为2B波特。 数据传输速率 波特率 每秒传送的码元数。 吞吐量 单位时间内信道上成功传输的信息量。 信道利用率 吞吐量/最大数据传输速率,2018/10/16,18,信道技术指标,时延 抖动 时延之间的差值 差错率 比特差错率 码元差错率 分组差错率,2018/10/16,19,时延,2018/10/16,20,时延(delay 或 latency),发送时延（传输时延 ） 发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。即从数据块的第一个比特开始发送算起，到最后一个比特发完所需时间。 信道带宽 数据在信道上的发送速率。常称为数据在信道上的传输速率。,2018/10/16,21,时延(delay 或 latency),传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 电磁波在自由空间的传播速率是光速，在光纤中的传播速率约为2.0×105 km/s,如1000km长的光纤产生的传播时延约为5ms。 比特从链路的起点到链路终点所需要的时间。 信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。,2018/10/16,22,时延(delay 或 latency),处理时延 交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。 结点缓存队列中分组排队所经历的时延是处理时延中的重要组成部分。 处理时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。 有时可用排队时延作为处理时延。,2018/10/16,23,时延(delay 或 latency),数据经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和：,总时延 = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延,2018/10/16,24,三种时延所产生的地方,1 0 1 1 0 0 1,发送器,队列,结点 B,结点 A,数据,从结点 A 向结点 B 发送数据,链路,2018/10/16,25,容易产生的错误概念,对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。 提高链路带宽减小了数据的发送时延。,2018/10/16,26,信道技术指标,有一条带宽是3000HZ的信道，最大传输速率可达30kbit/s，实际使用的数据传输速率为28.8kbit/s,传输信号的波特率为2400baud，它的吞吐量为14kbit/s，所以信道利用率约等于50，时延约为100ms，由于环境稳定，所以抖动很小，可以忽略不计。,2018/10/16,27,通信方向,单向通信（单工通信）只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。 双向交替通信（半双工通信）通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。 双向同时通信（全双工通信）通信的双方可以同时发送和接收信息。,2018/10/16,28,串行传输与并行传输,2018/10/16,29,基带传输与频带传输,基带传输 直接传输未经载波调制的数字基带信号。频带传输 利用给定线路中的频带进行传输。,2018/10/16,30,同步传输与异步传输,异步传输：基于字符同步特点： 字符内部的各个比特采用固定的时间模式，每个字符独立传输， 字符之间间隔任意，用独特的起始位和终止位来限定每个字符。传输效率较低。,2018/10/16,31,同步传输与异步传输,同步传输：基于数据块同步 以多个字符或者多个比特组合成的数据块（帧）为单位进行传输， 利用独特的同步模式来限定数据块，达到同步接收的目的 发送：同步符号（起始字符）数据块同步符号（结束字符） 接收：遇到同步符号，开始接收数据，直到结束符号为止。 同步符号：标识数据块的开始和结束可能问题：假同步现象数据块中含有与同步符号相同的内容 解决方法：增加匹配同步符号的难度,SYN,SYN,G,H, ,B,A,SYN,D,E,SYN,SYN 传输方向,2018/10/16,32,信道复用方式,频分复用 所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。 时分复用 所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。 码分复用 不同的用户用不同的地址码区分。 波分复用 在一根光纤上同时传送多个波长的光信号。,2018/10/16,33,频分复用,频率,时间,频率 1,频率 2,频率 3,频率 4,频率 5,2018/10/16,34,时分复用,频率,时间,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,2018/10/16,35,时分复用,频率,时间,C,D,C,D,C,D,A,A,A,A,C,D,2018/10/16,36,时分复用,频率,时间,B,D,B,D,B,D,A,A,A,A,B,D,2018/10/16,37,时分复用,频率,时间,B,C,B,C,B,C,A,A,A,A,B,C,2018/10/16,38,时分复用可能会造成 线路资源的浪费,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 个时分复用帧,#1,a,c,b,c,d,时分复用,#2,#3,#4,用户,2018/10/16,39,统计时分复用 STDM,用户,A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 个 STDM 帧,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,统计时分复用,2018/10/16,40,1550 nm 0 1551 nm 11552 nm 21553 nm 31554 nm 41555 nm 51556 nm 61557 nm 7,0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm,波分复用 WDM,波分复用就是光的频分复用。,8 2.5 Gb/s 1310 nm,20 Gb/s,复 用 器,分 用 器,EDFA,120 km,2018/10/16,41,码分复用 CDM,常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。,2018/10/16,42,数据交换方式,电路交换 电路交换必定是面向连接的。 电路交换的三个阶段： 建立连接 通信 释放连接 报文交换 基本的报文交换动作是存储报文、分析报文中的收报人地址和报文转发。 有多个报文送往同一地点时，要排队按顺序发送。 报文传送中有检错和纠错措施。 分组交换 把报文分解成统一长度的分组，进行交换和传输。,2018/10/16,43,报文,分组交换的原理（一）,在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段。,2018/10/16,44,数 据,数 据,数 据,分组交换的原理（二）,每一个数据段前面添加上首部构成分组。,首部,首部,首部,请注意：现在左边是“前面”,2018/10/16,45,分组交换的原理（三）,分组交换网以“分组”作为数据传输单元。 依次把各分组发送到接收端（假定接收端在左边）。,