1、 WORD 信道復用技術圖解Ø提出信道（多路）復用技術的基本原因Ø通信線路的架設費用較高，需要盡可能地充分使用每個信道的容量，盡可能不重復建設通信線路；Ø一個物理信道（傳輸介質）所具有的通信容量往往大于單個通信過程所需要的容量要求，如果一個物理信道僅僅為一個通信過程服務，必然會造成信道容量資源的浪費。Ø信道（多路）復用技術實現的基本原理把一個物理信道按一定的機制劃分為多個互不干擾互不影響的邏輯信道，每個邏輯信道各自為一個通信過程服務，每個邏輯信道均占用物理信道的一部分通信容量。 Ø實現信道多路復用技術的關鍵Ø發送端如何把多個

2、不同通信過程的數據（信號）合成在一起送到信道上一并傳輸Ø接收端如何把從信道上收到的復合信號中分離出屬于不同通信過程的信號（數據）Ø實現多路復用技術的核心設備Ø多路復用器（Multiplexer）：在發送端根據某種約定的規則把多個低速（低帶寬）的信號合成一個高速（高帶寬）的信號； Ø多路分配器（Demultiplexer）：在接收端根據同一規劃把高速信號分解成多個低速信號。 多路復用器和多路分配器統稱為多路器（MUX）：在半雙工和全雙工通信系統中，參與多路復用的通信設備通過一定的接口連接到多路器上，利用多路器中的復用器和分配器實現數據的發送和接收。信道復用

3、技術的類型：FDM技術： Ø頻分多路復用（FDM：Frequency Division Multiplexing）技術的適用領域Ø采用頻帶傳輸技術的模擬通信系統，如：廣播電視系統、有線電視系統、載波通信系統等；ØFDM技術的基本原理Ø把物理信道的整個帶寬按一定的原則劃分為多個子頻帶，每個子頻帶用作一個邏輯信道傳輸一路數據信號，為避免相鄰子頻帶之間的相互串擾影響，一般在兩個相鄰的子頻帶之間流出一部分空白頻帶（保護頻帶）；每個子頻帶的中心頻率用作載波頻率，使用一定的調制技術把需要傳輸的信號調制到指定的子頻帶載波中，再把所有調制過的信號合成在一起進行

4、傳輸。接收端各路信號的區分：依賴于載波中心頻率。TDM技術： Ø時分多路復用（TDM：Time Division Multiplexing）技術的適用領域Ø采用基帶傳輸的數字通信系統，如計算機網絡系統、現代移動通信系統等；ØTDM技術的基本原理Ø由于基帶傳輸系統采用串行傳輸的方法傳輸數字信號，不能在帶寬上劃分。 ØTDM技術在信道使用時間上進行劃分，按一定原則把信道連續使用時間劃分為一個個很小的時間片，把各個時間片分配給不同的通信過程使用；由于時間片的劃分一般較短暫，可以想象成把整個物理信道劃分成了多個邏輯信道交給各個不同的通信過程來

5、使用，相互之間沒有任何影響，相鄰時間片之間沒有重疊，一般也無須隔離，信道利用率更高。STDMATDMWDM技術： Ø波分多路復用（WDM：Wave Division Multiplexing）技術的適用領域Ø使用光纖傳輸介質的光信號通信系統；ØWDM技術的基本原理Ø類似于FDM，采用波長分割技術實現多路復用，實現時采用光學系統的衍射光柵原理進行不同波長的光波信號的合成與分解，這是光通訊網絡的基本核心技術。接收端各路信號的區分：依賴于光信號的波長（頻率）。  看透電路交換技術 Ø電路交換（ Circuit Excha

6、nge）又稱線路交換，是最古老而原始的數據交換技術，主要運用于傳統的通信系統。Ø電路交換技術的基本原理Ø通信雙方在數據傳輸與交換之前必須在通信子網中建立一條實際的物理電路，該電路是由通信雙方節點與通信子網中連接這兩個節點的一系列中間交換節點之間的一系列連接序列共同組成的。Ø通信雙方之間的電路一旦建立成功便交給這兩個節點獨占使用以實施數據的傳輸與交換工作，直到一次通信過程結束才能結束這種獨占狀態。這是一種典型的“面向連接”的通信模式。 Ø、電路建立階段Ø為數據傳輸建立一條“獨占”的物理連接通路。呼叫方發出請求，交換系統根據地址和一定的路

7、由算法確立連接經過的中間節點，被叫方應答；Ø、數據傳輸階段Ø獨占使用的連接成為數據傳輸的信道，通信雙方可采用一定的通信模式實施數據的傳輸。 Ø數據在經過中間交換節點時不作任何處理而是直接送達目的節點，即中間交換節點不參與數據傳輸階段的任何工作，這個階段它唯一的工作就是維持連接的有效性，保證數據傳輸信道的暢通。Ø、電路釋放階段Ø數據傳輸結束后，發送方向接收方發出釋放連接的請求，在收到所有數據后，接收方收到釋放請求即向對方發出應答信號，電路連接隨即釋放。Ø釋放電路的目的：為其他通信過程提供建立電路連接的可能性，提高整個通信系統的效率。&#

8、216;連接一旦釋放就代表一次通信過程的結束，如通信雙方需要再一次通信，則必須重新建立連接重復三個階段工作，由于網絡的復雜性等因素可能導致兩次建立的連接所經過的路線不完全一樣，這并不會影響通信過程的進行，而且通信雙方也無須知道這個情況。  電路交換的技術特點： Ø、物理電路連接的建立通過網絡中的中間交換節點完成，這些交換節點設備往往由機械或電子式的開關矩陣構成，接通某個開關就形成一個鏈路，打開就釋放某個鏈路，鏈路開關的控制可以用手工方式也可用軟件方式實現；Ø、物理電路連接一旦建立成功就被獨占使用直到被釋放，即使通信過程中沒有數據傳輸或交換數據量很小，整個

9、系統的利用率較低； Ø、各個中間交換節點僅參與連接的建立、釋放與維持工作，對通信過程中傳輸的任何數據不做任何處理，不存儲數據，不改變數據，也不做差錯檢測；Ø、由于獨占信道實施通信，可大幅度提高數據傳輸性能，通信可靠性較高，不會產生沖突，無須差錯控制，適用于實時數據通信或交互性較強的通信系統中，又由于每次通信需要“漫長的”建立和釋放連接，不適用于突發性較高的通信系統； Ø、電路連接的建立和釋放需要一定的時間，因而會產生延遲，有時可能有數秒的延遲，但連接一旦建立成功在數據傳輸的過程中，由于中間節點不做數據處理，因此不會產生額外的延遲，系統實時響應能力較強； Ø

10、;、電路交換是面向（物理）連接的數據交換技術，線路利用率較低，通信系統總體效率不高，適用于低帶寬模擬通信系統。從電路交換技術到存儲轉發交換技術存儲轉發交換技術在傳統電路交換技術的基礎上提出了新的理念： Ø在存儲轉發交換網絡中，數據在傳輸過程中要通過中間交換節點進行動態的路由選擇，為此須在所傳輸的數據中加入必要的控制信息作為路由選擇依據，這些控制信息中一般包含通信雙方的網絡地址，路由選擇根據信宿的網絡地址實現，而差錯控制等需要信源的網絡地址；Ø在電路交換技術中，通信控制信息僅在電路連接的建立與釋放階段使用，在數據傳輸階段是不需要任何控制信息。電路交換技術的通信過程主

11、要由通信雙方節點實施，中間節點僅負責建立、維護與釋放通信使用的信道連接，而存儲轉發交換技術中，不僅通信雙方的節點要積極參與通信的整個過程，而且中間交換節點（組成通信路徑的節點）也要參與整個通信過程。 Ø由于通信子網中的通信控制處理機可以存儲數據，因此多個通信過程傳輸的數據可以共享通信信道，線路利用率高。Ø通信控制處理機具有路由選擇功能，可動態選擇數據通過通信子網的最佳路徑，同時可平滑通信量，提高系統效率。Ø數據在通過通信子網的通信控制處理機時可以進行差錯控制和糾錯處理，由此可以減少傳輸錯誤，提高系統可靠性。通過通信控制處理機的存儲與轉發，可以實現對不同通

12、信速率的通信線路進行速率轉換，也可以實現對不同數據代碼格式的轉換。 Ø電路交換系統中，當通信量較大時很易導致某個通信所需的連接不能建立從而產生堵塞現象，使某個通信過程不能進行，而存儲轉發交換系統的通信過程似乎總能實施，當通信量大時產生的通信延遲會越大，延遲時間達到一定的值也會造成網絡堵塞，可以在網絡中實施流量控制機制確保不會發生堵塞；在存儲轉發交換網絡中可以使用優先級控制機制，優先級主要通過通信處理機的有關數據處理策略來實現，當然在所傳輸的數據包中必須包含有關的優先級控制信息。Ø一次通信過程所需傳輸和交換的數據（用戶載荷數據）加上必要的通信控制信息共同組成一次通信

13、過程實際傳輸和交換的數據包，在技術上這個數據包稱之為報文（Message）。Ø當一個報文包含的數據量太多不適合在某網絡系統中傳輸時，可把報文按一定原則切割成多個較小的組成單元，每個單元各自加上必要的通信控制信息，這樣組成一個稱為分組（Packet）的傳輸單元在網絡系統傳輸。一個報文的所有分組均被接收方正確收到后，在信宿處完成報文的組裝工作，中間交換節點只處理單個分組，不進行分組的組裝工作，這樣做的目的是提高數據傳輸的效率和數據的安全性。存儲轉發交換技術的種類：報文交換與分組交換 報文交換技術：Ø通信雙方能夠實施通信進行報文傳輸與交換的前提與電路交換網絡是一致的，即

14、雙方之間至少存在一條數據傳輸的通路，這些通路可能需要跨越多個中間節點； Ø信源節點在通信之前必須準備好要傳輸和交換的數據包報文Message Ø一次通信所需交換的所有用戶數據，加上必要的通信控制數據，如通信雙方的網絡地址、數據報的編號、校驗數據等。Ø報文的具體構成格式必須得到通信雙方和網絡中所有的通信控制處理機的認可與理解，即采用一樣的通信協議。  Ø如果信宿與信源是相鄰節點（在同一個物理網絡中），則信源在準備好報文后即可啟動通信過程把報文直接投遞給信宿簡單交換。Ø如果信宿與信源需要通過中間節點連接，則信源啟動通信過程后，首先通過一定

15、的路由機制把報文投遞給與之相鄰的合適的中間節點，該節點接收數據報文并存儲，在此基礎上對該報文做必要的處理，根據報文中的相關數據和路由機制為該報文選擇下一個合適的投遞節點后把報文轉發給該節點。依此類推，直至把報文最終投遞到信宿復雜交換。報文交換技術的局限性： Ø、由于一次通信所需交換的數據量往往比較大，對網絡中的通信控制處理機的存儲與處理能力提出了較高的要求，使通信成本提高，通信延遲增加，很容易造成網絡堵塞，系統靈活性與可靠性下降；Ø、由于一次通信的數據量較大，導致在傳輸過程中發生差錯的可能性增大，用于差錯檢測的時間也比較長，一旦發生差錯需要重新傳輸整個報文，大幅降

16、低系統效率；Ø、這種交換技術不適合交互性要求較高、突發性數據較多的通信領域，如現代計算機網絡系統。 分組交換技術：Ø分組交換網絡中對每次傳輸與交換的數據包的大小有明確的限制，目的是提高通信系統的靈活性與可靠性，也是為了降低通信控制處理機的性能要求，提高通信系統的通信效率，降低網絡堵塞的可能性。Ø當一次通信過程所需傳輸與交換的報文Message超過最大分組的要求，就按一定的分組長度對該報文進行分割，把一個大的報文分割成多個較小的分組Packet。Ø每個分組中必須各自包含類似于報文中的有關通信控制數據。另外為了能使接收方收到所有屬于同一個報文的分組

17、后能正確地組裝出報文，在每個分組中還必須包含該分組所在報文的編號以與該分組的序號。如果報文長度較小則直接組裝成一個分組進行傳輸與交換。  Ø當信源節點把一次通信所需的分組準備好后，即可啟動通信過程實施分組的投遞與數據的交換，具體實現方式又有兩種不同的技術，即數據報方式和虛電路方式；Ø不管是數據報方式還是虛電路方式，目的都是把一次通信過程的所有分組正確地送達信宿；Ø分組交換技術必須完成分組組裝成報文的工作，該工作僅在信宿進行，任何中間節點不進行該項工作，中間節點僅負責正確地轉發每一個分組而不管該分組到底屬于哪一個報文。分組交換技術的特點： 

18、16;、在一個通信繁忙的分組交換網絡中，由于需要交換的分組數量很大，極易造成堵塞現象，應采用流量控制機制來解決；Ø、報文的分組與重組都需要耗費一定的時間，會降低整個通信過程的效率，但好在報文的分組僅發生在信源處，報文的重組僅發生在信宿處，對整個通信子網的運行沒有影響，相反由于分組一般較小，更提高了通信子網的處理效率；Ø、屬于同一個報文的每個分組都必須加上一定的通信控制數據，造成重復的額外開銷；Ø、分組在傳輸過程可能會造成丟失、破壞、亂序等問題，必須采用一定的措施解決。 關于奇偶校驗 Ø奇偶校驗原理：通過計算數據中“1”的個數是奇數還是偶數來判斷

19、數據的正確性。在被校驗的數據后加一位校驗位或校驗字符用作校驗碼實現校驗。Ø校驗位的生成方法Ø奇校驗：確保整個被傳輸的數據中“1”的個數是奇數個，即載荷數據中“1”的個數是奇數個時校驗位填“0”，否則填“1”；偶校驗：確保整個被傳輸的數據中“1”的個數是偶數個，即載荷數據中“1”的個數是奇數個時校驗位填“1”，否則填“0”。 Ø使用奇偶校驗碼校驗的特點：Ø校驗處理過程簡單，但如果數據中發生多位數據錯誤就可能檢測不出來，更檢測不到錯誤發生在哪一位；主要應用于低速數字通信系統中，一般異步傳輸模式選用偶校驗，同步傳輸模式選用奇校驗。Ø按校驗的

20、數據量和生成校驗碼的方式分三類Ø垂直奇偶校驗碼：以一個字符作為校驗單位縱向生成校驗碼位；Ø水平奇偶校驗碼：以多個字符作為校驗單位橫向生成校驗碼位； Ø水平垂直冗余校驗碼（方陣校驗碼）：以多個字符作為校驗單位水平垂直兩個方向共同生成校驗字符。 Ø垂直奇偶校驗碼是以單個字符為校驗單位生成的一種校驗碼。如何理解垂直？Ø例如使用ASCII編碼的一個字符由8bit組成，其中低7bit為信息位，最高1bit作為校驗位。 Ø假設某一字符的標準ASCII編碼為0011000，根據奇偶校驗規則，如果采用奇校驗，則校驗位應為1（這樣字符中1的個

21、數才能為奇數），即00110001；如果采用偶校驗，校驗位應為0，即00110000。垂直奇偶校驗碼的特點：校驗處理過程簡單，但如果字符中發生偶數位的錯誤就檢測不出來，也檢測不到錯誤發生在哪一位。水平奇偶校驗碼是以字符組為校驗單位而生成，對一組字符中的一樣位進行校驗。數據傳輸還是以字符為單位傳輸，傳輸按字符順序一個個的進行，最后進行校驗。如何理解水平？ Ø水平垂直奇偶校驗碼又叫方陣碼。Ø生成方法：以若干個字符作為一個校驗單位。每個字符各自生成一個垂直奇偶校驗碼，再為每個字符的一樣位與其垂直奇偶校驗碼生成水平奇偶校驗碼，這些校驗碼形成一個校驗字符，附加在被校驗字符的

22、后面一并傳輸到接收方，該校驗字符即稱為方陣校驗碼。Ø校驗特點：一次能校驗更多的數據，效率較高，系統實現也比較簡單，檢測可靠性有所提高，但仍然不能檢測出所有的錯誤。 關于CRC校驗 ØCRC校驗是以多位數據比特流作為一個校驗單位，校驗碼通過一個特殊的除法運算生成；信源將校驗碼附加在數據之后一并傳輸到信宿，由信宿進行校驗。ØCRC校驗碼的基本生成方法：Ø把被校驗的數據比特流看作是一個多項式，記為F(x)；通信雙方約定一個校驗碼的生成多項式，記為G(x)，該多項式的最高位為第k位；ØF(x)*xk/G(x)所得的余數記為R(x)即為校驗碼；

23、Ø實際傳輸的數據為：F(x)*xk+R(x)；Ø接收方收到的數據多項式記為F(x) ，然后根據計算 F(x)/ G(x)的余數判斷接收的數據是否有誤。  Ø除數即生成多項式的基本要最高位和最低位是1，由通信雙方所用通信協議約定；Ø目前常用的國際標準有以下幾種：ØCRC-12：G(x)=x12+x11+x3+x2+1 (k=12)ØCRC-16：G(x)=x16+x15+x2+1 (k=16)ØCRC-32： G(x)=x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+

24、1 (k=32)ØCRC-CCITT：G(x)=x16+x12+x5+1 (k=16)Ø局域網中一般采用CRC-32。 Ø被除數由所需校驗的比特流形成的多項式f(x)乘以xk得到，即把被校驗的數據左移k位而得到被除數：F(x)*xk ØCRC校驗碼就是F(x)*xk/G(x)得到的余數，注意：在做除法的過程中，加減法沒有進位借位，實際作的是異或運算(XOR)，也即所謂的模二除法；Ø模二除法運算可通過軟件的方式實現，但效率較低，當前通信系統中一般使用專門的硬件電路實現。  示例：Ø設要校驗的數據流為：110011（6

25、bits)Ø約定的生成多項式為：11001（k=4，5bits）ØF(x)=110011, F(x)*xk=1100110000, G(x)=11001Ø1100110000/11001根據模二除法所得的余數R(x)為：1001Ø實際發送的數據為：1100111001Ø假設收到的數據F(x)為：1100111001ØF(x)/G(x)的模二除法余數為0Ø結論：接收到的數據沒有錯誤！ 單個集線器組建網絡圖解  多個集線器組建網絡圖解  路由器的功能與工作原理Ø路由器Router

26、和交換機一樣是多端口網絡設備，撇開具體工作原理來看，路由器和交換機實現的功能有些類似，即把來自一個端口的數據交換轉發到另一個端口，但具體實現方式有重大的差別：Ø交換機工作在OSI/RM的第二層數據鏈路層，依賴物理地址（如MAC地址）實現數據轉發策略，每個交換端口物理網絡特性一致。Ø路由器工作在OSI/RM的第三層網絡層，依賴邏輯地址（如IP地址）實現數據轉發策略，可見路由器的轉發速率低于交換機，每個路由端口可不一致。 Ø路由器把從一個路由端口接收到的數據包通過指定的另一個路由端口轉發到其他合適的網絡或接收者，這個過程對于互連網而言實際上是一個選擇數據包投遞路徑的過

27、程，用“路由Route”這個術語描述這個過程。 Ø交換機數據轉發的依據是物理地址(MAC地址)-交換端口映射表，該表中的數據紀錄由交換機動態學習獲得或由網絡管理員手工靜態輸入。 Ø路由器實施路由和數據包轉發的依據是路由表<Route Table>，該表中的每個記錄描述了到達一個指定網絡或接收者的路由/轉發信息，這些記錄數據由支持路由器工作的路由協議動態學習獲得或由網絡管理員手工靜態輸入。 Ø路由器的基本任務是實現網絡之間數據路由轉發，但當前路由器的這種咽喉作用已經更進一步了，即這種咽喉裝置是可以進一步人為控制的，由此為路由器增加了一系列的控制機制，用以實現大量的路由器增值功能，諸如安全控制、網絡計費等。Ø控制機制的實現是路由器的第二項基本任務，它的實現需要付出一定的代價，這進一步降低了路