通信网技术第3章广域数据网1概要
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19
2018/11/13
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。
起 始 位
线路空闲
1
1
0
1
0
1
终 止 0 位
线路空闲
起 始 位 下一字符
一个字符
2018/11/13
29
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
报文
数
分组 1
据
数
据
数
据
首部
首部
分组 2 分组 3 首部
请注意：现在左边是“前面”
2018/11/13 43
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）。
分组 1 首部 数 据 分组 2 首部 数 据 分组 3 首部 数 据
2018/11/13
8
带宽
带宽就像管道的宽度
2018/11/13
9
带宽
带宽就像高速公路上车道的数目
2018/11/13
10
在通信线路上传输模拟信号时，将 通信线路允许通过的信号频带范围称 为线路的带宽（或通频带）。 在通信线路上传输数字信号时，带 宽等同于数字信道所能传输的“最大 数据率”。
传播时延 =
2018/11/13
信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒）
20
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。
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
2018/11/13
33
时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
2018/11/13
34
时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
带宽为 1 Mb/s
每秒 106 个比特 0.25 s
带宽为 4 Mb/s
每秒 4 106 个比特
2018/11/13
时间
14
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
分组交换
2018/11/13
41
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。
报文
1101000110101010110101011100010011010010
假定这个报文较长 不便于传输
2018/11/13
42
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。
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）
2018/11/13 18
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。
发送时延 = 数据块长度（比特） 信道带宽（比特/秒）
38
波分复用 WDM
波分复用就是光的频分复用。
8 2.5 Gb/s 1310 nm 1550 nm 1551 nm 1552 nm 分 1553 nm 用 1554 nm 器 1555 nm 1556 nm 1557 nm 0 1 2 3 4 5 6 7
39
0 1 2 3 4 5 6 7
1550 nm 1551 nm 1552 nm 1553 nm 复 1554 nm 用 1555 nm 器 1556 nm 1557 nm
2018/11/13 12
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。
2018/11/13
13
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。
1 s 1 0 1 0 1 1 时间
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。
2018/11/13
15
信道技术指标
信道容量
数字信道
数据传输速率 波特率
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。
吞吐量
每秒传送的码元数。
2018/11/13
40
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。 把报文分解成统一长度的分组，进行交换和传输。
2018/11/13
21
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
2018/11/13
22
三种时延所产生的地方
在队列中产生 处理时延
从结点 A 向结点 B 发送数据
在链路上产生 传播时延
在发送器产生发送时延 (即传输时延) 数据
信道利用率
单位时间内信道上成功传输的信息量。
吞吐量/最大数据传输速率
2018/11/13
16
信道技术指标
时延 抖动
时延之间的差值 比特差错率 码元差错率 分组差错率
差错率
2018/11/13
17
时延
一个报文或分组从一个网络 （或一条链路）的一端传输到 另一端所需的时间称为时延。
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
2018/11/13
35
时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
2018/11/13
36
时分复用可能会造成 线路资源的浪费
用户
时分复用
A B
a
b b c c
a
t
1011001 …
队列 结点 A
2018/11/13
链路
发送器
结点 B
23
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。
2018/11/13
24
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。
不同的用户用不同的地址码区分。 在一根光纤上同时传送多个波长的光信号。
31
码分复用
波分复用
2018/11/13
频分复用
频率 频率 5
频率 4
频率 3 频率 2
频率 1
时间
2018/11/13
32
时分复用
频率 在 TDM 帧中的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
①
t ②
ab bc c a d t t ③ ④ d t
C
D
#1
#2
#3
#4
4 个时分复用帧
2018/11/13
37
统计时分复用 STDM
用户
统计时分复用
A B C a b b c c d a t ①
t ② a b b c c d a t t ③ t
#1
④
#2
#3
D
3 个 STDM 帧
2018/11/13
串行传输与并行传输
2018/11/13
27
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。
2018/11/13
28
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。
2018/11/13
4
DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连
用户环境 DTE 信号线与控制线 信号线与控制线 用户环境
DTE
DCE
串行比特传输
DCE
通信设施 用户设施 通信环境 用户设施
2018/11/13
5
两个 DTE 通过 DCE 进行通信的例子
DTE-A
DCE-A 网 络 DCE-B DTE-B
2018/11/13 11
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
2018/11/13
25
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。
2018/11/13
26
EIA-232/ V.24 接口
调制解调器
调制解调器
EIA-232/ V.24 接口
2018/11/13
6
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。
以有形的线路为传输媒质的信道。 以自由空间为传输媒质的信道。
7
有线信道
无线信道
2018/11/13
2018/11/13
20 Gb/s
EDFA
120 km
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)。
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 信源发出的是数字信号
数据通信
2018/11/13
3
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。
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
2018/11/13
30
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。
通信网基础
南京邮电大学 通信与信息工程学院 张颖
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
2018/11/13
2
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
2018/11/13
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。
起 始 位
线路空闲
1
1
0
1
0
1
终 止 0 位
线路空闲
起 始 位 下一字符
一个字符
2018/11/13
29
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
报文
数
分组 1
据
数
据
数
据
首部
首部
分组 2 分组 3 首部
请注意：现在左边是“前面”
2018/11/13 43
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）。
分组 1 首部 数 据 分组 2 首部 数 据 分组 3 首部 数 据
2018/11/13
8
带宽
带宽就像管道的宽度
2018/11/13
9
带宽
带宽就像高速公路上车道的数目
2018/11/13
10
在通信线路上传输模拟信号时，将 通信线路允许通过的信号频带范围称 为线路的带宽（或通频带）。 在通信线路上传输数字信号时，带 宽等同于数字信道所能传输的“最大 数据率”。
传播时延 =
2018/11/13
信道长度（米） 信号在信道上的传播速率（米/秒）
20
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。
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
2018/11/13
33
时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
2018/11/13
34
时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
带宽为 1 Mb/s
每秒 106 个比特 0.25 s
带宽为 4 Mb/s
每秒 4 106 个比特
2018/11/13
时间
14
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
分组交换
2018/11/13
41
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。
报文
1101000110101010110101011100010011010010
假定这个报文较长 不便于传输
2018/11/13
42
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。
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）
2018/11/13 18
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。
发送时延 = 数据块长度（比特） 信道带宽（比特/秒）
38
波分复用 WDM
波分复用就是光的频分复用。
8 2.5 Gb/s 1310 nm 1550 nm 1551 nm 1552 nm 分 1553 nm 用 1554 nm 器 1555 nm 1556 nm 1557 nm 0 1 2 3 4 5 6 7
39
0 1 2 3 4 5 6 7
1550 nm 1551 nm 1552 nm 1553 nm 复 1554 nm 用 1555 nm 器 1556 nm 1557 nm
2018/11/13 12
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。
2018/11/13
13
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。
1 s 1 0 1 0 1 1 时间
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。
2018/11/13
15
信道技术指标
信道容量
数字信道
数据传输速率 波特率
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。
吞吐量
每秒传送的码元数。
2018/11/13
40
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。 把报文分解成统一长度的分组，进行交换和传输。
2018/11/13
21
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
2018/11/13
22
三种时延所产生的地方
在队列中产生 处理时延
从结点 A 向结点 B 发送数据
在链路上产生 传播时延
在发送器产生发送时延 (即传输时延) 数据
信道利用率
单位时间内信道上成功传输的信息量。
吞吐量/最大数据传输速率
2018/11/13
16
信道技术指标
时延 抖动
时延之间的差值 比特差错率 码元差错率 分组差错率
差错率
2018/11/13
17
时延
一个报文或分组从一个网络 （或一条链路）的一端传输到 另一端所需的时间称为时延。
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
2018/11/13
35
时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
2018/11/13
36
时分复用可能会造成 线路资源的浪费
用户
时分复用
A B
a
b b c c
a
t
1011001 …
队列 结点 A
2018/11/13
链路
发送器
结点 B
23
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。
2018/11/13
24
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。
不同的用户用不同的地址码区分。 在一根光纤上同时传送多个波长的光信号。
31
码分复用
波分复用
2018/11/13
频分复用
频率 频率 5
频率 4
频率 3 频率 2
频率 1
时间
2018/11/13
32
时分复用
频率 在 TDM 帧中的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
①
t ②
ab bc c a d t t ③ ④ d t
C
D
#1
#2
#3
#4
4 个时分复用帧
2018/11/13
37
统计时分复用 STDM
用户
统计时分复用
A B C a b b c c d a t ①
t ② a b b c c d a t t ③ t
#1
④
#2
#3
D
3 个 STDM 帧
2018/11/13
串行传输与并行传输
2018/11/13
27
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。
2018/11/13
28
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。
2018/11/13
4
DTE 通过 DCE 与通信传输线路相连
用户环境 DTE 信号线与控制线 信号线与控制线 用户环境
DTE
DCE
串行比特传输
DCE
通信设施 用户设施 通信环境 用户设施
2018/11/13
5
两个 DTE 通过 DCE 进行通信的例子
DTE-A
DCE-A 网 络 DCE-B DTE-B
2018/11/13 11
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
2018/11/13
25
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。
2018/11/13
26
EIA-232/ V.24 接口
调制解调器
调制解调器
EIA-232/ V.24 接口
2018/11/13
6
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。
以有形的线路为传输媒质的信道。 以自由空间为传输媒质的信道。
7
有线信道
无线信道
2018/11/13
2018/11/13
20 Gb/s
EDFA
120 km
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)。
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 信源发出的是数字信号
数据通信
2018/11/13
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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。
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
2018/11/13
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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。
通信网基础
南京邮电大学 通信与信息工程学院 张颖
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
2018/11/13
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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