数据与计算机通信第六章

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接口特性
机械的
DTE和DCE的实际物理连接 DTE和DCE的实际物理连接
电气的
与电压电平及电压变换的时序相关
功能的
数据电路，控制电路，时序电路以及电 数据电路，控制电路， 气接地
过程的
事件序列，依据时接口的功能特性 事件序列，
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V.24/EIA-232-F
使用最广的一种接口标准是由ITU-T定义标准V.24
第二部分 数据通信
第六章 数字数据通信技术
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内容要点
1 2 3 异步传输 同步传输 差错控制 线路配置 接口
4
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数据传输
数据传输
并行
串行
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同步
异步
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并行传输
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串行传输
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重点： 重点： 串行传输
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例子
If 发送器发送 an IRA G(1110001) 并且使用奇校 验, 就附加 1 ，然后发送 11110001. 接收器检测接受的字符， 1s的个数是 接收器检测接受的字符， 如果 1s的个数是 odd, 假设没错误发生. 假设没错误发生.
If 1 bit(or any odd number of bits) 在传输过程 错误翻转 (for example 11100001) ,那么接收器就 1110 ,那么接收器就 能检测到一个错误。 能检测到一个错误。 Note that, if 2 bits (or any even number) 由于 错误, 错误, an undetected error occurs
定时差错
– 如图 figure 6.1(c) , 6% 漂移 6.1(c)
差错
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– 比特采样差错 – 帧差错
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异步优缺点
简单便宜 但是
– 每个字符至少要求2-3个额外开销 (overhead=20%)
为了取得更高的效率 , 使用不同形式 的同步即： synchronous transmission.
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• overhead=48/(8x1000+48)x100%=0.6%
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差错类型
单比特差错
– 孤立的差错状态 – 只改变一个比特 – 白噪声引起
突发性差错
– 连续的B比特序列中第一个和最后一个比特以 连续的B比特序列中第一个和最后一个比特以 序列中第一个 及任意多个中间比特接收不正确 – 冲激噪声引起 冲激噪声引起 – 移动无线环境中的信号衰弱引起 移动无线环境中的信号衰弱 信号衰弱引起
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– Manchester encoding(digital) – Carrier frequency (analog)
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同步-数据块级 同步 数据块级
必须指示数据块的起始和结束 使用 preamble 和 postamble 比异步效率更高 (lower overhead) Example: HDLC – 48 bits control information、 、 preamble and postamble • Each data blocks 1000 characters
• 那么 •
d(v1,v2) =3
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线路配置
拓扑结构
传输媒体上各站点的物理排列形式 点对点 多点拓扑结构
半双工传输
一次只允许一个站点传输 一条路径传输
全双工传输
两站点间可同时发送和接收数据 两条独立的传输路径
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传统线路配置
Both ends can send data at the same time– full duplex transmission
– 异步传输 – 同步传输
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异步
同一时间传输的字符数据
– 5 至 8 比特
定时在每个字符内保持 每个字符都要求重新取得同步
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异步传输
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实际的起始位和终止位
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异步-过程 异步 过程
只对接口的功能特性和过程特性做了定义 其他参考别的标准
EIA-232-F (USA)，发布的时候 :
为 RS-232 (1962) Mechanical： ISO 2110 Electrical： v.28 Functional： v.24 Procedural ：v.24
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机械特性规范
ISO 2110 DB-25
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循环冗余校验
循环冗余检验
– cyclic redundancy check, CRC – *模2运算 模 运算* 运算 • 使用无进位的二进制加法，即异或（XOR） 使用无进位的二进制加法，即异或（ ） 操作 • 例6.6 – 多项式 – 数字逻辑
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CRC 最常用最有效的方法 给定一个 k bits 数据块，发送器生成一 个（n-k）位比特序列 (FCS) 必须使最后得到的含有n个比特的帧可以 被预先设定的整数 预先设定的整数整除 预先设定的整数 接收器用预先设定的整数 预先设定的整数把帧区分 预先设定的整数
Leabharlann Baidu
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对于长距离传输， 对于长距离传输， 额外干扰使得信号看上去更糟
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同步异步传输
定时问题要求一个机制来同步收发器
– 接收器在比特中央对信息流采样 – 如果时钟排列不规则或者漂移，那么足 如果时钟排列不规则或者漂移， 够多的比特发送将导致在错误时间采样 的后果
有两个解决同步时钟的办法
在同一个时间内， 在同一个时间内，信号元素是一个个传输 每个信号元素可能： 每个信号元素可能：
– 少于一个比特 – 一个比特 – 多余一个比特
接收器采样
– 传输损伤 – 定时关系 • 到达时间和每个比特周期 – 采样时间: 每个比特时间的中央时刻 采样时间:
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受限传输
受限传输使得线路看上去如图所示: 受限传输使得线路看上去如图所示
例子,
M=110011 P=11001
3
M(X)=X5+ X4 +X+1 P(X)=X4+ X3 +1
8 7 4 3
X M (X ) X + X + X + X = P( X ) X 4 + X 3 +1
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Polynomial and Divisor
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差错纠正
不适用于无线通信 原因如下: 原因如下
–For each direction, it
needs a electrical path
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接口
数据处理或数据终端设备(DTE) 通常不包 括数据传输设施 需要一个称为数据电路端接设备 (DCE)的 接口 DCE 在媒体上传输比特 DCE 与DTE 交流数据与控制信号
–在交换电路上完成 –需要清晰的接口标准
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差错检测
错误在所难免 使用 error-detecting code检测 errorcode检测 附加在发送器 接收器重新计算和检测 也有可能存在不能检测到的错误 奇偶校验
设置奇偶比特，看字符“1”个数是奇数还是偶数 设置奇偶比特，看字符“1”个数是奇数还是偶数 (even parity) (odd parity) 比特错误偶数个检测不到
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差错检测过程
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奇偶校验
奇偶校验
最简单的差错检测机制 典型的例子： 典型的例子：字符的传输 偶校验用于同步传输 用于同步 偶校验用于同步传输 奇校验用于异步传输 用于异步 奇校验用于异步传输 不安全性 • 噪声脉冲的长度经常破坏一个以上的比特 – 例 6.5 – – – – –
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电缆两端提供8个触 电缆两端提供 个触 点的匹配连接器 数据与控制信号由同 一个发送电路或者同 一个接收电路运载
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作业
P158.
– 6.1 – 6.2
P159
– – – –
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6.4 6.8 6.13 6.17
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无线链路上的比特差错率相当高。 无线链路上的比特差错率相当高。
• 导致大量的数据重传
很长的传播时延，单帧传输时间也相当长 很长的传播时延，
• 导致系统效率非常低
In fact, we hope:
接收器能够在接收过程中根据传输比特来纠正差错. 接收器能够在接收过程中根据传输比特来纠正差错 Figure 6.7 就是这种方法
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EIA-232
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ISDN Physical Interface-physical connection
Connection between terminal equipment (c.f. DTE) and network terminating equipment (c.f. DCE)
没有余数就说明没有错误。
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模2运算
使用无进位的二进制加法
The exclusive-OR(XOR)异或操作 异或操作
定义如下: 定义如下
T=要发送的 位帧 for n<k 要发送的n位帧 要发送的 位帧, M（D）=k-bit 数据块 T中前 位 数据块, 中前 中前k位 （ ） F=n-k位bit FCS, T中后 位 中后n-k位 位 中后 P=n-k+1 位的特定比特序列 它是预定的除数 位的特定比特序列; predetermined divisor
对于稳定信息流, 对于稳定信息流, 字符的间隔是均匀分布的
(停止元素的长度) 停止元素的长度)
例子: 例子: 发送 IRA 字符 “ABC”
– – – – 1 起始比特, 7 位数据比特, 1校验比特, 1 停止比特 起始比特, 位数据比特, 1校验比特, 空闲 state, receiver 接收器搜索 transition 从1 to 0 Then 采样下个7位间隔 intervals (字符长度) 采样下个7 (字符长度) Then looks for下个 transition from 1 to 0 为 下个字符 for下个
ISO 8877 终端设备(TE—DTE) 终端设备 与网络端接设备 (NT— DTE) 的连接
ISO 8877
Cables terminate in matching connectors with 8 contacts Transmit/receive carry both data and control
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同步-比特级 同步 比特级
传输的数据块没有起始和终止位 时钟必须同步 可以使用 separate clock line (one short pulse per bit time)
– 有利于短距离传输 – 遭受传输损伤 (for long distances)
在数据中嵌入时钟信息
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差错纠正
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四种输出的情况 没有比特差错 某些差错模式，解码器可以检测并纠正 某些模式，能检测但无法纠正 检测不出来（比较少见） 差错纠正是通过传输报文附加冗余信息完成的
即块纠错码 块纠错码
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块码原理 汉明距离
d(v1,v2) 两个 n-bit 二进制序列 v1 和 v2 之 间的汉明距离就是 v1 和 v2 之间不同比特个 数. Example • v1 =011011, v2=110001
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CRC
n-k n-k+1
2
n−k
M
P R
n−k
T
T 2n−k M + R = P P R+R =Q+ =Q P
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2
M
P
R =Q+ P
T =2 M +R
n −k
二进制除法
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多项式
CRC 过程可以描述为如下
X nM ( X ) R( X ) = Q( X ) + P( X ) P( X ) T ( X ) = X n M ( X ) + R( X )