计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
通信系统
¨ 变换器（编码） ¨ 反变换器（解码） ¨ 噪声源
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计算机网络原理02-通信原理
信道分类
¨ 从形式上分类：有线和无线 ¨ 从传输方式上分：模拟和数字
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计算机网络原理02-通信原理
模拟信号和数字信号
•模拟信号：频带传输 •数字信号：基带传输
¨ 异步协议中由于每个传输字符都要添加 诸如起始位、校验位、停止位等冗余位， 故信道利用率很低，一般用于数据速率 较低的场合。
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计算机网络原理02-通信原理
异步传输与同步传输
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计算机网络原理02-通信原理
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一个特殊的字符 或比特序列，标记一个数据块的开始和结束， 一般还要附加一个校验序列（如16位或32位 CRC校验码），以便对数据块进行差错控制
¨ 基带信号以方波为主 ¨ 傅立叶变换
– 不管多么复杂的周期信号，都可以分解为一 系列振幅、频率和相位都可度量的正弦波的 组合形式。
– 一个数字信号可以被分解成无穷多个被称为 谐波的简单正弦波，每个谐波都有不同的振 幅、频率和相位。
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计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
¨ 目的节点可以为目的端系统暂存报文，可以对 报文进行差错控制和码制转换。
¨ 在电路交换网络中，当通信量变得很大时，就 不能接收某些呼叫，而在报文交换网络上，却 仍然可以接收报文，只是传送延迟会增加。
¨ 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的 地。而电路交换网络很难做到这一点。
¨ 建立报文的优先权。优先级高的报文在节点可 优先转发。
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/12/7
计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
报文交换的缺点
¨ 它不能满足实时或交互式的通信要求， 经过网络的延迟相当长，而且有相当大 的变化。因此，这种方式不能用于传送 声音和图像数据，也不适合于进行交互 式处理。
¨ 有时节点收到过多的数据而不得不丢弃 报文。
¨ 对交换节点的存储容量有较高的要求。
¨ 每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂 存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节 点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。 因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。
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计算机网络原理02-通信原理
报文交换与电路交换比较
¨ 线路效率较高。这是因为许多报文可以分时共 享一条节点到节点的通道。
调制方法
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计算机网络原理02-通信原理
调幅（ASK）
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计算机网络原理02-通信原理
来自百度文库
频移键控（FSK）
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计算机网络原理02-通信原理
调相（PSK）
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计算机网络原理02-通信原理
正交调幅（QAM）
¨ 由PSK和ASK结合的相位幅度调制PAM， 是解决相移数已达到上限但还要提高传 输速率的有效方法。
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计算机网络原理02-通信原理
模拟信号和数字信号的转换
¨ 转换的目的
– 数字化处理 – 多种传输
¨ 转换的方法
– A/D转换与D/A转换 – 调制与解调
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计算机网络原理02-通信原理
模拟信号转数字信号
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计算机网络原理02-通信原理
为什么要进行调制与解调
¨ 收费
– 线路交换：通信距离和使用时间
–
分组交换：字节数量和连接时间 计算机网络原理02-通信原理
差错校验方法
¨ 差错产生原因 随机噪声、信号幅度的衰减、频率
和相位的畸变、电器信号在线路上产生 反射造成的回音效应、相邻线路间的串
扰以及各种外界因素（如大气中的闪电、 开关的跳火、外界强电流磁场的变化、 电源的波动等）都会造成信号的失真。
¨ 根据同步通信规程，同步传输又分为面向字符 的同步传输和面向位流的同步传输。
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计算机网络原理02-通信原理
面向字符的同步传输
¨ 在面向字符的同步传输中，每个数据 块的头部用一个或多个同步字符“SYN” 来标记数据块的开始；尾部用另一个惟 一的字符“ETX”来标记数据决的结束。 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 二进制同步通信规程BISYNC。
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计算机网络原理02-通信原理
差错校验方法
¨ 差错控制的基本方法
– 反馈纠错：当接收端发现差错时，就设法通 知发送端重发，直到收到正确的码字为止。 只使用检错码。
– 前向纠错：接收端不但能发现差错，而且能 确定二进制码元发生错误的位置，从而加以 纠正。必须使用纠错码。
– 混合纠错：少量错误纠正，大量错误重发
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分组交换
¨ 为了更好地利用信道容量，并降低节点 中数据量的突发性，可以将报文交换改 进为分组交换，在分组交换网络中，每 个分组的长度有一个上限，因此，一个 较长的报文必须分成若干个分组。每个 分组中包括数据和目的地址。其传输过 程在表面上看与报文交换相类似，但由 于限制了每个分组的长度，因此大大地 改善了网络传输的性能。
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计算机网络原理02-通信原理
循环冗余码的发送
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计算机网络原理02-通信原理
循环冗余码的接收
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计算机网络原理02-通信原理
循环冗余校验码的特点
可检测出所有奇数位错； 可检测出所有双比特的错； 可检测出所有小于校验位长度的突发错。
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计算机网络原理02-通信原理
串行通讯
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计算机网络原理02-通信原理
并行与串行的比较
¨ 并行传输特点：
– 传输速度快 – 通信成本高 – 不支持长距离传输
¨ 串行传输的特点：
– 传输速度低 – 通信成本低 – 支持长距离传输
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计算机网络原理02-通信原理
异步传输
¨ 异步协议以字符为独立的信息传输单位， 在每个字符的起始处开始对字符内的比 特实现同步，但字符与字符之间的间隔 时间是不固定的(即字符之间是异步的)。
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面向位流的同步传输
¨ 在面向位流的同步传输中，每个数据块的头部 和尾部用一个特殊的比特序列（如01111110） 来标记数据块的开始和结束。数据块将作为位 流来处理，而不是作为字符流来处理。为了避 免在数据流中出现标记块开始和结束的特殊位 模式，通常采用位插入的方法，即发送端在发 送数据流时，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，就要检查其后的一位 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。
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计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
线路交换的过程
¨ 电路建立：在传输数据之前，要经过呼叫过程 以建立一条端到端（站到站）的电路。
¨ 数据传输：电路建立以后，数据传输经过每个 中间节点时几乎没有延迟，并且没有阻塞的问 题(因为是专用线路)，除非有意外的线路或节 点故障而使电路中断。
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计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
32个谐波分量叠加
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计算机网络原理02-通信原理
128个谐波分量叠加
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计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
编码效率
¨
衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码 效率R，它是码字中信息位所占的比例。编码 效率越高，即R越大，信道中用来传送信息码 元的有效利用率就越高。编码效率计算公式为：
式中
R=k/n=k/(k+r) k为码字中的信息位位数 r为编码时外加冗余位位数 n为编码后的码字长度
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计算机网络原理02-通信原理
差错控制过程
¨ 数据信息位在向信道发送之前，先按照某种关 系附加上一定的冗余位，构成一个码字后再发 送，这个过程称为差错控制编码过程。接收端 收到该码字后，检查信息位和附加的冗余位之 间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生， 这个过程称为检验过程。 差错控制编码可分为检错码和纠错码。 ①检错码－－能自动发现差错的编码； ②纠错码－－不仅能发现差错而且能自动 纠正差错的编码。
计算机网络原理02-通信 原理
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2020/12/7
计算机网络原理02-通信原理
数据通信系统的基本组成
•信息 •符号 •编码 •数据 •信号
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Morse码
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计算机网络原理02-通信原理
通信的基本要素
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•信源 •信宿 •信道（发送器、传输系统、接收机）
– 用于建立连接的呼叫时间长 – 通信带宽不能充分利用，效率低 – 传输速率匹配等问题
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报文交换
¨ 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就 是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且 可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的 地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目 的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直 逐个节点地转送到目的节点。
水平奇偶校验
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计算机网络原理02-通信原理
纵横奇偶校验（矩阵码）
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计算机网络原理02-通信原理
恒比码
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计算机网络原理02-通信原理
循环冗余码 CRC
¨ 在发送端产生一个循环冗余码，附加在 信息位后面一起发送到接收端，接收端 收到的信息按发送端形成循环冗余码同 样的算法进行校验，若有错，需重发。
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计算机网络原理02-通信原理
曼彻斯特编码
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数据通信方式
¨ 单工、半双工和全双工 ¨ 串行和并行
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并行通讯
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奇偶校验码
¨ 奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得 码字中“１”的个数为奇数或偶数的编 码方法，它是一种检错码。
– 垂直奇偶校验 – 水平奇偶校验 – 纵横奇偶校验
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垂直奇偶校验
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计算机网络原理02-通信原理
线路交换与分组交换比较
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¨ 分配通信资源
– 线路交换：静态事先分配，线路资源浪费， 接续时困难
– 分组交换：动态分配线路，提高线路的利用 率，可能会出现内在资源耗尽，丢失分组
¨ 用户的灵活性
– 线路交换：传输内容广泛灵活
– 分组交换：信息传输根据设备要求使用参数
¨ 电路拆除：数据传输结束后，由通信的某一方 发出拆除电路请求（信令），对方作出响应并 释放链路。被拆除的信道空闲后，可被其他连 接请求所使用。
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线路交换的特点
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¨ 优点：
– 独占性 – 实时性好 – 线路交换设备简单 – 用户数据透明传输
¨ 缺点：
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海明码
¨ 海明码是一种可以纠正一位差错的编码。 它是利用在信息位为k位，增加r位冗余 位，构成一个n=k+r位的码字，然后用r个 监督关系式产生的r个校正因子来区分无 错和在码字中的n个不同位置的一位错。
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计算机网络原理02-通信原理
3rew
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数据交换方式
¨ 线路交换 ¨ 报文交换 ¨ 分组交换
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电路交换
¨ 在数据传输期间，源节点与目的节点之 间有一条利用中间节点构成的专用的物 理连接线路，在数据传输结束之前，一 直保持这条线路。如果两个相邻节点之 间的通信容量很大时，这两个相邻节点 之间可以同时有多个物理电路。
通信系统
¨ 变换器（编码） ¨ 反变换器（解码） ¨ 噪声源
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信道分类
¨ 从形式上分类：有线和无线 ¨ 从传输方式上分：模拟和数字
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模拟信号和数字信号
•模拟信号：频带传输 •数字信号：基带传输
¨ 异步协议中由于每个传输字符都要添加 诸如起始位、校验位、停止位等冗余位， 故信道利用率很低，一般用于数据速率 较低的场合。
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计算机网络原理02-通信原理
异步传输与同步传输
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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一个特殊的字符 或比特序列，标记一个数据块的开始和结束， 一般还要附加一个校验序列（如16位或32位 CRC校验码），以便对数据块进行差错控制
¨ 基带信号以方波为主 ¨ 傅立叶变换
– 不管多么复杂的周期信号，都可以分解为一 系列振幅、频率和相位都可度量的正弦波的 组合形式。
– 一个数字信号可以被分解成无穷多个被称为 谐波的简单正弦波，每个谐波都有不同的振 幅、频率和相位。
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计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
¨ 目的节点可以为目的端系统暂存报文，可以对 报文进行差错控制和码制转换。
¨ 在电路交换网络中，当通信量变得很大时，就 不能接收某些呼叫，而在报文交换网络上，却 仍然可以接收报文，只是传送延迟会增加。
¨ 报文交换系统可以把一个报文发送到多个目的 地。而电路交换网络很难做到这一点。
¨ 建立报文的优先权。优先级高的报文在节点可 优先转发。
演讲完毕，谢谢听讲!
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计算机网络原理02-通信原理
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计算机网络原理02-通信原理
报文交换的缺点
¨ 它不能满足实时或交互式的通信要求， 经过网络的延迟相当长，而且有相当大 的变化。因此，这种方式不能用于传送 声音和图像数据，也不适合于进行交互 式处理。
¨ 有时节点收到过多的数据而不得不丢弃 报文。
¨ 对交换节点的存储容量有较高的要求。
¨ 每个节点在收到整个报文并检查无误后，就暂 存这个报文，然后利用路由信息找出下一个节 点的地址，再把整个报文传送给下一个节点。 因此，端与端之间无需先通过呼叫建立连接。
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报文交换与电路交换比较
¨ 线路效率较高。这是因为许多报文可以分时共 享一条节点到节点的通道。
调制方法
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调幅（ASK）
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调相（PSK）
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正交调幅（QAM）
¨ 由PSK和ASK结合的相位幅度调制PAM， 是解决相移数已达到上限但还要提高传 输速率的有效方法。
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计算机网络原理02-通信原理
模拟信号和数字信号的转换
¨ 转换的目的
– 数字化处理 – 多种传输
¨ 转换的方法
– A/D转换与D/A转换 – 调制与解调
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模拟信号转数字信号
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为什么要进行调制与解调
¨ 收费
– 线路交换：通信距离和使用时间
–
分组交换：字节数量和连接时间 计算机网络原理02-通信原理
差错校验方法
¨ 差错产生原因 随机噪声、信号幅度的衰减、频率
和相位的畸变、电器信号在线路上产生 反射造成的回音效应、相邻线路间的串
扰以及各种外界因素（如大气中的闪电、 开关的跳火、外界强电流磁场的变化、 电源的波动等）都会造成信号的失真。
¨ 根据同步通信规程，同步传输又分为面向字符 的同步传输和面向位流的同步传输。
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面向字符的同步传输
¨ 在面向字符的同步传输中，每个数据 块的头部用一个或多个同步字符“SYN” 来标记数据块的开始；尾部用另一个惟 一的字符“ETX”来标记数据决的结束。 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 二进制同步通信规程BISYNC。
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差错校验方法
¨ 差错控制的基本方法
– 反馈纠错：当接收端发现差错时，就设法通 知发送端重发，直到收到正确的码字为止。 只使用检错码。
– 前向纠错：接收端不但能发现差错，而且能 确定二进制码元发生错误的位置，从而加以 纠正。必须使用纠错码。
– 混合纠错：少量错误纠正，大量错误重发
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分组交换
¨ 为了更好地利用信道容量，并降低节点 中数据量的突发性，可以将报文交换改 进为分组交换，在分组交换网络中，每 个分组的长度有一个上限，因此，一个 较长的报文必须分成若干个分组。每个 分组中包括数据和目的地址。其传输过 程在表面上看与报文交换相类似，但由 于限制了每个分组的长度，因此大大地 改善了网络传输的性能。
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循环冗余码的发送
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循环冗余码的接收
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循环冗余校验码的特点
可检测出所有奇数位错； 可检测出所有双比特的错； 可检测出所有小于校验位长度的突发错。
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串行通讯
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并行与串行的比较
¨ 并行传输特点：
– 传输速度快 – 通信成本高 – 不支持长距离传输
¨ 串行传输的特点：
– 传输速度低 – 通信成本低 – 支持长距离传输
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异步传输
¨ 异步协议以字符为独立的信息传输单位， 在每个字符的起始处开始对字符内的比 特实现同步，但字符与字符之间的间隔 时间是不固定的(即字符之间是异步的)。
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面向位流的同步传输
¨ 在面向位流的同步传输中，每个数据块的头部 和尾部用一个特殊的比特序列（如01111110） 来标记数据块的开始和结束。数据块将作为位 流来处理，而不是作为字符流来处理。为了避 免在数据流中出现标记块开始和结束的特殊位 模式，通常采用位插入的方法，即发送端在发 送数据流时，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，就要检查其后的一位 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。
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线路交换的过程
¨ 电路建立：在传输数据之前，要经过呼叫过程 以建立一条端到端（站到站）的电路。
¨ 数据传输：电路建立以后，数据传输经过每个 中间节点时几乎没有延迟，并且没有阻塞的问 题(因为是专用线路)，除非有意外的线路或节 点故障而使电路中断。
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32个谐波分量叠加
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128个谐波分量叠加
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编码效率
¨
衡量编码性能好坏的一个重要参数是编码 效率R，它是码字中信息位所占的比例。编码 效率越高，即R越大，信道中用来传送信息码 元的有效利用率就越高。编码效率计算公式为：
式中
R=k/n=k/(k+r) k为码字中的信息位位数 r为编码时外加冗余位位数 n为编码后的码字长度
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差错控制过程
¨ 数据信息位在向信道发送之前，先按照某种关 系附加上一定的冗余位，构成一个码字后再发 送，这个过程称为差错控制编码过程。接收端 收到该码字后，检查信息位和附加的冗余位之 间的关系，以检查传输过程中是否有差错发生， 这个过程称为检验过程。 差错控制编码可分为检错码和纠错码。 ①检错码－－能自动发现差错的编码； ②纠错码－－不仅能发现差错而且能自动 纠正差错的编码。
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数据通信系统的基本组成
•信息 •符号 •编码 •数据 •信号
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Morse码
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通信的基本要素
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•信源 •信宿 •信道（发送器、传输系统、接收机）
– 用于建立连接的呼叫时间长 – 通信带宽不能充分利用，效率低 – 传输速率匹配等问题
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报文交换
¨ 报文交换方式的数据传输单位是报文，报文就 是站点一次性要发送的数据块，其长度不限且 可变。当一个站要发送报文时，它将一个目的 地址附加到报文上，网络节点根据报文上的目 的地址信息，把报文发送到下一个节点，一直 逐个节点地转送到目的节点。
水平奇偶校验
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恒比码
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循环冗余码 CRC
¨ 在发送端产生一个循环冗余码，附加在 信息位后面一起发送到接收端，接收端 收到的信息按发送端形成循环冗余码同 样的算法进行校验，若有错，需重发。
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曼彻斯特编码
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数据通信方式
¨ 单工、半双工和全双工 ¨ 串行和并行
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奇偶校验码
¨ 奇偶校验码是一种通过增加冗余位使得 码字中“１”的个数为奇数或偶数的编 码方法，它是一种检错码。
– 垂直奇偶校验 – 水平奇偶校验 – 纵横奇偶校验
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线路交换与分组交换比较
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¨ 分配通信资源
– 线路交换：静态事先分配，线路资源浪费， 接续时困难
– 分组交换：动态分配线路，提高线路的利用 率，可能会出现内在资源耗尽，丢失分组
¨ 用户的灵活性
– 线路交换：传输内容广泛灵活
– 分组交换：信息传输根据设备要求使用参数
¨ 电路拆除：数据传输结束后，由通信的某一方 发出拆除电路请求（信令），对方作出响应并 释放链路。被拆除的信道空闲后，可被其他连 接请求所使用。
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线路交换的特点
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¨ 优点：
– 独占性 – 实时性好 – 线路交换设备简单 – 用户数据透明传输
¨ 缺点：
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海明码
¨ 海明码是一种可以纠正一位差错的编码。 它是利用在信息位为k位，增加r位冗余 位，构成一个n=k+r位的码字，然后用r个 监督关系式产生的r个校正因子来区分无 错和在码字中的n个不同位置的一位错。
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数据交换方式
¨ 线路交换 ¨ 报文交换 ¨ 分组交换
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电路交换
¨ 在数据传输期间，源节点与目的节点之 间有一条利用中间节点构成的专用的物 理连接线路，在数据传输结束之前，一 直保持这条线路。如果两个相邻节点之 间的通信容量很大时，这两个相邻节点 之间可以同时有多个物理电路。