计算机网络基础电子教案第7章课件.ppt

1、-1第7章 网络通信技术7.1 数据通信7.2 数据传输技术7.3 数据交换技术 7.4 ATM交换技术7.5 差错控制 教学要求：通过本章的学习，要求学生掌握数据通信的基本原理及传输技术、数据交换技术以及ATM交换技术，重点掌握信息传输的差错控制技术。-2 7.1.1 7.1.1 数据通信的基本概念数据通信的基本概念 (1)通信 将信息从一个地方传送到另一个地方的过程称为通信。用以实现通信过程的系统称为通信系统。通信系统的三要素：由信源、传输媒体、信宿三个部份组成，如图7-1所示。7.1 7.1 数据通信数据通信 -3信源通信媒体信宿信源通信媒体信宿信号转换器信号反转器图7-2 通信系统结构

2、图图7-1 通信过程的三要素示意图 (2)通信系统的基本构成 通信系统的构成是在图7-1的基础上增加信号转换器而成。如图7-2所示。-4 7.1.2 7.1.2 数据通信过程数据通信过程 数据从信源端发出到数据接信宿端接收的整个过程称为通信过程。数据通信过程通常分为5个基本阶段：(1)建立通信链路；(2)建立数据传输链路；(3)传输数据及控制信号；(4)数据传输结束；(5)通信结束，断开通信线路。-5 7.1.3 7.1.3 模拟通信系统和数字通信系统模拟通信系统和数字通信系统 在通信过程中，采用离散的电信号表示的数据称为数字数据，而采用连续电波表示数据称为模拟数据。1.模拟通信系统 在数据通

3、信系统中，两台数据终端设备之间的传输信号为模拟信号的通信系统称为模拟通信系统。典型的模拟通信系统是以电话线为传输介质的通信系统，如图7-3所示:发送端非 电/电 转换器调制器器解调器器电/非 电 转换器接收端图7-3 摸拟通信系统结构图-6 2.数字通信系统 数字通信系统是数据通信系统中处于数据终端设备（DTC）之间的信号为数字信号的通信系统。数字通信系统的通信模型有四种：其一是收发双方都是数字信号，在这种情况下不需要转换就可直接进行传输，如图7-4a。其二是收发双方都是模拟信号，发送方要进行A/D（即模/数）转换，而接收方要进行D/A（即数/模）转换,如图7-4b。第三种情况是，发送方是模拟

4、信号而接收方是数字信号，只需在发送方进行（A/D）转换即可,如图7-4c。第四种情况是，发送方是数字信号，而接收方是模拟信号，发送方不用转换而直接发送，但在接收方要进行（D/A）转换,如图7-4d。-7数字信号数字通信信道数字信号 信源 通信媒体 信宿图7-4a 收发双方都是数字信号 信源 A/D转换 通信媒体 D/A转换 信宿模拟信号信号转换器数字通信信道信号转换器模拟信号图7-4b 收发双方都是模拟信号 信源 A/D转换 通信媒体 信宿模拟信号信号转换器数字通信信道数字信号图7-4c 发送方是模拟信号而接收方是数字信号 信源 通信媒体 D/A转换 信宿数字信号数字通信信道信号转换器模拟信号

5、图7-4d 发送方是数字信号而接收方是模拟信号-8 7.1.4 7.1.4 通信线路连接方式通信线路连接方式 (1)点对点的连接 点对点的连接分为两种：其一是两台计算机直接相连，如图7-5a所示。其二是通过MODEM连接，如图7-5b所示。RR图7-5b 通过Modem连接方式图7-5a 直接连接方式-9 (2)分支式连接 分支式连接是一条通信线路（通常使用的是电话线）连接两个以上终端结点进行通信的方式。第一种连接方式是通过集中器与多台主机相连，如图7-6a所示。第二种情况是通过MODEM与多台主机相连，如图7-6b所示。R图7-6a 若干台计算机共用一条通信电缆上网R图7-6b 每台计算机各

6、用一台MODEM上网-10 7.1.5 7.1.5 线路通信方式线路通信方式 无论是早期的无线电通信方式还是现代的网络通信方式，都有单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式三种。(1)单工通信：传输的信息始终是只有一个方向的通信方式。如广播、会议通知等。(2)半双工通信：通信双方都可收发信息，但同一时刻只能有一方传输信息，当一方在传输信息时，另一方只能接收信息。如对讲机、基带以太网络的信息交换等。(3)全双工通信：两个端点可以同时进行收发信息。如电话机、实时聊天等。-11 7.1.6 7.1.6 数据传输方式数据传输方式 (1)并行数据传输：速度快，可同时传8位、16位或24位，但成本高，

7、只适应于短距离传输。(2)串行数据传输：只能一位一位地传输，速度慢，但成本低，普遍用于网络远距离通信。并行数据传输一般只应用于计算机内部及其外围设备（如打印机、移动磁盘）的连接，串行数据传输一般应用于计算机与计算机之间的远程连接。-127.2 数据传输技术 7.2.1 7.2.1 基带传输与频带传输基带传输与频带传输 (1)基带传输 基带是指调制前原始信号所占用的频带，它是原始信号所固有的基本频带，在信道中直接传送基带信号称为基带传输（未经调制的原始信号称为基带信号）。进行基带传输的系统称为基带传输系统。局域网中的通信大都采用的是基带传输，但也可采用频带传输。(2)频带传输 将基带信号经调制变

8、换后进行传输的过程称为频带传输。如：远程拨号网络，收发双方都通过Modem将信号进行调制或解调，信号是以模拟信号在公用电话线上进行传输的。(3)宽带传输 早期的宽带是指比音频带宽（14.4Kb）更宽的频带，信号用宽带进行的传输称为宽带传输，这样的系统称宽带传输系统。在现代网络通信系统中，宽带是指100Mpbs以上带宽的频带。-13 7.2.2 7.2.2 数据编码数据编码 1.1.数字数据的数字信号编码数字数据的数字信号编码 数字数据的数字信号编码就是将二进制数字数据用两个电平来表示，形成矩形脉冲电信号。(1)全宽单极码脉冲 全宽单极码脉冲是用电压或电流的有和无来表示数据的，无电信号表示数码0

9、，有电信号表示数码1。所谓单极码，其脉冲信号是单极的，即只有正脉冲信号，而无负脉冲信号。如图7-7所示。-14 0 1 0 1 0 0 1 1 图7-7 全宽单极码脉冲方波示意图 图7-7是一个理想的方波示意图，在实际传输过程中，其波形如图7-8所示：在图7-8中，取样时间在每一码元时间的中间，判决门为半幅度电平。当接收电平值在00.5之间就认定为“0”码，电平值0.5时就认定为“1”码。-150 1 0 1 0 1 1 0 图7-8 实际的全宽单极码脉冲示意图 (2)全宽双极码脉冲 全宽双极码脉冲是用恒定的负电压表示“0”，用恒定的正电压表示“1”，两种信号波形也是在一码元全部时间内发出或不

10、发出电信号表示。如图7-9所示。-16 0 1 0 1 1 0 0图7-9 全宽双极码脉冲方波示意图 在图7-9中，判决门为零电平，当接收信号的值在0到-1之间就判定为“0”码，当接收信号的值在0到+1之间就判定为“1”码。-17 2.数字数据的模拟信号编码数字数据的模拟信号编码 (1)移幅键控法 ASK 移幅键控法是把频率和相位固定为常量，而将振幅定义为变量，每个振幅值代表一种信息位，即用振幅调制二进制信号。在传输过程中，有振幅表示信息“1”，无振幅表示信息“0”。如图7-10所示。0 1 0 1 0 1图7-10 移幅键控法脉冲示意图-18 (2)移频键控法FSK 移频键控法是将振幅和相位

11、定义为常数，而用频率的变化代表数字脉冲的两种信息位。在传输过程中，频率高（脉冲窄）的信号表示信息“0”，频率低（脉冲宽）的信号表示信息“1”。如图7-11所示。0 1 0 1图7-11 移频键控法脉冲示意图-19 (3)移相键控法 PSK 移相键控法是将振幅和频率定义为常数，而用正弦波的起始相位来表示信息位。若正弦波起始相位为正表示信息“1”，正弦波起始相位为负表示信息“0”。如图7-12所示。1 0 1 0图7-12 移相键控法脉冲示意图-20 7.2.3 7.2.3 同步传输与异步传输同步传输与异步传输 (1)同步传输 同步传输采用的是按位同步的同步技术进行信息传输，在同步传输过程中，每个

12、数据位之间都有一个固定的时间间隔，这个时间间隔由通信系统中心的数字时钟确定。在同步传输过程中，不要求每一个字符都有起始位和结束位，而是若干个字符共用一个起始位和一个结束位，即在一个起始位和一个结束位之间可传输若干个字符。在通信过程中，要求接收端和发送端的数据序列在时间上必须取得同步。(2)异步传输 异步传输又叫异步通信，采用的是群同步技术进行信息传输。异步传输的原理是：将信息分成若干等长的小组（“群”），每次传输一个“群”的信息码，具体过程是，每一“群”为8个或5个信息位，每个“群”前面放一个起始码，后面放一个停止码，一般来说，起始码为一个比特，通常为“0”，而停止码为12比特，通常用“1”表

13、示，当无数据发送时，就连续地发送“1”码，收端收到第1个“0”后，就开始接收数据。同步传输与异步传输的区别在于，前者要求时间同步，而后者不要求时间同步。-21 前面说过，现代网络的通信是一种分组交换技术的通信。前面说过，现代网络的通信是一种分组交换技术的通信。分组交换技术有两种：分组交换技术有两种：(1)(1)电路交换技术：电路交换技术：l l 空分线路交换空分线路交换 l l 时分线路交换时分线路交换 (2)(2)存储转发技术：存储转发技术：l l 报文交换报文交换 l l 分组交换分组交换7.3 数据交换技术-22 7.3.1 7.3.1 电路交换技术电路交换技术 电路交换又称线路交换，是

14、一种直接交换技术，是多个输入线和多个输出线之间直接形成传输信息的物理链路。1.1.空分交换技术空分交换技术 空分交换技术是一种早期的电话交换技术，电话交换机上是由若干条横向排列的线缆和若干条纵向排列的线缆交叉组成，每一条横线和每一条纵线之间都有一个连接开关，要想两个用户通信，就用这两个用户所对应的开关进行连接。如图7-13。-23开关图7-13 空分交换技术-24 2.2.时分交换时分交换 时分交换即是时分复用技术在数据交换中的利用。典型的例子是，在图7-13中，每隔一定的时间（如1ms）自动接通某两用户。如第1ms接通A用户和F用户，第2ms接通A用户和G用户，第3ms接通A用户和H用户，第

15、4ms接通A用户和I用户，第5ms接通B用户和F用户，第6ms接通B用户和G用户.。值得注意的是，时分交换只适用于数据交换通信，不能作为语音交换通信。-25 7.3.2 7.3.2 存储转发技术存储转发技术 电路交换是一种较早的交换技术，在现代计算机网络通信中，一般采用的是存储转发技术，很少使用电路交换。存储转发技术的数据交换原理是：每一个交换机中都有一个缓冲区，先将要传递的分组信息存放在该缓冲区中，当线路空闲时由交换机将分组信息传输到下一跳的缓冲区去。通常，从数据源到目的地要进行多级转发，即要通过多个交换机进行传递，每经过一个交换机或路由器称为一“跳”，每跳都有缓冲区。存储转发技术的特点：可

16、靠性高，可采用差错控制技术和重发措施，并可使用不同的线路进行重发。-26 1.1.报文交换（报文交换（message switchingmessage switching）从逻辑意义上讲，一个完整的数据段称为一个报文，一个报文可以是一个数据、一条记录或一个文件，一个报文通常为数K字节。报文的构成：报头正文。报文交换就是以报头加正文的形式进行数据的交换的。报文交换的优点：线路利用率高。报文交换的缺点：时延过长。-27 2.2.分组交换：（分组交换：（packet switchingpacket switching）(1)分组交换的概念 分组交换又叫包交换。分组交换是一种特殊的报文传送方式。其基本

17、思想是，将需在通信网络中传送的信息分割成一块块较小的信息单位，每块信息再加上信息交换时所需要的呼叫控制信号（如分组序号、发送端地址、接收端地址等）和差错控制信号（如奇偶校验位等）。每一个分组信息就是一个“包”，“包交换”的概念即由此而来。分组信息先存入与发送端主机相连的交换设备的缓冲区中。系统根据分组信息中的目的地址，利用数据传输的路径算法确定分组传输的路径。就这样，分组被一步步的传下去，直到目标计算机接收为止。-28 (2)分组交换的特点 通信子网中结点暂时存储的是一个个的分组，而不是整个文件。分组信息保存在通信子网结点的内存中，保证了交换的高速和高效。分组交换采用的是动态分配信道的策略，极

18、大地提高了线路的利用率。分组数据不必连续传输，即允许传输完一个分组后，可隔一段时间再传下一个分组。这可有效的避免线路拥塞。一个分组信息必须一次传完，一个分组数据是一个不可再分割的整体。-29 (3)应用实例：在图7-14中，H1,H2,H3,H4,H5,H6为主机结点,A,B,C,D,E,F,G,H为交换结点。若主机H2要向主机H6发送信息，其过程如下：第一步：主机H2将数据进行分组。第二步：主机H2将分组信息送到与H2相连的交换设备B的缓冲区中。第三步：根据路径算法，计算出每一分组信息的传输路径。并将分组信息往下传（由交换机或路由器往下传），直到将所有分组信息传输到F结点为止。每个分组在传输

19、过程中，所经过的路径可能各不相同。第四步：收端主机H6从F结点接收分组信息，并按原来的分组序号进行组装。-30H2H1H3H5H6H4图7-14 分组交换技术示意图-31 7.4.1 7.4.1 什么是什么是ATMATM？人们把电信网分为传输、复用、交换和终端等几个部分。随着程控时分交换和时分复用技术的发展，电信网中的传输、复用和交换这三个部分已越来越紧密地联系在一起，开始使用传输方式来统一描述。目前通信网的传输方式可分为同步传输方式（STM）和异步传输方式（ATM）两种。如ISDN（综合服务数字网）用户线路上的2B+D方式，以及数字电话网中的数字复用等均属于同步传输方式，其特点是在由N路原始

20、信号复合成的时分复用信号中，各路原始信号都是按一定时间间隔周期性出现，所以只要根据时间就可以确定现在是哪一路的原始信号。而异步传输方式的各路原始信号是不按时间间隔周期性地出现的，因而需要另外附加一个标志来表明某一段信息属于哪一段原始信号。如采用在信元前附加信头的标志就是异步传输方式。7.4 ATM交换技术-32STM与ATM传输方式如图7-15a和图7-15b所示。图7-15b ATM数据传输方式:每个信元由信头信息指明是哪一路信号 图7-15a STM数据传输方式:每一路信号周期性的出现 12341234123412-33 异步传输模式ATM是一种面向连接的高速交换和多路复用技术。它是综合了

21、分组交换和线路交换的优点而形成的网络技术。ATM是专用于宽带ISDN 的通信标准。对局域网和广域网来说都是一种高效的联网方案。ATM使用一对高速的专用交换器，通过光纤直接连接到计算机上（一个交换器用于发送，一个交换器用于接收）。ATM 支持在一个网路上同时传输声音、数据、视频。其速率为155.52Mbps。异步传输与同步传输的比较：在异步传输过程中，每个信息字符（或信息字，信息块）都具有自己的开始标志和结束标志，字符中的各个位是同步的，但字符与字符之间的间隔是不定长的。在同步传输过程中，代表每个比特的信号出现的时间与固定的时间有关，发送设备和接收设备都以同一个频率连续的工作，而且保持一定的位相

22、关系，即时间同步关系。用ATM技术连接的网络拓扑如图7-16所示。-34Token Ring LANEthernet LAN图7-16 ATM网络连接拓扑结构图-35 7.4.2 ATM 7.4.2 ATM技术与电路交换及分组交换技术的比较技术与电路交换及分组交换技术的比较 现代通信网中广泛使用的交换技术是电路交换和分组交换两种方式。电路交换方式适用于电话业务，分组交换适用于数据业务，而ATM信元中承载的是宽带综合业务，采用的是ATM交换方式，既有电话业务，又有数据业务和其他业务。电路交换是以电路连接为目的的交换方式。电路交换的过程，就是在通信时建立电路的连接，通信完毕时断开电路。电路交换、分

23、组交换和ATM交换方式的比较如表7-1所示。当把电路交换方式用在计算机通信中，由于人机交互时间过长，因而电路空闲的时间很大，甚至可高达90%以上，所以电路交换方式最大的缺点就是电路利用率太低。-36交换方式 优 点 缺 点 电路交换 适合固定速率的业务。没有接入时延。信息速率种类较少。网络资源及电路利用率不高。分组交换 适合可变速率的业务。通过合并若干个分组，可以达到各种速率。由于时延大,不适合实时业务。可变的分组长度增加了处理成本。ATM交换 通过给一个逻辑连接分配若干个信元,可以达到各种速率。可以更好地利用网络资源,如动态容量分配,统计复用等不同速率的连接。面向分组,对于实时业务需要附加的

24、机制。分组装拆会引起一些时延。-37 分组交换是以信息分发为目的，把从输入端送来的数据分组，根据其标志的地址域和控制域，把它们分发到各个目的地。分组交换是把信息分为一个个的数据分组，并且需要在每个信息分组中增加地址域和控制域，用以表示这段信息的类型和送往何处，再加上错误校验码以检验传送中发生的错误。可以说，电路交换只管电路的建立而不管电路上信息传送，分组交换则对传送的信息进行管理和控制。电路交换的主要缺点是在通信过程中独占一条信道。在分组交换中，交换机根据数据分组上的地址域来确定送达的目的地，因而，可以有许多个通信过程共享一个信道，这是分组交换的一个主要优点。-38 7.4.3 ATM7.4.

25、3 ATM的基本特征和原理的基本特征和原理 1.ATM1.ATM的基本特征的基本特征 ATM的基本特征是信息的传输、复用和交换都是以信元为基本单位。每个信元的长度为53个字节，前5个字节为信头，用来表示信元从何处来，到何处去，是什么类型等信息。后面48个字节是要传送的信息。由于ATM有信头，所以会有一部分线路传输能力 用 在 信 头 上。因 此，用 户 实 际 使 用 的 传 输 速 率 是155.52Mbit/53*48=140Mbits。ATM是定长度的信元，它可以适应用户不同速率分配的要求。例如，某用户要与A、B、C三个用户通信，其速率分别为20、40、60Mbits，由于这三个通信用户

26、的速率总合是120Mbits，尚未达到155.52Mbits，因此线路还会有一些时间处于空闲状态。所以ATM可以非常灵活地适配各种不同速率的要求，用户几乎可以按任何方式把信道分割成任意多个不同速率的子信道。只要它们的速率之和不超过信道的总容量（即155.52Mbits）-39 2.ATM2.ATM的信元结构的信元结构 前面讲过，ATM信元由5个字节的信元头和48个字节的数据（即信息域）组成，其结构如图7-17所示。5字节信头48字节信息域GFCVPIVPIVCIVCIVCIPIRESCLPHECVPIVCIVCIVCIVCIPIRES CLPHEC 位：图7-17 ATM信元结构图-40 图中

27、：UNI为用户网络接口；NNI为网络结点接口；GFC为一般流量控制域；VPI为虚路径标识符；VCI为虚通道标识符；PT为净荷类型，即后面48个字节信息域的信息类型；RES为保留位，用0填充；CLP为信元丢弃优先权，在发生信元冲突时，CLP用来说明该信元是否可以丢掉；HEC为信头校验码，检验多项式，这个字节用来保证整个信头的正确传输。3.ATM3.ATM的虚路径和虚通道的虚路径和虚通道 在信元结构中，VPI和VCI是最重要的两部分。这两部分合起来构成了一个信元的路由信息，也就是这个信元从哪里来，到哪里去。ATM交换机就是根据各个信元上的VPIVCI来决定把它们送到哪一条线路上去。-41 用同步频

28、分复用技术可以把一条通信线路分割成若干个子信道，如一条窄带ISDN用户线路可以分割成两个64kbits的B信道和一个16kbits的D信道。在异步传输方式中，使用虚路径和虚通道的概念，也可以把一条通信线路划分成若干个子信道。例如在一条宽带ISDN用户线路上，要进行5个用户信息的通信，其中送到A地的信息三个，送到B地的信息两个，并设这些通信里有电话通信、数据通信、图像通信等。可以用VPI=1表示向A地的通信，VPI=2表示向B地的通信。到A地的三个通信分别用VCI=4，VCI=5，VCI=6来代表，到B地的两个通信用VCI=5，VCI=6来表示。在线路上所有VPI=1的信元属于一个子信道，所有V

29、PI=2的信元属于另一个子信道，一般把这两个子信道都叫做虚路径，每个虚路径还可划分为若干个虚通道。图7-18就是2个虚路径和5个虚通道的例子。-42图7-18 虚通道和虚路径通信示意图 宽带ISDN用户线路采用ATM方式的主要优点是可以灵活地把用户线路分割成速率不同的各个子信道，以适应不同的通信要求。这些子信道就是虚路径和虚通道。在不同的时刻，用户的通信要求不同，虚路径和虚通道的使用就不一样。当需要某一个通信时，ATM交换机就可为该通信选择一个空闲中的VPI和VCI，在通信过程中，该VPIVCI就始终表示该通信在进行，当通信完毕后，该VPIVCI就可以为其他通信所用了。这种通信过程就称为建立虚

30、路径、虚通道和拆除虚路径、虚通道。-43 一条虚路径是一种可适用于所有虚通道的逻辑结构。一个虚路径标识符内可放入多条虚通道。路径通道的使用允许ATM交换设备以相同的方式在一条路径上处理所有的通道。从逻辑角度来看路径和通道。在物理介质上，虚路径和通道不是并行传输的。虚路径和虚通道在物理介质上都是以相同的波长传输的，区分的方法是在信元头中插入不同的VPIVCI值。-44 4.ATM 4.ATM的错误检验与时延的错误检验与时延 ATM交换中取消了信息反馈重发，并且不对整个信元作错误检验，而是只对信头部分进行错误检验。实际上，当某一个ATM信元的信头部分错了，也不会反馈重发，而是把该ATM信元丢弃。这

31、是因为一方面光纤传输线路质量很高，出现差错的可能性很小，另一方面对于话音和电视图像，少量的差错对其影响不大。对于不允许差错的数据业务的传输，则可以通过在终端上附加反馈重发功能的办法来消除通信网中发生的传送差错。-45 除了反馈重发造成的随机时延外，一个ATM信元还可能会在交换机内部及中继线路上延迟，在中继线路上的延迟，主要是排队造成的。ATM交换机具有当线路上没有足够通信能力来满足用户通信要求时，可以发送一个信令信元给终端，告诉它现在“忙”。ATM可以根据用户业务类型对通信能力规范其要求，对有的业务在“忙”时可以丢掉一些信元。为了不使ATM交换系统的控制处理负担太重，可以采用虚路径（VP）和虚

32、通道（VC）两级管理的办法。通过虚路径对交换机连接到各地的线路进行宏观管理，通过虚通道对各个通信进行微观管理。一般来说，交换机向各个方向的信息流量分布总是可以统计或估计的，因而可以预先对虚路径进行大致的分配。这样，在呼叫到来时就会给有空余通信能力的虚路径中分配一个虚通道。在虚路径和虚通道两级管理时，ATM交换机也可分为进行虚路径交换和虚通道交换两类，当虚通道交换机找不到虚路径放置新的呼叫时，它可以通知有关的虚路径交换机调整虚路径。另外，虚路径交换机自己也可以根据各条虚路径上的信息流量来进行调整。-46 7.4.4 ATM 7.4.4 ATM协议模型协议模型 1.ATM1.ATM协议模型协议模型

33、 AAL层ATM层物理层ATM层ATM层物理层物理层图7-19 ATM协议模型-47 2.2.适配层适配层AALAAL表7-2 ATM分层结构功能描述表层管理层名称功能描述AAL层CS子层会聚功能即将业务数据变换成CS数据单元。SAR子层会聚功能分段与重组，在此层内以信元为单位对CS数据单元分段 或重组，即将业务数据变换成CS数据单元。ATM层流量控制、信头的产生提取、信元的VPIVCI交 换、信元复用和分用。物理层TC子层信元速率解耦，HEC信头序列产生验证信元定界（识别），传输帧自适应产生恢复。PM子层比特定时，物理载体。-48 3.ATM 3.ATM层层 ATM层负责生成信元，它接受来自

34、AAL的48字节载体并附加上相应5字节信元标头。ATM层支持连接的建立，并汇集到同一输出端口的不同应用的信元，同样也分离从输入端口到各种应用或输出端口的信元。ATM支持点对点、点对多以及多对多的连接。ATM层的主要功能如下：一般流量控制、信元标头生成、信元标头去除、VPI和VCI值的转换、汇集信元到物理接口、从物理接口分检信元、信元速率调整、网络阻塞控制、信元放弃、流量整形、流量管制、连接分配和取消。-49 4.4.物理层物理层 ATM模型的最下面一层是物理层。物理层由传输汇聚子层和物理介质相关层组成。物理层功能是物理线路编码和信息的传输。传输汇聚子层的功能是实现物理层汇聚协议（PLCP）。P

35、LCP负责确保整个物理链路上信息的有效传输和接收。物理介质相关（PMD）子层负责物理介质性质、比特定时及线路编码。ATM接口描述了特定的线路编码，以此来确定ATM信元能以正确的可识别的格式到达，这些接口可以由光纤或铜线物理介质支持。光纤介质可采用单模或多模，铜介质可以是同轴电缆、屏蔽或非屏蔽双绞线。-50 7.4.5 ATM 7.4.5 ATM交换结构交换结构 时分交换结构：包括共享存储和共享总线；空分交换结构：包括Banyan结构、Delta结构以及循环交换技术。1.1.时分交换结构时分交换结构 多路时分交换结构在处理信元交换过程中共享公共的内部设施。时分结构通过一个共享设施，如内部底板或内

36、存，路由所有交换信息从输入端口到输出端口。多路时分最直接的形式是使用共享总线。信元通过这个共享设施进行传输，必须先请求，获准后才可存取总线。共享存储交换结构要求交换机中的所有端口共享对交换存储器的存取。-51 时分交换有一个设备吞吐量的固定上限，这种交换能力的限制不能随端口的增加而增加。所以，当对公共资源的需求增加时，网络性能会受到影响。交换的吞吐量是由公共资源的速度确定的，一般不能扩展，所以无法满足容量的增加。为完成特定的信元功能，每端口的处理必须存取公共的存储设施，在执行信元操作前，每个端口必须请求获准后方可存取存储器。输入端口必须将输入信元放入存储器，经端口处理器处理完成输出功能。当每个

37、端口存取共享资源时，其他所有端口必须等待，每个等待存取公共设施的端口必须缓冲到达此端口的信元。共享资源限制了交换设备及时地对每个信元进行服务的能力。-52 2.2.空分交换结构空分交换结构 (1)Banyan结构 Banyan结构是一种基于22交换单元的网络交换构架。Banyan结构交换单元的构造方法是在任意给定的一对输入和输出端口间形成一条路径。多条路径可支持多个信元同时传输。2x2交换单元的Banyan结构图-53 (2)BatcherBanyan结构 如果信元在进入交换结构之前先按目标点进行排序，Banyan结构将具有无阻塞特性，在一瞬间每个输出端口只有一个信元请求。为确保同一输出端口每

38、个瞬间不会有两个以上的信元请求，Batcher网络将进行信元排序。Batcher网络的排序功能将把具有较低地址的信元放在交换单元较高的输出上。Banyan结构将阻塞同时请求同一端口的两个信元之一，除非信元被预先排序。Batcher结构的使用将使信元在请求输出端口前先进行排序，排序功能有效地消除两个信元同时请求同一端口的机会。-54 (3)Delta结构 Delta结构是Banyan结构的一个子集。Delta交换是自路由，且具有规则的交换单元互联模型。Delta结构设计用于建立大型交换网络。Delta结构的交换机的信元路由基础是一个由NN交换单元组成的交换构架，在任何输入和输出端口之间只有一条路

39、径。4x4交换单元的Detla交换结构拓扑图-55 7.5.1 7.5.1 差错的基本概念差错的基本概念 1.1.差错：差错：所谓差错就是在数据通信中，接收端接收到的数据与发送端发出的数据出现不一致的现象。2.2.热噪声：热噪声：热噪声是影响数据在通信媒体中正常传输的各种干扰因素。3.3.差错的产生：差错的产生：由热噪声造成传输中的数据信号失真。4.4.差错控制：差错控制：指在数据通信过程中，发现差错、检测差错，对差错进行纠正所采用的技术和方法。5.5.差错控制编码：差错控制编码：通过对信息序列实施某种变换，使原来彼此独立、没有相关性的信息码元序列，经过变换产生某种相关性，接收端据此来检查和纠

40、正传输序列中的差错。7.5 差错控制技术-56 7.5.2 7.5.2 差错控制方法差错控制方法 1.1.自动请求重发自动请求重发ARRSARRS用户A数据正确否用户B图7-20 自动请求重发技术流程图-57 2.2.向前纠错向前纠错FECFEC信号正确？用户A用户B自动纠错图7-21 向前纠错技术流程图 3.3.反馈校验法反馈校验法FVMFVM用户A用户B信号判断图7-22 反馈校验技术流程图-58 7.5.3 7.5.3 检错编码方法检错编码方法 1 1垂直奇偶校验法垂直奇偶校验法 奇校验的规则是，确保发出的一组信息码中含“1”的个数为奇数；偶校验的规则是，确保发出的一组信息码中含“1”的

41、个数为偶数。例：如果一个字符的7位信息码为1001101，采用奇校验编码，求其校验位的值。由于这个字符的7位代码中有“1”的个数为偶数（4个），所以其校验位的值为“1”。即整个8位发送编码为：11001101。在传输中，当接收端接收到字符8位编码后，即开始检测，若检测出其含“1”的个数为奇数，则被认为传输正确，否则就被认为传输中出现差错。-59 2 2水平奇偶校验法水平奇偶校验法 水平奇偶校验是以字符组为单位的一种校验方法。对一组中的相同位进行奇偶校验。例：设水平奇偶校验以7个字节数据外加一个字节的校验码为一组（共8个字节）进行奇偶校验。0 1 2 3 4 5 6 7（校验码）1 0 1 1

42、0 1 0 1 12 1 0 0 1 0 0 1 03 1 1 1 1 0 1 1 14 0 1 0 1 0 1 0 05 1 0 1 0 0 0 0 16 1 1 0 0 1 1 1 07 0 1 1 1 0 0 0 08 1 1 0 0 1 1 0 1-60 3 3水平垂直奇偶校验法水平垂直奇偶校验法 水平垂直奇偶校验是同时进行水平和垂直奇偶校验的校验。其具体实现过程是：(1)组成一个字符组（8字节一个组）；(2)对每一个字符增加一个校验位（7个数据位，1个校验位）；(3)对每组字符相同的位增加一个校验位（即多传输一个字节的校验信息）。水平垂直奇偶校验码如表7-5所示。-61表7-5 水平

43、垂直奇校验编码表 0 1 2 3 4 5 6 7 （水平校验位）1 0 1 1 0 1 0 0 02 1 0 0 1 0 0 0 13 1 1 1 1 0 1 1 14 0 1 0 1 0 1 1 15 1 0 1 0 0 0 0 16 1 1 0 0 1 0 1 17 0 1 1 1 0 1 0 18（垂直校验）1 0 1 1 1 0 0 1-62 4.4.循环冗余码校验法循环冗余码校验法 设:信息码为k位，其多项式为（k-1）次多项式，记为K（x）。冗余码为n位，其多项式为r次（r=n-1）多项式，记为R（x）。例如：设信息码为1011001，冗余码为1010，则发送码为101100110

44、10。则:K（X）=X6+X4+X3+1 R（X）=X3+X 说明：因信息码有7位，所以K（x）为6次多项式，冗余码有4位，所以R（x）为3次多项式。-63发送信息码T（X）为N=k+n位，其对应多项式记为：T（X）=X4K（X）+R（X）（这里的Xn中的n是指有n位冗余码）因为信息码为1011001，冗余码为1010，所以发送信息码字为:T（X）=X4K（x）+R（x）=X10+X8+X7+X4+X3+X=10110011010 由信息位产生冗余位的编码过程，就是己知K（x）求R（x）的过程。在CRC码中可以通过找到一个特定的n次多项式G（X），用G（X）去除XnK（x）所得到的余式就是R（

45、x）。设:K（X）=X6+X4+X3+1 即：K（X）=1011001n=4G（X）=X4+X3+1 即:11001（实际上，G（X）是K（X）的后5位）则:X4K（X）=X10+X8+X7+X4 即:10110010000由上看出,X4K（X）实际上是在K（X）后添加4个0得到的。-64用G（X）去连除（即不断进行异或）X4K（X）有:10110010000 11001 1111010000 11001 11110000 11001 111000 11001 1010 （余数）从左边的演算过程中看出，经过若干次异或运算后，得到的最后余数1010就是我们所需用的冗余码R（X），记为R（X）=X

46、3+X。-65 设除法所得结果（即商式）为Q（X），则有:XnK（X）=G（X）Q（X）+R（X）(1)由于在信道上发送的码字多项式为T（X）=XnK（X）+R（X），若传输无差错，则接收方收到的码字也对应此多项式:T（X）=Xn K（X）+R（X）(2)(1)代入(2)有:T（X）=G（X）Q（X）+R（X）+R（X）(3)由于加法采用的是半加和运算，即异或运算，所以:R（X）+R（X）=0 所以(3)式运算结果为:T（X）=G（X）Q（X）这一结果说明了T（X）能被G（X）整除。结论：在收端，用信息码与冗余码进行若干次异或运算，当余式为零时则认为传输无差错，否则认为传输有差错。-66 验算

47、举例：设K（X）=1011001，R（X）=1010，G（X）=11001 则：T（X）=X4K（X）+R（X）=10110011010 验算方法：仍然采用不断异或运算的方法进行验算，即用T（X）与G（X）异或，这里G（X）取自K（X）的后5位。10110011010 11001 1111011010 11001 11111010 11001 110010 11001 0 验算完毕。-67 7.5.4 7.5.4 自动纠错技术自动纠错技术 自动纠错就是在收端能自动检测错误，并能进行错误编码的定位，从而能自动进行纠错。纠错很简单，将错误码求反即可，关键是如何定位错误码的位置。1.1.半加和运算规

48、则半加和运算规则 在自动纠错算法中，要用到半加和运算，所以，在这里先介绍半加和的运算规则。半进位加法（又叫做按位加法运算）：按二进制加法进行加运算，但不保留进位位。半借位减法（又叫做按位减法运算）：按二进制减法进行减运算，但不存在借位。半进位加减运算又叫逻辑异或运算，由以上运算规则可看出，相同两数码异或得“0”，不同两数码异或得“1”。-68 2.2.自动纠错算法自动纠错算法 (1)自动校验公式及校验码 这里，我们以传输一个4位数据为例，介绍一种自动纠错的算法。每个字符除了4位数码外，还要增加4个校验位，即一组信息共8位。从左到右其二进制编码用C1C8表示，其校验码计算公式如下：C1+C2+C

49、3+C4+C5=0(1)即：C5C1+C2+C3+C4 (5)C1+C2+C3+C60 (2)C6C4+C5 (6)C1+C3+C4+C70 (3)C7C2+C5 (7)C1+C2+C4+C80 (4)C8C3+C5 (8)-69 (2)校验方法 在发送端，用(5)(8)式计算出校验码C5、C6、C7和C8，连同前位数码一起发给收端；在收端，用(1)(4)式进行校验，若4个式子计算结果都为“0”，则传正确，只要有一个式子的计算结果为“1”，则说明传输有错。从上可看出，除了(2)式正确（结果为0）以外，其余3式全错（结果为1）。(3)差错判断法则 若(1)、(2)、(3)、(4)式全错，则C1必

50、错；若(1)、(2)、(4)式错而(3)式不错，则C2必错；若(1)、(2)、(3)式错而(4)式不错，则C3必错；若(1)、(3)、(4)式错而(2)式不错，则C4必错；若只有(1)式错则C5必错；若只有(2)式错则C6必错；若只有(3)式错则C7必错；若只有(4)式错则C8必错。-70 (4)证明 在这里，我们采用反证法进行证明。由于篇幅所限，这里只证明第一种情况。即当(1)(4)式全错时，C1必错，而其他位正确。设(1)(4)式全错，而C1不错，则C2C8必有一位错。设C2错，而C1，C3C8正确。将C1C8代入(1)(4)有：C1+C2+C3+C4+C5=1 (1)C1+C2+C3+C