第六章-数字数据通信技术.ppt

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,数据与计算机通信,第六章,:,数字数据通信技术,第一页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,异步和同步传输,第二页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,并行传输,第三页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,串行传输,第四页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,异步与同步传输,接收器根据接收比特的到达时间及持续时间进行采样。,时序问题：希望有一个机制能保证发送器与接收器之间的同步,两种方式,异步,同步,第五页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,异步,避免传输无中断的长比特流,数据的传输是一次一个字符，字符长度,5,8,比特不等,在每个字符内保持时序正确,在每个新字符开始时，接收器可重新取得同步,空闲状态,=1,起始比特,=0,数据位,=5,8,个比特,从最低有效位开始传输,校验比特,:,奇数或者偶数,停止元素,:1,，长度,=1,、,1.5,或,2,比特,如果时序错误，会发生比特或帧差错,第六页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,异步传输,(,示意图,),第七页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,异步传输,性能,如果发送的是稳定的字符流，那么两个字符之间的间隔是统一的，等于停止元素的宽度。,在空闲状态，接收器等待从,1,到,0,的跳变,在下一个数据间隔采样,(,字符长度为,7),，采样,7,次,在下一个间隔采样奇偶校验位,在下一个间隔采样停止位,(,停止元素,),然后等待下一个,1,到,0,的跳变，以进行下一个字符的传输,简单、便宜,每个字符需要,2,3,个比特的额外开销,(,约,20%),利于传输时间间隙大的数据,(,键盘,),第八页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,同步,比特级,比特块的传输没有起始比特和停止比特,比特块可能很长,时钟必须达到同步,可以使用一条独立的时钟线路,短距离传输表现良好,长距离传输会受到损伤（时钟信号）,将时钟信息嵌入到数据信号中,数字信号,曼彻斯特编码,模拟信号,载波频率,第九页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,同步,数据块级,让接收器能够判断数据块的开始和结束,使用前同步码、控制信息和后同步码,帧,=,实际数据,+,前同步码,+,后同步码,+,控制信息,同步传输比异步传输更有效（更低的额外开销）,HDLC,包含,48,比特的额外开销,1000,个字符的数据块,%,额外开销,=48/(1000*8+48)*100%=0.6%,第十页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,同步帧格式,第十一页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,差错类型,电磁信号易受来自各种噪声干扰,单比特差错,:0,1 or 1 0,突发性差错,:,多个比特发生改变,第十二页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,单比特差错,数据单元中只有一个比特发生改变,第十三页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,突发性差错,两个或更多的比特发生改变,突发差错未必连续的比特出错,最有可能在串行传输中发生,影响的比特数与数据率与噪声持续时间有关,第十四页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,差错检测过程,第十五页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,冗余,增加额外比特,以便在接收端进行错误检测,第十六页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,检测方法,四种冗余校验,VRC,LRC,和,CRC,:,在数据链路层使用,校验和,:,上层使用,第十七页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,垂直冗余校验,(VRC),Vertical Redundancy Check,通常称为,奇偶校验,(,parity check,),每个数据单元增加一个校验位,偶校验或奇校验,第十八页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,VRC,性能,可以检测所有的单比特错误,假设使用偶校验,如果每个数据单元中有奇数个比特发生差错，它可以用来检测突发性差错,如果偶数个比特发生差错，那么就无法检测,第十九页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,纵向冗余校验,(LRC),Longitudinal Redundancy Check,把比特块分成若干,行,，并向块中增加一个冗余行,第二十页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,LRC,性能,增加了检测突发差错的可能性,N,个比特位的,LRC,校验,:,容易检测出,N,个比特位突发性差错,增加了检测出超过,N,比特突发差错可能性,一种错误隐蔽的模式,一个数据单元的两个比特损坏,另一个数据单元相同位置两个比特也损坏,11110000 11000011,0,111000,1,0,100001,0,第二十一页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,循环冗余校验,(CRC),给定一个,k,比特的数据块（报文），发送器生成一个,(n-k),比特的,帧检验,序列,(Frame Check Sequence,，,FCS),发送,n,比特帧，这个帧可以被一些预先设定的数值整除,接收器用同样的数值对接收到的帧进行除法运算,如果没有余数，则认为没有差错,数学证明如下,第二十二页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,循环冗余校验,(CRC),T=,要发送的,n,比特帧,D=k,比特数据块，或报文,F=(n-k),比特帧检验序列,(FCS)P=(n-k+1),比特的特定比特序列,预定的除数,我们希望,T/P,没有余数,T=2,n-k,D+F,2,n-k,D/P=Q+R/P,T=2,n-k,D+F=2,n-k,D+R,R:FCS,T/P=(2,n-k,D+R)/P=Q+R/P+R/P=Q,为找到,F=R,我们进行,2,n-k,D P,的除法运算，然后取余数（模,2,除法）,第二十三页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,循环冗余校验,(CRC)-,例子,报文,D=1010001101(10,位,),预定比特序列,P=110101(6,位,),帧检验序列,R=?(5,位,),因此,n=15,k=10,，那么,(n-k)=5,2,n-k,DP,=1010001101x 2,5,可得：,Q(quotient)=1101010110,，,R=FCS=01110,接收方收到帧,T,后，计算,T/P,，如果余数,R=0,，没有错误，否则有差错,传输帧,=T=2,n-k,第二十四页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,校验和,在更高层使用的差错检测方法,数据单元被分成段,所有的段相加，然后取反，得到,校验和,第二十五页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,校验和性能,无差错举例,段,1,10101001,段,2,00111001,10101001 00111001,10101001,00111001,和,11100010,校验和,00011101,10101001 00111001,00011101,第二十六页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,接收方,10101001 00111001 00011101,10101001,00111001,00011101,和,11111111,取反,00000000,突发性错误,段,1 10101,11,1,段,2,11,111001,校验和,00011101,和,11000110,取反,00111001,校验和性能,第二十七页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,如果一个段中某位反转，且另一个段中相应位置的比特也反转，则错误不可见,段,1,101,1,1,1,01,段,2,001,0,1001,校验和,00011,0,01,-,和,11111111,错误不可检测,校验和性能,第二十八页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,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,一台计算机和一组终端，如局域网,半双工,一次只允许一个站点传输,需要一条传输路径,全双工,两个站点彼此之间可以同时发送和接收数据,需要两条独立的传输路径,第二十九页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,传统配置,第三十页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,全双工、半双工传输,数字信号传输,需要导向媒体,半双工：一条传输路径,全双工：两条独立传输路径（如：两对双绞线）,模拟信号传输,无线传输,如果站点发送、接收使用同一频率（半双工）,如果站点发送、接收使用不同频率（全双工）,模拟信号传输,有线传输,如果同一频率，两条独立线路（全双工）,如果两个频率，一条独立线路（全双工）,第三十一页，编辑于星期五：十八点 五十三分。,