通信原理期末考試復(fù)習(xí)重點總結(jié)(完整版)
《通信原理》考試重要知識點
第1章?緒論
???掌握內(nèi)容：通信系統(tǒng)的基本問題與主要性能指標(biāo)；模擬通信與數(shù)字通信；信息量、平均信息量、信息速率。
熟悉內(nèi)容：通信系統(tǒng)的分類；通信方式。
了解內(nèi)容：通信的概念與發(fā)展；
1.1---1.3 基本概念
1、信號：消息的電的表示形式。在電通信系統(tǒng)中，電信號是消息傳遞的物質(zhì)載體。
2、消息：信息的物理表現(xiàn)形式。如語言、文字、?數(shù)據(jù)或圖像等。?
3、信息：消息的內(nèi)涵，即信息是消息中所包含的人們原來不知而待知的內(nèi)容。
4、數(shù)字信號是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負載數(shù)字信息的信號。
5、模擬信號是指信號無論在時間上或是在幅度上都是連續(xù)的。
6、數(shù)字通信是用數(shù)字信號作為載體來傳輸消息，或用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?。它可傳輸電報、?shù)字數(shù)據(jù)等數(shù)字信號，也可傳輸經(jīng)過數(shù)字化處理的語聲和圖像等模擬信號。
7、模擬通信是指利用正弦波的幅度、頻率或相位的變化，或者利用脈沖的幅度、寬度或位置變化來模擬原始信號，以達到通信的目的。
8、數(shù)據(jù)通信是通信技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種新的通信方式。
9、通信系統(tǒng)的一般模型
10、按照信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，可相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。???????
11、模擬通信系統(tǒng)是傳輸模擬信號的通信系統(tǒng)。模擬信號具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸，需要把基帶信號變換成其頻帶適合在信道中傳輸?shù)念l帶信號，并可在接收端進行反變換。完成這種變換和反變換作用的通常是調(diào)制器和解調(diào)器。
12、數(shù)字通信系統(tǒng)是傳輸數(shù)字信號的通信系統(tǒng)。 數(shù)字通信涉及的技術(shù)問題很多，其中主要有信源編碼/譯碼、信道編碼/譯碼、數(shù)字調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、 同步以及加密等。????????
13、數(shù)字信道模型
?
14、通信系統(tǒng)的分類
1 、按通信業(yè)務(wù)分類分為話務(wù)通信和非話務(wù)通信。
2、根據(jù)是否采用調(diào)制，可將通信系統(tǒng)分為基帶傳輸和頻帶（調(diào)制）傳輸。
3、按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字相應(yīng)地把通信系統(tǒng)分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。
4、按傳輸媒質(zhì)分類，可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩大類。
?有線通信是用導(dǎo)線（如架空明線、同軸電纜、 光導(dǎo)纖維、波導(dǎo)等）作為傳輸媒質(zhì)完成通信的，如市內(nèi)電話、有線電視、海底電纜通信等。
無線通信是依靠電磁波在空間傳播達到傳遞消息的目的的，如短波電離層傳播、微波視距傳播、衛(wèi)星中繼等。
15、常見傳輸多路信號有兩種復(fù)用方式，即頻分復(fù)用、時分復(fù)用。頻分復(fù)用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍。時分復(fù)用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間。
1.4 信息及其度量
1、信號是消息的載體，而信息是消息的內(nèi)涵。
任何信源產(chǎn)生的輸出都是隨機的，信息含量就是對消息中這種不確定性的度量，是用統(tǒng)計方法來定性的。
消息出現(xiàn)的概率越小，消息中包含的信息量就越大。???????
2、信息量的計算
信息量I與消息出現(xiàn)的概率P(x)之間的關(guān)系應(yīng)為：??????????????????????????????????????????????
????????信息量的單位與對數(shù)底數(shù)a有關(guān)。?
a=2時，???信息量的單位為比特(bit)；
a=e時，???信息量的單位為奈特(nat)；?
a=10時，?信息量的單位為哈特萊（Hartley）。
目前廣泛使用的單位為比特。
3、信源的熵：
每個符號所含信息量的統(tǒng)計平均值，即平均信息量H為：
?
?
?
例題：（重點）設(shè)二進制離散信源，發(fā)送1的概率是3/4，發(fā)送0的概率是1/4，發(fā)送1或者0是相互獨立的；
1、信源每個輸出符號的信息量為多少？
2、若信源發(fā)出符號序列：110001，則此消息序列的信息量是多少？
3、第2步驟中的符號序列的每個符號的平均信息量是多少？
4、求信息源的熵？
例題：書本第11頁，【例1-2】（重點）
?
1.5 通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)
通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)是系統(tǒng)的有效性和可靠性。
有效性是指在給定時間內(nèi)所傳輸?shù)男畔?nèi)容的多少，或者說是傳輸?shù)摹八俣取眴栴}；有效性指標(biāo)：用單位時間傳送的信息量來衡量，傳送信息量越大，有效性越好；
可靠性是指接收信息的準(zhǔn)確程度，也就是傳輸?shù)摹百|(zhì)量”問題。可靠性指標(biāo)：用接收端最終輸出信噪比來度量，信噪比越大，可靠性越好。
第2章 確知信號
掌握確知信號的基本概念；了解確知信號的頻域性質(zhì)和時域性質(zhì)。
2、1 基本概念
1、系統(tǒng)：一般來講，
系統(tǒng)
是一個由若干互有關(guān)聯(lián)的單元組成的并具有某種功能以用來達到某些特定目的的有機整體，其意義十分廣泛。分類如下：
連續(xù)時間系統(tǒng)與離散時間系統(tǒng)
即時系統(tǒng)和動態(tài)系統(tǒng)（按照系統(tǒng)內(nèi)是否含有記憶元件）
無源系統(tǒng)和有源系統(tǒng)（按系統(tǒng)內(nèi)是否含源）
集中參數(shù)系統(tǒng)和分布參數(shù)系統(tǒng) （按系統(tǒng)的參數(shù)是集中的或分布的）
線性系統(tǒng)和非線性系統(tǒng)（按其特性分）時不變系統(tǒng)與時變系統(tǒng)（按其參數(shù)是否隨t而變）
2、信號的基本概念
信號是消息的一種物理體現(xiàn)，消息則是信號的具體內(nèi)容。
各種傳輸信號的方法：烽火、鼓聲、旗語、電信號。
信號按物理屬性分：電信號和非電信號。
描述信號的常用方法（1）函數(shù)表達式f(t)，（2）波形。
3、信號的分類：
4、確知信號：可以用確定時間函數(shù)表示的信號，稱為確定信號或規(guī)則信號。如正弦信號。
5、隨機信號：不能用確定時間函數(shù)表示的信號，且在任意時刻的取值都具有不確定性，只可能知道它的統(tǒng)計特性，如在某時刻取某一數(shù)值的概率，這類信號稱為隨機信號或不確定信號。
5、確知信號的類型
?
?
注意：
1、對于能量信號，能量等于一個有限正值，但平均功率為零；
2、對于功率信號，平均功率等于一個有限值，但能量為無窮大；
3、能量信號和功率信號的分類對于非確知信號也使用。
2.2 確知信號的頻域性質(zhì)
2.2.1?功率信號的頻譜????2.2.2?能量信號的頻譜密度
?
?
?
3、二者的區(qū)別：
?
4、單位沖激函數(shù)(d函數(shù))（重點：課本第23頁，【例2-5】）
?
2.3 確知信號的時域性質(zhì)
1、能量信號的自相關(guān)函數(shù)
?
2、自相關(guān)函數(shù)的性質(zhì)：
?
3、功率信號的自相關(guān)函數(shù)和性質(zhì)
?
?
?
4、能量信號的互相關(guān)函數(shù)和性質(zhì)
?
?
5、功率信號的互相關(guān)函數(shù)和性質(zhì)
?
復(fù)習(xí)題（重點）
??1、畫出單位階躍信號和單位沖激函數(shù)的曲線圖。
??2、寫出抽樣函數(shù)的形式，畫出其基本圖形。
??3、什么叫做確知信號？
??4、按能量是否有限，信號分為哪些類？
??5、能量信號的特點？
??6、功率信號的特點？
??7、簡單描述一下單位沖擊函數(shù)的特點。
??P34?習(xí)題??2 –?2；2 –?5；
?
第3章??隨機信號分析
???掌握內(nèi)容：平穩(wěn)隨機過程的數(shù)字特征與概率密度函數(shù)；平穩(wěn)隨機過程的相關(guān)函數(shù)與功率譜密度；高斯信號通過線性系統(tǒng)。平穩(wěn)隨機過程；平穩(wěn)隨機過程的各態(tài)歷經(jīng)性；
1、 什么是隨機過程？
隨機過程是一類隨時間作隨機變化的過程，它不能用確切的時間函數(shù)描述?？蓮膬煞N不同角度看：
角度1：對應(yīng)不同隨機試驗結(jié)果的時間過程的集合。
角度2：隨機過程是隨機變量概念的延伸。
在任一給定時刻
t
1上，每一個樣本函數(shù)
xi
(
t
)都是一個確定的數(shù)值
xi
(
t1
)，但是每個
xi
(
t1
)都是不可預(yù)知的。
在一個固定時刻
t
1上，不同樣本的取值{
xi
(
t1
), i = 1, 2, …, n}是一個隨機變量，記為
x?
(
t1
)。
因此，我們又可以把隨機過程看作是在時間進程中處于不同時刻的隨機變量的集合。
2、隨機過程的分布函數(shù)：
?
3、隨機過程的數(shù)字特征
?
?
所以，方差等于均方值與均值平方之差，它表示隨機過程在時刻
t
對于均值
a
(
t
)的偏離程度。
?
?
?
?
3.2平穩(wěn)隨機過程
1、平穩(wěn)隨機過程及其性質(zhì)
?
?
2、嚴平穩(wěn)隨即過程的數(shù)字特征
?
結(jié)論：
把同時滿足（1）和（2）的過程定義為廣義平穩(wěn)隨機過程。
顯然，嚴平穩(wěn)隨機過程必定是廣義平穩(wěn)的，反之不一定成立。
在通信系統(tǒng)中所遇到的信號及噪聲，大多數(shù)可視為平穩(wěn)的隨機過程。因此，研究平穩(wěn)隨機過程有著很大的實際意義。
3、各態(tài)歷經(jīng)性
問題的提出：能否從一次試驗而得到的一個樣本函數(shù)
x
(
t
)來決定平穩(wěn)過程的數(shù)字特征呢?
回答是肯定的。平穩(wěn)過程在滿足一定的條件下具有一個有趣而又非常有用的特性，稱為“各態(tài)歷經(jīng)性”（又稱“遍歷性”）。
具有各態(tài)歷經(jīng)性的過程，其數(shù)字特征（均為統(tǒng)計平均）完全可由隨機過程中的任一實現(xiàn)的時間平均值來代替。
4、各態(tài)；歷經(jīng)性的條件
?
“各態(tài)歷經(jīng)”的含義：
隨機過程中的任一次實現(xiàn)都經(jīng)歷了隨機過程的所有可能狀態(tài)。
具有各態(tài)歷經(jīng)的隨機過程一定是平穩(wěn)過程，反之不一定成立。
在通信系統(tǒng)中所遇到的隨機信號和噪聲，一般均能滿足各態(tài)歷經(jīng)條件。
5、（重點，書本：第41頁）[例3-1]
?
?
?
?
?
6、平穩(wěn)過程的自相關(guān)函數(shù)及其性質(zhì)
?
?
?
3.3高斯隨機過程（正態(tài)隨機過程）
定義：如果隨機過程
x?
(
t
)的任意
n
維（
n
=1,2,...）分布均服從正態(tài)分布，則稱它為正態(tài)過程或高斯過程。
高斯隨機過程的重要性質(zhì)
1、高斯過程的
n
維分布只依賴各個隨機變量的均值、方差和歸一化協(xié)方差。
2、廣義平穩(wěn)的高斯過程也是嚴平穩(wěn)的。
3、因為，若高斯過程是廣義平穩(wěn)的，即其均值與時間無關(guān)，協(xié)方差函數(shù)只與時間間隔有關(guān)，而與時間起點無關(guān)，則它的
n
維分布也與時間起點無關(guān)，故它也是嚴平穩(wěn)的。所以，高斯過程若是廣義平穩(wěn)的，則也嚴平穩(wěn)。
4、高斯過程經(jīng)過線性變換后生成的過程仍是高斯過程。也可以說，若線性系統(tǒng)的輸入為高斯過程，則系統(tǒng)輸出也是高斯過程。
?
?
?
補充：線性系統(tǒng)
1、定義：
由若干相互作用和相互依賴的事物組合而成的，具有穩(wěn)定功能的整體。系統(tǒng)模型：系統(tǒng)物理特性的數(shù)學(xué)抽象。
在電子技術(shù)領(lǐng)域中，“系統(tǒng)”、“電路”、“網(wǎng)絡(luò)”三個名詞在一般情況下可以通用。
2、信號與系統(tǒng)的描述
?
系統(tǒng)的表示：
???數(shù)學(xué)表達式：系統(tǒng)物理特性的數(shù)學(xué)抽象。
???系統(tǒng)圖：形象地表示其功能。
3、線性系統(tǒng)
?
3.4?平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)
由平穩(wěn)隨機過程通過線性系統(tǒng)之后的數(shù)學(xué)特征可知：
若線性系統(tǒng)的輸入是平穩(wěn)的，則輸出也是平穩(wěn)的。?
如果線性系統(tǒng)的輸入過程是高斯型的，則系統(tǒng)的輸出過程也是高斯型的。
復(fù)習(xí)題：
P61，思考題：3-1，3-3，3-4；（重點）
?
第4章??信道
1、信道的基本概念
連接發(fā)送端和接受端的通信設(shè)備，其功能是將信號從發(fā)送端傳送到接收端。
信道分類：
無線信道 － 電磁波（含光波）
有線信道 － 電線、光纖
信道中的干擾：
有源干擾 － 噪聲
無源干擾 － 傳輸特性不良
本章重點：介紹信道傳輸特性和噪聲的特性，及其對于信號傳輸?shù)挠绊憽?/p>
4.1 無線信道
ü?無線信道
n?利用電磁波在空間的傳播來實現(xiàn)。
n?要求天線的尺寸不小于電磁波波長的1/10。
ü?根據(jù)通信距離分類：地波、天波、視波
1、地波
u?頻率 < 2 MHz
u?有繞射能力
u?距離：數(shù)百或數(shù)千千米
?
2、天波
l?頻率：2 ~ 30 MHz
l?特點：被電離層反射
l?一次反射距離：< 4000 km
l?寂靜區(qū)：
?
3、視線傳播：
l?頻率 > 30 MHz
l?距離: 和天線高度有關(guān)
l?式中，
D
?– 收發(fā)天線間距離(km)。
?
4、增大視線傳播距離的其他途徑
??中繼通信：無線電中繼
??衛(wèi)星通信：靜止衛(wèi)星、移動衛(wèi)星
??平流層通信：位于平流層的高空平臺電臺
4.2 有線信道
分類：明線、對稱電纜、同軸電纜
??1、明線是指平行架設(shè)在電線桿上的架空線路。
??2、雙絞線、電纜（粗電纜、細電纜）、光纖
4.3 信道的數(shù)學(xué)模型
??信道模型的分類：調(diào)制信道、編碼信道
?
?
?
?
4.5 信道中的噪聲
ü?噪聲
l?信道中存在的不需要的電信號。
l?又稱加性干擾。
ü?按噪聲來源分類
l?人為噪聲 － 例：開關(guān)火花、電臺輻射
l?自然噪聲 － 例：閃電、大氣噪聲、宇宙噪聲、熱噪聲
??熱噪聲
來源：來自一切電阻性元器件中電子的熱運動。
??按噪聲性質(zhì)分類
ü?脈沖噪聲：是突發(fā)性地產(chǎn)生的，幅度很大，其持續(xù)時間比間隔時間短得多。其頻譜較寬。電火花就是一種典型的脈沖噪聲。
ü?窄帶噪聲：來自相鄰電臺或其他電子設(shè)備，其頻譜或頻率位置通常是確知的或可以測知的?？梢钥醋魇且环N非所需的連續(xù)的已調(diào)正弦波。
ü?起伏噪聲：包括熱噪聲、電子管內(nèi)產(chǎn)生的散彈噪聲和宇宙噪聲等。
注：討論噪聲對于通信系統(tǒng)的影響時，主要是考慮起伏噪聲，特別是熱噪聲的影響。
復(fù)習(xí)題：
??P84，思考題：4-1，4-9，4-14，4-16
第9章 模擬信號的數(shù)字傳輸
???掌握內(nèi)容：抽樣定理；脈沖振幅調(diào)制(PAM)原理；脈沖編碼調(diào)制(PCM)原理；增量調(diào)制(ΔM)原理；均勻量化；非均勻量化；
???了解內(nèi)容：十三折現(xiàn)非均勻量化；十五折線非均勻量化；增量脈沖編碼調(diào)制(DPCM)原理。
?
9.1 模擬信號的抽樣----抽樣定理
抽樣定理：設(shè)一個連續(xù)模擬信號
m
(
t
)中的最高頻率
?
<
fH
，則以間隔時間為
T
?￡?1/2
fH
的周期性沖激脈沖對它抽樣時，
m
(
t
)將被這些抽樣值所完全確定。
?
9.2 模擬脈沖調(diào)制
模擬脈沖調(diào)制的種類
周期性脈沖序列有4個參量：脈沖重復(fù)周期、脈沖振幅、脈沖寬度和脈沖相位（位置）。 其中脈沖重復(fù)周期（抽樣周期）一般由抽樣定理決定，故只有其他3個參量可以受調(diào)制。
3種脈沖調(diào)制：
脈沖振幅調(diào)制(PAM)
脈沖寬度調(diào)制(PDM)
脈沖位置調(diào)制(PPM)
?
9.3 抽樣信號的量化---- 量化原理
l?
設(shè)模擬信號的抽樣值為
m
(
kT
)，其中
T
是抽樣周期，
k
是整數(shù)。此抽樣值仍然是一個取值連續(xù)的變量。
l?
若僅用
N
個不同的二進制數(shù)字碼元來代表此抽樣值的大小，則
N
個不同的二進制碼元只能代表
M
?= 2
N
個不同的抽樣值。
l?
因此，必須將抽樣值的范圍劃分成
M
個區(qū)間，每個區(qū)間用一個電平表示。這樣，共有
M
個離散電平，它們稱為量化電平。用這
M
個量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法稱為量化。
?
?
?
9.3.3 非均勻量化
1、非均勻量化的目的：
在實際應(yīng)用中，對于給定的量化器，量化電平數(shù)
M
和量化間隔
Dv
都是確定的，量化噪聲
Nq
也是確定的。但是，信號的強度可能隨時間變化（例如，語音信號）。當(dāng)信號小時，信號量噪比也小。
所以，這種均勻量化器對于小輸入信號很不利。為了克服這個缺點，改善小信號時的信號量噪比，在實際應(yīng)用中常采用非均勻量化。
2、非均勻量化原理
實際中，非均勻量化的實現(xiàn)方法通常是在進行量化之前，先將信號抽樣值壓縮，再進行均勻量化。
這里的壓縮是用一個非線性電路將輸入電壓
x
變換成輸出電壓
y
：?
y
?=
f
(
x
)
?
3、壓縮特性
關(guān)于電話信號的壓縮特性，ITU制定了兩種建議，即
A
壓縮律和
m
壓縮律，以及相應(yīng)的近似算法
－
?13折線法和15折線法。
我國大陸、歐洲各國以及國際間互連時采用
A
律及相應(yīng)的13折線法。
北美、日本和韓國等少數(shù)國家和地區(qū)采用
m
律及15折線法。
4、13折線壓縮特性 －
A
律的近似
A
律表示式是一條平滑曲線，用電子線路很難準(zhǔn)確地實現(xiàn)。這種特性很容易用數(shù)字電路來近似實現(xiàn)。13折線特性就是近似于
A
律的特性。在下圖中示出了這種特性曲線：
?
圖中橫坐標(biāo)
x
在0至1區(qū)間中分為不均勻的8段。1/2至1間的線段稱為第8段；1/4至1/2間的線段稱為第7段；1/8至1/4間的線段稱為第6段；依此類推，直到0至1/128間的線段稱為第1段。
圖中縱坐標(biāo)
y
則均勻地劃分作8段。將與這8段相應(yīng)的座標(biāo)點(
x
,
y
)相連，就得到了一條折線。由圖可見，除第1和2段外，其他各段折線的斜率都不相同。在下表中列出了這些斜率：
?
因為語音信號為交流信號，所以，上述的壓縮特性只是實用的壓縮特性曲線的一半。在第3象限還有對原點奇對稱的另一半曲線，如下圖所示：
?
m壓縮律和15折線壓縮特性
m壓縮律是指符合下式的對數(shù)壓縮規(guī)律：
?
???????將這些轉(zhuǎn)折點用直線相連，就構(gòu)成了8段折線。
由于其第一段和第二段的斜率不同，不能合并為一條直線，故當(dāng)考慮到信號的正負電壓時，僅正電壓第一段和負電壓第一段的斜率相同，可以連成一條直線。所以，得到的是15段折線，稱為15折線壓縮特性。
?
9.4 編碼
l?
經(jīng)過抽樣、量化，得到了數(shù)字信號。
l?
最后經(jīng)過編碼，就可以在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸了。
把從模擬信號抽樣、量化，直到變換成為二進制符號的基本過程，稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM） ，簡稱脈碼調(diào)制。
9.4.1 脈沖編碼調(diào)制（PCM）的基本原理
例：在下圖中，模擬信號的抽樣值為3.15，3.96，5.00，6.38，6.80和6.42。
若按照“四舍五入”的原則量化為整數(shù)值，則抽樣值量化后變?yōu)?，4，5，6，7和6。
在按照二進制數(shù)編碼后，量化值(quantized value)就變成二進制符號：011、100、101、110、111和110。
?
?
9.4.2 自然二進制碼和折疊二進制碼
（1）自然二進制碼（2）折疊二進制碼。
折疊碼的優(yōu)點：
因為電話信號是交流信號，故在此表中將16個雙極性量化值分成兩部分。第0至第7個量化值對應(yīng)于負極性電壓；第8至第15個量化值對應(yīng)于正極性電壓。
顯然，對于自然二進制碼，這兩部分之間沒有什么對應(yīng)聯(lián)系。
但是，對于折疊二進制碼，除了其最高位符號相反外，其上下兩部分還呈現(xiàn)映像關(guān)系，或稱折疊關(guān)系。這種碼用最高位表示電壓的極性正負，而用其他位來表示電壓的絕對值。
折疊碼的另一個優(yōu)點是誤碼對于小電壓的影響較小。折疊碼對于小信號有利。由于語音信號小電壓出現(xiàn)的概率較大，所以折疊碼有利于減小語音信號的平均量化噪聲。
在語音通信中，通常采用8位的PCM編碼就能夠保證滿意的通信質(zhì)量。
9.6 差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）
1、預(yù)測編碼簡介
預(yù)測編碼的目的：降低編碼的比特率
預(yù)測編碼原理： 在預(yù)測編碼中，先根據(jù)前幾個抽樣值計算出一個預(yù)測值，再取當(dāng)前抽樣值和預(yù)測值之差。將此差值編碼并傳輸。此差值稱為預(yù)測誤差。利用減小冗余度的辦法，降低了編碼比特率。
線性預(yù)測原理：
若利用前面的幾個抽樣值的線性組合來預(yù)測當(dāng)前的抽樣值，則稱為線性預(yù)測。若僅用前面的1個抽樣值預(yù)測當(dāng)前的抽樣值，則就是將要討論的DPCM。
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?
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補充：哈夫曼編碼（重點）
第11章差錯控制編碼
??11.1 概述
??11.2 糾錯編碼的基本原理
??11.4 簡單實用的糾錯編碼
11.1 概述
1、信道分類：從差錯控制角度看
l?
隨機信道：錯碼的出現(xiàn)是隨機的
l?
突發(fā)信道：錯碼是成串集中出現(xiàn)的
l?
混合信道：既存在隨機錯碼又存在突發(fā)錯碼
差錯控制技術(shù)的種類：檢錯重發(fā)、前向糾錯、反饋校驗、檢錯刪除
差錯控制編碼----常稱為糾錯編碼
l?
監(jiān)督碼元：
上述4種技術(shù)中除第3種外，都是在接收端識別有無錯碼。所以在發(fā)送端需要在信息碼元序列中增加一些差錯控制碼元，它們稱為監(jiān)督碼元。
l?
不同的編碼方法，有不同的檢錯或糾錯能力。
l?
多余度：
就是指增加的監(jiān)督碼元多少。例如，若編碼序列中平均每兩個信息碼元就添加一個監(jiān)督碼元，則這種編碼的多余度為1/3。
l?
編碼效率(簡稱碼率)
：設(shè)編碼序列中信息碼元數(shù)量為
k
，總碼元數(shù)量為
n
，則比值
k/n
就是碼率。
l?
冗余度：監(jiān)督碼元數(shù)(
n
-
k
) 和信息碼元數(shù)
k
之比。
l?
理論上，差錯控制以降低信息傳輸速率為代價換取提高傳輸可靠性。
4、自動要求重發(fā)(ARQ)系統(tǒng)
采用檢錯重發(fā)的通信系統(tǒng)一般稱為自動要求重發(fā)系統(tǒng)。共3種ARQ系統(tǒng)：
1、停止等待ARQ系統(tǒng) ；2、拉后ARQ系統(tǒng)；3、選擇重發(fā)ARQ系統(tǒng)
?
?
?
ARQ的主要優(yōu)點：和前向糾錯方法相比
監(jiān)督碼元較少即能使誤碼率降到很低，即碼率較高；
檢錯的計算復(fù)雜度較低；
檢錯用的編碼方法和加性干擾的統(tǒng)計特性基本無關(guān)，能適應(yīng)不同特性的信道。
ARQ的主要缺點：
需要雙向信道來重發(fā)，不能用于單向信道，也不能用于一點到多點的通信系統(tǒng)。
因為重發(fā)而使ARQ系統(tǒng)的傳輸效率降低。
在信道干擾嚴重時，可能發(fā)生因不斷反復(fù)重發(fā)而造成事實上的通信中斷。
在要求實時通信的場合，例如電話通信，往往不允許使用ARQ法。
?
l?
在發(fā)送端，輸入的信息碼元在編碼器中被分組編碼（加入監(jiān)督碼元）后，除了立即發(fā)送外，還暫存于緩沖存儲器中。若接收端解碼器檢出錯碼，則由解碼器控制產(chǎn)生一個重發(fā)指令。此指令經(jīng)過反向信道送到發(fā)送端。由發(fā)送端重發(fā)控制器控制緩沖存儲器重發(fā)一次。
l?
接收端僅當(dāng)解碼器認為接收信息碼元正確時，才將信息碼元送給收信者，否則在輸出緩沖存儲器中刪除接收碼元。
l?
當(dāng)解碼器未發(fā)現(xiàn)錯碼時，經(jīng)過反向信道發(fā)出不需重發(fā)指令。發(fā)送端收到此指令后，即繼續(xù)發(fā)送后一碼組，發(fā)送端的緩沖存儲器中的內(nèi)容也隨之更新。
11.2 糾錯編碼的基本原理
1、概念：禁用碼組、許用碼組
將信息碼分組，為每組信息碼附加若干監(jiān)督碼的編碼稱為分組碼 。
在分組碼中，監(jiān)督碼元僅監(jiān)督本碼組中的信息碼元。
?
2、分組碼的碼重和碼距
l?
碼重：把碼組中“1”的個數(shù)目稱為碼組的重量，簡稱碼重。
l?
碼距：把兩個碼組中對應(yīng)位上數(shù)字不同的位數(shù)稱為碼組的距離，簡稱碼距。
l?
最小碼距：把某種編碼中各個碼組之間距離的最小值稱為最小碼距(
d
0)。
3、碼距和檢糾錯能力的關(guān)系
???????一種編碼的最小碼距
d
0的大小直接關(guān)系著這種編碼的檢錯和糾錯能力：
1、為檢測
e
個錯碼，要求最小碼距
d
0 3?
e
?+ 1
2、為了糾正
t
個錯碼，要求最小碼距
d
0 3?2
t
?+ 1
3、為糾正
t
個錯碼，同時檢測
e
個錯碼，要求最小碼距
這種糾錯和檢錯結(jié)合的工作方式簡稱糾檢結(jié)合。
11.4簡單實用的糾錯編碼
ü?11.4.1 奇偶監(jiān)督碼
ü?11.4.2 二維奇偶監(jiān)督碼
ü?11.4.3 恒比碼
ü?11.4.4 正反碼
11.4.1 奇偶監(jiān)督碼
ü?
奇偶監(jiān)督碼分為奇數(shù)監(jiān)督碼和偶數(shù)監(jiān)督碼兩種，兩者的原理相同。
ü?
在偶數(shù)監(jiān)督碼中，無論信息位多少，監(jiān)督位只有1位，它使碼組中“1”的數(shù)目為偶數(shù)，即滿足下式條件：
ü?
式中
a
0為監(jiān)督位，其他位為信息位。
ü?
這種編碼能夠檢測奇數(shù)個錯碼。在接收端，按照上式求“模2和”，若計算結(jié)果為“1”就說明存在錯碼，結(jié)果為“0”就認為無錯碼。
ü?
11.4.3 恒比碼
??在恒比碼中，每個碼組均含有相同數(shù)目的“1”（和“0”）。由于“1”的數(shù)目與“0”的數(shù)目之比保持恒定，故得此名。
??這種碼在檢測時，只要計算接收碼組中“1”的數(shù)目是否對，就知道有無錯碼。
??恒比碼的主要優(yōu)點是簡單和適于用來傳輸電傳機或其他鍵盤設(shè)備產(chǎn)生的字母和符號。對于信源來的二進制隨機數(shù)字序列，這種碼就不適合使用了。
11.4.4 正反碼------正反碼的編碼：
它是一種簡單的能夠糾正錯碼的編碼。其中的監(jiān)督位數(shù)目與信息位數(shù)目相同，監(jiān)督碼元與信息碼元相同或者相反則由信息碼中“1”的個數(shù)而定。
第14章 通信網(wǎng)
一、電話網(wǎng)
1、通信網(wǎng)是在多點之間傳遞信息的通信系統(tǒng)。
通信網(wǎng)的基本組成部分
l?
終端設(shè)備：包括電話機、傳真機、電臺、計算機等發(fā)送和接收信號的設(shè)備。
l?
通信鏈路：定義在一定的頻域和空域，它占用給定的頻帶和物理空間。鏈路可以被時分復(fù)用或頻分復(fù)用。?
l?
交換設(shè)備：按照信令將通信鏈路傳來的信號轉(zhuǎn)接到另一條鏈路的設(shè)備。
l?
有些通信網(wǎng)中還包含轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。
2、通信網(wǎng)的分類
按照功能區(qū)分：電報網(wǎng)、電話網(wǎng)、電傳(Telex)網(wǎng)以及電視網(wǎng)等等。
按照拓撲結(jié)構(gòu)區(qū)分：
l?
網(wǎng)形：網(wǎng)形網(wǎng)的任意兩個節(jié)點之間都有一條鏈路直接相連。所以若網(wǎng)中共有
N
個節(jié)點，則需要
N
(
N
-1)/2條鏈路連接。當(dāng)
N
增大時，所需鏈路數(shù)目將急劇增加，故經(jīng)濟性較差。但是，若各節(jié)點有轉(zhuǎn)發(fā)功能，則可靠性大為增加。
l?
星形網(wǎng)：在星形網(wǎng)中，若共有
N
個節(jié)點，則共需 (
N
-1)條鏈路；除中心節(jié)點外，其他節(jié)點之間的通信都需要經(jīng)過中心節(jié)點轉(zhuǎn)接。故在中心節(jié)點處需要有交換設(shè)備為其他各個節(jié)點轉(zhuǎn)接信號。和網(wǎng)形網(wǎng)相比，星形網(wǎng)需要的鏈路數(shù)目減少了，但是需要增加交換設(shè)備。
l?
環(huán)形網(wǎng)：環(huán)形網(wǎng)所需的鏈路數(shù)目
N
等于節(jié)點數(shù)目，并且每個節(jié)點都需要有轉(zhuǎn)發(fā)功能。在這里，任意兩個節(jié)點之間都有一條迂回鏈路，所以可靠性比星形網(wǎng)高。但是，在某些節(jié)點之間可能需要多次轉(zhuǎn)發(fā)，這個因素又會使傳輸時延增大和可靠性下降。
l?
總線形網(wǎng)：在總線形網(wǎng)中，利用一條“總線”連接所有節(jié)點。由于所有節(jié)點共用這條總線，即總線同時只能為兩個節(jié)點服務(wù)，所以它主要用于分時工作的計算機局域網(wǎng)中。由于總線形網(wǎng)和環(huán)形網(wǎng)的上述特點，當(dāng)網(wǎng)中節(jié)點數(shù)目較大時，可能使信號傳輸?shù)臅r延較長。這兩種網(wǎng)主要適合用于節(jié)點數(shù)目較少的計算機網(wǎng)中。
l?
復(fù)合形網(wǎng)：復(fù)合形網(wǎng)是上述幾種基本型網(wǎng)的組合。根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)的性能要求，常將幾種基本型網(wǎng)結(jié)合使用，以求達到技術(shù)和經(jīng)濟指標(biāo)優(yōu)化的目的。
3、電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)
組成：由終端設(shè)備（電話機）、傳輸線路和交換設(shè)備組成。
分類：專用交換電話網(wǎng)、公共交換電話網(wǎng)(PSTN)
?
本地電話網(wǎng)：
l?
是指在一個統(tǒng)一號碼長度的編號區(qū)內(nèi)，由電話機、用戶線、用戶端局（簡稱端局）、匯接局、局間中繼線和長話-市話中繼線組成的電話網(wǎng)。
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長話-市話中繼線則用于將本地電話網(wǎng)和國內(nèi)長途電話網(wǎng)相連接。中繼線一般是大容量電纜，用于傳輸時分復(fù)用PCM信號。
國內(nèi)長途電話網(wǎng)：
l?
是指全國各市（縣）間用戶進行長途通話的電話網(wǎng)，網(wǎng)中各市（縣）都設(shè)一個或多個長途電話局。各長途局間由長途電話線路連接起來。
l?
國內(nèi)長途電話網(wǎng)的結(jié)構(gòu)在我國采用分級匯接制，它包含4個等級的交換中心，即大區(qū)交換中心（C1），省交換中心(C2)，地區(qū)交換中心(C3)和縣市交換中心（C4）。
國際長途電話網(wǎng)：
l?
是指將世界各國的電話網(wǎng)相互連接起來進行國際通話的電話網(wǎng)。
14.2.2電話網(wǎng)中的交換
（1）雙向交換矩陣-----不適宜用于數(shù)字電路
?
（2）單向交換矩陣：和雙向交換矩陣相比，這種單向交換矩陣中的開關(guān)數(shù)目要加倍。
?
注：上述兩種方法中，前者用開關(guān)矩陣實現(xiàn)交換的方法常稱為空分交換，后者則稱為時分交換?？辗纸粨Q時刻保持連接通信兩端用戶的線路處于持續(xù)接通狀態(tài)。時分交換則不然。
14.2.3 電話網(wǎng)中的信令
信令的用途：在電話網(wǎng)中，交換設(shè)備是根據(jù)用戶發(fā)來的信令控制接通哪一條或幾條電路的。
信令的分類：用戶信令和局間信令：
l?
用戶信令：從用戶發(fā)到端局的信令，它規(guī)定了要求呼叫的終端目的地。
l?
局間信令：在各局和各中心之間傳輸?shù)男帕?，它根?jù)用戶信令的要求按照網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成決定著信號通過的鏈路。
模擬信令和數(shù)字信令：公共電話網(wǎng)中
l?
模擬信令：由電話機到端局之間的用戶線一般都是模擬線路，所以用戶信令都是模擬信令。
l?
數(shù)字信令：局間中繼線都是數(shù)字線路，故局間信令是數(shù)字信令。
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?
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??局間信令：
隨路信令(CAS) ：
??
是指信令和用戶信息（語音）在同一信道中傳輸?shù)男帕睢?/p>
??
R2信令是一種基于E-1時分復(fù)用系統(tǒng)的隨路信令。在E-1系統(tǒng)中時隙TS16被預(yù)留用來傳遞這種信令。
共路信令(CCS) ：
??
將呼叫控制信息和其他業(yè)務(wù)信息通過一個獨立的信令網(wǎng)絡(luò)傳輸。
??
SS7信令為一種共路信令 。它比R2信令更高效，更可靠。SS7信令的標(biāo)準(zhǔn)化程度要比R2信令好。
14.2.4 電話網(wǎng)的性能指標(biāo)
1、話務(wù)量，2、呼損率
?
?
?
二、數(shù)據(jù)通信概述
1、數(shù)據(jù)通信的概念
2、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的組成
3、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)
4、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
1、數(shù)據(jù)通信的概念
數(shù)據(jù)通信是指計算機與通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，通常是指依照通信協(xié)議，利用數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，在智能終端與計算機之間或者計算機與計算機之間傳送數(shù)據(jù)的過程。
特點：
??
通信雙方至少有一方是計算機；
??
數(shù)據(jù)通信中傳輸?shù)男畔⑹且远M制數(shù)形式表現(xiàn)；
??
它與遠程信息處理相聯(lián)系，是包括科學(xué)計算、過程控制、科學(xué)檢索的內(nèi)容的廣義的信息處理。
數(shù)據(jù)通信包括：
??
數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)傳輸是數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)。
??
數(shù)據(jù)處理：數(shù)據(jù)處理（如數(shù)據(jù)的集中、交換、控制等）使數(shù)據(jù)的遠距離交換得以實現(xiàn)。
通信控制
??
通信按照一定的規(guī)則有步驟的進行，即雙方必須按照一定的協(xié)議或約定，包括收發(fā)雙方的同步、傳輸?shù)目刂坪蛿?shù)據(jù)流量的控制等。
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)是通過數(shù)據(jù)電路將分布在遠地的數(shù)據(jù)終端設(shè)備與計算機系統(tǒng)連接起來，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、交換、存儲和處理的系統(tǒng)。
?
1.2?數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）
在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的設(shè)備稱為數(shù)據(jù)終端設(shè)備（簡稱DTE）。
構(gòu)成：數(shù)據(jù)輸入設(shè)備、數(shù)據(jù)輸出設(shè)備和傳輸控制器。
??
作用：把信息變換成以數(shù)字代碼表示的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)通過傳輸信道送到遠端計算機系統(tǒng)，同時接受數(shù)據(jù)。
??
DTE屬于用戶范疇，其種類繁多，功能差別較大。
??
從計算機和計算機通信系統(tǒng)的觀點來看，終端是輸入／輸出的工具；
??
從數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的觀點來看，計算機和終端都稱為網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備，簡稱終端。
通信控制器 ：
為了有效而可靠地進行通信，通信雙方必須按一定的規(guī)程進行，如收發(fā)雙方的同步、差錯控制、傳輸鏈路的建立、維待和拆除及數(shù)據(jù)流量控制等，所以必須設(shè)置
通信控制器
來完成這些功能，對應(yīng)于軟件部分就是
通信協(xié)議
，
這也是數(shù)據(jù)通信與傳統(tǒng)電話通信的主要區(qū)別。
1.2?數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）
????用來連接DTE與數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備稱為
數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（Data Circuit-terminating Equipment，DCE），
可見該設(shè)備為用戶設(shè)備提供入網(wǎng)的連接點。
DCE的功能就是完成數(shù)據(jù)信號的變換，要進行“數(shù)字→模擬”變換，方法就是調(diào)制，而接收端要進行反變換，即“模擬→數(shù)字”變換，這就是解調(diào)。
數(shù)據(jù)電路指的是在線路或信道上加信號變換設(shè)備之后形成的二進制比特流通路，它由傳輸信道及其兩端的數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）組成。
數(shù)據(jù)鏈路
是在數(shù)據(jù)電路已建立的基礎(chǔ)上，通過發(fā)送方和接收方之間交換“握手”信號，使雙方確認后方可開始傳輸數(shù)據(jù)的兩個或兩個以上的終端裝置與互連線路的組合體。
“握手”信號是指通信雙方建立同步聯(lián)系、使雙方設(shè)備處于正確收發(fā)狀態(tài)、通信雙方相互核對地址等。
中央計算機
由通信控制器、主機以及外圍設(shè)備組成，其功能是進行數(shù)據(jù)處理并可將處理結(jié)果向相應(yīng)的數(shù)據(jù)終端設(shè)備輸出。
主機又
稱中央處理機，主要功能是進行數(shù)據(jù)處理。
傳輸信道
，目前數(shù)據(jù)通信中所使用的多為有線信道。
主要有：
直接利用傳輸媒體的實線信道（如局域網(wǎng)中）；
經(jīng)調(diào)制解調(diào)器的頻分信道（如部分地區(qū)用戶線路中）；
時分信道，由于光纖通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在絕大部分的數(shù)據(jù)傳輸在時分信道上，以同步數(shù)字體系SDH方式傳輸。
數(shù)據(jù)傳輸按信息傳送的方向與時間可以分為：單工、半雙工、全雙工三種傳輸方式。
?
?
?
1.2?傳輸方式---多路復(fù)用
為了提高信道的利用率，在數(shù)據(jù)的傳輸中組合多個低速的數(shù)據(jù)終端共同使用一條高速的信道，這種方法稱為多路復(fù)用，常用的復(fù)用技術(shù)有頻分復(fù)用和時分復(fù)用。
??
頻分復(fù)用
u?
頻分復(fù)用是將物理信道上的總帶寬分成若干個獨立的信道（即子信道），分別分配給用戶傳輸數(shù)據(jù)信息，各子信道間還略留一個寬度（稱為保護帶）。
u?
頻分復(fù)用適用于傳輸模擬信號的頻分制信道，主要用于電話和有線電視（CATV）系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中應(yīng)和調(diào)制解調(diào)技術(shù)結(jié)合使用，且只在地區(qū)用戶線上用到，長途干線上主要采用時分復(fù)用。
??
時分復(fù)用
u?
時分復(fù)用是將一條物理信道按時間分成若干時間片（即時隙）輪流地分配給每個用戶，每個時間片由復(fù)用的一個用戶占用，而不像FDM那樣，同一時間同時發(fā)送多路信號。
u?
數(shù)據(jù)時分復(fù)用可分為同步時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用 。
??
同步時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用
u?
同步時分復(fù)用是指復(fù)用器把時隙固定地分配給各個數(shù)據(jù)終端，通過時隙交織形成多路復(fù)用信號，從而把各低速數(shù)據(jù)終端信號復(fù)用成較高速率的數(shù)據(jù)信號。
u?
統(tǒng)計時分復(fù)用也稱異步時分復(fù)用。統(tǒng)計時分復(fù)用中，把時隙動態(tài)地分配給各個終端，即當(dāng)終端的數(shù)據(jù)要傳送時，才會分配到時隙，因此每個用戶的數(shù)據(jù)傳輸速率可以高于平均傳輸速率，最高可以達到線路總的傳輸能力。
例題（重點）：線路傳輸速率為9600bit/s，4個用戶的平均速率為2400bit/s。
??
當(dāng)用同步時分復(fù)用時，每個用戶的最高速率為2400bit/s。
??
而在統(tǒng)計時分復(fù)用方式下，每個用戶最高速率可達9600bit/s。
1.3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)
不同的通信系統(tǒng)有不同的性能指標(biāo)，就數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)而言，其性能指標(biāo)主要有傳輸速率、頻帶利用率、差錯率等。
1.3.1 信息傳輸速率（Rb）
1.3.2 碼元傳輸速率（RB）
1.3.3 頻帶利用率
1.3.4 差錯率
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?
?
?
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4、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議與協(xié)議體系結(jié)構(gòu)
1、 通信協(xié)議的概念與層次結(jié)構(gòu)
電話網(wǎng)中有規(guī)定的信令方式，數(shù)據(jù)通信中要有傳輸控制規(guī)程等。我們把這種通信雙方必須遵守的規(guī)則和約定稱為
協(xié)議或規(guī)程
。
協(xié)議的要素包括語法、語義和定時。
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語法規(guī)定通信雙方“如何講”。即確定數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)碼型、信號電平等；
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語義規(guī)定通信雙方“講什么”，即確定協(xié)議元素的類型，如規(guī)定通信雙方要發(fā)出什么控制信息、執(zhí)行什么動作和返回什么應(yīng)答等；
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定時關(guān)系則規(guī)定事件執(zhí)行的順序，即確定鏈路通信過程中通信狀態(tài)的變化，如規(guī)定正確的應(yīng)答關(guān)系等。
由于協(xié)議十分復(fù)雜，涉及面很廣，因此在制定協(xié)議時經(jīng)常采用的方法是
分層法。
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分層法最核心的思路是上一層的功能是建立在下一層的功能基礎(chǔ)上，并且在每一層內(nèi)均要遵守一定的規(guī)則。
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層次和協(xié)議的集合稱為網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)。
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通信軟件：體系結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具有足夠的信息，以允許軟件設(shè)計人員給每層編寫實現(xiàn)該層協(xié)議的有關(guān)程序，即通信軟件。
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負責(zé)制定國際標(biāo)準(zhǔn)的ISO吸取了IBM的SNA和其它計算機廠商的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，提出了
開放系統(tǒng)互連（Open System Interconnection）參考模型（簡稱OSI-RM）
，按照這個標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和建成的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都可以互相連接。
2、OSI參考模型及各層功能
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OSI參考采用分層結(jié)構(gòu)化技術(shù)，將整個網(wǎng)絡(luò)的通信功能分為7層。
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由低層至高層分別是：物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、運輸層、會話層、表示層、應(yīng)用層。每一層都有特定的功能，并且上一層利用下一層的功能所提供的服務(wù)，
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實通信：
在OSI參考模型中，各層的數(shù)據(jù)并不是從一端的第N層直接送到另一端的，第N層的數(shù)據(jù)在垂直的層次中自上而下地逐層傳遞直至物理層，在物理層的兩個端點進行物理通信，我們把這種通信稱為實通信。
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虛擬通信：
而對等層由于通信并不是直接進行，因而稱為虛擬通信。
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物理層
主要討論在通信線路上比特流的傳輸問題。
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這一層協(xié)議描述傳輸媒質(zhì)的電氣、機械、功能和過程的特性。
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其典型的設(shè)計問題有：信號的發(fā)送電平、碼元寬度、線路碼型、物理連接器插腳的數(shù)量、插腳的功能、物理拓撲結(jié)構(gòu)、物理連接的建立和終止、傳輸方式等。
u?
數(shù)據(jù)路層
主要討論在數(shù)據(jù)鏈路上幀流的傳輸問題。
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這一層協(xié)議的內(nèi)容包括：幀的格式，幀的類型，比特填充技術(shù)，數(shù)據(jù)鏈路的建立和終止信息流量控制，差錯控制，向物理層報告一個不可恢復(fù)的錯誤等。
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這一層協(xié)議的目的是保障在相鄰的站與節(jié)點或節(jié)點與節(jié)點之間正確地、有次序、有節(jié)奏地傳輸數(shù)據(jù)幀。
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常見的數(shù)據(jù)鏈路協(xié)議有兩類：
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一是面向字符的傳輸控制規(guī)程，如基本型傳輸控制規(guī)程（BSC）；
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另一類是面向比特的傳輸控制規(guī)程，如高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程（HDLC）。主要是后一類。
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網(wǎng)絡(luò)層
主要處理分組在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。
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這一層協(xié)議的功能是：路由選擇、數(shù)據(jù)交換。
l?
網(wǎng)絡(luò)連接的建立和終止一個給定的數(shù)據(jù)鏈路上網(wǎng)絡(luò)連接的復(fù)用，根據(jù)從數(shù)據(jù)鏈路層來的錯誤報告而進行的錯誤檢測和恢復(fù)，分組的排序，信息流的控制等。
u?
網(wǎng)絡(luò)層
的典型例子是ITU-T的X. 25建議的第三層標(biāo)準(zhǔn)。
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運輸層
是第一個端到端的層次，也就是計算機-計算機的層次。
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這一層的功能是：把運輸層的地址變換為網(wǎng)絡(luò)層的地址，運輸連接的建立和終止，在網(wǎng)絡(luò)連接上對運輸連接進行多路復(fù)用，端-端的次序控制，信息流控制，錯誤的檢測和恢復(fù)等。
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OSI的前三層可組成公共網(wǎng)絡(luò)，它可被很多設(shè)備共享，并且計算機-節(jié)點機、節(jié)點機-節(jié)點機是按照“接力”方式傳送的，為了防止傳送途中報文的丟失，兩個計算機之間可實現(xiàn)端到端控制。
u?
會話層
是指用戶與用戶的連接，它通過在兩臺計算機間建立、管理和終止通信來完成對話。
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會話層的主要功能：
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在建立會活時核實雙方身份是否有權(quán)參加會活；
n?
確定何方支付通信費用；
n?
雙方在各種選擇功能方面（如全雙工還是半雙工通信）取得一致；
n?
在會話建立以后，需要對進程間的對話進行管理與控制。
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表示層
主要處理應(yīng)用實體間交換數(shù)據(jù)的語法。
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其目的是解決格式和數(shù)據(jù)表示的差別，從而為應(yīng)用層提供一個一致的數(shù)據(jù)格式，如文本壓縮、數(shù)據(jù)加密、字符編碼的轉(zhuǎn)換，從而使字符、格式等有差異的設(shè)備之間相互通信。
u?
應(yīng)用層
與提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)相關(guān)，這些服務(wù)包括文件傳送、打印服務(wù)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、電子郵件等。應(yīng)用層提供了一個應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)通信的接口。
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從七層的功能可見：
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1～3主要是完成數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)傳輸，稱之為網(wǎng)絡(luò)低層，即通信子網(wǎng)；
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5～7層主要是完成信息處理服務(wù)的功能，稱之為網(wǎng)絡(luò)高層；
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低層與高層之間由第4層銜接。
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注：在數(shù)據(jù)通信網(wǎng)中只有物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層，所以在數(shù)據(jù)通信中也只研究這三層。
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3、 OSI有關(guān)術(shù)語-----面向連接和無連接
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下層向上層提供服務(wù)有兩種形式：面向連接的服務(wù)；無連接的服務(wù)
1、?
面向連接的服務(wù)以電話系統(tǒng)最為典型，要和某人通話，先拿起電話，撥號碼，談話，掛斷。網(wǎng)絡(luò)中的面向連接服務(wù)類似大電話過程。
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某一方欲傳誦數(shù)據(jù)，首先給出對方的全稱地址，并請求建立連接，當(dāng)雙方同意后，雙方之間的通信鏈路就建立起來。
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第二步是傳送數(shù)據(jù)，通常以幀為單位，按序傳送，不再標(biāo)稱地址，只標(biāo)稱所建立的鏈路號，并由收方對收到的幀予以確認，為可靠傳送方式。也有用不著確認的場合，為不可靠方式。
u?
第三步當(dāng)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束后，拆除鏈路。面向連接的服務(wù)，又稱為虛電路服務(wù)。
2、?
無連接服務(wù)沒有建立和拆除鏈路的過程，像普通的電子郵件，其用戶并不希望為發(fā)一條消息而去建立和拆除連接的麻煩。無連接服務(wù)又稱為數(shù)據(jù)報服務(wù)，它要求每一幀信息帶有全稱地址，獨立選擇路徑，其到達目的地的順序也是不定的，到達目的地后，還要重新對幀進行排序。
三、數(shù)據(jù)交換
1、概述；2、電路交換；3、報文交換；4、分組交換；5、三種交換方式的比較；6、幀中繼；7、異步傳輸模式
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1、全聯(lián)通：
多個設(shè)備之間進行通信的一個簡單方法是在兩者之間建立直達的傳輸鏈路，稱為全聯(lián)通，由此構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)成為互聯(lián)網(wǎng)或完全互聯(lián)網(wǎng)。
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2、數(shù)據(jù)交換：?
在連接著大量DTE的網(wǎng)絡(luò)中，為了實現(xiàn)在眾多DTE之間的通信，較好的方法是在通信網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置交換中心(switching center)，它可同時為多對要通信的數(shù)據(jù)終端建立通信鏈路，通信結(jié)束后再拆除鏈路。
這些中間節(jié)點并不關(guān)心數(shù)據(jù)內(nèi)容，它的目的只是提供一個交換設(shè)備，把數(shù)據(jù)從一個節(jié)點傳送到另一個節(jié)點，直至到達目的地。通常將數(shù)據(jù)在各節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸過程稱為數(shù)據(jù)交換。
3、交換
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一個交換網(wǎng)絡(luò)由一系列稱為交換機的節(jié)點，相互連接組成。
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交換機是硬件和軟件設(shè)備，具有在連接到交換機的兩個或多個設(shè)備之間創(chuàng)建臨時連接的能力。
4、數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后在通信線路上進行傳輸，按數(shù)據(jù)傳送技術(shù)劃分：
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公用交換網(wǎng)，如電話網(wǎng)。
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公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)。
5、公用電話網(wǎng)（PSTN）
?是應(yīng)用最廣泛的交換網(wǎng)，只要增加少量設(shè)備和自動呼叫（ACE）就可以開展數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)。
u?
優(yōu)點：投資少，實現(xiàn)簡單，地區(qū)廣泛，使用方便。
u?
缺點：傳輸差錯率高，傳輸質(zhì)量不穩(wěn)定，不適于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)取?/p>
6、公用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換方式：
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（1）電路交換方式，分為：空分交換方式，時分交換方式
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（2） 存儲交換方式，又稱信息交換和存儲轉(zhuǎn)發(fā)交換方式，根據(jù)存儲、傳輸?shù)膯挝徊煌址譃椋簣笪慕粨Q方式，分組交換方式。
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簡而言之，把共用數(shù)據(jù)交換網(wǎng)分為三種：1、電路交換方式，2、報文交換方式，3、分組交換方式
6.1 電路交換方式
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數(shù)據(jù)通信的電路交換又稱線路交換，是根據(jù)電話交換的原理發(fā)展起來的依照交換方式。
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具體是指兩臺計算機或終端在相互通信時，使用同一條實際的物理鏈路，且在通信中自始至終使用該條鏈路進行信息傳輸，而不允許其他計算機或終端同時共享該條鏈路。
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電路交換的通信過程包括3個階段：建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和拆除連接。
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電路交換可以分為以下兩種：空分交換；時分交換
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（1）空分交換，Space Division Switching。
這是指在交換過程中的入線是通過在空間的位置來選擇出線，并建立接續(xù)，通信結(jié)束后，隨即拆除。
比如，人工交換機上塞繩的一端連著入線塞孔，由話務(wù)員按主叫要求把塞繩的另一端連接被叫的出線塞孔，這就是最形象的空分交換方式。
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（2）時分交換，Time Division Switching
時分交換是以時分復(fù)用為基礎(chǔ)，是把時間劃分為若干互不重疊的時隙，由不同的時隙建立不同的子信道，通過時隙交換網(wǎng)絡(luò)完成話音的時隙搬移，從而實現(xiàn)入線和出線間數(shù)據(jù)交換的一種交換方式。
7、?
電路交換的優(yōu)點
信息的傳輸時延小，對于一個接續(xù)來說，傳輸時延不變。
信息以信號的形式在數(shù)據(jù)通路中“透明”傳輸。
電路交換的特點是接續(xù)路徑采用物理連接，在電路接通之后，出現(xiàn)在數(shù)據(jù)終端用戶面前的就好像是專線一樣，交換機不再干預(yù)信息的傳輸，即在用戶之間提供了完全“透明”的信號通路。
信息的編碼方法和信息格式不受交換網(wǎng)絡(luò)的限制。
8、電路交換的缺點
電路的持續(xù)時間較長，對于數(shù)據(jù)和其他非會話性質(zhì)的通信就沒有必要。特別對于猝發(fā)式的通信，電路交換效率不高。
電路資源被通信雙方獨占，電路利用率低。
通信雙方在信息的傳輸速率、編碼格式、同步方式、通信規(guī)程等方面要求完全兼容。
有呼損，即可能出現(xiàn)由于雙方用戶終端設(shè)備忙或交換網(wǎng)負荷過重而叫不通。
不夠靈活，一旦電路建立，不管電路是否是最完美的，通信的所有數(shù)據(jù)都將使用電路所形成的路徑。
電路對于所有的通信都一視同仁。每個請求都被賦予到任何可用的線路上，沒有優(yōu)先級別。
9、?
報文交換(Message Switching)
報文交換(Message Switching)是通過通信子網(wǎng)上的結(jié)點采用
存儲-轉(zhuǎn)發(fā)
的方式來傳輸數(shù)據(jù)，它不需要在兩個站點之間建立一條專用的通信線路。
報文交換中傳輸數(shù)據(jù)的邏輯單元稱為
報文
，其長度一般不受限制，可隨數(shù)據(jù)不同而改變。
實現(xiàn)報文交換的結(jié)點通常是一臺計算機，它具有足夠的存儲容量來緩存所接收的報文。
一般它將接收報文站點的地址附加于報文一起發(fā)出，每個中間結(jié)點接收報文后暫存報文，然后根據(jù)其中的地址選擇線路再把它傳到下一個結(jié)點，直至到達目的站點。
一個報文在每個結(jié)點的延遲時間等于接收報文的全部位碼所需要時間、等待時間，以及傳到下一個結(jié)點的排隊延遲時間。
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為了準(zhǔn)確的實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)報文，一份報文包括以下三個部分：
報頭或標(biāo)題，包括發(fā)信站地址，終點收信地址和其他輔助控制信息等；
報文正文，即數(shù)據(jù)部分；
報尾，表示報文的結(jié)束。
報文交換的特征是交換機要對用戶的信息進行存儲和處理，具有如下優(yōu)點：
線路效率較高，這是因為許多報文可以用分時方式共享一條節(jié)點到節(jié)點的通道。
不需要同時使用發(fā)送器和接收器來傳輸數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)可以在接收器可用之前暫時存儲這個報文。
在線路交換網(wǎng)上，當(dāng)通訊量變得很大時，就不能接受某些呼叫。而在報文交換上卻仍然可以接收報文，只是傳送延遲會增加。
10、分組交換(Packet Switching)（重點）
分組交換(Packet Switching)方式也稱包交換，實質(zhì)上是在“存儲—轉(zhuǎn)發(fā)”基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。它兼有電路交換和報文交換的優(yōu)點。
分組交換的基本思想是實現(xiàn)通信資源共享，采用的是統(tǒng)計時分復(fù)用（STDM）技術(shù)。
進行分組交換的通信網(wǎng)稱為分組交換網(wǎng)。
11、分組交換的優(yōu)點
向用戶提供了不同速率的、不同代碼、不同同步方式、不同通信控制規(guī)程的數(shù)據(jù)終端之間的通信，很靈活。
信息的傳輸時延很小。
實現(xiàn)線路的動態(tài)統(tǒng)計時分復(fù)用，線路利用率很高。
可靠性高。由于采取了錯誤檢測措施，故可保證非常高的可靠性。
經(jīng)濟性好。與電路交換相比，分組交換帶給用戶的優(yōu)點則是費用低。
12、分組交換的缺點
由于網(wǎng)絡(luò)附加的傳輸信息很多，對于長報文的通信傳輸效率低。
技術(shù)實現(xiàn)很復(fù)雜。
根據(jù)通信子網(wǎng)的不同內(nèi)部機制，分組交換子網(wǎng)又可分為：
（1）面向連接(Connect-Oriented)
虛電路(Virtual Circuit)交換與電路交換相類似，數(shù)據(jù)傳輸是面向連接的，在數(shù)據(jù)傳輸時必須預(yù)先建立一個連接，但這種連接是基于共享線路的，而不像電路交換中的連接需要獨占線路。之所以被稱為虛電路，是因為它所建立的電路不是獨占的，而是共享的。
（2）無連接(Connectless)
不建立連接，數(shù)據(jù)報(Datagram，即分組)帶有目標(biāo)站點地址，在傳輸過程中需要為之單獨尋址。在數(shù)據(jù)報分組交換中，每個分組的傳送是被單獨處理的。每個分組稱為一個數(shù)據(jù)報，每個數(shù)據(jù)報自身攜帶足夠的地址信息。
13、快速分組交換技術(shù)
快速分組交換技術(shù)的目標(biāo)是通過簡化通信協(xié)議來減少中間節(jié)點對分組的處理，發(fā)展高速的分組交換機，以獲得高的分組吞吐量和小的分組傳輸時延，適應(yīng)高速傳輸?shù)男枰?/p>
分類：幀中繼（FRAME RELAY）技術(shù)；異步傳輸技術(shù)（ATM）
14、幀中繼
采用獨立于用戶數(shù)據(jù)信道的呼叫控制規(guī)程，可以實現(xiàn)在鏈路層的邏輯鏈路復(fù)用和連接，因此，它可以完全不用網(wǎng)絡(luò)層，在幀級（鏈路層）實現(xiàn)復(fù)用傳送，故稱為幀中繼。
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工作在OSI的物理層和數(shù)據(jù)鏈路層上，不提供差錯檢查，也不需要響應(yīng)。
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大大簡化了節(jié)點交換機之間的協(xié)議，縮短了傳輸時延，提高了傳輸效率。
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幀中繼的幀長是可變的，可按需要分配帶寬，幀中繼網(wǎng)絡(luò)的傳輸速率可達64Kbps~45Mbps，適用于局域網(wǎng)、城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)。
15、異步傳輸技術(shù)（ATM）
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綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）
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窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（N-ISDN）
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寬帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（B-ISDN）
其中，異步傳輸技術(shù)（ATM）是B-ISDN的核心內(nèi)容。
（1）同步傳輸技術(shù)（STM）
以周期性重復(fù)出現(xiàn)的時隙作為載體，在收、發(fā)之間建立一條傳輸速率固定的信息通路，在傳輸過程中，通路獨占。
（2）異步傳輸技術(shù)（ATM）
以分組傳送模式為基礎(chǔ)并融合了電路傳送模式高速化的優(yōu)點發(fā)展而來，動態(tài)的按需分配信道。
特點：
以虛電路提供面向連接的服務(wù)，所有通信沿著同一條路徑傳輸，同時保持他們的原始順序到達目的地。
免除了差錯控制和流量控制，大大簡化了網(wǎng)絡(luò)控制。
采用了長度較小的固定長度的信元，由5個字節(jié)首部和48個字節(jié)的信息字組成，對實時通信很有利。
四、數(shù)據(jù)網(wǎng)
1、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類----按服務(wù)范圍分類
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廣域網(wǎng)WAN（Wide Area Network）
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廣域網(wǎng)的服務(wù)范圍通常為幾十到幾千公里，有時也稱為遠程網(wǎng)。
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局域網(wǎng)LAN（Local Area Network）
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局域網(wǎng)的直徑通常不超過數(shù)千米。對LAN來說，一幢樓內(nèi)傳輸媒介可選雙絞線、同軸電纜，建筑群之間可選光纖。
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城域網(wǎng)MAN（Metropolitan Area Network）
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城域網(wǎng)的地理范圍比局域網(wǎng)大，可跨越幾個街區(qū)，甚至整個城市，有時又稱都市網(wǎng)。對MAN來說，光纖是最好的傳輸媒介，可以滿足MAN高速率、長距離的要求。
1、數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的分類----按交換方式分類
按交換方式分類，可以：
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有電路交換的數(shù)據(jù)通信網(wǎng)
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分組交換網(wǎng)（又稱X.25網(wǎng)）
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幀中繼網(wǎng)
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異步傳送模式ATM等。
局域網(wǎng)：
局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)主要有四種：
總線網(wǎng)、環(huán)型網(wǎng)、星型網(wǎng)、樹型網(wǎng)。
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總線網(wǎng)中，各站直接連在總線上，一般可以使用兩種協(xié)議，一種是以太網(wǎng)使用的CSMA/CD，另一種是令牌傳遞總線協(xié)議。
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環(huán)型網(wǎng)中最典型的是令牌環(huán)。
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星型網(wǎng)采用的是集中控制，由于集線器（HUB）和雙絞線大量應(yīng)用于局域網(wǎng)，使得星型網(wǎng)以及多級星型網(wǎng)絡(luò)獲得了廣泛使用。
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樹型網(wǎng)只是總線網(wǎng)的變形，可以說是總線網(wǎng)的一種擴展。
局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)
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在20世紀80年代初期，美國電氣和電子工程師協(xié)會IEEE 802委員會首先制訂出局域網(wǎng)的體系結(jié)構(gòu)，即著名的IEEE 802參考模型，許多IEEE 802標(biāo)準(zhǔn)已成為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。802標(biāo)準(zhǔn)只有最低的兩個層次，即物理層和數(shù)據(jù)鏈路層。
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在802參考模型中還包括對傳輸媒體和拓撲結(jié)構(gòu)的說明，這部分內(nèi)容對于局域網(wǎng)來說特別重要，但按OSI的觀點，這部分內(nèi)容不在OSI的環(huán)境中。
??常見的局域網(wǎng)有：總線網(wǎng)；令牌環(huán)網(wǎng)
??注：在我國使用最廣泛的是總線網(wǎng)。
802.3總線局域網(wǎng)
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又稱為以太網(wǎng)（Ethernet），是一種基帶總線局域網(wǎng)。
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簡單地說，這是一種廣播式的網(wǎng)絡(luò)，站點發(fā)送數(shù)據(jù)采用監(jiān)聽的方式，即發(fā)送前先監(jiān)聽網(wǎng)上有無其它站點在發(fā)送數(shù)據(jù)，若介質(zhì)是空閑的，則該站可以發(fā)送數(shù)據(jù)；若介質(zhì)是忙的，則該站以某種方法延遲一段時間以后再傳輸。
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在此過程中要檢測有無沖突，如果檢測到?jīng)_突，該站立刻停止發(fā)送，并發(fā)出一個短暫的阻塞信號，按規(guī)定等待一段時間再啟動監(jiān)聽過程。
802.5令牌環(huán)網(wǎng)
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在令牌環(huán)網(wǎng)中，所有的站點通過連接器連成一個環(huán)型，它的介質(zhì)訪問控制方法是在環(huán)上專門有一個唯一的特殊的幀稱為令牌幀，長度為3字節(jié)，其中有相應(yīng)的比特指示該幀是空令牌還是忙令牌。
4、X.25協(xié)議
習(xí)慣于把分組交換網(wǎng)簡稱X.25網(wǎng)。
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數(shù)據(jù)通信網(wǎng)發(fā)展的重要里程碑是采用分組交換方式來構(gòu)成分組交換網(wǎng)。
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國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)部門ITU-T為分組交換網(wǎng)制定了一系列通信協(xié)議，世界上絕大多數(shù)分組交換網(wǎng)都用這些標(biāo)準(zhǔn)。
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其中最著名的標(biāo)準(zhǔn)是X.25協(xié)議，它在推動分組交換網(wǎng)的發(fā)展中做出了很大的貢獻。
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X.25協(xié)議是作為公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶-網(wǎng)絡(luò)接口協(xié)議提出的，它的全稱是“公用數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中通過專用電路連接的分組式數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)電路終接設(shè)備（DCE）之間的接口”。
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這里的DTE是用戶設(shè)備，即分組型數(shù)據(jù)終端設(shè)備（執(zhí)行X.25通信規(guī)程的終端）。
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DCE實際是指DTE所連接的網(wǎng)絡(luò)分組交換機（PS）。
X.25協(xié)議將數(shù)據(jù)網(wǎng)的通信功能劃分為三個相互獨立的層次，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和分組層。
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其中每一層的通信實體只利用下一層所提供的服務(wù)，而不管下一層如何實現(xiàn)。
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每一層接收到上一層的信息后，加上控制信息（如分組頭、幀頭），最后形成在物理媒體上傳送的比特流。
數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）
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數(shù)字數(shù)據(jù)網(wǎng)(Digital Data Network)是利用數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng).
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它的傳輸媒介有光纜、數(shù)字微波、衛(wèi)星信道以及用戶端可用的普通電纜和雙絞線。
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利用數(shù)字信道傳輸數(shù)據(jù)信號與傳統(tǒng)的模擬信道相比，具有傳輸質(zhì)量高、速度快、帶寬利用率高等一系列優(yōu)點。
DDN的優(yōu)點
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DDN是同步數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)，不具備交換功能。但可根據(jù)與用戶所訂協(xié)議，定時接通所需路由（這便是半永久性連接概念）。
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傳輸速率高，網(wǎng)絡(luò)時延小。
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由于DDN采用了同步轉(zhuǎn)移模式的數(shù)字時分復(fù)用技術(shù)。目前DDN可達到的最高傳輸速率為155Mbit/s，平均時延≤450us。
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DDN為全透明網(wǎng)。
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DDN是任何規(guī)程都可以支持，不受約束的全透明網(wǎng)，可支持網(wǎng)絡(luò)層以及其上的任何協(xié)議，從而可滿足數(shù)據(jù)、圖像、聲音等多種業(yè)務(wù)的需要。
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