计算机广域网第1章课件.ppt

1,目 录,第一章 概述 第二章 广域网通信基础 第三章 点对点选择 第四章 X.25网 第五章 综合业务数字网（ISDN）第六章 帧中继 第七章 光纤通道 第八章 异步传输模式（ATM）第九章 数字数据网（DDN）第十章 广域网路由 第十一章 广域网方案设计,桂林电子科技大学信息科技学院,2,第一章 概述,桂林电子科技大学信息科技学院,3,本章内容提要,1.1网络分类1.2广域网络的发展1.3广域网构建基础1.4公共网络和专用网络1.5远程通信的解决方案1.6广域网拓扑结构1.7网络连接1.8电信网络1.9语音网络1.10专用线路1.11远程通信网络接口1.12电路和虚电路,桂林电子科技大学信息科技学院,4,1.1 网络分类 根据计算机网络延伸的距离以及用于连接节点与网络的设备类型,可以将计算机网络分成以下3种类型。1.局域网（LAN,Local Area Network）2.城域网(MAN,Metropolitan Area Network)3.广域网（WAN,Wide Area Network）,桂林电子科技大学信息科技学院,5,1.局域网,局域网（LAN）所覆盖的地理范围一般在10公里以内，通常是由一个部门或一个单位组建的专用网络。局域网常常被应用于连接单位内部的计算机资源，以便共享资源（如打印机或数据库等）和交换信息。LAN的覆盖范围比较小，这表明即使是在最坏的情况下其数据传输时间也是有限的，并且可以预先知道单位数据传输时间。如果传输的最大时间为已知，就可以对局域网设计应用某些特殊的方法，这正是局域网区别于其他类型网络的特点之一。广播式LAN常见的拓扑结构有总线状、环状等。局域网的特点是组建方便使用灵活，它是计算机网络中目前最活跃的分支领域。随着信息化的不断发展为了更好地发挥网络的作用，局域网也可以连接到广域网或公用网上。,桂林电子科技大学信息科技学院,6,2.城域网,城域网（MAN）基本上是一种大型的LAN、通常使用与LAN相似的技术其范围可能覆盖一个城市，既可能是专用的也可能是公用的，传输速率通常在 10 Mbps以上，其作用距离约为5km50km。MAN支持数据和声音，并且有可能涉及到当地的有线电视网。MAN仅使用一条或两条电缆，并且不包含交换单元（即把分组分流到几条引出电缆的设备）。把MAN列为单独一类的主要原因是已经有了一个标准并且正在实施，这就是IEEE802.6标准，及分布式队列双总线体系结构。MAN的关键之处是仅使用了一条或两条单向总线（电缆）就可将所有的计算机都连接在上面。,桂林电子科技大学信息科技学院,7,3.广域网,广域网（WAN）通常覆盖一个国家。网络上的计算机称为主机（Host）又称为端点系统。主机通过通信子网连接。通信子网的功能是把消息从一台主机传送到另一台主机。网络的结构分成两部分：通信子网和资源子网。通信子网负责整个网络的通信部分；资源子网是指各种网络资源（如主机、主机上的软件资源、打印机等）的集合。在大多数的广域网中，通信子网由两个不同的部件组成，即传输线和交换单元。传输线也称为线路或信道。交换单元是一种特殊的计算机，用于连接两条甚至更多条传输线。当数据从传输线到达时，交换单元必须选择一条输出线传递他们。交换单元又常被称为分组交换节点、中介系统、数据开关交换或路由器等。在图1.1中，每个主机都被连接到一个带有路由器的LAN上，当然也可以直接连接到路由器上。,桂林电子科技大学信息科技学院,8,图1.1在大多数的WAN中，包含大量的缆线，每一条都连接一对路由器。如果两个路由器之间没有直接连接而又希望通信，则必须使用间接的方法，即通过其他路由器作中介。,桂林电子科技大学信息科技学院,9,1.2 广域网络的发展,广域网的发展是从ARPAnet的诞生开始。ARPAnet（阿帕网）是由美国国防高级研究计划局（ARPA）所率先组建成的计算机网络。ARPAnet的出现，标志着以资源共享为目的的现代计算机网络的诞生。随后的几年间，各个国家、各个公司都纷纷发展了自己的计算机网络。各大计算机公司在宣布自己网络的同时，也公布了网络体系结构，同时声称为用户提供配套服务，用户不必自己另搞一套体系。最著名的网络体系结构有：IBM公司于 1974年公布的“系统网络体系结构SNA”；DEC公司于1975年公布的“分布式网络体系结构DNA”等。各大公司不断推出按照不同体系结构设计的网络，从而极大地推动了计算机网络的发展。,桂林电子科技大学信息科技学院,10,在发展初期，网络一般是为某一机构组建的专用网。专用网的优点是针对性强、保密性好；缺点是资源重复配置，造成资源的浪费，系统过于封闭，使系统之外的用户很难进入。随着计算机应用的不断深入发展，一些小规模的机构甚至个人也有了联网需求。这就促使许多国家开始组建公用数据网。早期的公用数据网采用的是模拟通信电话网，进而发展成为新型的数字通信公用数据网。典型的公用数据网有美国的Telnet、日本的DDX、加拿大的DATAOAC等。我国也于1993年和1996年分别开通公用数据网CHINAPAC和CHINADDN。,桂林电子科技大学信息科技学院,11,1.3广域网概述,构建局域网和广域网的方法不同，构建局域网时，必须由构建局域网的单位完成传输网络的建设，传输网络的传输速率可以很高，如千兆（吉）位以太网。构建广域网时，因为各种条件的限制，必须借助于公共传输网络。用户并不关心公共传输网络的内部结构和工作机制，所关心的仅仅是公共传输网络提供的接口，以及实现和公共传输网络之间的连接，并通过公共传输网络实现远程站点之间的报文交换的方法。因此，广域网的设计前提在于掌握各种公共传输网络的特性，以及公共传输网络和用户之间的互连技术。基本上可以将公共传输网络分为两类，一类是电路交换网络，主要包括公共交换电话网(PSTN)和综合业务数字网(ISDN)；另一类是分组交换网络，主要有X.25分组交换网、帧中继和交换式多兆位数据服务。电路交换网络的特点是：远程端点之间通过呼叫建立连接，在保持连接期间，电路由呼叫方和被呼叫方专用。经呼叫建立的连接属于物理层链路，只提供物理层承载服务，在两个端点之间传输二进制位流。,桂林电子科技大学信息科技学院,12,分组交换网络提供虚电路（虚拟电路）和数据报服务。虚电路又分为永久虚电路和交换式虚电路两种。永久虚电路由公共传输网络提供者设置，一旦设置完成，这种虚电路就长期存在。交换式虚电路需要由两个远程端点通过呼叫控制协议建立，在完成当前数据传输后被拆除。虚电路和交换式虚电路的最大区别是，虚电路只给出了两个远程端点之间的传输通路，并没有把通路上的带宽固定分配给通路两端的用户，因此其他用户的信息流可以共享传输通路上物理链路的带宽。数据报服务不需要经过虚电路建立过程就可实观报文传送，由于没有在报文的发送端和接收端之间建立传输通路，报文中必须携带源端点和目的端点的地址。而且，公共传输网络的中间节点必须能够根据报文的目的端点地址选择合适的路径转发报文。,桂林电子科技大学信息科技学院,13,另一种属于专用线路连接的传输网是数字数据网（DDN）。DDN可以在两个端点之间建立一条永久的、专用的数字通道，通道的带宽可以是64Kbps的倍数，一般情况下，为130倍。如果为30倍，该数字通道就是完整的EI线路。DDN的特点是：在租用该专用线路期间，用户独占该线路的带宽。,桂林电子科技大学信息科技学院,14,1.4 公共网络和专用网络,1.公共网络：由电信部门组建，一般由电信部门管理和控制，网络内的传输和交换装置可提供（如租用）给任何部门和单位使用。2.专用网络：由一个组织或团体自己建立、控制、维护并为其服务的私有通信网络称为专用网络。一个专用网络起码要拥有自己的通信和交换设备，可以建立自己的线路服务，也可以向公用网络或其他已经建立起自已的通信线路的专用网络进行租用。专用网络的建立需要很大的投资，一个建立专用网络的机构必须要对自己的通信和交换设备进行管理和维护，并且还要建立起利用微彼或其他技术的远程传输线路，或者通过谈判以合理的价格租用。实际上，对于那些特别重视安全和数据传输控制的公司来说，拥有私有线路是实现高水平服务的唯一保障。进一步来说，如果在两个远程节点之间每天都有6小时以上的通信量，那么使用一个自己的专用网络确实比使用公用网络更经济而有效。,桂林电子科技大学信息科技学院,15,1.5远程通信的解决方案,远程通信从两个主要技术领域发展而来：计算机领域和通信领域。因此远程通信也有两个分别来自这两个领域的基本的解决方案。一种方案称为计算机通信，另一种称为通信计算机。使用通用术语远程通信就是要包括这两种方案。从小型的个人计算机到大型机，大多数计算机所做的工作不仅是计算，而且还与其他工具通信。通信计算机的增加对通信的发展是一个巨大的动力，并产生了所谓的计算机通信。另一个并存的通信发展的动力是通信计算机。目前许多通信是基于计算机技术的。一个观点是，“在数据处理（计算机）和数据通信（传输和交换设备）之间没有根本差别”。目前正在使用并被安装到世界各地的数字交换机是一些特殊目的的计算机和一些有史以来建造的最为精密和强大的计算机的集合。,桂林电子科技大学信息科技学院,16,1.6 广域网拓扑结构,广域网的应用范围非常广泛，其通信和连接主要依靠公用通信设施广域网的拓扑结构主要包括如下5种：1.集中式拓扑结构2.分布式拓扑结构3.分散式拓扑结构4.全互连拓扑结构5.不规则拓扑结构,桂林电子科技大学信息科技学院,17,1.集中式拓扑结构,在这种拓扑结构中，网络中的信息必须通过中心处理设备，拓扑结构为星状。网络中心处理设备的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性。典型的集中式网拓扑结构是面向终端的远程联机系统和需要进行集中式数据管理的、大型的专用网络系统。在集中式拓扑结构网络系统中，通常在用户终端较集中的某处设置集中器或多路复用器，利用集中器或多路复用器集中接收和发送多路数据，具有集中器和多路复用器的集中式拓扑结构网络如图1.2所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,18,2.分布式拓扑结构,分布式拓扑结构网络是一种无规则连接方式的网络。在这种网络中，任何一个节点都至少与其他两个节点相连。分布式拓扑结构网络既不像星状网那样有一个主处理中心，而且需要有许多通信线路，并且信息交换必须经中心节点；也不像总线状或环状网那样具有单一通信线路。分布式网络有许多优点：第一，节点间路径多从而使网络中冲突问题和阻塞问题大大减少；第二，能够动态选择信息流向与路径，优化信息传输；因此网络中的某局部故障不会影响整个网络。分布式网络拓扑结构的缺点：互联关系复杂，不易建网，路径选择与网络管理复杂。分布式网络技术常用于建立主干网。（如下图所示）,桂林电子科技大学信息科技学院,19,3.分散式拓扑结构,分散式拓扑结构是集中式拓扑结构网络的扩展，它利用系统上面的一些集中器或多路复用器进行部分数据交换。如图1.4所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,20,4.全互连拓扑结构,全互联拓扑结构与分布式拓扑结构网络类似，只不过网络中的任何一个节点都与其他所有节点直接相连。如图1.5所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,21,5.不规则拓扑结构,通常广播式通信网络都属于不规则拓扑结构网络，如无线电或通信卫星网。不规则拓扑结构网络中所有通信处理机制都共享通信信道，网络通信范围非常大。覆盖面广且通信容量大。如图1.6所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,22,1.7 网络连接,根据节点连接方法将网络分为两类：点对点网络和广播网络。在点对点网络中两个节点共享一条单一的通信信道，如图1.7所示；而在广播网络中多个节点共亭一条信道。,桂林电子科技大学信息科技学院,23,1.7.1点对点网络,在点对点网络中，不能有两个以上的节点在同一时刻共享点对点信道，然而，多个信道可以通过特殊的通信信道设备被“多路复用”到一个单一的传输线路上，这就像许多声音呼叫可以共享一条电话线一样。多个节点可以被连接到一条单一的信道上，但是在同一时刻允许不超过两个的节点使用这条信道。另外，又可根据非直接相连的节点之间如何通信来进一步划分点对点网络。在分组交换网络中，节点之间通信时不建立连接，因此称为无连接的。信息分组从一个节点传到另一个节点时，有可能在到达目的地之前经过许多节点。在同一时刻可能有许多分组在相同节点之间移动。这就像过去的电报网络，在分组交换网络中的分组类似数据报。TCP/IP网络是分组交换网络的例子。,桂林电子科技大学信息科技学院,24,在电路交换网络中，需要在两个通信节点之间建立物理连接。通过在中间节点（其他节点或者是主机）之间“交换”数据分组实现在两个节点之间传送分组。分组是一组数据，它包含两个应用程序之间的部分或全部信息。电路交换网络类似于语音电话系统，这种连接经常被称做虚电路。在连接期间虚电路在节点之间为数据传送建立不变的单一路由。因此，它们是面向连接的。IBM公司的SNA和异步传输模式（ATM）是电路交换网络的例子。在点对点网络中，为了能从源站点到达目的站点，网络上的分组可能必须通过一台或多台中间机器，通常是多条路径，并且长度可能不一样，因此，在点对点的网络中路由算法非常重要。一般情况下，大型的网络多采用点对点方式。,桂林电子科技大学信息科技学院,25,1.7.2广播信道,如图1.8所示，广播式网络仅有一条通信信道，由网络上的所有计算机共享。一个节点在公用信道上广播，所有其他连接到信道上的节点都能收到它所发送的信息。信息的地址字段指明此分组应被哪台机器接收。信道上的机器检查它所接收到的分组的地址字段，如果是发送给它的，则处理该分组，否则丢弃该分组。广播式系统通常也允许在它的地址字段中使用一段特殊的代码，以便将分组发往所有的站点。使用此代码的分组发出以后，网络上的每一台机器都会接收它，将这种操作称为广播。,桂林电子科技大学信息科技学院,26,某些广播系统还支持向计算机的一个子集发送的功能，即多点播送（或组播）。一种常见的方案是保留地址字段的某一位来指示多点播送，而余下的n1位地址字段存放组号。每台计算机都可以注册到任意组或所有的组。当某一分组发送给某个组时，它就被发送到所有注册到该组的计算机。广播网络在局域网中很普通，在广域网中也会遇到。,桂林电子科技大学信息科技学院,27,1.8 电信网络,电信是指长距离通信。这个术语最初表示在铜线上传输语音信号（会话）。电信网络本来是为在两部电话间传递语音信号而设计的，但现在可以有多种用途。1.8.1 电信网络的发展电信网络主要经历了4个发展阶段:19世纪末期开始的、历时75年的模拟语音网络的发展；模拟语音网络向在计算机间传输数字数据转变；20世纪60年代开始的模拟语音网络向数字语音传输技术的转变；数字语音网络向数据通信转变，开始于20世纪80年代早期,用T1传输数据并沿用至今。还有了ISDN和ATM等技术的应用。,桂林电子科技大学信息科技学院,28,1874年，Alexander Graham Bell发现，通过改变电流强度可以在导线中用电流传送声音。此电流对应于人类发出的声音造成空气密度的变化。1876年2月14日，Bell先生申请了电话发明专利。1876年3月10日，在导线上发出了电流传送的第一句话。1878年，在美国康涅狄格州的 New Haven建立了第一个交换局。这是后来称为中心局的前身。中心局交换机提供了电话用户之间的任意连接，如图1.9所示。直到20世纪后半叶，电信网络仍然专门用于传输模拟语音信号。随着计算机和语音数字化的出现，电信网络开始从严格的模拟网络向数字网络转移。不论是语音信号的数字化麦示，还是计算机数据等其他类型的信息，今天的电信基础设施都是基于数字信息传输的。,桂林电子科技大学信息科技学院,29,1.8.2 长途电信公司,长途电信公司在下面的几类供应上存在竞争：语音级别服务：提供租用的专用模拟线路。数字数据服务（DDS）：为数据提供租用数字线路，其速度大小从19.2Kbps24Kbps，在有些情况下可达64Kbps。DS0服务：提供64Kbps数据线路，每条线路提供一条DS0信道。有些电信公司提供干净的信道能力，即通信公司不需要信道的任何部分作为控制信号，信道是“干净的”，整个64Kbps带宽都可以被用户使用。否则，64Kbps的带宽只有56Kbps能被使用。部分T1（FT1）线路：它是全部T1的子集。一些厂家允许单个的FT1组件接入，就像是专用语音级别线路或DDS线路一样。另外一些厂家只提供全部T1接入。T1服务：提供支持语音、数据和视频的速度为DS1的线路。服务可以是信道化的也可以是非信道化的。信道化即指服务被电信公司分割成信道，电信公司负责在它上面多路复用多重DS0信道。如果是非信道化，则由用户负责多路复用。,桂林电子科技大学信息科技学院,30,T3服务：类似于T1服务，但它的速度为DS3.普遍采用非信道化服务，但也有一些厂家提供信道化服务。国际专用线路服务：由一些电信公司提供的、不同类型的国际专用线路可以通过特定的网关访问国际站点。用户必须租用两条线路，一条通向网关，一条从网关通向国际站点。交换数据服务：通常又称为由软件定义的网络或虚拟专用网（VPN）。它们允许用户使用电信公司的长途设施的分组交换能力来控制和监视他们的专用网络。具有代表性的是电信公司为用户提供可与电信公司的网络控制设施交互的终端。用户可以在电信公司设置的范围之内监视和重新配置VPN。,桂林电子科技大学信息科技学院,31,1.8.3 分组电信公司,分组电信公司提供两个基本的服务：经济型网络接入：一些客户有时候信息流量相对较少，但有时他们的信息流量又很大。因此通过允许客户共享传输设施和根据信息流量和连接时间交纳费用电信公司为客户从长途电信公司获得一条专用或分组交换线路提供了一个经济型选择余地。增值服务：所有厂家以提供除X.25分组传输之外的更多的服务增强了他们的网络。例如，不仅为在他们的网络上的用户，而且也为其他网络上的用户提供电子邮件服务。,桂林电子科技大学信息科技学院,32,分组电信公司提供的服务因下列要素不同而各异。接入类型：大多数提供专用接入（实际上是一条从客户房屋基地连到最近的网络接入点的专用线路）。很多也提供公共的或专用的（只有一个用户使用接入线路）拨号接入。访问速度：大多数提供9.6Kbps的拨号线路和64Kbps的专用线路。网络中的分组移动速度是64Kbps。协议：实际上所有协议都支持X.25。当然也支持各种各样的其他协议，包括SNA 3270和X.400。这些协议与提供的增殖眼务相关。拨号可用性：如果有一个本地号码可用的话，这些服务对拨号用户就是经济的。这种接入点的号码在不同供应商之间差别很大。美国国内的路径覆盖可以从几百个到一千个城市之间变化。一些厂家还提供国际接入。,桂林电子科技大学信息科技学院,33,1.9 语音网络,在远程通信的早期，语音是作为连续变化的电信号通过用户(电话使用者)的听筒和中心局之间的一对线路(本地环路或用户线路环路)传输的。图1.10给出了一个典型的模拟线路。,图1.10 模拟语音线路,桂林电子科技大学信息科技学院,34,电子信号的频率大约是300Hz3400Hz（每秒周期数）。尽管人类可以听到的声音的频率范围大约在20Hz20000Hz之间，但是大部分的语音能量仅集中在300Hz3400Hz的范围内。早期的电话中心局通过人工操作进行交换，但在20世纪30年代已实现了交换的自动化。在数字拨号以前，使用机电式交换机和纵横式交换机连接用户线。电话带有旋转拨号盘，可以为每个拨号数字产生一个电脉冲（“1”产生一个脉冲，“2”产生两个脉冲，以此类推，“10”产生10个脉冲）。通过这些脉冲驱动交换机来建立连接。干线用于中心局之间的连接。随着中心局数量的增加，越来越需要将电话系统组织成层次结构。如果不这样，要想在一个城区连接所有的中心局，需要的干线就太多，更不用说连接全国的中心局了。通过将每个中心局连接到一个收费中心，再用干线将收费中心连接起来，就会大量减少所需要的干线，而区域内的任何用户仍可以和区域内的其他任意用户联系。随着时间的推移，就建立了一个连接全国所有中心局的分层结构。,桂林电子科技大学信息科技学院,35,因为数据通信大部分是在公共交换网络上发生的，因此不仅需要了解这些网络在数据通信方面是如何运作的，同时也需要了解它们在语音通信方面是如何运作的。因为它们是为语音通信而不是为数据通信设计的，这就影响了它们对数据的使用。无论怎样，语音、数据和其他信息源在集成设施如ISDN上的传输量将会越来越多。尽管模拟技术不再用于语音通信，但它仍是必要的基础知识。而且其他一些技术像频分多路复用，仍被到处使用。例如，一种FDM技术被用于最新的Modem上。,桂林电子科技大学信息科技学院,36,1.9.1 模拟语音网络,在模拟网络中，最基本的电话线路中信号变化，如图1.11所示。,图1.11 模拟图,桂林电子科技大学信息科技学院,通过在电路上加一个-48V的电压，并使用讲话人对麦克风的声能来改变电流大小可以向两个方向传送声音（如果双方同时说话的话，则是同时的）。结果是为了使人们的声音重现，一个有规律跳动的直流（DC）电流在它所必须的频率范围内调制。这个范围的标准最终定在300Hz3400Hz之间。有规律跳动的电流的振幅大小根据说话人的声强大小而变化。,37,早期的电话系统通过一个中央交换局（电话局）连接每一个用户，接线员手工为用户进行交换(即今夭所说的星状网络)。一个电话系统的主要费用是在连接用户和电话局的线路上，电话局覆盖的地理范围较小，并由可以被所有用户共享的主干线路连接，如图1.12所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,38,随着地理面积的增加，连接一个地区的所有端局所必需的主干线路的数目也在增大。到目前为止，即使该地区的端局数目很少，所需要的线路数目也会很多，如图1.13所示。然而在彼此相隔很远的端局之间的主干线路的利用率却是很低的，因此端局都以星状结构连到了收费中心。这种分层结构延伸到4个较高层。,桂林电子科技大学信息科技学院,39,尽管每个中心都连到下一个更高的中心，但经常出现在两个同层中心之间存在大量通信量的情况，例如，两个在地理位置上相邻的端局之间。为了解决同层之间通信量问题，采用在两个相邻的中心局或端局之间安装了使用率很高的主干线，而不是通过在分层结构中路由来解决该问题。这些高利用率的主干线在图1.13中以虚线表示。可通过两种方式对早期的模拟网络进行改进：即双共多路复用和频分多路复用。,桂林电子科技大学信息科技学院,40,1.9.2 语音网络中的数字信号,模拟网络是为传输语音信号而设计的。当计算机出现时，语音网络已建立了很多年，于是开发了通过语音网络传输计算机信息的方法。1模拟信号与数字信号 如果不把数字信号转换成模拟信号，数字信号（计算机信号）就不能通过为传输语音而设计的模拟设备进行传输。数字信号与模拟信号的不同的形成方式如图114所示。模拟信号是波，数字信号是具有很短的上升（信号前沿）和下降（信号尾部）时间的一系列脉冲，这种脉冲形式构成了一种方波信号模式。,图1.14 模拟信号与数字信号,桂林电子科技大学信息科技学院,41,数字信号的快速转换是由高频谐波信号产生的，其频率通常在8000Hz以上。在数字数据流中，以一系列的脉冲传递的信息代表二进制的1或0。例如，在一个给定点上，上升可能代表二进制数1，下降可能代表二进制数0。由于电话系统是用来传输频率范围为300Hz3400Hz的人的语音的，不能适应这些高频信号，所以任何在模拟设备上传输这种信息的尝试都会引起数字脉冲的模糊或扭曲，使其失去“方波”特性。一旦发生这种情况，就不可能再看到数字脉冲的起点和终点。其他影响数字传输完整性的因素还有以下几种：随着传输距离的增加，信号强度会降低。传输速度也会影响数据完整性，即传输速度越快。发送的脉冲越多。随着发送脉冲的增多，相互间就更接近，波形更容易扭曲。来自其他方面（电器设备或大气环境）的噪声也会影响数字数据流。不仅模拟语音信号可以转换成数字信号，而且数字信号也可以转换成模拟信号。,桂林电子科技大学信息科技学院,42,2调制解调器Modem英文全称是“Modulator-Demodulator”（调制器-解调器）。把计算机发送的数字信号转换为适应模拟信道传输的信号的过程称为调制，实现调制的设备就称为调制器。把经过调制后的信号还原成数字信号的过程称为解调。相应的设备叫做解调器。调制解调器便是具有这两种功能的设备。调制解调器总是成对使用的，电话线路的两端各一个，调制解调器可以通过一条RS-232缆线连接到计算机上，有的调制解调器可以安装在计算机内部（内置调制解调器）。为了发送信息，调制解调器需要接收来自计算机的数字数据。并通过产生一个声频信号来调制电话线。接收端调制解调器对已调信号进行解调，产生要传输给终端或计算机的数字数据。由于这个信号的频率都落在300Hz3400Hz之内，因此可以像一个语音信号那样通过电话网络传输。,桂林电子科技大学信息科技学院,43,最简单的协议是通过切断和接通调制后的声频信号来分别代表0和1。但这种技术能达到的最大数据传输速率只有1200bps。更复杂的编码协议能够大大增加有效数据传输速率。收发两端的调制解调器必须使用相同的调制解调协议。已经发布的标准规范有很多种，这就使得不同厂商的调制解调器可以在一起使用。在远程网络通信中，并非必须使用调制解调器。在很多情况下，信息以数字的形式通过网络从一个终端传输到另一个终端。,桂林电子科技大学信息科技学院,44,1.9.3 模数转换,在编码过程中使用的两个主要技术，即脉冲编码调制（PCM，Pulse Code Modulation）和增量调制（DM，Delta Modulation）技术。所采用的器件叫做编码解码器，编码器是模拟信号转换成数字信号的设备，解码器是将数字信号转换成模拟信号的设备。1.脉冲编码调制脉冲编码调制是指把模拟信号转换为数字信号的过程，它是目前世界各国主要采用的方式。PCM包括抽样、量化和遍码三个过程。,桂林电子科技大学信息科技学院,45,（1）抽样按照奈奎斯特采样理论，如果一个信号以固定的时间间隔，并以高于信号最大主频二倍的速率进行抽样，那么这些样本就包含了原始信号的所有信息。根据这些样本，就可使用低通滤波器重建该信号。抽样是指用脉冲对要处理的模拟信号进行调制的过程，即对模拟信号进行脉冲调制。抽样过程的原理如图1.15所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,46,如果语音数据的频率限制在4000Hz，要分辨这些语音数据，则每秒采集8000个样本就足以完全描绘出这个语音信号。值得注意的是这些样本都是模拟信号。经过抽样后，模拟信号转变为脉冲振幅调制信号（PAM），PAM信号还要经过一段保持电路，再进行量化和编码。,桂林电子科技大学信息科技学院,47,（2）量化把抽样信号的幅度离散化的过程称为量化。根据量化过程中量化器的输入/输出的关系，可以有均匀量化和非均匀量化两种方式。均匀量化可以用图1.16来说明。,桂林电子科技大学信息科技学院,48,在均匀量化中，量化器的输入u（t）和输出v（t）之间呈现一种阶梯性的均匀关系，故也称线形编码。均匀量化存在这样的问题，即由于采用等量化级，导致小信号的信号与量化噪声比小，大信号的信号与量化噪声比大。为提高小信号的信噪比，引入了非均匀量化。非均匀量化的输入和输出的关系如图1.17所示。在非均匀量化中，要先进行压缩处理，把大信号相应压缩，然后采用非等量的量化级别。经过非均匀量化后，可以使小信号的信噪比大为改善。,桂林电子科技大学信息科技学院,49,（3）编码模拟信号经过抽样和量化后，还要进行编码处理，只有这样才能使离散样值成为更适宜传输的数字信号形式。编码形式有多种，例如，低速编码和高速编码；线形编码和非线形编码；逐次反馈型、级联型和混合型等。,桂林电子科技大学信息科技学院,50,2.增量调制 当模拟数据变化较平稳时，为了提高PCM的性能或降低其复杂性，可用增量调制的方法来代替，其实质是在确定了采样频率后用一个阶梯函数来近似，这种阶梯函数的一个重要特征是：它是二进制的，即在每个采样时刻，按函数上升或下降增加或减少一个恒定的步长值s。因此，增量调制的输出可以用一个样本对应一个二进制数来表示，这样就产生一个比特流。如果阶梯函数将在下一个周期上升，那么就生成一个1，相反则生成一个0。增量调制图解示意如图1.18所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,51,图1.18（a）为模拟波形，先选一个初始电平为第一个样本D1，再取第二个样本D2，,若D2 D1则增加一个+s，若D2 D1则增加一个-s；若模拟波形为水平线，则相继加入-s、+s、-s、+s。图1.18（b）中令-s为0，+s为1，最后形成了图1.18（c）的二进制数。,桂林电子科技大学信息科技学院,52,1.9.4 频分多路复用和时分多路复用,多路复用技术是实现信道共享的技术。多路复用技术主要包括频分多路复用技术和时分多路复用技术两种。其中，时分多路复用技术中又包括同步时分多路复用和异步时分多路复用两种。1.频分多路复用频分多路复用是将可用的传输频率范围分为多个较细的频带，这些频带中的每一个都作为一个独立的信道，分别分配给用户形成数字传输子通路。频分多路复用的特点是：每个用户终端的数据通过专门分配给它的子通路传偷，即使在某一时刻用户没有数据传输，别的用户也不能使用这个子通路。频分多路复用适合于模拟信号的频分传输，主要用于电话和电缆电视（CATV）系统，在数据通信系统中应和调制解调器技术结合使用。值得注意的是，各频带之间有频带隔离保护，以防止信号重叠，否则信号就要失真。频分多路复用的原理如图1.19所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,53,桂林电子科技大学信息科技学院,54,2.同步时分多路复用同步时分多路复用（STDM）是这样一种通信媒体共享方式：它固定分配信道，在通信信道上形成一种时间上的逻辑子信道。同步时分多路复用的特点是：对信道进行固定的时隙分配，也就是将一帧中的各个时隙以固定的方式分配给各路数字信号。在STDM方式中，时隙是预先分配给各终端的，而且是固定的。不论终端是否有数据要发送，都要占用一个时隙，而实际上不是所有终端在每个时隙都有数据输出，所以时隙的利用率较低。同步时分多路复用有下列关系：复用器输出线路容量=复用器输入线路容量所以，与复用器相连接的低速终端数目及速率均受复用传输速率的限制。同步时分复用原理如图1.20所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,55,桂林电子科技大学信息科技学院,56,3异步时分多路复用异步时分多路复用（ATDM）也称统计时分多路复用或智能时分多路复用（ITDM），它克服了STDM浪费时隙的缺点，能动态地按需分配时隙。异步时分多路复用的传输方式是：只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给他；当用户暂时停止发送数据时，不给他分配线路资源，线路的传输能力可用于为其他用户传输更多的数据。这种根据用户实际需要分配线路的方法也称为统计时分多路复用。ATDM的每个用户的数据传输速率可以高于平均速率，最高可达到线路总的传输能力。例如，线路传输速率为9600bps，4个用户的平均速率为2400bps，当用于同步复用方式时，每个用户的最高传输速率为2400bps，而在统计时分多路复用方式下，每个用户的最高速率可以达到9600bps。在 ATDM中，由于数据不是以固定的顺序出现，所以接收端不知道应该将哪一个时隙内的数据送到哪一个用户。为了解决这个问题，ATDM在发送数据中加入了用户识别标记，以便使接收端的复用器按标记分送数据。,桂林电子科技大学信息科技学院,57,异步时分多路复用也具有如下关系。复用器输出线路容量=复用器输入线路容量 即：总时间T划分的时间片数n应等于复用器输入端的低速线路数，以保证当每个用户都有数据发送时仍能及时发出。,桂林电子科技大学信息科技学院,58,异步时分复用原理如图1.21所示。,桂林电子科技大学信息科技学院,59,1.9.5 双工通信,1半双工通信：指通信信道的每一端既可以是发送端也可以是接收端的通信方式称为半双工通信。信息可从这一端传输到那一端，也可以从那一端传输到这一端。但在同一时刻里，信息只能有一个传输方向，如图1.22所示。在半双工通信方式中，信息流是轮流使用发送和接收装置的。检测信号的传输可能有两种方式：一种方式是在应答时转换传输信道，另一种方式是分开设立主信道和检测信道，也就是说，另设一个信道，供检测信号使用。例如，计算机与终端之间的通信就是半双工通信。,桂林电子科技大学信息科技学院,60,2.全双工通信：如果在同一时刻可以进行这样的传输，即一个信道向一个方向传输信息，而另一个信道向相反的方向传输信息，那么这种通信方式就是全双工通信方式，如图1.23所示。全双工通信系统的线路结构包括两个进行信息传输的信道和两个进行监测的信道，这样通信线路两端的发送、接收装置就能够同时发送和接收信息。若采用频分信道时，传输信道可分成高频群信道和低频群信道，这时就可以使用二进制，这种全双工通信方式适合计算机与计算机之间通信。,桂林电子科技大学信息科技学院,61,1.9.6 分组语音,通过分组交换网络来实现语音信号传送的一种技术称为分组语音，如图1.24所示。,图1.24 分组语音技术实现示意图,桂林电子科技大学信息科技学院,62,用分组交换网络来传送语音在性能上具有很大的优势：第一，两端用户之间交换语音信息，不再需要建立独占的呼叫连接电路，因此也不再需要支付昂贵的长途通信费用；第二，语音信号和数据信号在同一数据网上传输，可以给数据网络应用开辟新的领域。支持分组语音技术的关键因素有两个：网关和广域网。网关是用来连接普通电话网和分组交换网的中间设备，它不仅需要将语音信号转换成数字信号，并封装成分组交换网络所要求的报文格式，还要在传统电话号码和分组交换网络地址之间完成映射。传统的分组交换网络并不适合传输语音信号，有三种原因：一是因为传输时延大；二是因为传输时延抖动（传输时延变化）大；三是分组交换网络的带宽不够高，满足不了实时语音信号的传输要求。,桂林电子科技大学信息科技学院,63,随着广域网技术的发展，人们已经开发出了能够满足语音信号传输要求的广域网。当广域网从传统的X.25分组交换网发展到帧中继网时，网络主干的传输带宽有了很大的提高，网络的传输可靠性有了很大的保障，再者，网络交换节点的高速转发功能不仅降低了总的传输延迟，而且比较好地消除了延迟抖动。广域网连接设备都支持数据报文优先级和带宽资源预留技术，能够给语音数据报文以更高的转发优先级，并预留一定的带宽，以保证语音数据报文的优先转发。许多网络设备厂家已经开发出网关设备，能够在传统语音网络和现代分组交换网络之间进行转换。,桂林电子科技大学信息科技学院,64,1.10专用线路,专用线路是两个通信系统间的数据通信通路。该线路即可以是两个系统间的物理电缆，也可以逻辑的存在于多路复用或交换系统中。广域网中使用的专用线路是按日租用的，能维护两个站点间的持续的点对点连接，它们常被称做租用线路，并用于建立专用网络。专用线路既可以是每端用Modem连接的语音级线路，也可以是数字线路，如T1式业务具有高达1.544Mbps的传输速率，又如T3线路具有45Mbps的传输速率。决定使用这种线路的网络管理员必须估量基于数据总量的租用线路的开销，决定是否总是维持一条不可中断的连接。如果数据负荷量较轻，或者只在一天中的某个时间要求传递，那么采用拔号线路更实用、更便宜。拔号线路对于诸如电子邮件之类的偶然性传输是很合适的。但如果信息传输是持续不断的，并要求即时服务，那么最好还是采用专用线路。Nx64Kbps带宽的专用线路，目前仍然是许多单位用于实现WAN连接的手段，尤其在对速度、安全和控制要求甚高的WAN应用环境中，更是如此。专用线路为远程端点之间提供点对点固定带宽的数字传输通路，其通信费用由专用线路的带宽和两端之间距离决定。,桂林电子科技大学信息科技学院,65,对于要求有持续、稳定信息流传输速率的应用环境，专用线路为一种好的选择，但对于突发性信息流传输，专用线路或者处于过载状态，或者带宽利用率只达到20%