后页 退出前页第 2章 通信子网的基本技术 （第二讲）
2.3 差错控制技术
2.3.1差错的检测与校正概括地说，传输中的差错都是由于噪声所引起的。噪声有两大类，一类是信道所固有的，持续存在的随机热噪声；另一类是由于外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。
衡量一个信道质量的重要参数是误码率：
Pe =
发生差错的码元数接收的总码元数后页 退出前页差错控制编码又可分为 检错码 和 纠错码,前者是指能自动发现差错的编码,后者是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码 。 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 。 若码字中信息位为 k位,编码时外加冗余位为 r位,则编码后得到的码字长为 n = k + r位 。
我们有,rk
k
n
kR
显然，编码效率越高，即 R越大，则信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高。
下面我们各举一种检错码和纠错码的例子：
一、定比码定比码,是指每个码字中均含有相同数目的,1”（码字长一定,,1”的数目一定后，所含,0”的数目也就必然相同），
它是一种检错码。
后页 退出前页二、正反码正反码 是一种简单的纠错码，其中冗余位的个数与信息位个数相同，而且两者或者完全相同或者完全相反，由信息位中
,1”的个数来决定。
2.3.2 奇偶校验码奇偶校验码,是通过增加冗余位来使得码字中,1”的个数保持奇或偶数的编码方法，是一种检错码。在使用时又可分为 垂直奇偶校验,水平奇偶校验 和 水平垂直奇偶校验 等几种。
后页 退出前页垂直奇偶校验,是将整个发送的信息块分为定长 p位的若干段
（比如说 q段），每段后面按,1”的个数为奇或偶数的规律加上一位奇偶位，如下图所示,
若用偶校验 ri = I1i⊕I 2i⊕ … ⊕I pi
若用奇校验 ri = I1i⊕I 2i⊕ … ⊕I pi⊕1
这种方法的编码效率为：
1 p
pR
后页 退出前页水平奇偶校验,它是对各个信息段的相应位横向进行编码，
产生一个奇偶校验冗余位，如下图所示，
这种方法的编码效率为：
1?
q
qR
后页 退出前页同时进行水平奇偶校验和垂直奇偶校验就构成水平垂直奇偶校验,如下图所示 。
若都采用偶校验,则：
ri,q+1 = Ii1⊕ Ii2⊕ … ⊕ Iiq （ i=1,2,…,p）
rp+1,j = I1j⊕ I2j⊕ … ⊕ Ipj （ j=1,2,…,q）
rp+1,q+1=rp+1,1⊕ rp+1,2⊕ … ⊕ rp+1,q=r1,q+1⊕ r2,q+1⊕ … ⊕ rp,q+1
这种方法的编码效率为：
)1)(1( qp
pqR
后页 退出前页
2.3.3 海明码海明码是由 R,Hamming在 1950年首次提出的，它也是一种可以纠正一位差错的编码，但它的编码效率要比正反码高得多
（当信息位足够长时）。
海明码只能纠正一位错，若用在纠正传输中出现突发性差错时可以采用下述方法,将连续 P个码字排成一个矩阵，每行一个码字。如下图中的例子，发送顺序为
011001100001… 1110100011。如果发生突发长度 ≤ P的突发错误，那么在 P个码字中最多每个码字有一位有差错，
正好由海明码能纠正。
后页 退出前页后页 退出前页
2.3.3 循环冗余码
CRC码又称为多项式码。这是因为任何一个由二进制数位串组成的代码都可以和一个只含有 0和 1两个系数的多项式建立一一对应的关系。例如，代码 1011011对应的多项式为 x6+x4+x3+x+1，而多项式 x5+x4+x2+x对应的代码为
110110。并且,CRC码在发送端编码和接收端校验时都可以利用一事先约定的生成多项式 G（ x）来进行。 k位要发送的信息位可对应于一个（ k-1）次多项式 K（ x）,r位冗余位对应于一个（ r-1）次多项式 R（ x）。由 k位信息位后面加上 r位冗余位组成的 n=k+r位码字则对应于一个（ n-
1）次多项式 T（ x） =xr? K(x)+R(x)。
后页 退出前页按上述方法产生的循环码有下述性质。
【 性质 1】 若 G（ x）含有（ x+1）的因子，则能检测出所有奇数位错。
【 性质 2】 若 G（ x） 中不含有 x的因子,或者换句话说,G（ x）
中含有常数项 1,那末能检测出所有突发长度 ≤r的突发错 。
【 性质 3】 若 G（ x）中不含有 x的因子，而且对任何 0< e ≤ n–1
的 e，除不尽 xe +1，则能检测出所有的双错。
【 性质 4】 若 G（ x）中不含有 x的因子，则对突发长度为 r + 1
的突发错误的漏检率为 2-(r-1)。
【 性质 5】 若 G（ x） 中不含有 x的因子,则对突发长度 b大于
r+1的突发错误的漏检率为 2-r
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CRC码的编码电路
G（ x） = x4+ x2+x+1的编码电路后页 退出前页
2.4 数据链路常用技术
2.4.1 比特填充
1,使用比特填充的首尾标志方法
2,违例编码法
3,使用字符填充的首尾定界符方法
4,字节计数法不论采用何种方法来标志一帧的开头和结束，都必须保证帧内的信息位可以是任意的，不会受到影响，我们称之为要保证,数据透明,。首尾标志方法中的,数据透明,是通过 比特填充 来实现的。
后页 退出前页下图给出一个比特填充的例子：
2.4.2 反馈重发数据通信和计算机网络中，利用编码方法来进行差错控制的方式，基本上有两类：自动请求重发 ARQ
（ Automatic ReQuest for repeat）和前向纠错 FEC(Forward
Error Correction），前者又称为 反馈重发 。
后页 退出前页
2.4.3 滑动窗口流量控制处理的是发送方发送能力大于接收方接收能力的问题，窗口机制就是一种流量控制的方法。
后页 退出前页停等（ stop-and-wait）协议的流程图,
后页 退出前页停等协议的信道利用率
RBL
L
RBL
BLU
22?
后页 退出前页停等协议的捎带确认后页 退出前页回退 n（ go back n）
后页 退出前页滑动窗口协议后页 退出前页选择重传 （ selective repeat）
后页 退出前页高级数据链路控制 HDLC（ High-level Date Link Control）规程的帧格式如下图：
控制字段的格式后页 退出前页
2.5 交換技术电路交换 （ circuit switching）,分组交换 （ packet
switching）和 信元交换 （ cell switching）等三种交换方式。
2.5.1 电路交换采用电路交换技术的数据传输一般分为电路建立、数据传送和电路释放三个阶段，如下所述。
电路建立,在传输数据之前必须首先建立一条端到端的电路。
数据传送,站点 A到 F的电路建立好后，数据就可以从 A通过网络传送给站点 F。
电路释放,数据传输完成之后，由某一方（ A或 F）
发出电路释放请求，
后页 退出前页简单的交換网络后页 退出前页
2.5.2 分组交换在分组交换网中，数据是以分组形式传输的，如果源端要发送一个很长的消息，该消息被分成若干个分组。每个分组除了用户数据外还包含一些控制信息以便能够正确地把该分组经过网络传送给目的站点。分组的传送采用存储－转发方式，即网络节点根据分组控制信息，把分组送到下一节点，下一节点接收分组后，暂时保存下来并排队等待传输，然后该节点根据分组控制信息选择下一个节点，
并把该分组传送给下一节点，这样分组最后会到达目的站点。
2.5.3 信元交換异步传输模式 ATM中采用的是信元交换和复用技术。
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2.6 接入技术
2.6.1 一线通一线通 的正式学术名称是 窄带综合服务数字网 N-ISDN
(Narrowband Integrated Service Digital Network) 。 ISDN是产生于 80年代利用单一网络提供语音、文字、数据和图象等综合传输服务的技术，相对于后來出现的速率高得多而被采用作为 宽带综合服务数字网 B-ISDN(Broadbandband Integrated
Service Digital Network) 的 ATM技术而言，由于其速率低而被更明确地称为窄带综合服务数字网。虽然它的速率用作为主干网太低了，但用作为接入网还是可以的。
后页 退出前页
ADSL是 非对称数字用户线 (Asymmetric Digital Subscriber Line)
的英文首字母缩写，是一种利用原有已到千家万户的电话线向用户提供宽带上网的技术。它利用数字信号处理的先进技术来消除回音和其它线路噪声以提高速率，同时又充分利用了上网时上行信道 (由用户到网络 )仅传送少量数字或文字信息，而下行信道 (由网络到用户 ) 却要传送大量多媒体 (数字、
文字、图形、图象、动画以至于音乐和视象 )信息的特点，在一对用户线上上行信道只有 16-640 Kbps，而下行信道可高达
640 K - 8 Mbps的数据速率。具体可达到多少速率，既取决于所采用的 ADSL设备和线路的质量，也和用户到电信公司端局的距离有关。比如说，若在 3000m的距离内下行信道可高达
8.5 Mbps，则 6000m时就只有 1.5 Mbps了。
2.6.2 ADSL
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2.6.3 HFC
HFC是 混合光纤 /同轴电缆 (Hybrid Fiber Coax) 的英文首字母缩写。实际上，目前已连到千家万户的有线电视网就是一种 HFC网，其主干是光纤，而接到用户端的则是同轴电缆。
不过，原有的有线电视网是一种广播网络，除了受带宽限制
(如有些老的有线电视网带宽只有 300 – 450 MHz) 外，由于只能单向传输是不适于用作接入网的。但是，若将带宽扩展到
750 – 860 MHz，並经过双向改造后，由于它已接入千家万户，
也成为了一种可供选择的宽带上网方式。
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2.6.4 无线接入随着移动通信技术的发展，已从第 1代的模拟网进入了第
2代的 GSM(Gl0bal System for Mobil) 数字网。借助于无线应用协议 WAP(Wireless Application Protocal),虽然 GSM手机已经可以上网了，但必竟速率太慢，实际使用价值不大。现在已经有号称第 2代半的移动通信技术可提供服务，通过它來上网可获得较高的速率。大家都还在研究第 3代的 CDMA移动通信技术，一旦它投入使用则理论上最高的数据速率可达
2 Mbps，这时无线接入上网将会有更大的竟争力。
2.3 差错控制技术
2.3.1差错的检测与校正概括地说，传输中的差错都是由于噪声所引起的。噪声有两大类，一类是信道所固有的，持续存在的随机热噪声；另一类是由于外界特定的短暂原因所造成的冲击噪声。
衡量一个信道质量的重要参数是误码率：
Pe =
发生差错的码元数接收的总码元数后页 退出前页差错控制编码又可分为 检错码 和 纠错码,前者是指能自动发现差错的编码,后者是指不仅能发现差错而且能自动纠正差错的编码 。 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 。 若码字中信息位为 k位,编码时外加冗余位为 r位,则编码后得到的码字长为 n = k + r位 。
我们有,rk
k
n
kR
显然，编码效率越高，即 R越大，则信道中用来传送信息码元的有效利用率就越高。
下面我们各举一种检错码和纠错码的例子：
一、定比码定比码,是指每个码字中均含有相同数目的,1”（码字长一定,,1”的数目一定后，所含,0”的数目也就必然相同），
它是一种检错码。
后页 退出前页二、正反码正反码 是一种简单的纠错码，其中冗余位的个数与信息位个数相同，而且两者或者完全相同或者完全相反，由信息位中
,1”的个数来决定。
2.3.2 奇偶校验码奇偶校验码,是通过增加冗余位来使得码字中,1”的个数保持奇或偶数的编码方法，是一种检错码。在使用时又可分为 垂直奇偶校验,水平奇偶校验 和 水平垂直奇偶校验 等几种。
后页 退出前页垂直奇偶校验,是将整个发送的信息块分为定长 p位的若干段
（比如说 q段），每段后面按,1”的个数为奇或偶数的规律加上一位奇偶位，如下图所示,
若用偶校验 ri = I1i⊕I 2i⊕ … ⊕I pi
若用奇校验 ri = I1i⊕I 2i⊕ … ⊕I pi⊕1
这种方法的编码效率为：
1 p
pR
后页 退出前页水平奇偶校验,它是对各个信息段的相应位横向进行编码，
产生一个奇偶校验冗余位，如下图所示，
这种方法的编码效率为：
1?
q
qR
后页 退出前页同时进行水平奇偶校验和垂直奇偶校验就构成水平垂直奇偶校验,如下图所示 。
若都采用偶校验,则：
ri,q+1 = Ii1⊕ Ii2⊕ … ⊕ Iiq （ i=1,2,…,p）
rp+1,j = I1j⊕ I2j⊕ … ⊕ Ipj （ j=1,2,…,q）
rp+1,q+1=rp+1,1⊕ rp+1,2⊕ … ⊕ rp+1,q=r1,q+1⊕ r2,q+1⊕ … ⊕ rp,q+1
这种方法的编码效率为：
)1)(1( qp
pqR
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2.3.3 海明码海明码是由 R,Hamming在 1950年首次提出的，它也是一种可以纠正一位差错的编码，但它的编码效率要比正反码高得多
（当信息位足够长时）。
海明码只能纠正一位错，若用在纠正传输中出现突发性差错时可以采用下述方法,将连续 P个码字排成一个矩阵，每行一个码字。如下图中的例子，发送顺序为
011001100001… 1110100011。如果发生突发长度 ≤ P的突发错误，那么在 P个码字中最多每个码字有一位有差错，
正好由海明码能纠正。
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2.3.3 循环冗余码
CRC码又称为多项式码。这是因为任何一个由二进制数位串组成的代码都可以和一个只含有 0和 1两个系数的多项式建立一一对应的关系。例如，代码 1011011对应的多项式为 x6+x4+x3+x+1，而多项式 x5+x4+x2+x对应的代码为
110110。并且,CRC码在发送端编码和接收端校验时都可以利用一事先约定的生成多项式 G（ x）来进行。 k位要发送的信息位可对应于一个（ k-1）次多项式 K（ x）,r位冗余位对应于一个（ r-1）次多项式 R（ x）。由 k位信息位后面加上 r位冗余位组成的 n=k+r位码字则对应于一个（ n-
1）次多项式 T（ x） =xr? K(x)+R(x)。
后页 退出前页按上述方法产生的循环码有下述性质。
【 性质 1】 若 G（ x）含有（ x+1）的因子，则能检测出所有奇数位错。
【 性质 2】 若 G（ x） 中不含有 x的因子,或者换句话说,G（ x）
中含有常数项 1,那末能检测出所有突发长度 ≤r的突发错 。
【 性质 3】 若 G（ x）中不含有 x的因子，而且对任何 0< e ≤ n–1
的 e，除不尽 xe +1，则能检测出所有的双错。
【 性质 4】 若 G（ x）中不含有 x的因子，则对突发长度为 r + 1
的突发错误的漏检率为 2-(r-1)。
【 性质 5】 若 G（ x） 中不含有 x的因子,则对突发长度 b大于
r+1的突发错误的漏检率为 2-r
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CRC码的编码电路
G（ x） = x4+ x2+x+1的编码电路后页 退出前页
2.4 数据链路常用技术
2.4.1 比特填充
1,使用比特填充的首尾标志方法
2,违例编码法
3,使用字符填充的首尾定界符方法
4,字节计数法不论采用何种方法来标志一帧的开头和结束，都必须保证帧内的信息位可以是任意的，不会受到影响，我们称之为要保证,数据透明,。首尾标志方法中的,数据透明,是通过 比特填充 来实现的。
后页 退出前页下图给出一个比特填充的例子：
2.4.2 反馈重发数据通信和计算机网络中，利用编码方法来进行差错控制的方式，基本上有两类：自动请求重发 ARQ
（ Automatic ReQuest for repeat）和前向纠错 FEC(Forward
Error Correction），前者又称为 反馈重发 。
后页 退出前页
2.4.3 滑动窗口流量控制处理的是发送方发送能力大于接收方接收能力的问题，窗口机制就是一种流量控制的方法。
后页 退出前页停等（ stop-and-wait）协议的流程图,
后页 退出前页停等协议的信道利用率
RBL
L
RBL
BLU
22?
后页 退出前页停等协议的捎带确认后页 退出前页回退 n（ go back n）
后页 退出前页滑动窗口协议后页 退出前页选择重传 （ selective repeat）
后页 退出前页高级数据链路控制 HDLC（ High-level Date Link Control）规程的帧格式如下图：
控制字段的格式后页 退出前页
2.5 交換技术电路交换 （ circuit switching）,分组交换 （ packet
switching）和 信元交换 （ cell switching）等三种交换方式。
2.5.1 电路交换采用电路交换技术的数据传输一般分为电路建立、数据传送和电路释放三个阶段，如下所述。
电路建立,在传输数据之前必须首先建立一条端到端的电路。
数据传送,站点 A到 F的电路建立好后，数据就可以从 A通过网络传送给站点 F。
电路释放,数据传输完成之后，由某一方（ A或 F）
发出电路释放请求，
后页 退出前页简单的交換网络后页 退出前页
2.5.2 分组交换在分组交换网中，数据是以分组形式传输的，如果源端要发送一个很长的消息，该消息被分成若干个分组。每个分组除了用户数据外还包含一些控制信息以便能够正确地把该分组经过网络传送给目的站点。分组的传送采用存储－转发方式，即网络节点根据分组控制信息，把分组送到下一节点，下一节点接收分组后，暂时保存下来并排队等待传输，然后该节点根据分组控制信息选择下一个节点，
并把该分组传送给下一节点，这样分组最后会到达目的站点。
2.5.3 信元交換异步传输模式 ATM中采用的是信元交换和复用技术。
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2.6 接入技术
2.6.1 一线通一线通 的正式学术名称是 窄带综合服务数字网 N-ISDN
(Narrowband Integrated Service Digital Network) 。 ISDN是产生于 80年代利用单一网络提供语音、文字、数据和图象等综合传输服务的技术，相对于后來出现的速率高得多而被采用作为 宽带综合服务数字网 B-ISDN(Broadbandband Integrated
Service Digital Network) 的 ATM技术而言，由于其速率低而被更明确地称为窄带综合服务数字网。虽然它的速率用作为主干网太低了，但用作为接入网还是可以的。
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ADSL是 非对称数字用户线 (Asymmetric Digital Subscriber Line)
的英文首字母缩写，是一种利用原有已到千家万户的电话线向用户提供宽带上网的技术。它利用数字信号处理的先进技术来消除回音和其它线路噪声以提高速率，同时又充分利用了上网时上行信道 (由用户到网络 )仅传送少量数字或文字信息，而下行信道 (由网络到用户 ) 却要传送大量多媒体 (数字、
文字、图形、图象、动画以至于音乐和视象 )信息的特点，在一对用户线上上行信道只有 16-640 Kbps，而下行信道可高达
640 K - 8 Mbps的数据速率。具体可达到多少速率，既取决于所采用的 ADSL设备和线路的质量，也和用户到电信公司端局的距离有关。比如说，若在 3000m的距离内下行信道可高达
8.5 Mbps，则 6000m时就只有 1.5 Mbps了。
2.6.2 ADSL
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2.6.3 HFC
HFC是 混合光纤 /同轴电缆 (Hybrid Fiber Coax) 的英文首字母缩写。实际上，目前已连到千家万户的有线电视网就是一种 HFC网，其主干是光纤，而接到用户端的则是同轴电缆。
不过，原有的有线电视网是一种广播网络，除了受带宽限制
(如有些老的有线电视网带宽只有 300 – 450 MHz) 外，由于只能单向传输是不适于用作接入网的。但是，若将带宽扩展到
750 – 860 MHz，並经过双向改造后，由于它已接入千家万户，
也成为了一种可供选择的宽带上网方式。
后页 退出前页
2.6.4 无线接入随着移动通信技术的发展，已从第 1代的模拟网进入了第
2代的 GSM(Gl0bal System for Mobil) 数字网。借助于无线应用协议 WAP(Wireless Application Protocal),虽然 GSM手机已经可以上网了，但必竟速率太慢，实际使用价值不大。现在已经有号称第 2代半的移动通信技术可提供服务，通过它來上网可获得较高的速率。大家都还在研究第 3代的 CDMA移动通信技术，一旦它投入使用则理论上最高的数据速率可达
2 Mbps，这时无线接入上网将会有更大的竟争力。
