1
第三章数据通信的基本原理
2
3.1 数据通信的理论基础 ( 1 )
信息和信号：
信息传递要转化为信号，信号必须进行处理。
信号在通信信道上传输时的要进行编码。
3
4
5
6
傅立叶分析任何一个周期为 T的有理周期性函数 g(t) 可分解为若干项（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：
g(t) = c + +
f = 1/T 基本频率
an,bn n次谐波项的正弦和余弦振幅值
2
1 )2sin (
1
n fta
n
n
)2co s(
1
n ftb
n
n
7
已知 g(t)，求 c,an,bn
1) 将等式两边 从０到Ｔ积分 可得 c
c =
2) 用 sin(2?kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，
可得 an
an =
3) 用 cos(2?kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，
可得 bn
bn =
T
2?T dtnfttg
0 )2si n()(?
T
2
T
2?T dttg
0 )(
T dtnfttg0 )2cos ()(?
8
9BW=fh-fl
10
11
3.1 数据通信的理论基础 ( 3 )
3.1.2 有限带宽信号 (Bandwidth Limited Signals)
对于二进制编码０１１０００１０，其输出电压波形为：
g(t) =
0
1
0
1
0
Tt
T
T
t
T
T
t
T
T
t
T
T
t
8
7
8
7
8
6
8
6
8
3
8
3
8
8
0
12
3.1 数据通信的理论基础 ( 4 )
其傅立叶分析的系数为：
an = [cos(?n/4) - cos(3?n/4) + cos(6?n/4) - cos(7?n/4)]
bn = [sin(3?n/4) - sin(?n/4) + sin(7?n/4) - sin(6?n/4)]
c = 3/8
Fig,2-1
信号在信道上传输时的特性：
对不同傅立叶分量的衰减不同，因此引起输出失真；
信道有截止频率 fc,0 ~ fc的振幅不衰减,fc以上的振幅衰减厉害，
这主要由信道的物理特性决定,0 ~ fc称为信道的有效带宽；
实际使用时，可以接入滤波器，限制用户的带宽；
通过信道的谐波次数越多，信号越逼真。
n?
1
n?
1
13
14
15
16
17
3.1 数据通信的理论基础 ( 6 )
音频线路的截止频率为 3000Hz
N = fc / f1 = 3000/(B/8) = 24000/B
B：比特率
Fig,2-2
结论,即使对于完善的信道，有限的带宽限制了数据的传输速率。
18
19
20
21
3.1 数据通信的理论基础 ( 7 )
3.1.3 信道的最大数据传输速率
1924年，奈魁斯特（ H,Nyquist）推导出 无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：
最大数据传输率 = 2Hlog2V (bps)
任意信号通过一个带宽为Ｈ的低通滤波器，则每秒采样２Ｈ
次就能完整地重现该信号，信号电平分为Ｖ级。
1948年，香农（ C,Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到 随机（热）噪声 干扰的情况。
热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。
Ｓ：信号功率,Ｎ：噪声功率
10log10S/N 单位：分贝（ db）
22
3.1 数据通信的理论基础 ( 8 )
香农的主要结论是：
带宽为 H 赫兹，信噪比为 S/N的任意信道的最大数据传输率为最大数据传输率 = Hlog2(1 + S/N) (bps)
电话系统的典型信噪比为 30db;
此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；
与信号电平级数、采样速度无关；
此式仅是上限，难以达到。
例如：带宽为 3000hz,S/N=30dBDE 电话线，最大的传输速率为 30000b/s。
23
3.2 数据通信技术 ( 1 )
主要内容：
数据在通信信道上的各种传输方式及其所采用的技术。
3.2.1 数据通信系统的基本结构基本结构数据传输计算机 信号变 换器 计算机信号变 换器信道差错控制
24
3.2 数据通信技术 ( 2 )
数据表示和传输方式数据表示数据,模拟数据 (Analog Data) 连续值数字数据 (Digital Data) 离散值数据传输方式信号,模拟信号 (Analog Signals)
数字信号 (Digital Signals)
信号发送方式,模拟信号发送（模拟信道）
数字信号发送（数字信道）
数字信号发送的优点是：价格便宜，对噪声不敏感；
缺点是：易受衰减，频率越高，衰减越厉害。
25
信号编码编码方案概述数字 —— 数字，数字 —— 模拟模拟 —— 数字，模拟 —— 模拟数字 —— 数字单极性编码极化码双极性编码
10110001
26
单极性码
27
极化码极化码：有正负电压，解决了直流问题。
非归零码：信号电平非正即负非归零电平码（ NRZ-L）,1为高电平,0为低电平非归零反向码（ NRZ-I）：电平遇见 1反相归零码双相位编码：
曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码
28
NRZ-L：仍存在同步的问题。
NRZ-I：根据跳变确定信号，连 0无同步。
29
同步有效性好，但增加了带宽
30
31
32
33
34
双极性码双极性编码：电平包括正、零、负
1,双极性传号交替反转（ AMI）,0为零,1交替正负目标：直流为零、长串 1同步
2、双极性 8连 0替换（ B8ZS，北美）：连续 8个零，则如果前导 1
为正，则为 000正负 0负正，如果前导 1为负，则为 000
负正 0正负
3,3阶高密度双极性（日欧）：每遇见 4个连 0根据前导 1和上次变换后 1比特数，以四种方式改变对应的比特模式。
35
36
37
38
39
40
41
42
采样频率根据奈奎斯特定理，采样频率必须至少是最高分量频率的量倍。
量化精度每一样本要发送的比特位数，由精度决定。
比特率比特率 =采样频率 *每个样本的位数
43
44
45
46
比特率和波特率
比特率：
比特率每秒传递的比特数。
波特率波特率是每秒传递的信号单元数。
波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系。
例：每个信号值可表示３位，则比特率是波特率的３倍；
每个信号值可表示１位，则比特率和波特率相同。
47
带宽 =（ 1+d)*波特率，最小带宽等于波特率
ASK技术受噪声影响较大。
48开关键控：一种比特用零电压，减少能量。
49
FSK避免了噪声的影响，但受载波的物理容量影响。
带宽 =波特率 +（ Fc1-fc0）
50
51
PSK不受噪声影响，能检测出较小的信号，但与 FSK一样受带宽的限制。波特率与 ASK一样，但比特率更高。
52
53
抗噪能力更强：每种振幅间距离加大，相位也可帮助纠错。最小带宽与 ASK一样。 3（ 4）振幅 12（ 8）相位是 ITU-T（ ISO）建议，
54
55
56
57
AM带宽是调制信号的两倍，并以覆盖载频为中心。
58
FM带宽是调制信号的十倍，并以覆盖载频为中心。
59
60
Caption,Modem showing RS-232 connector for
serial connection to computer and RJ-11 jack for
connection to phone line,
61
Caption,Computer system with modems,
showing serial cable to modem and cable to
phone jack,
62
Caption,Dialup modem for voice telephone lines,
63
Caption,Modems in a computer center for dial-up
modem access to the organization network,
64
Caption,An Ascend Pipeline ISDN modem,
65
Caption,Two examples of PCMCIA
fax/modem/Ethernet adapters,
66
线路配置：
线路配置：两个或两个以上设备连接在网络上的方式
1．点到点网络（ point-to-point network）
点到点网络由一对对机器之间的多条连接构成。
2．多点连接两个以上的机器共享一条通信信道广播发送（ multicasting）
多点发送（ multicasting）
67
数据通信技术
3.2.4 通信线路的通信方式连接方式为适应不同的需要，通信线路采用不同的连接方式。
点 — 点方式多点方式
A B
A B C D
68
数据通信技术通信方式从信息传送方向和时间的关系角度研究。
单工通信方式信息只能单向传输，监视信号可回送。
半双工通信方式信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。
A B
数据监视信号
A B
数据监视信号
69
数据通信技术全双工通信方式信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。
A B
数据监视信号
70
数据通信技术
3.2.3 多路复用技术由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。
常用的有三种方法：
时分复用 TDM（ Time Division Multiplexing）
同步复用：固定分配时隙，根据时隙位置传输。输入带宽总和等于输出带宽异步复用：时隙可变不固定，统计复用。
Fig,2-26
频分复用 FDM（ Frequency Division Multiplexing）,采用不同的载波频率。不同的载波频率间要有间隔
Fig,2-24
波分复用 WDM（ Wavelength Division Multiplexing）
Fig,2-25
71
72
通信交换方式
Multiplexing/Demultiplexing
- Time divided in frames and frames divided in slots
- Relative slot position inside a frame determines which
conversation the data belongs to
- Needs synchronization between sender and receiver
- In case of non-permanent conversations
needs to dynamic bind a slot to a conservation
73
74
75
Communication networks can be classified based on
the way in which the nodes exchange information:
A Taxonomy of Communication
Networks
Communication
Network
Switched
Communication
Network
Broadcast
Communication
Network
Circuit-Switched
Communication
Network
Packet-Switched
Communication
Network
Datagram
Network
Virtual Circuit Network
76
3.3 通信交换方式（ 1）
在多结点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，
一般希望动态地设定通信双方间的线路。动态地接通或断开通信线路，称为“交换”
交换方式分类：
- 电路交换
- 报文交换 存储转发方式
- 分组交换（包交换） 存储转发方式
- 混合交换
77
3.3 通信交换方式（ 2）
3.3.1 电路交换（ circuit switching）
原理
- 直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。
三个阶段
- 建立电路
- 传输数据
- 拆除电路
特点
- 在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路；
- 建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短。
例
- Telephone networks
- ISDN (Integrated Services Digital Networks)
78
79
80
3.3 通信交换方式（ 4）
A node (switch) in a circuit switching network
incoming links outgoing linksNode
81
3.3 通信交换方式（ 6）
3.3.2 报文交换（ message switching）
原理
- 信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发。
- Fig,2-35
特点
- 线路利用率高；
- 要求中间结点（网络通信设备）缓冲大；
- 延迟时间长。
82
3.3 通信交换方式（ 7）
3.3.3 分组交换（ packet switching）
电路交换不能适合数据传输：
1、不能应对数据的突发特性
2、不能适应不同速率的设备通信
3、不灵活：不管是否效率最高，建立连接后即只能沿该路径传输
4、不能区分优先级
原理
- 信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。 每个分组包括数据和控制信息（源、目的地址）
- 分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。
- Fig,2-34 Fig,2-35
83
3.3 通信交换方式（ 8）
特点
- 每个分组头包括目的地址，独立进行路由选择
- 网络结点设备中不预先分配资源
- 线路利用率高；
- 结点存储器利用率高；
- 易于重传，可靠性高；
- 易于开始新的传输，让紧急信息优先通过；
- 额外信息增加。
分组交换分为
- 数据报（ datagram）、虚电路（ virtual circuit）和 PVS
84
3.3 通信交换方式（ 9）
A node in a packet switching network
incoming links outgoing linksNode
Memory
85
3.3 通信交换方式（ 10）
Data from any conversation can be transmitted at
any given time
How to tell them apart?
- use meta-data (header) to describe data
86
3.3 通信交换方式（ 11）
数据报
- 每个分组均带有全称网络地址（源、目的），可走不同的路径。
- 例,IP networks
虚电路
- 电路交换和分组交换的结合
data is transmitted as packets
all packets from one packet stream are sent along a
pre-established path (=virtual circuit)
Guarantees in-sequence delivery of packets
However,Packets from different virtual circuits may
be interleaved
87
3.3 通信交换方式（ 12）
- 分三个阶段
建立：发带有全称网络地址的呼叫分组，建立虚电路
传输：沿建立好的虚电路传输数据；
拆除：拆除虚电路。
Fig,2-43
- Note,packet headers don’t need to contain the full
destination address of the packet
- 例,ATM networks
88
89
3.3 通信交换方式（ 13）
电路交换与分组交换的比较
- Most important advantage of packet-switching over
circuit switching,Ability to exploit statistical multiplexing:
efficient bandwidth usage; ratio between peek and
average rate is 3:1 for audio,and 15:1 for data
traffic
- However,packet-switching needs to deal with
congestion:
more complex routers
harder to provide good network services (e.g.,delay
and bandwidth guarantees)
- In practice they are combined:
IP over SONET,IP over Frame Relay
- Fig,2-36
90
91
3.3 通信交换方式交换结构（ switch fabric）
crossbar 交换 Fig,2-38
空分交换 Fig,2-39
时分交换 Fig,2-40
92
93
94
95
数据通信交换机分类：
广域网交换机：通信平台局域网交换机：以太网交换机、快速以太网交换机、千兆位以太网交换机,FDDI交换机,ATM交换机等不同的规模：
大企业应用交换机,500个信息点中企业（部门）交换机,300个信息点工作组级,100个信息点
96
3.3 通信交换方式（ 14）
结论：
- 电路交换适用于实时信息和模拟信号传送，在线路带宽比较低的情况下使用比较经济；
- 报文交换适用于线路带宽比较高的情况，可靠灵活，但延迟大；
- 分组交换缩短了延迟，也能满足一般的实时信息传送。
在高带宽的通信中更为经济、合理、可靠。是目前公认较（最）好的一种交换技术。
第三章数据通信的基本原理
2
3.1 数据通信的理论基础 ( 1 )
信息和信号：
信息传递要转化为信号，信号必须进行处理。
信号在通信信道上传输时的要进行编码。
3
4
5
6
傅立叶分析任何一个周期为 T的有理周期性函数 g(t) 可分解为若干项（可能无限多项）正弦和余弦函数之和：
g(t) = c + +
f = 1/T 基本频率
an,bn n次谐波项的正弦和余弦振幅值
2
1 )2sin (
1
n fta
n
n
)2co s(
1
n ftb
n
n
7
已知 g(t)，求 c,an,bn
1) 将等式两边 从０到Ｔ积分 可得 c
c =
2) 用 sin(2?kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，
可得 an
an =
3) 用 cos(2?kft)乘等式两边，并从０到Ｔ积分，
可得 bn
bn =
T
2?T dtnfttg
0 )2si n()(?
T
2
T
2?T dttg
0 )(
T dtnfttg0 )2cos ()(?
8
9BW=fh-fl
10
11
3.1 数据通信的理论基础 ( 3 )
3.1.2 有限带宽信号 (Bandwidth Limited Signals)
对于二进制编码０１１０００１０，其输出电压波形为：
g(t) =
0
1
0
1
0
Tt
T
T
t
T
T
t
T
T
t
T
T
t
8
7
8
7
8
6
8
6
8
3
8
3
8
8
0
12
3.1 数据通信的理论基础 ( 4 )
其傅立叶分析的系数为：
an = [cos(?n/4) - cos(3?n/4) + cos(6?n/4) - cos(7?n/4)]
bn = [sin(3?n/4) - sin(?n/4) + sin(7?n/4) - sin(6?n/4)]
c = 3/8
Fig,2-1
信号在信道上传输时的特性：
对不同傅立叶分量的衰减不同，因此引起输出失真；
信道有截止频率 fc,0 ~ fc的振幅不衰减,fc以上的振幅衰减厉害，
这主要由信道的物理特性决定,0 ~ fc称为信道的有效带宽；
实际使用时，可以接入滤波器，限制用户的带宽；
通过信道的谐波次数越多，信号越逼真。
n?
1
n?
1
13
14
15
16
17
3.1 数据通信的理论基础 ( 6 )
音频线路的截止频率为 3000Hz
N = fc / f1 = 3000/(B/8) = 24000/B
B：比特率
Fig,2-2
结论,即使对于完善的信道，有限的带宽限制了数据的传输速率。
18
19
20
21
3.1 数据通信的理论基础 ( 7 )
3.1.3 信道的最大数据传输速率
1924年，奈魁斯特（ H,Nyquist）推导出 无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：
最大数据传输率 = 2Hlog2V (bps)
任意信号通过一个带宽为Ｈ的低通滤波器，则每秒采样２Ｈ
次就能完整地重现该信号，信号电平分为Ｖ级。
1948年，香农（ C,Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到 随机（热）噪声 干扰的情况。
热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。
Ｓ：信号功率,Ｎ：噪声功率
10log10S/N 单位：分贝（ db）
22
3.1 数据通信的理论基础 ( 8 )
香农的主要结论是：
带宽为 H 赫兹，信噪比为 S/N的任意信道的最大数据传输率为最大数据传输率 = Hlog2(1 + S/N) (bps)
电话系统的典型信噪比为 30db;
此式是利用信息论得出的，具有普遍意义；
与信号电平级数、采样速度无关；
此式仅是上限，难以达到。
例如：带宽为 3000hz,S/N=30dBDE 电话线，最大的传输速率为 30000b/s。
23
3.2 数据通信技术 ( 1 )
主要内容：
数据在通信信道上的各种传输方式及其所采用的技术。
3.2.1 数据通信系统的基本结构基本结构数据传输计算机 信号变 换器 计算机信号变 换器信道差错控制
24
3.2 数据通信技术 ( 2 )
数据表示和传输方式数据表示数据,模拟数据 (Analog Data) 连续值数字数据 (Digital Data) 离散值数据传输方式信号,模拟信号 (Analog Signals)
数字信号 (Digital Signals)
信号发送方式,模拟信号发送（模拟信道）
数字信号发送（数字信道）
数字信号发送的优点是：价格便宜，对噪声不敏感；
缺点是：易受衰减，频率越高，衰减越厉害。
25
信号编码编码方案概述数字 —— 数字，数字 —— 模拟模拟 —— 数字，模拟 —— 模拟数字 —— 数字单极性编码极化码双极性编码
10110001
26
单极性码
27
极化码极化码：有正负电压，解决了直流问题。
非归零码：信号电平非正即负非归零电平码（ NRZ-L）,1为高电平,0为低电平非归零反向码（ NRZ-I）：电平遇见 1反相归零码双相位编码：
曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码
28
NRZ-L：仍存在同步的问题。
NRZ-I：根据跳变确定信号，连 0无同步。
29
同步有效性好，但增加了带宽
30
31
32
33
34
双极性码双极性编码：电平包括正、零、负
1,双极性传号交替反转（ AMI）,0为零,1交替正负目标：直流为零、长串 1同步
2、双极性 8连 0替换（ B8ZS，北美）：连续 8个零，则如果前导 1
为正，则为 000正负 0负正，如果前导 1为负，则为 000
负正 0正负
3,3阶高密度双极性（日欧）：每遇见 4个连 0根据前导 1和上次变换后 1比特数，以四种方式改变对应的比特模式。
35
36
37
38
39
40
41
42
采样频率根据奈奎斯特定理，采样频率必须至少是最高分量频率的量倍。
量化精度每一样本要发送的比特位数，由精度决定。
比特率比特率 =采样频率 *每个样本的位数
43
44
45
46
比特率和波特率
比特率：
比特率每秒传递的比特数。
波特率波特率是每秒传递的信号单元数。
波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系。
例：每个信号值可表示３位，则比特率是波特率的３倍；
每个信号值可表示１位，则比特率和波特率相同。
47
带宽 =（ 1+d)*波特率，最小带宽等于波特率
ASK技术受噪声影响较大。
48开关键控：一种比特用零电压，减少能量。
49
FSK避免了噪声的影响，但受载波的物理容量影响。
带宽 =波特率 +（ Fc1-fc0）
50
51
PSK不受噪声影响，能检测出较小的信号，但与 FSK一样受带宽的限制。波特率与 ASK一样，但比特率更高。
52
53
抗噪能力更强：每种振幅间距离加大，相位也可帮助纠错。最小带宽与 ASK一样。 3（ 4）振幅 12（ 8）相位是 ITU-T（ ISO）建议，
54
55
56
57
AM带宽是调制信号的两倍，并以覆盖载频为中心。
58
FM带宽是调制信号的十倍，并以覆盖载频为中心。
59
60
Caption,Modem showing RS-232 connector for
serial connection to computer and RJ-11 jack for
connection to phone line,
61
Caption,Computer system with modems,
showing serial cable to modem and cable to
phone jack,
62
Caption,Dialup modem for voice telephone lines,
63
Caption,Modems in a computer center for dial-up
modem access to the organization network,
64
Caption,An Ascend Pipeline ISDN modem,
65
Caption,Two examples of PCMCIA
fax/modem/Ethernet adapters,
66
线路配置：
线路配置：两个或两个以上设备连接在网络上的方式
1．点到点网络（ point-to-point network）
点到点网络由一对对机器之间的多条连接构成。
2．多点连接两个以上的机器共享一条通信信道广播发送（ multicasting）
多点发送（ multicasting）
67
数据通信技术
3.2.4 通信线路的通信方式连接方式为适应不同的需要，通信线路采用不同的连接方式。
点 — 点方式多点方式
A B
A B C D
68
数据通信技术通信方式从信息传送方向和时间的关系角度研究。
单工通信方式信息只能单向传输，监视信号可回送。
半双工通信方式信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。
A B
数据监视信号
A B
数据监视信号
69
数据通信技术全双工通信方式信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。
A B
数据监视信号
70
数据通信技术
3.2.3 多路复用技术由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。
常用的有三种方法：
时分复用 TDM（ Time Division Multiplexing）
同步复用：固定分配时隙，根据时隙位置传输。输入带宽总和等于输出带宽异步复用：时隙可变不固定，统计复用。
Fig,2-26
频分复用 FDM（ Frequency Division Multiplexing）,采用不同的载波频率。不同的载波频率间要有间隔
Fig,2-24
波分复用 WDM（ Wavelength Division Multiplexing）
Fig,2-25
71
72
通信交换方式
Multiplexing/Demultiplexing
- Time divided in frames and frames divided in slots
- Relative slot position inside a frame determines which
conversation the data belongs to
- Needs synchronization between sender and receiver
- In case of non-permanent conversations
needs to dynamic bind a slot to a conservation
73
74
75
Communication networks can be classified based on
the way in which the nodes exchange information:
A Taxonomy of Communication
Networks
Communication
Network
Switched
Communication
Network
Broadcast
Communication
Network
Circuit-Switched
Communication
Network
Packet-Switched
Communication
Network
Datagram
Network
Virtual Circuit Network
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3.3 通信交换方式（ 1）
在多结点通信网络中，为有效利用通信设备和线路，
一般希望动态地设定通信双方间的线路。动态地接通或断开通信线路，称为“交换”
交换方式分类：
- 电路交换
- 报文交换 存储转发方式
- 分组交换（包交换） 存储转发方式
- 混合交换
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3.3 通信交换方式（ 2）
3.3.1 电路交换（ circuit switching）
原理
- 直接利用可切换的物理通信线路，连接通信双方。
三个阶段
- 建立电路
- 传输数据
- 拆除电路
特点
- 在发送数据前，必须建立起点到点的物理通路；
- 建立物理通路时间较长，数据传送延迟较短。
例
- Telephone networks
- ISDN (Integrated Services Digital Networks)
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3.3 通信交换方式（ 4）
A node (switch) in a circuit switching network
incoming links outgoing linksNode
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3.3 通信交换方式（ 6）
3.3.2 报文交换（ message switching）
原理
- 信息以报文（逻辑上完整的信息段）为单位进行存储转发。
- Fig,2-35
特点
- 线路利用率高；
- 要求中间结点（网络通信设备）缓冲大；
- 延迟时间长。
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3.3 通信交换方式（ 7）
3.3.3 分组交换（ packet switching）
电路交换不能适合数据传输：
1、不能应对数据的突发特性
2、不能适应不同速率的设备通信
3、不灵活：不管是否效率最高，建立连接后即只能沿该路径传输
4、不能区分优先级
原理
- 信息以分组为单位进行存储转发。源结点把报文分为分组，在中间结点存储转发，目的结点把分组合成报文。 每个分组包括数据和控制信息（源、目的地址）
- 分组：比报文还小的信息段，可定长，也可变长。
- Fig,2-34 Fig,2-35
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3.3 通信交换方式（ 8）
特点
- 每个分组头包括目的地址，独立进行路由选择
- 网络结点设备中不预先分配资源
- 线路利用率高；
- 结点存储器利用率高；
- 易于重传，可靠性高；
- 易于开始新的传输，让紧急信息优先通过；
- 额外信息增加。
分组交换分为
- 数据报（ datagram）、虚电路（ virtual circuit）和 PVS
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3.3 通信交换方式（ 9）
A node in a packet switching network
incoming links outgoing linksNode
Memory
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3.3 通信交换方式（ 10）
Data from any conversation can be transmitted at
any given time
How to tell them apart?
- use meta-data (header) to describe data
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3.3 通信交换方式（ 11）
数据报
- 每个分组均带有全称网络地址（源、目的），可走不同的路径。
- 例,IP networks
虚电路
- 电路交换和分组交换的结合
data is transmitted as packets
all packets from one packet stream are sent along a
pre-established path (=virtual circuit)
Guarantees in-sequence delivery of packets
However,Packets from different virtual circuits may
be interleaved
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3.3 通信交换方式（ 12）
- 分三个阶段
建立：发带有全称网络地址的呼叫分组，建立虚电路
传输：沿建立好的虚电路传输数据；
拆除：拆除虚电路。
Fig,2-43
- Note,packet headers don’t need to contain the full
destination address of the packet
- 例,ATM networks
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3.3 通信交换方式（ 13）
电路交换与分组交换的比较
- Most important advantage of packet-switching over
circuit switching,Ability to exploit statistical multiplexing:
efficient bandwidth usage; ratio between peek and
average rate is 3:1 for audio,and 15:1 for data
traffic
- However,packet-switching needs to deal with
congestion:
more complex routers
harder to provide good network services (e.g.,delay
and bandwidth guarantees)
- In practice they are combined:
IP over SONET,IP over Frame Relay
- Fig,2-36
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3.3 通信交换方式交换结构（ switch fabric）
crossbar 交换 Fig,2-38
空分交换 Fig,2-39
时分交换 Fig,2-40
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数据通信交换机分类：
广域网交换机：通信平台局域网交换机：以太网交换机、快速以太网交换机、千兆位以太网交换机,FDDI交换机,ATM交换机等不同的规模：
大企业应用交换机,500个信息点中企业（部门）交换机,300个信息点工作组级,100个信息点
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3.3 通信交换方式（ 14）
结论：
- 电路交换适用于实时信息和模拟信号传送，在线路带宽比较低的情况下使用比较经济；
- 报文交换适用于线路带宽比较高的情况，可靠灵活，但延迟大；
- 分组交换缩短了延迟，也能满足一般的实时信息传送。
在高带宽的通信中更为经济、合理、可靠。是目前公认较（最）好的一种交换技术。
