第 2章 数据通信技术的基础知识
杜 煜
2002年 计算机网络 2
数
据
通
信
技
术
的
基
本
内
容
数据通信基本概
念
数据通信系统基本结构
信息、数据、信号
数据通信的主要技术指标
数据传输方式 串行通信、并行通信
单工通信、半双工通信、全双工通信
基带传输、频带传输、宽带传输
数据的同步技术 异步传输,同步传输
数据编码技术 数字数据信号 模拟传输 幅移键控 ASK,频移键控 FSK、
相移键控 PSK
数字传输 不归零码 NRZ,曼彻斯特编码、
差分曼彻斯特编码
模拟数据信号 模拟传输 调幅、调频、调相
数字传输 脉冲编码调制 PCM
多路复用技术 时分多路复用,频分多路复用、波分多路复、码分多路复用
数据交换技术 电路交换,报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据
报方式、虚电路方式）
传输介质 传输介质类型与特点
差错控制技术 检错码、纠错码和 差错控制机制
2002年 计算机网络 3
信息、数据和信号
? 通信的目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体，包含语音、
音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的终端产生的信息一
般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将
每一个字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进
制代码有国际 5号码（ IA5）、扩充的二、十进制交换码
EBCDIC码和信息交换用标准代码 ASCII码等。
? 被传输的二进制代码称为数据（ Data）。
? 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。
2002年 计算机网络 4
数据通信系统基本结构
? 数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的
一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿
通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将
通信线路称为信道；
? 在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为 模拟通信系统,
而传输数字信号的系统称为 数字通信系统 。
信 源 信 宿
信 道
信 源 信 宿
噪 声 （ 干 扰 ）
信 道
A, 理 想 状 态
B, 实 际 环 境 下
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0
出 错
2002年 计算机网络 5
模拟通信系统
? 模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、
信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一
般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过
解调器将信号解调出来。
? 普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。
信 源 调 制 器 解 调 器 信 宿
噪 声 源
信 道
2002年 计算机网络 6
数字通信系统
? 数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信
道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发
送端和接收端时钟同步组成。
? 计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。
信 源
信 源
编 码 器
信 道
编 码 器
调 制 器 解 调 器
信 道
译 码 器
信 源
译 码 器
信 宿
噪 声 源
信 道
2002年 计算机网络 7
通信信道的分类
? 信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。
传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可
以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按
不同的方法分类：
? 有线信道与无线信道；
? 模拟信道与数字信道；
? 专用信道和公用信道；
2002年 计算机网络 8
有线信道与无线信道
? 信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信道与
无线信道；
? 有线信道
? 使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信
道。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光
缆等；
? 无线信道
? 以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无
线信道。无线信道包括无线电、微波、红外线和卫
星通信信道等。
2002年 计算机网络 9
模拟信道与数字信道
? 按传输信号的类型分类，信道可以分为模拟信道与数
字信道；
? 模拟信道
? 能传输模拟信号的信道称为模拟信道。模拟信号的
电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。
如果利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字
与模拟信号之间的变换（ A/D变换器）。调制解调
器就是完成这种变换的。
? 数字信道
? 能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离散的
数字信号在计算机中指由,0”和,1”的二进制代码
组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时
不需要进行变换，通常需要进行数字编码。
2002年 计算机网络 10
专用信道和公用信道
? 信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道：
? 专用信道
? 专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，
它可以由用户自己架设或向电信部门租用。
? 公用信道
? 也称公共交换信道，它是一种通过交换机转接、为
大量用户提供服务的信道。
2002年 计算机网络 11
数据通信的技术指标
? 数据通信速率（传输速率）：传输率是指数据在信道中传输的
速度。数据通信速率分为两种,码元速率和信息速率 。
? 码元速率 RB：
? 每秒中传送的码元数，单位为波特 /秒（ Baud/s），又称
为波特率；
? 信息速率 Rb：
? 每秒中传送的信息量，单位为比特 /秒（ bit/s），又称为
比特率；
? 对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元
包含 1个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一
个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了 2
个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的 2倍。
2002年 计算机网络 12
码元速率和信息速率
? 一般来说，对于
采用 M进制电平
传输信号时，信
息速率和码元速
率之间的关系是：
? Rb=RBlog2M
0 1 0 0 1 0 1
二 进 制 信 号
两 级 电 平
码 元
1 个 码 元 = 1 个 信 息 比 特
0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0
四 进 制 信 号
四 级 电 平
1 个 码 元 = 2 个 信 息 比 特
A
B
A
B
C
D
码 元
信 息 比 特
信 息 比 特
2002年 计算机网络 13
误码率和误比特率
? 误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可
靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在数据传输系统中被
传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。
? 在实际的数据传输系统中，电话线路在 300～ 2400bps传输速
率时，平均误码率在 10-2～ 10-6之间，在 4800～ 9600bps传输速
率时平均误码率在 10-2～ 10-4之间。而计算机通信的平均误码率
要求低于 10-9。
传输的总码元数
传输出错的码元数误码率 ?Pe
传输的总比特数
传输出错的比特数误比特率 ?Pb
2002年 计算机网络 14
信道带宽与信道容量
? 信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所
占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫
兹（ Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决
定的，例如，电话线路的频率范围在 300～ 3400Hz，
则它的带宽 300～ 3400Hz。
? 信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。
信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特
数，用每秒比特数（ bps）表示。当传输的信号速率
超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
2002年 计算机网络 15
数据的串行传输和并行传输
发 端
收 端
0
1
1
0
0
1
0
1
8 个 比 特 同 时 发 送
需 要 8 条 线
? 并行通信
? 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
? 并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若
干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率
的通信。
2002年 计算机网络 16
数据的串行传输和并行传输
? 串行通信
? 数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采
用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符
进行并 /串变换，在接收端再通过串 /并变换，还原成计算机
的字符结构，才能实现串行通信。
? 串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实
现，成本低，但速度比较低。
发 端
8 个 比 特 顺 次 发 送
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
收 端
0 1 1 0 0 0 1 0
并 / 串
转 换 器
串 / 并
转 换 器
2002年 计算机网络 17
通信线路的连接方式 ——点对点
? 点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线
路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交
换线路。
? 使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比
较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换
网，实现点 -点的连接。
计 算 机 计 算 机
计 算 机
计 算 机
交 换 设 备
计 算 机
计 算 机
2002年 计算机网络 18
通信线路的连接方式 ——多点线路
? 多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。
? 在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若
所有的站点可以同时发送数据，则这条线路在空间上是共
享的，通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所
有的站点只能轮流使用线路发送数据时，那么它在时间上
是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。
主 机
计 算 机 / 终 端
2002年 计算机网络 19
信道的通信方式 ——单工通信
? 单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一
个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只
能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送
方向。
? 无线电广播和电视都属于单工通信。
主 机
显 示 器
发 送 端 接 收 端
数 据 的 单 方 向 性
2002年 计算机网络 20
信道的通信方式 ——半双工通信
? 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻
一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交
替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过
开关装置进行切换。
? 半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的
“对讲机”和军队使用的“步话机”。
? 半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间
的会话式通信。
发 送 端
/ 接 收 端
发 送 端 /
接 收 端
不 同 时 刻 的 数 据 双 向 传 输
对 讲 机
对 讲 机
2002年 计算机网络 21
信道的通信方式 ——全双工通信
? 全双工通信是指数据可以同时沿 相反 的两个方向作双向传输。
比如，电话通话。
电 话 机
发 送 端 接 收 端
任 何 时 刻 的 数 据 双 向 传 输
电 话 机
2002年 计算机网络 22
信号的传输方式 ——基带传输
? 基带传输
? 就数字信号而言，它是一个离散的方波，,0”代表
低电平，,1”代表高电平，这种方波固有的频带称
为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带实际
上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在
信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽
都被基带信号占用，双向地传输信息。
2002年 计算机网络 23
信号的传输方式 ——频带传输
? 频带传输
? 所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再
发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原
来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要
求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。
? 在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时
就需要利用频带传输方式。利用频带传输，不仅解
决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以
实现多路复用，以提高传输信道的利用率。
2002年 计算机网络 24
信号的传输方式 ——宽带传输
? 宽带传输
? 宽带传输采用 75Ω的 CATV电视同轴电缆或光纤作
为传输媒体，带宽为 300MHz。使用时通常将整个
带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传
送音频信号、视频信号以及数字信号。宽带同轴电
缆原是用来传输电视信号的，当用它来传输数字信
号时，需要利用电缆调制解调器（ Cable Modem）
把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到几百兆赫兹
的模拟信号。
? 可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一
体化传输，这也是通常所说的“三网合一”，即语
音网、数据网和电视网合一。另外，使用 Cable
Modem上网就是基于宽带传输系统实现的。
2002年 计算机网络 25
数据传输的同步技术
? 在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信
时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，
彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔
都必须相同，这就是同步问题。同步就是要接收方按
照发送方发送的每个码元 /比特起止时刻和速率来接
收数据，否则，收发之间会产生误差，即使是很小的
误差，随着时间增加的逐步累积，也会造成传输的数
据出错。
? 实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之
一，通常使用的同步技术有两种：
? 异步方式
? 同步方式
2002年 计算机网络 26
异步传输方式
? 在异步传输方式中，每传送 1个字符（ 7位或 8位）都要在每个
字符码前加 1个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码
和校验码后面加 1或 2个停止位，表示字符结束。接收方根据
起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方
的同步作用。
? 异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用 2～
3位，所以适合于低速通信。
计 算 机 计 算 机
1 0 1 1 0 1 0 1
01
0 0 1 1 0 1 1 0
01
0 0 0 1 0 1 1 1
01
起 始 位
停 止 位
数 据 位
0
1 1
0
1 1
0
0
数 据 传 输 方 向
2002年 计算机网络 27
同步传输方式
? 同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块
（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一
组字符或数据块之前先发送一个同步字符 SYN（以 01101000表示）
或一个同步字节（ 01111110），用于接收方进行同步检测，从而使
收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任
意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来
标识整个发送过程的结束。
? 在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传
送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方
法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。
计 算 机 计 算 机
1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0,,, 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 0
同 步 字 节
同 步 字 节
数 据 帧
2002年 计算机网络 28
同步传输中的位同步
? 在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，
而使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据
帧,只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端
保持一致，接收方才能正确的接收数据,这就要使用
位同步 的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专
用信道发送同步时钟保持双方同步，也可以使用编码
技术将时钟编码到数据中，接收端接收数据的同时就
获取到同步时钟，两种方法相比，后者的效率最高，
使用的最为广泛。
2002年 计算机网络 29
数据的编码和调制技术
? 在计算机中，数据是以离散的二进制,0”、,1”比特序列方
式表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取
决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。
? 通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数
据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括
数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。
数 字 编 码
( N R Z, 曼 彻 斯 特 等 )
数 字 数 据 数 字 信 号
( 数 字 信 道 )
调 制
( A S K, F S K, P S K 等 )
数 字 数 据 模 拟 信 号
( 模 拟 信 道 )
脉 冲 编 码 调 制
P C M
模 拟 数 据 数 字 信 号
( 数 字 信 号 )
调 制
（ A M, F M, P M 等 ）
模 拟 数 据 模 拟 信 号
( 模 拟 信 道 )
2002年 计算机网络 30
数字数据的调制
? 传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频
300Hz～ 3400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用模拟
语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据的传输，必须首先将数
字信号转换成模拟信号，也就是要对数字数据进行调制。
? 发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制
（ Modulation），调制设备就称为调制器（ Modulator）；接收端将
模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调
（ Demodulation），解调设备就称为解调器（ Demodulator）。若
进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需要同时
具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（ Modem）。
? 对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。
公 用 电 话 网
调 制 解 调 器
计 算 机
计 算 机
调 制 解 调 器
2002年 计算机网络 31
幅移键控、频移键控和相移键控
? 幅移键控 ASK（ Amplitude Shift Keying）
? ASK是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号,1”、,0”，以幅
度 A1表示数字信号的,1”，用载波幅度 A2表示数字信号的,0”（通
常 A1取 1,A2取 0），而载波信号的参数 f 和 φ恒定。
? 频移键控 FSK（ Frequency Shift Keying）
? FSK是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号,1”、,0”，用 f
1表示数字信号,1”，用 f 2表示数字信号,0”，而载波信号的 A和 φ不变。
? 相移键控 PSK（ Phase Shift Keying）
? PSK是通过改变载波信号的相位值表示数字信号,1”、,0”，而载
波信号的 A和 f不变。 PSK包括两种类型：
? 绝对调相
? 绝对调相使用相位的绝对值,φ为 0表示数字信号,1”，,φ为 π表
示数字信号,0”。
? 相对调相
? 相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为 0时，相位不变化，
而数字数据为 1时，相位要偏移 π。
2002年 计算机网络 32
数字数据的调制示例
频 移 键 控 F S K
绝 对 相 移 键 控 P S K
相 位 φ = π
φ = 0
φ = π φ = 0
φ = 0 φ = π
相 位
φ = 0
相 对 相 移 键 控 P S K
偏 移 π
φ = π
φ 不 变
φ = π
偏 移 π
φ = 0
偏 移 π
φ = π
φ 不 变
φ = π
幅 移 键 控 A S K
00 1 0 1 1
数 字 数 据
2002年 计算机网络 33
多相调制
3 π
2
0
π
相 位 值二 进 制 比 特
0 0
0 1
1 1
1 0
π
2
数 字 数 据 0 0 1 0 1 1 0 1
四 相
相 移 键 控
0
π
π
2
π
2
3
0 0
0 1
1 0
1 1
? ASK,FSK和 PSK都是最基本的调
制技术，实现容易，技术简单，抗
干扰能力差，调制速率不高，为了
提高数据传输速率，也可以采用多
相调制的方法。
? 例如，将待发送的数字信号按
2个比特一组的方式组织，因
为 2个比特可以有 4种组合方式，
即,00,01,10,11”四个码
元，所以用 4个不同的相位值
就可以表示出这 4组组合。在
调相信号传输过程中，相位每
改变一次，传送两个二进制比
特，这种调制方法就称为四相
相移键控。
2002年 计算机网络 34
混合调相
? 为了达到更高的信息传输速率，采用多元制的振幅相位混合调制技
术，比如正交振幅调制 QAM（ Quadrature Amplitude
Modulation），它不但使用相位，而且还使用幅度：
? 8-QAM使用了幅度与相位的 8种组合，由于使用 3个比特可以表
示 8种组合，因此，每一种组合代表一个码元，每个码元 3个比
特。
? 16-QAM的幅度和相位有 16种组合，每个组合代表一个码元，每
个码元 4个比特。
0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 1 1
0 0 0 00 1 0 0
0 1 1 1 0 1 1 0
0 1 0 1
1 1 0 1
1 1 0 0 1 1 1 1
1 1 1 0 1 0 1 0
1 0 0 1 1 0 0 0
1 0 1 1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
8 - Q A M 1 6 - Q A M
2002年 计算机网络 35
数字数据的编码
? 利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基
带传输，而数字数据在传输之前，需要进行数字编码。数字数据的
编码方式有三种：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 。
? 不归零编码（ Non-Return to Zero,NRZ）
? NRZ编码规定可用负电平表示逻辑,1”，用正电平表示逻辑
,0”，反之亦然。
? 曼彻斯特编码（ Manchester）
? 曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一，其特点是每
一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，
就表示数字信号,1”，若从高电平跳变到低电平，就表示数字
信号,0”；
? 差分曼彻斯特编码（ Difference Manchester）
? 差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点是每一位
二进制信号的跳变依然提供收发端之间的同步，但每位二进制
数据的取值，要根据其开始边界是否发生跳变来决定，若一个
比特开始处存在跳变则表示,0”，无跳变则表示,1”。
2002年 计算机网络 36
数字数据编码的示例
0 1 1 1 0 1 0 0 1
数 字 数 据
不 归 零 码
曼 彻 斯 特 编 码
差 分
曼 彻 斯 特 编 码
高 电 平 - 0
低 电 平 - 1
表 示 0
表 示 1
遇 1 不 变
遇 0 跳 变
跳 变跳 变跳 变跳 变
2002年 计算机网络 37
模拟数据的调制
? 在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换，形成
电信号，比如人说话的声音经过电话转变为模拟的电
信号，这也是模拟数据的基带信号。
? 模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在
信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适
合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号
再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，
比如无线电广播。
2002年 计算机网络 38
模拟数据的编码
? 脉冲编码调制 PCM（ Pulse Code Modulation）是
模拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真
小、误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除计
算机直接产生的数字信号外，语音、图像信息必须数
字化才能经计算机处理。
? PCM技术的典型应用是语音数字化。在发送端通过
PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，
通过通信信道传送到接收方，接收方再通过 PCM解
码器还原成模拟语音信号。
? 数字化语音数据传输速率高、失真小，可以存储在计
算机中，进行必要的处理。因此在网络与通信的发展
中语音数字化成为重要的部分。
2002年 计算机网络 39
PCM编码的典型应用
模 拟 信 号
传 输 数 字 信 号
模 拟 信 号
模 拟 信 号
模 拟 信 号
程 控
交 换 机
公 用 电 话 交 换 网
模 拟
电 话 机
计 算 机M o d e m
模 拟
电 话 机
模 拟
电 话 机
M o d e m
计 算 机
P C M 编 码
模 拟 信 号
数 字 信 号
2002年 计算机网络 40
PCM的工作原理
? 脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。
? 采样
? 每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本，
表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。
? 量化
? 量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。
? 量化级可以分为 8级,16级，或者更多的量化级，这取决于
系统的精确度要求。
? 编码
? 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量
级。
? PCM用于数字化语音系统，将声音分为 128个量化级，采用 7位
二进制编码表示，再使用 1个比特进行差错控制，采样速率 8000
次／秒，因此，一路话音的数据传输速率为 8× 8000 bps＝
64kbps。
2002年 计算机网络 41
PCM的工作过程
采 样
量 化
编 码
幅 度
幅 度
., 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1,,,
模 拟 数 据
数 字 信 号
量 化 级
+ 1 2 7
- 1 2 7
0
1 2 1, 5
1 2 4, 4
1 2 5, 2
1 2 4, 6
1 2 3, 2
1 2 2
1 2 4
1 2 5
1 2 5
1 2 3
样 本 幅 度 值
量 化 取 整
量 化 值
编 码
采 样
话 音 信 号
2002年 计算机网络 42
数据交换技术 ——电路交换
? 电路交换（ Circuit Switching）
? 也称为线路交换，是一种直接的交换方式，为一对
需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，
即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又
可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这
条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适
当选择、连接而完成的，是一条由多个节点和多条
节点间传输路径组成的链路。
2002年 计算机网络 43
电路交换通信的三个阶段
? 电路建立
? 通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，
这个过程建立起一条由源节点到目的节点传输通道。
? 数据传输
? 电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传
输数据，通常为全双工传输。
? 电路拆除
? 在完成数据传输后，源节点发出释放请求信息，请求
终止通信，若目的节点接受释放请求，则发回释放应
答信息。在电路拆除阶段，各节点相应地拆除该电路
的对应连接，释放由该电路占用的节点和信道资源。
2002年 计算机网络 44
源 节 点 A
交 换 节 点 1 交 换 节 点 6
电
路
建
立
阶
段
数
据
传
输
阶
段
电
路
拆
除
阶
段
1
2
3
4
5
6
呼 叫 请 求
呼 叫 应 答
数 据
数 据
释 放 请 求
释 放 应 答
目 的 节 点 B
源 节 点 A
目 的 节 点 B
公 用 电 话 交 换 网
2002年 计算机网络 45
电路交换的特点
? 呼叫建立时间长且存在呼损。
? 电路交换的信道利用率低。
? 对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方
法、信息格式和传输控制等一致才能完成通信。
? 适用于实时大批量连续的数据传输。
2002年 计算机网络 46
数据交换技术 ——存储转发交换
? 存储转发交换（ Store and Forward Switching）
? 报文存储转发交换
? 报文分组存储转发交换
? 数据报
? 虚电路
2002年 计算机网络 47
报文存储转发交换
? 对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术 ;
? 在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，
报头中有源地址和目标地址。节点根据报头中的目标
地址为报文进行路径选择。并且对收发的报文进行相
应的处理。
2002年 计算机网络 48
报文交换的特点
? 源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通路；
? 与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所
需的等待和时延；
? 电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度
传输，能高效地传输数据；
? 要求节点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微
机或小型机担当；
? 数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都进行
差错控制，即检错和纠错。
? 由于采用了对完整报文的存储 /转发，节点存储 /转发的
时延较大，不适用于交互式通信。
2002年 计算机网络 49
分组交换
? 分组交换属于“存储 /转发”交换，它不像报文交换
以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准
的“报文分组”（ Packet）为单位进行交换传输。
? 假如 A站有一份比较长的报文要发送给 C站。则它首
先将报文按规定长度划分成若干分组，每个分组附
加上地址及纠错等其他信息，然后将这些分组顺序
发送到交换网的节点 C。
? 分组交换又分为数据报交换和虚电路交换。
2002年 计算机网络 50
数据报分组交换
? 交换网把进网的任一分组都当作单独的“小报文”
来处理，而不管它属于哪个报文的分组，就像报
文交换中把一份报文进行单独处理一样。这种分
组交换方式简称为数据报传输方式，作为基本传
输单位的“小报文”被称为数据报
（ datagram）。
2002年 计算机网络 51
数据报分组交换的特点
? 同一报文的不同分组可以
由不同的传输路径通过通
信子网；
? 同一报文的不同分组到达
目的节点时可能出现乱序、
重复或丢失现象；
? 每一个报文在传输过程中
都必须带有源节点地址和
目的节点地址；
? 使用数据报方式时，数据
报文传输延迟较大，适用
于突发性通信，不适用于
长报文、会话式通信。
A, B, 3 A, B, 2 A, B, 1
A, C, 3 A, C, 2 A, C, 1
A
A
.
B
.
1
A
.
B
.
3
A
.
B
.
2
A
.
C
.
3
A
.
C
.
2
A
.
C
.
1
B
C
C
B
A
1
2
3
4
5
节 点 地 址
节 点 地 址
乱 序
报 文 分 组
A, B, 3 A, B, 2
A, C, 3 A, C, 2
A
.
B
.
1
A
.
C
.
1
云 图
通 信 子 网
2002年 计算机网络 52
虚电路分组交换
? 虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接
收数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，所
有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输，用户不需
要发送和接收数据时清除连接。
? 虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优
点，在计算机网络中得到广泛的应用。
2002年 计算机网络 53
虚电路的特点
? 虚电路在每次报文分组发送之
前，必须在源节点与目的节点
之间建立一条逻辑连接，也包
括虚电路建立、数据传输和虚电路拆除三个阶段。
? 报文分组不必带目的地址、源
地址等辅助信息，只需要携带
虚电路标识号。报文分组到达
目的节点不会出现丢失、重复
与乱序的现象；
? 报文分组通过每个虚电路上的
节点时，节点只需要做差错检测，而不需要做路径选择。
? 通信子网中每个节点可以和任何节点建立多条虚电路连接。
1, 3 1, 2 1, 1
2, 3 2, 2 2, 1
A
1
.
3
1
.
2
1
.
1
2
.
3
2
.
2
2
.
1
B
C
C
B
A
1
2
3
4
5
虚 电 路 1
虚 电 路 2
2, 3 2, 2 2, 1
1, 11, 3 1, 2
虚 电 路 号
虚 电 路 号
虚 电 路 1 连 接, A - 1 - 2 - 4 - B
虚 电 路 2 连 接, A - 1 - 3 - 5 - B
云 图
通 信 子 网
2002年 计算机网络 54
信道复用技术
? 信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的信道上，共享
信道资源。
? 四种信道复用方式：频分复用 FDM、时分复用 TDM、波分复用
WDM和码分复用。
多 路 复 用 器 多 路 复 用 器
一 条 传 输 线 路
传 输 多 路 信 号
计 算 机
计 算 机
2002年 计算机网络 55
频分多路复用 FDM
? FDM是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频段（带）,每
个信号占其中一个频段。接收时用适当的滤波器分离出不同信
号，分别进行解调接收。
调 制
调 制
调 制
+
f
1
f
2
f
3
f
1
f
2
f
3
解 调
解 调
解 调
f
2
f
1
f
3
滤 波
滤 波
滤 波
f
3
多 路 复 用 器 多 路 解 复 器
发 送 带 宽
2002年 计算机网络 56
时分多路复用 TDM
? TDM又分为同步时分复用（ Synchronous Time
Division Multiplexing,STDM）和异步时分复用
（ Asynchronous Time Division Multiplexing，
ATDM）。
2002年 计算机网络 57
同步时分复用 STDM
? STDM采用固定时间片分配方式，将传输信号的时间按特定长
度连续地划分成特定时间段（一个周期），再将每一时间段划
分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数
字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。
? 由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论
时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙，形成了时隙浪费，
其时隙的利用率很低 。
计 算 机
计 算 机
A A A A
B B
C
D D D
BCD A
BD A
D
AA
A A A A
B B
C
D D D
在 不 同 时 刻, 开 关 切 换 到
不 同 输 入 设 备
复 用 器 解 复 器
时 隙 浪 费, 信 道 资 源 利 用 率 低
要 发 送 的 数 据
接 收 到 的 数 据
一 个 周 期 的 数 据 块 （ 帧 ）
2002年 计算机网络 58
异步时分复用
? 异步时分复用技术又被称为统计时分复用，它能动态地按需分配时隙，避
免每个时间段中出现空闲时隙。
? ATDM就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当用户
暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其他用户的
数据传输 。
? 在所有的数据帧中，除最后一个帧外，其他所有帧均不会出现空闲的时隙，
从而提高了资源的利用率，也提高了传输速率。
计 算 机
计 算 机
A A A A
B B
C
D D D
A A A A
B B
C
D D D
复 用 器 解 复 器
要 发 送 的 数 据
接 收 到 的 数 据
1
2
3
4
B 2C 3 A 1A 1B 2 D 4A 1D 4 D 4A 1
只 有 最 后 一 个 帧 的 时 隙 才 会 有 空 闲
2002年 计算机网络 59
波分多路复用 WDM
? WDM主要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频
分复用。人们借用传统的载波电话的频分复用的概念，可以做
到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号,提高
了光纤的传输能力。
? 最初，在一根光纤上只能复用两路光载波信号，随着技术的发
展，在一根光纤上复用的路数越来越多。现在已达到在一根光
纤上复用 80路或更多路数的光载波信号，这种复用方式就是 密
集波分复用 DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing)。
光
纤
1
光
纤
2
光
纤
3
光
纤
4
棱 镜 / 光 栅
棱 镜 / 光 栅
共 享 光 纤
2002年 计算机网络 60
码分多路复用
? 码分多路复用又称为码分多址 CDMA (Coding
Division Multiplexing Access)。
? CDMA也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一
时间使用同样的频带进行通信，但使用基于码型的分
割信道方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型
互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，且抗干扰能
力强。
2002年 计算机网络 61
传输媒体（传输介质）
? 计算机网络传输媒体：
? 有线
? 双绞线、同轴电缆、光纤等
? 无线
? 无线电波、微波或红外线
2002年 计算机网络 62
双绞线
? 双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为了减少信号传输中
串扰及电磁干扰（ EMI）影响的程度，通常将这些线按一定的
密度互相缠绕在一起。
? 双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主要应
用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短距离的信
息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，这时就
要使用中继器（ Repeater）来放大信号和再生波形。
? 双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，所以
得到广泛的使用。
? 在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为非
屏蔽双绞线 UTP（ Unshielded Twisted Pair）和屏蔽双绞线
STP（ Shielded Twisted Pair）。
2002年 计算机网络 63
双绞线的分类
? 双绞线既可以用于音频传输，也可以用于数据传输。按双绞线的性能，
目前广泛应用的有五个不同的等级，级别越高性能越好。由于 UTP的
成本低于 STP，所以使用的更广泛。 UTP可以分为六类：
? l类 UTP：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。
? 2类 UTP：通常用在程控交换机和告警系统。 ISDN和 T1/E1数据传
输也可以采用 2类电缆,2类线的最高带宽为 1MHz。
? 3类 UTP：又称为声音级电缆，是一类广泛安装的双绞线。 3类
UTP的阻抗为 100欧姆，最高带宽为 16MHz，适合于 10Mbps双绞
线以太网和 4Mbps令牌环网的安装，也能运行 16Mbps的令牌环
网。
? 4类 UTP：最大带宽为 20MHz，其它特性与 3类 UTP完全一样，能
更稳定的运行 16Mbps令牌环网。
? 5类 UTP：又称为数据级电缆，质量最好。它的带宽为 100MHz，
能够运行 100Mbps以太网和 FDDI,5类 UTP的阻抗为 100欧姆。 5
类 UTP目前已被广泛的应用。
? 6类 UTP,是一种新型的电缆，最大带宽可以达到 1000MHz，适
用于低成本的高速以太网的骨干线路。
2002年 计算机网络 64
同轴电缆 (Coaxial Cable)
? 同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，
即内导体（铜芯导线）和外导体 (屏蔽层 )，外
导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之
间用绝缘材料隔离。同轴电缆具有较高的带宽
和极好的抗干扰特性。
? 同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量，按
射频级测量单位（ RG）来度量,RG越高，铜
芯导线越细,RG越低，铜芯导线越粗。
? 常用同轴电缆的型号和应用如下：
? 阻抗为 50欧姆的粗缆 RG-8或 RG-11，
用于粗缆以太网；
? 阻抗为 50欧姆的细缆 RG-58A/U或
C/U，用于细缆以太网；
? 阻抗为 75欧姆的电缆 RG-59，用于有
线电视 CATV。
绝 缘 外 套 屏 蔽 层 绝 缘 材 料 铜 芯
2002年 计算机网络 65
光导纤维 (Fiber Optics)
? 光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光
信号的媒体。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率
较低的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传输
的光信号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的
芯线后，可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全
反射，使光束曲折前进。
玻璃封套 塑料外套 玻璃内芯
玻璃内芯
塑料外套
玻璃封套
外壳
2002年 计算机网络 66
光纤的特点
? 光缆中的光源可以是发光二极管 LED或注入式激光二
极管 ILD，当光通过这些器件时发出光脉冲，光脉冲
通过玻璃芯从而传递信息。在光缆的两端都要有一个
装置来完成光信号和电信号的转换。
? 光缆的优点是信号的损耗小、频带宽、传输率高，从
l00Mbps到 l000Mbps，甚至更高，且不受外界电磁
干扰。另外，由于它本身没有电磁辐射，所以它传输
的信号不易被窃听，保密性能好。但是它的成本高并
且连接技术比较复杂。
? 光缆主要用于长距离的数据传输和网络的主干线。
2002年 计算机网络 67
多模光纤和单模光纤
? 根据使用的光源和传输模式，光纤可分为 多模光纤 和 单模光纤 。
? 多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当
光纤芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角
度不同传播路径也不同，这时光束是以多种模式在芯线内不断反
射而向前传播。多模光纤的传输距离一般在 2km以内。
? 单模光纤采用注人式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单
模光纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯
中的角度差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。
A, 多 模 光 纤
A, 单 模 光 纤
玻 璃 芯 的 直 径 大 于 光 波 波 长
玻 璃 芯 的 直 径 接 近 光 波 波 长
2002年 计算机网络 68
光纤的规格
光纤类型 玻璃芯（微米） 覆层（微米）
62.5/125 62.5 125
50/125 50.0 125
100/140 100.0 140
8.3/125 8.3 125
? 光纤的规格通常用玻璃芯与覆层的直径比值来表示，其中
8.3/125的光纤只用于单模光纤。
? 单模光纤的传输率较高，但比多模光纤更难制造，价格更高。
2002年 计算机网络 69
无线电传输
? 根据距离的远近和对通信速率的要求，可以选用不同
的有线介质，但是，若通信线路要通过一些高山、岛
屿或河流时，铺设线路就非常困难，而且成本非常高，
这时候就可以考虑使用无线电波在自由空间的传播实
现多种通信。
? 无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的
频率范围为 300MHz～ 300GHz，但主要是使用 2～
40GHz的频率范围。微波在空间主要是直线传播。由
于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像短
波通信可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。
微波通信有两种主要的方式：即地面微波接力通信和
卫星通信。
2002年 计算机网络 70
地球
地面站之间的直视线路 微波传送塔
地面微波接力
? 在物理线路昂贵或地理条件不允许的情况下适用；
? 通过地球表面的大气传播，易受到建筑物或天气的影响；
? 两个地面站之间传送，距离为 50 -100 km；
2002年 计算机网络 71
微波接力的特点
? 微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容
量很大。
? 微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。
? 与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投
资少，见效快。
? 微波接力通信也存在如下的一些缺点：
? 相邻站之间必须直视，不能有障碍物（”视距通信”）。有时
一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收
天线，因而造成失真。
? 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。
? 与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。
? 对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。
2002年 计算机网络 72
地球
地面站 地面站
卫星通信
? 优点：
? 通信距离远，在电波覆盖
范围内，任何一处都可以
通信，且通信费用与通信
距离无关。
? 受陆地灾害影响小，可靠
性高；
? 易于实现广播通信和多址
通信；
? 缺点：
? 通信费用高，延时较大；
? 10GHZ以上雨衰较大；
? 易受太阳噪声的干扰；
? C波段 4/6 GHz
? 上行 5.925～ 6.425 GHz
? 下行 3.7～ 4.2 GHz
? KU波段 11/14 GHz
? 上行 14～ 14.5 GHz
? 下行 11.7～ 12.2 GHz
2002年 计算机网络 73
35,860
公里
地球
地球同步卫星
? 从技术角度上讲，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距
离地放置三颗相隔 120度的卫星，就能基本上实现全球的通信。
? 为了避免产生干扰，卫星之间的相隔不能小于 2度，因此，整
个赤道上空只能放置 180个同步卫星。一个典型的卫星通常拥
有 12～ 20个转发器。每个转发器的频带宽度为 36或 72MHz。
2002年 计算机网络 74
红外线和毫米波
? 光波传输
? 应用：在短距离内连接两个通信设备；
? 缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响；
? 特点：
? 用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控；
? 缺点：
? 不能穿透固体；
2002年 计算机网络 75
常用传输媒体的比较
传输媒体 速率 传输距离 抗干扰性 价格 应用 示例
双绞线
模拟
3 0 0 - 3 4 0 0 Hz ；
数字
10 - 1 0 0 M bps
几十公里 可以 低
模拟传输
数字传输
用户环线
L A N
50 ? 同轴
电缆
1 0 M 1 公里内 较好 略高于 TP 基带数字信号 L A N
75 ? 同轴
电缆
3 0 0 - 4 5 0 M Hz 1 0 0 公里 较好 较高
模拟传输，可
分多信道混合
传输电视、数
据及 CD 音频
CA T V
光纤
1 0 0 M - 几千
M b p s
30 公里 很好 较高 远距离传输
长话线路，主
干网
短波 几十 - 几百 bps 全球
一般，通
信质量差
较低 远程低速通信 广播
地面微波
接力
4 - 6 G H z 几百公里 很好
低于同容量
和长度的电
缆
远程通信 电视
卫星 4 ~1 4 G H z
三万六千多
公里
很好
费用与距离
无关
远程通信
电视、电话、
数据
2002年 计算机网络 76
通信接口及设备
? 广泛使用的通信设备接口标准有：
? EIA RS-232C；
? EIA RS-499；
? ITU-T建议的 X.21等标准。
? RS (Recommended Standard)表示推荐标准,232、
499等为标识号码，而后缀（如 RS-232C中的 C）表
示该推荐标准被修改过的次数。 ITU-T也有一些相应
的标准。
? 与 EIA RS-232C兼容的 ITU-T V.24建议，与 EIA RS-
422兼容的 ITU-T V.10等。
2002年 计算机网络 77
EIA RS-232C接口
? 在串行通信中,EIA RS-232C是应用最为广泛的标准,EIA在
1969年公布的数据通信标准，其后为了改进 RS-232C的局限性，
提供更高的传输距离和数据速率，增加了新的功能，如环路测
试功能，在 1977年颁布了 RS-499。由于 RS-499标准太复杂，
EIA于 1987年颁布了与 RS-232C兼容的改进版 RS-232D。
? 发送和接收数据的计算机或终端系统，称为数据终端设备
（ DTE），如计算机。用来实现信息的收集、处理和变换的设
备称为数据通信设备（ DCE），如调制解调器。
公 用 电 话 网
调 制 解 调 器
计 算 机
计 算 机
调 制 解 调 器
D T E D C E D C E D T E
R S - 2 3 2 C
R S - 2 3 2 C
2002年 计算机网络 78
RS-232C接口的特性
? RS-232C使用 9针或 25针的 D型连接器 DB-9或 DB-25。
? 目前，绝大多数计算机使用的是 9针的 D型连接器。
RS-232D规定使用 25针的 D型连接器。
? RS-232C采用的信号电平－ 5～－ 15V代表逻辑,1”，
＋ 5～＋ 15V代表逻辑,0”。在传输距离不大于 15米
时，最大速率为 19.2kbps。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3
1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5
1 2 3 4 5
6 7 8 9
D B - 2 5 针
D B - 9 针
2002年 计算机网络 79
RS-232C接口各针脚的功能定义
针脚号 信号名称 说 明
1 保护地 （ SHG） 屏蔽地线
7 信号地 （ SIG） 公共地线
2 发送数据 （ TxD） DTE将数据传送给 DCE
3 接收数据 （ RxD） DTE从 DCE接收数据
4 请求发送 （ RTS） DTE到 DCE表示发送数据准备就绪
5 允许发送 （ CTS） DCE到 DTE表示准备接收要发送的数据
6 数据传输设备就绪 （ DSR） 通知 DTE,DCE已连到线路上准备发送
20 数据终端就绪 （ DTR） DTE就绪，通知 DCE连接到传输线路
22 振铃指示 （ RI） DCE收到呼叫信号向 DTE发 RI信号
8 接收线载波检测 （ DCD） DCE向 DTE表示收到远端来的载波信号
21 信号质量检测 DCE向 DTE报告误码率的高低
23 数据信号速率选择器 DTE与 DCE间选择数据速率
24 发送器码元信号定时 （ TC） DTE提供给 DCE的定时信号
15 发送器码元信号定时 （ TC） DCE发出，作为发送数据时钟
17 接收器码元信号定时 （ RC） DCE提供的接收时钟
2002年 计算机网络 80
RS232接口 DB-9和 DB-25的对应关系
DB-9 信号名称 DB-25
1 载波检测（ CD） 8
2 发送数据（ TD） 2
3 接收数据（ RD） 3
4 数据终端准备（ DTR） 20
5 信号地（ SIG） 7
6 数据传输设备准备（ DSR） 6
7 请求发送（ RTS） 4
8 允许发送（ CTS） 5
9 振铃指示（ RI） 22
2002年 计算机网络 81
RS-232接口的应用
? 异步应用
? 两个 DTE（计算机）设备通过电话线进行异步通信，并使用
调制解调器作为数据通信设备。
? 同步应用
? 两个 DTE设备通过 RS-232C进行同步通信，使用 DB-25针接
口的第 17和第 24针脚提供外同步的时钟信号，实现数据的收
发。
? 由于 9针的 RS-232C接口不能提供时钟信号，因而不能进行同
步通信。
计 算 机
公 用 电 话 网
调 制 解 调 器
计 算 机
M O D E M
D T E D C E
D T E
R S - 2 3 2 C
T D
R D
R T S
C T S
D S R
S I G
C D
D T R
R I
D C E
2
7
3
8
6
5
1
4
9
2
7
3
8
6
5
1
4
9
2002年 计算机网络 82
RS-232接口的空 Modem连接
? 当近距离的两个 DTE之间进行通信时，可以不使用 Modem，而
是采用空 Modem连接方式
? 例如，两个 DTE之间分别采用两个 25针和两个 9针 RS-
232C接口的空 Modem连接方式。
计 算 机
计 算 机
2
7
3
2 0
6
8
4
5
R T S
C T S
C D
D T R
T D
R D
S I G
D S R
R T S
C T S
C D
D T R
T D
R D
S I G
D S R
D B - 2 5 针 空 M o d e m 连 线
计 算 机
计 算 机
R T S
C T S
C D
D T R
T D
R D
S I G
D S R
R T S
C T S
C D
D T R
T D
R D
S I G
D S R
D B - 9 针 空 M o d e m 连 线
4
2
5
3
6
7
8
1
4
2
5
3
6
7
8
1
2
7
3
2 0
6
8
4
5
2002年 计算机网络 83
空 Modem的简单连接方式
? 在实际应用中,DTE与 DCE之间,DTE和 DTE之间可以使用最
简单连接方式
? DTE与 DCE相连时,DTE和 DCE对应的针脚直连，且只
需要使用发送 TD、接收 RD和信号地 SIG。
? 对于 DTE与 DTE相连时，相对的发送和接收针脚需要交
叉相连，因此，有时也把空 Modem线称为串口交叉线。
计 算 机
计 算 机
T D
R D
T D
R D
S I G
使 用 D B - 9 针 最 简 单 的 空
M O D E M 连 线
2
5
3
4
6
7
8
1
2
5
3
4
6
7
8
1
D C E
D T E
调 制 解 调 器
计 算 机
D T E D C E
T D
R D
S I G
2
7
3
8
6
5
1
4
9
2
7
3
8
6
5
1
4
9
使 用 D B - 9 针 连 接 D T E 和 D C E
2002年 计算机网络 84
RS-232C接口的工作流程
? RS-232C接口的工作流程是指按照各个针脚的状态有序地实
现数据传输。
? 例如：两个 DTE之间采用租用线路实现全双工同步数据
传输的全过程。
? 建立连接阶段；
? 数据传输阶段；
? 释放连接阶段；
2002年 计算机网络 85
公 用 电 话 网
调 制 解 调 器
计 算 机 计 算 机调 制 解 调 器
D T E D C E
D C E
D T E
R S -2 3 2 CR S -2 3 2 C
1
2
3
4
5
6
7
8
17
20
24
4
5
8
1
2
3
4
5
6
7
8
17
20
24
4
5
8
1
3
2
4
5
6
7
8
24
20
17
4
5
8
1
3
2
4
5
6
7
8
24
20
17
4
5
8
载 波 开 启
载 波 关 闭
载 波 开 启
载 波 关 闭
关 闭
关 闭
关 闭
关 闭
关 闭
关 闭
数 据
数 据
建 立 连 接
阶 段
数 据 传 输
阶 段
释 放 连 接
阶 段
屏 蔽 地
信 号 地
数 据 终 端 准 备
数 据 传 输 设 备 准 备
接 收 线 载 波 检 测
请 求 发 送
允 许 发 送
接 收 数 据
接 收 器 码 元 信 号 定 时
发 送 数 据
发 送 器 码 元 信 号 定 时
2002年 计算机网络 86
EIA RS-449接口
? 由于 RS-232C标准采用的信号电平高，为非平衡发送
和接收方式，而且其接口电路由于有公共地线，当信
号线穿过电气干扰环境时，发送的信号将会受到影响，
若干扰足够大，发送的,0”会变成,1”，,1”会变成
,0”，所以存在 数据传输速率低, 传输距离短, 串扰
信号较大 等缺点。为了改善 RS-232C的性能，提高抗
干扰能力，增加传输距离,EIA推荐了和 RS-232C完
全兼容的 RS-449接口标准。
2002年 计算机网络 87
RS-449/V.35标准
? RS-449标准规定的接口特性 与 CCITT V.35一致；
? 采用 37针和 9针连接器,其中 37针连接器包含了与
RS-449相关的所有信号 ；
? 每一个信号线均需采用一对导线；
? 通过测试线可以自环进行测试，以检验通信设备是
否有故障；
? RS-449有两个子标准，即平衡式的 RS-422A标准和
非平衡式的 RS-423A标准。
? RS-423-A：规定电气特性为非平衡传输，有公共地，
电缆长度 10米，最大数据率为 100kbps
? RS-422-A：规定电气特性为平衡传输，无公共地，
电缆长度 100米，最大数据率为 1Mbps;
2002年 计算机网络 88
DTE DCE
T（发送）
C（控制）
R（接收）
I（指示）
S（位定时）
B（字节定时，可选）
Ga（ DTE公共回线）
G（地）
X.21建议书
? X.21是 ITU-T推荐的数字接口，用于在公用数据网上
进行同步操作的 DTE和 DCE之间的通用接口。 X系列
的 X.21bis可以将 X.21转换为适合于模拟信道的接口，
起到从模拟信道过渡到数字信道的作用。
? 机械特性,15根引脚；
? 功能特性,8条信号线；
2002年 计算机网络 89
X.21接口的工作流程
? X.21接口标准规定了在建立
和释放呼叫,DTE与 DCE之
间交换的信息（ DCE表示
DTE和网络接口的设备）
? C:控制电路
? T:发送电路
? R:接收电路
? I,指示电路
? X.21bis 建议
? 用于 EIA-232-D/V.24设
备 的过渡，使用模拟信
道,DCE为同步
MODEM；
主叫 DTE DCEC接通,T=0
R=“++...+”
T= 被叫地址
R=呼叫进行信号
R=1,I 接通
T= 数据
C断开,T= 0
R=0,I 断开
建
立
连
接
拆
除
连
接
数
据
传
输
2002年 计算机网络 90
调制解调器
? Modem是为数字信号在具有有限带宽的模拟信道上
进行远距离传输而设计的，是一种数据通信设备 DCE。
其主要功能是进行信号的调制和解调，在 DTE和模拟
传输线路之间起到数字信号与模拟信号之间的转换作
用。
? 计算机也可以通过 Modem的传真和语音功能，发送
传真以及提供电话录音留言和全双工的免持听筒服务。
2002年 计算机网络 91
调制解调器的组成
? Modem一般由基带处理、调制解调、信号放大和滤波、均衡等
几部分组成。
基 带
处 理
调 制,
放 大
滤 波 均 衡解 调滤 波
判 决
取 样
载 波 噪 声 时 钟载 波
物 理 信 道
发 送 接 收
2002年 计算机网络 92
调制解调器的分类一
? 按通信设备分类可分为：
? 拨号 Modem
? 拨号 Modem主要用于公用电话网上传输数据。拨
号 Modem具有在性能指标较低的环境中进行有效
操作的特殊性能。多数拨号 Modem具备自动拨号、
自动应答和自动拆线等功能。
? 专线 Modem
? 专线 Modem主要用在专用线路或租用线路上，它
不必带有自动应答和自动拆线功能。专线 Modem
的数据传输率比拨号 Modem要高。
2002年 计算机网络 93
调制解调器的分类二
? 按 Modem速度分类
? 传输速率在 1200bps以下的为低速 Modem,1200～ 9600bps
之间的为中速 Modem,9600bps以上的为高速 Modem。
? 按 Modem调制方式分类
? 一般 Modem产品的调制方式有频移键控、差分相移键控、正
交幅度调制等。
? 按 Modem内部控制方式分类
? 分为智能 Modem和非智能 Modem两类。智能 Modem的内部
控制逻辑由微处理器实现，它能够接收一系列 Modem控制命
令（ AT命令集）来完成通信过程的控制，并具有自动拨号、
重复拨号、选择传输速率等功能。
2002年 计算机网络 94
调制解调器的分类三
? 按数据传输方式分类
? 同步 Modem
? 异步 Modem
2002年 计算机网络 95
调制解调器的分类四
? 按 Modem与计算机的连接方式分类
? 外置式 Modem
? 内置式 Modem
2002年 计算机网络 96
调制解调器的标准
? Modem标准主要是按 ITU-T V系列建议的标准 。
ITU-T建议 信号速率 (bps) 调制方式
V.21 300 FSK
V.22 1200 4 –PSK
V.22bis 2400/1200 16-QAM/4-DPSK
V.23 1200 FSK
V.26 2400 4-PSK
V.27 4800 8-PSK
V.29 9600 16-QAM
V.32 9600 32-QAM
V.32bis 14400 64-QAM
V.33 14400 128-QAM
V.34 28800～ 33600 4096-QAM
2002年 计算机网络 97
关于 56K的调制解调器
? 对于 56K的调制解调器,ITU-T为其制定的标准为
V.90，它是一种传输速率非对称的调制解调器，其下
行传输速率可以达到 56Kbps，但上行传输速率是
33.6Kbps。
? 在用户使用 56K的 Modem拨号连接 Internet时，只有
当提供拨号接入的 ISP具有数字中继线时，才可以使
用用户 Modem的下行传输速率达到 56Kbps。若两个
用户使用 56Kbps的 Modem进行直接拨号连接时，
Modem的传输速率最高只能达到 33.6Kbps。
2002年 计算机网络 98
调制解调器的压缩标准
? 数据压缩指的是发送端的 Modem在发送数据以前先将数据进行
压缩，而接收端的 Modem收到数据后再把数据还原，从而提高
了 Modem的有效传输速率。
? 通常使用的压缩技术有两种：
? ITU-T规范
? ITU-T规范的 V,42bis标准，使用的是 Huffman（霍夫曼）
编码技术。 Huffman压缩技术非常适合于压缩文本数据
文件。
? Microcom网络协议 MNP（ Microcom Networking
Protocol）,MNP是一组独立的差错控制和数据压缩标准，
MNP有几种压缩编码方式。
? MNP5：在一行中发现有 3个以上相同字符时则发送该字
符及重复个数，从而达到压缩目的。对于图表文件，使用这种协议达到的压缩比很高,MNP5可以实现 2∶ 1的
压缩比。
? MNP 7：根据字符对的频率进行编码字符，进一步提高
压缩能力, MNP7的压缩比可以达到 3∶ 1。
2002年 计算机网络 99
调制解调器的差错技术标准
? 对于高速 Modem，线路中的瞬间噪声可使 Modem产生多位错
误。因此必须采用差错控制技术，制定相应的标准。
? 常用的差错控制标准有 ITU-T和 MNP标准
? ITU-T标准
? ITU-T的差错控制标准是 V.42。
? MNP标准
? MNP标准使用的最广泛。 MNP5和 MNP7定义了数据压缩技
术,MNP1～ 4以及 MNP10用于描述差错控制技术。
? MNP4差错控制标准的 Modem已得到广泛应用。 V.42把
MNP4作为选项。如果某个 Modem应答时不支持 V,42标准，
则可用 MNP4方式，从而做到兼容。
? MNP10是功能非常齐全的差错控制协议，可用于像蜂窝电
话这样的噪声环境。
? 使用 ITU-T V.42和 MNP4协议的 Modem可以协商传输速率。如
果通信线路在某个速率条件下连续出错次数超过一个设定值，则通信双方的 Modem降低速度，直到可以正常传输数据为止。
2002年 计算机网络 100
差错控制技术
? 根据数据通信系统的模型，当数据从信源发出，经过
通信信道传输，由于信道总存在着一定的噪声，数据
到达信宿端后，接收的信号实际上是数据信号和噪声
信号的叠加。接收端在取样时钟作用下接收数据，并
根据阈值电平判断信号电平。如果噪声对信号的影响
非常大时，就会造成数据的传输错误，
2002年 计算机网络 101
数据通信中的实际情况
0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0
发 送 的 数 据
信 号
噪 音
信 号 + 噪 音
采 样 时 钟
接 收 的 数 据
差 错 比 特
阈 值
2002年 计算机网络 102
通信信道中的噪声
? 通信信道中的噪声分为热噪声和冲击噪声。
? 热噪声
? 是由传输媒体的电子热运动产生的，其特点是时刻
存在，幅度小，干扰强度与频率无关，但频谱很宽，
属于随机噪声。
? 由热噪声引起的差错属于一种随机差错。
? 冲击噪声
? 是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪
声的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击噪声
持续时间与数据传输中每个比特的发送时间相比，
可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出
错呈突发性。
? 冲击噪声引起的传输差错称为突发差错。
2002年 计算机网络 103
差错产生的原因
? 在通信过程中出现的传输差错，是由随机差错和突发
差错共同构成的，而造成差错可能的原因包括：
? 在数据通信中，信号在物理信道上的线路本身的电
气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和
衰减；
? 电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应；
? 相邻线路之间的串线干扰；
? 大气中的闪电、电源开关的跳火、自然界磁场的变
化以及电源的波动等外界因素。
2002年 计算机网络 104
差错的控制
? 在数据通信中，原发送信息，不具备抗干扰性能，如
果引入冗余度后，就可以使新的码组具有一定的抗干
扰能力。
? 例如，两个码元构成四种码组 00,01,10,11，无
法检错，而使用三个码元，有用码组为 000,011、
101和 110；
? 目前差错控制常采用冗余编码方案，检测和纠正信息
传输中产生的错误。
? 冗余编码思想就是,把要发送的有效数据在发送时按
照所使用的某种差错编码规则加上控制码（冗余码），
当信息到达接收端后，再按照相应的校验规则检验收
到的信息是否正确。
2002年 计算机网络 105
差错编码
? 差错检测编码：
? 奇偶校验码；
? 水平垂直奇偶校验码；
? CRC循环冗余码等；
? 差错纠错编码：
? 汉明码；
? 卷积码；
2002年 计算机网络 106
奇偶校验码
? 采用奇偶校验法，在每个字符的数据位传输之前，先检测并
计算奇偶校验位，然后将其附加在后；
? 根据采用的奇偶校验位是奇数还是偶数，推出一个字符包含
,1”的数目，接收机重新计算收到字符的奇偶校验位，并确
定该字符是否出现传输差错；
? 若每个字符只采用一个奇偶校验位时，只能发现单个比特差
错，如果有两个或两个以上比特出错，奇偶校验位无效；
? 异步传输和面向字符的同步传输均采用奇偶校验技术；
计 算 机 计 算 机
要 发 送 的 数 据
计 算 校 验 位,将
其 附 加 在 数 据 后
01
起 始 位
数 据 位
起 始 位
校 验 位
最 终 接 收 的 数 据
检 验 校 验 位,判
断 是 否 正 确
异 步 传 输
2002年 计算机网络 107
循环冗余码 CRC
? CRC是一种较为复杂的校验方法，它先将要发送的信息
数据与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，并
根据余数得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信
息数据帧之后发送出去。接收端接收数据后，将包括校
验码在内的数据帧再与约定的数据进行除法运算，若余
数为,0”，就表示接收的数据正确，若余数不为,0”，
则表明数据在传输的过程中出错。
计 算 机 计 算 机
要 发 送 的 数 据
计 算 出 C R C 码,将
其 附 加 在 数 据 后
最 终 接 收 的 数 据
重 新 计 算,判 断
是 否 正 确
同 步 传 输
数 据 块
C R C 码
同 步 字 节
2002年 计算机网络 108
差错检测
? 差错检测的方法：
? 前向差错控制 (前向纠错 FEC)：
? 接收端检测到接收信息有错后，通过一定的运算，
确定差错的具体位置，并自动加以纠正。
? 差错检测编码有奇偶校验码、水平垂直奇偶校验码,CRC循
环冗余码等。
? 差错纠错编码有汉明码和卷积码等。
? 差错纠错编码也只能解决部分出错的数据，对于
不能纠正的错误，就只能使用 ARQ的方法。
? 反馈重发 (自动请求重发 ARQ)：
? 接收端检测到接收信息有错后，通过反馈信道要
求发送端重发原信息，直到接收端认可为止，从
而实现纠错；
2002年 计算机网络 109
停止等待协议
? 在停止等待 ARQ方式中，发送端在发送完一个数据帧后，要等
待接收端返回的应答信息，若应答为确认信息（ ACK）时，发
送端才可以继续发送下一个数据帧；若应答为不确认帧（ NAK）
时，发送端需要重发这个数据帧。停止等待 ARQ协议非常简单，
由于是一种半双工的协议，因此系统的通信效率低。
2002年 计算机网络 110
连续 ARQ协议
? 工作原理
? 发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应答，可以连续发
送若干帧；如果在发送过程中收到接收方的肯定应答，可以继
续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则使用某种 ARQ方式
重发数据；
? 优点
? 连续发送提高了信道利用率；
? 连续 ARQ协议包括
? 选择 ARQ
? Go-Back-N ARQ
2002年 计算机网络 111
ARQ
发 送 端 接 收 端
D A T A 1
D A T A 2
D A T A 3
D A T A 4
D A T A 5
A C K 1
A C K 2
A C K 3
N A K 4
N A K 4
D A T A 5
D A T A 4
A C K 4
A C K 5
D A T A 6
A C K 6
D A T A 1
D A T A 2
D A T A 3
D A T A 4
D A T A 5
A C K 1
A C K 2
A C K 3
N A K 4
A C K 5
D A T A 6
D A T A 4
A C K 4
A C K 6
发 送 端 接 收 端
发 送 端 接 收 端
D
A
T
A
1
D
A
T
A
2
A
C
K
N
A
K
D
A
T
A
2
A
C
K
停 止 等 待 A R Q 选 择 A R Q G o - B a c k - N
2002年 计算机网络 112
选择 ARQ与 Go-Back-N的比较
? 采用选择 ARQ方式时，由于接收到的数据帧有可能
是乱序的，因此，接收端必须提供足够的缓存先将每
个数据帧保存下来，然后对数据帧重新排序。但由于
该方式仅重发出错的数据帧，因此，信道利用率高。
? 对于 Go-Back-N方式，接收到的数据帧是按顺序排列
的，因而接收端不需要太多的缓存，但由于发送端要
将出错数据之后的已发送数据帧重新发送，致使信道
利用率相对较低。
杜 煜
2002年 计算机网络 2
数
据
通
信
技
术
的
基
本
内
容
数据通信基本概
念
数据通信系统基本结构
信息、数据、信号
数据通信的主要技术指标
数据传输方式 串行通信、并行通信
单工通信、半双工通信、全双工通信
基带传输、频带传输、宽带传输
数据的同步技术 异步传输,同步传输
数据编码技术 数字数据信号 模拟传输 幅移键控 ASK,频移键控 FSK、
相移键控 PSK
数字传输 不归零码 NRZ,曼彻斯特编码、
差分曼彻斯特编码
模拟数据信号 模拟传输 调幅、调频、调相
数字传输 脉冲编码调制 PCM
多路复用技术 时分多路复用,频分多路复用、波分多路复、码分多路复用
数据交换技术 电路交换,报文存储转发交换、报文分组存储转发交换（数据
报方式、虚电路方式）
传输介质 传输介质类型与特点
差错控制技术 检错码、纠错码和 差错控制机制
2002年 计算机网络 3
信息、数据和信号
? 通信的目的是交换信息。信息的载体可以是多媒体，包含语音、
音乐、图形图像、文字和数据等。计算机的终端产生的信息一
般是字母、数字和符号的组合。为了传送这些信息，首先要将
每一个字母、数字或括号用二进制代码表示。目前常用的二进
制代码有国际 5号码（ IA5）、扩充的二、十进制交换码
EBCDIC码和信息交换用标准代码 ASCII码等。
? 被传输的二进制代码称为数据（ Data）。
? 信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式。
2002年 计算机网络 4
数据通信系统基本结构
? 数据通信系统的基本通信模型：产生和发送信息的
一端叫信源，接收信息的一端叫信宿。信源与信宿
通过通信线路进行通信，在数据通信系统中，也将
通信线路称为信道；
? 在数据通信系统中，传输模拟信号的系统称为 模拟通信系统,
而传输数字信号的系统称为 数字通信系统 。
信 源 信 宿
信 道
信 源 信 宿
噪 声 （ 干 扰 ）
信 道
A, 理 想 状 态
B, 实 际 环 境 下
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 0 0 1 0
0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0
出 错
2002年 计算机网络 5
模拟通信系统
? 模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、
信宿以及噪声源组成。信源所产生的原始模拟信号一
般都要经过调制再通过信道传输。到达信宿后，通过
解调器将信号解调出来。
? 普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。
信 源 调 制 器 解 调 器 信 宿
噪 声 源
信 道
2002年 计算机网络 6
数字通信系统
? 数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信
道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发
送端和接收端时钟同步组成。
? 计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。
信 源
信 源
编 码 器
信 道
编 码 器
调 制 器 解 调 器
信 道
译 码 器
信 源
译 码 器
信 宿
噪 声 源
信 道
2002年 计算机网络 7
通信信道的分类
? 信道是信号传输的通道，包括传输媒体和通信设备。
传输媒体可以是有形媒体，如电缆、光纤等，也可
以是无形媒体，如传输电磁波的空间。信道可以按
不同的方法分类：
? 有线信道与无线信道；
? 模拟信道与数字信道；
? 专用信道和公用信道；
2002年 计算机网络 8
有线信道与无线信道
? 信道按所使用的传输介质分类，可以分为有线信道与
无线信道；
? 有线信道
? 使用有形的媒体作为传输介质的信道称之为有线信
道。有线信道包括电话线、双绞线、同轴电缆和光
缆等；
? 无线信道
? 以电磁波在空间传播方式传送信息的信道称之为无
线信道。无线信道包括无线电、微波、红外线和卫
星通信信道等。
2002年 计算机网络 9
模拟信道与数字信道
? 按传输信号的类型分类，信道可以分为模拟信道与数
字信道；
? 模拟信道
? 能传输模拟信号的信道称为模拟信道。模拟信号的
电平随时间连续变化，语音信号是典型的模拟信号。
如果利用模拟信道传送数字信号，则必须经过数字
与模拟信号之间的变换（ A/D变换器）。调制解调
器就是完成这种变换的。
? 数字信道
? 能传输离散数字信号的信道称为数字信道。离散的
数字信号在计算机中指由,0”和,1”的二进制代码
组成的数字序列。当利用数字信道传输数字信号时
不需要进行变换，通常需要进行数字编码。
2002年 计算机网络 10
专用信道和公用信道
? 信道按使用方式可以分为专用信道和公用信道：
? 专用信道
? 专用信道是一种连接于用户设备之间的固定电路，
它可以由用户自己架设或向电信部门租用。
? 公用信道
? 也称公共交换信道，它是一种通过交换机转接、为
大量用户提供服务的信道。
2002年 计算机网络 11
数据通信的技术指标
? 数据通信速率（传输速率）：传输率是指数据在信道中传输的
速度。数据通信速率分为两种,码元速率和信息速率 。
? 码元速率 RB：
? 每秒中传送的码元数，单位为波特 /秒（ Baud/s），又称
为波特率；
? 信息速率 Rb：
? 每秒中传送的信息量，单位为比特 /秒（ bit/s），又称为
比特率；
? 对于一个用二进制表示的信号（两级电平），每个码元
包含 1个比特信息，其信息速率与码元速率相等；对于一
个用四进制表示的信号（四级电平），每个码元包含了 2
个比特信息，因此，它的信息速率应该是码元速率的 2倍。
2002年 计算机网络 12
码元速率和信息速率
? 一般来说，对于
采用 M进制电平
传输信号时，信
息速率和码元速
率之间的关系是：
? Rb=RBlog2M
0 1 0 0 1 0 1
二 进 制 信 号
两 级 电 平
码 元
1 个 码 元 = 1 个 信 息 比 特
0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0
四 进 制 信 号
四 级 电 平
1 个 码 元 = 2 个 信 息 比 特
A
B
A
B
C
D
码 元
信 息 比 特
信 息 比 特
2002年 计算机网络 13
误码率和误比特率
? 误码率和误比特率是衡量数据传输系统正常工作状态下传输可
靠性的重要参数。误码率是指二进制码元在数据传输系统中被
传错的概率，误比特率是指在传输中出错比特的概率。
? 在实际的数据传输系统中，电话线路在 300～ 2400bps传输速
率时，平均误码率在 10-2～ 10-6之间，在 4800～ 9600bps传输速
率时平均误码率在 10-2～ 10-4之间。而计算机通信的平均误码率
要求低于 10-9。
传输的总码元数
传输出错的码元数误码率 ?Pe
传输的总比特数
传输出错的比特数误比特率 ?Pb
2002年 计算机网络 14
信道带宽与信道容量
? 信道带宽是指信道中传输的信号在不失真的情况下所
占用的频率范围，通常称为信道的通频带，单位用赫
兹（ Hz）表示。信道带宽是由信道的物理特性所决
定的，例如，电话线路的频率范围在 300～ 3400Hz，
则它的带宽 300～ 3400Hz。
? 信道容量是衡量一个信道传输数字信号的重要参数。
信道容量是指单位时间内信道上所能传输的最大比特
数，用每秒比特数（ bps）表示。当传输的信号速率
超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
2002年 计算机网络 15
数据的串行传输和并行传输
发 端
收 端
0
1
1
0
0
1
0
1
8 个 比 特 同 时 发 送
需 要 8 条 线
? 并行通信
? 数据以成组的方式在多个并行信道上同时进行传输。
? 并行通信的优点是速度快，但发端与收端之间有若
干条线路，导致费用高，仅适合于近距离和高速率
的通信。
2002年 计算机网络 16
数据的串行传输和并行传输
? 串行通信
? 数据流以串行方式在一条信道上传输，由于计算机内部都采
用并行通信，因此，数据在发送之前，要将计算机中的字符
进行并 /串变换，在接收端再通过串 /并变换，还原成计算机
的字符结构，才能实现串行通信。
? 串行通信的优点是收、发双方只需要一条传输信道，易于实
现，成本低，但速度比较低。
发 端
8 个 比 特 顺 次 发 送
0
1
1
0
0
0
1
0
0
1
1
0
0
0
1
0
收 端
0 1 1 0 0 0 1 0
并 / 串
转 换 器
串 / 并
转 换 器
2002年 计算机网络 17
通信线路的连接方式 ——点对点
? 点对点的连接就是在发送端和接收端之间采用一条线
路连接，使用的线路可以是专用线路、租用线路或交
换线路。
? 使用租用或交换线路的连接方式，适合于在地理上比
较分散的站点之间传输数据，比如通过公用电话交换
网，实现点 -点的连接。
计 算 机 计 算 机
计 算 机
计 算 机
交 换 设 备
计 算 机
计 算 机
2002年 计算机网络 18
通信线路的连接方式 ——多点线路
? 多点线路连接是指各个站点通过一条公共通信线路连接。
? 在多点线路连接方式中，一条线路被所有的站点共享，若
所有的站点可以同时发送数据，则这条线路在空间上是共
享的，通常采用频分复用或波分复用技术传输数据；若所
有的站点只能轮流使用线路发送数据时，那么它在时间上
是共享的，通常采用时分复用技术传输数据。
主 机
计 算 机 / 终 端
2002年 计算机网络 19
信道的通信方式 ——单工通信
? 单工方式指通信信道是单向信道，数据信号仅沿一
个方向传输，发送方只能发送不能接收，接收方只
能接收而不能发送，任何时候都不能改变信号传送
方向。
? 无线电广播和电视都属于单工通信。
主 机
显 示 器
发 送 端 接 收 端
数 据 的 单 方 向 性
2002年 计算机网络 20
信道的通信方式 ——半双工通信
? 半双工通信是指信号可以沿两个方向传送，但同一时刻
一个信道只允许单方向传送，即两个方向的传输只能交
替进行，而不能同时进行。当改变传输方向时，要通过
开关装置进行切换。
? 半双工信道适合于会话式通信，比如公安系统使用的
“对讲机”和军队使用的“步话机”。
? 半双工方式在计算机网络系统中适用于终端与终端之间
的会话式通信。
发 送 端
/ 接 收 端
发 送 端 /
接 收 端
不 同 时 刻 的 数 据 双 向 传 输
对 讲 机
对 讲 机
2002年 计算机网络 21
信道的通信方式 ——全双工通信
? 全双工通信是指数据可以同时沿 相反 的两个方向作双向传输。
比如，电话通话。
电 话 机
发 送 端 接 收 端
任 何 时 刻 的 数 据 双 向 传 输
电 话 机
2002年 计算机网络 22
信号的传输方式 ——基带传输
? 基带传输
? 就数字信号而言，它是一个离散的方波，,0”代表
低电平，,1”代表高电平，这种方波固有的频带称
为基带，方波信号称为基带信号，因此，基带实际
上就是数字信号所占用的基本频带。基带传输是在
信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽
都被基带信号占用，双向地传输信息。
2002年 计算机网络 23
信号的传输方式 ——频带传输
? 频带传输
? 所谓频带传输是指将数字信号调制成音频信号后再
发送和传输，到达接收端时再把音频信号解调成原
来的数字信号。可见，在采用频带传输方式时，要
求发送端和接收端都要安装调制器和解调器。
? 在实现远距离通信时，经常借助于电话线路，此时
就需要利用频带传输方式。利用频带传输，不仅解
决了利用电话系统传输数字信号的问题，而且可以
实现多路复用，以提高传输信道的利用率。
2002年 计算机网络 24
信号的传输方式 ——宽带传输
? 宽带传输
? 宽带传输采用 75Ω的 CATV电视同轴电缆或光纤作
为传输媒体，带宽为 300MHz。使用时通常将整个
带宽划分为若干个子频带，分别用这些子频带来传
送音频信号、视频信号以及数字信号。宽带同轴电
缆原是用来传输电视信号的，当用它来传输数字信
号时，需要利用电缆调制解调器（ Cable Modem）
把数字信号变换成频率为几十兆赫兹到几百兆赫兹
的模拟信号。
? 可利用宽带传输系统来实现声音、文字和图像的一
体化传输，这也是通常所说的“三网合一”，即语
音网、数据网和电视网合一。另外，使用 Cable
Modem上网就是基于宽带传输系统实现的。
2002年 计算机网络 25
数据传输的同步技术
? 在数据通信系统中，当发送端与接收端采用串行通信
时，通信双方要交换数据，需要有高度的协同动作，
彼此间传输数据的速率、每个比特的持续时间和间隔
都必须相同，这就是同步问题。同步就是要接收方按
照发送方发送的每个码元 /比特起止时刻和速率来接
收数据，否则，收发之间会产生误差，即使是很小的
误差，随着时间增加的逐步累积，也会造成传输的数
据出错。
? 实现收发之间的同步技术是数据传输中的关键技术之
一，通常使用的同步技术有两种：
? 异步方式
? 同步方式
2002年 计算机网络 26
异步传输方式
? 在异步传输方式中，每传送 1个字符（ 7位或 8位）都要在每个
字符码前加 1个起始位，以表示字符代码的开始，在字符代码
和校验码后面加 1或 2个停止位，表示字符结束。接收方根据
起始位和停止位来判断一个新字符的开始。从而起到通信双方
的同步作用。
? 异步方式实现比较容易，但每传输一个字符都需要多使用 2～
3位，所以适合于低速通信。
计 算 机 计 算 机
1 0 1 1 0 1 0 1
01
0 0 1 1 0 1 1 0
01
0 0 0 1 0 1 1 1
01
起 始 位
停 止 位
数 据 位
0
1 1
0
1 1
0
0
数 据 传 输 方 向
2002年 计算机网络 27
同步传输方式
? 同步传输方式的信息格式是一组字符或一个二进制位组成的数据块
（帧）。对这些数据，不需要附加起始位和停止位，而是在发送一
组字符或数据块之前先发送一个同步字符 SYN（以 01101000表示）
或一个同步字节（ 01111110），用于接收方进行同步检测，从而使
收发双方进入同步状态。在同步字符或字节之后，可以连续发送任
意多个字符或数据块，发送数据完毕后，再使用同步字符或字节来
标识整个发送过程的结束。
? 在同步传送时，由于发送方和接收方将整个字符组作为一个单位传
送，且附加位又非常少，从而提高了数据传输的效率。所以这种方
法一般用在高速传输数据的系统中，比如计算机之间的数据通信。
计 算 机 计 算 机
1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0,,, 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0
0 1 1 1 1 1 1 00 1 1 1 1 1 1 0
同 步 字 节
同 步 字 节
数 据 帧
2002年 计算机网络 28
同步传输中的位同步
? 在同步通信中，要求收发双方之间的时钟严格的同步，
而使用同步字符或同步字节，只是用于同步接收数据
帧,只有保证了接收端接收的每一个比特都与发送端
保持一致，接收方才能正确的接收数据,这就要使用
位同步 的方法。对于位同步，可以使用一个额外的专
用信道发送同步时钟保持双方同步，也可以使用编码
技术将时钟编码到数据中，接收端接收数据的同时就
获取到同步时钟，两种方法相比，后者的效率最高，
使用的最为广泛。
2002年 计算机网络 29
数据的编码和调制技术
? 在计算机中，数据是以离散的二进制,0”、,1”比特序列方
式表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取
决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。
? 通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数
据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括
数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。
数 字 编 码
( N R Z, 曼 彻 斯 特 等 )
数 字 数 据 数 字 信 号
( 数 字 信 道 )
调 制
( A S K, F S K, P S K 等 )
数 字 数 据 模 拟 信 号
( 模 拟 信 道 )
脉 冲 编 码 调 制
P C M
模 拟 数 据 数 字 信 号
( 数 字 信 号 )
调 制
（ A M, F M, P M 等 ）
模 拟 数 据 模 拟 信 号
( 模 拟 信 道 )
2002年 计算机网络 30
数字数据的调制
? 传统的电话通信信道是为传输语音信号设计的，用于传输音频
300Hz～ 3400Hz的模拟信号，不能直接传输数字数据。为了利用模拟
语音通信的电话交换网实现计算机的数字数据的传输，必须首先将数
字信号转换成模拟信号，也就是要对数字数据进行调制。
? 发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制
（ Modulation），调制设备就称为调制器（ Modulator）；接收端将
模拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调
（ Demodulation），解调设备就称为解调器（ Demodulator）。若
进行数据通信的发送端和接收端以双工方式进行通信时，就需要同时
具备调制和解调功能的设备，称为调制解调器（ Modem）。
? 对数字数据调制的基本方法有三种：幅移键控、频移键控和相移键控。
公 用 电 话 网
调 制 解 调 器
计 算 机
计 算 机
调 制 解 调 器
2002年 计算机网络 31
幅移键控、频移键控和相移键控
? 幅移键控 ASK（ Amplitude Shift Keying）
? ASK是通过改变载波信号的幅度值表示数字信号,1”、,0”，以幅
度 A1表示数字信号的,1”，用载波幅度 A2表示数字信号的,0”（通
常 A1取 1,A2取 0），而载波信号的参数 f 和 φ恒定。
? 频移键控 FSK（ Frequency Shift Keying）
? FSK是通过改变载波信号频率的方法表示数字信号,1”、,0”，用 f
1表示数字信号,1”，用 f 2表示数字信号,0”，而载波信号的 A和 φ不变。
? 相移键控 PSK（ Phase Shift Keying）
? PSK是通过改变载波信号的相位值表示数字信号,1”、,0”，而载
波信号的 A和 f不变。 PSK包括两种类型：
? 绝对调相
? 绝对调相使用相位的绝对值,φ为 0表示数字信号,1”，,φ为 π表
示数字信号,0”。
? 相对调相
? 相对调相使用相位的相对偏移值，当数字数据为 0时，相位不变化，
而数字数据为 1时，相位要偏移 π。
2002年 计算机网络 32
数字数据的调制示例
频 移 键 控 F S K
绝 对 相 移 键 控 P S K
相 位 φ = π
φ = 0
φ = π φ = 0
φ = 0 φ = π
相 位
φ = 0
相 对 相 移 键 控 P S K
偏 移 π
φ = π
φ 不 变
φ = π
偏 移 π
φ = 0
偏 移 π
φ = π
φ 不 变
φ = π
幅 移 键 控 A S K
00 1 0 1 1
数 字 数 据
2002年 计算机网络 33
多相调制
3 π
2
0
π
相 位 值二 进 制 比 特
0 0
0 1
1 1
1 0
π
2
数 字 数 据 0 0 1 0 1 1 0 1
四 相
相 移 键 控
0
π
π
2
π
2
3
0 0
0 1
1 0
1 1
? ASK,FSK和 PSK都是最基本的调
制技术，实现容易，技术简单，抗
干扰能力差，调制速率不高，为了
提高数据传输速率，也可以采用多
相调制的方法。
? 例如，将待发送的数字信号按
2个比特一组的方式组织，因
为 2个比特可以有 4种组合方式，
即,00,01,10,11”四个码
元，所以用 4个不同的相位值
就可以表示出这 4组组合。在
调相信号传输过程中，相位每
改变一次，传送两个二进制比
特，这种调制方法就称为四相
相移键控。
2002年 计算机网络 34
混合调相
? 为了达到更高的信息传输速率，采用多元制的振幅相位混合调制技
术，比如正交振幅调制 QAM（ Quadrature Amplitude
Modulation），它不但使用相位，而且还使用幅度：
? 8-QAM使用了幅度与相位的 8种组合，由于使用 3个比特可以表
示 8种组合，因此，每一种组合代表一个码元，每个码元 3个比
特。
? 16-QAM的幅度和相位有 16种组合，每个组合代表一个码元，每
个码元 4个比特。
0 0 0 1
0 0 1 0 0 0 1 1
0 0 0 00 1 0 0
0 1 1 1 0 1 1 0
0 1 0 1
1 1 0 1
1 1 0 0 1 1 1 1
1 1 1 0 1 0 1 0
1 0 0 1 1 0 0 0
1 0 1 1
0 0 0
0 0 1
0 1 0
0 1 1
1 0 0
1 0 1
1 1 0
1 1 1
8 - Q A M 1 6 - Q A M
2002年 计算机网络 35
数字数据的编码
? 利用数字通信信道直接传输数字数据信号的方法称作数字信号的基
带传输，而数字数据在传输之前，需要进行数字编码。数字数据的
编码方式有三种：不归零码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码 。
? 不归零编码（ Non-Return to Zero,NRZ）
? NRZ编码规定可用负电平表示逻辑,1”，用正电平表示逻辑
,0”，反之亦然。
? 曼彻斯特编码（ Manchester）
? 曼彻斯特编码是目前应用最广泛的编码方法之一，其特点是每
一位二进制信号的中间都有跳变，若从低电平跳变到高电平，
就表示数字信号,1”，若从高电平跳变到低电平，就表示数字
信号,0”；
? 差分曼彻斯特编码（ Difference Manchester）
? 差分曼彻斯特编码是对曼彻斯特编码的改进。其特点是每一位
二进制信号的跳变依然提供收发端之间的同步，但每位二进制
数据的取值，要根据其开始边界是否发生跳变来决定，若一个
比特开始处存在跳变则表示,0”，无跳变则表示,1”。
2002年 计算机网络 36
数字数据编码的示例
0 1 1 1 0 1 0 0 1
数 字 数 据
不 归 零 码
曼 彻 斯 特 编 码
差 分
曼 彻 斯 特 编 码
高 电 平 - 0
低 电 平 - 1
表 示 0
表 示 1
遇 1 不 变
遇 0 跳 变
跳 变跳 变跳 变跳 变
2002年 计算机网络 37
模拟数据的调制
? 在模拟数据通信系统中，信源的信息经过转换，形成
电信号，比如人说话的声音经过电话转变为模拟的电
信号，这也是模拟数据的基带信号。
? 模拟数据的基带信号具有比较低的频率，不宜直接在
信道中传输，需要对信号进行调制，将信号搬移到适
合信道传输的频率范围内，接收端将接收的已调信号
再搬回到原来信号的频率范围内，恢复成原来的消息，
比如无线电广播。
2002年 计算机网络 38
模拟数据的编码
? 脉冲编码调制 PCM（ Pulse Code Modulation）是
模拟数据数字化的主要方法。由于数字信号传输失真
小、误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除计
算机直接产生的数字信号外，语音、图像信息必须数
字化才能经计算机处理。
? PCM技术的典型应用是语音数字化。在发送端通过
PCM编码器将语音数据变换为数字化的语音信号，
通过通信信道传送到接收方，接收方再通过 PCM解
码器还原成模拟语音信号。
? 数字化语音数据传输速率高、失真小，可以存储在计
算机中，进行必要的处理。因此在网络与通信的发展
中语音数字化成为重要的部分。
2002年 计算机网络 39
PCM编码的典型应用
模 拟 信 号
传 输 数 字 信 号
模 拟 信 号
模 拟 信 号
模 拟 信 号
程 控
交 换 机
公 用 电 话 交 换 网
模 拟
电 话 机
计 算 机M o d e m
模 拟
电 话 机
模 拟
电 话 机
M o d e m
计 算 机
P C M 编 码
模 拟 信 号
数 字 信 号
2002年 计算机网络 40
PCM的工作原理
? 脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。
? 采样
? 每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本，
表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。
? 量化
? 量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。
? 量化级可以分为 8级,16级，或者更多的量化级，这取决于
系统的精确度要求。
? 编码
? 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量
级。
? PCM用于数字化语音系统，将声音分为 128个量化级，采用 7位
二进制编码表示，再使用 1个比特进行差错控制，采样速率 8000
次／秒，因此，一路话音的数据传输速率为 8× 8000 bps＝
64kbps。
2002年 计算机网络 41
PCM的工作过程
采 样
量 化
编 码
幅 度
幅 度
., 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1,,,
模 拟 数 据
数 字 信 号
量 化 级
+ 1 2 7
- 1 2 7
0
1 2 1, 5
1 2 4, 4
1 2 5, 2
1 2 4, 6
1 2 3, 2
1 2 2
1 2 4
1 2 5
1 2 5
1 2 3
样 本 幅 度 值
量 化 取 整
量 化 值
编 码
采 样
话 音 信 号
2002年 计算机网络 42
数据交换技术 ——电路交换
? 电路交换（ Circuit Switching）
? 也称为线路交换，是一种直接的交换方式，为一对
需要进行通信的节点之间提供一条临时的专用通道，
即提供一条专用的传输通道，既可以是物理通道又
可以是逻辑通道（使用时分或频分复用技术）。这
条通道是由节点内部电路对节点间传输路径经过适
当选择、连接而完成的，是一条由多个节点和多条
节点间传输路径组成的链路。
2002年 计算机网络 43
电路交换通信的三个阶段
? 电路建立
? 通过源节点请求完成交换网中相应节点的连接过程，
这个过程建立起一条由源节点到目的节点传输通道。
? 数据传输
? 电路建立完成后，就可以在这条临时的专用电路上传
输数据，通常为全双工传输。
? 电路拆除
? 在完成数据传输后，源节点发出释放请求信息，请求
终止通信，若目的节点接受释放请求，则发回释放应
答信息。在电路拆除阶段，各节点相应地拆除该电路
的对应连接，释放由该电路占用的节点和信道资源。
2002年 计算机网络 44
源 节 点 A
交 换 节 点 1 交 换 节 点 6
电
路
建
立
阶
段
数
据
传
输
阶
段
电
路
拆
除
阶
段
1
2
3
4
5
6
呼 叫 请 求
呼 叫 应 答
数 据
数 据
释 放 请 求
释 放 应 答
目 的 节 点 B
源 节 点 A
目 的 节 点 B
公 用 电 话 交 换 网
2002年 计算机网络 45
电路交换的特点
? 呼叫建立时间长且存在呼损。
? 电路交换的信道利用率低。
? 对通信双方而言，必须做到双方的收发速度、编码方
法、信息格式和传输控制等一致才能完成通信。
? 适用于实时大批量连续的数据传输。
2002年 计算机网络 46
数据交换技术 ——存储转发交换
? 存储转发交换（ Store and Forward Switching）
? 报文存储转发交换
? 报文分组存储转发交换
? 数据报
? 虚电路
2002年 计算机网络 47
报文存储转发交换
? 对于数字数据通信，广泛使用的是报文交换技术 ;
? 在报文交换中，每一个报文由传输的数据和报头组成，
报头中有源地址和目标地址。节点根据报头中的目标
地址为报文进行路径选择。并且对收发的报文进行相
应的处理。
2002年 计算机网络 48
报文交换的特点
? 源节点和目标节点在通信时不需要建立一条专用的通路；
? 与电路交换相比，报文交换没有建立电路和拆除电路所
需的等待和时延；
? 电路利用率高，节点间可根据电路情况选择不同的速度
传输，能高效地传输数据；
? 要求节点具备足够的报文数据存放能力，一般节点由微
机或小型机担当；
? 数据传输的可靠性高，每个节点在存储转发中，都进行
差错控制，即检错和纠错。
? 由于采用了对完整报文的存储 /转发，节点存储 /转发的
时延较大，不适用于交互式通信。
2002年 计算机网络 49
分组交换
? 分组交换属于“存储 /转发”交换，它不像报文交换
以报文为单位进行交换、传输，而是以更短的、标准
的“报文分组”（ Packet）为单位进行交换传输。
? 假如 A站有一份比较长的报文要发送给 C站。则它首
先将报文按规定长度划分成若干分组，每个分组附
加上地址及纠错等其他信息，然后将这些分组顺序
发送到交换网的节点 C。
? 分组交换又分为数据报交换和虚电路交换。
2002年 计算机网络 50
数据报分组交换
? 交换网把进网的任一分组都当作单独的“小报文”
来处理，而不管它属于哪个报文的分组，就像报
文交换中把一份报文进行单独处理一样。这种分
组交换方式简称为数据报传输方式，作为基本传
输单位的“小报文”被称为数据报
（ datagram）。
2002年 计算机网络 51
数据报分组交换的特点
? 同一报文的不同分组可以
由不同的传输路径通过通
信子网；
? 同一报文的不同分组到达
目的节点时可能出现乱序、
重复或丢失现象；
? 每一个报文在传输过程中
都必须带有源节点地址和
目的节点地址；
? 使用数据报方式时，数据
报文传输延迟较大，适用
于突发性通信，不适用于
长报文、会话式通信。
A, B, 3 A, B, 2 A, B, 1
A, C, 3 A, C, 2 A, C, 1
A
A
.
B
.
1
A
.
B
.
3
A
.
B
.
2
A
.
C
.
3
A
.
C
.
2
A
.
C
.
1
B
C
C
B
A
1
2
3
4
5
节 点 地 址
节 点 地 址
乱 序
报 文 分 组
A, B, 3 A, B, 2
A, C, 3 A, C, 2
A
.
B
.
1
A
.
C
.
1
云 图
通 信 子 网
2002年 计算机网络 52
虚电路分组交换
? 虚电路就是两个用户的终端设备在开始互相发送和接
收数据之前需要通过通信网络建立逻辑上的连接，所
有分组都必须沿着事先建立的虚电路传输，用户不需
要发送和接收数据时清除连接。
? 虚电路方式具有分组交换与线路交换两种方式的优
点，在计算机网络中得到广泛的应用。
2002年 计算机网络 53
虚电路的特点
? 虚电路在每次报文分组发送之
前，必须在源节点与目的节点
之间建立一条逻辑连接，也包
括虚电路建立、数据传输和虚电路拆除三个阶段。
? 报文分组不必带目的地址、源
地址等辅助信息，只需要携带
虚电路标识号。报文分组到达
目的节点不会出现丢失、重复
与乱序的现象；
? 报文分组通过每个虚电路上的
节点时，节点只需要做差错检测，而不需要做路径选择。
? 通信子网中每个节点可以和任何节点建立多条虚电路连接。
1, 3 1, 2 1, 1
2, 3 2, 2 2, 1
A
1
.
3
1
.
2
1
.
1
2
.
3
2
.
2
2
.
1
B
C
C
B
A
1
2
3
4
5
虚 电 路 1
虚 电 路 2
2, 3 2, 2 2, 1
1, 11, 3 1, 2
虚 电 路 号
虚 电 路 号
虚 电 路 1 连 接, A - 1 - 2 - 4 - B
虚 电 路 2 连 接, A - 1 - 3 - 5 - B
云 图
通 信 子 网
2002年 计算机网络 54
信道复用技术
? 信道复用的目的是让不同的计算机连接到相同的信道上，共享
信道资源。
? 四种信道复用方式：频分复用 FDM、时分复用 TDM、波分复用
WDM和码分复用。
多 路 复 用 器 多 路 复 用 器
一 条 传 输 线 路
传 输 多 路 信 号
计 算 机
计 算 机
2002年 计算机网络 55
频分多路复用 FDM
? FDM是把信道的可用频带分成多个互不交叠的频段（带）,每
个信号占其中一个频段。接收时用适当的滤波器分离出不同信
号，分别进行解调接收。
调 制
调 制
调 制
+
f
1
f
2
f
3
f
1
f
2
f
3
解 调
解 调
解 调
f
2
f
1
f
3
滤 波
滤 波
滤 波
f
3
多 路 复 用 器 多 路 解 复 器
发 送 带 宽
2002年 计算机网络 56
时分多路复用 TDM
? TDM又分为同步时分复用（ Synchronous Time
Division Multiplexing,STDM）和异步时分复用
（ Asynchronous Time Division Multiplexing，
ATDM）。
2002年 计算机网络 57
同步时分复用 STDM
? STDM采用固定时间片分配方式，将传输信号的时间按特定长
度连续地划分成特定时间段（一个周期），再将每一时间段划
分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数
字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。
? 由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论
时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙，形成了时隙浪费，
其时隙的利用率很低 。
计 算 机
计 算 机
A A A A
B B
C
D D D
BCD A
BD A
D
AA
A A A A
B B
C
D D D
在 不 同 时 刻, 开 关 切 换 到
不 同 输 入 设 备
复 用 器 解 复 器
时 隙 浪 费, 信 道 资 源 利 用 率 低
要 发 送 的 数 据
接 收 到 的 数 据
一 个 周 期 的 数 据 块 （ 帧 ）
2002年 计算机网络 58
异步时分复用
? 异步时分复用技术又被称为统计时分复用，它能动态地按需分配时隙，避
免每个时间段中出现空闲时隙。
? ATDM就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它。当用户
暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其他用户的
数据传输 。
? 在所有的数据帧中，除最后一个帧外，其他所有帧均不会出现空闲的时隙，
从而提高了资源的利用率，也提高了传输速率。
计 算 机
计 算 机
A A A A
B B
C
D D D
A A A A
B B
C
D D D
复 用 器 解 复 器
要 发 送 的 数 据
接 收 到 的 数 据
1
2
3
4
B 2C 3 A 1A 1B 2 D 4A 1D 4 D 4A 1
只 有 最 后 一 个 帧 的 时 隙 才 会 有 空 闲
2002年 计算机网络 59
波分多路复用 WDM
? WDM主要用于全光纤网组成的通信系统。波分复用就是光的频
分复用。人们借用传统的载波电话的频分复用的概念，可以做
到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号,提高
了光纤的传输能力。
? 最初，在一根光纤上只能复用两路光载波信号，随着技术的发
展，在一根光纤上复用的路数越来越多。现在已达到在一根光
纤上复用 80路或更多路数的光载波信号，这种复用方式就是 密
集波分复用 DWDM (Dense Wavelength Division
Multiplexing)。
光
纤
1
光
纤
2
光
纤
3
光
纤
4
棱 镜 / 光 栅
棱 镜 / 光 栅
共 享 光 纤
2002年 计算机网络 60
码分多路复用
? 码分多路复用又称为码分多址 CDMA (Coding
Division Multiplexing Access)。
? CDMA也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一
时间使用同样的频带进行通信，但使用基于码型的分
割信道方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型
互不重叠，通信各方之间不会相互干扰，且抗干扰能
力强。
2002年 计算机网络 61
传输媒体（传输介质）
? 计算机网络传输媒体：
? 有线
? 双绞线、同轴电缆、光纤等
? 无线
? 无线电波、微波或红外线
2002年 计算机网络 62
双绞线
? 双绞线是由一对或多对绝缘铜导线组成，为了减少信号传输中
串扰及电磁干扰（ EMI）影响的程度，通常将这些线按一定的
密度互相缠绕在一起。
? 双绞线是模拟和数字数据通信最普通的传输媒体，它的主要应
用范围是电话系统中的模拟话音传输，最适合于较短距离的信
息传输，当超过几千米时信号因衰减可能会产生畸变，这时就
要使用中继器（ Repeater）来放大信号和再生波形。
? 双绞线的价格在传输媒体中是最便宜的，并且安装简单，所以
得到广泛的使用。
? 在局域网中一般也采用双绞线作为传输媒体。双绞线可分为非
屏蔽双绞线 UTP（ Unshielded Twisted Pair）和屏蔽双绞线
STP（ Shielded Twisted Pair）。
2002年 计算机网络 63
双绞线的分类
? 双绞线既可以用于音频传输，也可以用于数据传输。按双绞线的性能，
目前广泛应用的有五个不同的等级，级别越高性能越好。由于 UTP的
成本低于 STP，所以使用的更广泛。 UTP可以分为六类：
? l类 UTP：主要用于电话连接，通常不用于数据传输。
? 2类 UTP：通常用在程控交换机和告警系统。 ISDN和 T1/E1数据传
输也可以采用 2类电缆,2类线的最高带宽为 1MHz。
? 3类 UTP：又称为声音级电缆，是一类广泛安装的双绞线。 3类
UTP的阻抗为 100欧姆，最高带宽为 16MHz，适合于 10Mbps双绞
线以太网和 4Mbps令牌环网的安装，也能运行 16Mbps的令牌环
网。
? 4类 UTP：最大带宽为 20MHz，其它特性与 3类 UTP完全一样，能
更稳定的运行 16Mbps令牌环网。
? 5类 UTP：又称为数据级电缆，质量最好。它的带宽为 100MHz，
能够运行 100Mbps以太网和 FDDI,5类 UTP的阻抗为 100欧姆。 5
类 UTP目前已被广泛的应用。
? 6类 UTP,是一种新型的电缆，最大带宽可以达到 1000MHz，适
用于低成本的高速以太网的骨干线路。
2002年 计算机网络 64
同轴电缆 (Coaxial Cable)
? 同轴电缆是由绕同一轴线的两个导体所组成，
即内导体（铜芯导线）和外导体 (屏蔽层 )，外
导体的作用是屏蔽电磁干扰和辐射，两导体之
间用绝缘材料隔离。同轴电缆具有较高的带宽
和极好的抗干扰特性。
? 同轴电缆的规格是指电缆粗细程度的度量，按
射频级测量单位（ RG）来度量,RG越高，铜
芯导线越细,RG越低，铜芯导线越粗。
? 常用同轴电缆的型号和应用如下：
? 阻抗为 50欧姆的粗缆 RG-8或 RG-11，
用于粗缆以太网；
? 阻抗为 50欧姆的细缆 RG-58A/U或
C/U，用于细缆以太网；
? 阻抗为 75欧姆的电缆 RG-59，用于有
线电视 CATV。
绝 缘 外 套 屏 蔽 层 绝 缘 材 料 铜 芯
2002年 计算机网络 65
光导纤维 (Fiber Optics)
? 光纤是一种由石英玻璃纤维或塑料制成的，直径很细，能传导光
信号的媒体。光纤由一束玻璃芯组成，它的外面包了一层折射率
较低的反光材料，称为覆层。由于覆层的作用，在玻璃芯中传输
的光信号几乎不会从覆层中折射出去。这样当光束进入光纤中的
芯线后，可以减少光通过光缆时的损耗，并且在芯线边缘产生全
反射，使光束曲折前进。
玻璃封套 塑料外套 玻璃内芯
玻璃内芯
塑料外套
玻璃封套
外壳
2002年 计算机网络 66
光纤的特点
? 光缆中的光源可以是发光二极管 LED或注入式激光二
极管 ILD，当光通过这些器件时发出光脉冲，光脉冲
通过玻璃芯从而传递信息。在光缆的两端都要有一个
装置来完成光信号和电信号的转换。
? 光缆的优点是信号的损耗小、频带宽、传输率高，从
l00Mbps到 l000Mbps，甚至更高，且不受外界电磁
干扰。另外，由于它本身没有电磁辐射，所以它传输
的信号不易被窃听，保密性能好。但是它的成本高并
且连接技术比较复杂。
? 光缆主要用于长距离的数据传输和网络的主干线。
2002年 计算机网络 67
多模光纤和单模光纤
? 根据使用的光源和传输模式，光纤可分为 多模光纤 和 单模光纤 。
? 多模光纤采用发光二极管产生可见光作为光源，定向性较差。当
光纤芯线的直径比光波波长大很多时，由于光束进入芯线中的角
度不同传播路径也不同，这时光束是以多种模式在芯线内不断反
射而向前传播。多模光纤的传输距离一般在 2km以内。
? 单模光纤采用注人式激光二极管作为光源，激光的定向性强。单
模光纤的芯线直径一般为几个光波的波长，当激光束进人玻璃芯
中的角度差别很小时，能以单一的模式无反射地沿轴向传播。
A, 多 模 光 纤
A, 单 模 光 纤
玻 璃 芯 的 直 径 大 于 光 波 波 长
玻 璃 芯 的 直 径 接 近 光 波 波 长
2002年 计算机网络 68
光纤的规格
光纤类型 玻璃芯（微米） 覆层（微米）
62.5/125 62.5 125
50/125 50.0 125
100/140 100.0 140
8.3/125 8.3 125
? 光纤的规格通常用玻璃芯与覆层的直径比值来表示，其中
8.3/125的光纤只用于单模光纤。
? 单模光纤的传输率较高，但比多模光纤更难制造，价格更高。
2002年 计算机网络 69
无线电传输
? 根据距离的远近和对通信速率的要求，可以选用不同
的有线介质，但是，若通信线路要通过一些高山、岛
屿或河流时，铺设线路就非常困难，而且成本非常高，
这时候就可以考虑使用无线电波在自由空间的传播实
现多种通信。
? 无线电微波通信在数据通信中占有重要地位。微波的
频率范围为 300MHz～ 300GHz，但主要是使用 2～
40GHz的频率范围。微波在空间主要是直线传播。由
于微波会穿透电离层而进入宇宙空间，因此它不像短
波通信可以经电离层反射传播到地面上很远的地方。
微波通信有两种主要的方式：即地面微波接力通信和
卫星通信。
2002年 计算机网络 70
地球
地面站之间的直视线路 微波传送塔
地面微波接力
? 在物理线路昂贵或地理条件不允许的情况下适用；
? 通过地球表面的大气传播，易受到建筑物或天气的影响；
? 两个地面站之间传送，距离为 50 -100 km；
2002年 计算机网络 71
微波接力的特点
? 微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容
量很大。
? 微波通信受外界干扰比较小，传输质量较高。
? 与相同容量和长度的电缆载波通信比较，微波接力通信建设投
资少，见效快。
? 微波接力通信也存在如下的一些缺点：
? 相邻站之间必须直视，不能有障碍物（”视距通信”）。有时
一个天线发射出的信号也会分成几条略有差别的路径到达接收
天线，因而造成失真。
? 微波的传播有时也会受到恶劣气候的影响。
? 与电缆通信系统比较，微波通信的隐蔽性和保密性较差。
? 对大量中继站的使用和维护要耗费一定的人力和物力。
2002年 计算机网络 72
地球
地面站 地面站
卫星通信
? 优点：
? 通信距离远，在电波覆盖
范围内，任何一处都可以
通信，且通信费用与通信
距离无关。
? 受陆地灾害影响小，可靠
性高；
? 易于实现广播通信和多址
通信；
? 缺点：
? 通信费用高，延时较大；
? 10GHZ以上雨衰较大；
? 易受太阳噪声的干扰；
? C波段 4/6 GHz
? 上行 5.925～ 6.425 GHz
? 下行 3.7～ 4.2 GHz
? KU波段 11/14 GHz
? 上行 14～ 14.5 GHz
? 下行 11.7～ 12.2 GHz
2002年 计算机网络 73
35,860
公里
地球
地球同步卫星
? 从技术角度上讲，只要在地球赤道上空的同步轨道上，等距
离地放置三颗相隔 120度的卫星，就能基本上实现全球的通信。
? 为了避免产生干扰，卫星之间的相隔不能小于 2度，因此，整
个赤道上空只能放置 180个同步卫星。一个典型的卫星通常拥
有 12～ 20个转发器。每个转发器的频带宽度为 36或 72MHz。
2002年 计算机网络 74
红外线和毫米波
? 光波传输
? 应用：在短距离内连接两个通信设备；
? 缺点：不能穿透雨和浓雾，易受天气影响；
? 特点：
? 用于短距离通信，如电视、录象机等的遥控；
? 缺点：
? 不能穿透固体；
2002年 计算机网络 75
常用传输媒体的比较
传输媒体 速率 传输距离 抗干扰性 价格 应用 示例
双绞线
模拟
3 0 0 - 3 4 0 0 Hz ；
数字
10 - 1 0 0 M bps
几十公里 可以 低
模拟传输
数字传输
用户环线
L A N
50 ? 同轴
电缆
1 0 M 1 公里内 较好 略高于 TP 基带数字信号 L A N
75 ? 同轴
电缆
3 0 0 - 4 5 0 M Hz 1 0 0 公里 较好 较高
模拟传输，可
分多信道混合
传输电视、数
据及 CD 音频
CA T V
光纤
1 0 0 M - 几千
M b p s
30 公里 很好 较高 远距离传输
长话线路，主
干网
短波 几十 - 几百 bps 全球
一般，通
信质量差
较低 远程低速通信 广播
地面微波
接力
4 - 6 G H z 几百公里 很好
低于同容量
和长度的电
缆
远程通信 电视
卫星 4 ~1 4 G H z
三万六千多
公里
很好
费用与距离
无关
远程通信
电视、电话、
数据
2002年 计算机网络 76
通信接口及设备
? 广泛使用的通信设备接口标准有：
? EIA RS-232C；
? EIA RS-499；
? ITU-T建议的 X.21等标准。
? RS (Recommended Standard)表示推荐标准,232、
499等为标识号码，而后缀（如 RS-232C中的 C）表
示该推荐标准被修改过的次数。 ITU-T也有一些相应
的标准。
? 与 EIA RS-232C兼容的 ITU-T V.24建议，与 EIA RS-
422兼容的 ITU-T V.10等。
2002年 计算机网络 77
EIA RS-232C接口
? 在串行通信中,EIA RS-232C是应用最为广泛的标准,EIA在
1969年公布的数据通信标准，其后为了改进 RS-232C的局限性，
提供更高的传输距离和数据速率，增加了新的功能，如环路测
试功能，在 1977年颁布了 RS-499。由于 RS-499标准太复杂，
EIA于 1987年颁布了与 RS-232C兼容的改进版 RS-232D。
? 发送和接收数据的计算机或终端系统，称为数据终端设备
（ DTE），如计算机。用来实现信息的收集、处理和变换的设
备称为数据通信设备（ DCE），如调制解调器。
公 用 电 话 网
调 制 解 调 器
计 算 机
计 算 机
调 制 解 调 器
D T E D C E D C E D T E
R S - 2 3 2 C
R S - 2 3 2 C
2002年 计算机网络 78
RS-232C接口的特性
? RS-232C使用 9针或 25针的 D型连接器 DB-9或 DB-25。
? 目前，绝大多数计算机使用的是 9针的 D型连接器。
RS-232D规定使用 25针的 D型连接器。
? RS-232C采用的信号电平－ 5～－ 15V代表逻辑,1”，
＋ 5～＋ 15V代表逻辑,0”。在传输距离不大于 15米
时，最大速率为 19.2kbps。
1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3
1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5
1 2 3 4 5
6 7 8 9
D B - 2 5 针
D B - 9 针
2002年 计算机网络 79
RS-232C接口各针脚的功能定义
针脚号 信号名称 说 明
1 保护地 （ SHG） 屏蔽地线
7 信号地 （ SIG） 公共地线
2 发送数据 （ TxD） DTE将数据传送给 DCE
3 接收数据 （ RxD） DTE从 DCE接收数据
4 请求发送 （ RTS） DTE到 DCE表示发送数据准备就绪
5 允许发送 （ CTS） DCE到 DTE表示准备接收要发送的数据
6 数据传输设备就绪 （ DSR） 通知 DTE,DCE已连到线路上准备发送
20 数据终端就绪 （ DTR） DTE就绪，通知 DCE连接到传输线路
22 振铃指示 （ RI） DCE收到呼叫信号向 DTE发 RI信号
8 接收线载波检测 （ DCD） DCE向 DTE表示收到远端来的载波信号
21 信号质量检测 DCE向 DTE报告误码率的高低
23 数据信号速率选择器 DTE与 DCE间选择数据速率
24 发送器码元信号定时 （ TC） DTE提供给 DCE的定时信号
15 发送器码元信号定时 （ TC） DCE发出，作为发送数据时钟
17 接收器码元信号定时 （ RC） DCE提供的接收时钟
2002年 计算机网络 80
RS232接口 DB-9和 DB-25的对应关系
DB-9 信号名称 DB-25
1 载波检测（ CD） 8
2 发送数据（ TD） 2
3 接收数据（ RD） 3
4 数据终端准备（ DTR） 20
5 信号地（ SIG） 7
6 数据传输设备准备（ DSR） 6
7 请求发送（ RTS） 4
8 允许发送（ CTS） 5
9 振铃指示（ RI） 22
2002年 计算机网络 81
RS-232接口的应用
? 异步应用
? 两个 DTE（计算机）设备通过电话线进行异步通信，并使用
调制解调器作为数据通信设备。
? 同步应用
? 两个 DTE设备通过 RS-232C进行同步通信，使用 DB-25针接
口的第 17和第 24针脚提供外同步的时钟信号，实现数据的收
发。
? 由于 9针的 RS-232C接口不能提供时钟信号，因而不能进行同
步通信。
计 算 机
公 用 电 话 网
调 制 解 调 器
计 算 机
M O D E M
D T E D C E
D T E
R S - 2 3 2 C
T D
R D
R T S
C T S
D S R
S I G
C D
D T R
R I
D C E
2
7
3
8
6
5
1
4
9
2
7
3
8
6
5
1
4
9
2002年 计算机网络 82
RS-232接口的空 Modem连接
? 当近距离的两个 DTE之间进行通信时，可以不使用 Modem，而
是采用空 Modem连接方式
? 例如，两个 DTE之间分别采用两个 25针和两个 9针 RS-
232C接口的空 Modem连接方式。
计 算 机
计 算 机
2
7
3
2 0
6
8
4
5
R T S
C T S
C D
D T R
T D
R D
S I G
D S R
R T S
C T S
C D
D T R
T D
R D
S I G
D S R
D B - 2 5 针 空 M o d e m 连 线
计 算 机
计 算 机
R T S
C T S
C D
D T R
T D
R D
S I G
D S R
R T S
C T S
C D
D T R
T D
R D
S I G
D S R
D B - 9 针 空 M o d e m 连 线
4
2
5
3
6
7
8
1
4
2
5
3
6
7
8
1
2
7
3
2 0
6
8
4
5
2002年 计算机网络 83
空 Modem的简单连接方式
? 在实际应用中,DTE与 DCE之间,DTE和 DTE之间可以使用最
简单连接方式
? DTE与 DCE相连时,DTE和 DCE对应的针脚直连，且只
需要使用发送 TD、接收 RD和信号地 SIG。
? 对于 DTE与 DTE相连时，相对的发送和接收针脚需要交
叉相连，因此，有时也把空 Modem线称为串口交叉线。
计 算 机
计 算 机
T D
R D
T D
R D
S I G
使 用 D B - 9 针 最 简 单 的 空
M O D E M 连 线
2
5
3
4
6
7
8
1
2
5
3
4
6
7
8
1
D C E
D T E
调 制 解 调 器
计 算 机
D T E D C E
T D
R D
S I G
2
7
3
8
6
5
1
4
9
2
7
3
8
6
5
1
4
9
使 用 D B - 9 针 连 接 D T E 和 D C E
2002年 计算机网络 84
RS-232C接口的工作流程
? RS-232C接口的工作流程是指按照各个针脚的状态有序地实
现数据传输。
? 例如：两个 DTE之间采用租用线路实现全双工同步数据
传输的全过程。
? 建立连接阶段；
? 数据传输阶段；
? 释放连接阶段；
2002年 计算机网络 85
公 用 电 话 网
调 制 解 调 器
计 算 机 计 算 机调 制 解 调 器
D T E D C E
D C E
D T E
R S -2 3 2 CR S -2 3 2 C
1
2
3
4
5
6
7
8
17
20
24
4
5
8
1
2
3
4
5
6
7
8
17
20
24
4
5
8
1
3
2
4
5
6
7
8
24
20
17
4
5
8
1
3
2
4
5
6
7
8
24
20
17
4
5
8
载 波 开 启
载 波 关 闭
载 波 开 启
载 波 关 闭
关 闭
关 闭
关 闭
关 闭
关 闭
关 闭
数 据
数 据
建 立 连 接
阶 段
数 据 传 输
阶 段
释 放 连 接
阶 段
屏 蔽 地
信 号 地
数 据 终 端 准 备
数 据 传 输 设 备 准 备
接 收 线 载 波 检 测
请 求 发 送
允 许 发 送
接 收 数 据
接 收 器 码 元 信 号 定 时
发 送 数 据
发 送 器 码 元 信 号 定 时
2002年 计算机网络 86
EIA RS-449接口
? 由于 RS-232C标准采用的信号电平高，为非平衡发送
和接收方式，而且其接口电路由于有公共地线，当信
号线穿过电气干扰环境时，发送的信号将会受到影响，
若干扰足够大，发送的,0”会变成,1”，,1”会变成
,0”，所以存在 数据传输速率低, 传输距离短, 串扰
信号较大 等缺点。为了改善 RS-232C的性能，提高抗
干扰能力，增加传输距离,EIA推荐了和 RS-232C完
全兼容的 RS-449接口标准。
2002年 计算机网络 87
RS-449/V.35标准
? RS-449标准规定的接口特性 与 CCITT V.35一致；
? 采用 37针和 9针连接器,其中 37针连接器包含了与
RS-449相关的所有信号 ；
? 每一个信号线均需采用一对导线；
? 通过测试线可以自环进行测试，以检验通信设备是
否有故障；
? RS-449有两个子标准，即平衡式的 RS-422A标准和
非平衡式的 RS-423A标准。
? RS-423-A：规定电气特性为非平衡传输，有公共地，
电缆长度 10米，最大数据率为 100kbps
? RS-422-A：规定电气特性为平衡传输，无公共地，
电缆长度 100米，最大数据率为 1Mbps;
2002年 计算机网络 88
DTE DCE
T（发送）
C（控制）
R（接收）
I（指示）
S（位定时）
B（字节定时，可选）
Ga（ DTE公共回线）
G（地）
X.21建议书
? X.21是 ITU-T推荐的数字接口，用于在公用数据网上
进行同步操作的 DTE和 DCE之间的通用接口。 X系列
的 X.21bis可以将 X.21转换为适合于模拟信道的接口，
起到从模拟信道过渡到数字信道的作用。
? 机械特性,15根引脚；
? 功能特性,8条信号线；
2002年 计算机网络 89
X.21接口的工作流程
? X.21接口标准规定了在建立
和释放呼叫,DTE与 DCE之
间交换的信息（ DCE表示
DTE和网络接口的设备）
? C:控制电路
? T:发送电路
? R:接收电路
? I,指示电路
? X.21bis 建议
? 用于 EIA-232-D/V.24设
备 的过渡，使用模拟信
道,DCE为同步
MODEM；
主叫 DTE DCEC接通,T=0
R=“++...+”
T= 被叫地址
R=呼叫进行信号
R=1,I 接通
T= 数据
C断开,T= 0
R=0,I 断开
建
立
连
接
拆
除
连
接
数
据
传
输
2002年 计算机网络 90
调制解调器
? Modem是为数字信号在具有有限带宽的模拟信道上
进行远距离传输而设计的，是一种数据通信设备 DCE。
其主要功能是进行信号的调制和解调，在 DTE和模拟
传输线路之间起到数字信号与模拟信号之间的转换作
用。
? 计算机也可以通过 Modem的传真和语音功能，发送
传真以及提供电话录音留言和全双工的免持听筒服务。
2002年 计算机网络 91
调制解调器的组成
? Modem一般由基带处理、调制解调、信号放大和滤波、均衡等
几部分组成。
基 带
处 理
调 制,
放 大
滤 波 均 衡解 调滤 波
判 决
取 样
载 波 噪 声 时 钟载 波
物 理 信 道
发 送 接 收
2002年 计算机网络 92
调制解调器的分类一
? 按通信设备分类可分为：
? 拨号 Modem
? 拨号 Modem主要用于公用电话网上传输数据。拨
号 Modem具有在性能指标较低的环境中进行有效
操作的特殊性能。多数拨号 Modem具备自动拨号、
自动应答和自动拆线等功能。
? 专线 Modem
? 专线 Modem主要用在专用线路或租用线路上，它
不必带有自动应答和自动拆线功能。专线 Modem
的数据传输率比拨号 Modem要高。
2002年 计算机网络 93
调制解调器的分类二
? 按 Modem速度分类
? 传输速率在 1200bps以下的为低速 Modem,1200～ 9600bps
之间的为中速 Modem,9600bps以上的为高速 Modem。
? 按 Modem调制方式分类
? 一般 Modem产品的调制方式有频移键控、差分相移键控、正
交幅度调制等。
? 按 Modem内部控制方式分类
? 分为智能 Modem和非智能 Modem两类。智能 Modem的内部
控制逻辑由微处理器实现，它能够接收一系列 Modem控制命
令（ AT命令集）来完成通信过程的控制，并具有自动拨号、
重复拨号、选择传输速率等功能。
2002年 计算机网络 94
调制解调器的分类三
? 按数据传输方式分类
? 同步 Modem
? 异步 Modem
2002年 计算机网络 95
调制解调器的分类四
? 按 Modem与计算机的连接方式分类
? 外置式 Modem
? 内置式 Modem
2002年 计算机网络 96
调制解调器的标准
? Modem标准主要是按 ITU-T V系列建议的标准 。
ITU-T建议 信号速率 (bps) 调制方式
V.21 300 FSK
V.22 1200 4 –PSK
V.22bis 2400/1200 16-QAM/4-DPSK
V.23 1200 FSK
V.26 2400 4-PSK
V.27 4800 8-PSK
V.29 9600 16-QAM
V.32 9600 32-QAM
V.32bis 14400 64-QAM
V.33 14400 128-QAM
V.34 28800～ 33600 4096-QAM
2002年 计算机网络 97
关于 56K的调制解调器
? 对于 56K的调制解调器,ITU-T为其制定的标准为
V.90，它是一种传输速率非对称的调制解调器，其下
行传输速率可以达到 56Kbps，但上行传输速率是
33.6Kbps。
? 在用户使用 56K的 Modem拨号连接 Internet时，只有
当提供拨号接入的 ISP具有数字中继线时，才可以使
用用户 Modem的下行传输速率达到 56Kbps。若两个
用户使用 56Kbps的 Modem进行直接拨号连接时，
Modem的传输速率最高只能达到 33.6Kbps。
2002年 计算机网络 98
调制解调器的压缩标准
? 数据压缩指的是发送端的 Modem在发送数据以前先将数据进行
压缩，而接收端的 Modem收到数据后再把数据还原，从而提高
了 Modem的有效传输速率。
? 通常使用的压缩技术有两种：
? ITU-T规范
? ITU-T规范的 V,42bis标准，使用的是 Huffman（霍夫曼）
编码技术。 Huffman压缩技术非常适合于压缩文本数据
文件。
? Microcom网络协议 MNP（ Microcom Networking
Protocol）,MNP是一组独立的差错控制和数据压缩标准，
MNP有几种压缩编码方式。
? MNP5：在一行中发现有 3个以上相同字符时则发送该字
符及重复个数，从而达到压缩目的。对于图表文件，使用这种协议达到的压缩比很高,MNP5可以实现 2∶ 1的
压缩比。
? MNP 7：根据字符对的频率进行编码字符，进一步提高
压缩能力, MNP7的压缩比可以达到 3∶ 1。
2002年 计算机网络 99
调制解调器的差错技术标准
? 对于高速 Modem，线路中的瞬间噪声可使 Modem产生多位错
误。因此必须采用差错控制技术，制定相应的标准。
? 常用的差错控制标准有 ITU-T和 MNP标准
? ITU-T标准
? ITU-T的差错控制标准是 V.42。
? MNP标准
? MNP标准使用的最广泛。 MNP5和 MNP7定义了数据压缩技
术,MNP1～ 4以及 MNP10用于描述差错控制技术。
? MNP4差错控制标准的 Modem已得到广泛应用。 V.42把
MNP4作为选项。如果某个 Modem应答时不支持 V,42标准，
则可用 MNP4方式，从而做到兼容。
? MNP10是功能非常齐全的差错控制协议，可用于像蜂窝电
话这样的噪声环境。
? 使用 ITU-T V.42和 MNP4协议的 Modem可以协商传输速率。如
果通信线路在某个速率条件下连续出错次数超过一个设定值，则通信双方的 Modem降低速度，直到可以正常传输数据为止。
2002年 计算机网络 100
差错控制技术
? 根据数据通信系统的模型，当数据从信源发出，经过
通信信道传输，由于信道总存在着一定的噪声，数据
到达信宿端后，接收的信号实际上是数据信号和噪声
信号的叠加。接收端在取样时钟作用下接收数据，并
根据阈值电平判断信号电平。如果噪声对信号的影响
非常大时，就会造成数据的传输错误，
2002年 计算机网络 101
数据通信中的实际情况
0 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0
0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0
发 送 的 数 据
信 号
噪 音
信 号 + 噪 音
采 样 时 钟
接 收 的 数 据
差 错 比 特
阈 值
2002年 计算机网络 102
通信信道中的噪声
? 通信信道中的噪声分为热噪声和冲击噪声。
? 热噪声
? 是由传输媒体的电子热运动产生的，其特点是时刻
存在，幅度小，干扰强度与频率无关，但频谱很宽，
属于随机噪声。
? 由热噪声引起的差错属于一种随机差错。
? 冲击噪声
? 是由外界电磁干扰引起的，与热噪声相比，冲击噪
声的幅度较大，是引起差错的主要原因。冲击噪声
持续时间与数据传输中每个比特的发送时间相比，
可能较长，因而冲击噪声引起的相邻多个数据位出
错呈突发性。
? 冲击噪声引起的传输差错称为突发差错。
2002年 计算机网络 103
差错产生的原因
? 在通信过程中出现的传输差错，是由随机差错和突发
差错共同构成的，而造成差错可能的原因包括：
? 在数据通信中，信号在物理信道上的线路本身的电
气特性随机产生的信号幅度、频率、相位的畸形和
衰减；
? 电气信号在线路上产生反射噪声的回波效应；
? 相邻线路之间的串线干扰；
? 大气中的闪电、电源开关的跳火、自然界磁场的变
化以及电源的波动等外界因素。
2002年 计算机网络 104
差错的控制
? 在数据通信中，原发送信息，不具备抗干扰性能，如
果引入冗余度后，就可以使新的码组具有一定的抗干
扰能力。
? 例如，两个码元构成四种码组 00,01,10,11，无
法检错，而使用三个码元，有用码组为 000,011、
101和 110；
? 目前差错控制常采用冗余编码方案，检测和纠正信息
传输中产生的错误。
? 冗余编码思想就是,把要发送的有效数据在发送时按
照所使用的某种差错编码规则加上控制码（冗余码），
当信息到达接收端后，再按照相应的校验规则检验收
到的信息是否正确。
2002年 计算机网络 105
差错编码
? 差错检测编码：
? 奇偶校验码；
? 水平垂直奇偶校验码；
? CRC循环冗余码等；
? 差错纠错编码：
? 汉明码；
? 卷积码；
2002年 计算机网络 106
奇偶校验码
? 采用奇偶校验法，在每个字符的数据位传输之前，先检测并
计算奇偶校验位，然后将其附加在后；
? 根据采用的奇偶校验位是奇数还是偶数，推出一个字符包含
,1”的数目，接收机重新计算收到字符的奇偶校验位，并确
定该字符是否出现传输差错；
? 若每个字符只采用一个奇偶校验位时，只能发现单个比特差
错，如果有两个或两个以上比特出错，奇偶校验位无效；
? 异步传输和面向字符的同步传输均采用奇偶校验技术；
计 算 机 计 算 机
要 发 送 的 数 据
计 算 校 验 位,将
其 附 加 在 数 据 后
01
起 始 位
数 据 位
起 始 位
校 验 位
最 终 接 收 的 数 据
检 验 校 验 位,判
断 是 否 正 确
异 步 传 输
2002年 计算机网络 107
循环冗余码 CRC
? CRC是一种较为复杂的校验方法，它先将要发送的信息
数据与一个通信双方共同约定的数据进行除法运算，并
根据余数得出一个校验码，然后将这个校验码附加在信
息数据帧之后发送出去。接收端接收数据后，将包括校
验码在内的数据帧再与约定的数据进行除法运算，若余
数为,0”，就表示接收的数据正确，若余数不为,0”，
则表明数据在传输的过程中出错。
计 算 机 计 算 机
要 发 送 的 数 据
计 算 出 C R C 码,将
其 附 加 在 数 据 后
最 终 接 收 的 数 据
重 新 计 算,判 断
是 否 正 确
同 步 传 输
数 据 块
C R C 码
同 步 字 节
2002年 计算机网络 108
差错检测
? 差错检测的方法：
? 前向差错控制 (前向纠错 FEC)：
? 接收端检测到接收信息有错后，通过一定的运算，
确定差错的具体位置，并自动加以纠正。
? 差错检测编码有奇偶校验码、水平垂直奇偶校验码,CRC循
环冗余码等。
? 差错纠错编码有汉明码和卷积码等。
? 差错纠错编码也只能解决部分出错的数据，对于
不能纠正的错误，就只能使用 ARQ的方法。
? 反馈重发 (自动请求重发 ARQ)：
? 接收端检测到接收信息有错后，通过反馈信道要
求发送端重发原信息，直到接收端认可为止，从
而实现纠错；
2002年 计算机网络 109
停止等待协议
? 在停止等待 ARQ方式中，发送端在发送完一个数据帧后，要等
待接收端返回的应答信息，若应答为确认信息（ ACK）时，发
送端才可以继续发送下一个数据帧；若应答为不确认帧（ NAK）
时，发送端需要重发这个数据帧。停止等待 ARQ协议非常简单，
由于是一种半双工的协议，因此系统的通信效率低。
2002年 计算机网络 110
连续 ARQ协议
? 工作原理
? 发送方发完一帧后，不必停下来等待对方的应答，可以连续发
送若干帧；如果在发送过程中收到接收方的肯定应答，可以继
续发送；若收到对其中某一帧的否认帧，则使用某种 ARQ方式
重发数据；
? 优点
? 连续发送提高了信道利用率；
? 连续 ARQ协议包括
? 选择 ARQ
? Go-Back-N ARQ
2002年 计算机网络 111
ARQ
发 送 端 接 收 端
D A T A 1
D A T A 2
D A T A 3
D A T A 4
D A T A 5
A C K 1
A C K 2
A C K 3
N A K 4
N A K 4
D A T A 5
D A T A 4
A C K 4
A C K 5
D A T A 6
A C K 6
D A T A 1
D A T A 2
D A T A 3
D A T A 4
D A T A 5
A C K 1
A C K 2
A C K 3
N A K 4
A C K 5
D A T A 6
D A T A 4
A C K 4
A C K 6
发 送 端 接 收 端
发 送 端 接 收 端
D
A
T
A
1
D
A
T
A
2
A
C
K
N
A
K
D
A
T
A
2
A
C
K
停 止 等 待 A R Q 选 择 A R Q G o - B a c k - N
2002年 计算机网络 112
选择 ARQ与 Go-Back-N的比较
? 采用选择 ARQ方式时，由于接收到的数据帧有可能
是乱序的，因此，接收端必须提供足够的缓存先将每
个数据帧保存下来，然后对数据帧重新排序。但由于
该方式仅重发出错的数据帧，因此，信道利用率高。
? 对于 Go-Back-N方式，接收到的数据帧是按顺序排列
的，因而接收端不需要太多的缓存，但由于发送端要
将出错数据之后的已发送数据帧重新发送，致使信道
利用率相对较低。
