计算机网络之数据通信原理(中)

上节内容传送口:数据通信原理基础


1.数据传输方式

1.1并行传输

并行传输: 字符编码的各个比特同时传输

特点: 一个比特时间内可传输一个字符,传输速度快,每个比特传输要求一个单独的信道支持,通信成本高,远距离传输时,线间干扰导致可靠性下降。

1.2串行传输

串行传输:将组成字符的各个比特串行地发往线路

特点:传输速度低,一次一个比特;通信成本较低,只需一个信道。

1.3同步传输

**同步传输:**以多个字符或者多个比特组合成的数据块为单位进行传输,利用独特的同步模式来限定数据块,达到同步接收的目的。

SYN,SYN,G,H, ...,B,A,SYN,D,E,SYN,SYN→传输方向

发送:同步符号(起始字符)+数据块+同步符号(结束字符)

接收:遇到同步符号,开始接收数据,直到结束符号为止。

同步符号:标识数据块的开始和结束

可能问题:假同步现象---数据块中含有与同步符号相同的内容

解决方法:增加匹配同步符号的难度

同步技术

目的: 保证接收方在时间上与发送方取得同步,以便能够正确地识别和接收发送方发来的数据。 位同步: 使接收方可以正确地接收各个比特。

自同步法:接收方直接从数据波中获取同步信号(曼码)。

外同步法:发送方在发数据前,先向接收方发一串同步时钟序列,接收方根据这一同步时序锁定接收频率。(异步传输的起始/终止位)

字符同步: 使接收方可以正确地识别数据群。

利用同步传输时的同步字符(SYN),接收方在识别到独特的同步字符或同步模式后,才开始真正的数据接收。

1.4异步传输

**异步传输:**字符内部的各个比特采用固定的时间模式,每个字符独立传输, 字符之间间隔任意;用独特的起始位/终止位来限定每个字符,并同步双方的动作。 传输效率较低。

2.数据传输形式

单工传输 :任意时刻只允许向一个方向进行信息传输

半双工传输: 可以交替改变方向的信息传输,但在任一特定时刻,信息只能向一个方向传输;

全双工传输: 任意时刻信息都可进行双向的信息传输。

3.传输差错处理

**1.目的:**保证信息传输的正确性;噪声导致差错,无差错处理能力的系统是不可用系统。

**2.方法1:**反馈重传法(ARQ) (1) 发送方发送具有检测错误能力的代码(检错码); (2) 接收方根据代码的编码规则,验证接收到的数据代码, 并将结果反馈给发送方(正确接收/接收有错); (3) 发送方根据反馈的结果决定是否执行重传动作,如果接收方未正确接收,则重传; (4) 在规定的时间内,若未能收到反馈结果(称为超时),则发送方可以认为传输出现差错,进而执行重传动作。(超时重传)

3.停-等协议

发送一块数据,计时。

等待接收方的反馈结果,如果接到否定确认,重新传输本数据块;

如果收到接收确认,继续发送后继块数据;

如果计时器超时,重新传输本数据块。

停---等协议流程:

收发双方以半双工方式进行工作, 特点:控制简单,易于实现;等待验证,效率较低。

4.滑动窗口协议---停等协议的改进

(1) 发方可以连续发送多块数据(块数限于窗口尺寸);

(2) 收方对每块数据进行差错分析,如果发现错误,立即反馈发送方;

(3) 收方可对收到的多个正确的数据块进行一次性确认;

(4) 发方根据反馈的结果,重发指定的数据块(SB),或重发指定数据块及其之后的所有数据块(GBN),或者直接发送后续数据块。 SB:选择重传;GBN:后退N块重传

滑动窗口协议---流程示意;

允许连续发送多块数据;允许对多块数据统一确认。

特点:提高信道利用率,全双工方式,控制相对复杂。

5.方法2:前向纠错法(FEC)

发送方发送具有纠错能力的编码; 接收方根据编码规则纠正传输中的差错。

特点:无需反馈信道;编码复杂(纠错能力有限)。

6.常用检错码

检错码是差错检测的核心。

检错码=信息字段+校验字段(冗余字段)

校验字段和信息字段之间存在相关性、联动性;

校验字段越长,编码检错能力越强,编/解码设施越复杂;

附加的冗余信息在整个编码中所占的比例越大,传输的有效成分越低。

传输顺序:信息字段在前,校验字段在后。

①奇偶校验码

奇/偶校验码的校验字段仅占1个比特(1位,校验位)。

(1) 水平奇/偶校验码 (可发现奇位错)

校验位的取值应使整个码字(包括校验位)中为"1"的比特个数为奇(偶)数。

传输时,形成的校验位附加在信息字段之后传输。

编码效率: Q/(Q+1) (信息字段占Q个比特)

异步传输方式中采用偶校验,同步传输方式中采用奇校验。

(2) 垂直奇/偶校验码 (可发现有限位错)

将被传输的信息进行分组,每个分组(字符)的相同位进行奇/偶校验

编码效率为: PQ/P(Q+1) (假设信息分组占Q行P列)

(3) 水平垂直奇/偶校验码(可用于纠一位错) 同时实施水平、垂直校验,只能使用偶校验。

若被传的信息分组占Q行P列, 编码效率为QP/(P+1)(Q+1)

奇/偶校验码是最常用的校验码; 应用时应注意信息字段(字符)的传输方向(依赖通信协议);校验字段附接信息字段之后传输。

②循环校验码(CRC)

若信息字段为K位,校验字段为R位,则码字长度为N=K+R;

任一合法码字都可由一个R次多项式g(x)产生。

合法码字 V(x) = xR m(x)+r(x) = A(x)g(x)

m(x)--- K次信息多项式,信息字段,

r(x)--- R-1次校验多项式,校验字段,

g(x)--- R次生成多项式

g(x)=g0 + g1x + g2x2 + ...+ g(R-1)x(R-1) + gRxR。

其中: gi = 0 或 1,0<i<R;g0 = gR =1,

原理:当确定字段长度后,任意一个二进制位串(字段)都可以和一个系数仅为0和1取值的多项式一一对应。

若信息字段为K位,校验字段为R位,则码字长度为:N=K+R;

任一合法码字都可由一个R次多项式g(x)产生。

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