数据通信系统设计-数据通信原理课程设计姓 名 张娜学号P111813684学院电气工程学院专业班级2011级通信工程1班摘要随着微电子技术、计算机技术的飞速发展，交换技术得到了空前的发展。从 电话交换一直到当今数据、综合业务数字交换，交换技术经历了从人工交换到自 动交换的过程。介绍了分组交换技术的一些基本概念及其开发应用，阐述了分组 交换技术在我国的发展现状，指出分组交换技术是适应计算机通信要求而发展 起来的一种先进的通信技术，本文介绍了分组交换技术和数据通信网的一些基本 概念及其特点。关键字：分组交换数据通信协议1.引言12数据通信系统12.1数据终端设备12.2数据电路22.3 中央计算机系统 23数据通信系统设计23.1数据通信系统框图及功能23.1.1 用户33.1.2 分组33.1.3信源编码33.1.4 加密33.1.5信道编码33.1.6数字调制33.1.7复用技术33.1.8抽样判决器33.2分组交换数据网33.2.1分组交换数据网的构成33.2.2分组交换数据网的主要设备44. 分组交换网的主要技术原理84.1统计时分复用84.2虚电路与数据报84.2.1虚电路84.2.2数据报94.3分组交换的技术特点95. 分组交换网通信协议105.1 X.25 105.1.1 X.25 的层次105.1.3 X.25的网络层115.2 X.3、X.28 和 X.29 115.2.1 X.3 115.2.2 X.28 126分组交换网的路由选择 127分组交换网提供的业务功能138.总结16参考文献171. 引言分组交换技术是由数据通信发展而来的。在20世纪60年代，随着计算机的 发展和广泛应用，为解决信息资源和设备资源的共享问题，在计算机之间利用通 信手段交换信息，数据通信技术应运而生。传统的通信网络都是在电路交换网上 加装数据传输设备之后进行数据传输，这种通信模式具有时延小、信息传输效率 高等优点。但是，这种模式的缺点也是显而易见的，那就是电路利用率较低，由 两台计算机之间的电路固定分配给它们使用。在它们的通信间隙，别的用户无法 使用其中的线路，为提高线路的利用率就需要对网络交换方式进行修改。分组交换是将用户传送的数据划分成一定的长度，每个部分叫做一个分组。 在每个分组的前面加上一个分组头，用以指明该分组发往何地址，然后由交换机 根据每个分组的地址标志，将他们转发至目的地，这一过程称为分组交换，进行 分组交换的通信网称为分组交换网。2. 数据通信系统数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备与计算机系统 连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。数据通信系统的基本构成 如图2-1所示。(DTK)数摞电蹋Cl/IK：数黑链路通苗 控制主机传桝伯M图2-1数据通信系统的基本结构21数据终端设备数据终端设备（DTE）由数据输入设备（产生数据的数据源）数据输出设备 （接收数据的数据宿）和传输控制器组成。数据输入输出设备的作用类似于电话与电报通信中的电话机和电传机，他在发送端把人们的数据信息变成以数字代码表示的数据信号，即将数据转换为数据 信号；接收端完成相反的变换，即把数据信号还原为数据。传输控制器的作用是完成各种传输控制，如差错控制、终端的接续控制、确 认控制、传输顺序控制和切断控制等。22数据电路数据电路位于DTE与计算机系统之间，它的作用是为数据通信提供传输通- 道。在数据电路两端收发的是二进制“1”和“0”的数据信号。数据传输电路要 保证DTE的数据信号送到计算机系统以及由计算机系统送回DTE。数据电路由传输信道及其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。2.3中央计算机系统中央计算机系统由通信控制器、主机及其外围设备组成，具有处理从数据终 端设备输入的数据信息，并将处理结果向相应的数据终端设备输出的功能。通信控制器是数据电路和计算机系统的接口，控制与远程数据终端设备连接 的全部通信信道，接收远端DTE发来的数据信号，并向远端DTE发送数据信号。主机又称为中央处理机，由中央处理单元（CPU）、主存储器、输入输出设备 以及其他外围设备组成，其主要功能是进行数据处理。3. 数据通信系统设计3.1数据通信系统框图及功能吃户1Jwa：L逼编円*敌糾制H hi蛊彳信道馆码|*数字谓側苕齐删昭）组用户1卜肘组4両译玛卜甫*疽道譯码 JI抽祥舛赛器数宇獰调网占響卜翩颗Rt Atil收滤世雜图3-1数据通信系统框图图3-1为基于分组交换网的数据通信系统结构示意图。其各模块的功能如下/示O3.1.1用户用户，即用户终端，也就是信源。是通信发起者。3.1.2分组分组，是为主机发送数据报分配一个唯一的数据报标识符。表示数据分组的 顺序。去分组则完成与之相反的工作。3.1.3信源编码信源编码的作用一是减少码元数目和降低码元速率，即通常所说的数据压缩; 作用二是将心愿的模拟信号转化为数字信号，以实现模拟信号的数字化传输。其 过程就是将模拟信号通过抽样、量化、编码转化成数字信号。3.1.4加密加密是为了通信的安全性，在传输之前进行一种数据保密处理。伪装明文的 操作成为加密。加密时所使用的变换规则成为加密算法。3.1.5信道编码信道编码目的是差错控制编码，降低误码率，提高通信的可靠性。差错控制 的核心是抗干扰编码，或者差错控制编码，简称纠错编码，也叫信道编码。3.1.6数字调制数字调制是为了是数字信号适合信道的传输而进行的处理的调制技术。本设 计中用的是FSK调制技术。数字解调完成相反的工作，解调技术为相干载波解调。3.1.7复用技术复用技术是为了使用路用户信息能在一条中继线上传输。解复用完成相反工 作。本设计中采用异步时分复用技术。3.1.8抽样判决器抽样判决器是将接收到的数字信号还原成0,1代码。3.2分组交换数据网3.2.1分组交换数据网的构成计算机通信的特点是传送信息的突发性，信息的传送希望在短时间内完成。分组交换方式的动态复用信道特性非常适合计算机通信，因此分组交换网得到了 迅速发展，当前已开通世界范围的分组交换数据网。分组交换网的基本结构如图3-2所示。通常采用分级结构，根据业务流量、 流向和行政地区设立各级分组交换中心。一级交换中心可用中转分组交换机或中 转与本地合一的分组交换机。一级交换中心相互连接构成的网通常称为骨干网。一级中心一般设在大中城市。由于大中城市之间的业务量一般较大，且各个方向 都有，所以骨干网一般采用全连通的不完全网状网的拓扑结构。二级以下的交换 中心一般设在中小城市。由于中小城市间业务量一般较少，而它与大城市之间的业务量一般较多，所以它们之间一般采用星状拓扑结构，必要时也可采用不完全 网状拓扑结构。分组交换网由分组交换机、网络管理中心、远程集中器与分组装 拆设备、分组终端和传输信道等组成。本地地交交机机或转转本地地合分分组交换机 高速线路高速或中速线路 分组终端图3-2分组交换网的基本结构3.2.2分组交换数据网的主要设备1. 分组交换机分组交换机是分组数据网的枢纽。根据交换机在网中所处地位的不同，可分 为中转交换机和本地交换机。前者容量大，每秒能处理的分组数目多，所有通路 端口都是用于分组交换机之间互连的中继端口，为此该机的路由选择功能强，能 支持的线路速率高；后者通信容量小，每秒能处理的分组数目少，绝大部分的线 路端口为用户端口，主要接至用户数据终端，只允许一个或几个通路端口作为中 继端口接至中转交换机，它具有本地交换的功能，所以它们无路由选择功能或仅有简单的路由选择功能。有时，为了网路的灵活，把上述两种交换机功能合二而 一，称为本地与中转合一的分组交换机，它既有中转交换机的功能，又有用户端 口。分组交换机主要有下列功能：(1) 其支持网路的基本业务(虚呼叫、永久虚电路)及补充业务，如闭合电路 群、快速选择、网路用户识别等；(2) 其可进行路由选择，以便在两个DTE之间选择一条较合适的路由；进行 流量控制，以使不同速率的终端也能进行互相通信.(3) 其可实现X.25、X.75等多种协议；(4) 其可完成局部的维护、运行管理、报告与诊断、计费及一些网路的统计 等功能。2. 网管中心为了使全网有效、协调地运行，甚至在网路中发生故障时仍能正常运行，同 时也为网路管理者和用户提供友好与方便的服务，全网设立网络管理中心(NMC)。 网络管理有两种方式，即集中管理和集中与分散相结合管理。集中管理方式适合 于网络规模较小场合，全网只设一个网管中心。网络规模较大时采用集中与分散 相结合的管理方式，如图3-3所示。这种方式中，全网设立一个全网管理中心(NMC C)及若干个区域网络管理中心(NMC R)。通过NMC-C可管理全网的骨干网及 各区域的NMC R，但它可以通过相关命令了解全网运行情况及有关信息。若网 中某个NMC R发生故障时，可由NMC C或另外的NMC R代替其工作。NMCC图3-3集中与分散相结合的网路管理方式网路管理中心的功能一部分由该设备自动完成，另一部分通过操作员终端由人工对网路进行管理与控制。其主要功能有：1) 网路配置管理与用户管理2) 日常运行数据的收集与统计3) 路由选择管理4) NMC通过网络对各交换机软件加载及修改5) 网络监测、故障告警与网络状态显示6) 计费管理3. 分组装拆设备和远程集中器计算机和智能终端与分组网之间的接口是按ITU-TX.25建议实施的，它们都 称为分组终端。对于较简单的异步字符终端(无X.25接口的终端)，可通过分组 装拆设备(PAD )接入分组网内。(1) 分组装拆设备(PAD)PAD可以安装在分组交换机内，也可设在远离分组交换机的地方，采用X.25 协议接至分组交换机，PAD主要有两个功能：a）规程转换功能PAD可把非分组终端的简单接口规程与X.25协议进行相互转换。完成字符 的组装和分组的拆卸。b）数据集中功能PAD可把各终端的字符数据流组成的分组，按照X.25协议在PAD至分组交 换机的中、高速线路上交织复用。（2）远程集中器（RCU）RCU的功能介于分组交换机与PAD之间，也可将其理解为PAD的功能与容量 的扩充。它不仅允许非分组终端接入（通过RCU内的PAD），也允许分组终端接入 （通过RCU的X.25同步端口）。RCU的主要功能有两项：a）数据集中功能和规程转换功能b）本地交换功能4. 分组终端具有X.25协议接口的分组终端是能接入分组数据交换网的数据通信终端设 备。它可以是一个独立的设备也可以在个人计算机（PC）的插槽内插入一块通信接 口板并配有X.25软件所构成。分组终端是具有X.25接口的设备总称。一般分组 终端都有基本的键盘会话、文件传送、支持多用户操作、支持多窗口和友好的人 机界面等功能。5. 传输信道传输信道是构成分组数据交换网的主要组成部分之一。交换机之间的传输信 道主要有两种形式，一种是PCM数字信道，另一种是模拟信道加调制解调器构成 的信道。用户线路也有两种形式，一种是数字信道，另一种是市话线路加装调制 解调器构成的信道。6. 进网方式电话拨号入网：用户采用X.28规程或X.32规程，用一个调制解调器通过公 用电话网（PSTN）连到分组