网络技术基础.pptx

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1、第第1章章计算机网络概论计算机网络概论第1页/共94页第一讲第一讲 掌握计算机网络的定义；理解计算机网络的系统组成；掌握计算机网络的分类；熟悉网络拓朴结构含义。了解数据编码技术、数据传输方式及交换技术的基本概念；掌握数据通信中数据、信号、传输及传输速率的基本概念。了解计算机网络体系结构，掌握OSI、TCP/IP参考模型分层方法，理解IEEE 802局域网参考标准。第2页/共94页一、计算机网络概述1、网络概念 计算机网络是将地理上分散的且具有独立功能的多个计算机系统，通过通信线路和设备相互连接起来，在软件支持下实现数据通信和资源（资源包括硬件、软件等）共享的系统。第3页/共94页对于这个定义可

2、从以下几个方面进行理解：（1）计算机网络是多个计算机的集合系统。网络中的计算机最少是两台，大型网络可容纳几千台甚至几万台主机。目前世界上最复杂的最大的网络就是国际互联网即因特网（Internet）。这些计算机可处在不同的地理位置，小到一个房间，大至可在全球范围内。网络中的各计算机具有独立功能，即没有主从关系，一台计算机的启动、运行和停止不受其他计算机的控制。第4页/共94页（2）网络中的各计算机进行相互通信，需要有一条通道（信道），即网络传输介质，它可以是有线的（如双绞线、同轴电缆和光纤等），也可以是无线的（如激光、微波和通信卫星等），通信设备是在计算机与通信线路之间按照一定通信协议传输数据的

3、设备。网络内的计算机通过一定的互联设备与通信技术连接在一起，通信技术为计算机之间的数据传递和交换提供了必要的手段。因此，网络中的计算机之间能够互相进行通信。第5页/共94页（3）网络中的各计算机之间交换信息和资源共享，必须在完善的网络协议和软件支持下才能实现。（4）资源共享是指网络中的计算机都可以使用其它各计算机系统提供的资源，包括硬件、软件和数据信息等。第6页/共94页计算机网络的组成与结构计算机网络的组成与结构计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。计算机网络要完成数据处理与数据通信两大基本功能。早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能上分为早期计算机网络主要是广域网，它从逻辑功能

4、上分为资源子网和通信子网两个部分：资源子网和通信子网两个部分：资源子网资源子网负责数据处理的主计算机与终端；负责数据处理的主计算机与终端；通通信信子子网网负负责责数数据据通通信信处处理理的的通通信信控控制制处处理理机机与与通信线路。通信线路。第7页/共94页网络基本组成 从网络系统基本组成讲，一个计算机网络主要分成计算机系统、数据通信设备、网络软件及协议三大部分；而从系统功能讲，一个计算机网络又可分为资源子网和通信子网两大部分。第8页/共94页（1 1）计算机系统 计算机系统是网络的基本模块，主要完成数据信息的收集、存储、处理和输出任务，并提供各种网络资源。计算机系统根据在网络中的用途可分为服

5、务器和客户机。（2 2）数据通信设备 数据通信系统是连接网络基本模块的桥梁，它提供各种连接技术和信息交换技术，主要由通信控制处理机、传输介质和网络连接设备等组成。（3 3）网络软件 网络软件一般包括网络操作系统、网络协议、通信软件以及管理和服务软件等。第9页/共94页 从计算机网络的系统功能来看，主要完成两种功能，即网络通信和资源共享。把计算机网络中实现网络通信功能的设备及其软件的集合称为通信子网，而把网络中实现资源共享的设备和软件的集合称为资源子网。通信子网主要负责全网的数据通信，为网络用户提供数据传输、转接、加工和变换等通信处理工作，它主要包括通信线路、网络连接设备、网络通信协议、通信控制

6、软件等。资源子网主要负责全网的信息处理，为网络用户提供网络服务和资源共享功能等，它主要包括网络中所有的主计算机、I/O设备、终端、各种网络协议、网络软件和数据库等。第10页/共94页 资源子网和通信子网两个部分的结构示意图资源子网和通信子网两个部分的结构示意图 第11页/共94页资源子网的概念资源子网的概念资源子网的组成资源子网的组成 主机主机 终端终端 终端控制器终端控制器 外设外设 软件资源软件资源 信息资源信息资源主机主机（host）大型机、大型机、中型机、小型机、工作站或微中型机、小型机、工作站或微机机 终端终端（terminal）用户访问网络的界面用户访问网络的界面;终端可以是简单的

7、输入、输出终端，也可以是带有终端可以是简单的输入、输出终端，也可以是带有微处理机的智能终端微处理机的智能终端;终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制终端可以通过主机连入网内，也可以通过终端控制器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入器、报文分组组装与拆卸装置或通信控制处理机连入网内。网内。第12页/共94页通信子网的概念通信子网的概念 通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信通信子网由通信控制处理机、通信线路与其他通信设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任设备组成，完成网络数据传输、转发等通信处理任务；务；通信控制处理机在网络拓扑结构中被称为网络结点；通信控制处理机在网络

8、拓扑结构中被称为网络结点；通信控制处理机作为与资源子网的主机、终端的连通信控制处理机作为与资源子网的主机、终端的连接的接口，将主机和终端连入网内；接的接口，将主机和终端连入网内；通信控制处理机作为通信子网中的分组存储转发结通信控制处理机作为通信子网中的分组存储转发结点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能；点，完成分组的接收、校验、存储、转发等功能；早期的早期的ARPA net中，承担通信控制处理机功能的中，承担通信控制处理机功能的设备是接口报文处理机（设备是接口报文处理机（interface message processor，IMP）。）。第13页/共94页网络类型 计算机网络分类的方法

9、很多，按照计算机网络覆盖的地理范围来进行分类一般可分为：局域网、城域网和广域网。各类计算机网络的特征参数见下表 网络分类 缩写 分布距离约 计算机位于同一 传输速度范围 局域网 LAN 10m 100m 1km 房间 建筑物 校园 4Mbps10Gbps 城域网 MAN 10km 城市50Kbps100Mbps 广域网 WAN 100km 国家9.6Kbps45Mbps 互联网 INTERNET 1000km 全球第14页/共94页（1）局 域 网（Local Area Network简 写LAN）局域网的覆盖范围一般为几千米以内，属于一个部门、单位或学校组建的小范围网。通信线路一般采用有线传

10、输介质，如光纤、电缆和双绞线。其主要特点是信号的传输速度快、误码率低，网络的建造周期短、使用灵活。局域网可以专为一个企业、学校或公司服务，即属于某个组织完全拥有。局域网一般无须租用电话线，而使用专门建立的数据通信线路。局域网易于建立、管理方便，可以随时扩充，因此发展很快，得到了广泛的应用。第15页/共94页局域网的技术特点局域网的技术特点覆覆盖盖有有限限的的地地理理范范围围，它它适适用用于于公公司司、机机关关、校校园园、工工厂厂等等有有限限范范围围内内的的计计算算机机、终终端端与与各各类类信信息息处处理理设备连网的需求；设备连网的需求；提提供供高高数数据据传传输输速速率率（10Mb/s10Gb

11、/s）、低低误码率的高质量数据传输环境；误码率的高质量数据传输环境；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；一般属于一个单位所有，易于建立、维护与扩展；从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共从介质访问控制方法的角度，局域网可分为共 享介质式局域网与交换式局域网两类。享介质式局域网与交换式局域网两类。第16页/共94页局域网的应用领域局域网的应用领域个人计算机局域网个人计算机局域网大型计算设备群的后端网络大型计算设备群的后端网络存储区域网络存储区域网络办公室与实验室的网络办公室与实验室的网络企业与学校的主干网企业与学校的主干网 第17页/共94页（2）城域网（Metropolitan Ar

12、ea Network，简写MAN）城域网处于局域网和广域网之间，覆盖范围为几千米至几十千米，可作为多个单位或一个城市组建的计算机高速网络，因此称为城域网。城域网的主要功能是为连入网络的企业、机关、公司和社会单位提供通信、数据传输，以及声音、图像的集成服务。第18页/共94页城域网的技术特点城域网的技术特点城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网是介于广域网与局域网之间的一种高速网络；城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量城域网设计的目标是要满足几十公里范围内的大量企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；企业、机关、公司的多个局域网互连的需求；实现大量用户之间的数据、语音、图形

13、与视频等多实现大量用户之间的数据、语音、图形与视频等多种信息的传输功能；种信息的传输功能；城域网在技术上与局域网相似城域网在技术上与局域网相似。第19页/共94页（3）广域网（Wide Area Network，简写WAN）广域网又称远程网，是一种远距离的计算机网络。其覆盖范围远大于局域网和城域网，通常可以覆盖一个省、一个国家或一个洲，可以从几十千米到几千千米。由于距离遥远，信道的建设费用很高，因此很少像局域网一样铺设自己的专用信道，而是租用（或借用）电信通信部门的通信线路，如长途电话线、光缆通道、微波与卫星通道等。第20页/共94页 世界上最大的广域网是国际互联网（Internet），又称因

14、特网，是一个跨越全球的计算机互联网络。它以开放的连接方式将各个国家、各个地区、各个机构，分布在世界每个角落的各种局域网、城域网和广域网连接起来，组成全球最大的计算机通信网络。它遵守TCPIP网络协议，以实现相互通信、资源共享。第21页/共94页4、网络功能 计算机网络发展迅猛，具有许多单机根本无法实现的功能，归纳总结如下：（1）数据通信 （2）资源共享 （3）均衡使用网络资源 （4）分布处理 （5）数据信息的综合处理 （6）提高计算机的安全可靠性第22页/共94页5、发展过程 随着计算机的广泛使用，计算机之间联网成为计算机发展的必然趋势，计算机网络从形成、发展到广泛应用大致经历了以下几个阶段：

15、第一阶段：远程终端联机阶段。第二阶段：计算机网络阶段。第三阶段：计算机网络互联阶段。第四阶段：信息高速公路阶段。第23页/共94页第一阶段：第一阶段：20世纪世纪50年代年代 数据通信技术的研究与发展数据通信技术的研究与发展第二阶段：第二阶段：20世纪世纪60年代年代 ARPAnet与与分分组组交交换换技技术术的的研研究究与与发发展展第三阶段：第三阶段：20世纪世纪70年代年代 网络体系结构与协议标准化的研究网络体系结构与协议标准化的研究 广广域域网网、局局域域网网与与分分组组交交换换技技术术的的研研究与应用究与应用第四阶段：第四阶段：20世纪世纪90年代年代 Internet技术的广泛应用技

16、术的广泛应用 网络计算技术的研究与发展网络计算技术的研究与发展 宽宽带带城城域域网网与与接接入入网网技技术术的的研研究究与与发发展展 网络与信息安全技术的研究与发展网络与信息安全技术的研究与发展 第24页/共94页计算机网络拓扑的定义计算机网络拓扑的定义拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关系面之间的关系;计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的计算机网

17、络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系结构关系;计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型;拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。重大影响。第25页/共94页拓朴结构(Topology)网络的拓朴结构是指网络中计算机及其它设备的连接关系。拓朴结构隐去了网络的具体物理特性（如距离、位置等）而抽象出节点之间的关系加以研究。四种主要的拓朴结构为：星型、总线型、环型、网格型。第26页/共94页计算机网络拓扑的定义

18、计算机网络拓扑的定义拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、将连接实体的线路抽象成线，进而研究了点、线、面之间的关系面之间的关系;计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的计算机网络拓扑是通过网中结点与通信线路之间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的几何关系表示网络结构，反映出网络中各实体间的结构关系结构关系;计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型计算机网络拓扑主要是指通信子网的拓扑构型;拓扑设计对

19、网络性能、系统可靠性与通信费用都有拓扑设计对网络性能、系统可靠性与通信费用都有重大影响。重大影响。第27页/共94页（1）星型拓扑 星型结构以中央节点为中心，用单独的线路使中央节点与其它各站点直接相连。（2）总线型拓朴 总线型拓朴结构采用单根传输线缆作为传输介质，即所有的计算机都连接到一条公共传输介质（或称总线）上。任何一个站点发送的信号都可以沿着介质双向传播，而且能被其他所有站接收（广播方式）。（3）环型拓朴 环型拓朴结构的特点是计算机相互连接而形成一个环。实际上，参与连接的不是计算机本身而是环接口，计算机连接环接口，环接口又逐段连接起来而形成环。（4）网格型拓朴 真正的网格型网络使用单独的

20、电缆将网络上的设备两两相接，从而提供了直接的通信途径，不采用路由，报文直接从发送端送到接收端。第28页/共94页网络计算研究与应用的发展网络计算研究与应用的发展 网络计算的基本概念网络计算的基本概念移动计算网络的研究与应用移动计算网络的研究与应用网络多媒体计算的研究与应用网络多媒体计算的研究与应用网络并行计算的研究与应用网络并行计算的研究与应用存储区域网络的研究与应用存储区域网络的研究与应用第29页/共94页“计算计算”这个词在不同的时代有不同的内涵；这个词在不同的时代有不同的内涵；2020世纪初，图灵设计的第一个理论计算机模型和第世纪初，图灵设计的第一个理论计算机模型和第一台电子计算机一台电

21、子计算机ENIAC问世，从那时以来，人类开问世，从那时以来，人类开始进入了计算机计算时代；始进入了计算机计算时代；需求和计算机能力迅速交替上升需求和计算机能力迅速交替上升,而每一次计算能力而每一次计算能力的重大进步都会对科学和人类生活带来重大的影响；的重大进步都会对科学和人类生活带来重大的影响；电子邮件、电子邮件、Web服务、电子商务与服务、电子商务与IP电话己给我们电话己给我们的生活带来了很多变化，但是这仅仅是一个开始；的生活带来了很多变化，但是这仅仅是一个开始；网络带宽迅速地增长，软件越来越丰富，网络用户网络带宽迅速地增长，软件越来越丰富，网络用户数与日剧增，人们的生活、学习和工作将离不开

22、网数与日剧增，人们的生活、学习和工作将离不开网络，络，21世纪人类将进入的网络世纪人类将进入的网络计算时代；计算时代；第30页/共94页网络时代的网络时代的“计算计算”已经有了更为广泛的含义；已经有了更为广泛的含义；网络将被看作是最强有力的超级计算环境，它包含网络将被看作是最强有力的超级计算环境，它包含了丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，用了丰富的计算、数据、存储、传输等各类资源，用户可以在任何地方登录，处理以前不能完成的问题；户可以在任何地方登录，处理以前不能完成的问题；人们可以在不同的地点，很多人共同完成大型的科人们可以在不同的地点，很多人共同完成大型的科学计算和工程设计；学计算和工

23、程设计；学生可以在网上听世界任何一家其他大学知名教授学生可以在网上听世界任何一家其他大学知名教授的讲座，查阅全球的数字图书馆的图书、文献；的讲座，查阅全球的数字图书馆的图书、文献；电话、电视机、收音机、空调和家庭安全装置等各电话、电视机、收音机、空调和家庭安全装置等各种信息家电都可以联入网络，可以用户在异地和移种信息家电都可以联入网络，可以用户在异地和移动过程中控制和管理。动过程中控制和管理。第31页/共94页移动计算网络的研究与应用移动计算网络的研究与应用 移移动动计计算算网网络络是是当当前前网网络络领领域域中中一一个个重重要要的的研研究究课题；课题；移移动动计计算算是是将将计计算算机机网网

24、络络和和移移动动通通信信技技术术结结合合起起来来，为为用用户户提提供供移移动动的的计计算算环环境境和和新新的的计计算算模模式式，其其作作用用是是在在任任何何时时间间都都能能够够及及时时、准准确确地地将将有有用用信息提供给在任何地理位置的用户；信息提供给在任何地理位置的用户；移移动动计计算算技技术术可可以以使使用用户户在在汽汽车车、飞飞机机或或火火车车里里随随时时随随地地办办公公，从从事事远远程程事事务务处处理理、现现场场数数据据采采集、股市行情分析、战场指挥、异地实时控制等。集、股市行情分析、战场指挥、异地实时控制等。第32页/共94页移动计算网络的主要研究内容移动计算网络的主要研究内容蜂窝式

25、数字分组数据通信平台的应用蜂窝式数字分组数据通信平台的应用 无线局域网的应用无线局域网的应用 Ad hoc网络的研究与应用网络的研究与应用 无线应用协议无线应用协议WAP 第33页/共94页多媒体网络的研究与应用多媒体网络的研究与应用 多媒体网络的基本概念多媒体网络的基本概念 通过网络和多媒体技术的结合，参与者与计算机通过网络和多媒体技术的结合，参与者与计算机组成了一个统一的虚拟环境。在网络多媒体系统组成了一个统一的虚拟环境。在网络多媒体系统所提供的虚拟空间中，多台计算机及其用户通过所提供的虚拟空间中，多台计算机及其用户通过网络构成一个分布式交互仿真环境网络构成一个分布式交互仿真环境;多多媒媒

26、体体网网络络需需要要支支持持多多媒媒体体传传输输所所需需要要的的交交互互性性与实时性要求与实时性要求;典典型型的的网网络络多多媒媒体体系系统统有有网网络络视视频频会会议议系系统统、分分布布式式多多媒媒体体交交互互仿仿真真系系统统、远远程程教教学学系系统统与与远远程程医疗系统。医疗系统。第34页/共94页多媒体网络应用对数据通信的要求多媒体网络应用对数据通信的要求 高传输带宽要求；高传输带宽要求；不同类型的数据对传输的要求不同；不同类型的数据对传输的要求不同；网络中的多媒体流传输的连续性与实时性要求；网络中的多媒体流传输的连续性与实时性要求；网络中多媒体数据传输的低时延要求；网络中多媒体数据传输

27、的低时延要求；网络中的多媒体传输同步要求；网络中的多媒体传输同步要求；网络中的多媒体的多方参与通信的特点。网络中的多媒体的多方参与通信的特点。第35页/共94页传统网络对多媒体应用的不适应及解决的思路传统网络对多媒体应用的不适应及解决的思路 改进传统网络的方法主要是：改进传统网络的方法主要是：增大带宽；增大带宽；改进协议。改进协议。增大带宽的主要方法是：增大带宽的主要方法是：增大传输介质的带宽；增大传输介质的带宽；提高路由器性能。提高路由器性能。第36页/共94页改进协议改进协议：改进协议最直接有效的方法是支持改进协议最直接有效的方法是支持IP多播通信；多播通信；支持多媒体网络支持多媒体网络Q

28、oS的协议之一是资源预留协议的协议之一是资源预留协议(resource reservation protocol，RSVP)；区分服务区分服务DiffServ是根据每一类服务进行控制；是根据每一类服务进行控制；多协议标识交换多协议标识交换(multi protocol label switching，MPLS)技术的提出主要是为了更好地将技术的提出主要是为了更好地将IP协议与协议与ATM高速交换技术结合起来，实现高速交换技术结合起来，实现IP分组的快速交换；分组的快速交换；第37页/共94页网络并行计算的研究与应用网络并行计算的研究与应用 基于网络的并行计算基于网络的并行计算：机群计算（机群计

29、算（cluster computing）工作站网络（工作站网络（network of workstation）可扩展的计算（可扩展的计算（scalable computing）元计算（元计算（metacomputing）第38页/共94页机群计算机群计算机群计算是采用高速网络连接一组工作站或微机组机群计算是采用高速网络连接一组工作站或微机组成一个机群，或在通用网上寻找一组空闲处理机形成一个机群，或在通用网上寻找一组空闲处理机形成一个动态的虚拟机群，在中间件管理控制下提供成一个动态的虚拟机群，在中间件管理控制下提供具有很高性价比的高性能计算服务具有很高性价比的高性能计算服务 ；机群系统主要包括下

30、列组件：机群系统主要包括下列组件：高性能的计算结点机（高性能的计算结点机（PC或工作站）；或工作站）；具有较强网络功能的微内核操作系统；具有较强网络功能的微内核操作系统；高性能的局域网系统；高性能的局域网系统；高速传输协议和服务；高速传输协议和服务；中间件与并行程序设计环境；中间件与并行程序设计环境；编译器和语言等。编译器和语言等。第39页/共94页网格计算网格计算网网格格计计算算被被定定义义为为一一个个广广域域范范围围的的无无缝缝的的集集成成和和协协同计算环境；同计算环境；网网格格计计算算不不仅仅提提供供利利用用超超级级计计算算能能力力与与环环境境，还还是是一一种种基基础础组组织织。它它把把

31、各各种种其其他他类类远远程程资资源源和和设设备备组组织织成成统统一一的的整整体体，这这些些设设备备包包括括从从传传感感器器到到数数据据源源、从从超超级级计计算算机机到到个个人人数数字字设设备备等等广广泛泛的的领领域域，对对用用户提供最普遍的服务；户提供最普遍的服务；网格计算包括分布式计算、高吞吐量计算、协同工网格计算包括分布式计算、高吞吐量计算、协同工程和数据查询等多种功能。它也可理解为一种把广程和数据查询等多种功能。它也可理解为一种把广义的各类资源（包括机群系统）综合起来的超级机义的各类资源（包括机群系统）综合起来的超级机群；群；第40页/共94页网格计算的应用包括：网格计算的应用包括：桌面

32、超级计算、智能设备、桌面超级计算、智能设备、协同环境与分布式并行计算。桌面超级计算可以将协同环境与分布式并行计算。桌面超级计算可以将普通桌面用户和超级计算中心、大型数据库连接起普通桌面用户和超级计算中心、大型数据库连接起来，用户可以不受距离限制使用这些计算能力；来，用户可以不受距离限制使用这些计算能力；智能设备可以连接用户和大量的、分布的、远程的智能设备可以连接用户和大量的、分布的、远程的智能设备，如显微镜、望远镜、传感器、卫星设备智能设备，如显微镜、望远镜、传感器、卫星设备等，进行实时处理和远程操作等；等，进行实时处理和远程操作等；协同环境可以连接多个虚拟环境使不同位置的用户协同环境可以连接

33、多个虚拟环境使不同位置的用户能进行交互、仿真。能进行交互、仿真。第41页/共94页存储区域网络的研究与应用存储区域网络的研究与应用 Internet与存储技术的结合，数据存储数量的与存储技术的结合，数据存储数量的剧增和对数据高效管理的要求导致了存储区域剧增和对数据高效管理的要求导致了存储区域网络（网络（storage area network，SAN）和网）和网络连接存储（络连接存储（network attached storage，NAS）的出现；）的出现；网网络络存存储储一一个个重重要要的的发发展展趋趋势势是是存存储储服服务务提提供供商商(storage services provider

34、，SSP)的的出出现；现；SSP将提供将提供Internet存储服务和资源存储服务和资源。第42页/共94页数据通信基础知识基本概念数据通信基础理论传输介质多路复用数据交换技术第43页/共94页基本概念1、信号信号是数据的电子或电磁编码。信号可分为模拟信号和数字信号。模拟信号是随时间连续变化的电流、电压或电磁波；数字信号则是一系列离散的电脉冲。可以互相转化。2、信号频率f 信号每秒钟振动的次数，记作 f，单位为Hz.3、信道：传送信号的介质。第44页/共94页信号传输速率B-每秒传输的码元数，单位为波特，记作Baud。计算公式:B=1/T(Baud).式中T为信号码元的宽度，单位为秒信号传输速

35、率也称波特率。数据传输速率R-每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps。计算公式:R=1/T*log2N(bps).式中T为一个码元信号的宽度，单位为秒；N为对一个码元编码采样的离散值的个数；log2N为每个码元的bit数。数据传输速率也称比特率。4、波特率与比特率t码元码元1 1码元码元2码元码元3码元码元4码元码元5信号信号l 码元（Code cell）：时间轴上一个信号的编码单元。T第45页/共94页例：脉冲编码采样return假设信号的幅度为：-0.90.7,采样后用8个值对采样结果进行量化，量化间隔为：(0.7+0.9)/8=0.2,可用3-4 对信号进行量化，8个数可用3

36、bit二进制进行编码。0.7-0.9第46页/共94页l波特率与比特率的关系由 、式得：R=B*log2 N(bps).或B=R/log2 N(Baud).例采用四相调制方式，即N=4，且一个数字脉冲信号的宽度T=833x10-6秒,则：（1）f=1/（833*10-6）=1200 Hz （2）R=1/T*log2N=1/(833x10-6)*log24=2400(bps)（3）B=1/T=1/(833x10-6)=1200(Baud)*第47页/共94页 4、信道容量（信道最大数据传输速率）l信道容量：一个信道的最大数据传输速率，单位：位/秒(bps)l信道容量与数据传输速率的区别：u信道容

37、量表示信道的最大数据传输速率，是信道传输数据能力的极限；u数据传输速率是实际的数据传输速率。像公路上的最大限速与汽车实际速度的关系一样。l影响信道容量的主要因素是噪音。第48页/共94页Nyquist证明，无噪声下的信道的最大信号传输速率Rmax与信道带宽B的关系，即奈奎斯特-无噪信道容量公式：Rmax=2*B*log2N(bps).式中 B为信道的带宽，单位为Hz；N为对一个码元抽样的离散值个数。说明在无噪声的理想条件下，信道的容量与采样量化从正比。例2 普通电话线路带宽约3kHz，若码元抽样的离散值个数N=16，则最大数据传输速率：Rmax=2*3k*log216=24kbps。(1)无噪

38、声下的信道容量（奈奎斯特定理）N 最大数据率 2 6000 b/s 4 12000 b/s 8 18000 b/s16 24000 b/s32 30000 b/s第49页/共94页(2)有噪声下的信道容量（山农定理）Shannon证明，对于带宽为B，信噪比为S/N的有噪声信道，其最大数据传输率Rmax为Rmax=B*log2(1+S/N)(bps).其 中 S/N为 信 号 功 率 与 噪 声 功 率 的 比，称 为 信 噪 比(Signal-to-Noise Ratio)；我 们 一 般 使 用 数 值10*log10S/N-分贝(dB)来表示信噪比。例3已知信噪比为30dB，带宽为3kHz

39、，求信道的最大数据传输速率。10log10(S/N)=30S/N=10(30/10)=1000Rmax=3klog2(1+1000)30kbpsS/N是一个符号第50页/共94页Nyquist公式和Shannon公式的比较C=2B log2N用于理想信道数据传输率随信号抽样的离散值个数增加而增加。C=B log2（1+S/N）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）无论信号抽样的离散值个数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。原因：噪声的存在将使抽样的离散值个数不可能无限增加。第51页/共94页5.误码率-二进制数据位传输时出错的概率它是衡量数据通信系统在正常工作情

40、况下的传输可靠性的指标。在计算机网络中，一般要求误码率低于10-6，若误码率达不到这个指标，可通过差错控制方法检错和纠错。误码率公式：Pe=Ne/N.(7)式中 Ne为其中出错的位数；N 为传输的数据总数。第52页/共94页6.数据传输方式单/双工通信单/双向传输单工：数据单向传输（例：无线电广播）半双工：数据可以双向交替传输，但不能在同一时刻双向传输（例：对讲机）全双工：数据可以双向同时传输（例：电话）需要具有两条物理上独立的传输线路；或者需要具有一条物理线路上的两个信道，分别用于不同方向的信号传输。第53页/共94页传输介质有线介质双绞线同轴电缆光纤无线介质无线电微波（大地微波、卫星微波）

41、红外线（毫米波）激光第54页/共94页双绞线双绞线(TP)-由螺旋状扭在一起的两根绝缘导线组成。屏蔽双绞线STP（IBM）Type1或Type2非屏蔽双绞线UTP（EIA/TIA）Cat1:一对线组成，用作电话线,9600bps；Cat2:一对线组成，用作ISDN或T1/E1线路1.54MbpsCat3:四对线组成，用作10Mbps或100Mbps以太网；Cat5:四对线组成，用作100Mbps以太网；特点距离短：100m5000m，传输容量：100Mbps以内；价格便宜;低频(10kHz以下)抗干扰性能强于同轴电缆，高频(10-100kHz)抗干扰性能弱于同轴电缆。第55页/共94页 双绞线

42、的连接标准色彩标记和连接方法：直连线：PC/路由器-交换机/HUB、HUB-HUB(级连端口)交叉线：交换机-交换机、PC-PC、HUB-HUB(标准端口)线对色彩码1白蓝，蓝2白橙，橙3白绿，绿4白棕，棕12345678123456781234567812345678交叉线EIA-568B直连线EIA-568A第56页/共94页同轴电缆铜芯铜芯绝缘层绝缘层外导体外导体屏蔽层屏蔽层保护套保护套基带电缆粗缆非中继传输距离10kmRmax=10 Mbps细缆（便宜的同轴电缆）非中继传输距离185米Rmax=10 Mbps宽带电缆非中继传输距离100kmRmax=900Mbps传有线电视第57页/共

43、94页光纤光纤-由能传导光波的石英玻璃纤维外加保护层构成的。带宽频率范围：50THz数据传输率：100Gbps实际使用：10Gbps,原因：光/电、电/光转换的速度跟不上;光电子技术/光子技术通过光纤中光的波长0.85m/1.3m/1.55m第58页/共94页光纤及光缆构成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单芯光缆多芯光缆第59页/共94页单模光纤和多模光纤多模光纤（multi-modefiber）内芯直径稍大,其中有多个光沿不同的方向同时传播。直径为62.5m使用普通发光二极管作为光源波长为0.85um中继距离2公里单模光纤（single-modefiber）内芯直径较小，

44、与光的波长接近，光沿同一方向传播。直径为810m使用激光源,波长为1.55um中继距离100公里激光器光检波器单束光线沿直线传播多束光线以不同的反射角传播激光器包层折射率低纤芯折射率高亮度调制光检波器第60页/共94页光纤的特点优点高带宽、高数据传输率抗电磁干扰强，数据传输安全、可靠抗腐蚀衰减小缺点单向传输光纤接口价格昂贵工艺复杂、安装技术复杂第61页/共94页无线介质无线介质是指信号通过空气传输，信号不被约束在一物理导体内无线介质主要包括无线电波微波（地面微波、卫星微波）红外线、激光第62页/共94页（1）无线电波无线电通信就是利用地面发射的无线电波通过电离层的反射而到达接收端的一种远距离通

45、信方式。无线电通信使用的频率一般在3MHz至1GHz。无线电波的传播特性与频率有关。在低频上，无线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧递减。在高频上，无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡，还会被雨水吸收。第63页/共94页(2)微波对于频率在100MHz以上的无线电波，其能量将集中于一点并沿直线传播，这就是微波。微波通信是利用无线电波在对流层的视距范围内进行信息传输的一种通信方式，它使用的频率范围一般在1GHz至20GHz左右。由于微波只能沿直线传播，所以微波的发射天线和接收天线必须精确对准，而且每隔一段距离就需要一个中继站。中继站之间的距离与微波塔的高度成正比例。对

46、于100m高的微波塔，中继站之间的距离可以达到80km。第64页/共94页 地面微波-通过地面站之间接力传送-接力站之间距离：50-100 km-速率：每信道 45 Mb/s地地球球地面站之间的直视线路 微波传送塔35,784公里地球 地球同步卫星-与地面站相对固定位置-使用3颗卫星即可覆盖全球-传输延迟时间长（270ms）-广播式传输-应用领域：电视传输、长途电话、专用网络、广域网第65页/共94页 常用传输介质的比较传输介质传输方式速率/工作频带传输距离性能价格应用双绞线宽带基带1Gb/s模拟:10km数字:500m较好低模拟/数字信号传输50同轴电缆基带10Mb/s3km较好较低基带数字

47、信号75同轴电缆宽带450MHz100km较好较低模拟电视、数据及音频光纤基带40Gb/s20km以上很好较高远距离高速数据传输微波宽带4-6GHz几百km好中等远程通信卫星宽带1-10GHz18000km很好高远程通信第66页/共94页多路复用多路复用技术就是在一个信道上同时传输多个信号的技术。频分多路复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)主干线路的频带被划分为若干逻辑信道，每个用户独占某些频段；调频广播以及有线电视。波分多路复用WDM(WaveDivisionMultiplexing)FDM在光纤介质中的应用；时分多路复用TDM(TimeDivisionM

48、ultiplexing）每个用户轮流瞬间地占有主干线路的整个带宽；在数字通信系统中，对主干线路的多路复用只能采用TDM，因为数字信号的频谱有可能占居整个信道带宽。DEMUX复用器解复用器共享信道MUX信源信宿第67页/共94页（1）FDM 上大课，讲小话第68页/共94页（2）WDM第69页/共94页（3）TDM例如：l电话的带宽为4KHZ，每秒进行8000次采样即可还原信号，即采样周期为：T=1/8000=125us；l如用8bit来表示每个采样值，则一路电话需要8*8K=64Kbps 的数据传输率；l如要传24路电话，则要求信道数据传输率为24*64Kbps=1.544Mbps；l在一个采

49、样周期T=125us 内要传输 8*24+1=193 bit。第70页/共94页数据交换技术电路交换(CircuitSwitching)传统电话网报文交换(MessageSwitching)电报系统分组交换(PacketSwitching)X.25网第71页/共94页(1)电路交换原理传输双方在数据传输之前要建立一条物理电路（可以是真正的物理线路，也可以是一个复用信道），该物理电路一直保持到双方通信结束后才释放。特点建立物理电路所需的时间比较长；建立连接后，传输延迟小，主要的延迟是物理信号的传播延迟；一旦建立连接就独占线路，线路利用率低；电路的带宽是预先分配的，通信过程中固定不变；不会发生数据

50、传输冲突；无纠错机制；不适用于计算机通信：因为计算机数据具有突发性的特点，真正传输数据的时间不到10%。第72页/共94页(2)报文交换原理报文交换不事先建立电路，当发送方有数据要发送时，它把要发送的数据当作一个整体交给中间交换设备，中间交换设备先将报文存储起来，然后选择一条合适的输出线将数据转发给下一个中间交换设备，直到将数据发送到目的结点。这种数据传输技术称为存储-转发。特点没有建立和拆除连接所需的等待时间，线路利用率高；报文大小不一，造成存储管理复杂；大报文转发可能会长时间占用线路，导致报文在中间结点的延迟非常大，导致吞吐率低，不适合交互式通信；如果报文丢失或出错，需全部重传。第73页/