计算机网络概论2.pdf

《计算机网络概论2.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机网络概论2.pdf（76页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第 1章 计 算 机 网 络 概 论 大 纲 要 求：数 据 通 信 基 础 知 识，包 括 数 据 信 号、信 道 的 基 本 概 念，数 据 通 信 模 型 的 构 成，数 据 传 输 基 础，数 据 编 码 的 分 类 和 基 本 原 理，多 路 复 用 技 术 的 基 本 原 理 和 应 用 以 及 数 据 交 换 技 术 的 基 本 原 理 和 性 能 特 点。计 算 机 网 络 基 础 知 识，包 括 计 算 机 网 络 的 概 念、分 类 和 构 成，协 议 的 概 念，开 放 系 统 互 连 参 考 模 型 的 结 构 及 各 层 的 功 能，TCP/IP协 议 的 概 念 及

2、 IP数 据 报 的 格 式、IP地 址、子 网 掩 码 和 域 名，双 绞 线、同 轴 电 缆、光 纤 和 无 线 传 输 媒 介 的 性 能 特 点，中 继 器、网 桥、路 由 器、网 关、集 线 器、交 换 机 等 网 络 设 备 的 主 要 功 能 与 特 点，PSTN、X.25、DDN、帧 中 继、ATM、xDSL、HFC、Cable Modem1.1 数 据 通 信 基 础 1.1.1 考 点 辅 导 1.1.1.1 数 据 通 信 基 本 概 念 数 据 通 信 是 指 在 两 点 或 多 点 之 间 通 过 通 信 系 统 以 某 种 数 据 形 式 进 行 信 息 交 换 的

3、 过 程，可 以 把 信 息 从 某 一 处 安 全 可 靠 地 传 送 到 另 一 处。它 是 依 照 一 定 的 通 信 协 议，利 用 数 据 传 输 技 术 在 两 个 终 端 之 间 传 递 数 据 信 息 的 一 种 通 信 方 式 和 通 信 业 务，它 可 实 现 计 算 机 和 计 算 机、计 算 机 和 终 端 以 及 终 端 和 终 端 之 间 数 据 信 息 的 传 递。1.数 据 信 号 数 据 可 分 为 模 拟 数 据 与 数 字 数 据 两 种。在 通 信 系 统 中，表 示 模 拟 数 据 的 信 号 称 作 模 拟 信 号，表 示 数 字 数 据 的 信 号

4、 称 作 数 字 信 号，二 者 可 以 相 互 转 化。模 拟 信 号 在 时 间 和 幅 度 取 值 上 都 是 连 续 的，其 电 平 随 时 间 连 续 变 化，如 图 1.1(a)所 示。例 如，语 音 是 典 型 的 模 拟 信 号，其 他 由 模 拟 传 感 器 接 收 到 的 信 号 如 温 度、压 力、流 量 等 也 是 模 拟 信 号。数 字 信 号 在 时 间 上 是 离 散 的，在 幅 值 上 是 经 过 量 化 的，它 一 般 是 由 二 进 制 代 码 0、1组 成 的 数 字 序 列，如 图 1.1(b)所 示。例 如，计 算 机 中 传 送 的 是 典 型 的

5、数 字 信 号。网 络 管 理 员 考 试 同 步 辅 导(上 午 科 目)(第 2 版)传 统 的 电 话 通 信 信 道 是 传 输 音 频 的 模 拟 信 道，无 法 直 接 传 输 计 算 机 中 的 数 字 信 号。为 了 利 用 现 有 的 模 拟 线 路 传 输 数 字 信 号，必 须 将 数 字 信 号 转 化 为 模 拟 信 号，将 这 一 过 程 称 作 调 制(Modulation)。在 另 一 端，接 收 到 的 模 拟 信 号 要 还 原 成 数 字 信 号，这 个 过 程 称 作 解 调(Demodulation)o通 常 由 于 数 据 的 传 输 是 双 向 的

6、，因 此，每 端 都 需 要 调 制 和 解 调，这 种 设 备 称 作 调 制 解 调 器(Modem)。模 拟 信 号 的 数 字 化 需 要 三 个 步 骤：采 样、量 化 和 编 码。采 样 是 指 用 每 隔 一 定 时 间 的 信 号 样 值 序 列 来 代 替 原 来 在 时 间 上 连 续 的 信 号，也 就 是 在 时 间 上 将 模 拟 信 号 离 散 化。量 化 是 用 有 限 个 幅 度 值 近 似 原 来 连 续 变 化 的 幅 度 值，把 模 拟 信 号 的 连 续 幅 度 变 为 有 限 数 量 的 有 一 定 间 隔 的 离 散 值。编 码 则 是 按 照 一

7、定 的 规 律，把 量 化 后 的 值 用 二 进 制 数 字 表 示，然 后 转 换 成 二 值 或 多 值 的 数 字 信 号 流，这 样 得 到 的 数 字 信 号 可 以 通 过 电 缆、光 纤、微 波 干 线、卫 星 通 道 等 数 字 线 路 传 输，在 接 收 端 则 与 上 述 模 拟 信 号 数 字 化 过 程 相 反，经 过 滤 波 又 恢 复 成 原 来 的 模 拟 信 号。上 述 数 字 化 的 过 程 又 称 为 脉 冲 编 码 调 制。2.信 道 信 息 传 输 的 必 经 之 路 称 为“信 道”。信 道 包 括 有 线 信 道 和 无 线 信 道。信 道 可 以

8、 分 为 物 理 信 道 和 逻 辑 信 道。物 理 信 道 是 指 用 于 发 送 信 号 或 数 据 的 物 理 通 路，由 传 输 介 质 及 有 关 设 备 组 成。逻 辑 信 道 是 指 在 物 理 信 道 的 基 础 上，由 节 点 内 部 或 节 点 之 间 建 立 的 连 接 来 实 现 的 通 路。传 输 信 道 还 可 以 从 不 同 角 度 进 行 分 类，如 有 模 拟 信 道 与 数 字 信 道 之 分，有 专 用 线 路 和 交 换 网 线 路 之 分，有 有 线 信 道 和 无 线 信 道 之 分，有 频 分 信 道 和 时 分 信 道 之 分 等。3.数 据 通

9、 信 模 型 数 据 通 信 模 型 由 3 部 分 组 成，即 数 据 终 端 设 备(Data Terminal Equipment,DTE)、计 算 机 系 统 和 数 据 电 路。数 据 终 端 设 备 通 过 数 据 电 路 与 计 算 机 系 统 相 连。数 据 电 路 由 传 输 信 道 和 数 据 电 路 终 接 设 备(Data Circuit Terminating Equipment,DCTE)组 成。通 信 模 型 主 要 由 信 息 源(信 源)、信 息 传 输 媒 体(信 道)和 信 宿 组 成。在 数 据 通 信 系 统 中 信 源 与 信 宿 均 山 数 据 终

10、 端 设 备 和 通 信 控 制 器 组 成，数 据 终 端 设 备 与 计 算 机 系 统 相 连；信 道 由 通 信 信 道 和 数 据 通 信 设 备(Data Communication Equipment,DCE)组 成，如 图 1.2所 示。图 1.2 数 据 通 信 模 型 如 果 传 输 信 道 是 模 拟 信 道，D C TE的 作 用 就 是 把 D T E送 来 的 数 字 信 号 变 换 为 模 拟 信 号 再 通 过 信 道 送 往 D T E,或 者 反 过 来，把 信 道 送 来 的 模 拟 信 号 变 换 成 数 字 信 号 再 通 过 信 道 送 往 DTE。

11、如 果 信 道 是 数 字 的，D C T E的 作 用 就 是 实 现 信 号 码 型 与 电 平 的 转 换、信 道 特 性 的 均 衡、收 发 时 钟 的 形 成 与 供 给 以 及 线 路 接 续 控 制 等。2第 1 章 计 算 机 网 络 概 论 4.数 据 通 信 方 式 根 据 数 据 电 路 的 传 输 能 力，数 据 通 信 可 以 有 单 工、半 双 工 和 全 双 工 3 种 通 信 方 式。（1）单 工 通 信 数 据 只 能 沿 一 个 固 定 方 向 传 输，即 传 输 是 单 向 的。（2）半 双 工 通 信 允 许 数 据 在 两 个 方 向 上 进 行 传

12、输，但 两 个 方 向 的 传 输 不 能 同 时 进 行，即 在 某 一 时 刻 信 息 只 能 在 一 个 方 向 上 传 输。（3）全 双 工 通 信 允 许 数 据 在 两 个 方 向 上 同 时 进 行 传 输。这 是 计 算 机 通 信 常 用 的 方 式，可 大 大 提 高 数 据 传 输 效 率。全 双 工 通 信 是 两 个 单 工 通 信 方 式 的 结 合，它 要 求 发 送 设 备 和 接 收 设 备 都 有 独 立 接 收 和 发 送 的 能 力。1.1.1.2数 据 传 输 基 础 1.数 据 传 输 方 式 按 照 不 同 的 标 准 划 分，数 据 的 传 输

13、方 式 可 以 分 为 并 行 与 串 行、异 步 与 同 步 等。1）并 行 传 输 与 串 行 传 输 并 行 传 输 指 的 是 数 据 以 并 行 方 式 在 多 条 并 行 信 道 上 同 时 进 行 传 输。常 用 的 就 是 将 构 成 一 个 字 符 代 码 的 几 位 二 进 制 码，分 别 在 几 个 并 行 信 道 上 进 行 传 输。例 如，采 用 8 单 位 代 码 的 字 符，可 以 用 8 个 信 道 并 行 传 输。次 传 送 一 个 字 符，因 此 收、发 双 方 不 存 在 字 符 的 同 步 问 题，不 需 要 另 加“起”、“止”信 号 或 其 他 同

14、步 信 号 来 实 现 收、发 双 方 的 字 符 同 步，这 是 并 行 传 输 的 一 个 主 要 优 点。但 是，并 行 传 输 必 须 有 并 行 信 道，这 往 往 带 来 了 设 备 上 或 实 施 条 件 上 的 限 制，因 此，实 际 应 用 受 限。串 行 传 输 指 的 是 数 据 流 以 串 行 方 式，在 一 条 信 道 上 传 输。一 个 字 符 的 8 个 二 进 制 代 码,由 高 位 到 低 位 顺 序 排 列，再 接 下 一 个 字 符 的 8 位 二 进 制 码，这 样 串 接 起 来 形 成 串 行 数 据 流 传 输。串 行 传 输 只 需 要 一 条

15、传 输 信 道，易 于 实 现，是 目 前 主 要 采 用 的 一 种 传 输 方 式。但 是 串 行 传 输 存 在 一 个 收、发 双 方 如 何 保 持 码 组 或 字 符 同 步 的 问 题，这 个 问 题 不 解 决，接 收 方 就 不 能 从 接 收 到 的 数 据 流 中 正 确 地 区 分 出 一 个 个 字 符 来，因 而 传 输 将 失 去 意 义。如 何 解 决 码 组 或 字 符 的 同 步 问 题，目 前 有 两 种 不 同 的 解 决 办 法，即 异 步 传 输 方 式 和 同 步 传 输 方 式。2）异 步 传 输 与 同 步 传 输 异 步 传 输 一 般 以

16、字 符 为 单 位，不 论 所 采 用 的 字 符 代 码 长 度 为 多 少 位，在 发 送 每 个 字 符 代 码 时，字 符 代 码 前 面 均 加 上 一 个“起”信 号（其 长 度 规 定 为 1 个 码 元，极 性 为 0,即 空 号 的 极 性）；字 符 代 码 后 面 均 加 上 一 个“止”信 号（其 长 度 为 1个 或 2 个 码 元，极 性 皆 为 1,即 与 信 号 极 性 相 同）。加 上 起、止 信 号 的 作 用 就 是 为 了 能 区 分 串 行 传 输 的 字 符，也 就 是 实 现 串 行 传 输 收、发 双 方 码 组 或 字 符 的 同 步。例 如，用

17、 异 步 方 式 传 送 一 个 字 符 R（编 码 为 1010010）的 字 码 结 构 如 图 1.3所 示。当 不 发 送 数 据 时，发 送 端 连 续 地 发 送 停 止 码 1,接 收 端 一 旦 发 现 有 从 1 到 0 的 跳 变，便 知 有 新 的 字 符 开 始 发 送。接 收 端 利 用 这 个 电 平 从 高 到 低 的 跳 变，启 动 定 时 机 构 按 发 送 的 速 度 顺 序 接 收 字 符，一 个 字 符 发 送 结 束 后，发 送 端 即 发 送 停 止 码 元，接 收 端 一 旦 收 到 停 止 位，就 将 定 时 机 构 复 位，准 备 接 收 下

18、一 个 字 符 代 码。采 用 异 步 方 式，每 个 字 符 都 带 有 开 始 和 停 止 的 同 步 信 息，开 销 大，效 率 低，速 度 慢，控 制 简 单，如 果 有 错，只 需 重 发 一 个 字 符，常 用 于 低 速 传 输。同 步 传 输 是 以 同 步 的 时 钟 节 拍 来 发 送 数 据 信 号 的，因 此 在 一 个 串 行 的 数 据 流 中，各 信 号 码 元 之 间 的 相 对 位 置 都 是 固 定 的（即 同 步 的）。接 收 端 为 了 从 收 到 的 数 据 流 中 正 确 地 区 分 出网 络 管 理 员 考 试 同 步 辅 导（上 午 科 目）（第

19、 2 版）一 个 个 信 号 码 元，必 须 首 先 建 立 准 确 的 时 钟 信 号。数 据 的 发 送 一 般 以 组（或 称 帧）为 单 位，一 组 数 据 包 含 多 个 字 符。收 发 之 间 的 帧 同 步 是 通 过 传 输 特 定 的 传 输 控 制 字 符 或 同 步 序 列 来 完 成 的，如 图 1.4所 示。1 0 1 0 0 1 0起 始 位 ASCII码 中 的 R终 止 位 终 止 位 图 1.3 异 步 传 输 SYN SYN 报 头 正 文 SYN SYN图 1.4 同 步 传 输 同 步 传 输 开 销 小，效 率 高，多 用 于 字 符 信 息 块 的

20、高 速 传 送。缺 点 是 线 路 控 制 较 复 杂，如 果 数 据 中 有 一 位 错，就 必 须 重 新 传 输 整 个 数 据。2.数 据 传 输 形 式 按 照 传 输 技 术 的 不 同，数 据 传 输 形 式 可 以 分 为 基 带 传 输、频 带 传 输 和 宽 带 传 输 三 种 形 式。1）基 带 传 输 基 带 是 指 电 信 号 所 固 有 的 基 本 频 带。数 字 信 号 的 基 本 频 带 是 从 零 至 若 干 兆 赫，主 要 由 传 输 速 率 决 定。在 数 字 传 输 中，不 经 频 谱 搬 移 直 接 传 送 基 带 信 号 时 称 为 基 带 传 输，

21、这 种 数 据 传 输 系 统 就 称 为 基 带 传 输 系 统。2）频 带 传 输 所 谓 频 带 传 输，就 是 把 二 进 制 信 号 经 调 制 解 调 器 调 制 交 换 成 能 在 公 用 电 话 网 中 传 输 的 音 频 信 号，将 音 频 信 号 在 传 输 介 质 中 传 送 到 接 收 端 后，再 由 调 制 解 调 器 将 该 音 频 信 号 解 调 变 换 成 原 来 的 二 进 制 电 信 号。这 种 频 带 传 输 不 仅 克 服 了 目 前 许 多 长 途 电 话 线 路 不 能 直 接 传 输 基 带 信 号 的 缺 点，而 且 能 够 实 现 多 路 复

22、用，从 而 提 高 了 通 信 线 路 的 利 用 率。3）宽 带 传 输 将 信 道 分 成 多 个 子 信 道，分 别 传 送 音 频、视 频 和 数 字 信 号，称 为 宽 带 传 输。一 般 来 说,宽 带 传 输 与 基 带 传 输 相 比 具 有 以 下 优 点。能 在 一 个 信 道 中 传 输 声 音、图 像 利 数 据 信 息，使 系 统 具 有 多 种 用 途。一 条 宽 带 信 道 能 划 分 为 多 条 逻 辑 基 带 信 道，实 现 多 路 复 用，因 此 信 道 的 容 量 大 大 增 加。宽 带 传 输 的 距 离 比 基 带 远，因 基 带 直 接 传 送 数

23、字 信 号，传 输 的 速 率 愈 高，传 输 的 距 离 愈 短。3.数 据 传 输 速 率 数 据 传 输 速 率 主 要 涉 及 比 特 率、信 道 带 宽、波 特 率、尼 奎 斯 特 定 理、香 农 定 理、误 码 率 等。4第 1 章 计 算 机 网 络 概 论 1）比 特 率 比 特 率 指 单 位 时 间 内 所 传 送 的 二 进 制 码 元（码 元 是 对 于 网 络 中 传 送 的 二 进 制 数 字 中 每 一 位 的 通 称，也 常 称 作“位”或 比 特（bit）的 有 效 位 数，以 每 秒 多 少 比 特 数 计，即 b/s（或 bps）。计 算 公 式：S=1/

24、T.O Q2N式 中：T 为 一 个 数 字 脉 冲 信 号 的 宽 度 或 重 复 周 期，单 位 为 秒；N 为 一 个 码 元 所 取 的 离 散 值 个 数。通 常 N=2K,K 为 二 进 制 信 息 的 位 数，K=log?N。N=2时，S=/T,表 示 数 据 传 输 速 率 等 于 码 元 脉 冲 的 重 复 频 率。2）信 道 带 宽 信 道 带 宽 W=f2-fv其 中 力 是 信 道 能 通 过 的 最 低 频 率，力 是 信 道 能 通 过 的 最 高 频 率，两 者 都 是 由 信 道 的 物 理 特 性 决 定 的。为 了 使 信 号 传 输 中 的 失 真 小 些

25、，信 道 要 有 足 够 的 带 宽。3）波 特 率 波 特 率 是 指 单 位 时 间 内 传 输 的 码 元 位 数，以 波 特 为 单 位，即 B a u d,通 常 用 于 表 示 调 制 解 调 器 之 间 传 输 信 号 的 速 率。这 里 码 元 可 以 是 二 进 制 的，也 可 以 是 多 进 制 的。计 算 公 式：B=/T式 中：7 为 信 号 码 元 的 宽 度，单 位 为 秒。比 特 率 和 波 特 率 的 关 系 如 下 面 公 式 所 示：S=81og2N 或 8=S/log2N4）尼 奎 斯 特 定 理 1924年，亨 利 尼 奎 斯 特（Harry Nyqui

26、st）就 推 导 出 了 有 限 带 宽 无 噪 声 信 道 的 极 限 波 特 率,称 为 尼 奎 斯 特（Nyquist）定 理（也 译 作 奈 奎 斯 特 定 理）。若 信 道 带 宽 为 W,则 最 大 码 元 速 率 为：8=2 做 Baud）尼 奎 斯 特 定 理 指 定 的 信 道 容 量 也 叫 做 尼 奎 斯 特 极 限，这 是 山 信 道 的 物 理 特 性 决 定 的。超 过 尼 奎 斯 特 极 限 传 送 脉 冲 信 号 是 不 可 能 的，所 以 要 进 一 步 提 高 波 特 率 必 须 改 善 信 道 带 宽。码 元 携 带 的 信 息 量 山 码 元 取 的 离

27、 散 值 个 数 决 定。一 个 码 元 携 带 的 信 息 量”（比 特）与 码 元 的 种 类 数 N 有 如 下 关 系：=log2N即 若 码 元 取 两 个 离 散 值，则 一 个 码 元 携 带 1 比 特 信 息；若 码 元 取 4 种 离 散 值，则 一 个 码 元 携 带 2 比 特 信 息。在 一 定 的 波 特 率 下 提 高 速 率 的 途 径 是 用 一 个 码 元 表 示 更 多 的 比 特 数。如 果 把 2 比 特 编 码 为 一 个 码 元，则 数 据 速 率 可 成 倍 提 高，即 R=B 唾 27=2 WlogzN（bps）式 中：R 表 示 数 据 速

28、率，单 位 是 位 每 秒（bit per second）,简 写 为 bps或 b/s。5）香 农 定 理 尼 奎 斯 特 定 理 是 在 无 噪 声 的 理 想 情 况 下 的 极 限 值。实 际 信 道 会 受 到 各 种 噪 声 的 干 扰，因 而 远 远 达 不 到 按 尼 奎 斯 特 定 理 计 算 出 的 数 据 传 送 速 率。香 农 的 研 究 表 明，有 噪 声 信 道 的 极 限 数 据 速 率 为 5网 络 管 理 员 考 试 同 步 辅 导(上 午 科 目)(第 2 版)C=lo g2(1+5/7V)这 个 公 式 叫 做 香 农(Shannon)定 理，式 中 少

29、为 信 道 带 宽，S 为 信 号 的 平 均 功 率，N 为 噪 声 平 均 功 率，S/N叫 做 信 噪 比。由 于 在 实 际 使 用 中 S 与 N 的 比 值 太 大，故 常 取 其 分 贝 数(dB)。分 贝 与 信 噪 比 的 关 系 为 dB=101gSW例 如 当 W=1 0 0 0时，信 噪 比 为 30dB。这 个 公 式 与 信 号 取 的 离 散 值 个 数 无 关，也 就 是 说 无 论 用 什 么 方 式 调 制，只 要 给 定 了 信 噪 比，则 单 位 时 间 内 最 大 的 信 息 传 输 量 就 确 定 了。例 如，信 道 带 宽 为 3 0 0 0 H

30、z,信 噪 比 为 3 0 d B,则 最 大 数 据 速 率 为 C=3000 log2(l+1000)=3000 x9.9730 000 bps这 是 极 限 值，只 有 理 论 上 的 意 义。实 际 上 在 3000H z带 宽 的 电 话 线 上 数 据 速 率 能 达 到 9600bps就 很 不 错 了。6)误 码 率 误 码 率 指 信 息 传 输 的 错 误 率，即 已 接 收 信 息 中 错 误 比 特 数 占 总 传 输 比 特 数 的 比 例。它 是 衡 量 数 据 通 信 系 统 在 正 常 工 作 情 况 下 的 传 输 可 靠 性 的 指 标。在 计 算 机 网

31、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 为 Pe=NJN式 中：乂 为 其 中 出 错 的 位 数；N 为 传 输 的 数 据 总 数。1.1.1.3 数 据 编 码 通 信 信 道 有 两 种 类 型 模 拟 信 道 和 数 字 信 道。计 算 机 数 据 在 不 同 的 信 道 中 传 输，要 采 用 不 同 的 编 码 方 式。1.数 字 数 据 的 模 拟 信 号 编 码 将 计 算 机 中 的 数 字 数 据 变 换 成 网 络 中 的 模 拟 信 号

32、，必 须 要 进 行 调 制，即 进 行 频 谱 变 换。模 拟 信 号 传 输 的 基 础 是 载 波，载 波 具 有 三 大 要 素：幅 度、频 率 和 相 位。数 字 数 据 可 以 针 对 载 波 的 不 同 要 素 或 它 们 的 组 合 进 行 调 制。将 数 字 数 据 调 制 为 模 拟 信 号 的 基 本 方 式 有 三 种：调 幅、调 频 和 调 相，如 图 1.5所 示。1)调 幅 调 幅(Amplitude Modulation,AM)即 载 波 的 振 幅 随 着 基 带 数 字 信 号 而 变 化，又 称 幅 移 键 控(ASK)。在 调 幅(幅 移 键 控)方 式

33、 中，用 载 波 的 两 个 不 同 振 幅 来 表 示 两 个 二 进 制 值。例 如，用 振 幅 恒 定 的 载 波 的 存 在 表 示 一 个 二 进 制 数 字 1,载 波 不 存 在 表 示 一 个 二 进 制 数 字 0,如 图 1.5(b)所 示。其 特 点 是 实 现 容 易，抗 干 扰 能 力 差。2)调 频 调 频(Frequency Modulation,FM)即 载 波 的 频 率 随 着 基 带 数 字 信 号 而 变 化，又 称 频 移 键 控(FSK)。例 如，用 频 率/表 示 一 个 二 进 制 数 字 1,频 率 力 表 示 一 个 二 进 制 数 字 0,

34、如 图 1.5(c)所 示。其 特 点 是 实 现 容 易，抗 干 扰 能 力 强。3)调 相 调 相(Phase Modulation,PM)即 载 波 的 初 始 相 位 随 着 基 带 数 字 信 号 而 变 化，又 称 相 移 键 6第 1 章 计 算 机 网 络 概 论 控(PSK)。在 调 相 方 式(相 移 键 控)中，数 字 0 和 1的 载 波 起 始 相 位 不 同。例 如，可 以 用 外 0代 表 0,外 180代 表 1,如 图 1.5(d)所 示，这 种 方 法 称 为 两 相 调 制；如 果 以 6 为 0、90、180、270,分 别 表 示 二 进 制 数 00

35、、01、10、11,这 种 方 法 称 为 四 相 调 制。每 个 调 制 时 间 间 隔 包 含 两 个 比 特 的 信 息，因 此，使 信 息 传 输 速 率 增 加 一 倍。其 特 点 是 实 现 复 杂,由 P S K 和 A S K 结 合 的 相 位 幅 度 调 制(PAM),是 解 决 相 移 数 已 达 到 上 限 但 还 要 提 高 传 输 速 率 的 有 效 方 法。相 位 幅 度 调 制，即 采 用 相 位 调 制 和 幅 度 调 制 结 合 的 方 法 来 提 高 传 输 速 率(不 提 高 调 制 速 率)。它 采 用 16个 不 同 的 相 位 和 幅 度 电 平，

36、可 以 使 1200b/s的 Modem传 送 19 200b/s的 数 据 信 号。2.数 字 数 据 编 码 在 数 字 信 道 中 传 输 计 算 机 数 据 时，要 对 计 算 机 中 的 数 字 信 号 重 新 编 码 并 进 行 基 带 传 输。对 于 数 字 信 号 来 说，最 常 用 的 方 法 是 用 不 同 的 电 压 电 平 来 表 示 两 个 二 进 制 数 字，即 数 字 信 号 由 矩 形 脉 冲 组 成。在 基 带 传 输 中，数 字 信 号 的 编 码 方 式 有 不 归 零 编 码、曼 彻 斯 特 编 码 和 差 分 曼 彻 斯 特 编 码，如 图 1.6所

37、示。1)不 归 零 编 码 不 归 零 编 码(Non-Return-Zero,NRZ),用 低 电 平 表 示 二 进 制 0,用 高 电 平 表 示 二 进 制 1。不 归 零 编 码 有 单 极 型 不 归 零 编 码 和 双 极 型 不 归 零 编 码 两 种。单 极 型 不 归 零 编 码，无 电 压 表 示 0,恒 定 正 电 压 表 示 1,每 个 码 元 时 间 的 中 间 点 是 采 样 时 间，判 决 门 限 为 半 幅 电 平，如 图 1.6(a)所 示。双 极 型 不 归 零 编 码，1码 和 0 码 都 有 电 压，1 为 正 电 压，0 为 负 电 压，正 负 电

38、压 的 幅 度 相 等，判 决 门 限 为 零 电 平，如 图 1.6(b)所 示。口网 络 管 理 员 考 试 同 步 辅 导(上 午 科 目)(第 2 版)2)曼 彻 斯 特 编 码 曼 彻 斯 特 编 码(Manchester E ncoding),用 电 平 的 跳 变 表 示 二 进 制，电 平 由 从 高 到 低 的 跳 变 表 示 二 进 制 1,从 低 到 高 的 跳 变 表 示 二 进 制 0,如 图 1.6(c)所 示。3)差 分 曼 彻 斯 特 编 码 差 分 曼 彻 斯 特 编 码(Differential Manchester E ncoding),每 比 特 的 开

39、 始 无 跳 变 表 示 二 进 制 1,有 跳 变 表 示 二 进 制 0,如 图 1.6(d)所 示。图 1.6 常 用 编 码 方 案 两 种 曼 彻 斯 特 编 码 的 最 大 优 点 是 将 时 钟 和 数 据 包 含 在 信 号 数 据 流 中，在 传 输 代 码 信 息 的 同 时，也 将 时 钟 同 步 信 号 一 起 送 给 对 方，所 以 这 种 编 码 也 称 为 自 同 步 码。但 缺 点 也 很 明 显，那 就 是 编 码 效 率 低。例 如，要 传 送 10M b/s的 数 据，需 要 20M H z的 脉 冲。曼 彻 斯 特 编 码 常 用 在 以 太 网 中，而

40、 差 分 曼 彻 斯 特 编 码 常 用 在 令 牌 环 网 中。3.模 拟 数 据 的 数 字 信 号 编 码 将 模 拟 数 据 编 码 为 数 字 信 号 的 最 常 见 方 法 是 脉 冲 编 码 调 制，简 称 脉 码 调 制(Pulse CodeModulation,PCM)。脉 码 调 制 是 以 采 样 定 理 为 基 础 的。从 数 学 上 说 明 采 样 定 理：若 对 连 续 变 化 的 模 拟 信 号 进 行 周 期 性 采 样，只 要 采 样 频 率 等 于 或 大 于 有 效 信 号 最 高 频 率 的 两 倍，则 采 样 信 息 包 含 原 信 号 的 全 部 信

41、 息。再 利 用 低 通 滤 波 器 可 以 从 这 些 采 样 中 重 新 构 造 出 原 始 信 号。采 样 定 理 表 达 公 式：2 2 工“或 2 2 风 式 中：工(即 1/八)为 采 样 频 率；Enax为 原 始 信 号 的 最 高 频 率；&(=居 x-Fmin)为 原 始 信 号 的 带 宽。PCM编 码 过 程 包 括 采 样、量 化 和 编 码 3 个 步 骤，如 图 1.7所 示。1)采 样 每 隔 一 定 的 时 间 对 连 续 模 拟 信 号 进 行 采 样，得 到 的 信 号 就 成 为 一 组“离 散”的 脉 冲 信 号 序 列，这 种 方 式 称 为 脉 冲

42、 幅 值 调 制(Pulse Amplitude Modulation,PAM)。8第 1 章 计 算 机 网 络 概 论(a)原 始 信 号(b)按 周 期 7 进 行 采 样(c)对 采 样 值 进 行 量 化 011 001 110 001 011 110 100(d)对 量 化 后 采 样 值 编 码 图 1.7 P C M原 理 2)量 化 量 化 是 一 个 分 级 过 程，把 采 样 所 得 到 的 PAM脉 冲 按 量 级 比 较，并 且“取 整”，这 样 脉 冲 序 列 就 成 为 数 字 信 号 了。3)编 码 表 示 采 样 序 列 量 化 后 的 量 化 幅 度，它 用

43、 一 定 位 数 的 二 进 制 码 表 示。如 果 有 N 个 量 化 级，那 么，就 应 当 有 logzN位 二 进 制 数 码。例 如，声 音 数 据 频 率 一 般 在 4000H z以 下，那 么 只 要 每 秒 8000次 的 采 样 就 可 以 完 整 地 表 示 声 音 信 号 的 特 征。目 前，在 语 音 数 字 化 脉 冲 调 制 系 统 中，通 常 分 为 128个 量 级，即 用 7位 二 进 制 数 码 表 示。PCM编 码 的 数 据 率 为 8000 x7=56kb/s1.1.1.4 多 路 复 用 技 术 多 路 复 用 技 术 是 把 许 多 单 个 信

44、号 在 一 个 信 道 上 同 时 传 输 的 技 术。其 主 要 目 的 是 为 了 有 效 地 利 用 带 宽 多 路 复 用 通 常 分 为 频 分 多 路 复 用、时 分 多 路 复 用、波 分 多 路 复 用、码 分 多 址 复 用 和 空 分 多 址 复 用 等 技 术。1.频 分 多 路 复 用 频 分 多 路 复 用(Frequency Division Multiplexing,FDM)是 将 可 用 的 传 输 频 率 范 围 分 为 多 个 较 细 的 频 带，每 个 细 分 的 频 带 作 为 个 独 立 的 信 道 分 别 分 配 给 用 户 形 成 数 据 传 输

45、子 通 路,如 图 1.8(a)所 示。频 分 复 用 的 特 点 是：每 个 用 户 终 端 的 数 据 通 过 专 门 分 配 给 它 的 子 通 路 传 输,在 用 户 没 有 数 据 传 输 时，别 的 用 户 也 不 能 使 用，如 图 1.8(b)所 示。频 分 多 路 复 用 适 用 于 模 拟 信 号 的 频 分 传 输，主 要 用 于 电 话 和 有 线 电 视(CATV)系 统，在 数 据 通 信 系 统 中 应 和 调 制 解 调 技 术 结 合 使 用。为 了 防 止 干 扰，各 信 道 之 间 由 保 护 频 带 隔 离 开，保 护 频 带 是 频 谱 中 不 使 用

46、 的 部 分。ADSL采 用)的 就 是 频 分 多 路 复 用 技 术。9网 络 管 理 员 考 试 同 步 辅 导(上 午 科 目)(第 2 版)(a)FDM通 道 示 意 图 源 A-源 B f源 C f源 D f多 路 复 用 器 X U M(b)FDM原 理 图 Ml IX多 路 复 用 器-目 标 A-目 标 B-目 标 C-目 标 D图 1.8 频 分 多 路 复 用 技 术 2.时 分 多 路 复 用 时 分 多 路 复 用(Time Division Multiplexing,TDM)是 以 信 道 传 输 时 间 为 分 割 对 象，通 过 为 多 个 信 道 分 配 互

47、相 不 重 叠 的 时 间 片 的 方 法 来 实 现 多 路 复 用。时 分 多 路 复 用 将 用 于 传 输 的 时 间 划 分 为 若 干 个 时 间 片，每 个 用 户 分 得 一 个 时 间 片，如 图 1.9所 示。时 分 多 路 复 用 又 分 为 同 步 时 分 复 用(STDM)和 异 步 时 分 复 用(ATDM)。频 率 置 A B C D A B C D A B C D A B C D-时 间(a)TDM通 道 示 意 图 源 A f源 B f c 源 D f多 路 复 用 器 MUX多 路 复 用 器-目 标 A-目 标 B-目 标 CMUX目 标 D(b)TDM原

48、 理 图 图 1.9 时 分 多 路 复 用 技 术 1)同 步 时 分 复 用 同 步 时 分 复 用 是 固 定 分 配 信 道，在 通 信 信 道 上 形 成 一 种 时 间 上 的 逻 辑 子 信 道 的 通 信 媒 体 共 享 方 式。同 步 时 分 复 用 的 特 点 是：对 信 道 进 行 固 定 的 时 隙 分 配，也 就 是 将 一 帧 中 的 各 时 隙 以 固 定 的 方 式 分 配 给 各 路 数 字 信 号。在 STDM方 式 中，时 隙 是 预 先 分 配 给 各 终 端 的，而 且 是 固 定 的。不 论 终 端 是 否 有 数 据 要 发 送，都 要 占 用 一

49、 个 时 隙，而 实 际 上 不 是 所 有 终 端 在 每 个 时 隙 都 有 数 据 输 出，所 以，同 步 时 分 复 用 的 时 隙 利 用 率 较 低。第 1 章 计 算 机 网 络 概 论 2)异 步 时 分 复 用 异 步 时 分 复 用 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 时 停 止 发 送 数 据 时，不 给 它 分 配 线 路 资 源，线 路 的 传 输 能 力 可 用 于 为 其 他 用 户 传 输 更 多 的 数 据。这 种 根 据 用 户 实 际 需 要 分 配 线 路 资 源 的 方 法 也

50、 称 为 统 计 时 分 复 用 或 智 能 时 分 复 用。ATDM的 每 个 用 户 的 数 据 传 输 速 率 可 以 高 于 平 均 速 率，最 高 可 达 到 线 路 总 的 传 输 能 力。在 ATDM中，由 于 数 据 不 是 以 固 定 顺 序 出 现，所 以 接 收 端 不 知 道 应 该 将 哪 一 个 时 隙 内 的 数 据 送 到 哪 一 个 用 户。为 了 解 决 这 个 问 题，A T D M在 发 送 数 据 中 加 入 了 用 户 识 别 标 记，以 便 使 接 收 端 的 多 路 复 用 器 按 标 记 发 送 数 据。异 步 时 分 复 用 克 服 了 同