通信与网络基础知识

1、1通信和网络基础知识通信和网络基础知识陈 柏 年2广播网与交换网的比较广播网与交换网的比较 通信方式：通信方式：定点发送，群点接收；共享信道，单向传送 设备配置：设备配置：相对简单，按共享信道配置设备 通信方式：通信方式：多点发送，多点接收；独享信道，双向传送 设备配置：设备配置：相对复杂，按独享信道（用户数量）配置设备3网络的复杂性表现网络的复杂性表现来源于不同技术和不同网络多种连接方式没有形成单一的理论采用不同术语新颖模式和协议层出不穷4网络发展趋势 “三网三网”：电信网，广电网，计算机网：电信网，广电网，计算机网 发展趋势 宽带化宽带化：高速率、支持高速视频流通信 多媒体化：多媒体化：支

2、持声音、图像和数据综合 低成本普及化：低成本普及化：综合造价低、运行成本省5通信网络的构成要素 终端设备终端设备：信源和信宿。将用户所传送信息转换成传输设备上传输的电（光）信号或反之。 交换设备交换设备：对含有信息的电（光）信号转接交换和交叉连接。 传输设备传输设备：将通信网内节点（交换设备）连接起来，构成传输电（光）信号的通道。6网络的分类（1）一、按主要性能一、按主要性能：1、最大覆盖范围：LAN、MAN、 WAN2、通信种类：计算机网、电信网、广电网二、按技术特征二、按技术特征：1、拓扑结构：星型、环型、总线型、树型、网状型2、MAC子层特征：复接方式：时分、频分、空分、码分交换方式：电

3、路交换、分组交换、混合交换三、按技术体制三、按技术体制：1、准同步数字系列PDH2、同步数字系列SDH7网络的分类（2）四、按通信功能四、按通信功能：1、信息网：直接为用户服务的网络2、支撑网：信令网、同步网、管理网3、接入网：有线接入网、无线接入网五、按使用协议五、按使用协议：1、同步数字系列SDH2、异步转送模式ATM3、因特网网际协议IP4、综合业务数字网ISDN5、以太网Ethernet等8主要的宽带网络技术SDH（同步数字系列）WDM（波分复用）HFC（光纤同轴电缆混合网）ATM（ B-ISDN ）（异步转送模式）IP（网间协议）9覆盖范围不同的计算机网络（计算机网络角度） 按覆盖范

4、围和地域划分按覆盖范围和地域划分 局域网LAN（特征、以太网MAC，CSMA/CD） 城域网MAN（基本特征，与LAN的区别） 广域网WAN（子网，主机，路由器） 互联网internet（ WAN连接的LAN的集合 ） 因特网Internet（特指使用TCP/IP协议的国际互联网） 网络互连和网络互联的概念不同10网络互连和网络互联1、网络互连网络互连（interconnection ）：用线路和互连设备连接不同低层（网络层以下）协议的网络，强调的是物理连接强调的是物理连接。2、网络互联网络互联（internetworking）：用应用程序网关实现采用不同高层（传输层以上）协议的网络，强调的是

5、逻辑连接强调的是逻辑连接。11 1、数据、数据(data)：事物（实体）的表达形式，信息的记录，可识别的符号。2 、信息、信息(information)：数据的内容和解释。给予收信者新知识、有意义的消息。消息中包含的有意义的内容。 3 、通信、通信(Communication)：一切将消息从发送者有效传递至接收者过程。12消息（消息（Message） 消息（消息（ Message ）：）：用来传送一定信息量用来传送一定信息量的符号、序列的符号、序列（文字、数字等）或连续函数或连续函数（声音、图像、音乐等）。与记录不同，消息意味着经通信传输。 离散消息：离散消息：指状态是可数的或离散型的消息。比

6、如符号、文字和数据等，也称为数字消息数字消息。 连续消息：连续消息：指状态连续变化的消息，如连续变化的语音、图像等，也称为模拟消息模拟消息。13信号（信号（Signal） 信号信号(signal)：用某种物理量来代表某种信息的形式用某种物理量来代表某种信息的形式和符号和符号，也即数据的电磁或电子编码数据的电磁或电子编码。 为了传递消息，各种消息需要转换成电（光）信号。通常消息载荷在电（光）信号的某一参量上。 如果电（光）信号的该参量携带着离散消息，则该参量必将是离散取值的。这样的信号就称为数字信号数字信号。 如果电（光）信号的该参量连续取值，则称这样的信号为模模拟信号拟信号。 按照信道中传输的

7、是模拟信号还是数字信号按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分成两类：模拟通信系统模拟通信系统和数字通数字通信系统信系统。14数据和信号的关系数据和信号的关系 数据数据就是把事物的某些属性规范化后的表现形把事物的某些属性规范化后的表现形式式，它能被识别，也可以被描述，例如十进制数、二进制数、字符等。 信号信号是数据的具体的物理表现数据的具体的物理表现，具有确定的物理描述，例如电压、磁场强度等。 用数据传递信息总是依赖于一定的物理信号，例如用嘴发出的声音其实是用声波信号传递信息，用笔写出字符其实是用文字来传递信息。当数据在计算机通信网络中传输时，通信线路通信线路上实际上传输

8、的是一个二值上实际上传输的是一个二值（对应二进制数据）的电压序列信号。的电压序列信号。15比特比特bit 来源来源：“比特”是英语bit一词的音译。bit一词是由binary（二进制的）和digit（数字）两个词压缩而成的，所以bit即“二进制数字”，亦即和。 定义定义：表示实体的一种存在的状态（开或关，真或伪，上或下，入或出，黑或白）。出于实用的目的，我们把比特想成或。 比特（位）通常用于数据在网络上传输的情况比特（位）通常用于数据在网络上传输的情况下。下。16字节（字节（Byte） 定义定义：字节（Byte）是一种比“比特”更抽象或是高级的度量单位，一般来说，一个字节有8位，即8个比特。

9、字节通常用在数据的存储系统中字节通常用在数据的存储系统中。 四个缩写四个缩写：“K”、“M”、 “G”和“T”。 1K1024=210， “千”； 1M10241K=220， “兆”； 1G10241M=230， “千兆”或者“吉”； 1T= 1024 1G =240， “太”17数字信号和数据信号数字信号和数据信号 数字信号 驮载消息信号的参量的改变在时间上和取值上都是驮载消息信号的参量的改变在时间上和取值上都是离散的信号离散的信号。 函数的取值为有限多个，信号的定义域和值域都是离散的。 待传递的信息包含在码元的组合之中（对应关系）。 数据信号 特指用共特指用共128个个8bit二进制码组代

10、表的二进制码组代表的52个字母、个字母、 10个数字、个数字、 32个字符和个字符和34个符号的信号。个符号的信号。 编码规则采用美国信息交换标准编码美国信息交换标准编码ASCII（American Standard Code for Information Interchange） 两种信号不同点两种信号不同点 1、基本概念不同，2、传送通道不同，3、响应设备不同18数据通信 数据通信数据通信(Data Communication)：一种通过计算机或其它数据装置和通信线路，完成数据编码信号的传输、转接、存储和处理的通信技术。数据通信系统的构成数据源数据宿信号变换信号变换传输信道19数据通信的

11、关键组成部分（1）信源信源-产生待发数据；（2）发送器发送器-编码并形成适应传输的信号；（3）传输系统传输系统-连接信源和信宿之间的传输介质或复杂网络；（4）接收器接收器-接收来自传输系统的信号，并转换成信宿可处理的信号；（5）信宿信宿-接收来接收器的信号，并还原成原始数据。20单工半双工双工A信道BA信道BA信道BA通信的工作方式1.单工通信：单工通信：消息只能单向传输，如遥测、遥控等。2. 半双工通信：半双工通信：指通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的方式，如使用同一载频工作的无线电机。3. 全双工通信：全双工通信：指通信双方可同时进行收发消息的工作方式，如普通电话。21 信息量 信

12、息量信息量I与消息出现的概率与消息出现的概率P(x)间的关系式有如下规律：间的关系式有如下规律： 消息中所含的信息量I是出现该消息的概率P(x)的函数。 消息的出现概率越小，它所含的信息量愈大；反之信息量愈小。 若干个相互独立事件构成的消息，所含的信息量等于各独立事件信息量的和。 I与与P(x)间的关系式为间的关系式为： I= loga1/p(x)=-logap(x) 信息量的单位的确定取决于上式中对数底 a 的确定：a值 2 e 10单位 比特(bit) 奈特(nat) 笛特（Dat）/哈特莱（Hartley）22模拟信号Analog signal1、模拟信号的定义、模拟信号的定义：用信号的

13、某一参量（连续波的振幅、频率、相位，脉冲波的振幅、宽度、位置等）的连续变化来表示消息、且直接与消息相对应的信号。 2、模拟信号的特点、模拟信号的特点：（1）函数的取值为无限多个，信号的定义域和值域都是连续的。（2）待传递的信息包含在信号的波形之中（比例关比例关系系）。23数字信号Digital signal1、数字信号的定义、数字信号的定义：信号的某一参量只能取有限个数值，且常常不直接与消息相对应的信号。即指当驮载荷消息的参量(如电信号的幅度、频率、相位等 )的改变在时间上和取值上都是离散的信号。2、数字信号的特点、数字信号的特点：（1）函数的取值为有限多个，信号的定义域和值域都是离散的。（2

14、）待传递的信息包含在码元的不同组合之中（对对应关系应关系）。24模拟信号与数字信号的不同101101101模拟信号是恶化，数字信号是出错模拟信号是恶化，数字信号是出错25模拟数据和数字数据1、模拟数据、模拟数据Analog Data：用连续的物理变量（如电流、电压、转角、长度）表示的数据。 2、数字数据、数字数据Digital Data ：用不连续的形式（通常是0、1或-1、1）表示的数据。两种数据的传输方式 1、模拟式数据传输；2、数字式数据传输。四种数据的调制方式 1、数字数据、模拟信号传输（ASK、FSK、PSK）； 2、数字数据、数字信号传输（NRZ、RZ、双相位码、双极性码、延迟调制

15、码）； 3、模拟数据、数字信号传输（PCM、增量调制、参量调制）； 4、模拟数据、模拟信号传输（AM、FM、PM）。26信源调制器信道信宿解调器噪声源这是一种“模拟信源数据、模拟信号模拟信源数据、模拟信号”传输方式。实质性的两种变换实质性的两种变换是调制和解调，还可有其它的过程。需要研究的问题：需要研究的问题：1）基带信号的特性2）调制与解调原理3）已调信号的特性4）在有噪声的情况下系统的性能。模拟通信系统（信道中传输模拟信号的通信系统）27调制调制的定义调制的定义：把输入信号变换为适合于通过信道传输的波形的变换过程。调制的作用调制的作用：实现信源的频谱与信道的频带匹配。 调制中的三种信号：调

16、制中的三种信号：调制信号调制信号（基带信号）：原始信号载波信号载波信号：被调制的高频周期性脉冲起运载原始信号的作用。1. 已调信号已调信号：调制后的信号28调制方法分类 1、 按信号按信号m(t)的不同分的不同分： 模拟调制模拟调制：m(t) 是连续信号。 数字调制数字调制：m(t) 是数字信号。 2、按载波信号、按载波信号c(t)不同分：不同分： 连续波调制连续波调制：c(t) 连续； 脉冲调制脉冲调制：c(t) 为脉冲。 3、 按调制器功能的功能分：按调制器功能的功能分： 幅度调制幅度调制：用: m(t)改变c(t)的幅度（AM，DSB，SSB，VSB）。 频率调制频率调制：用: m(t)

17、改变c(t)的频率，如FM。 相位调制相位调制，用: m(t)改变c(t)的相位，如PM。 4、按调制器传输函数来分：、按调制器传输函数来分： 线性调制线性调制：调制前、后的频谱呈线性搬移关系。 非线性调制非线性调制：调制前、后的频谱不呈线性搬移关系，且调制后产生许多新成份。 29模拟通信系统 模拟通信的主要特点：模拟通信的主要特点：1、 抗干扰能力差2、 不易于保密通信3、 设备不易于大规模集成4、不适应飞速发展的计算机通信的要求5、 简单、易于实现。 已调信号的基本特点：已调信号的基本特点： 携带传送消息 适合在信道中传送 具有较高频率成分30信源加密器信道信宿解调器噪声源译码器调制器解密

18、器编码器数字频带传输通信系统（有调制器/解调器的数字通信系统） 这是一种“数字信源数据、模拟信号数字信源数据、模拟信号”传输方式。 频带传输频带传输：对各种信号调制后再传输的总称对各种信号调制后再传输的总称。 数字通信的突出问题数字通信的突出问题：强调已调参量之间的一一对应关系。 编码编码分为信源编码和信道编码。 由于同步同步环节位置不固定，图中未示出。31信源脉冲形成器信道信宿取样判决器噪声源接收滤波器CP定时脉冲发送滤波器同步提取电路码元再生器数字基带传输通信系统（没有调制器/解调器的数字通信系统） 这是一种“数字信源数据、数字信号数字信源数据、数字信号”传输方式，信源输出的信号只经过简单

19、的频谱变换（如形成升余弦、去除直流分量等），不经过频谱搬移进行传输，没有调制解调器的数字通信系统。 基带传输基带传输：信号在其原始的频带内进行传输信号在其原始的频带内进行传输。 基带信号形成器基带信号形成器中可能包含有编码器、加密器、波形变换器等。 接收滤波器接收滤波器中可能包含有译码器、解密器等。32数字通信系统构成要素 信源（信宿）信源（信宿）：提供待传递的语声、图像或数据信号； 信源编码方法信源编码方法：PCM、ADPAM、DM、SBC等； 信道编码信道编码：线性分组码、卷积码、循环码等； 加密器加密器：对数字信号进行逻辑运算加密处理； 复用复用：PDH、SDH 理论； 调制调制：基带调

20、制（如AMI、HDB3、CMI等线路编码）、频带调制； 再生中继器再生中继器：如光通信中的光再生中继器、微波通信中的中继站、卫星通信中卫星上的转发器等； 信道信道：电缆、光缆、无线短波、微波、卫星等。 33数字通信系统研究问题 1） 数字基带信号的特性（A/D变换）； 2） 数字调制与解调原理； 3） 已调信号的特性； 4） 数字通信系统的抗干扰性能； 5） 信道编码、译码（差错控制）； 6） 加密； 7） 同步。34信源由抽样、量化、编码组成的A/D转换器数字通信系统信宿D/A转换器这是一种“模拟信源数据、数字信号模拟信源数据、数字信号”传输的方式。模拟信号数字化：模拟信号数字化：将发送端的

21、模拟信号转换为数字信号。信源发出和信宿接收的信号是模拟信号。所以发送发送端的端的A/D和接收端的和接收端的D/A两次变换是不可缺少的环节两次变换是不可缺少的环节。模拟信号数字化传输通信系统35数字通信(Digital Communication) 信道中传输数字信号的通信系统。信道中传输数字信号的通信系统。数字通信的基本特征数字通信的基本特征：传输的信号是“离散”或“数字”的，强调已调参量与基带信号之间的一一对应性。数字通信有以下问题数字通信有以下问题： 1、数字传输时，信道受干扰所造成的差错，可通过差错控制差错控制编码等手段来实现，因此发送端需要增加一个编码器，接收端相应需要一个解码器。 2

22、、当需要保密时，可有效的对基带信号进行认为的“扰乱”，即加加密密，对应接收端需要进行解密解密。 3、数字传输还有一个同步同步问题。由于数字通信传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元，即码元，接收时应按与发送端的一致的节拍接收，称为“位同步”或“码元同步”。4、数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带占据更宽的系统频带而换得的。36数字通信的特点 优点优点：1、抗干扰能力强，无噪声的积累，且差错可以控制；2、便于加密处理；3、便于存储、处理和交换；4、设备便于集成化、微型化；5、便于构成综合数字网（传输和交换综合）和综合业务数字网（电话业务和非话业务综合）。 缺点缺点：1、占用信

23、道频带较宽；2、要求严格的同步系统。 克服不足的措施克服不足的措施：1、通信频段向更高频段更高频段方向发展；2、采用数字集成数字集成技术和数字压缩数字压缩技术。37数字通信中的七个关键技术问题1、数字调制/解调技术2、模拟信号数字化技术3、纠错编码技术4、同步技术5、数字加密技术6、信道与噪声技术7、基带和频带传输技术38数字调制/解调 当所使用信道的频率特性不适于基带信号传输时，可以利用调制技术将基带信号的频谱搬移到信道的工作利用调制技术将基带信号的频谱搬移到信道的工作频率范围内频率范围内。这种传送基带信号的方法称为载波信号传输。调制与解调是数字通信系统的核心，是最基本的也是最重要的技术之一

24、。 调制调制是输入的数字信号（基带数字信号）变换为适合于信道传输的频带信号。 解调解调是对收到的信号转换成原始数字信息脉冲。 常见的基本数字调制方式有振幅键控振幅键控（ASK）、频移频移键控键控（FSK）、绝对相移键控绝对相移键控（PSK）、相对（差分）相对（差分）相移键控相移键控（DPSK）等四种，在此基础上又产生了正交正交振幅调制振幅调制（QAM），正交相移键控正交相移键控（QPSK）等调制方式。 39基带传输 基带传输和频带传输是通信系统中信号传送的两种基基带传输和频带传输是通信系统中信号传送的两种基本方式本方式。在通信系统中被传输的原始信号大部分能量往往包含在频率较窄的一段频带中，这个

25、信号所固有的频带称为有效带宽或基本频基本频带带，简称基带基带。基带信号基带信号是指占据基本频带、没有经过调制（频率搬移）的原始信号。将基带信号不经过频谱搬移，只经过简单的频谱变换（例如形成升余弦，去掉直流分量等）形成适当的波形进行直接传输，称为数字信号的基带传输数字信号的基带传输。 基带传输系统基带传输系统涉及一系列技术问题，如信号类型（传输码型）、码间串扰，实现无串扰传输的理想条件及如何具体克服和减少码间串扰的措施等。 40频带传输 借助于调制解调装置，将基带数字脉冲信号经频谱搬移后进行传输称为数字信号的频带传输频带传输。 调制调制就是用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带

26、脉冲变化。经过调制的信号称为已调信号已调信号。已调信号通过线路传输到接收端，在接收端通过解调恢复为原始基带脉冲。 频带传输频带传输的应用范围要比基带传输广泛得多，传输距离也较基带传输要长。41同步与数字复接 同步同步是数字通信系统的基本组成部分。数字通信离不开同步，同步系统性能的好坏，直接影响着通信系统性能的优劣。所谓同步就是要使系统的收发两端有一个统一的时间标准，传输时保持步调一致。同步的主要内容包括载波同载波同步步、位同步位同步、帧同步帧同步以及网同步网同步。 数字复接数字复接是依据时分复用原理完成数码流合并的技术。 42信道与噪声 信道信道是指定一段频带，它让信号通过，同时指定一段频带，

27、它让信号通过，同时又给信号以限制和损害又给信号以限制和损害。信道从狭义的概念来讲可分为有线信道和无线信道，从广义的概念来讲可分为调制信道和编码信道，不同的信道的特性对所传信号有不同的影响。 噪声噪声是通信系统中额外混入的非期望的信号，即对信号有影响的所以干扰的集合。对信号有影响的所以干扰的集合。根据噪声的来源不同，噪声可分为无线电噪声、工业噪声、天电噪声合和内部噪声四类。43噪声的分类 从噪声的性质不同，噪声可分为四类噪声可分为四类： （1）起伏噪声起伏噪声：主要指信道内部热噪声和器件噪声等，是温度的函数； （2）脉冲噪声脉冲噪声：非连续的、在短时间里具有不规则的脉冲或噪声峰值，并且振幅较大，

28、对数字传输影响较大； （3）内调制杂音内调制杂音：当不同频率的信号共享同一传输介质的时候，可能导致内调制杂音。这些信号的频率是某两个频率和、差或倍数。 （4）串扰串扰：信号通路之间产生的不必要的耦合。44多路复用 多路复用多路复用:实现在同一条通信线路上传送多路信号的技术。 多路复用技术的基本原理多路复用技术的基本原理：各路信号在进入同一个传输媒质之前，先采用调制技术把它们调制为互相不会混淆的已调制信号，然后进入传输媒质传送到对方，在对方再用解调（反调制）技术对这些信号加以区分，并使它们恢复成原来的信号，从而达到多路复用的目的。 目的目的：充分利用通信资源和增加总的数据通信量，使多多用户能够固

29、定分配通信资源用户能够固定分配通信资源，采用多路复用技术可以远程或动态变化地共享通信资源。 方法方法：多路复用的基本的方法基本的方法有频分复用频分复用（FDM）、时分复用时分复用（TDM）、码分复用码分复用（CDM）、空分复用空分复用（SDM）和极化波分复用等。 45线路、链路与电路 线路线路是指通信设备之间的物理连接或者说物理通路物理连接或者说物理通路。 链路链路是任两个通信装置之间直接的逻辑连接逻辑连接，它是双方通过相互应答建立起的数据帧传输通路，包括传送数据所需要的规程和协议。 一条电路一条电路是信源和信宿之间的逻辑连接信源和信宿之间的逻辑连接，信息从信源传送到信宿所经历的整个路径上的一

30、条和若干条链路构成这条电路。一条电路既可能包含着多段链路，也可能只包含单段链路。如果信源与信宿是直接相连的，那么，电路与链路几乎没有差别。在这种情况下，有时还可以和术语“线路”混用，尽管不是很严格。 46模拟信号数字化 模拟信号可通过数字化的方法转化成数字信号；反之，数字信号又可通过模拟化的方法转化成模拟信号。 完成这两种转化的器件分别称为“模数转换模数转换”和“数数模转换模转换”。 模拟信号数字化最常用的方法是“脉冲编码调制脉冲编码调制”，即PCM。 PCM要经过三个步骤才能完成。 第一步“取样取样”，实现时间轴上的离散化； 第二步“量化量化”，实现幅度轴上的离散化； 第三步“编码编码”，将

31、离散化了的数据用二进制码型表示，进而变为一系列的电脉冲。47Switching Switching 交换交换 信息（数据）在通信网不同终端、线路或网路信息（数据）在通信网不同终端、线路或网路（虚电路）之间的切换过程，（虚电路）之间的切换过程，交换式通信网正是由相互连通的一群结点所构成。 随着网络性能的不断提高，越来越多的网络功能转由硬件实现，通过向硬件转化，能够降低通信的总延时，改善网络的质量。交换是基于硬件的智能转发。交换是基于硬件的智能转发。TTTTLL48 线路交换（circuit switching） 存储转发式交换 报文交换（message switching） （store and

32、 forward） 分组交换 数据报datagram） （packet switching） 虚电路 永久虚电路PVC （VC virtual circuit) (permanent VC) 交换虚电路SVC (switched VC)交换交换switchingswitching的分类的分类49信源编码（Source Encoding） 指将信号源中冗余的信息除去，经压缩形成一个适合用来传输的信号。 信源编码：解决模拟信号的数字化、降低解决模拟信号的数字化、降低冗余度和提高数字信号的有效性所进行的编码。冗余度和提高数字信号的有效性所进行的编码。 主要任务主要任务是：是： （1）完成）完成A/D

33、变换；变换； （2）压缩编码。）压缩编码。50信道编码（Channel Encoding） 为了抑制信道噪声对信号的干扰，往往还需要 对信源码信号进行再编码，编成在接收端不易为干扰所弄错、适合在信道中传送的形式所进行的编码。 信道编码是提高数字传输可靠性、降低误码是提高数字传输可靠性、降低误码率、按一定规则加入冗余码元所进行的编码。率、按一定规则加入冗余码元所进行的编码。 主要任务主要任务是是：（：（1）完成码型变换完成码型变换；（2）差错）差错控制。控制。 为了对付干扰，必须花费更多的时间，传送一些多余的重复信号，从而占用了更多频带，这是通信理论中的一条基本原理。51信源编码和信道编码信源编

34、码和信道编码52通信系统主要指标通信系统的目的：通信系统的目的： “既快又准既快又准”地传输信息。地传输信息。衡量通信系统质量的最主要的指标有两个最主要的指标有两个：传输信息的可靠性：传输信息的可靠性：指在给定的信道内接收信号的准确程度 。传输信息的有效性：传输信息的有效性：指在给定的信道内能够传输消息的内容 。1.对一个通信系统而言，这两个指标是互为矛盾而又互相联系的，在实际应用中常牺牲一项指标而换取另一项指标。 53模拟通信系统的性能指标 有效性指标有效性指标：用每路信号所需的传输带宽来衡量，带宽越窄，有效性越好； 可靠性指标可靠性指标：用输出信噪比来衡量，信噪比越大，可靠性越好。 54数

35、字通信系统的性能指标 有效性指标有效性指标：传输速率。有传码率和信息传输速率。 传码率（码元传输速率）RB：单位时间内传输的码元数量，单位是波特（Baud）。 信息传输速率（传信率）Rb：单位时间内传输的信息量，单位是bit/s，或bps(bit per second) 传信率与传码率之间的关系：对于M进制的码元，Rb= RBlogM。 可靠性指标可靠性指标：误码率Pe。误码率越小，可靠性越高。 55数字通信系统的主要性能指标（一）传输速率传输速率Transmission Speed:单位时间内所发送单元的数量。发送单元通常以每秒(或每分)内所发送的二进码、字符、字组或记录数来表示。是衡量信息

36、传输有效性的量度指标。561、数据传输速率数据传输速率 数据传输速率数据传输速率（Bit rate，又称比特率比特率、位速率、信息传输速率）S：是衡量传输比特数量快慢的量度指标，指单位时间内传送二进制位的数量单位时间内传送二进制位的数量，其单位是比特/秒(bit per second,bps或b/s)。若调制脉冲的宽度(全宽码)或重复周期为(归零码)T，一个脉冲信号所表示的有效状态数为n，波特率为B，则比特率为 S=Blog2n =（1/T）log2n572、信号传输速率信号传输速率 信号传输速率信号传输速率（Baud rate，又称波特率波特率、符号速率、码元传输速率、波形速率或调制速率）B

37、：它是每秒内离散状态或信号事件的个数，即每秒传输的码元数每秒传输的码元数；单位是波特(baud)。在异步传输中，它是单位间隔的倒数，若单位间隔的宽度是20毫秒，则波特率(调制速率)是50波特。若每个信号事件表示一个二进制位时，波特率就等于比特率。若调制脉冲的周期或码元长度为T，一个脉冲信号所表示的有效状态数为n，比特率为S，则波特率 B=1/T=S/log2n583、频带利用率频带利用率 频带利用率频带利用率（Band Use Rate）： 是衡量信息传输效率的量度指标，定义为单位频带内单位频带内的波特率，即每赫兹的波特数，单位是（波特的波特率，即每赫兹的波特数，单位是（波特/赫）赫）。 =（

38、符号速率）/（频带宽度）波特/赫。 频带利用率越高，说明费效比越高。有些场合，频带利用率也定义为有些场合，频带利用率也定义为1Hz内传送数据的比特内传送数据的比特率，单位是率，单位是 bps/Hz 。 59（二）信道容量（二）信道容量Channel Capacity 指信道在单位时间内能传送的最大数据传输速率单位时间内能传送的最大数据传输速率，又称极限数据传输速率，它受信道带宽和噪声的限制。 1、奈奎斯特公式、奈奎斯特公式Nyquist equation： 对无热噪声的离散信道，若信道的带宽为H，n为一个调制脉冲表示的有效状态数，log2n就表示单位脉冲所含的比特数， 最大数据传输速率最大数据

39、传输速率 C=2Hlog2n=2 带宽 log2n 对一定的带宽，数据传输速率是有限制的。对一定的带宽，数据传输速率是有限制的。602、香农公式、香农公式Shannon equation 对随机噪声服从高斯噪声分布高斯噪声分布的信道，信道容量信道容量(信道最大的数据传输速率) C=Blog2(1+S/N) 式中，B为带宽，S为信号的平均功率，N为信道内部高斯噪声功率。它指出当信噪比给定后，在给定带宽信道内信息传输速率的上界；但真正达到是十分困难的。 当信道容量一定时，所占带宽增加，信噪比可以降当信道容量一定时，所占带宽增加，信噪比可以降低要求。低要求。CDMA扩频通信就是利用了这个原理。扩频通

40、信就是利用了这个原理。61（三）差错率Error rate(误码率bit error rate) 是衡量数字通信系统可靠性指标，它指接收出现的差错比特数(传错码元数、字符)Ne和所传输的总比特数(总码元数、字符数)N之比；Pe=Ne/N。有时也用10万个符号中的错误数量表示，如传10万个码元错一个码元，则Pe=10-5。差错率的描述可有平均误码率、平均误码元率、平均误字符率等；但都是一个统计平均值。统计平均才有意义。统计平均才有意义。 在实际传输质量中，主要考察的是平均误码元率和平在实际传输质量中，主要考察的是平均误码元率和平均误字符率。均误字符率。62网络互连与网络互连与OSIOSI参考模型

41、参考模型 ISO/OSI 参考模型（参考模型（7层协议）层协议）应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层网络层应用层表示层会话层传输层网络层数据链路层物理层 同层实体间进行通信，相邻层间通过原语交换信息。 下层实体向上层实体提供服务，层间通信由该层协议 进行管理63七层的最简单描述 7 应用层应用层，网络服务程序，如应用程序：FTP、E-mail、Telnet等。 6 表示层表示层，数据的翻译和处理，包括数据结构表示、数据转换、加密、压缩。 5 会话层会话层，连接控制，进程管理、双工、半双工、单工、断点续发，薄层。 4 传输层传输层，为上层提供可靠的端到端数据传输 3 网络层网络层，路由

42、和交换，包括数据分组、路由选择、差错控制、流量控制。 2 数据链路层数据链路层，数据组成可发送、接收的帧，进行数据封装和错误检测。 1 物理层物理层，物理连接，数据收发，规定传输物理信号、接口、信号形式、速率。64ISO/OSI RMISO/OSI RM七层的名称和功用七层的名称和功用1、物理层物理层PH：为执行、维护和终止物理链路定义了电子、 机械、过程及功能的规则，实现比特流的透明传输。2、数据链路层数据链路层DL：通过物理网络链路提供透明、可靠的数据帧的传输。3、网络层网络层N：提供路由选择及其相关的功能，实现分组的传输服务。4、运输层运输层T：为高层提供可靠的端到端数据报文传输业务。5

43、、会话层会话层S：建立、管理和终止表示层与实体之间的会话，组织和同步进程间的对话。6、表示层表示层P：提供多种用于应用层数据的编码和转化功能，确保信息的可识别。7、应用层应用层A：负责两个应用进程间的信息交换，标识通信伙伴，定义资源的可用性和同步通信，为应用进程提供服务。发送端发送端应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层DATADATADATADATADATADATADATABITSAHPHSHTHNHDHDT数据链路层数据链路层协议协议应用层应用层协议协议表示层表示层协议协议会话层会话层协议协议传输层传输层协议协议网络层网络层协议协议各层

44、之间如何工作各层之间如何工作应用层应用层表示层表示层会话层会话层传输层传输层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层66各层的各层的PDUPDU和互连设备和互连设备层次名称PDU互连设备1物理层bitsRepeater /Hub2数据链路层FrameBridge3网络层PacketRouter4传输层SegmetGateway5会话层MessageGateway6表示层MessageGateway7应用层MessageGateway67TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）是网络互连事实上的工业标准，它是因特网的基本协

45、议。TCP/IP是一组协议簇的简称是一组协议簇的简称，除TCP和IP两大主要协议外，尚包括许多其它协议，因此是一系列支持网络通信的协议的集合。TCP协议和协议和IP协议起承上启下的作用协议起承上启下的作用，屏蔽物理网络细节，向上提供一致、通用的数据传输手段，构成互连网的骨架和核心。由于两个协议同时用于一个系统中的，故称它们为TCP/IP协议。TCP/IPTCP/IP（传输控制协议（传输控制协议/ /网络互连协议）网络互连协议）68TCPTCP协议是传输层中的协议协议是传输层中的协议 TCP：传输控制协议传输控制协议的简称，是四层的协议。 作用作用：提供可靠的、面向连接、全双工的端-端通信机制。

46、 功能功能：包括将消息分成分组，在接收端重装分组，对丢失和出错分组重传，并将其按顺序排列。69IPIP协议是网络层的协议协议是网络层的协议 IP：网际协议，互联网协议网际协议，互联网协议，是三层的协议。 作用作用：提供不可靠的、无连接数据报服务，主要有寻址、服务类型说明、拆装和安全功能。 说明文件为RFC791。70物理地址Internet interface 网络访问IP地址网络协议IP协议号传输控制协议TCP用户数据报协议UDP端口号网络文件服务NFS终端仿真协议TELNET文件传输协议FTP应用程序TCP/IPTCP/IP中应用程序与协议中应用程序与协议软件的通信软件的通信71概念层次层

47、次间传递的对象应用层传输层Internet层网络访问层硬件层TCP字节流或UDP消息(TCP Stream or UDP message)TCP片段或UDP数据包(TCP segment or UDP packet)IP数据报(IP Datagram)网络帧(Frame)TCP/IPTCP/IP分层模型及其各层之间传送的对象分层模型及其各层之间传送的对象72主机A应用层主机B传输层Internet层网络访问层应用层传输层Internet层网络访问层相同的报文相同的分组相同的数据相同的帧物理网络TCP/IPTCP/IP分层工作原理分层工作原理73ISO/OSITCP/IP应用层协议FTP、SMT

48、P、TELNET、SNMPTCPUDPICMPARPRARP网络接口层57432操作系统之外的软件操作系统之内的软件操作系统分界线操作系统分界线仅使用IP地址使用物理地址协议地址分界线协议地址分界线ICMP（Internet Control Message Protocol）：因特网控制报文协议（便于路由器对数据报的传送过程进行控制）ARP(Address Resolution Protocol)：地址解析协议（将IP地址转换为物理地址）RARP(Reverse Address Resolution Protocol) ：反向地址解析协议（将物理地址转换为IP地址）TCP/IPTCP/IP协议

49、簇的层次模型和两个重要的分界线协议簇的层次模型和两个重要的分界线74TCP/IPTCP/IP模型与模型与OSIOSI模型的比较模型的比较ISO/OSI 模型TCP/IP 协议、传输介质TCP/IP 模型应用层文件传输 模拟终端 电子邮件文件传输网络文件服务网络管理表示层会话层FTPTelnetSMTPTFTPNFSSNMP应用层传输层TCPUDP传输层网络层IPICMPARPRARPInternet 层数据链路层网络访问层物理层 Ethernet/IEEE 802.3 FDDIToken Ring/IEEE802.5ARCnetPPP/SLIP硬件层传输介质（如双绞线、铜缆、光纤、无线电波等）

50、751、Internet：采用TCP/IP协议向社会公众提供通用的因特网服务的国际互联网。（因特网因特网）2、Intranet：采用TCP/IP协议用于为分布在不同地点的企业内部部门之间提供因特网服务的企业内联网，也称为企业TCP/IP网络。（内联网内联网）3、Extranet：采用TCP/IP协议为特殊群体建立的虚拟网络，也称为外联网外联网。TCP/IPTCP/IP网络的三种类型网络的三种类型76物理地址（物理地址（ MACMAC地址、硬件地址）地址、硬件地址）一、绝对地址和相对地址一、绝对地址和相对地址1、全局地址全局地址（绝对地址）：用6个字节（48位）表示，前3个字节为厂商代码，后3个

51、字节为网卡号，即绝对地址=厂商代码厂商代码+网卡号网卡号，它在全世界是唯一的。2、局部地址局部地址（相对地址）：用2个字节（16位）表示，用于局部管理，可自行指配，只在局域网内有效。二、单地址和组地址二、单地址和组地址1、单地址单地址：地址字段第1个字节第1位为“0”时，目标地址只有一个，只与给定网络上的一个站点有关。2、组地址组地址：地址字段第1个字节第1位为“1”时，目标地址可有多个或所有站点，只适合于不确认的无连接服务。77网络层（网络层（IPIP）地址）地址 IP地址地址：在在Internet网中主机网中主机（包括工作站、服务器、路由器等）的数字地址标识的数字地址标识，也即在互联网上可

52、唯一标识的主机地址。 组成：组成： IPv4规定的IP地址由32位二进制数码（4个字节）或4个圆点隔开的十进制数表示（范围是0255）。 IPv6规定的IP地址由128位二进制数码（16个字节）表示。 特点特点：（1）提供全网统一、有效的地址模式，（2）地址结构对应网络层次结构，如：70，区域大小变化自左至右。78网络标识主机标号0 A A类类：B B类类：C C类类：0 0 8 31 网络标识主机标号网络标识主机标号1 0 2 16 31 31 243 1 1 IPIP地址的分类和格式地址的分类和格式地址表示结构：地址表示结构：类型前缀类型前缀+网络号网络号+主机号主机号加入子网掩码后，网络唯一的标识方法加入子网掩码后，网络唯一的标识方法：类型前缀：类型前缀+网网络号络号+子网号子网号79地址类别格式目标高位地址范围网络位/主机位最大主机数ANHHH 大型组织 07/2416,777,214BNNHH 中型组织 1,014/1665,543CNNNH 小型组织 1,1,0