经典《计算机网络教案》

1、目 录目 录 第一讲（2课时）第一章. 概 述§1.1、计算机网络在信息时代中的作用§1.2、因特网概述§1.3、因特网组成§1.4、计算机网络在我国的发展（略）第二讲（2课时）§1.5、计算机网络的类别§1.6、计算机网络的性能§1.7、计算机网络体系结构第三讲（2课时）10第二章. 物理层10§2.1、物理层的基本概念10§2.2、数据通信的基础知识10第四讲（2课时）14§2.3、物理层下面的传输媒体14§2.4、信道复用技术15第五讲（2课时）18§2.5、数字传输系

2、统18§2.6、宽带接入技术20第六讲（2课时）22第三章. 数据链路层22§3.1、使用点对点信道的数据链路层22§3.2、点对点协议PPP25第七讲（2课时）27§3.3、使用广播信道的数据链路层27第八讲（2课时）31§3.4、使用广播信道的以太网31§3.5、扩展以太网（一）34第九讲（2课时）36§3.5、扩展以太网（二）36§3.6、高速以太网39第十讲（2课时）41第一、二、三章课后部分习题讲解41第十一讲（2课时）42第四章. 网络层42§4.1、网络层提供的两种服务42§4.2

3、、网际协议IP（一）43第十二讲（2课时）49§4.2、网际协议IP（二）49§4.3、划分子网和构成超网50第十三讲（2课时）57§4.4、网际控制报文协议ICMP57§4.5、因特网的路由选择协议（一）58第十四讲（2课时）64§4.5、因特网的路由选择协议（二）64§4.6、IP多播65§4.7、虚拟专网VPN和网络地址转换NAT68第十五讲（2课时）70第五章. 运输层70§5.1、运输层协议概述70§5.2、用户数据报协议UDP72第十六讲（2课时）75§5.3、传输控制协议TCP概述

4、75§5.4、可靠传输的工作原理76§5.5、TCP 报文段的首部格式77第十七讲（2课时）79§5.6、TCP可靠传输的具体实现79§5.7、TCP的流量控制82第十八讲（2课时）84§5.8、TCP的拥塞控制84§5.9、TCP的运输连接管理88第十九讲（2课时）90第六章. 应用层90§6.1、域名系统DNS90§6.2、文件传输协议93§6.3、远程终端协议TELNET94第二十讲（2课时）95§6.4、万维网www95第二十一讲（2课时）100§6.5、电子邮件100

5、7;6.6、动态主机配置协议DHCP101§6.7、简单网络管理协议102第二十二讲（2课时）104第四、五、六章课后部分习题讲解104第III页计算机网络第1讲 主讲教师：江家宝第一讲（2课时）一、教学内容：§1.1、计算机网络在信息时代的作用；§1.2、因特网概述；§1.3、因特网组成； §1.4、计算机网络在我国的发展；二、教学目标：.掌握网络与因特网的关系；.掌握因特网的组成；.了解因特网以及我国的网络发展历程；三、教学重点：.掌握网络与因特网的关系；.掌握因特网的组成；四、教学难点：. 掌握因特网的组成；五、教学过程：第一章. 概 述

6、§1.1、计算机网络在信息时代中的作用1.1.1、21世纪重要特征：数字化 网络化 信息化，即以网络为核心的信息化时代；网络现已成为信息社会的命脉和发展知识经济的重要基础1.1.2、网络是指“三网”è电信网络 有线电视网 计算机网络；核心是计算机网络、发展最为迅速、趋势是三网融合；1.1.3、网络两个最重要功能：、连通：计算机网络使上网用户之间都可以交换信息，好像这些用户的计算机都可以彼此直接连通一样，极大缩短了人与人之间时空距离；、共享：包括信息共享、硬件共享和软件共享；1.1.4、网络的应用：、扩大了人类社会群体之间互变协助的范围；、改变着人们的工作方式、生活方式、思维

7、方式；、具体应用如：电子政务、电子商务、远程教育、远程医疗、视频会议等等；1.1.5、网络带来的负面影响：、计算机犯罪；、不良信息传播；、青少年沉迷网络；§1.2、因特网概述1.2.1、因特网概述àInternet：、起源于美国，前身为ARPNRT，第一个；、已成为世界上最大的国际性互联网；、网络à由若干结点和连接这些结点的链路组成；、结点à可以是计算机、集线器、交换机、路由器等；、互联网à就是网络的网络àinternet、网络与因特网之间的关系à网络计算机连在一起；互联网将许多网络连在一起1.2.2、因特网发展的三个阶段：

8、（界限不明显）、第一阶段à从单个网络 ARPANET 向互联网发展的过程（大约1969年开始），计算机技术与通信技术相结合产生了第一个ARPANET网络è里程碑；、第二阶段à三级结构的因特网建成：主干网、地区网、校园网(企业网)；1983 年 TCP/IP 协议成为 ARPANET 上的标准协议，人们把 1983 年作为因特网的诞生时间；1985年开始美国国家基金会NSF着手构建三级计算机网络，即美国国家科学基金网NSFNET；注意：internet 和 Internet 的区别n 以小写字母 i 开始的 internet（互联网或互连网）是一个通用名词，它泛指由

9、多个计算机网络互连而成的网络。 n 以大写字母I开始的的 Internet（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算机网络，它采用 TCP/IP 协议族作为通信的规则，且其前身是美国的 ARPANET。、第三阶段à多层次ISP结构的因特网（大约1993年开始）：1.2.3、因特网标准化工作：、1992年因特网不再由美国管辖，并形成国际性组织“因特网协会ISOC”：所有因特网标准都以RFC文档形成在Internet上发表； 、制订因特网的正式标准要经过以下的四个阶段：n 因特网草案(Internet Draft) 在这个阶段还不是RFC 文

10、档（有效期6个月）。n 建议标准(Proposed Standard) 从这个阶段开始就成为 RFC 文档。n 草案标准(Draft Standard)n 因特网标准(Internet Standard) 、各种RFC之间的关系1.2.3、因特网(Internet)的发展.进入 20 世纪 90 年代以后，以因特网为代表的计算机网络得到了飞速的发展。.已从最初的教育科研网络逐步发展成为商业网络。.已成为仅次于全球电话网的世界第二大网络。 1.2.4、因特网的意义.因特网是自印刷术以来人类通信方面最大的变革。.现在人们的生活、工作、学习和交往都已离不开因特网。 §1.3、因特网组成因特

11、网的组成主要分两部分：、因特网的边缘部分（资源子网）.由所有连接在因特网上的主机组成；.主机A与主机B通信“实质上是主机A中的某个进程与主机B中的某个进程进行通信”；、因特网的核心部分（通信子网）由大量网络和连接这些网络的路由器组成。这部分是为边缘部分提供服务的（提供连通性和交换）。1.3.1、因特网的边缘部分（资源子网）n 处在因特网边缘的部分就是连接在因特网上的所有的主机。这些主机又称为端系统(end system)。n “主机 A 和主机 B 进行通信”，实际上是指：“运行在主机A上的某个程序和运行在主机B上的另一个程序进行通信”。更具体而言，是“主机 A 的某个进程和主机 B 上的另一

12、个进程进行通信”。或简称为“计算机之间通信” n 网络边缘端系统中运行的程序之间的三种主要通讯方式èl 客户服务器方式（C/S 方式） 即Client/Server方式 l 对等方式（P2P 方式） 即 Peer-to-Peer方式 、C/S方式（Client/Server、客户/服务器模式）à服务器通常采用高性能的PC、工作站或小型机，并采用大型数据库系统，如Oracle、Sybase、Informix或 SQL Server，客户端需要安装专用的客户端软件。.客户机程序：客户程序主动向服务器发起通信请求，客户程序必须知道服务器地址，无需特殊硬件和复杂OS；.服务器程序：

13、提供某种服务，可同时处理多个客户请求，系统启动后一直不断运行着，被动接受客户请求，一般需要强大的OS支持；.服务器：是计算机的一种，它是网络上一种为客户端计算机提供各种服务（主要是共享服务）的高性能的计算机；它在网络操作系统的控制下，将与其相连的硬盘、磁带、打印机、Modem及昂贵的专用通讯设备提供给网络上的客户站点共享，也能为网络用户提供集中计算、信息发表及数据管理等服务；目前，按照体系架构来区分，服务器主要分为两类： Ø ISC架构服务器（又称精简指令集RISC架构服务器）：使用RISC芯片并且主要采用UNIX操作系统的服务器。Ø IA架构服务器，（又称复杂指

14、令集CISC架构服务器）：即通常所讲的PC 服务器，它是基于PC机体系结构，使用Intel或与其兼容的处理器芯片的服务器，如联想的万全系列服务器，HP公司的Netserver系列服务器等。.客户机：又称用户工作站，是用户与网络打交道的设备；一般由微机担任，每一个客户机都运行在它自己的、并为服务器所认可的操作系统环境中。客户机主要享受网络上提供的各种资源。一般也可将运行着服务器程序的机器称为服务器；总结：C/S优点是能充分发挥客户端的处理能力，很多工作可以在客户端处理后再提交给服务器。对应的优点就是客户端响应速度快。缺点主要是：只适用于局域网、客户端需要安装专用的客户端软件、对客户端的

15、操作系统一般也会有限制。、P2P 方式（Peer-to-Peer、对等方式）n 对等连接是指两个主机在通信时并不区分哪一个是服务请求方还是服务提供方。n 只要两个主机都运行了对等连接软件（P2P 软件），它们就可以进行平等的、对等连接通信。n 双方都可以下载对方已经存储在硬盘中的共享文档。 n 对等连接方式的特点è从本质上看仍然是使用C/S方式，只是对等连接中的每一个主机既是客户又同时是服务器； 、B/模式（Brower/Server、浏览器/服务器模式）à客户机上只要安装一个浏览器（Browser），如Netscape Navigator或Internet Explore

16、r，服务器安装Oracle、Sybase、Informix或 SQL Server等数据库。浏览器通过eb Server 同数据库进行数据交互。 总结：B/S最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易，只要能上网，再由系统管理员分配一个用户名和密码，就可以使用了。甚至可以在线申请，通过公司内部的安全认证（如证书）后，不需要人的参与，系统可以自动分配给用户一个账号进入系统。 1.3.2、因特网的核心部分（通信子网）n 网络核心部分是因特网中最复杂的部分。n 网络中的核心部分要向网络边缘中的大量主机提供连通性，使边

17、缘部分中的任何一个主机都能够向其他主机通信（即传送或接收各种形式的数据）。n 在网络核心部分起特殊作用的是路由器(router)。n 路由器是实现分组交换(packet switching)的关键构件，其任务是转发收到的分组，这是网络核心部分最重要的功能。 1、电路交换：、一百多年来，电话交换机虽经多次换代，但仍是电路交换。N 部电话机两两相连，不采用特殊方法则需要 N(N 1)/2 对电线，显然太浪费，因此产生了交换机；l 在这里，“交换” (switching)的含义就是“转接” 把一条电话线转接到另一条电话线，使它们连通起来。l 从通信资源分配角度来看，“交换”就是按照某种方式动态地分配

18、传输线路的资源。、电路交换的特点.电路交换必定是面向连接的。 .电路交换的三个阶段：建立连接à通信à释放连接；、电路交换的缺点线路传输效率往往很低，不适合计算机通信；2、报文交换采用存储转发技术； 整个报文有一个报头，报头中含有目的地址和源地址等信息，通讯前不像电路交换那样先建立连接，通讯时整个报文先传送到相邻结点，全部存储下来后根据报头信息查找转发表，决定下一次转发到哪个结点，通讯结束时也没有释放连接过程；3、分组交换采用存储转发技术；、在发送端，先把较长的报文划分成较短的、固定长度的数据段，再加上必要控制信息组成的头部（头部中含有目的地址和源地址等信息），即构成分组，各

19、个分组可独立选路；为讨论方便，常把单个网络简化为一条链路，不必先建立链路；、优点è高效 灵活 迅速 可靠；、缺点è.分组在各结点存储转发时需要排队，这就会造成一定的时延。 .分组必须携带的首部（里面有必不可少的控制信息）也造成了一定的开销。 总结è电路交换 报文交换 分组交换区别:§1.4、计算机网络在我国的发展（略）我国于1989年11月建成第一个公用分组交换网CNPAN网，随后陆续建造的九个全国范围的公用计算机网络：(1)、中国公用计算机互联网 CHINANET(2)、中国教育和科研计算机网 CERNET(3)、中国科学技术网 CSTNET(4)、中

20、国联通互联网 UNINET(5)、中国网通公用互联网 CNCNET(6)、中国国际经济贸易互联网 CIETNET(7)、中国移动互联网 CMNET(8)、中国长城互联网 CGWNET（建设中）(9)、中国卫星集团互联网 CSNET（建设中）六课堂小结简述本次课的重点知识；第页计算机网络第2讲 主讲教师：江家宝第二讲（2课时）一、教学内容：§1.5、计算机网络类别；§1.6、计算机网络的性能指标；§1.7、计算机网络体系结构；二、教学目标：.掌握网络的定义与分类；.掌握网络的性能指标；.掌握网络的体系结构及其相关概念；三、教学重点：. 掌握网络的定义与分类； . 计

21、算机网络的性能指标；. 掌握网络的体系结构；四、教学难点：.P2P；.C/S；.电路交换；.分组交换；.带宽；.时延；.掌握网络的体系结构；五、教学过程：§1.5、计算机网络的类别1.5.1、计算机网络的不同定义n 最简单的定义è计算机网络是一些互相连接的、自治的计算机的集合。n 因特网(Internet)是“网络的网络”。 1.5.2、几种不同的类别的网络、按不同作用范围划分n 广域网 WAN (Wide Area Network)n 局域网 LAN (Local Area Network)n 城域网 MAN (Metropolitan Area Network)n 个人

22、区域网 PAN (Personal Area Network)、按不同使用者划分 n 公用网 (public network) n 专用网 (private network) 、本地接入网n 接入网 AN (Access Network)，它又称为本地接入网或居民接入网，即：一个市通信范围内的众多用户接入线构成接入网如 PSTN ISDN ADSL DDN等等；n 由 ISP 提供的接入网只是起到让用户能够与因特网连接的“桥梁”作用。 §1.6、计算机网络的性能1、速率计算机网络上主机在数字信道上传输数据的速率；单位b/s（bps），1Kb/s=103 bps ；1Mb/s=106

23、bps ；1Gb/s=109 bps；1Tb/s=1012 bps；2、带宽本来是指信号具有的频带宽度，如电话信号带宽为3.1KHz（从300Hz到3.4KHz），单位是赫兹、千赫、兆赫赫、吉赫等；而在计算机网络中带宽表示网络通信线路传送数据的能力，即单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”，单位b/s（bps），1Kb/s=210 bps ；1Mb/s=220 bps ；1Gb/s=230 bps；1Tb/s=240 bps；3、吞吐量单位时间内通过某个网络实际数据量；4、时延 时延主要分以下几部分：、发送时延：主机线路由发送数据帧所需时间；、传播时延è电磁波在信道

24、中传播一定的距离所需时间：、处理时延è主机线路由分析首部、提取数据部分、差错检测、路由选择等需花费的时间；、排队时延è在路由的输入队列中等待时间长度；注意事项1四种时延所产生的地方 注意事项2容易产生的错误概念：.对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。 .提高链路带宽减小了数据的发送时延。 【例题1.1】收发两端之间传播距离为1000KM，信号在媒体上传播速率为2×108 m/s 试计算以下两种情况下发送时延和传播时延：.数据长度为107bit 数据发送率为100kb/s.数据长度为103bit 发速率为1Gb/s解：传播时

25、延均为106 /（2×108）=5*10-3(S) .的发送时延107 / 105=1*102(S) .的发送时延 103 /109 =1*10-6(S)5、时延带宽积表示发送的第一个比特到达终点时已发送比特数；6、往返时间从发送方发送数据开始，到发送方收到来自接收方的确认为止，共经历的时间长度；7、利用率主要是指“信道利用率” 和“网络利用率”、信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。、网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。注意è.信道利用率并非越高越好。 .时延D与网络利用率U之间存在以下关系：若令 D0 表示网

26、络空闲时的时延，D 表示网络当前的时延，则在适当的假定条件下，可以用下面的简单公式表示 D 和 D0之间的关系： ；8、非性能指示主要有以下几方面：费用、质量、标准化、可靠性、扩展性、易于维护和管理等；§1.7、计算机网络体系结构 相互通信的两个计算机系统必须高度协调工作才行，而这种“协调”是相当复杂的。“分层”可将庞大而复杂的问题，转化为若干较小的局部问题，而这些较小的局部问题就比较易于研究和处理。 1.7.1、协议 只要遵循 OSI 标准，一个系统就可以和位于世界上任何地方的、也遵循这同一标准的其他任何系统进行通信法律上的国际标准 OSI 并没有得到市场的认可，而非国际标准 TC

27、P/IP 获得了最广泛的应用。协议è为进行网络中数据交换而建立的规则标准或约定；1.7.2、协议三要素:.语法：数据交换的格式与信息结构.语义：需要发出何种控制信息 完成何种动作、.同步：事件实现顺序详细说明1.7.3、分层思想的好处： .分层之间相互独立，无需知道下层如何实现.灵活性好：对本层修改只要保持接口不变，上下层不受影响.结构上可分割开：各层都可采用最合适的技术实现.易于实现和维护：系统被分解成若干独立子系统.能促进标准化工作：每一层功能都做出精选说明1.7.4、体系结构计算机网络的各层及其协议的集合；OSI七层体系结构TCP/IP五（或四）层体系结构7 应用层应用层：各种

28、应用层协议6表示层5会话层4运输层运输层（TCP/ip）3网络层网络层ip2数据链路层数据链路层网络接口层1物理层物理层从本质上讲，TCP/IP只是最上面三层，网络接口层没什么具体内容，学习时往往综合这两种体系结构优点，采用五层结构：从上往下依次是：应用层，运输层，物理层，数据链路层，物理层1.7.5、各层主要功能简介：.应用层：直接为用户应用进程服务.运输层：为两个主机中进程之间通信提供服务.网络层：将运输层报文封装后进行传送，并选择路由.数据链路层：在相邻两个主机间点对点传送.物理层：透明传输比特流 数据在各层之间传递过程示意（假定两点直连）1.7.6、协议与服务的区别： 实体è

29、任何可发送或接收信息的硬件或软件进程；协议è控制两个对等实体进行通信的规则的集合；.协议的实现保证了向上层提供服务，下面的实体是透明的，上层只能看到下层的服务，看不到协议.协议是水平的，而服务是垂直的；服务数据单位è层与层之间交换的数据的单位； 访问服务点è相邻层交换信息的地方称； 一个有关网络协议的例子：白军和蓝军问题【例题1-1】IP协议在Internet网中处于核心地位图2.沙漏计时器形状的TCP/IP协议簇示意图六课堂小结简述本次课的重点知识；七作业布置 P34-35：1-11、1-17、1-18、1-19、1-21、1-26 第117页计算机网络第3讲

30、主讲教师：江家宝第三讲（2课时）一、教学内容§2.1、物理层的基本概念；§2.2、数据通信的基础知识；二教学目标：.掌握物理层的几个基本概念；.理解数据通信的模型；.掌握有关信道的几个基本概念；.了解国标网线制作方法；. 掌握信道的极限容量；三教学重点：.掌握物理层的几个基本概念； .掌握有关信道的几个基本概念；.掌握信道的极限容量；四教学难点：.理解数据通信的模型；.掌握有关信道的几个基本概念；.掌握信道的极限容量； 五教学过程：第二章. 物理层§2.1、物理层的基本概念物理层主要目的è在传输媒体上透明传输比特流；注意：物理层不是指具体的传输媒体物理层

31、主要任务è确定与传输媒体的接口有关的一些特征：.机械特征：指明接口所用接线器的形状、尺寸、引脚数和排列等等；.电气特征：指明接口电缆上各条线出现的电压范围；.功能特征：指明莫条线上出现某一电平的电压的意义；.过程特征：指明对于不同功能的各种可能事件出现顺序；数据在计算机中多采用并行传输，在通信线路上，一般都是串行传输，主要出于经济上考虑；§2.2、数据通信的基础知识2.2.1、数据通信的模型、通信系统一般可划分为三大部分：.源系统è包括信源和发送器；.传输系统è可能是简单的传输线也可能是复杂的网络系统；.目的系统è接收器和信宿；、几个术语. 数

32、据（data）è运行信息的载体；. 信号（signal）è数据的电气或电磁表现；. 模拟信号（analogous signal）è波动持续变化，包含无穷多个值；. 数字信号（digital signal）è离散，跃变，包含有限个值；设备先进，便宜. 码元（code）è在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。举例：，其中振幅有2种，相位有4种，每个振幅和相位对应的构成一个码元，则有8种码元，每种码元代表3个二进制比特；显然：若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行解调时要正确识别每一种状态就越困难。 2

33、.2.2、有关信道的几个基本概念1、信道：向某一个方向传送信息的媒体。通信电路不同，通常一条通信电路包含一条发送信道和一条接收信道。2、单工通信：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互，如无线电广播。3、半双工通信：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送，也就不能同时接收。4、双工通信：通信的双方可以同时发送和接收信息。5、基带信号（即基本频带信号）：来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。6、基带传输：在信道中直接传输基带信号；7、带通信号：经过载波调制后的信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。 8、频带传输：将基带信号调制成模拟信号后传输；注

34、意：基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)；调制分大类，一类是仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应，变换后的信号任然是基带信号，这类调制称之为“基带调制”；另一类是需要使用载波进行调制，即把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输，这类调制称之为“带通调制”；9、基本的带通调制方法：为达到更高信息传输速率，必须采用更为复杂的多元制振幅相位混合调制方法；2.2.3、信道的极限容量 1、基本概念：信道带宽（W）è通讯信道的“带宽”是指信道可以不失真地传输信号的

35、频率范围。（注意：计算机网络中“带宽”则表示网络通信线路传送数据的能力，即单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的最高数据率）显然：不同的传输媒体具有不同的信道质量，所支持的带宽有所不同。 数据传输率（C）è 又称比特率，信道在单位时间内可以传输的最大比特数。单位：每秒比特数bit/s（bps）； 信号传输率（B）è 又称码元率、调制速率或波特率，可以被理解为单位时间内传输码元符号的个数，即“传输符号率”，单位：波特（Baud）； 波特率与比特率的关系为：比特率 = 波特率单个码元对应的二进制位数。信道容量è表示信道的传输能力，是指信道在单位时间内可以传输的最大

36、信号量（即信道的最大信号传输率Bmax）。通常表示为单位时间内可传输的最大二进制位数（即信道的最大数据传输率Cmax）。 信道容量和信道带宽具有正比的关系：带宽越大，容量越大。2、信道的极限容量è两个定理任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。信号或数据传输率越高、信号传输距离越远、干扰越大，在信道的输出端的波形的失真就越严重，如果接收方还能够识别失真的信号，则失真对通讯无影响。 限制信号或数据在信道上的传输速率的主要因素有以下两个：“信道能够通过的频率范围”和“信噪比” ；、奈奎斯特定理无噪音的理想信道. 码间串扰è接收端收到的信息失去了码

37、元之间的清晰界限而无法识别。1924 年，奈奎斯特(Nyquist)推导出了著名的奈奎斯特定理。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。 . 定理内容：设信道带宽W（HZ）、每个采样周期中信号的状态最多有V种（即有V种码元），则在无噪音情况下信道的最大数据传输速率为：（bps）、香浓定理有噪音的信道 . 信噪比è信号平均功率与噪声平均功能之比，记

38、做S/N； 信噪比通常用分贝作度量单位；【例题2.1】当S/N=1000时 信噪比为30db. 香浓定理内容：香农(Shannon)用信息论的理论推导出了有噪音情况下，带宽W、高斯白噪声干扰、信道的极限、无差错的信息传输速率之间的关系如下： 其中：W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）； S 为信道内所传信号的平均功率； N 为信道内部的高斯噪声功率；香农公式表明： .信道的带宽或信道中的信噪比越大，则数据的极限传输速率就越高。 .只要数据传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。 .若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则

39、信道的极限数据传输速率 C 也就没有上限。 实际信道上能够达到的数据传输速率要比香农的极限传输速率低不少。 . 提高信道传输速率上限的方法： .提高带宽（根据香浓公式）；.提高信噪比（根据香浓公式）；.让一个码元携带更多比特信息（根据奈氏准则）；【例题2.2】有一带宽为3khz的理想低通信道，求其最高码元速率，若一个码元能运载3位二进制信息，求信道容量 解：V = 23 =8，根据奈奎斯特定理可知 比特率 = 波特率单个码元对应的二进制位数。【例题2.3】求噪音为30db、带宽为4KHz信道容量（即信道最大传输速率） 解： 30=10log10（S/N）求得S/N=1000 C=W*log2（

40、1+S/N）40Kbps六课堂小结简述本次课的重点知识；七作业布置 P62：2-06、2-07、2-08、2-09；计算机网络第4讲 主讲教师：江家宝第四讲（2课时）一、教学内容§2.3、物理层下面的传输媒体；§2.4、信道复用技术；二、教学目标：.掌握导向传输媒体和非导向传输媒体基本知识；.掌握国标网线制作标准；.掌握频分多路复用技术的基本原理；.掌握时分多路复用技术的基本原理；.掌握波分多路复用技术的基本原理；.掌握码分多路复用技术的基本原理；三、教学重点：.导向传输媒体基本知识；.频分多路复用技术的基本原理；.时分多路复用技术的基本原理；.波分多路复用技术的基本原理；

41、.码分多路复用技术的基本原理；四、教学难点：.频分多路复用技术的基本原理；.波分多路复用技术的基本原理；.码分多路复用技术的基本原理；五、教学过程：§2.3、物理层下面的传输媒体2.3.1、导向传输媒体 1、双绞线è又称“双扭线”，连接电脑常用8芯无屏蔽双绞线；（参见P42表2-1）n 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair) 有金属屏蔽层；n 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair) 无金属屏蔽层；绞合作用：减少相邻导线之间的电磁干扰；传输信号：数字信号、模拟信号；传输距离：十几公里；导线越粗传输越远，传输数字信号

42、时传输速率越大越近；2、同轴电缆è常有于有线电视网；50 W 同轴电缆；75 W 同轴电缆；3、光纤è即：光导纤维，不受外界电磁干扰，直径8100；l 多模光纤è直径相对较大，可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输的光纤；l 单模光纤è光纤直径小到光的波长时，光线就一直向前传播而不发生多次反射的光纤（传播的距离比多模光纤远）光纤工作原理：2.3.2、非导向传输媒体1、无线电传输è收音机2、微波传输è主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差；3、红外线è遥控器4、光波2.3.3、国标网线制作方法A标准与B标准差别

43、为1与3 2与6对调直通线è两边标准相同；交叉线è两边标准相异；注意：在10M、100M以太网中，仅1、2、3、6四根线有用；§2.4、信道复用技术2.4.1、为什么要使用信道复用技术？1、通信工程中通信线路架设的费用较高，需要充分利用线路的现有容量。2、传输介质的通信容量都会超过单一信道的传输通信量。2.4.2、多路复用技术实质发送方使用复用器将多个用户数据合起来共享一条物理线路传输到接收端，接收端再使用分用器将数据分离成各个单独数据，分发给接收方多个用户。2.4.3、多路复用的常用四种基本形式频分多路复用（FDM）、波分多路复用（WDM）、时分多路复用（TDM

44、）；码分多路复用（CDMA）1、频分多路复用è基本原理：在一条通信线路上设置多个信道，每路信道的信号以不用载波频率进行调制；即：多个用户在同一时间内占用不同的频率带宽；【例题2.4】一通信线路可用带宽96KHZ，每个信道4KHZ，则该线路可以复用24个信号。每个信道分配给一个用户，可同时为24对用户提供服务；再如：一电话通信标准话路带宽为4KHZ，若1000个用户进行频分复用，复用后总带宽为4MHZ；2、时分多路复用è基本原理：所有用户在不同时间占用相同的频带宽度；、同步时分多路复用将时间片预先分配给各个信道，并且时间片固定不变；同步时分多路复用示意图显然由于计算机数据突发

45、性，同步时分多路复用可能造成线路资源的浪费。它不考虑这些信道是否有数据发送。 、统计时分多路复用允许动态地分配时间片；其原理如下图所示。假定各用户发送数据情况如上图左边。统计时分多路复用示意图3、波分多路复用è光的频分多路复用，用于光纤通讯；4、码分多路复用（CDM）è又称码分多址复用（CDMA）、码分多路的特征：n 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。n 这种系统发送的信号的抗干扰能力很强，其频谱类似于白噪声，不易被发现。 n 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，每个间隔称为一个码片，m个码片构成一个码元。Ø 每个站被指派一个唯一的 m b

46、it 码片序列。l 如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。l 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 Ø 例如，S 站分配的 8 bit 码片序列是 00011011（一个码元）。l 发送比特 1 时，就发送序列 00011011。l 发送比特 0 时，就发送序列 11100100。Ø S 站的码片序列：(111+1 +11 +1 +1) 、码分多路的工作原理：每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交（在实用的系统中是使用伪随机码序列）。这种正交满足下列特征：.令向量表示站的码片向量，令 T 表示其他任何站T的码片向量，令表示其他任何站

47、T的码片反码的向量，两个不同站的码片序列正交，就是向量和的规格化内积是0,同时向量和的规格化内积也是0,：且例如：令向量S为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量T为(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1).任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1 。.一个码片向量和自身反码的向量的规格化内积值是1。 当接收站打算接收S站发送的信号时，就用S站的码片序列与收到的复用信号求规格化内积，即和,显然=0，就是S站发的数据比特；六课堂小结简述本次课的重点知识；七作业布置 P62：2-11、2-12；计算机网络第5讲 主讲教师：江家宝第五讲（2课时）一、教学内容§2.5、

48、数字传输系统；§2.6、宽带接入技术；二、教学目标：. 掌握脉冲编码调制方法；. 掌握数字数据编码方法；. 理解PCM国际标准；. 理解光纤同轴混合网（HFC网）；. 掌握ADSL技术；. 理解FTTX技术；三、教学重点：.脉冲编码调制方法；.数字数据编码方法；.ADSL技术；四、教学难点：. 理解PCM国际标准；. 理解ADSL技术；. 理解FTTX技术；五、教学过程：§2.5、数字传输系统2.5.1、脉冲编码调制方法：数字信号传输失真小、误码率低、数据传输速率高，因此在网络中除计算机直接产生的数字外，语音、图像等信息的模拟数据进行数字化已成为发展的必然趋势。脉冲编码调制

49、（Pulse Code Modulation PCM）是模拟数据数字化的主要方法。由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际标准，即北美的 24 路 PCM（简称为 T1）和欧洲的 30 路 PCM（简称为 E1）。我国采用的是欧洲的 E1 标准。E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。脉码调制包含三个部分内容。1、采样è采样定理：如果以大于或等于信道带宽2倍的速率定时对信号进行采样。其样本可以包含足以重构原模拟信号的所有信息。2、量化è将信号分为若干量化级。量化成多少级，根据精度要求。级数应为2n3、编码è若有K个量化

50、级，则需要位二进制编码。当PCM用于数字化语音系统时，它将声音分为128个量级，每个量级采用7位二进制编码表示，由于采样频率为8000样本/秒。因此，数据传输速率应达到7*8000=56（Kbps）。PCM编码效率比较低；2.5.2、数字数据编码方法数字信号编码方式主要有以下几种：1、非归零码è（波特率=数据率）规则：用低电平表示“0”、用高电平表示“1”、需要另一信道传输同步信号，以保证收发双方同步，否则无法判断一位开始与结束；2、曼彻斯特编码è（波特率=2*数据率）规则：每比特的周期T分为前T/2和后T/2，前T/2传送该比特反码，后T/2周期传送该比特原码；（即：位中

51、间正跳变表示0，位中间负跳变表示1）特点：无需另发同步信号、效率低，若信号传输速率为10MBPS，则发送频率应为20MHZ。3、差分曼彻斯特编码è（波特率=2*数据率）对曼彻斯特编码的改进。比特中间跳变仅做同步用，每比特值根据其开始边界是否跳变来决定，有跳变表示“0”， 无跳变表示“1”；【例题2.5】：三种基本编码方式2.5.3、PCM国际标准 1、T1载波系统日本、北美使用，24路。每秒采样8000次，轮流将一个字节插入到一帧中，每字节8位，7位是数据，1位用于信道控制帧最前附加一位开始标志位共8*24+1=193位，速率为1.544MBPS2、E1载波系统我国和欧洲使用飞该标准

52、，共32路，其中30路语音信道和2路传送控制信道。采样频率8000次/秒，速率为32*8*8000=2.048MBPS2.5.4、同步光纤网SONET和同步数字系列SDH1、PCM传输系统两个主要缺点：、速率标准不统一è如果不对高次群的数字传输速率进行标准化，国际范围的高速数据传输就很难实现。 、不是同步传输è在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式。 为了解决上述等问题，1988年美国首先推出了一个数据传输标准，即：同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) ，它的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。 它为

53、光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构，其基本速率为51.84Mbps，此速率对电信号称为第1 级同步传送信号 STS-1（其它级别的同步传送信号记为STS-n，速率为n*51.84Mbps），而对光信号称为第 1 级光载波 OC-1（其它级别的光载波信号记为OC -n，速率也为n*51.84Mbps）。ITU-T（国际电信联盟远程通信标准化组）以SONET为基础推出了国际标准同步数据系列SDH (Synchronous Digital Hierarchy)，它不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星通信。SDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第1级同步传递模块 (Synchron

54、ous Transfer Module)，即 STM-1，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率；SDH可以认为是SONET的同义词。更高级别速率标准STM-N是将STM-1同步复用而成。2、SONET 的体系结构：SONET 标准定义了四个光接口层 、光子层(Photonic Layer) è处理跨越光缆的比特传送。、段层(Section Layer) è在光缆上传送 STS-N 帧。、线路层(Line Layer) è负责路径层的同步和复用。、路径层(Path Layer) è处理路径端接设备 PTE (Path Terminating Ele

55、ment)之间的业务的传输。§2.6、宽带接入技术2.6.1、ADSL技术（非对称数字用户线）1、xDSL技术简介：、DSL 就是数字用户线(Digital Subscriber Line)的缩写。而 DSL 的前缀 x则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。 、xDSL 技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。、虽然标准模拟电话信号的频带被限制在 3003400 Hz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过1MHz。 、xDSL 技术就把 04 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用；40KHZ1.2MHZ划分出许多子信道，每个子信道4KHZ，其中25个子信道用于上行信道，249个用于下行信道。ADSL最大好处就是可以利用现有电话网中用户线，不需重新布线。ADSL在用户线两端各安装一个ADSL调制解调器。我国是DMT调制技术。2、xDSL 的几种类型（表2-5）.ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line)：非对称数字用户线.HDSL (High speed DSL)：高速数字用户线.SDSL (Single-line DSL)：1 对线的数字用户线.VDSL (V