上海交大计算机网络课件

1、Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 1 / 145l计算机网络组成和分类计算机网络组成和分类l计算机网络参考模型计算机网络参考模型l数字通信的基本概念数字通信的基本概念Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 2 / 145v主机系统和网络系统主机系统和网络系统v计算机网络与分布式系统计算机网络与分布式系统v企业网络和公众网络企业网络和公众网络v计算机网络的分类计算机网络的分类v局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-

2、29第1章 概述 3 / 145v主机和终端组成的主机系统主机和终端组成的主机系统vClient/Server结构的计算机结构的计算机网络系统网络系统Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 4 / 145外外设设处处理理器器主主机机磁盘机磁盘机磁带机磁带机打印机打印机前前端端处处理理机机终端终端终端终端终端终端终端终端Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 5 / 145v主机和终端组成的主机系统主机和终端组成的主机系统vClient/Server结构的计算机结构的计算机网络系统网络系统Comp

3、uter Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 6 / 145服务器服务器1服务器服务器2服务器服务器3交换机交换机集线器集线器3集线器集线器1集线器集线器2WSWSWSWSWSWSComputer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 7 / 145v主机系统和网络系统主机系统和网络系统v计算机网络与分布式系统计算机网络与分布式系统v企业网络和公众网络企业网络和公众网络v计算机网络的分类计算机网络的分类v局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第

4、1章 概述 8 / 145v计算机网络计算机网络v分布式系统分布式系统Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 9 / 145计算机网络是由不同通信媒体连接的、物理上计算机网络是由不同通信媒体连接的、物理上独立的多台计算机组成的、将需传输的数据分独立的多台计算机组成的、将需传输的数据分成不同长度的分组进行传输和处理的系统成不同长度的分组进行传输和处理的系统多台自主计算机的互联系统多台自主计算机的互联系统用户必须指定网络中哪一台计算机来完成什么用户必须指定网络中哪一台计算机来完成什么样的操作样的操作Computer Networks v4 cs.s

5、jtu 2022-6-29第1章 概述 10 / 145R1RkRjRiR2H1H2H3HnHmComputer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 11 / 145v互联：如两台计算机能互相交换信息，互联：如两台计算机能互相交换信息，则称这两台计算机互联则称这两台计算机互联 v自主计算机：不从属于其它任何计算机自主计算机：不从属于其它任何计算机的计算机称为自主计算机的计算机称为自主计算机 Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 12 / 145v计算机网络计算机网络v分布式系统分布式系统Computer N

6、etworks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 13 / 145分布式系统通常也基于自主计算机的互联，但分布式系统通常也基于自主计算机的互联，但由一个操作系统统一管理，对用户来说，具有由一个操作系统统一管理，对用户来说，具有高度的整体性和透明性高度的整体性和透明性虚拟计算机，可能是多台计算机的有机组合虚拟计算机，可能是多台计算机的有机组合用户向虚拟系统递交一个任务后，由操作系统来用户向虚拟系统递交一个任务后，由操作系统来安排任务的完成安排任务的完成Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 14 / 145v主机系统和网络系统

7、主机系统和网络系统v计算机网络与分布式系统计算机网络与分布式系统v企业网络和公众网络企业网络和公众网络v计算机网络的分类计算机网络的分类v局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 15 / 145v企业网络企业网络v公众网络公众网络Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 16 / 145v资源共享：网上的资源，无论在那里，资源共享：网上的资源，无论在那里，都可随时取用都可随时取用v高可靠性：任何资源都可有多个副本高可靠性：任何资源都可有多个副本v节约经费

8、：不必每台自主计算机上都节约经费：不必每台自主计算机上都配备所有的软硬件资源配备所有的软硬件资源 Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 17 / 145互联网互联网路由器路由器主交换机主交换机防火墙防火墙部门交换机部门交换机路由器路由器网管工作站网管工作站服务器服务器Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 18 / 145v企业网络企业网络v公众网络公众网络Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 19 / 145v访问远程信息：访问远程信息：W

9、ebServer的浏览的浏览网上购物网上购物v个人间的通信：个人间的通信：E-MailBBSv交互式的娱乐：网上游戏交互式的娱乐：网上游戏VOD点播点播公众网络首先是一个互联网络公众网络首先是一个互联网络Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 20 / 145互联网互联网局域网局域网局域网局域网局域网局域网路由器路由器Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 21 / 145v主机系统和网络系统主机系统和网络系统v计算机网络与分布式系统计算机网络与分布式系统v企业网络和公众网络企业网络和公众网络v

10、计算机网络的分类计算机网络的分类v局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 22 / 145v按技术分按技术分v按规模分按规模分v按传输介质分按传输介质分广播式网络广播式网络点到点网络点到点网络局域网局域网城域网城域网广域网广域网互联网互联网有线网有线网无线网无线网Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 23 / 145v按拓扑结构分按拓扑结构分v按使用范围分按使用范围分总线总线环形环形网状网状星形星形专用网专用网公共网公共网Computer Netwo

11、rks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 24 / 145v主机系统和网络系统主机系统和网络系统v计算机网络与分布式系统计算机网络与分布式系统v企业网络和公众网络企业网络和公众网络v计算机网络的分类计算机网络的分类v局域网、城域网和广域网局域网、城域网和广域网Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 25 / 145总线型总线型IEEE802.3（以太网）（以太网）CSMA/CD10M总线型总线型IEEE802.4（令牌总线）（令牌总线）10M环环型型IEEE802.5（IBM令牌环）令牌环）4M16Mv地域：覆盖范围较小地域

12、：覆盖范围较小v传输技术：传输技术：Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 26 / 145私有网络私有网络一个连锁超市，有十几一个连锁超市，有十几个或几十个分布在市内个或几十个分布在市内公用网络公用网络上海科技网上海科技网大型的大型的LANComputer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 27 / 145跨越地域较大的网络跨越地域较大的网络主机（主机（host）端点系统（端点系统（endsystem）通信子网（通信子网（communicationsubnet）简称子网简称子网资源子网（资源子网（reso

13、urcesubnet）Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 28 / 145传输线：线路（传输线：线路（circuit）干线（）干线（trunk）信道（信道（channel）交换单元：分组交换节点交换单元：分组交换节点（packetswitchingnode）通常分组交换节点为路由器（通常分组交换节点为路由器（router）通信子网负责计算机之间的数据通信，通信子网负责计算机之间的数据通信，由传输线和交换单元组成由传输线和交换单元组成Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 29 / 145v由

14、通信子网互连在一起的计算机构成由通信子网互连在一起的计算机构成v资源子网中的计算机负责运行对信息进资源子网中的计算机负责运行对信息进行处理的应用程序，他们是网络中信息行处理的应用程序，他们是网络中信息流动的源与宿，向用户提供可供共享的流动的源与宿，向用户提供可供共享的硬件、软件和信息资源硬件、软件和信息资源Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 30 / 145v通信子网通常为点到点子网通信子网通常为点到点子网（point-to-point）v其传输机理为存储其传输机理为存储-转发转发（store-and-forward）v其传输方式为分组交换

15、其传输方式为分组交换（packet-switched）Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 31 / 145l计算机网络组成和分类计算机网络组成和分类l计算机网络参考模型计算机网络参考模型l数字通信的基本概念数字通信的基本概念Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 32 / 145vISO/OSI参考模型参考模型vTCP/IP参考模型参考模型v本课程的网络模型本课程的网络模型Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 33 / 145应用应用主机主

16、机A层层7654321应用协议应用协议表示协议表示协议会话协议会话协议传输协议传输协议表示表示网络网络传输传输物理物理数据链路数据链路会话会话交换单交换单元名称元名称APDUPPDUSPDUTPDU分组分组帧帧比特比特应用应用表示表示网络网络传输传输物理物理数据链路数据链路会话会话主机主机B网络网络物理物理物理物理网络网络数据链路数据链路数据链路数据链路路由器路由器路由器路由器通信子网协议通信子网协议物理层主机物理层主机-路由器协议路由器协议数据链路层主机数据链路层主机-路由器协议路由器协议网络层主机网络层主机-路由器协议路由器协议通信子网边界通信子网边界TnbmP39Fig.1-20OSI参

17、考模型参考模型Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 34 / 145第第5层层第第4层层第第3层层第第2层层第第1层层第第2层层第第1层层第第3层层第第4层层第第5层层物理介质物理介质4/5层接口层接口3/4层接口层接口2/3层接口层接口1/2层接口层接口主机主机1主机主机2第第5层协议层协议第第4层协议层协议第第3层协议层协议第第2层协议层协议第第1层协议层协议第四层服务第四层服务访问点访问点SAP第三层服务第三层服务访问点访问点SAPTnbmP27Fig.1-13层、协议和接口层、协议和接口Computer Networks v4 cs.

18、sjtu 2022-6-29第1章 概述 35 / 145v每一层的功能都是为它的上一层服务的每一层的功能都是为它的上一层服务的v实体实体entity每层中活动的元素称为实体每层中活动的元素称为实体v对等实体对等实体peerentityv如第如第n层是服务提供者，则第层是服务提供者，则第n+1层为服层为服务对象务对象Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 36 / 145v通过每一层实现一种相对独立的功能来简化通过每一层实现一种相对独立的功能来简化问题问题v每一层的设计都是独立的，它不必关心下一每一层的设计都是独立的，它不必关心下一层是如何实现

19、的，只需知道下一层为我提供层是如何实现的，只需知道下一层为我提供的服务，和我必须为上一层提供哪些服务的服务，和我必须为上一层提供哪些服务v当由于技术的变化使某层的实现需要变化时，当由于技术的变化使某层的实现需要变化时，不影响其他的层次不影响其他的层次Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 37 / 145v与传输媒体的接口，完成传输媒体上的与传输媒体的接口，完成传输媒体上的信号与二进制数据间的转换信号与二进制数据间的转换物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示物理接口上发送或接收的是一串以某种规则表示的二进制的数据的二进制的数据物理层定义的是

20、接口的机械特性、电气特性、功物理层定义的是接口的机械特性、电气特性、功能和过程特性等能和过程特性等例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能例如：插头、插座的几何尺寸，每根引脚的功能定义，逻辑定义，逻辑0和和1的电平定义，信号宽带定义的电平定义，信号宽带定义Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 38 / 145v提供点到点的可靠传输，通常需把数据分成提供点到点的可靠传输，通常需把数据分成帧，并且保证帧的正确发送和接收帧，并且保证帧的正确发送和接收识别帧的标志识别帧的标志 帧的发送和接收，需校验、确认帧的发送和接收，需校验、确认发送方在超时或收

21、到否定性确认后，要重发发送方在超时或收到否定性确认后，要重发重复帧要丢弃重复帧要丢弃v在共享网络中，需解决信道共享问题等在共享网络中，需解决信道共享问题等Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 39 / 145v提供主机到主机的通路，其间可能存在多条提供主机到主机的通路，其间可能存在多条通路，网络层将实现的功能包括：通路，网络层将实现的功能包括：选择路由选择路由 拥塞控制拥塞控制 协议的转换协议的转换 分段和重组分段和重组 对用户的分组、字符等计数对用户的分组、字符等计数 等等等等Computer Networks v4 cs.sjtu 202

22、2-6-29第1章 概述 40 / 145v提供端到端的通路，应用到应用的通路提供端到端的通路，应用到应用的通路传输层将把高层要求传输的数据分成若干个报文传输层将把高层要求传输的数据分成若干个报文报文与帧不一样，帧只有帧标志（起始标志、结报文与帧不一样，帧只有帧标志（起始标志、结束标志），而报文有信源和信宿的地址及端口、束标志），而报文有信源和信宿的地址及端口、报文的顺序号、确认号等等报文的顺序号、确认号等等 低三层的通信对象通常是路由器，传输层是端到低三层的通信对象通常是路由器，传输层是端到端的，必须考虑该报文怎样才能从源端正确地传端的，必须考虑该报文怎样才能从源端正确地传输到目的端，而源端

23、和目的端通常是主机输到目的端，而源端和目的端通常是主机Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 41 / 145v建立有关会话的机制，或双向对话，或建立有关会话的机制，或双向对话，或双向对话时要有切换等双向对话时要有切换等如：说的一方应说一段就听一下对方的反应，因为，如：说的一方应说一段就听一下对方的反应，因为，可能线路已断可能线路已断Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 42 / 145v表示层关心的是语法和语义表示层关心的是语法和语义v对相关的数据的描述采用抽象的定义，对相关的数据的描述采用

24、抽象的定义，如浮点数都用科学表示法如浮点数都用科学表示法相关数据的表示法转换相关数据的表示法转换 抽象数据结构的转换抽象数据结构的转换Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 43 / 145v包括所有应用方面的协议包括所有应用方面的协议如：全屏幕功能，不同的终端其控制字符不如：全屏幕功能，不同的终端其控制字符不尽相同，应作相应的转换，通常定义一个网尽相同，应作相应的转换，通常定义一个网络虚拟终端络虚拟终端v不同系统之间的文件传输的方式不同，不同系统之间的文件传输的方式不同，但表示的形式必须一致但表示的形式必须一致Computer Network

25、s v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 44 / 145应用协议应用协议表示协议表示协议会话协议会话协议传输协议传输协议网络协议网络协议发送进程发送进程实际数据传输路径实际数据传输路径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接收进程接收进程NH数据数据PH数据数据SH数据数据TH数据数据AH 数据数据bitsDH数据数据DT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Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 45 / 145邮邮政

26、政袋袋箱箱信信信信封封邮邮政政信信袋袋应用层应用层网络层网络层数据链路层数据链路层物理层物理层传输层传输层Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 46 / 145vISO/OSI参考模型参考模型vTCP/IP参考模型参考模型v本课程的网络模型本课程的网络模型Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 47 / 145OSITCP/IP在模型中在模型中不存在不存在7654321应用应用表示表示会话会话传输传输网络网络数据链路数据链路物理物理应用应用传输传输互联网互联网主机至网络主机至网络TnbmP43

27、Fig.1-21TCP/IP参考模型参考模型Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 48 / 145v这里的互联网是基于无连接的分组交换网络这里的互联网是基于无连接的分组交换网络v互联网层定义了正式的分组格式和协议，即互联网层定义了正式的分组格式和协议，即IP协议（协议（internetprotocol），每个），每个IP包的路包的路由问题是互联网层要解决的问题由问题是互联网层要解决的问题v互联网层与互联网层与OSI中的网络层相对应中的网络层相对应一个报文的各个不同的分组（称为一个报文的各个不同的分组（称为IP包），包），可以通过不同的路径到达

28、目的地，其到达顺可以通过不同的路径到达目的地，其到达顺序与发送顺序可能不一致序与发送顺序可能不一致Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 49 / 145v位于互联网层的上层，与位于互联网层的上层，与OSI中的传输中的传输层相对应层相对应v其功能是使源端和目的端主机的对等实其功能是使源端和目的端主机的对等实体进行对话体进行对话v定义了两个端到端的协议：定义了两个端到端的协议：传输控制协议传输控制协议TCP（transmissioncontrolprotocol）用户数据报协议用户数据报协议UDP（userdatagramprotocol）Com

29、puter Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 50 / 145vTCP/IP模型的应用层包括所有的高层协议模型的应用层包括所有的高层协议（实际上，（实际上，OSI模型中的会话层和表示层在很多应用中模型中的会话层和表示层在很多应用中是没用的）是没用的）v应用层常用协议：应用层常用协议：TELNET：标准终端仿真协议：标准终端仿真协议FTP（FileTransferProtocol）：文件传输协议）：文件传输协议SMTP（SimpleMailTransferProtocol）：）：电子邮件协议电子邮件协议DNS（DomainNameService）：域名系统服

30、务）：域名系统服务Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 51 / 145v在互联网层以下，在互联网层以下，TCP/IP参考模型没有参考模型没有定义，认为互联网是网络的互联，至于定义，认为互联网是网络的互联，至于主机如何接入网络不是主机如何接入网络不是TCP/IP模型所需模型所需要考虑的问题要考虑的问题vTCP/IP模型面向的是网络，而不是主机模型面向的是网络，而不是主机Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 52 / 145(OSI)层名层名应用应用协议协议传输传输网络网络网络网络数据链路数据

31、链路+物理物理TELNETTCPDNSSMTPFTPSATNETARPANETIPUDPLAN分组无线网分组无线网TnbmP43Fig.1-22TCP/IP模型中的协议和网络模型中的协议和网络Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 53 / 145TCP/IP协议是一组协议的总称，包括：协议是一组协议的总称，包括：vIP层（即互联网层）：层（即互联网层）：IP、ICMP、ARP、RARP、OSPFvTCP层（即传输层）：层（即传输层）：TCP、UDPv应用层：应用层：FTP、SMTP、SNMP、TELNET、HTTP、DNSComputer N

32、etworks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 54 / 145vISO/OSI参考模型参考模型vTCP/IP参考模型参考模型v本课程的网络模型本课程的网络模型Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 55 / 145v结合结合ISO/OSI七层模型和七层模型和TCP/IP四层四层模型的特点的五层网络模型模型的特点的五层网络模型OSITCP/IP7654321应用应用表示表示会话会话传输传输网络网络数据链路数据链路物理物理应用应用传输传输互联网互联网主机至网络主机至网络应用应用传输传输网络网络数据链路数据链路物理物理本课程模

33、型本课程模型Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 56 / 145l计算机网络组成和分类计算机网络组成和分类l计算机网络参考模型计算机网络参考模型l数字通信的基本概念数字通信的基本概念Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 57 / 145信号和信道信号和信道位同步和帧同步位同步和帧同步数据的编码数据的编码串行和并行串行和并行采样和量化采样和量化复用技术复用技术数据的传输数据的传输交换技术交换技术Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 58 /

34、 145l数字信号的数字信号的Fourier分析分析l数据通信概念数据通信概念l信道和信道基本参数信道和信道基本参数l信道工作方式信道工作方式l数据传输数据传输l基带传输和宽带传输基带传输和宽带传输l异步通信和同步通信异步通信和同步通信l串行通信和并行通信串行通信和并行通信l多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念l电路交换与存储转发电路交换与存储转发Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 59 / 145傅立叶级数：任何正常周期为傅立叶级数：任何正常周期为T的函数的函数g(t)，都可由（无限个）正弦和余弦函数合成：都可由（无限个）正弦和余弦函

35、数合成：其中，其中，f=1/T是基频，是基频，an和和bn称为正弦和余弦称为正弦和余弦函数的函数的n次谐波的振幅，次谐波的振幅，c是常数是常数11)2cos()2sin(21)(nnnnnftbnftactgComputer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 60 / 145如每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减，则合如每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减，则合成后，振幅有所衰减，基本形状不变成后，振幅有所衰减，基本形状不变对任何已知的对任何已知的g(t)，可求得：，可求得：TTnTndttgTcdtnfttgTbdtnfttgTa000)(2)2cos()(

36、2)2sin()(2Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 61 / 145如传输如传输ASCII字符字符b，即，即01100010，可求得：，可求得：8/3)4/6sin() 4/7sin() 4/sin() 4/3sin(1)4/7cos() 4/6cos() 4/3cos() 4/cos(1cnnnnnbnnnnnannComputer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 62 / 1451111)2cos()2sin(21)(nnnnnftbnftactg21nn21nnnft)cos(2bnft)s

37、in(2ac21g(t)41412221nnnn)nftcos(b)nftsin(ac)t (gt/st/s8181)2cos()2sin(21)(nnnnnftbnftactg更进一步的细化可见：http:/ Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 63 / 145v波特率：信号变化次数（每秒采样的次数）波特率：信号变化次数（每秒采样的次数）v比特率：数据传输速率比特率：数据传输速率bps如果信号分为如果信号分为2级：级：01，则波特率，则波特率=比特率比特率如果信号分为如果信号分为8级：级：01234567，则波特率，则波特率=3比特率比特率即一次信号变化（

38、一次采样）可表示即一次信号变化（一次采样）可表示3bit如信号分为如信号分为V级，则比特率级，则比特率=log2V波特率波特率设波特率设波特率=比特率比特率=bbps则：发送则：发送8bit(1B)需要需要T=8/b秒，因而基频秒，因而基频f=1/T=b/8Hz如：截止频率为如：截止频率为F则：最大的谐波次数则：最大的谐波次数n满足满足nf=F，即：，即：n=F/f=8F/bComputer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 64 / 145数据传输速率数据传输速率(bps)发送的谐波数发送的谐波数n3008060040120020240010480059

39、6002192001384000TnbmP89Fig.2-2传输速率与谐波的关系传输速率与谐波的关系Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 65 / 145v两者数值上的差别在于每次采样的量化值两者数值上的差别在于每次采样的量化值011000101110001000 01 10 10 00 11 01 10 00 00 00 11 10 11 00 10Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 66 / 145l数字信号的数字信号的Fourier分析分析l数据通信概念数据通信概念l信道和信道基本参

40、数信道和信道基本参数l信道工作方式信道工作方式l数据传输数据传输l基带传输和宽带传输基带传输和宽带传输l异步通信和同步通信异步通信和同步通信l串行通信和并行通信串行通信和并行通信l多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念l电路交换与存储转发电路交换与存储转发Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 67 / 145v数据涉及的是事物的表现形式数据涉及的是事物的表现形式v数据有模拟数据和数字数据两种形式数据有模拟数据和数字数据两种形式模拟数据是指在某个时间段产生的连续的值，例如声模拟数据是指在某个时间段产生的连续的值，例如声音和视频、温度和压力等都

41、是时间的连续函数音和视频、温度和压力等都是时间的连续函数 数字数据是指产生的离散的值，例如文本信息和整数数字数据是指产生的离散的值，例如文本信息和整数v信号是数据的表示形式，或称数据的电磁或电子编码，信号是数据的表示形式，或称数据的电磁或电子编码，它使数据能以适当的形式在介质上传输它使数据能以适当的形式在介质上传输信号有模拟信号和数字信号两种基本形式信号有模拟信号和数字信号两种基本形式传输信号的信道也有模拟信道和数字信道之分传输信号的信道也有模拟信道和数字信道之分Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 68 / 145v模拟传输：是指模拟数据的

42、传输，不关心所传输信号模拟传输：是指模拟数据的传输，不关心所传输信号的内容，而只关心尽量减少信号的衰减和噪声，长距的内容，而只关心尽量减少信号的衰减和噪声，长距离传输时，采用信号放大器放大被衰减的信号，但同离传输时，采用信号放大器放大被衰减的信号，但同时也放大了信号中的噪声时也放大了信号中的噪声v数字传输：是指数字数据的传输，关心信号的内容，数字传输：是指数字数据的传输，关心信号的内容，可以数字信号传输，也可以模拟信号传输，长距离传可以数字信号传输，也可以模拟信号传输，长距离传输时，采用转发器，可消除噪声的累积输时，采用转发器，可消除噪声的累积v长距离传输时，通常采用的是数字传输长距离传输时，

43、通常采用的是数字传输数据传输以信号为载体数据传输以信号为载体Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 69 / 145l数字信号的数字信号的Fourier分析分析l数据通信概念数据通信概念l信道和信道基本参数信道和信道基本参数l信道工作方式信道工作方式l数据传输数据传输l基带传输和宽带传输基带传输和宽带传输l异步通信和同步通信异步通信和同步通信l串行通信和并行通信串行通信和并行通信l多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念l电路交换与存储转发电路交换与存储转发Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述

44、 70 / 145v数据的传输速率、带宽数据的传输速率、带宽v信号的传播速率信号的传播速率v载波频率载波频率v采样频率采样频率v量化量化v噪声、信噪比噪声、信噪比Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 71 / 145在无噪声信道中，当带宽为在无噪声信道中，当带宽为HHz，信号电，信号电平为平为V级，则：级，则：数据传输速率数据传输速率=2Hlog2Vb/s（V：信号电平的级数，在二进制中，仅为：信号电平的级数，在二进制中，仅为0、1两级）两级）即：以每秒高于即：以每秒高于2H次的速率对线路采样是无意义次的速率对线路采样是无意义的，因为高频分量

45、已被滤波器虑掉无法再恢复的，因为高频分量已被滤波器虑掉无法再恢复Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 72 / 145在噪声信道中，当带宽为在噪声信道中，当带宽为HHz，信噪比为，信噪比为S/N，则：则：最大数据传输速率最大数据传输速率(b/s)=Hlog2(1+S/N)很多情况下信噪比用分贝（很多情况下信噪比用分贝（dB）表示表示信噪比（信噪比（dB）=10log10S/N如：如：信噪比为信噪比为30dB，则，则S/N=1000Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 73 / 145在噪声信

46、道（话音信道）中，当带宽为在噪声信道（话音信道）中，当带宽为3500Hz，信噪比为信噪比为30dB（较为典型的电话信道），则：（较为典型的电话信道），则：最大数据传输速率最大数据传输速率(b/s)=Hlog2(1+S/N)=3500log2(1+1000) 35000(b/s)最大数据传输速率为最大数据传输速率为35kbps，这是在噪声信道中的传输，这是在噪声信道中的传输速率极限，实际上是不可能达到的速率极限，实际上是不可能达到的Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 74 / 145l数字信号的数字信号的Fourier分析分析l数据通信概念数

47、据通信概念l信道和信道基本参数信道和信道基本参数l信道工作方式信道工作方式l数据传输数据传输l基带传输和宽带传输基带传输和宽带传输l异步通信和同步通信异步通信和同步通信l串行通信和并行通信串行通信和并行通信l多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念l电路交换与存储转发电路交换与存储转发Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 75 / 145v单工通信：单向传输，如广播、电视单工通信：单向传输，如广播、电视v半双工：双方都可以发送或接收，但不半双工：双方都可以发送或接收，但不能同时，即当一方发送时，另一方接收能同时，即当一方发送时，另一方接收v全

48、双工：双方同时可以发送和接收信息全双工：双方同时可以发送和接收信息全双工则需要两条信道全双工则需要两条信道Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 76 / 145l数字信号的数字信号的Fourier分析分析l数据通信概念数据通信概念l信道和信道基本参数信道和信道基本参数l信道工作方式方式信道工作方式方式l数据传输数据传输l基带传输和宽带传输基带传输和宽带传输l异步通信和同步通信异步通信和同步通信l串行通信和并行通信串行通信和并行通信l多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念l电路交换与存储转发电路交换与存储转发Computer Networks

49、 v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 77 / 145v数字数据在模拟信道上传输数字数据在模拟信道上传输v数字数据在数字信道上传输数字数据在数字信道上传输v模拟数据在数字信道上传输模拟数据在数字信道上传输Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 78 / 145将数字数据调制成模拟信号进行传输，将数字数据调制成模拟信号进行传输，通常有三种基本的调制方式：通常有三种基本的调制方式：1)调幅调幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)调频调频FSK(FrequencyShiftKeying)3)调相调相PSK(Phas

50、eShiftKeying)目前广泛应用的调制技术是正交调相：目前广泛应用的调制技术是正交调相：QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 79 / 145用载波的两个不同用载波的两个不同的振幅来表示两个的振幅来表示两个二进制值二进制值如用无信号表示如用无信号表示0有信号表示有信号表示101ASKComputer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 80 / 145将数字数据调制成模拟信号进行传输，将数字数据调制成模拟信号进行传输，通常有三种基本方式：

51、通常有三种基本方式：1)调幅调幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)调频调频FSK(FrequencyShiftKeying)3)调相调相PSK(PhaseShiftKeying)目前广泛应用的调制技术是正交调相：目前广泛应用的调制技术是正交调相：QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 81 / 14501FSK用载波附近的两个不同用载波附近的两个不同的频率来表示两个二进的频率来表示两个二进制值制值如用信号频率为如用信号频率为f表示表示0信号频率为信号频率为2f表

52、示表示1Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 82 / 145将数字数据调制成模拟信号进行传输，将数字数据调制成模拟信号进行传输，通常有三种基本方式：通常有三种基本方式：1)调幅调幅ASK(AmplitudeShiftKeying)2)调频调频FSK(FrequencyShiftKeying)3)调相调相PSK(PhaseShiftKeying)目前广泛应用的调制技术是正交调相：目前广泛应用的调制技术是正交调相：QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-

53、6-29第1章 概述 83 / 145用载波的相位移动来用载波的相位移动来表示两个二进制值表示两个二进制值如用信号相位角为如用信号相位角为0表示表示0相位角为相位角为 表示表示1PSK01Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 84 / 145基带信号基带信号调幅调幅调频调频调相调相010011100Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 85 / 145将数字数据调制成模拟信号进行传输，将数字数据调制成模拟信号进行传输，通常有三种基本方式：通常有三种基本方式：1)调幅调幅ASK(Amplitu

54、deShiftKeying)2)调频调频FSK(FrequencyShiftKeying)3)调相调相PSK(PhaseShiftKeying)目前广泛应用的调制技术是正交调相：目前广泛应用的调制技术是正交调相：QPSK(QuadraturePhaseShiftKeying)Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 86 / 145QAM-646bit/采样QAM-164bit/采样QPSK2bit/采样TnbmP128Fig.2-25(a)(b)(c)Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 87

55、 / 145vV.324(1)x2400=9600bpsvV.32bis6(1)x2400=14400bpsvV.3412x2400=28800bpsvV.34bis14x2400=33600bpsvV.907x8000=56000bpsComputer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 88 / 145v数字数据在模拟信道上传输数字数据在模拟信道上传输v数字数据在数字信道上传输数字数据在数字信道上传输v模拟数据在数字信道上传输模拟数据在数字信道上传输Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 89 / 145

56、最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示两个二进制的数字数据值两个二进制的数字数据值0和和1常用的数字信号编码有：常用的数字信号编码有：v不归零编码不归零编码v曼切斯特编码曼切斯特编码v差分曼切斯特编码差分曼切斯特编码v4B/5B编码编码Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 90 / 145正电平表示正电平表示1，零电平表示，零电平表示0，并且在表示完一个，并且在表示完一个码元后，电平毋需回到零码元后，电平毋需回到零缺点是存在发送方和接收方的同步问题缺点是存在发送方和接收方的同步问题10100110

57、时钟脉冲时钟脉冲二进制二进制bit流流不归零制编码不归零制编码其实，用不归零制编码时，一个时钟周期可表示两个其实，用不归零制编码时，一个时钟周期可表示两个bit所以，不归零制编码是效率最高的编码所以，不归零制编码是效率最高的编码但它不能携带时钟信号，且无法表示没有数据传输但它不能携带时钟信号，且无法表示没有数据传输Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 91 / 145最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示两个二进制的数字数据值两个二进制的数字数据值0和和1常用的数字信号编码有：常用的数字信号编码有

58、：v不归零编码不归零编码v曼切斯特编码曼切斯特编码v差分曼切斯特编码差分曼切斯特编码v4B/5B编码编码Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 92 / 145bit中间有信号中间有信号低低-高跳变为高跳变为001bit中间有信号中间有信号高高-低跳变为低跳变为1采用曼切斯特编码，一个时钟周期只可表示一个采用曼切斯特编码，一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个并且必须通过两次采样才能得到一个bit但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输Computer Networks v4 c

59、s.sjtu 2022-6-29第1章 概述 93 / 145最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示两个二进制的数字数据值两个二进制的数字数据值0和和1常用的数字信号编码有：常用的数字信号编码有：v不归零编码不归零编码v曼切斯特编码曼切斯特编码v差分曼切斯特编码差分曼切斯特编码v4B/5B编码编码Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 94 / 145（differentialManchesterencoding）bit中间有信号跳变，中间有信号跳变，bit与与bit之间也有信号跳之间也有信号跳变，

60、表示下一个变，表示下一个bit为为0bit中间有信号跳变，中间有信号跳变，bit与与bit之间无信号跳之间无信号跳变，表示下一个变，表示下一个bit为为11100特性与曼切斯特编码相同，但抗干扰性能特性与曼切斯特编码相同，但抗干扰性能强于曼切斯特编码强于曼切斯特编码Computer Networks v4 cs.sjtu 2022-6-29第1章 概述 95 / 145最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示最简单的方法是用两个不同的电压信号值来表示两个二进制的数字数据值两个二进制的数字数据值0和和1常用的数字信号编码有：常用的数字信号编码有：v不归零编码不归零编码v曼切斯特编码曼切斯特编码