计算机网络第07讲

计算机网络

（第七讲）主讲：李勇二零一五年九月计算机网络讲义2计算机网络讲义2上次课主要内容模拟数据用数字信号编码采样量化编码信道极限容量奈氏准则香农定理数据传输模式同步传输异步传输多路复用技术频分复用时分复用波分复用码分多址计算机网络讲义32.4.6差错校验和控制数据通信要求信息传输具有高度的可靠性，即要求误码率足够低。

1、计算机网络中误码率要求低于10-6～10-11；

2、但数据信号在传输过程中不可避免地会产生差错；

3、产生差错的主要原因 （1）信道不理想造成的符号间干扰，可通过技术手段消除； （2）噪声对信号的干扰是产生差错的主要原因。差错校验和控制的主要内容

1、差错类型

2、差错控制

3、常用的检错纠错码计算机网络讲义4差错类型危害数据传输的噪声大体上分为随机噪声和脉冲噪声，对应引发的差错分为：

1、随机差错 由信道中的热噪声引起的，产生差错的码元与前后码元无关。如果传输信号的信噪比较高，这种差错是可以减少的。

2、突发差错前后码元发生的错误有相关性，一个错误的出现往往引起前后码元也出现错误。

计算机网络讲义5差错控制差错控制的主要方法

1、差错检验

2、反馈纠错

3、前向纠错

4、混合纠错计算机网络讲义6常用的差错检验方法垂直冗余校验（VRC）水平冗余校验（LRC）水平垂直冗余校验（TRC）循环冗余校验（CRC）计算机网络讲义7垂直冗余校验（VRC）1、以字符为单位；2、若一个字符为8位，其中7位为信息位，最后1位为附加的冗余校验位；3、如果整个字符中1的个数为奇数，则该位为1，否则为0；4、该方法能检查出任意个奇数错误，但不能发现偶数个错误。XXXXXXX0/1计算机网络讲义8水平冗余校验（LRC）1、将要发送的数据以适当的长度划分成组；2、对组内所有字符的相同位置上的位进行奇偶校验；3、将得到的一组校验信息附加到信息后；4、这种方法能发现长度小于n（字符的长度）的突发错误和其他错误。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234校验码计算机网络讲义9水平垂直冗余校验（TRC）同时使用垂直冗余校验和水平冗余校验XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234校验码1、水平垂直冗余校验同时使用水平校验和垂直校验；2、水平冗余校验检查不同分组相同位置上的错误；3、垂直冗余校验检查分组内的错误。计算机网络讲义10循环冗余校验（CRC）基本思想基本思想

1、采用在发送的信息后增加校验码的形式进行差错检测；

2、具体方法如下（1）假设要发送的消息为M，长度为k位，在M后附加差错检测用的n位冗余码作为差错校验码；（2）用二进制的模2运算计算进行2n乘M的运算，相当于在M后添加n个0，得到的（k+n）位的数除以事先选定的长度为（n+1）位的除数P，得到的商为Q，余数是R，余数R比除数P的长度少1位；（3）将得到的余数附加在M后，得到消息2nM+R发送出去；（4）接收端将2nM+R除以P（模2运算），得到余数为0，则没有错误，否则出现错误。

3、发送方和接收方必须有一个共同的多项式P；

4、除数比余数多1位。计算机网络讲义11循环冗余校验（CRC）除数的选择除数P的选择

1、为保证检测错误的概率足够大，必须正确选择P；

2、它的最高位和最低位必须是1；

3、选择的P常用多项式表示

（1）CRC-16=X16+X15+X2+1

（2）CRC-CCITT=X16+X12+X5+1(16位校验和）（3）CRC-32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1

计算机网络讲义122.5传输媒体在网络体系结构中，传输媒体在物理层之外。传输媒体又称为媒体、传输介质或传输媒介。传输媒体是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理线路。媒体分为导向媒体和非导向媒体。计算机网络讲义131、导向传输媒体所谓的导向传输媒体是指信号沿着媒体铺设的方向传播并被限制在媒体的物理边界内的媒体。

1、双绞线

2、同轴电缆

3、光缆计算机网络讲义14双绞线概述双绞线由两条包着绝缘材料的导体组成，这两条导体按照每10厘米交叉至少3次的标准均匀的缠绕在一起（绞合度）。

1、之所以采用双绞线是因为通过交叉可以抵消导线上的噪声，从而减少对双绞线中信号的影响。

2、根据是否提供对其他线路引起的干扰屏蔽功能，双绞线分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。计算机网络讲义15屏蔽双绞线屏蔽双绞线（STP）是屏蔽的双绞线由8根4对外部包有绝缘材料的导体组成，在4对双绞线的外层加上一层金属箔或金属网格，然后再加一层聚氯乙烯外皮。

1、之所以加一层金属箔或金属网格，是用来屏蔽外来的干扰。

2、需要注意的是，如果使用屏蔽的双绞线进行布线，则屏蔽层必须接地。计算机网络讲义16非屏蔽双绞线非屏蔽双绞线（UTP）

是经常使用的一种双绞线。与屏蔽双绞线唯一不同的是没有金属箔或金属网格。

1、抗干扰能力不如屏蔽双绞线序号电缆种类抗干扰能力1UTP电缆（无屏蔽层）40dB2STP电缆（铝箔屏蔽）85dB2、在非屏蔽双绞线中8根导体具有不同的颜色，通常是：（1）白橙、橙：缠绕在一起，成为一对；（2）白蓝、蓝：缠绕在一起，成为一对；（3）白绿、绿：缠绕在一起，成为一对；（4）白褐、褐：缠绕在一起，成为一对。计算机网络讲义17双绞线分类双绞线按质量划分为如下8种：

1、1类双绞线750kHZ

在电话系统中使用的双绞线，这种类别的双绞线只适合传输语音信号和低速的数据信号。

2、2类双绞线1MHz

适用于传输语音信号和4Mbps的数字数据传输。

3、3类双绞线16MHz

绞合长度为2.5—3.3cm，适用于语音传输和最大10Mbps的数字数据传输。

4、4类双绞线20MHz

绞合长度小于2.5cm，加上其他条件使线路适用于语音传输和最大16Mbps的数字数据传输。

5、5类双绞线100MHz

绞合长度为0.6—0.85cm,适用于语音传输和最大100Mbps的数字数据传输。

6、超5类双绞线100MHz

适用于语音传输和最大155Mbps的数字数据传输。

7、6类双绞线250MHz

适用于语音传输和最大1000Mbps的数字数据传输。

8、7类双绞线600MHz

在10G以太网中使用。计算机网络讲义18双绞线接线标准1991年，针对在工程中如何使用双绞线，美国电子工业协会EIA和电信工业协会TIA联合发布了一个标准，EIA/TIA-586。1995更新为EIA/TIA-568A，随后又产生了EIA/TIA-568B。EIA/TIA-568B是工程中经常采用的标准，该标准规定了在工程如何进行双绞线的连接。计算机网络讲义19EIA/TIA-568B标准内容—线序表EIA/TIA-568B标准铰接线的线序序号颜色色标对应于RJ45序号1橙白12橙23绿白34蓝45蓝白56绿67棕白78棕8EIA/TIA-568B标准接线示意图EIA/TIA-568B标准RJ45接线示意图计算机网络讲义20EIA/TIA-568B标准内容—接线方法Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6EIA/TIA-568B标准定义普通线的连接示意图

Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6EIA/TIA-568B标准定义铰接线的连接示意图计算机网络讲义21同轴电缆同轴电缆分为50Ω和75Ω两种。

1、同轴电缆比双绞线屏蔽性好，因此可以以更高的速度传输得更远；

2、同轴电缆的连接采用T型头和BNC头；

3、50Ω的同轴电缆采用基带传输，75Ω采用宽带传输。宽带电缆系统分为双电缆系统和单电缆系统。计算机网络讲义22光缆光缆主要使用其中的光纤传输光信号，光纤通常由纤芯和包层构成。

1、非常透明的石英玻璃拉成细丝，称为纤芯，然后和包层一起构成双层通信圆柱体。纤芯很细，其直径只有8至100um。光波通过纤芯进行传导；

2、光线在光纤中利用全反射进行传播，之所以产生全反射是因为光在不同密度的介质中的传输速度不一致，具体体现在折射率上；

3、由于包层和纤芯具有不同的折射率，当光线从高折射率射向低折射率时，其折射角大于入射角，如果入射角足够大，就会出现全反射。计算机网络讲义23光缆构成光缆由光纤及其辅助材料组成。外护套远供电源线光纤及其包层填充物加强芯外径内径光纤示意图4芯光缆构成示意图光缆通信至少需要收发两条光纤。光缆可以有2芯、4芯等。光缆可以分为室外光缆和室内光缆。计算机网络讲义24光纤中的光信号与光传播系统光的全反射，解决了光信号在介质中传播的问题，为光信号在光纤中的传输奠定了基础。光信号利用光传播系统传输数据。光传播系统包括光源、传输介质和检测器；在光传播系统中利用光脉冲表示数据，一个光脉冲表示1，无光脉冲表示0。

1、主要使用的波段为0.85um、1.30um和1.55um，0.85um衰减较大；

2、每个波段具有25000-30000GHz的带宽。光通讯系统的模型应用示例如下：光电转换器光电转换器电信号光信号电信号电介质光介质电介质计算机网络讲义25多模光纤与单模光纤根据传播机制的不同，光纤分为单膜和多膜。

1、单膜传输距离远；

2、多膜传输距离近。计算机网络讲义26多模光纤光纤的孔径可以容纳多条不同角度入射的光线在光纤中传输，这样的光纤称为多模光纤。光脉冲在多模光纤中传输会逐渐展宽，造成失真，因此只适合近距离传输。输入脉冲输出脉冲内径外径常用的多模光纤为50/125um，62.5/125um。计算机网络讲义27单模光纤光纤的孔径只能容纳一条光线（光纤的直径只有一个光的波长）在光纤中传输，这样的光纤称为单模光纤。光脉冲在单模光纤中传输不会产生多次反射，不会造成失真，因此适合长距离传输。输入脉冲内径外径常用的单模光纤为10/125um，9/125um。输出脉冲计算机网络讲义28光纤的优点和缺点光纤的主要优点

1、传输频带非常宽，通信容量大；

2、传输损耗小，中继距离长；

3、抗雷电和电磁干扰性好；

4、无串音干扰，保密性好；

5、体积小、重量轻，减小施工难度。光纤的缺点

1、两根光纤精确的连接比较困难；

2、光的传播是单向的；

3、光纤的价格比较贵。计算机网络讲义292、非导向传输媒体非导向传输媒体是指不使用物理导体来传输电磁波，而是将信号通过空气（也可以通过水）广播出去，从而使任何一个具有接收设备的客户都能接收它。无线通信采用非导向媒体。无线通讯可采用的频段很广。根据不同的频段可用的无线传输应用系统有：无线电通信系统、微波通信系统、红外通信系统、卫星移动通信系统等。计算机网络讲义30无线通信概述在不适合使用导向媒体的场合无线通信是唯一的选择

1、高山、大河；

2、历史保护；

3、移动通讯。无线传输采用电磁波作为介质

1、利用频率、波长和光速三个参数描述电磁波。（1）电磁波每秒震动的次数为频率（f）；（2）两个相邻的波峰间的距离为波长（λ）；（3）电磁波在真空中传输的速度为光速（c）。

2、三者的关系是：λf=c。计算机网络讲义31无线通信的频段划分频段划分频率范围甚低频(VLF)3KHz---30KHz低频(LF)30kHz中频(MF)300kHz---3MHz高频(HF)3MHz---30MHz甚高频(VHF)30MHz---300MHz特高频(UHF)30MHz---3GHz超高频(SHF)3GHz---30GHz极高频(EHF)>30GHz无线电磁波分为八个频段，由政府统一管理。计算机网络讲义32无线通信的原理无线电技术认为地球外有对流层和电离层，无线通信利用它们进行信号传输。

1、对流层是指地球大气层距离地面30英里的大气层；

2、电离层是指在对流层之上而在太空以下的大气层。无线电波利用对流层和电离层，通过五种不同的传播方式进行传输

1、球面传播：在大气的最低层进行，信号位于最低的频段，信号沿地球表面传播。传输的距离取决于信号的能量。

2、对流层传播：可以以直线形式传播，也可向对流层较高层次广播，然后反射回地面。

3、电离层传播：信号发送到电离层，然后反射回地面，可以以较小的能量传播更远的距离。

4、视线传播：甚高频信号直接从一根天线传输到另一根天线，天线必须是有方向的。

5、空间传播：利用卫星代替大气折射。计算机网络讲义33常用的无线通讯技术无线电传输技术微波通讯技术红外通信技术计算机网络讲义34无线电传输技术无线电传输采用104-108Hz的频率范围，主要在低频、中频、高频和甚高频频段。

1、无线电波容易产