计算机网络的通信子网

§3计算机网络的通信子网3.1通信子网概述通信子网（communicationsubnet）是由用作信息交换的节点计算机和通信线路组成的通信系统，它承担全网的数据传输、转接、加工的交换等通信处理工作。计算机网络分为：通信子网资源子网3.2数据通信的基本概念3.2.1信道带宽与传输延迟一、信道：由相应的发送信息和接收信息的设备以及与这些发送和接收信息的相关设备军品接在一起的传输介质组成（可以说由传输线路和传输设备构成）。独占信道和共享信道123312信息源信息源共享信道独占信道通信方式 从信息传送方向和时间的关系角度研究。单工通信方式：信息只能单向传输，监视信号可回送。半双工通信方式 信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。AB数据监视信号数据监视信号AB通信方式全双工通信方式 信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。AB数据监视信号二、信道的带宽带宽：信道两端的发送接收设备能够改变比特信号的最大速率。用Hz（赫兹）表示。例如，某信道的带宽是3000Hz，则表示该信道最多可以以每秒3000次的速率发送信号。比特率和波特率

(1)比特率：即数据传输率，指每秒传输多少二进制代码位数，故又称数据率，单位用：位/秒或记作b/s或bps。

(2)波特率：又称调制速率或波形速率。是指线路上每秒传送的波形个数。 通常用于表示调制解调器之间传输信号的速率。

波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系。

S=Blog2N例：每个信号值可表示３位，则比特率是波特率的３倍； 每个信号值可表示１位，则比特率和波特率相同。3.2.1信道容量和信道复用一、信道容量：信道容量是指物理信道能够传送的最大数据率。带宽：指物理信道的频带宽度，即允许的最高频率和最低频率之差数据传输率：在有效的带宽上单位时间内可靠传输的二进制位数 实际应用中数据传输率要小于信道容量。信道容量带宽和数据传输率的关系

1924年，奈魁斯特（H.Nyquist）推导出无噪声有限带宽信道的最大数据传输率公式：

最大数据传输率=2Wlog2L(bps)

任意信号通过一个带宽为W的低通滤波器，则每秒采样２W次就能完整地重现该信号，信号电平分为L级。有噪声信道的数据传输率

1948年，香农（C.Shannon）把奈魁斯特的工作扩大到信道受到随机（热）噪声干扰的情况。热噪声出现的大小用信噪比（信号功率与噪声功率之比）来衡量。 香农的主要结论是：带宽为W赫兹，信噪比为S/N的任意信道的最大数据传输率为

最大数据传输率

=Wlog2(1+S/N)(bps)

Ｓ：信号功率， Ｎ：噪声功率

10log10S/N 单位：分贝（db）1.6.1数据通信的基本概念带宽和数据传输率的关系（续）例如：电话系统的典型信噪比为30db;信道的带宽为300Hz~3400Hz，即带宽

W=3KHz,信噪比S/N=1000

根据香农公式得出电话线的极限数据传输率

S=3000*log2(1+1000)≈30K(bps)

此式是利用信息论得出的，具有普遍意义； 与信号电平级数、采样速度无关； 此式仅是上限，难以达到。香农定理的意义提高信号与噪声之间的功率比能增加信道容量；当噪声功率→0时，信道容量→∞，即无干扰信道的容量为∞，这时信道的最大数据传输率完全由带宽决定；信道容量一定时，带宽与信噪比S/N之间可以互换，即提高信噪比与提高带宽具有等价意义。香农定理的应用在近距离传输时，通常噪声较小，信号功率损耗低，可以用未经调制的电脉冲信号直接传输，此时传输的信息量只与信号的带宽有关（D=2W）。如果远距离传输，则必须提高信噪比，除了选择好的信号调制方式外，增加信号的功率是很重要的手段。当信道的容量一定，如果信号的频率过低，则造成信道浪费，可以让不同的信息源共享信道，即信道复用。二、信道复用由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。频分多路复用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)时分多路复用TDM(TimeDivisionMultiplexing)波分多路复用WDM(WavelenthDivisionMultiplexing)码分多路复用CDMA(CodeDivisionMultiplexingAccess)1、频分多路复用FDM原带宽带宽被提升多路复用的通道2、时分多路复用TDM时分复用示例T1信道3、波分多路复用WDM4、码分多路复用CDMACDMA是基于码型分割信道，即每个用户分配给一个地址码，且这些码型互不重复。其特点是频率与时间均可共享。三、三种信道连接方式点到点连接共享信道信道复用3.2.3异步传输和基带传输一、异步传输数据同步技术在通信过程中，接收端根据发送端的起止时间和重复频率来校正自已的基准时间与重复频率的过程称为同步过程。这种统一收端与发端的措施称为同步技术。数据同步技术需解决的问题：何时开始发送数据发送过程中的数据传输速率持续时间的长短发送时间的间隔大小1、异步传输方式异步传输方式的特点各个位以串行方式发送，并附有起止位识别符字符之间通过“空号”来间隔，效率低、速度慢起始位字符编码奇偶校验终止位00111116、同步传输方式同步传输方式的特点：在同步方式中，信息不是以字符而是以数据块方式传输在位流中采用同步字符来保证定时同步信号的位数较异步方式少，效率较高传输的信息中不能有同步字符出现，透明性较差SYNSYN 信 息

SYNSYN数据传输类型基带传输在线路上直接传输数字二制信号频带传输

利用模拟信道实现数字信号的传输发送端要对数字信号进行调制（转换成模拟信号），在接收端要对模拟信号进行解调（转换成数字信号），可利用调制解调器实现转换。基带传输基带数字信号的常用的几种编码方式：

1）不归零制码（NRZ：Non-ReturntoZero）原理：用两种不同的电平分别表示二进制信息“0”和“1”，低电平表示“0”，高电平表示“1”。缺点：

a)难以分辨一位的结束和另一位的开始；

b )发送方和接收方必须有时钟同步；

c )若信号中“0”或“1”连续出现，信号直流分量将累加。结论：容易产生传播错误。2）曼彻斯特码（Manchester），也称相位编码原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示“0”，从高跳到低表示“1”。优点：克服了NRZ码的不足。每位中间的跳变即可作为数据，又可作为时钟，能够自同步。基带数字信号的常用的几种编码方式

3）差分曼彻斯特码（DifferentialManchester）原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示“0”，无跳变表示“1”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。优点：时钟、数据分离，便于提取。

4）逢“1”变化的NRZ码原理：在每位开始时，逢“1”电平跳变，逢“0”电平不跳变。

5）逢“0”变化的NRZ码原理：在每位开始时，逢“0”电平跳变，逢“1”电平不跳变。基带数字信号的常用的几种编码方式

3）差分曼彻斯特码（DifferentialManchester）原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示“0”，无跳变表示“1”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。优点：时钟、数据分离，便于提取。

4）逢“1”变化的NRZ码原理：在每位开始时，逢“1”电平跳变，逢“0”电平不跳变。

5）逢“0”变化的NRZ码原理：在每位开始时，逢“0”电平跳变，逢“1”电平不跳变。基带数字信号的常用的几种编码方式NRZ曼彻斯特差分曼彻斯特逢“0”变化NRZ逢“1”变化NRZ频带传输频带传输是将数字信号调制成模拟信号后进行传输，根据载波Asin(t+)的三个特性：幅度、频率、相位，产生常用的三种调制技术：幅移键控法

Amplitude-shiftkeying(ASK)频移键控法Frequency-shiftkeying(FSK)相移键控法Phase-shiftkeying(PSK)频带传输调制方式1）幅移键控法（调幅） 幅移就是把频率

、

相位作为常量，而把振幅A作为变量，即：

(t)=0；

(t)=0；

A(t)=A1,A2,…,An A(t)取不同的值表示不同的信息码。 例如：A(t)取A1，A2，A1表示“0”，A2表示“1”。频带传输调制方式2）频移键控法（调频） 频移就是把振幅、相位作为常量，而把频率作为变量，即：

(t)=1,2,…,n；

(t)=0；

A(t)=A0；

(t)取不同的值表示不同的信息码。 例如：

(t)取

1，

2，

1表示“0”，

2表示“1”频带传输调制方式

3）相移键控法（调相） 相移就是把振幅、频率作为常量，而把相位作为变量，即：

(t)=0；

(t)=1,2,…,n；

A(t)=A0；

(t)取不同的值表示不同的信息码。 例如：

(t)取

1，

2，

1表