南京大学计算机网络3
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由计算机、远程终端和数据电路以及有关通信设备组 成 本质上是一个数据通信问题 在计算机网络中通信的目的是为了交换信息
数据通信系统的组成
数据通信系统 数字比特流 正文 PC 机 调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统 模拟信号 公用电话网 调制解调器 目的系统 PC 机 模拟信号 数字比特流 正文
* 例：若一理想低通信道带宽为6kHz，并通过4 个电平的数字信号，则在无噪声的情况下， 信道容量为多少？ * 描述的是有限带宽、无噪声信道的最大数据 传输速率与信道带宽的关系。
主要技术指标
香农定理：（Claude Shannon 1948）
随机噪声干扰信道上传输数字信号，信道容量为： C=Wlb(1+S/N) S/N为信噪比——用分贝数（dB）即10lg(S/N)
§1.通信系统基本组成及概念
在Internet中，任何两台计算机之间的数据交换都 是借助于通信的手段来实现的 数据通信——依照一定的协议，利用数据传输技 术在两个功能单元（终端）之间传递数据信息的 一种通信方式和通信业务 数据通信系统——通过数据电路将分布的远程终 端设备连接起来，实现数据传输、交换、存储和 处理的系统。
数据与信息
被传输的二进制代码称为数据
—是传输信息的载体
信息—数据的集合、概括、含义与抽象 数据（data）与信息（information）的 关系
数据是运送信息的有意义的实体 信息是数据的内容和解释
数据分类
数据分为模拟数据和数字数据两大类
模拟数据(Analog Data)
——连续数据，是指随时间连续变化的信号，其状态 是连续变化和不可数的。由传感器采集得到的连续变化 的值。例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电 视广播中的声音和图像。
实际数据传输路径
网络分层模型
邮件的封装
邮 政 车 厢 邮 政 信 袋 信 封
信
PDU
网络分层模型
计算机网络的体系结构
常见的网络层次模型
ISO的OSI模型 DoD的TCP/IP模型 LAN/RM
DoD模型——建立在既成事实上的标准 TCP/IP模型——描述Internet结构体系的方 法
互联的协议
例：对于一个 例：对于一个3.1kHz带宽的标准电话信道，如 带宽的标准电话信道，如 果信噪比为30dB，那么为了保证信号传输无 果信噪比为 ，那么为了保证信号传输无 差错，信息的传输速率一定不能超过多少？ 理解：信道容量不变，带宽和信噪比可以互 换——信号被噪声淹没情况下，增加信号的带 宽，仍能保持可靠通信。
基本概念
计算机及其外围设备产生和交换的信息 都是由二进制代码表示的字母、数字或 控制符号
ASCII美国信息交换标准码(American Standard Code for Information Interchange) 已为ISO和CCITT所采纳，成为国际通用的 信息交换标准代码，使用7位二进制数来表 示一个英文字母、数字、标点或控制符号 图形、音频与视频数据则可分别采用多种编 码格式
LAN模型
LAN/RM——IEEE制定的标准
1。逻辑链路控制层LLC（Logical Link Control） --------管理链路上设备间的通信（向高层提供统一的链 路访问形式、建立/释放逻辑连接、差错控制、帧序号处 理）
无连接链路服务 面向连接链路服务
2。介质访问控制层MAC（Media Access Control） --------唯一地标识设备（寻址、位差错检测、组帧/拆帧、 实现、维护MAC协议）
CSMA/CD、令牌总线、令牌环、时间片分割环
3。物理层
发送接收、分配、调制
本课程的网络模型
OSI层次结构
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
本课层次结构
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
Chap2 数据通信基础
§1.通信系统基本组成及概念 §2.信道和信道参数 §3.计算机数据传输与控制方式 §4.数据编码技术 §5.多路复用技术 信号和信道 位同步和帧同步 §6.检错纠错技术 数据的编码 串行和并行 §7.数据交换技术 采样和量化 复用技术 数据的传输 交换技术
结论
信道带宽越宽，数据传输速率就越大，反之亦 然 信道容量一般用单位时间内最大可传送的比特 数表示 信道容量的大小还受信道质量（信号功率和干 扰功率之比）和可使用时间的影响，当信道质 量较差时，实际传输速率将降低。 奈奎斯特定理和香农定理给出的是信道的最大 数据传输速率的极限值，实际上真正达到十分 困难
传输层 Transport layer
位于互联网层的上层，与OSI中的传输层 相对应 其功能是使源端与目的端主机的对等实体 进行对话 定义了两个端到端的协议：
传输控制协议TCP(tansmission control protocol) 用户数据报协议UDP(user datagram protocol)
逻辑信道可以是有连接的，也可以是无连接的
信道
一般意义上的信道是一个逻辑上的概念
一条物理链路可以包含若干条信道
信道是通过对传输媒介所拥有的电磁频带 进行划分而得到的 实质上是指定的一段频带，允许信号通过， 同时又给信号以限制和损害 一个信道就是传输媒介整个带宽的一部分
电信领域使用的电磁波的频谱
信号的Fourier分析
互联网层（internet layer）
此处的互联网是指基于无连接的分组交换 网络 定义了正式的分组格式和协议——IP （internet protocol），解决每个IP包（一 个报文的各个不同的分组）的路由问题 与OSI的网络层相对应
一个报文的各个不同的分组（IP包）可以通过 不同的路径到达目的地，其到达的顺序与发送 的顺序可能不一致
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
数据通信系统的组成
DTE (Data Terminal Equipment) 是数据 终端设备，是具有一定的数据处理能力和 发送、接收数据能力的设备。
DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是 是 数据电路端接设备，它在 DTE 和传输线路之 间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、 保持和释放数据链路的连接。
铜质缆线承载电信号 光纤缆线承载光信号 无线接入传播电磁波信号
信号的两个基本形式
数字信号由可数的信息元素所组成
有一个最小的分阶单位 元素之间不存在任何中间状态 不连续性分布
模拟信号由不可数的信息元素所组成
不分阶 元素之间可以存在无限多种中间状态 连续性分布
模拟传输和数字传输
模拟传输：是指模拟数据的传输，不关心 传输信号的内容，而只关心减少信号的衰 减和噪声，长距离传输时采用信号放大器 数字传输：是指数字数据的传输，关心信 号的内容。长距离传输时采用转发器—— 还原-再生，可消除噪声的积累 不论是模拟传输还是数字传输都需要一条 传输通道
理想低通特性无噪声信道——Nyquist定理 高斯随机噪声干扰的信道——Shannon定理
主要技术指标
尼奎斯特定理（H. Nyquist 1924）
信道容量（最大码元速率）是其带宽的两倍 C=2W Baud=2WlbN bps N为给定时刻数字信号可能取的电平状态个数 * 注意：信道容量表示信道的最大数据传输速率
数字数据(Digital Data)
——离散数据，指其值用离散状态表示的信号，其状 态是离散的和可数的，是模拟数据经量化后得到的离散 的值。例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、 音频与视频数据
介质上传输什么？
数据转换成传输介质上所承载的信号进行 传递
数据与信号
不同的数据须转换为相应的信号才能进行传输 信号（Signal）
物理信道指用于传输数据信号的物理通路，它 由传输介质与有关通信设备组成
信道分类
物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线 信道和无线信道，也可按传输数据类型的不同 分为数字信道和模拟信道
模拟信道---传输的是模拟信号 数字信道---直接传输二进制数字脉冲信号
逻辑信道指在物理信道的基础上，发送与接收 数据信号的双方通过中间结点所实现的逻辑 “联系”，由此为传输数据信号形成的逻辑通 路
主机至网络（接口）层
在互联网层以下，TCP/IP参考模型没有 定义，认为互联网是网络的互联，不认 为是一个协议层 TCP/IP模型面向的是网络，而不是主机
TCP/IP协议簇
TCP/IP协议是一组协议的总称，包括：
IP层（即互联网层）：IP、ICMP、ARP、 RARP、OSPF、等等 TCP层（即传输层）：TCP、UDP 应用层：FTP、SMTP、SNMP、TELNET、 HTTP、DNS、等等
5 7 3 1 4 2 6
G D A B E C F
J H L M N I K
OSI模型的数据传输
信息的传递通过七层协议
发送进程 应用层 表示层 封 装 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 DH NH 应用协议 表示协议 会话协议 TH SH PH PDU SDU AH 数据 数据 数据 数据 数据 数据 bits DT 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 解 封 装 接收进程
利用电子能量进行通信的方法 信号是数据的电气或电磁形式的编码，是数据的具 信号 体物理表现，能使数据以适当的形式在介质上传输， 具有特定的物理描述。
电压、磁场强度 等 分为两类形式
光或电压脉冲状态的变化 波形的连续变动状态
数据与信号
发送端 接收端
将数据转换成信号
将信号还原成数据
将信号送入传输介质
从传输介质读入信号
比特率与波特率
比特率bit rate
是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间内所 传送的二进制代码的有效位数 其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数 (Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分 别为1000和1000000，而不是涉及计算机存储器 容量时的1024和1048576) 是指数据信号对载波的调制速率（波形速率），是 针对模拟信号传输过程中，用每秒钟载波调制状态 改变的次数来表示，（或每秒传送的波形个数）。 其单位为波特(Baud)
Open System Interconnection Reference Model
分层的特点
分工合作，责任明确 对等交谈，相对独立 逐层处理，层层负责
网络的OSI模型概述
OSI层次 会话层 应用层 网络层 物理层 传输层 数据链路层 表示层 层号 功能 第一功能 A.路由 B.介质定义 C.帧 D.文件和打印服务 文件和打印服务 E.端端可靠性来自百度文库F.加密 G.远程过程调用 第二功能 H.消息传递 I.介质访问 J.对话控制 K.翻译 翻译 L.分段 M.位同步 N.端端流控制
傅立叶级数：任何正常周期为T的函数g(t) 都可由（无限个）正弦和余弦函数合成：
其中：f=1/T是基频，an和bn称为正弦和余弦函 数的n次谐波的振幅
任何信号的传输都可理解为以 Fourier级数的形式传递
若每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减， 则合成后的振幅有所衰减，基本形状不变 对任何已知的g(t)，可求得：
例：字母b的ASCII码01100010，可求得：
信道允许通过的谐波数越高传输质量越好
信道的主要技术指标
信道容量(Channel Capacity)指信道传输信 息的最大能力
对于数字信道一般用单位时间可以传输的最大二 进制位(比特bit)数来表示 对于模拟信道则由信道的带宽表示
计算信道容量的2个著名定理：
Chap2 数据通信基础
§1.通信系统基本组成及概念 §2.信道和信道参数 §3.计算机数据传输与控制方式 §4.数据编码技术 §5.多路复用技术 §6.检错纠错技术 §7.数据交换技术
§2.信道和信道参数
信道
传输信息的必需的通路
通信信道(Communication Channel)是数据 传输的通路，在计算机网络中信道分为物 理信道和逻辑信道
Interface 完整的协议 互联的协议
网络分层模型
应用层 application layer
TCP/IP模型的应用层包括所有的高层协议 提供常用（标准）协议：
FTP（File Transfer Protocol） SMTP（Simple Mail Transfer Protocol） TELNET标准终端仿真协议 DNS（Domain Name Service）
数据通信系统的组成
数据通信系统 数字比特流 正文 PC 机 调制解调器 源系统 传输系统 传输 系统 模拟信号 公用电话网 调制解调器 目的系统 PC 机 模拟信号 数字比特流 正文
* 例：若一理想低通信道带宽为6kHz，并通过4 个电平的数字信号，则在无噪声的情况下， 信道容量为多少？ * 描述的是有限带宽、无噪声信道的最大数据 传输速率与信道带宽的关系。
主要技术指标
香农定理：（Claude Shannon 1948）
随机噪声干扰信道上传输数字信号，信道容量为： C=Wlb(1+S/N) S/N为信噪比——用分贝数（dB）即10lg(S/N)
§1.通信系统基本组成及概念
在Internet中，任何两台计算机之间的数据交换都 是借助于通信的手段来实现的 数据通信——依照一定的协议，利用数据传输技 术在两个功能单元（终端）之间传递数据信息的 一种通信方式和通信业务 数据通信系统——通过数据电路将分布的远程终 端设备连接起来，实现数据传输、交换、存储和 处理的系统。
数据与信息
被传输的二进制代码称为数据
—是传输信息的载体
信息—数据的集合、概括、含义与抽象 数据（data）与信息（information）的 关系
数据是运送信息的有意义的实体 信息是数据的内容和解释
数据分类
数据分为模拟数据和数字数据两大类
模拟数据(Analog Data)
——连续数据，是指随时间连续变化的信号，其状态 是连续变化和不可数的。由传感器采集得到的连续变化 的值。例如温度、压力，以及目前在电话、无线电和电 视广播中的声音和图像。
实际数据传输路径
网络分层模型
邮件的封装
邮 政 车 厢 邮 政 信 袋 信 封
信
PDU
网络分层模型
计算机网络的体系结构
常见的网络层次模型
ISO的OSI模型 DoD的TCP/IP模型 LAN/RM
DoD模型——建立在既成事实上的标准 TCP/IP模型——描述Internet结构体系的方 法
互联的协议
例：对于一个 例：对于一个3.1kHz带宽的标准电话信道，如 带宽的标准电话信道，如 果信噪比为30dB，那么为了保证信号传输无 果信噪比为 ，那么为了保证信号传输无 差错，信息的传输速率一定不能超过多少？ 理解：信道容量不变，带宽和信噪比可以互 换——信号被噪声淹没情况下，增加信号的带 宽，仍能保持可靠通信。
基本概念
计算机及其外围设备产生和交换的信息 都是由二进制代码表示的字母、数字或 控制符号
ASCII美国信息交换标准码(American Standard Code for Information Interchange) 已为ISO和CCITT所采纳，成为国际通用的 信息交换标准代码，使用7位二进制数来表 示一个英文字母、数字、标点或控制符号 图形、音频与视频数据则可分别采用多种编 码格式
LAN模型
LAN/RM——IEEE制定的标准
1。逻辑链路控制层LLC（Logical Link Control） --------管理链路上设备间的通信（向高层提供统一的链 路访问形式、建立/释放逻辑连接、差错控制、帧序号处 理）
无连接链路服务 面向连接链路服务
2。介质访问控制层MAC（Media Access Control） --------唯一地标识设备（寻址、位差错检测、组帧/拆帧、 实现、维护MAC协议）
CSMA/CD、令牌总线、令牌环、时间片分割环
3。物理层
发送接收、分配、调制
本课程的网络模型
OSI层次结构
应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
本课层次结构
应用层 传输层 网络层 数据链路层 物理层
Chap2 数据通信基础
§1.通信系统基本组成及概念 §2.信道和信道参数 §3.计算机数据传输与控制方式 §4.数据编码技术 §5.多路复用技术 信号和信道 位同步和帧同步 §6.检错纠错技术 数据的编码 串行和并行 §7.数据交换技术 采样和量化 复用技术 数据的传输 交换技术
结论
信道带宽越宽，数据传输速率就越大，反之亦 然 信道容量一般用单位时间内最大可传送的比特 数表示 信道容量的大小还受信道质量（信号功率和干 扰功率之比）和可使用时间的影响，当信道质 量较差时，实际传输速率将降低。 奈奎斯特定理和香农定理给出的是信道的最大 数据传输速率的极限值，实际上真正达到十分 困难
传输层 Transport layer
位于互联网层的上层，与OSI中的传输层 相对应 其功能是使源端与目的端主机的对等实体 进行对话 定义了两个端到端的协议：
传输控制协议TCP(tansmission control protocol) 用户数据报协议UDP(user datagram protocol)
逻辑信道可以是有连接的，也可以是无连接的
信道
一般意义上的信道是一个逻辑上的概念
一条物理链路可以包含若干条信道
信道是通过对传输媒介所拥有的电磁频带 进行划分而得到的 实质上是指定的一段频带，允许信号通过， 同时又给信号以限制和损害 一个信道就是传输媒介整个带宽的一部分
电信领域使用的电磁波的频谱
信号的Fourier分析
互联网层（internet layer）
此处的互联网是指基于无连接的分组交换 网络 定义了正式的分组格式和协议——IP （internet protocol），解决每个IP包（一 个报文的各个不同的分组）的路由问题 与OSI的网络层相对应
一个报文的各个不同的分组（IP包）可以通过 不同的路径到达目的地，其到达的顺序与发送 的顺序可能不一致
输 入 信 息
源点
输 入 数 据
发送器
发送 的信号
接收 的信号
接收器 输 出 数 据
终点 输 出 信 息
数据通信系统的组成
DTE (Data Terminal Equipment) 是数据 终端设备，是具有一定的数据处理能力和 发送、接收数据能力的设备。
DCE (Data Circuit-terminating Equipment)是 是 数据电路端接设备，它在 DTE 和传输线路之 间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、 保持和释放数据链路的连接。
铜质缆线承载电信号 光纤缆线承载光信号 无线接入传播电磁波信号
信号的两个基本形式
数字信号由可数的信息元素所组成
有一个最小的分阶单位 元素之间不存在任何中间状态 不连续性分布
模拟信号由不可数的信息元素所组成
不分阶 元素之间可以存在无限多种中间状态 连续性分布
模拟传输和数字传输
模拟传输：是指模拟数据的传输，不关心 传输信号的内容，而只关心减少信号的衰 减和噪声，长距离传输时采用信号放大器 数字传输：是指数字数据的传输，关心信 号的内容。长距离传输时采用转发器—— 还原-再生，可消除噪声的积累 不论是模拟传输还是数字传输都需要一条 传输通道
理想低通特性无噪声信道——Nyquist定理 高斯随机噪声干扰的信道——Shannon定理
主要技术指标
尼奎斯特定理（H. Nyquist 1924）
信道容量（最大码元速率）是其带宽的两倍 C=2W Baud=2WlbN bps N为给定时刻数字信号可能取的电平状态个数 * 注意：信道容量表示信道的最大数据传输速率
数字数据(Digital Data)
——离散数据，指其值用离散状态表示的信号，其状 态是离散的和可数的，是模拟数据经量化后得到的离散 的值。例如在计算机中用二进制代码表示的字符、图形、 音频与视频数据
介质上传输什么？
数据转换成传输介质上所承载的信号进行 传递
数据与信号
不同的数据须转换为相应的信号才能进行传输 信号（Signal）
物理信道指用于传输数据信号的物理通路，它 由传输介质与有关通信设备组成
信道分类
物理信道还可根据传输介质的不同而分为有线 信道和无线信道，也可按传输数据类型的不同 分为数字信道和模拟信道
模拟信道---传输的是模拟信号 数字信道---直接传输二进制数字脉冲信号
逻辑信道指在物理信道的基础上，发送与接收 数据信号的双方通过中间结点所实现的逻辑 “联系”，由此为传输数据信号形成的逻辑通 路
主机至网络（接口）层
在互联网层以下，TCP/IP参考模型没有 定义，认为互联网是网络的互联，不认 为是一个协议层 TCP/IP模型面向的是网络，而不是主机
TCP/IP协议簇
TCP/IP协议是一组协议的总称，包括：
IP层（即互联网层）：IP、ICMP、ARP、 RARP、OSPF、等等 TCP层（即传输层）：TCP、UDP 应用层：FTP、SMTP、SNMP、TELNET、 HTTP、DNS、等等
5 7 3 1 4 2 6
G D A B E C F
J H L M N I K
OSI模型的数据传输
信息的传递通过七层协议
发送进程 应用层 表示层 封 装 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 DH NH 应用协议 表示协议 会话协议 TH SH PH PDU SDU AH 数据 数据 数据 数据 数据 数据 bits DT 应用层 表示层 会话层 传输层 网络层 数据链路层 物理层 解 封 装 接收进程
利用电子能量进行通信的方法 信号是数据的电气或电磁形式的编码，是数据的具 信号 体物理表现，能使数据以适当的形式在介质上传输， 具有特定的物理描述。
电压、磁场强度 等 分为两类形式
光或电压脉冲状态的变化 波形的连续变动状态
数据与信号
发送端 接收端
将数据转换成信号
将信号还原成数据
将信号送入传输介质
从传输介质读入信号
比特率与波特率
比特率bit rate
是一种数字信号的传输速率，它表示单位时间内所 传送的二进制代码的有效位数 其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数 (Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分 别为1000和1000000，而不是涉及计算机存储器 容量时的1024和1048576) 是指数据信号对载波的调制速率（波形速率），是 针对模拟信号传输过程中，用每秒钟载波调制状态 改变的次数来表示，（或每秒传送的波形个数）。 其单位为波特(Baud)
Open System Interconnection Reference Model
分层的特点
分工合作，责任明确 对等交谈，相对独立 逐层处理，层层负责
网络的OSI模型概述
OSI层次 会话层 应用层 网络层 物理层 传输层 数据链路层 表示层 层号 功能 第一功能 A.路由 B.介质定义 C.帧 D.文件和打印服务 文件和打印服务 E.端端可靠性来自百度文库F.加密 G.远程过程调用 第二功能 H.消息传递 I.介质访问 J.对话控制 K.翻译 翻译 L.分段 M.位同步 N.端端流控制
傅立叶级数：任何正常周期为T的函数g(t) 都可由（无限个）正弦和余弦函数合成：
其中：f=1/T是基频，an和bn称为正弦和余弦函 数的n次谐波的振幅
任何信号的传输都可理解为以 Fourier级数的形式传递
若每个傅立叶级数的信号分量被等量衰减， 则合成后的振幅有所衰减，基本形状不变 对任何已知的g(t)，可求得：
例：字母b的ASCII码01100010，可求得：
信道允许通过的谐波数越高传输质量越好
信道的主要技术指标
信道容量(Channel Capacity)指信道传输信 息的最大能力
对于数字信道一般用单位时间可以传输的最大二 进制位(比特bit)数来表示 对于模拟信道则由信道的带宽表示
计算信道容量的2个著名定理：
Chap2 数据通信基础
§1.通信系统基本组成及概念 §2.信道和信道参数 §3.计算机数据传输与控制方式 §4.数据编码技术 §5.多路复用技术 §6.检错纠错技术 §7.数据交换技术
§2.信道和信道参数
信道
传输信息的必需的通路
通信信道(Communication Channel)是数据 传输的通路，在计算机网络中信道分为物 理信道和逻辑信道
Interface 完整的协议 互联的协议
网络分层模型
应用层 application layer
TCP/IP模型的应用层包括所有的高层协议 提供常用（标准）协议：
FTP（File Transfer Protocol） SMTP（Simple Mail Transfer Protocol） TELNET标准终端仿真协议 DNS（Domain Name Service）