计算机网络原理与应用

模拟信号:是连续变化的电磁波，它可以在各种媒体上传输与 频率有关。即连续的信号，如话音信号和广播电视信号。 数字信号:是一串相继的电压脉冲，它能在导线上传播。即离 散的信号，如计算机通信所用的二进制代码1和0组成的信号。
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a) 模拟信号
b) 数字信号
2.1.1基本概念(2)
信道(channel):一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。 一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。一个信道 可以看成是一条电路的逻辑部件。
通信的三个要素：信源、信宿和信道 数据通信系统的构成：
传输系统：传输线路和传输设备(调制解调器、多路复用 器、交换机、路由器等) 源系统：源站+发送器 目的系统：目的站+接收器
信源
发送器
源系统
信道
噪声
接收器
信宿
目的系统
2.1.3 模拟通信
模拟通信:利用模拟信号来传递消息，如，广播、电视。 模拟通信系统:通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪 声源组成。
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信宿
噪声源
2.1.4 数字通信
数字通信:利用数字信号来传递消息。如计算机通信和数字电视。
数字通信系统：由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调
器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发送端和接收端时钟同步
组成。
-信源编码器对模拟信号变换为数字信号。而信源译码则是信源编码的逆 过程。
-信源所产生的模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。 -调制器是用发送的消息对载波的某个参数进行调制的设备。 -解调器是实现上述过程逆变换的设备。 -噪声源包括了影响该系统的所有噪声，如脉冲噪声（天电噪声 、工业噪声等）和随机噪声（信道噪声、发送设备噪声、接收设 备噪声等）。
信源
调制器 信道
解制器
信道上传送的信号有基带信号和宽带信号之分。
基带(Base band)与宽带(Broad band)
基带(baseband)信号:就是将数字信号1或0直接用两种不同的 电压来表示，然后送到线路上去传输。
宽带(broadband)信号:则是将基带信号进行调制后形成的频 分复用模拟信号。基带信号进行调制后，其频谱搬移到较高的 频率处。由于每一路基带信号的频谱被搬移到不同的频段，这 样做就可以在一条电缆中同时传送许多路的数字信号，因而提 高了线路的利用率。
解道源信 调解译宿 器码码
器
器
器器
发送时钟同步
噪声源
接受时钟同步
数字通信系统的特点
抗干扰能力强; 可实现高质量的远距离通信; 能适应各种通信业务; 能实现高保密通信; 通信设备的集成化和微型化; 数字通信的缺点：最大缺点是占用的频带宽 。(一路模拟电话占用4KHZ信道的带宽，而一 路数字电话占用64kHZ信道的带宽)
2.1.1基本概念(5)
时延 • 信息从网络的一端传送到另一端所需的时间 • 时延=传播时延+发送时延+排队时延
传播时延=信道长度/电磁波在信道的传播速率 发送时延=数据位数/信道带宽 排队时延=数据在中间结点等待转发的延迟时间
2.1.1基本概念(5)
时延带宽乘积
• 某一链路所能容纳的比特数 • 时延带宽乘积=带宽×传播时延
2.1 基本概念
数据通信是计算机网络的基础。 没有数据通信技术的发展，就没有计算机网络 的今天。 本节将简单介绍数字通信的一些基本概念。
2.1.1 基本概念 2.1.2 模拟通信 2.1.3 数字通信
2.1.1基本概念(1)
数据(Data)：运送信息的实体。 信息(Information)：是数据的内容或解释。 信号(Signal)：数据的物理量编码(通常为电磁编码)，数据以信 号的形式传播。
C = 2Wlog2V b/s -W为信道的带宽（以Hz为单位）； -V为某给定时刻数字信号的可能取的离散值的个数。 有噪声信道的极限信息传输速率遵循香农(Shannon)公式：
C = Wlog2(1+S/N) b/s -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。
带宽
体积=时延带宽乘 积
链路
传播时延
• 例如，某链路的时延带宽乘积为100万比特，这意味着第一个比特 到达目的端时，源端已发送了100万比特。
往返时延RTT (Round-Trip Time)
• 从源端发送数据开始，到源端收到目的端的确认所经历的时间 • RTT≈2×传播时延
2.1.2 通信系统模型
2.1.1基本概念 (3)
通信的双方信息交互的方式： 单向通信(单工通信):只能有一个方向的通信而没有反 方向的交互。（无线电广播）
双向交替通信(半双工通信):通信的双方都可以发送信 息，但不能同时发送(也不能同时接收)。（对讲机）
双向同时通信(全双工通信):通信的双方可以同时发送 和接收信息。（电话）
2.2 数据通信基础理论
比特(bit)：信息量的单位。比特率为每秒传输的二进制位个数。 码元(Code Cell)：时间轴上的一个信号编码单元。
码元传输速率:每秒传多少个码元。它的速率单位是波特(Baud)， 也称为调制速率、波形速率或符号速率。 无噪声信道上的最高码元传输速率遵循奈奎斯特(Nyquist)公式：
2.1.1基本概念(4)
带宽(bandwidth） • 信号中的大部分能量都集中在一个相对较窄的频带范围之 内，我们将信号大部分能量集中的那段频带称为有效带宽 （指信号具有的频带宽度），简称带宽。 • 以前通信线路主要是传送模拟信号，所以是用频率的单位 来衡量，如，Hz、kHz、MHz等。 • 现在线路都用来传送数字信号，所以，带宽用在通信链路 上能够传送数字信号的速率来衡量，也称为比特率、通信 速率、数据(传输)率。 • 带宽单位：bit/s(bps)，kbit/s，Mbit/s，Gbit/s
-信道编码：可自动地检测出错误或纠正错误；信道译码则是信道编码的 逆变换。
-调制器是为了与采用的信道相匹配，将基带信号经过调制变换成宽带信 号再传输；而解调则是调制的逆过程。
-为了保证接收端正确接收数据，接收端的接收时钟必须与发送端的发送 时钟保持同步。
信
信
信信
信 源
源 编 码
道 编 码
调 制 器
信 道