計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)

§3計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)3.1通信子網(wǎng)概述通信子網(wǎng)（communicationsubnet）是由用作信息交換的節(jié)點(diǎn)計(jì)算機(jī)和通信線(xiàn)路組成的通信系統(tǒng)，它承擔(dān)全網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、轉(zhuǎn)接、加工的交換等通信處理工作。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)分為：通信子網(wǎng)資源子網(wǎng)3.2數(shù)據(jù)通信的基本概念3.2.1信道帶寬與傳輸延遲一、信道：由相應(yīng)的發(fā)送信息和接收信息的設(shè)備以及與這些發(fā)送和接收信息的相關(guān)設(shè)備軍品接在一起的傳輸介質(zhì)組成（可以說(shuō)由傳輸線(xiàn)路和傳輸設(shè)備構(gòu)成）。獨(dú)占信道和共享信道123312信息源信息源共享信道獨(dú)占信道通信方式 從信息傳送方向和時(shí)間的關(guān)系角度研究。單工通信方式：信息只能單向傳輸，監(jiān)視信號(hào)可回送。半雙工通信方式 信息可以雙向傳輸，但在某一時(shí)刻只能單向傳輸。AB數(shù)據(jù)監(jiān)視信號(hào)數(shù)據(jù)監(jiān)視信號(hào)AB通信方式全雙工通信方式 信息可以同時(shí)雙向傳輸，一般采用四線(xiàn)式結(jié)構(gòu)。AB數(shù)據(jù)監(jiān)視信號(hào)二、信道的帶寬帶寬：信道兩端的發(fā)送接收設(shè)備能夠改變比特信號(hào)的最大速率。用Hz（赫茲）表示。例如，某信道的帶寬是3000Hz，則表示該信道最多可以以每秒3000次的速率發(fā)送信號(hào)。比特率和波特率

(1)比特率：即數(shù)據(jù)傳輸率，指每秒傳輸多少二進(jìn)制代碼位數(shù)，故又稱(chēng)數(shù)據(jù)率，單位用：位/秒或記作b/s或bps。

(2)波特率：又稱(chēng)調(diào)制速率或波形速率。是指線(xiàn)路上每秒傳送的波形個(gè)數(shù)。 通常用于表示調(diào)制解調(diào)器之間傳輸信號(hào)的速率。

波特率與比特率的關(guān)系取決于信號(hào)值與比特位的關(guān)系。

S=Blog2N例：每個(gè)信號(hào)值可表示３位，則比特率是波特率的３倍； 每個(gè)信號(hào)值可表示１位，則比特率和波特率相同。3.2.1信道容量和信道復(fù)用一、信道容量：信道容量是指物理信道能夠傳送的最大數(shù)據(jù)率。帶寬：指物理信道的頻帶寬度，即允許的最高頻率和最低頻率之差數(shù)據(jù)傳輸率：在有效的帶寬上單位時(shí)間內(nèi)可靠傳輸?shù)亩M(jìn)制位數(shù) 實(shí)際應(yīng)用中數(shù)據(jù)傳輸率要小于信道容量。信道容量帶寬和數(shù)據(jù)傳輸率的關(guān)系

1924年，奈魁斯特（H.Nyquist）推導(dǎo)出無(wú)噪聲有限帶寬信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率公式：

最大數(shù)據(jù)傳輸率=2Wlog2L(bps)

任意信號(hào)通過(guò)一個(gè)帶寬為W的低通濾波器，則每秒采樣２W次就能完整地重現(xiàn)該信號(hào)，信號(hào)電平分為L(zhǎng)級(jí)。有噪聲信道的數(shù)據(jù)傳輸率

1948年，香農(nóng)（C.Shannon）把奈魁斯特的工作擴(kuò)大到信道受到隨機(jī)（熱）噪聲干擾的情況。熱噪聲出現(xiàn)的大小用信噪比（信號(hào)功率與噪聲功率之比）來(lái)衡量。 香農(nóng)的主要結(jié)論是：帶寬為W赫茲，信噪比為S/N的任意信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率為

最大數(shù)據(jù)傳輸率

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

Ｓ：信號(hào)功率， Ｎ：噪聲功率

10log10S/N 單位：分貝（db）1.6.1數(shù)據(jù)通信的基本概念帶寬和數(shù)據(jù)傳輸率的關(guān)系（續(xù)）例如：電話(huà)系統(tǒng)的典型信噪比為30db;信道的帶寬為300Hz~3400Hz，即帶寬

W=3KHz,信噪比S/N=1000

根據(jù)香農(nóng)公式得出電話(huà)線(xiàn)的極限數(shù)據(jù)傳輸率

S=3000*log2(1+1000)≈30K(bps)

此式是利用信息論得出的，具有普遍意義； 與信號(hào)電平級(jí)數(shù)、采樣速度無(wú)關(guān)； 此式僅是上限，難以達(dá)到。香農(nóng)定理的意義提高信號(hào)與噪聲之間的功率比能增加信道容量；當(dāng)噪聲功率→0時(shí)，信道容量→∞，即無(wú)干擾信道的容量為∞，這時(shí)信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率完全由帶寬決定；信道容量一定時(shí)，帶寬與信噪比S/N之間可以互換，即提高信噪比與提高帶寬具有等價(jià)意義。香農(nóng)定理的應(yīng)用在近距離傳輸時(shí)，通常噪聲較小，信號(hào)功率損耗低，可以用未經(jīng)調(diào)制的電脈沖信號(hào)直接傳輸，此時(shí)傳輸?shù)男畔⒘恐慌c信號(hào)的帶寬有關(guān)（D=2W）。如果遠(yuǎn)距離傳輸，則必須提高信噪比，除了選擇好的信號(hào)調(diào)制方式外，增加信號(hào)的功率是很重要的手段。當(dāng)信道的容量一定，如果信號(hào)的頻率過(guò)低，則造成信道浪費(fèi)，可以讓不同的信息源共享信道，即信道復(fù)用。二、信道復(fù)用由于一條傳輸線(xiàn)路的能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳輸一個(gè)用戶(hù)信號(hào)所需的能力，為了提高線(xiàn)路利用率，經(jīng)常讓多個(gè)信號(hào)同時(shí)共用一條物理線(xiàn)路。頻分多路復(fù)用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)時(shí)分多路復(fù)用TDM(TimeDivisionMultiplexing)波分多路復(fù)用WDM(WavelenthDivisionMultiplexing)碼分多路復(fù)用CDMA(CodeDivisionMultiplexingAccess)1、頻分多路復(fù)用FDM原帶寬帶寬被提升多路復(fù)用的通道2、時(shí)分多路復(fù)用TDM時(shí)分復(fù)用示例T1信道3、波分多路復(fù)用WDM4、碼分多路復(fù)用CDMACDMA是基于碼型分割信道，即每個(gè)用戶(hù)分配給一個(gè)地址碼，且這些碼型互不重復(fù)。其特點(diǎn)是頻率與時(shí)間均可共享。三、三種信道連接方式點(diǎn)到點(diǎn)連接共享信道信道復(fù)用3.2.3異步傳輸和基帶傳輸一、異步傳輸數(shù)據(jù)同步技術(shù)在通信過(guò)程中，接收端根據(jù)發(fā)送端的起止時(shí)間和重復(fù)頻率來(lái)校正自已的基準(zhǔn)時(shí)間與重復(fù)頻率的過(guò)程稱(chēng)為同步過(guò)程。這種統(tǒng)一收端與發(fā)端的措施稱(chēng)為同步技術(shù)。數(shù)據(jù)同步技術(shù)需解決的問(wèn)題：何時(shí)開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送過(guò)程中的數(shù)據(jù)傳輸速率持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短發(fā)送時(shí)間的間隔大小1、異步傳輸方式異步傳輸方式的特點(diǎn)各個(gè)位以串行方式發(fā)送，并附有起止位識(shí)別符字符之間通過(guò)“空號(hào)”來(lái)間隔，效率低、速度慢起始位字符編碼奇偶校驗(yàn)終止位00111116、同步傳輸方式同步傳輸方式的特點(diǎn)：在同步方式中，信息不是以字符而是以數(shù)據(jù)塊方式傳輸在位流中采用同步字符來(lái)保證定時(shí)同步信號(hào)的位數(shù)較異步方式少，效率較高傳輸?shù)男畔⒅胁荒苡型阶址霈F(xiàn)，透明性較差SYNSYN 信 息

SYNSYN數(shù)據(jù)傳輸類(lèi)型基帶傳輸在線(xiàn)路上直接傳輸數(shù)字二制信號(hào)頻帶傳輸

利用模擬信道實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的傳輸發(fā)送端要對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制（轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)），在接收端要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行解調(diào)（轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)），可利用調(diào)制解調(diào)器實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。基帶傳輸基帶數(shù)字信號(hào)的常用的幾種編碼方式：

1）不歸零制碼（NRZ：Non-ReturntoZero）原理：用兩種不同的電平分別表示二進(jìn)制信息“0”和“1”，低電平表示“0”，高電平表示“1”。缺點(diǎn)：

a)難以分辨一位的結(jié)束和另一位的開(kāi)始；

b )發(fā)送方和接收方必須有時(shí)鐘同步；

c )若信號(hào)中“0”或“1”連續(xù)出現(xiàn)，信號(hào)直流分量將累加。結(jié)論：容易產(chǎn)生傳播錯(cuò)誤。2）曼徹斯特碼（Manchester），也稱(chēng)相位編碼原理：每一位中間都有一個(gè)跳變，從低跳到高表示“0”，從高跳到低表示“1”。優(yōu)點(diǎn)：克服了NRZ碼的不足。每位中間的跳變即可作為數(shù)據(jù)，又可作為時(shí)鐘，能夠自同步?；鶐?shù)字信號(hào)的常用的幾種編碼方式

3）差分曼徹斯特碼（DifferentialManchester）原理：每一位中間都有一個(gè)跳變，每位開(kāi)始時(shí)有跳變表示“0”，無(wú)跳變表示“1”。位中間跳變表示時(shí)鐘，位前跳變表示數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：時(shí)鐘、數(shù)據(jù)分離，便于提取。

4）逢“1”變化的NRZ碼原理：在每位開(kāi)始時(shí)，逢“1”電平跳變，逢“0”電平不跳變。

5）逢“0”變化的NRZ碼原理：在每位開(kāi)始時(shí)，逢“0”電平跳變，逢“1”電平不跳變。基帶數(shù)字信號(hào)的常用的幾種編碼方式

3）差分曼徹斯特碼（DifferentialManchester）原理：每一位中間都有一個(gè)跳變，每位開(kāi)始時(shí)有跳變表示“0”，無(wú)跳變表示“1”。位中間跳變表示時(shí)鐘，位前跳變表示數(shù)據(jù)。優(yōu)點(diǎn)：時(shí)鐘、數(shù)據(jù)分離，便于提取。

4）逢“1”變化的NRZ碼原理：在每位開(kāi)始時(shí)，逢“1”電平跳變，逢“0”電平不跳變。

5）逢“0”變化的NRZ碼原理：在每位開(kāi)始時(shí)，逢“0”電平跳變，逢“1”電平不跳變。基帶數(shù)字信號(hào)的常用的幾種編碼方式NRZ曼徹斯特差分曼徹斯特逢“0”變化NRZ逢“1”變化NRZ頻帶傳輸頻帶傳輸是將數(shù)字信號(hào)調(diào)制成模擬信號(hào)后進(jìn)行傳輸，根據(jù)載波Asin(t+)的三個(gè)特性：幅度、頻率、相位，產(chǎn)生常用的三種調(diào)制技術(shù)：幅移鍵控法

Amplitude-shiftkeying(ASK)頻移鍵控法Frequency-shiftkeying(FSK)相移鍵控法Phase-shiftkeying(PSK)頻帶傳輸調(diào)制方式1）幅移鍵控法（調(diào)幅） 幅移就是把頻率

、

相位作為常量，而把振幅A作為變量，即：

(t)=0；

(t)=0；

A(t)=A1,A2,…,An A(t)取不同的值表示不同的信息碼。 例如：A(t)取A1，A2，A1表示“0”，A2表示“1”。頻帶傳輸調(diào)制方式2）頻移鍵控法（調(diào)頻） 頻移就是把振幅、相位作為常量，而把頻率作為變量，即：

(t)=1,2,…,n；

(t)=0；

A(t)=A0；

(t)取不同的值表示不同的信息碼。 例如：

(t)取

1，

2，

1表示“0”，

2表示“1”頻帶傳輸調(diào)制方式

3）相移鍵控法（調(diào)相） 相移就是把振幅、頻率作為常量，而把相位作為變量，即：

(t)=0；

(t)=1,2,…,n；

A(t)=A0；

(t)取不同的值表示不同的信息碼。 例如：

(t)取

1，

2，

1表