計算機網(wǎng)絡(luò)的通信子網(wǎng)

§3計算機網(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)點計算機和通信線路組成的通信系統(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。計算機網(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（可以說由傳輸線路和傳輸設(shè)備構(gòu)成）。獨占信道和共享信道123312信息源信息源共享信道獨占信道通信方式 從信息傳送方向和時間的關(guān)系角度研究。單工通信方式：信息只能單向傳輸，監(jiān)視信號可回送。半雙工通信方式 信息可以雙向傳輸，但在某一時刻只能單向傳輸。AB數(shù)據(jù)監(jiān)視信號數(shù)據(jù)監(jiān)視信號AB通信方式全雙工通信方式 信息可以同時雙向傳輸，一般采用四線式結(jié)構(gòu)。AB數(shù)據(jù)監(jiān)視信號二、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。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制代碼位數(shù)，故又稱數(shù)據(jù)率，單位用：位/秒或記作b/s或bps。

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

波特率與比特率的關(guān)系取決于信號值與比特位的關(guān)系。

S=Blog2N例：每個信號值可表示３位，則比特率是波特率的３倍； 每個信號值可表示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間內(nèi)可靠傳輸?shù)亩M制位數(shù) 實際應(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)

任意信號通過一個帶寬為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，信號電平分為L級。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大到信道受到隨機（熱）噪聲干擾的情況。熱噪聲出現(xiàn)的大小用信噪比（信號功率與噪聲功率之比）來衡量。 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)公式得出電話線的極限數(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； 與信號電平級數(shù)、采樣速度無關(guān)； 此式僅是上限，難以達到。香農(nóng)定理的意義提高信號與噪聲之間的功率比能增加信道容量；當(dāng)噪聲功率→0時，信道容量→∞，即無干擾信道的容量為∞，這時信道的最大數(shù)據(jù)傳輸率完全由帶寬決定；信道容量一定時，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意義。香農(nóng)定理的應(yīng)用在近距離傳輸時，通常噪聲較小，信號功率損耗低，可以用未經(jīng)調(diào)制的電脈沖信號直接傳輸，此時傳輸?shù)男畔⒘恐慌c信號的帶寬有關(guān)（D=2W）。如果遠距離傳輸，則必須提高信噪比，除了選擇好的信號調(diào)制方式外，增加信號的功率是很重要的手段。當(dāng)信道的容量一定，如果信號的頻率過低，則造成信道浪費，可以讓不同的信息源共享信道，即信道復(fù)用。二、信道復(fù)用由于一條傳輸線路的能力遠遠超過傳輸一個用戶信號所需的能力，為了提高線路利用率，經(jīng)常讓多個信號同時共用一條物理線路。頻分多路復(fù)用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)時分多路復(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、時分多路復(fù)用TDM時分復(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，即每個用戶分配給一個地址碼，且這些碼型互不重復(fù)。其特點是頻率與時間均可共享。三、三種信道連接方式點到點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)在通信過程中，接收端根據(jù)發(fā)送端的起止時間和重復(fù)頻率來校正自已的基準(zhǔn)時間與重復(fù)頻率的過程稱為同步過程。這種統(tǒng)一收端與發(fā)端的措施稱為同步技術(shù)。數(shù)據(jù)同步技術(shù)需解決的問題：何時開始發(fā)送數(shù)據(jù)發(fā)送過程中的數(shù)據(jù)傳輸速率持續(xù)時間的長短發(fā)送時間的間隔大小1、異步傳輸方式異步傳輸方式的特點各個位以串行方式發(fā)送，并附有起止位識別符字符之間通過“空號”來間隔，效率低、速度慢起始位字符編碼奇偶校驗終止位00111116、同步傳輸方式同步傳輸方式的特點：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保證定時同步信號的位數(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)傳輸類型基帶傳輸在線路上直接傳輸數(shù)字二制信號頻帶傳輸

利用模擬信道實現(xiàn)數(shù)字信號的傳輸發(fā)送端要對數(shù)字信號進行調(diào)制（轉(zhuǎn)換成模擬信號），在接收端要對模擬信號進行解調(diào)（轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號），可利用調(diào)制解調(diào)器實現(xiàn)轉(zhuǎn)換。基帶傳輸基帶數(shù)字信號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制信息“0”和“1”，低電平表示“0”，高電平表示“1”。缺點：

a)難以分辨一位的結(jié)束和另一位的開始；

b )發(fā)送方和接收方必須有時鐘同步；

c )若信號中“0”或“1”連續(xù)出現(xiàn)，信號直流分量將累加。結(jié)論：容易產(chǎn)生傳播錯誤。2）曼徹斯特碼（Manchester），也稱相位編碼原理：每一位中間都有一個跳變，從低跳到高表示“0”，從高跳到低表示“1”。優(yōu)點：克服了NRZ碼的不足。每位中間的跳變即可作為數(shù)據(jù)，又可作為時鐘，能夠自同步。基帶數(shù)字信號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跳變，每位開始時有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。位中間跳變表示時鐘，位前跳變表示數(shù)據(jù)。優(yōu)點：時鐘、數(shù)據(jù)分離，便于提取。

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

5）逢“0”變化的NRZ碼原理：在每位開始時，逢“0”電平跳變，逢“1”電平不跳變?；鶐?shù)字信號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跳變，每位開始時有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。位中間跳變表示時鐘，位前跳變表示數(shù)據(jù)。優(yōu)點：時鐘、數(shù)據(jù)分離，便于提取。

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

5）逢“0”變化的NRZ碼原理：在每位開始時，逢“0”電平跳變，逢“1”電平不跳變?；鶐?shù)字信號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)字信號調(diào)制成模擬信號后進行傳輸，根據(jù)載波Asin(t+)的三個特性：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