計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用

1、計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用2第 1 章 基本通信原理通信系統(tǒng)簡介 模擬信號與數(shù)字信號 模擬通信 數(shù)字通信 通信媒體與傳輸速度 多路復(fù)用計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用31.1 通信系統(tǒng)簡介 通信技術(shù)發(fā)展簡史通信系統(tǒng)的組成 通信系統(tǒng)的分類按信號類型分類 按消息傳送的方向與時間的關(guān)系 按照數(shù)字信號碼元排列方法分類 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用4通信技術(shù)發(fā)展簡史1837年，美國人摩爾斯（Samuel Morse）發(fā)明了有線電報，使得通過一條銅線上的電脈沖來傳遞信息成為可能。揭開了現(xiàn)代通信的歷史1876年，貝爾（Alexander Graham Bell）發(fā)明了 ，它將聲音轉(zhuǎn)化成電信

2、號，然后由一條電壓連續(xù)變化的導(dǎo)線傳導(dǎo)出去。在導(dǎo)線的另一端，電信號被還原成聲音。1895年，馬克尼（Guglielmo Marconi）發(fā)明了無線電報。 1920年，在無線電的基礎(chǔ)上，調(diào)幅廣播首次在美國實現(xiàn)。1940年至1945年，使用雷達，實現(xiàn)微波通信。1946年，世界上第一臺多用途的電子計算機“愛尼亞克”（ENIAC）在美國賓夕法尼亞大學(xué)莫爾電子工程學(xué)院誕生。 1969年，美國國防部高級研究計劃署ARPA關(guān)廣域網(wǎng)絡(luò)的項目宣告了網(wǎng)絡(luò)世界的到來。1978年，美國貝爾試驗室研制成功先進移動 系統(tǒng)(AMPS)，建成了蜂窩狀移動通信網(wǎng)， 1982年，歐洲推出了泛歐數(shù)字移動通信網(wǎng)(GSM)的體系，并于1

3、991年7月投入商用，GSM手機開始走入百姓生活，GSM成為全球移動通信系統(tǒng)的代名詞。 1989年，在瑞士日內(nèi)瓦歐洲核子物理研究中心（CERN）工作的蒂姆伯納斯李（Tim Berners-Lee）首先提出了WWW的概念 1992年，Internet開始進入它的商業(yè)化發(fā)展階段，Internet用戶開始向全世界擴展，標志著以互聯(lián)網(wǎng)Internet為主要手段的新的通信時代的到來。 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用5通信系統(tǒng)的組成 接收設(shè)備 信宿 信源 干擾 傳輸媒體 發(fā)送設(shè)備 通信 就是通過傳輸媒體進行信息傳遞的過程，實現(xiàn)信息傳遞所需要的一切設(shè)備構(gòu)成 通信系統(tǒng)。 通信系統(tǒng)概念模型計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用

4、6通信系統(tǒng)的組成(Cont.) 接收設(shè)備 信宿 信源 干擾 傳輸媒體 發(fā)送設(shè)備 通信系統(tǒng)概念模型 信 源 模擬信源，模擬信源輸出連續(xù)幅度的信號，如：聲音的強度、溫度的高低變化等都是模擬信號。 數(shù)字信源，數(shù)字信源輸出離散的值，每個離散值代表一個符號，如：計算機、電傳機產(chǎn)生輸出的數(shù)據(jù)等。 信 宿 接收者將接收設(shè)備得到的信息進行利用，從而完成一次信息的傳遞過程 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用7通信系統(tǒng)的組成(Cont.) 接收設(shè)備 信宿 信源 干擾 傳輸媒體 發(fā)送設(shè)備 通信系統(tǒng)概念模型 發(fā)送設(shè)備 概念，發(fā)送設(shè)備是將信源產(chǎn)生的信號變換成能夠在傳輸媒介中便于傳送的信號形式，送往傳輸媒介。傳送的信號不同、通信

5、系統(tǒng)類型不同，發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備所起的作用懸殊很大。 接收設(shè)備接收設(shè)備用于信號的識別，它將接受到的信號進行解調(diào)、譯碼操作，還原為原來的信號，提供給接收者。 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用8通信系統(tǒng)的組成(Cont.) 接收設(shè)備 信宿 信源 干擾 傳輸媒體 發(fā)送設(shè)備 通信系統(tǒng)概念模型 傳輸媒體 概念，傳輸媒體是指從發(fā)送設(shè)備到接收設(shè)備信號傳遞所經(jīng)過的物理媒介 分類 有線的，如：同軸電纜、雙絞線、光纖等。 無線的，如微波、通信衛(wèi)星、移動通信等。 干擾和信號衰減 傳輸介質(zhì)和電信號的固有物理特性 。 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用9通信系統(tǒng)的分類 按信號類型分類 模擬通信系統(tǒng)，在傳輸線路上傳輸模擬信號的通信方式

6、稱為模擬通信，模擬通信系統(tǒng)通過模擬信號傳輸數(shù)據(jù)。 數(shù)字通信系統(tǒng)，數(shù)字通信是指用數(shù)字信號作為載體來傳輸信息，或者用數(shù)字信號對載波進行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?按消息傳送的方向與時間的關(guān)系單工通信半雙工通信全雙工通信 按照數(shù)字信號碼元排列方法分類串行傳輸并行傳輸計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用10數(shù)字通信的特點 抗干擾能力強，數(shù)字傳輸系統(tǒng)通過使用中繼器來擴大傳送距離，不會累積噪聲，傳輸誤差小，只要噪聲絕對值不超過某一門限值，接收端便可判別脈沖的變化，以保證通信的可靠性。 以數(shù)據(jù)幀為單位傳輸數(shù)據(jù)，并通過檢錯編碼和重發(fā)數(shù)據(jù)幀來發(fā)現(xiàn)并糾正通信錯誤，從而有效保證通信的可靠性。 可以方便地利用各種加密和解密技

7、術(shù)，從而有效增強通信的安全性。 適合遠距離傳輸，在長距離數(shù)字通信中可通過中繼器放大和整形來保證數(shù)字信號的完整，并可以克服模擬通信中的噪音累積，保證高質(zhì)量的數(shù)據(jù)傳輸。 可適應(yīng)各種通信業(yè)務(wù)要求，如 、電報、圖像、數(shù)據(jù)等，便于實現(xiàn)統(tǒng)一的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)，便于采用大規(guī)模集成電路，便于實現(xiàn)通信網(wǎng)的計算機管理等優(yōu)點。 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用11通信模式單工通信單工通信（Simplex Communication）是指數(shù)據(jù)傳輸是單方向的，如：只能由設(shè)備A到設(shè)備B，反之則不可以。例如，無線廣播等。q 全雙工通信全雙工通信 全雙工通信（Full-Duplex Communication）是指傳輸?shù)碾p方可以同時

8、對數(shù)據(jù)進行發(fā)送和接收，即在兩者之間的傳輸通道中，允許兩個方向的數(shù)據(jù)流動。 q 半雙工通信半雙工通信半雙工通信（Half-Duplex Communication）指雙方可以互相通信，但是同一時間不能進行發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的操作，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)必須輪流進行。例如使用無線對講機通信 。 設(shè)備 A 設(shè)備 B 設(shè)備 A 設(shè)備 B 設(shè)備 A 設(shè)備 B 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用12傳輸模式并行傳輸（Parallel Transmission） 是指同時可以傳輸多個比特，每個比特使用一條獨立的線路，這些線路通常被困扎在一條電纜里。 q串行傳輸（串行傳輸（Serial Transmission） 是指利用一條線

9、路，逐個傳送比特位的傳輸方式。和并行傳輸相比，串行傳輸使用的線路少，因此價格較低，長距離傳輸更加可靠。由于每次只能發(fā)送一個比特位，因此速度較慢。計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用13傳輸模式（Cont.） 串行傳輸（串行傳輸（Serial Transmission）的實現(xiàn)）的實現(xiàn) 異步傳輸（異步傳輸（Asynchronous Transmission）是指將比特串劃分成一個個的小組發(fā)送）是指將比特串劃分成一個個的小組發(fā)送，這些比特組可以在任何時候發(fā)送。，這些比特組可以在任何時候發(fā)送。 同步傳輸（同步傳輸（Synchronous Transmission）也是對比特流分組，它不是單獨的發(fā)送每）也是對比特

10、流分組，它不是單獨的發(fā)送每個字符，而是將多個字符組合成一個大的組一起發(fā)送。每一個組合成為一個數(shù)據(jù)個字符，而是將多個字符組合成一個大的組一起發(fā)送。每一個組合成為一個數(shù)據(jù)幀，簡稱幀（幀，簡稱幀（Frame）。）。 1 b7b6b5b4b3b2b1b0 0 發(fā)送 設(shè)備 接收 設(shè)備 停止位 開始位 end error data control syn 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用141.2 模擬信號與數(shù)字信號 模擬信號及其傳輸 數(shù)字信號及其傳輸 模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用15模擬信號 模擬信號的概念模擬信號（Analog signal）是指在兩個峰值之間來回振蕩的、連續(xù)變化的信

11、號。例如無線電與電視廣播中的電磁波， 傳輸中的音頻電壓信號等。 模擬信號的主要特征模擬信號的主要特征 周期（Period）和頻率（Frequency） 振幅（Amplitude） 相移（Phase） 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用16數(shù)字信號 數(shù)字信號的概念數(shù)字信號的概念數(shù)字信號是指在一個持續(xù)時間內(nèi)保持一個固定的值，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖粋€值的信數(shù)字信號是指在一個持續(xù)時間內(nèi)保持一個固定的值，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)榱硗庖粋€值的信號。例如一系列斷續(xù)變化的電壓脈沖，或光脈沖號。例如一系列斷續(xù)變化的電壓脈沖，或光脈沖。 數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù) 0 1 0 0 0 0 0 1 低電平 高電平 時間 計算機網(wǎng)絡(luò)原

12、理、技術(shù)及應(yīng)用17模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換 模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換模擬信號與數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換 模數(shù)轉(zhuǎn)換（模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D），如果用數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)，在發(fā)送端需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換），如果用數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)，在發(fā)送端需要進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，在接受端進行反變換，在接受端進行反變換 數(shù)模轉(zhuǎn)換（數(shù)模轉(zhuǎn)換（D/A） 接收設(shè)備 信宿 信源 干擾 傳輸媒體 發(fā)送設(shè)備 信源數(shù)據(jù) 模擬數(shù)據(jù)溫度，濕度，聲音等 數(shù)字數(shù)據(jù)計算機， 機等 信號 數(shù)字信號 模擬信號 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用181.3 模擬通信 模擬通信系統(tǒng)模型 模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用19模擬通信系統(tǒng)模型 發(fā)

13、送端 原始信號，即基帶信號，調(diào)制信號原始信號，即基帶信號，調(diào)制信號 調(diào)制調(diào)制 數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制 模擬調(diào)制模擬調(diào)制在模擬通信系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)是通過模擬信號傳輸?shù)?。用模擬信號傳輸數(shù)據(jù)，信息的傳輸需要經(jīng)過信號轉(zhuǎn)換和調(diào)制/解調(diào)兩種變換。 信宿 信源 噪聲 信道 數(shù)據(jù)/信號變換 調(diào)制 信號/數(shù)據(jù)變換 解調(diào) 發(fā)送設(shè)備 接收設(shè)備 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用20調(diào)制 調(diào)制的概念調(diào)制的概念 基帶信號通常集中在低頻譜區(qū)域，這種信號不能在通常的信道中直接進行遠 距離傳輸。為解決這一問題，需要將原始基帶信號承載到一個頻率更高、 更適合遠程傳輸?shù)男盘柹希@就是調(diào)制。 數(shù)字調(diào)制，數(shù)字調(diào)制，數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)字的數(shù)字調(diào)制是指用數(shù)

14、字的基帶信號基帶信號對正弦載波信號的某些參數(shù)對正弦載波信號的某些參數(shù)(幅度、頻率和相位幅度、頻率和相位)進行控制，使之其隨基帶信號的變化而變化進行控制，使之其隨基帶信號的變化而變化 幅移鍵控幅移鍵控(ASK) 頻移鍵控頻移鍵控(FSK) 相移鍵控相移鍵控(PSK) 模擬調(diào)制模擬調(diào)制 調(diào)制的目的調(diào)制的目的 將信號轉(zhuǎn)換成便于媒體傳輸?shù)男问?。將信號轉(zhuǎn)換成便于媒體傳輸?shù)男问健?在模擬通信中，通過調(diào)制還可以實現(xiàn)頻分多路復(fù)用，提高媒體的通信能力。在模擬通信中，通過調(diào)制還可以實現(xiàn)頻分多路復(fù)用，提高媒體的通信能力。 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用21模擬信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 調(diào) 制 調(diào)制信號m(t) 載波信號f(t)

15、 輸出信號s(t)=m(t)*f(t) 舉例： 系統(tǒng)和無線語音廣播。在 系統(tǒng)中，模擬的聲音數(shù)據(jù)是加載到模擬的載波信號中傳輸?shù)摹?發(fā)送端 調(diào)制 發(fā)送端 解調(diào)， 相干解調(diào) 非相干解調(diào) 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用22模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 數(shù)字調(diào)制過程 模擬信號傳輸?shù)幕A(chǔ)是載波，載波是一個連續(xù)變化的信號。一條模擬線路一般為頻帶傳輸，適合于傳輸模擬信號，而不是基帶信號（原始電脈沖信號），因為基帶信號往往是頻率近似于零的直流分量。因此必須將數(shù)字數(shù)據(jù)變換成模擬信號（調(diào)制過程）后才能發(fā)送。 解調(diào)過程因為，數(shù)字調(diào)制的目的是使用模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，因此在接收端必須進行逆變換，將模擬信號還原成數(shù)字數(shù)據(jù)，這個過程就

16、是解調(diào)。計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用23數(shù)字調(diào)制過程 數(shù)字調(diào)制過程 頻率調(diào)制（Frequency Modulation，F(xiàn)M）又稱調(diào)頻和頻移鍵控。調(diào)制解調(diào)器在一個指定的時間周期內(nèi)傳輸一個適當頻率的信號，時間周期的長短不盡相同。如果可以使用的頻率的個數(shù)為N，則每個信號可對應(yīng)的比特串的長度為k=log2N。 幅度調(diào)制（Amplitude Modulation，AM）又稱調(diào)幅和幅移鍵控。每個幅度對應(yīng)一要傳送的比特串，如果希望每個比特串的長度為1，需要兩個幅度值（二元制調(diào)幅），如果希望比特串的長度為2，需要四個幅度值（多幅度調(diào)制），以此類推. 相位調(diào)制（Phase Modulation，PM）又稱相移鍵

17、控。信號的差異在于相移，而不是頻率和振幅。通常，一個信號的相移是相對于前一個信號而言的，因此又稱為差分相移鍵控（Differential Phase Shift Keying，DPSK）。如果需要每一次相移的變化傳輸k個比特，則需要2k個不同的相移 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用24解調(diào)過程 脈沖幅度調(diào)制PAM脈沖幅度調(diào)制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）是脈沖調(diào)制的最簡單的形式，他按照一定的時間間隔對模擬信號進行采樣，然后產(chǎn)生一個振幅等于采樣信號的脈沖。 f(t) 原始信號 采樣脈沖 PAM 脈沖 fs(t) Ts t 4 . 6 3 . 3 6 . 1 3 2 6

18、 5 . 8 4 . 4 采樣信號和原始信號在幅度上存在一個差別，即會產(chǎn)生量化誤差。對脈沖幅度轉(zhuǎn)換成比特串，完成模擬信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用25解調(diào)過程（Cont.） 脈沖編碼調(diào)制PCM 脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）又稱脈碼調(diào)制，脈碼調(diào)制PCM為采樣信號分配一個預(yù)先確定的振幅。例如，假設(shè)整個振幅范圍等分為2n個振幅級別，則每個振幅對應(yīng)一個長度為n的比特串。PCM按照一定的時間間隔對模擬信號進行采樣，然后從2n個振幅中挑選出最接近采樣頻率的那個值，然后用其對應(yīng)的比特序列對這個脈沖進行編碼，然后將編碼數(shù)據(jù)發(fā)送。這種經(jīng)編碼后的PAM調(diào)制就稱為

19、PCM調(diào)制，它增強了傳輸?shù)目煽啃?，防止誤碼。 原始信號 PCM 脈沖 fs(t) 5 3 6 3 2 6 6 4 fs(t) 4 . 6 3 . 3 6 . 1 3 2 6 5 . 8 4 . 4 PAM 脈沖 101 011 110 011 010 110 110 100 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用261.4 數(shù)字通信 數(shù)字信號數(shù)據(jù)編碼 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用27數(shù)字信號數(shù)據(jù)編碼 單極性（unipolar）編碼，單極性編碼僅使用一個電平，比如，正電平或負電平表示1，0電平表示0 極化（polar）編碼，極化編碼使用兩個電平，比

20、如，正電平表示1，負電平表示0 雙極性編碼，雙極性（bipolar）編碼使用兩個正負交替變化的電平表示1，0電平表示0（或者反之） 在數(shù)字通信中，采用數(shù)字信號傳輸數(shù)據(jù)，首先需要對數(shù)字信號進行編碼，將數(shù)字信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用28不歸零法編碼NRZ 不歸零法編碼NRZ-L（Nonreturn to Zero，NRZ）是一種常見的極化編碼。在NRZ-L中，信號電平取決于比特狀態(tài)，正電壓通常表示0，負電壓表示1。在傳送0時，把電平升高，傳送1時把電平降低，在一個比特（bit）位傳送的持續(xù)時間t內(nèi)，電壓保持不變，這個時間稱為比特時間（bit time）。 0 1 0 0 0 0

21、 0 1 低電平 高電平 時間 t 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用29不歸零法編碼NRZ（Cont.） 0的個數(shù)= ？ = (t2-t1)/t ? 低電平 高電平 時間 t2 t1 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用30不歸零法編碼NRZ（Cont.） NRZ差分編碼，即NRZI（Nonreturn to Zero,invert on ones）在NRZI編碼中，信號電平遇1反轉(zhuǎn)。 0 1 0 0 0 0 0 1 低電平 高電平 時間 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用31曼徹斯特編碼 曼徹斯特編碼（Manchester Code）是一種用信號的變化來保證發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間保持同步的編碼方案，又稱自同步碼（S

22、elf -Synchronizing Code）。在曼徹斯特編碼中，用電平的變化表示0和1。曼徹斯特編碼規(guī)定，從高電平到低電平的變化代表0，從低電平到高電平的變化代表1。 0 1 0 0 0 0 0 1 低電平 高電平 時間 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用324B/5B編碼 4B/5B編碼的特點是將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)流每4bit作為一個組，每四位二進制代碼由5位編碼表示，這5位編碼稱為編碼組(code group)，并且由NRZI方式傳輸。 優(yōu)勢，降低調(diào)制速率 4B/5B編碼是在百兆位快速以太網(wǎng)的光纖分布式數(shù)據(jù)接口中采用的信息編碼方案。計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用33數(shù)字通信系統(tǒng)模型 和模擬通信系統(tǒng)相比，

23、數(shù)字通信涉及的技術(shù)問題很多，其中有信源編碼、信道編碼、數(shù)據(jù)加密、調(diào)制/解調(diào)、數(shù)字復(fù)接、同步等。 信宿 信源 噪聲 信道 調(diào)制 解調(diào) 編碼 加密 譯碼 解碼 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用34數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù) 計算機局域網(wǎng)（LAN）是一種典型的數(shù)字信號傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)的應(yīng)用。在計算機局域網(wǎng)中，一般采用基帶傳輸方式，數(shù)據(jù)不需要調(diào)制，直接通過雙絞線、同軸電纜等媒體傳輸。根據(jù)數(shù)字信號數(shù)據(jù)編碼，在發(fā)送端，編碼器將原始數(shù)字數(shù)據(jù)進行編碼，轉(zhuǎn)換成媒體可傳輸?shù)男盘?，通過媒體進行數(shù)據(jù)傳輸。 NIC Tx+ 1 Tx- 2 Rx+ 3 4 5 Rx- 6 7 8 1 Rx+ 2 Rx- 3 Tx+ 4 5 6 Tx-

24、7 8 Switch 在以太網(wǎng)中，只使用雙絞線中的兩對線，即橙色對線和綠色對線來實現(xiàn)全雙工的數(shù)據(jù)通信，其它的兩對線未用。計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用35數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 數(shù)字信號不但可以傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)，同樣可以傳輸模擬數(shù)據(jù)。數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)需要經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)/模轉(zhuǎn)換兩個過程。 調(diào)制過程 采樣（Sampling），即每隔固定長度的時間采樣模擬數(shù)據(jù)的瞬間值，作為本次采樣到下次采樣該模擬數(shù)據(jù)的代表值。 量化（Quantization），量化就是把采樣取得的數(shù)值按照量化級別轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字值，這樣，就可以把連續(xù)變化的幅值轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字數(shù)據(jù) 編碼（Coding），就是將每一個量化值轉(zhuǎn)變成二進制

25、數(shù)。 解調(diào)過程計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用36舉例-數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù) 原始信號 fs(t) PCM 脈沖 101 011 110 011 010 110 110 100 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 動畫演示計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用37動畫演示-數(shù)字信號傳輸模擬數(shù)據(jù)動畫演示計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用381.5 通信媒體與傳輸速度 通信媒體 雙絞線 同軸電纜 光纖 微波通信 傳輸速度 多路復(fù)用器 頻分多路復(fù)用 時分多路復(fù)用 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用39雙絞線 雙絞線外觀 雙絞線通信 全雙工 影響因素 串擾 衰減問題： 為什么采用4對8線？ 為什么采用絞線？計算機網(wǎng)絡(luò)原理、

26、技術(shù)及應(yīng)用40同軸電纜 結(jié)構(gòu)組成 銅芯 絕緣層 網(wǎng)狀導(dǎo)線 外皮 規(guī)格分類 粗纜，直徑為0.4 cm，采用鑿孔接頭接法 細纜，直徑為0.2 cm，采用T型頭接法 通信 基帶數(shù)字傳輸，使用基帶傳輸數(shù)字信號，信號占據(jù)整個頻寬，電纜上只有一個信道?；鶐щ娎|傳輸主要用于局域網(wǎng)，采用曼徹斯特編碼，傳輸速率為10 Mbps。 寬帶模擬傳輸，寬帶模擬傳輸采用標準的有線電視技術(shù)，頻帶可達300450 MHz。由于傳輸模擬信號，傳輸距離可達100 km。寬帶可以分為多個信道，電視廣播通常占用6 MHz， 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用41光纖 結(jié)構(gòu)組成 纖芯，纖芯為光通路，由純凈的玻璃和塑膠材料制成，每一路光纖包括兩

27、根，一根接收，一根發(fā)送。 覆層，覆層包圍著纖芯，由多層反射玻璃纖維構(gòu)成，光密度比纖芯部分低，可將光線反射到纖芯上。 保護層，保護和提供光纖強度的作用 光纖通信的特點 光纖可提供極寬的頻帶且功率損耗小、傳輸距離長（2 km以上）、傳輸率高（可達數(shù)千Mbps）、抗干擾性強（不會受到電子監(jiān)聽）動畫演示= 光纖截面圖計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用42光纖（Cont.） 兩種物質(zhì)表面 光源 反射光 折射光 動畫演示= 工作原理當入射角小于某個特定的臨界值時，將不發(fā)生折射。即光線將全部反射回第1種媒體，而不會漏射入第2種媒體。這就是光纖的工作原理。 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用43光纖（Cont.） 光纖的類型

28、 多模纖芯，光在光纖中會以幾十種乃至幾百種傳播模式進行傳播。有些光線基本上沿著媒體的中線傳播，有些光線則以不同的角度撞擊邊界面，結(jié)果是光將以有限的角度在邊界面之間來回反彈沿著傳輸媒體向前傳播。每一個角度都定義了一條路徑或一種模式，以這種方式傳輸光波的光纖稱為多模光纖(Multi Mode Fiber)。 特點： 多模光纖的中心玻璃芯較粗，纖芯直徑為50，可傳多種模式的光。但其模間色散較大，這就限制了傳輸數(shù)字信號的頻率，而且隨距離的增加會更加嚴重，因此，多模光纖傳輸?shù)木嚯x就比較近，一般只有幾公里。 纖芯 入射光波 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用44光纖（Cont.） 單模光纖，在多模光纖中，光波以有

29、限的模式向前傳播，模式的具體數(shù)目是由纖芯所用媒體的直徑和光的波長決定的。減少纖芯的直徑可以降低光線撞擊邊界面的角度數(shù)目，即模式數(shù)目減少了。如果纖芯直徑減少到一定程度，光纖內(nèi)將只有一種模式傳播的光波，這就是單模光纖（Single Mode Fiber） 。 纖芯 入射光波 特點： 單模光纖的中心玻璃芯較細，纖芯直徑為910m，只能傳一種模式的光。因此，其模間色散很小，適用于遠程通訊，但其色度色散起主要作用，這樣單模光纖對光源的譜寬和穩(wěn)定性有較高的要求，即譜寬要窄，穩(wěn)定性要好 。 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用45光纖（Cont.） 纖芯的直徑應(yīng)該是多少呢？據(jù)物理學(xué)原理，反射體反射電磁波（如光波）的能

30、力與其大小有關(guān)。要使光纖按照單模方式傳輸，反射體（即覆蓋層）必須大于被反射光的波長， 由于覆蓋層包圍著核心媒體（纖芯），因此覆蓋層的大小是由核心媒體的直徑?jīng)Q定的。 穿越光纖的光線的頻率一般為10141015 H z，根據(jù)波長和頻率的關(guān)系： 因光速c=299 792 458 m/s（3108），可以得出光線的波長大約為210-4 m，即2 m。因此，根據(jù)光的波長可以得出多模光纖和單模光纖理論直徑，大約有人的頭發(fā)絲那么細。 頻率光速波長 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用46光纖通信 光纖通信（optical fiber communication）是以激光為光源，以光導(dǎo)纖維為傳輸介質(zhì)進行的通信。 光發(fā)射

31、機：光發(fā)射機是實現(xiàn)電/光信號轉(zhuǎn)換的光端機。 光接收機：光接收機是實現(xiàn)光/電轉(zhuǎn)換的光端機。 光纖或光纜：光纖或光纜構(gòu)成光的傳輸通路。功能是將發(fā)射端發(fā)出的已調(diào)光信號，經(jīng)過光纖或光纜的遠距離傳輸后，耦合到接收端的光檢測器上去，完成傳送信息任務(wù)。 中繼器：由于受發(fā)送光功率、接收機靈敏度、光纖線路損耗、甚至色散等因素的影響及限制，光端機之間的最大傳輸距離是有限的。 光纖連接器、耦合器等無源器件 （光纖） 光信號 電信號 光端機 （光發(fā)射機） 電信號 光端機 （光接收機） 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用47微波通信 電磁波頻率（Hz）分布 微波 微波是波長約1 m1mm（相應(yīng)的頻率為300MHz300 GHz

32、）的電磁波，該段電磁頻譜又分成分米波、厘米波和毫米波等。 微波傳輸 微波是直線傳播的，不能向低頻波一樣沿著地球曲面?zhèn)鞑ァ?大氣條件和障礙物將妨礙微波的傳播。 100 1010 1012 1014 1016 1017 1018 無線電波 微波 紅外線 可見光 紫外線 X 射線 射線 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用48衛(wèi)星傳輸 地球同步衛(wèi)星，地面站和衛(wèi)星的相對靜止狀態(tài)，衛(wèi)星應(yīng)該位于赤道上空22 300英里的高度，覆蓋地球三分之一以上的表面。 衛(wèi)星的覆蓋范圍 使用同一頻率范圍的信號不能交迭在一起，一個特定波段上傳送數(shù)據(jù)的衛(wèi)星的數(shù)目以及衛(wèi)星之間的最短距離有一定的要求計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用49動畫演示-

33、同步衛(wèi)星通信 地球同步衛(wèi)星通信 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用50衛(wèi)星傳輸（Cont.） 低軌道人造衛(wèi)星 ，在低層空間運行的低軌道人造衛(wèi)星（Low Earth Orbit Satellite，LEO）, LEO和地球是相對運動的 。 LEO通信原理 一個地面站和LEO衛(wèi)星1建立了通信，LEO和地球處于相對運動狀態(tài)，一邊移動一邊和地面保持聯(lián)系，但最終會落下地平線，直到它繞地球旋轉(zhuǎn)并出現(xiàn)在相反方向的地平線上以前無法和地面站之間保持直接通信。在衛(wèi)星1還沒有落到低平下以下時，另外一顆衛(wèi)星2剛好從地平線上升起，繼續(xù)衛(wèi)星1和地面站的通信（動畫演示） 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用51動畫演示-LEO通信 低軌道人

34、造衛(wèi)星通信 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用52傳輸速度 傳輸速度，是指媒體每秒鐘傳輸數(shù)據(jù)的比特數(shù)，又稱比特率，單位為bps（bit percent second）。 波特率（baud rate），每秒鐘內(nèi)信號單元改變的頻率 。比特率=波特率n 帶寬（Bandwidth）是指媒體能夠傳輸信號的最高頻率和最低頻率的差。 計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用53尼奎斯特定理和無噪聲通道 尼奎斯特定理（Nyquist Theorem）：在沒有任何噪聲和干擾的無噪聲通道中，如果媒體傳輸?shù)淖畲箢l率為f，接收方只要以每秒2f次的頻率進行采樣，就能完整的重現(xiàn)信號。比特率=波特率n = 2fn計算機網(wǎng)絡(luò)原理、技術(shù)及應(yīng)用54噪聲通道和香農(nóng)定理 香農(nóng)定理（Claude Shannon Theorem），香農(nóng)定理指出媒體的傳輸速度與帶寬和信噪比有關(guān)，具體定義如下：比特率=帶寬log2(1+S/N) bps在沒有任何噪聲和干擾的無噪聲通道中，如果媒體傳輸?shù)淖畲箢l率為f，接收方只要以每秒2f次的頻率進