《計算機網(wǎng)絡(luò)》配套教學課件

計算機網(wǎng)絡(luò)123?天，這收到的都是什么?對方發(fā)給我的信息從那里開始?這是發(fā)給我的信息么?傳送過程中是否有丟失、差錯第

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章概述1.1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代中的作用1.2因特網(wǎng)概述1.3因特網(wǎng)的組成1.4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展1.5計算機網(wǎng)絡(luò)的類別1.6計算機網(wǎng)絡(luò)的性能1.7計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

41.1計算機網(wǎng)絡(luò)在信息時代的作用21世紀的一些重要特征：數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化，是一個以網(wǎng)絡(luò)為核心的信息時代。

網(wǎng)絡(luò)已成為信息社會的命脈和發(fā)展知識經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)是指“三網(wǎng)”，即：電信網(wǎng)絡(luò)、有線電視網(wǎng)絡(luò)和計算機網(wǎng)絡(luò)。發(fā)展速度最快的并起到核心作用的是計算機網(wǎng)絡(luò)。5計算機網(wǎng)絡(luò)向用戶提供的最重要的功能連通性——計算機網(wǎng)絡(luò)使上網(wǎng)用戶之間都可以交換信息，使用戶的計算機可以彼此連通。共享——即資源共享：信息共享、軟件共享，硬件共享。6因特網(wǎng)(Internet)的發(fā)展進入20世紀90年代以后，以因特網(wǎng)為代表的計算機網(wǎng)絡(luò)得到了飛速的發(fā)展。已從最初的教育科研網(wǎng)絡(luò)逐步發(fā)展成為商業(yè)網(wǎng)絡(luò)。已成為僅次于全球電話網(wǎng)的世界第二大網(wǎng)絡(luò)。7因特網(wǎng)的意義因特網(wǎng)是自印刷術(shù)以來人類通信方面最大的變革。現(xiàn)在人們的生活、工作、學習和交往都已離不開因特網(wǎng)。81.2因特網(wǎng)概述1.2.1網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)起源于美國的因特網(wǎng)現(xiàn)已發(fā)展成為世界上最大的國際性計算機互聯(lián)網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”(networkofnetworks)。網(wǎng)絡(luò)(network)：由若干結(jié)點(node)和連接這些結(jié)點的鏈路(link)組成。連接在因特網(wǎng)上的計算機都稱為主機(host)。9注意名詞“結(jié)點”“結(jié)點”的英文名詞是node。雖然node有時也可譯為“節(jié)點”，但這是指像天線上的駐波的節(jié)點，這種節(jié)點很像竹竿上的“節(jié)”。在網(wǎng)絡(luò)中的node的標準譯名是“結(jié)點”而不是“節(jié)點”。但數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的樹(tree)中的node應(yīng)當譯為“節(jié)點”。10網(wǎng)絡(luò)與因特網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)把許多計算機連接在一起。因特網(wǎng)則通過路由器把許多網(wǎng)絡(luò)連接在一起。11(a)(b)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)（網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)）結(jié)點鏈路主機因特網(wǎng)121.2.2因特網(wǎng)發(fā)展的三個階段第一階段：從單個網(wǎng)絡(luò)ARPANET向互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程。1983年TCP/IP協(xié)議成為ARPANET上的標準協(xié)議。人們把1983年作為因特網(wǎng)的誕生時間。13第二階段：建成三級結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。三級計算機網(wǎng)絡(luò)，分為主干網(wǎng)地區(qū)網(wǎng)校園網(wǎng)（或企業(yè)網(wǎng)）。14第三階段：逐漸形成多層次ISP結(jié)構(gòu)的因特網(wǎng)。出現(xiàn)因特網(wǎng)服務(wù)提供者ISP(InternetServiceProvider)。注意：接入因特網(wǎng)的用戶都能成為ISP15用戶因特網(wǎng)ISP1ISP2因特網(wǎng)服務(wù)提供者用戶通過ISP上網(wǎng)16根據(jù)提供服務(wù)的覆蓋面積大小以及所擁有的IP地址數(shù)目的不同，ISP分成為不同的層次。一級ISP一級ISP第一層

ISP大公司本地

ISP大公司大公司公司本地

ISP本地

ISP校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)校園網(wǎng)第二層

ISP第二層

ISPNAPNAPAB主機A→本地ISP→第二層ISP→NAP→第一層ISP→NAP→第二層ISP→本地ISP→主機BNAP:NetworkAccessPoint基于ISP多層結(jié)構(gòu)因特網(wǎng)示意圖第一層

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第一層

ISP第一層第二層第三層本地

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP本地

ISP第二層

ISP本地

ISP本地

ISP第二層

ISP17internet和Internet的區(qū)別以小寫字母i

開始的internet（互聯(lián)網(wǎng)或互連網(wǎng)）是一個通用名詞，泛指由多個計算機網(wǎng)絡(luò)互連而成的網(wǎng)絡(luò)。以大寫字母I開始的的Internet（因特網(wǎng)）則是一個專用名詞，它指當前全球最大的、開放的、由眾多網(wǎng)絡(luò)相互連接而成的特定計算機網(wǎng)絡(luò)，它采用TCP/IP協(xié)議族作為通信的規(guī)則，且其前身是美國的ARPANET。18萬維網(wǎng)WWW的問世因特網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大和增長速率最快的計算機網(wǎng)絡(luò)。因特網(wǎng)的迅猛發(fā)展始于20世紀90年代。由歐洲原子核研究組織CERN開發(fā)的萬維網(wǎng)WWW(WorldWideWeb)被廣泛使用在因特網(wǎng)上，大大方便了廣大非網(wǎng)絡(luò)專業(yè)人員對網(wǎng)絡(luò)的使用，成為因特網(wǎng)的這種指數(shù)級增長的主要驅(qū)動力。19因特網(wǎng)的發(fā)展情況概況

網(wǎng)絡(luò)數(shù)主機數(shù)用戶數(shù)管理機構(gòu)數(shù)1980101021021001990103105106101

2000105107108102

2005106108109103201.2.3關(guān)于因特網(wǎng)的標準化工作211992年，因特網(wǎng)協(xié)會ISOC因特網(wǎng)研究指導(dǎo)小組IRSG因特網(wǎng)研究部IRTF因特網(wǎng)工程部IETF因特網(wǎng)工程指導(dǎo)小組IESG…RGWG……RG…領(lǐng)域領(lǐng)域因特網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)研究委員會IABWGWGWG注意：所有因特網(wǎng)標準均以RFC（Request

For

Comments）形式在因特網(wǎng)上發(fā)表。制訂因特網(wǎng)正式標準的四個階段因特網(wǎng)草案(InternetDraft)——在這個階段還不是

RFC文檔。（有效期：6個月）建議標準(ProposedStandard)——從這個階段開始就成為RFC文檔。草案標準(DraftStandard)因特網(wǎng)標準(InternetStandard)22各種RFC之間的關(guān)系23因特網(wǎng)草案建議標準草案標準因特網(wǎng)標準歷史的RFC實驗的RFC提供信息的RFC6種RFC1.3因特網(wǎng)的組成從因特網(wǎng)的工作方式上看，可以劃分為兩大塊：(1)邊緣部分由所有連接在因特網(wǎng)上的主機（又稱為端系統(tǒng)(endsystem)）組成。這部分用戶直接使用，用來進行通信（傳送數(shù)據(jù)、音頻或視頻）和資源共享。(2)核心部分由大量網(wǎng)絡(luò)和連接這些網(wǎng)絡(luò)的路由器組成，為邊緣部分提供服務(wù)的（提供連通性和交換）。24因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的邊緣部分主機網(wǎng)絡(luò)路由器因特網(wǎng)的邊緣部分與核心部分251.3.1因特網(wǎng)的邊緣部分“主機A和主機B進行通信”指：“運行在主機A上的某個程序和運行在主機B上的另一個程序進行通信”。即“主機A的某個進程和主機B上的另一個進程進行通信”。簡稱為“計算機之間通信”26兩種通信方式網(wǎng)絡(luò)邊緣的端系統(tǒng)中程序之間的通信方式劃分為兩大類：客戶服務(wù)器方式（C/S方式）即Client/Server方式對等方式（P2P方式）即Peer-to-Peer方式271.客戶服務(wù)器方式客戶(client)和服務(wù)器(server)：指通信中所涉及的兩個應(yīng)用進程?？蛻舴?wù)器方式所描述的是進程之間服務(wù)和被服務(wù)的關(guān)系?？蛻羰欠?wù)的請求方，服務(wù)器是服務(wù)的提供方。28運行客戶程序網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行服務(wù)器程序AB①請求服務(wù)②得到服務(wù)客戶服務(wù)器客戶A向服務(wù)器B發(fā)出請求服務(wù)，而服務(wù)器B向客戶A提供服務(wù)。29客戶軟件的特點被用戶調(diào)用后運行，在打算通信時主動向遠地服務(wù)器發(fā)起通信（請求服務(wù)）。

注意：客戶程序必須知道服務(wù)器程序的地址。不需要特殊的硬件和很復(fù)雜的操作系統(tǒng)？30服務(wù)器軟件的特點一種專門用來提供某種服務(wù)的程序，可同時處理多個遠地或本地客戶的請求。系統(tǒng)啟動后即自動調(diào)用并一直不斷地運行著，被動地等待并接受來自各地的客戶的通信請求。

注意：服務(wù)器程序不需要知道客戶程序的地址。一般需要強大的硬件和高級的操作系統(tǒng)支持？312.對等連接方式對等連接(peer-to-peer，P2P)：指兩個主機在通信時并不區(qū)分哪一個是服務(wù)請求方還是服務(wù)提供方，只要兩個主機都運行了對等連接軟件（P2P軟件），它們就可以進行平等的、對等連接通信。雙方都可以下載對方已經(jīng)存儲在硬盤中的共享文檔。32對等連接方式的特點從本質(zhì)上看，仍然是使用客戶服務(wù)器方式，只是對等連接中的每一個主機既是客戶又同時是服務(wù)器。例：主機C請求D的服務(wù)時，C是客戶，D是服務(wù)器。但如果C又同時向F提供服務(wù)，那么C又同時起著服務(wù)器的作用。33網(wǎng)絡(luò)邊緣網(wǎng)絡(luò)核心運行P2P程序運行P2P程序DCEF運行P2P程序運行P2P程序341.3.2因特網(wǎng)的核心部分網(wǎng)絡(luò)核心部分是因特網(wǎng)中最復(fù)雜的部分；向網(wǎng)絡(luò)邊緣中的大量主機提供連通性；使邊緣部分中的任何一個主機都能夠向其他主機通信（即傳送或接收各種形式的數(shù)據(jù)）。在網(wǎng)絡(luò)核心部分起特殊作用的是路由器(router)。路由器是實現(xiàn)分組交換(packetswitching)的關(guān)鍵構(gòu)件；（與電路交換不同）路由器的任務(wù)是轉(zhuǎn)發(fā)收到的分組，這是網(wǎng)絡(luò)核心部分最重要的功能。351.電路交換的主要特點兩部電話機只需要用一對電線就能夠互相連接起來。36

更多的電話機互相連通5部電話機兩兩相連，需10對電線。N部電話機兩兩相連，需N(N–1)/2對電線。當電話機的數(shù)量很大時，這種連接方法需要的電線對的數(shù)量與電話機數(shù)的平方成正比。37

使用交換機當電話機的數(shù)量增多時，就要使用交換機來完成全網(wǎng)的交換任務(wù)。38…

交換機“交換”的含義“交換”(switching)：就是轉(zhuǎn)接，把一條電話線轉(zhuǎn)接到另一條電話線，使它們連通起來。從通信資源的分配角度來看，“交換”就是按照某種方式動態(tài)地分配傳輸線路的資源。39電路交換的特點電路交換必定是面向連接的。電路交換的三個階段：建立連接通信釋放連接40電路交換舉例(1)A和B通話經(jīng)過四個交換機通話在A到B的連接上進行41((((交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換舉例(2)C和D通話只經(jīng)過一個本地交換機通話在C到D的連接上進行42((((交換機交換機交換機交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCA電路交換傳送計算機數(shù)據(jù)效率低計算機數(shù)據(jù)具有突發(fā)性。導(dǎo)致通信線路的利用率很低。432.分組交換的主要特點發(fā)送端：先把較長的報文劃分成較短的、固定長度的數(shù)據(jù)段。44報文1101000110101010110101011100010011010010假定這個報文較長不便于傳輸添加首部構(gòu)成分組每一個數(shù)據(jù)段前面添加上首部構(gòu)成分組。45數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文首部首部首部分組

1分組

2分組

3請注意：現(xiàn)在左邊是“前面”分組交換的傳輸單元分組交換網(wǎng)以“分組”作為數(shù)據(jù)傳輸單元。依次把各分組發(fā)送到接收端（假定接收端在左邊）。46數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3分組首部的重要性每一個分組的首部都含有地址等控制信息。分組交換網(wǎng)中的結(jié)點交換機根據(jù)收到的分組的首部中的地址信息，把分組轉(zhuǎn)發(fā)到下一個結(jié)點交換機。用這樣的存儲轉(zhuǎn)發(fā)方式，最后分組就能到達最終目的地。47收到分組后剝?nèi)ナ撞拷邮斩耸盏椒纸M后，剝?nèi)ナ撞窟€原成報文。48數(shù)據(jù)首部分組

1數(shù)據(jù)首部分組

2數(shù)據(jù)首部分組

3收到的數(shù)據(jù)最后還原成原來的報文最后，在接收端把收到的數(shù)據(jù)恢復(fù)成為原來的報文。注意：假定分組在傳輸過程中沒有出現(xiàn)差錯，在轉(zhuǎn)發(fā)時也沒有被丟棄。49數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)報文1101000110101010110101011100010011010010因特網(wǎng)的核心部分因特網(wǎng)的核心部分：由許多網(wǎng)絡(luò)和把它們互連起來的路由器組成，而主機處在因特網(wǎng)的邊緣部分。因特網(wǎng)核心部分的路由器之間：一般用高速鏈路相連接，而在網(wǎng)絡(luò)邊緣的主機接入到核心部分則通常以相對較低速率的鏈路相連接。路由器的用途：用來轉(zhuǎn)發(fā)分組，即進行分組交換。主機的用途：為用戶進行信息處理的，并且可以和其他主機通過網(wǎng)絡(luò)交換信息。50H1H5H2H4H3H6路由器網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)核心部分主機51H1H5H2H4H3H6發(fā)送的分組路由器AEDBC網(wǎng)絡(luò)核心部分主機52路由器路由器處理分組的過程是：把收到的分組先放入緩存（暫時存儲）；查找轉(zhuǎn)發(fā)表，找出到某個目的地址應(yīng)從哪個端口轉(zhuǎn)發(fā)；把分組送到適當?shù)亩丝谵D(zhuǎn)發(fā)出去。

在路由器中的輸入和輸出端口之間沒有直接連線。53主機和路由器的作用不同主機是為用戶進行信息處理的，并向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送分組，從網(wǎng)絡(luò)接收分組。路由器對分組進行存儲轉(zhuǎn)發(fā)，最后把分組交付目的主機。54分組交換網(wǎng)的示意圖55H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1向H5

發(fā)送分組H2向H6

發(fā)送分組注意分組路徑的變化！路由器主機注意分組的存儲轉(zhuǎn)發(fā)過程56H1A互聯(lián)網(wǎng)BDECH5H6H4H2H3H1

向

H5

發(fā)送分組路由器主機在路由器

E

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口最后到達目的主機

H5在路由器

C

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口在路由器

A

暫存查找轉(zhuǎn)發(fā)表找到轉(zhuǎn)發(fā)的端口分組交換的優(yōu)點高效動態(tài)分配傳輸帶寬，對通信鏈路是逐段占用。靈活以分組為傳送單位和查找路由。迅速不必先建立連接就能向其他主機發(fā)送分組?？煽勘ＷC可靠性的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議；分布式的路由選擇協(xié)議使網(wǎng)絡(luò)有很好的生存性。57分組交換帶來的問題分組在各結(jié)點存儲轉(zhuǎn)發(fā)時需要排隊，會造成一定的時延。分組必須攜帶的首部（里面有必不可少的控制信息），造成一定的開銷。58存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理并非完全新的概念在20世紀40年代，電報通信也采用了基于存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理的報文交換(messageswitching)。報文交換的時延較長，從幾分鐘到幾小時不等?，F(xiàn)在報文交換已經(jīng)很少有人使用了。59三種交換的比較60P1P2P3P4P1P2P3P4P3P4報文報文報文ABCDABCDABCD報文交換電路交換分組交換t連接建立數(shù)據(jù)傳送報文P2P1連接釋放數(shù)據(jù)傳送的特點比特流直達終點報文報文報文分組分組分組存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)存儲轉(zhuǎn)發(fā)計算機網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)生背景20世紀60年代美蘇冷戰(zhàn)時期的產(chǎn)物。60年代初，美國國防部領(lǐng)導(dǎo)的遠景研究規(guī)劃局ARPA(AdvancedResearchProjectAgency)提出要研制一種生存性(survivability)很強的網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)的電路交換(circuitswitching)的電信網(wǎng)有一個缺點：正在通信的電路中有一個交換機或有一條鏈路被炸毀，則整個通信電路就要中斷。如要改用其他迂回電路，必須重新?lián)芴柦⑦B接。這將要延誤一些時間。61新型網(wǎng)絡(luò)的基本特點網(wǎng)絡(luò)用于計算機之間的數(shù)據(jù)傳送，而不是為了打電話。網(wǎng)絡(luò)能夠連接不同類型的計算機，不局限于單一類型的計算機。所有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)點都同等重要，因而大大提高網(wǎng)絡(luò)的生存性。計算機在進行通信時，必須有冗余的路由。網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)應(yīng)當盡可能地簡單，同時還能夠非常可靠地傳送數(shù)據(jù)。62ARPANET的成功使

計算機網(wǎng)絡(luò)的概念發(fā)生根本變化早期的面向終端的計算機網(wǎng)絡(luò)是以單個主機為中心的星形網(wǎng)各終端通過通信線路共享昂貴的中心主機的硬件和軟件資源。

分組交換網(wǎng)則是以網(wǎng)絡(luò)為中心，主機都處在網(wǎng)絡(luò)的外圍。用戶通過分組交換網(wǎng)可共享連接在網(wǎng)絡(luò)上的許多硬件和各種豐富的軟件資源。

63從主機為中心到以網(wǎng)絡(luò)為中心64主機終端以主機為中心以分組交換網(wǎng)為中心主機分組交換網(wǎng)1.4計算機網(wǎng)絡(luò)在我國的發(fā)展(1)中國公用計算機互聯(lián)網(wǎng)CHINANET(1994年9月啟動)(2)中國教育和科研計算機網(wǎng)CERNET(3)中國科學技術(shù)網(wǎng)CSTNET(4)中國聯(lián)通互聯(lián)網(wǎng)UNINET(5)中國網(wǎng)通公用互聯(lián)網(wǎng)CNCNET(6)中國國際經(jīng)濟貿(mào)易互聯(lián)網(wǎng)CIETNET(7)中國移動互聯(lián)網(wǎng)CMNET(8)中國長城互聯(lián)網(wǎng)CGWNET（建設(shè)中）(9)中國衛(wèi)星集團互聯(lián)網(wǎng)CSNET（建設(shè)中）651.5計算機網(wǎng)絡(luò)的分類1.5.1計算機網(wǎng)絡(luò)的不同定義最簡單的定義：計算機網(wǎng)絡(luò)是一些互相連接的、自治的計算機的集合。因特網(wǎng)(Internet)是“網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)”。661.5.2幾種不同類別的網(wǎng)絡(luò)不同作用范圍的網(wǎng)絡(luò)廣域網(wǎng)WAN(WideAreaNetwork)（因特網(wǎng)的核心部分）城域網(wǎng)MAN(MetropolitanAreaNetwork)（5-50km）局域網(wǎng)LAN(LocalAreaNetwork)

（1km）個人區(qū)域網(wǎng)PAN(PersonalAreaNetwork)（Wireless

PAN）（10m）注：多處理機系統(tǒng)（中央處理機間距離<1m）672.不同使用者的網(wǎng)絡(luò)從網(wǎng)絡(luò)的使用者進行分類公用網(wǎng)(publicnetwork)專用網(wǎng)(privatenetwork)

68用來把用戶接入到因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)接入網(wǎng)

AN(AccessNetwork)，又稱為本地接入網(wǎng)或居民接入網(wǎng)。由ISP提供的接入網(wǎng)只是起到讓用戶能夠與因特網(wǎng)連接的“橋梁”作用。接入網(wǎng)即不屬于因特網(wǎng)的核心部分，也不屬于因特網(wǎng)的邊緣部分。采用不同的寬帶接入技術(shù)（如xDSL），構(gòu)成不同的寬帶接入網(wǎng)。691.6計算機網(wǎng)絡(luò)的性能

1.6.1計算機網(wǎng)絡(luò)的性能指標1.速率比特（bit）：計算機中數(shù)據(jù)量的單位。Bit來源于binarydigit，意思是一個“二進制數(shù)字”，一個比特就是二進制數(shù)字中的一個1或0。速率，即數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)，是計算機網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個性能指標。速率的單位是b/s（bps），或kb/s,Mb/s,Gb/s等速率往往是指額定速率或標稱速率。通常，人們用不嚴格術(shù)語：100M以太網(wǎng)，指100Mb/s702.帶寬“帶寬”(bandwidth)原意：信號所包含的各種不同頻率成份所占據(jù)的頻率范圍。單位：Hz（赫或千赫KHz、兆赫MHz、吉赫GHz等）。計算機網(wǎng)絡(luò)“帶寬”：單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點到另一點數(shù)字信道所能傳送的“最高數(shù)據(jù)率”。單位：“比特每秒”，或b/s(bit/s)。71常用的帶寬單位常用的帶寬單位千比每秒，即kb/s（103b/s）兆比每秒，即Mb/s（106b/s）吉比每秒，即Gb/s（109b/s）太比每秒，即Tb/s（1012b/s）請注意：在計算機界，K=210=1024M=220,G=230,T=240。72數(shù)字信號流隨時間的變化在時間軸上信號的寬度隨帶寬的增大而變窄。73每秒

106

個比特時間1

01

0

111s帶寬為1Mb/s時間每秒

4

106

個比特0.25s帶寬為4Mb/s3.吞吐量吞吐量(throughput)：表示在單位時間內(nèi)通過某個網(wǎng)絡(luò)（或信道、接口）的數(shù)據(jù)量。吞吐量更經(jīng)常地用于對現(xiàn)實世界中的網(wǎng)絡(luò)的一種測量，以便知道實際上到底有多少數(shù)據(jù)量能夠通過網(wǎng)絡(luò)。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。744.時延(delay或latency)時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延發(fā)送時延（又稱傳輸時延）（transmissiondelay）：主機或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)塊從結(jié)點進入到傳輸媒體所需要的時間。即：從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個比特算起，到該幀的最后一個比特發(fā)送完畢所需的時間。75發(fā)送時延=數(shù)據(jù)塊長度（比特）信道帶寬（比特/秒）時延(delay或latency)傳播時延電磁波在信道中傳播一定的距離而花費的時間。注意：信號傳輸速率（即發(fā)送速率）和信號在信道上的傳播速率是完全不同的概念。76傳播時延=信道長度（米）信號在信道上的傳播速率（米/秒）時延(delay或latency)處理時延交換結(jié)點為存儲轉(zhuǎn)發(fā)而進行一些必要的處理所花費的時間。排隊時延結(jié)點緩存隊列中分組排隊所經(jīng)歷的時延。排隊時延的長短往往取決于網(wǎng)絡(luò)中當時的通信量。77時延(delay或latency)數(shù)據(jù)經(jīng)歷的總時延就是發(fā)送時延、傳播時延、處理時延和排隊時延之和：78總時延=發(fā)送時延+傳播時延+處理時延+處理時延四種時延所產(chǎn)生的地方791011001…發(fā)送器隊列在鏈路上產(chǎn)生傳播時延結(jié)點

B結(jié)點

A在發(fā)送器產(chǎn)生傳輸時延(即發(fā)送時延)在結(jié)點

A中產(chǎn)生處理時延和排隊時延數(shù)據(jù)從結(jié)點A向結(jié)點B發(fā)送數(shù)據(jù)鏈路例：數(shù)據(jù)塊長度：100MB，信道帶寬：1Mb/s，傳輸媒介是長度為1000km的光纖，傳播速率是200000km/s則，發(fā)送時延=100*2^20*8b/(1*10^6b/s)=838.9s

傳播時延=1000km/(200000km/s)=5ms例：數(shù)據(jù)塊長度：1B，信道帶寬：1Mb/s，傳輸媒介是長度為1000km的光纖，傳播速率是200000km/s則，發(fā)送時延=1*8b/(1*10^6b/s)=8us

傳播時延=1000km/(200000km/s)=5ms說明：縮短傳輸距離或提高信道帶寬并不一定能減少時延。80容易產(chǎn)生的錯誤概念對于高速網(wǎng)絡(luò)鏈路，我們提高的僅僅是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率而不是比特在鏈路上的傳播速率。提高鏈路帶寬減小了數(shù)據(jù)的發(fā)送時延。815.時延帶寬積鏈路的時延帶寬積又稱為以比特為單位的鏈路長度。82（傳播）時延鏈路帶寬時延帶寬積=傳播時延帶寬時延帶寬積例：傳輸媒介是長度為1000km的光纖，傳播速率是200000km/s，帶寬為10Mb/s則，傳播時延=1000km/(200000km/s)=5ms時延帶寬積=傳播時延*10*10^6b/s=50000b說明：即若發(fā)送方連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則在發(fā)送的第一個bit到達終點時，發(fā)送端已發(fā)送50000個bits。836.利用率信道利用率：指某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數(shù)據(jù)通過）。完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡(luò)利用率：全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。注意：由于時延，信道利用率并非越高越好。84時延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系根據(jù)排隊論的理論，當某信道的利用率增大時，該信道引起的時延也就迅速增加。令D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時的時延，D表示網(wǎng)絡(luò)當前的時延，在適當?shù)募俣l件下，D0和D之間的關(guān)系可表示為：85U：網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在0到1之間。時延

D利用率

U10D0時延急劇增大861.6.2計算機網(wǎng)絡(luò)的非性能特征費用質(zhì)量標準化可靠性可擴展性和可升級性易于管理和維護871.7計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)

1.7.1計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)的形成相互通信的兩個計算機系統(tǒng)必須高度協(xié)調(diào)工作才行這種“協(xié)調(diào)”是相當復(fù)雜的。“分層”可將龐大而復(fù)雜的問題，轉(zhuǎn)化為若干較小的局部問題這些較小的局部問題就比較易于研究和處理。88許多公司設(shè)計自己的分層網(wǎng)絡(luò)絡(luò)標準1974年，IBM的SNA（SystemNetworkArchitechture）…優(yōu)點：同一公司的各種設(shè)備可以互聯(lián)組網(wǎng)；缺點：不同公司的設(shè)備難以互聯(lián)組網(wǎng)。89關(guān)于開放系統(tǒng)互連參考模型OSI/RM只要遵循OSI標準，一個系統(tǒng)就可以和位于世界上任何地方的、也遵循這同一標準的其他任何系統(tǒng)進行通信。但：在市場化方面OSI卻失敗，OSI的專家們在完成OSI標準時沒有商業(yè)驅(qū)動力；OSI的協(xié)議實現(xiàn)起來過分復(fù)雜，且運行效率很低；OSI標準的制定周期太長，因而使得按OSI標準生產(chǎn)的設(shè)備無法及時進入市場；OSI的層次劃分并也不太合理，有些功能在多個層次中重復(fù)出現(xiàn)。

90兩種國際標準法律上的(dejure)國際標準OSI并沒有得到市場的認可。是非國際標準TCP/IP現(xiàn)在獲得了最廣泛的應(yīng)用。TCP/IP常被稱為事實上的(defacto)國際標準。911.7.2協(xié)議與劃分層次計算機網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換必須遵守事先約定好的規(guī)則。這些規(guī)則明確規(guī)定了所交換的數(shù)據(jù)的格式以及有關(guān)的同步問題（同步含有時序的意思）。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(networkprotocol)，簡稱為協(xié)議：為進行網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)交換而建立的規(guī)則、標準或約定。92網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的組成要素語法數(shù)據(jù)與控制信息的結(jié)構(gòu)或格式。語義需要發(fā)出何種控制信息，完成何種動作以及做出何種響應(yīng)。同步事件實現(xiàn)順序的詳細說明。93劃分層次的概念舉例例：主機1通過網(wǎng)絡(luò)向主機2發(fā)送文件。將要做的工作劃分為三部分：第一部分工作與傳送文件直接有關(guān)設(shè)計文件傳送模塊確信對方已做好接收和存儲文件的準備。雙方協(xié)調(diào)好一致的文件格式。兩個主機將文件傳送模塊作為最高的一層。剩下的工作由下面的模塊負責。94兩個主機交換文件95文件傳送模塊主機

1主機

2文件傳送模塊只看這兩個文件傳送模塊好像文件及文件傳送命令是按照水平方向的虛線傳送的把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊設(shè)計一個通信服務(wù)模塊96文件傳送模塊主機

1主機

2文件傳送模塊只看這兩個通信服務(wù)模塊好像可直接把文件可靠地傳送到對方把文件交給下層模塊進行發(fā)送把收到的文件交給上層模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊再設(shè)計一個網(wǎng)絡(luò)接入模塊

97文件傳送模塊主機

1主機

2文件傳送模塊通信服務(wù)模塊通信服務(wù)模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊網(wǎng)絡(luò)接入模塊通信網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接口網(wǎng)絡(luò)接入模塊負責做與網(wǎng)絡(luò)接口細節(jié)有關(guān)的工作例如，規(guī)定傳輸?shù)膸袷剑瑤淖畲箝L度等。分層的好處各層之間是獨立的。靈活性好。結(jié)構(gòu)上可分割開。易于實現(xiàn)和維護。能促進標準化工作。98層數(shù)多少要適當若層數(shù)太少，就會使每一層的協(xié)議太復(fù)雜。層數(shù)太多又會在描述和綜合各層功能的系統(tǒng)工程任務(wù)時遇到較多的困難。99計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)計算機網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)(architecture)：計算機網(wǎng)絡(luò)的各層及其協(xié)議的集合。即，體系結(jié)構(gòu)：就是計算機網(wǎng)絡(luò)及其部件所應(yīng)完成的功能的精確定義。實現(xiàn)(implementation)問題：遵循這種體系結(jié)構(gòu)的前提下用何種硬件或軟件完成這些功能的問題。說明：體系結(jié)構(gòu)是抽象的，而實現(xiàn)則是具體的，是真正在運行的計算機硬件和軟件。1001.7.3具有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)TCP/IP是四層的體系結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、運輸層、網(wǎng)際層和網(wǎng)絡(luò)接口層。但最下面的網(wǎng)絡(luò)接口層并沒有具體內(nèi)容。OSI是七層模型因此往往采取折中的辦法，即綜合OSI和TCP/IP的優(yōu)點，采用一種只有五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)。101102五層協(xié)議的體系結(jié)構(gòu)應(yīng)用層(applicationlayer)運輸層(transportlayer)網(wǎng)絡(luò)層(networklayer)數(shù)據(jù)鏈路層(datalinklayer)物理層(physicallayer)103數(shù)據(jù)鏈路層5應(yīng)用層4運輸層3網(wǎng)絡(luò)層2數(shù)據(jù)鏈路層1物理層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1045432154321主機

1AP2AP1主機

2應(yīng)用進程數(shù)據(jù)先傳送到應(yīng)用層加上應(yīng)用層首部，成為應(yīng)用層

PDU主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1055432154321主機

1AP2AP1主機

2應(yīng)用層PDU再傳送到運輸層加上運輸層首部，成為運輸層報文主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1065432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層報文再傳送到網(wǎng)絡(luò)層加上網(wǎng)絡(luò)層首部，成為IP數(shù)據(jù)報（或分組）主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1075432154321主機

1AP2AP1主機

2IP數(shù)據(jù)報再傳送到數(shù)據(jù)鏈路層加上鏈路層首部和尾部，成為數(shù)據(jù)鏈路層幀主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1085432154321主機

1AP2AP1主機

2數(shù)據(jù)鏈路層幀再傳送到物理層最下面的物理層把比特流傳送到物理媒體主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)應(yīng)用層(applicationlayer)1095432154321物理傳輸媒體主機

1AP2AP1電信號（或光信號）在物理媒體中傳播從發(fā)送端物理層傳送到接收端物理層主機

2主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1105432154321主機

1AP2AP1主機

2物理層接收到比特流，上交給數(shù)據(jù)鏈路層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1115432154321主機

1AP2AP1主機

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊咳〕鰯?shù)據(jù)部分，上交給網(wǎng)絡(luò)層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1125432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)ナ撞?，取出?shù)據(jù)部分上交給運輸層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1135432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝?nèi)ナ撞浚〕鰯?shù)據(jù)部分上交給應(yīng)用層主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1145432154321主機

1AP2AP1主機

2應(yīng)用層剝?nèi)ナ撞?，取出?yīng)用程序數(shù)據(jù)上交給應(yīng)用進程主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1155432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1165432154321主機

1AP2AP1主機

2應(yīng)用程序數(shù)據(jù)應(yīng)用層首部H510100110100101比特流110101110101注意觀察加入或剝?nèi)ナ撞浚ㄎ膊浚┑膶哟螒?yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4運輸層首部H3網(wǎng)絡(luò)層首部H2鏈路層首部T2鏈路層尾部主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1175432154321主機

1AP2AP1主機

210100110100101比特流110101110101計算機2的物理層收到比特流后交給數(shù)據(jù)鏈路層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1185432154321主機

1AP2AP1主機

2數(shù)據(jù)鏈路層剝?nèi)撞亢蛶膊亢蟀褞臄?shù)據(jù)部分交給網(wǎng)絡(luò)層H2T2H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H3H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1195432154321主機

1AP2AP1主機

2網(wǎng)絡(luò)層剝?nèi)シ纸M首部后把分組的數(shù)據(jù)部分交給運輸層H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H4H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1205432154321主機

1AP2AP1主機

2運輸層剝?nèi)笪氖撞亢蟀褕笪牡臄?shù)據(jù)部分交給應(yīng)用層應(yīng)用程序數(shù)據(jù)H5應(yīng)用程序數(shù)據(jù)主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1215432154321主機

1AP2AP1主機

2應(yīng)用層剝?nèi)?yīng)用層PDU首部后把應(yīng)用程序數(shù)據(jù)交給應(yīng)用進程主機

1

向主機

2

發(fā)送數(shù)據(jù)1225432154321主機

1AP2AP1主機

2我收到了

AP1

發(fā)來的應(yīng)用程序數(shù)據(jù)！1.7.4實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點實體(entity)：表示任何可發(fā)送或接收信息的硬件或軟件進程。協(xié)議：控制兩個對等實體進行通信的規(guī)則的集合。在協(xié)議的控制下，兩個對等實體間的通信使得本層能向上一層提供服務(wù)。要實現(xiàn)本層協(xié)議，需要使用下層所提供的服務(wù)。本層的服務(wù)用戶只能看見服務(wù)而無法看見下面的協(xié)議。下面的協(xié)議對上面的服務(wù)用戶是透明的。協(xié)議是“水平的”，即協(xié)議是控制對等實體之間通信的規(guī)則。服務(wù)是“垂直的”，即服務(wù)是由下層向上層通過層間接口提供的。同一系統(tǒng)相鄰兩層的實體進行交互的地方，稱為服務(wù)訪問點SAP(ServiceAccessPoint)。123實體、協(xié)議、服務(wù)和服務(wù)訪問點（續(xù)）124協(xié)議(n+1)SAPSAP交換原語交換原語實體(n+1)服務(wù)提供者第n層第n+1層實體(n+1)服務(wù)用戶實體(n)實體(n)協(xié)議(n)協(xié)議很復(fù)雜協(xié)議必須把所有不利的條件事先都估計到，而不能假定一切都是正常的和非常理想的。一個計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是否正確，不能光看在正常情況下是否正確；還必須非常仔細地檢查這個協(xié)議能否應(yīng)付各種異常情況。125著名的協(xié)議舉例【例1-1】占據(jù)東、西兩個山頂?shù)乃{軍1和藍軍2與駐扎在山谷的白軍作戰(zhàn)。其力量對比是：單獨的藍軍1或藍軍2打不過白軍，但藍軍1和藍軍2協(xié)同作戰(zhàn)則可戰(zhàn)勝白軍。

現(xiàn)藍軍1擬于次日正午向白軍發(fā)起攻擊。于是用計算機發(fā)送電文給藍軍2。但通信線路很不好，電文出錯或丟失的可能性較大（沒有電話可使用）。因此要求收到電文的友軍必須送回一個確認電文。但此確認電文也可能出錯或丟失。試問能否設(shè)計出一種協(xié)議使得藍軍1和藍軍2能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同作戰(zhàn)因而一定（即100%而不是99.999…%）取得勝利？

126明日正午進攻，如何？同意收到“同意”收到：收到“同意”………………這樣的協(xié)議無法實現(xiàn)！127結(jié)論這樣無限循環(huán)下去，兩邊的藍軍都始終無法確定自己最后發(fā)出的電文對方是否已經(jīng)收到。沒有一種協(xié)議能夠藍軍能100%獲勝。1281.7.5TCP/IP的體系結(jié)構(gòu)129應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層主機A主機B路由器網(wǎng)絡(luò)

2網(wǎng)絡(luò)

1應(yīng)用層運輸層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層4321路由器在轉(zhuǎn)發(fā)分組時最高只用到網(wǎng)絡(luò)層而沒有使用運輸層和應(yīng)用層。沙漏計時器形狀的

TCP/IP協(xié)議族130HTTPSMTPDNSRTPTCPUDPIP網(wǎng)際層網(wǎng)絡(luò)接口層運輸層應(yīng)用層………網(wǎng)絡(luò)接口

1網(wǎng)絡(luò)接口

2網(wǎng)絡(luò)接口

3EverythingoverIPIP

可為各式各樣的應(yīng)用程序提供服務(wù)IPoverEverythingIP

可應(yīng)用到各式各樣的網(wǎng)絡(luò)上【例1-2】客戶進程和服務(wù)器進程

使用TCP/IP協(xié)議進行通信131數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層①

客戶發(fā)起連接建立請求②

服務(wù)器接受連接建立請求應(yīng)用層應(yīng)用層因特網(wǎng)客戶服務(wù)器以后就逐級使用下層提供的服務(wù)(使用TCP和IP）功能較強的計算機

可同時運行多個服務(wù)器進程132數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機3服務(wù)器1服務(wù)器2數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機1客戶1數(shù)據(jù)鏈路層物理層運輸層網(wǎng)絡(luò)層應(yīng)用層計算機2客戶2因特網(wǎng)計算機網(wǎng)絡(luò)第2章物理層2.1物理層的基本概念2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

2.2.2有關(guān)信道的幾個基本概念

2.2.3信道的極限容量

2.2.4信道的極限信息傳輸速率2.3物理層下面的傳輸媒體

2.3.1導(dǎo)向傳輸媒體

2.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體*134第2章物理層（續(xù)）2.4信道復(fù)用技術(shù)

2.4.1頻分復(fù)用、時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用

2.4.2波分復(fù)用

2.4.3碼分復(fù)用2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)2.6寬帶接入技術(shù)

2.6.1xDSL技術(shù)

2.6.2光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）

2.6.3FTTx技術(shù)*1352.1物理層的基本概念

物理層的主要任務(wù)：屏蔽硬件設(shè)備和傳輸媒體的差異，確定與傳輸媒體的接口有關(guān)的特性，機械特性指明接口所用接線器的形狀和尺寸、引線數(shù)目和排列、固定和鎖定裝置等。電氣特性指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍。功能特性

指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。過程特性指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。*1362.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

2.2.1數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

*137傳輸系統(tǒng)輸入信息輸入數(shù)據(jù)發(fā)送的信號接收的信號輸出數(shù)據(jù)源點終點發(fā)送器接收器調(diào)制解調(diào)器PC機公用電話網(wǎng)調(diào)制解調(diào)器數(shù)字比特流數(shù)字比特流模擬信號模擬信號輸入漢字顯示漢字數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)輸出信息PC機幾個術(shù)語數(shù)據(jù)(data)——運送消息(message)的實體。信號(signal)——數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)。模擬(analogous)信號——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的：consistsofvaryingavoltagewithtimetorepresentaninformationstream(overananalogdial-upline)。注：Iftransmissionmedia(analogdial-upline)wereperfect,thereceiverwouldreceiveexactlythesamesignalthatthetransmittersent.Unfortunately,mediaarenotperfect,thiscanleadtoerrors:attenuation,delaydistortion,noise,etc.*138幾個術(shù)語數(shù)字(digital)信號——代表消息的參數(shù)的取值是離散的。碼元(code)——在使用時間域（時域）的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。

注意：采用不同的編碼，碼元數(shù)量不同；如采用二進制編碼，只有兩種碼元，一種代表0，一種代表1。Baud:thenumberofsamplespersecond(MostModem)2400-baud=>416.667usec/symbolIfthesymbolconsistsof0vfor0and1vfor1,thebitrateis2400bpsIfthevoltages0,1,2,and3voltsareused,everysymbolconsistsof2bits,soa2400-baudlinecantransmit2400symbol/secatadatarateof4800bps*1392.2.2有關(guān)信道的幾個基本概念信道(channel)：向某一方向傳送信息的媒體。一條通信電路通常包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。單向通信（單工通信）——只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互。雙向交替通信（半雙工通信）——通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時發(fā)送(當然也就不能同時接收)。雙向同時通信（全雙工通信）——通信的雙方可以同時發(fā)送和接收信息。*140基帶(baseband)信號和

帶通(bandpass)信號基帶信號（即基本頻帶信號）——來自信源的信號。像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號。注意：基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量(DC信號只適合短距離低速傳播)，必須對基帶信號進行調(diào)制(modulation)(AC

signals

is

used)。

帶通信號——把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號的頻率范圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。*141幾種最基本的調(diào)制方法基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量(DC信號只適合短距離低速傳播)。為了解決這一問題，就必須對基帶信號進行調(diào)制(modulation)(AC

signals

is

used)。

調(diào)制方法分兩類：基帶調(diào)制：僅對基帶信號的波形進行變換，使它能夠與信道特性相適應(yīng)。帶通調(diào)制：使用載波(carrier)進行調(diào)制，將基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段傳輸。*142幾種最基本的調(diào)制方法最基本的二元制（帶通）調(diào)制方法有以下幾種：調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。調(diào)相(PM)：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。

說明：可以設(shè)計更高傳輸效率的調(diào)制方法。如：Usingsinewavecarrier，對于PM，相位=0，或180，pertimeinterval內(nèi)一次只能發(fā)送1

bit相位=45，135，225，或315，pertimeinterval內(nèi)一次可以發(fā)送2

bits*143對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法*144010011100基帶信號調(diào)幅調(diào)頻調(diào)相說明AccordingtoNyquisttheorem,it

isnotpossibletojustkeepincreasingthesamplingforhighertransmissionrate.Apossiblesolutionistofocusongettingmorebitspersample.

SuchasQAM*145正交振幅調(diào)制QAM

(QuadratureAmplitudeModulation)

*146r(r,)可供選擇的相位有12種，而對于每一種相位有1或2種振幅可供選擇。由于4bit編碼共有16種不同的組合，因此這16個點中的每個點可對應(yīng)于一種4bit的編碼。(4amplitudes*4phases)

若每一個碼元可表示的比特數(shù)越多，則在接收端進行解調(diào)時要正確識別每一種狀態(tài)就越困難。舉例2.2.3信道的極限容量任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。碼元傳輸?shù)乃俾试礁撸蛐盘杺鬏數(shù)木嚯x越遠，在信道的輸出端的波形的失真就越嚴重。*147數(shù)字信號通過實際的信道有失真，但可識別失真大，無法識別*148實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號波形接收信號波形發(fā)送信號波形實際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號波形信道能夠通過的頻率范圍1924年，奈奎斯特(Nyquist)推導(dǎo)出著名的奈氏準則：給出了在假定的理想條件下，為避免碼間串擾，碼元的傳輸速率的上限值。在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?，否則就會出現(xiàn)碼間串擾的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。信道的頻帶越寬，能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串擾。*149(2)信噪比香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達為

C=Wlog2(1+S/N)

b/s

W為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。

*150香農(nóng)公式表明

C=Wlog2(1+S/N)

b/s

信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限（實際信道不可能這樣），則信道的極限信息傳輸速率C也就沒有上限。實際信道能夠達到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。*151注意對于頻帶寬度已確定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且碼元傳輸速率也達到了上限值，那么還有辦法提高信息的傳輸速率：用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量。*152信噪比換算舉例db=10*log10(S/N)S/N=10db/10題目：一條信噪比為30db，帶寬為3Khz的信道，其最大信息傳輸速率為多少？解：因為s/n=30db,所以換算成比值為：S/N=1030/10=103

代入香農(nóng)公式C=Wlog2(1+S/N)可得C=3000*log2(1000+1)=3000*Log2(1001)2.3物理層下面的傳輸媒體*154傳輸媒體導(dǎo)向傳輸媒體非導(dǎo)向傳輸媒體無線電微波紅外線可見光紫外線X射線射線雙絞線同軸電纜衛(wèi)星地面微波

調(diào)幅無線電

調(diào)頻無線電

海事無線電光纖電視(Hz)f(Hz)fLFMFHFVHFUHFSHFEHFTHF波段104105106107108109101010111012101310141015101610010210410610810101012101410161018102010221024

移動無線電電信領(lǐng)域使用的電磁波的頻譜*1552.3.1導(dǎo)向傳輸媒體雙絞線屏蔽雙絞線STP(ShieldedTwistedPair)無屏蔽雙絞線UTP(UnshieldedTwistedPair)

同軸電纜coaxialcable50

同軸電纜，阻抗參數(shù)，用于基帶傳輸75

同軸電纜寬帶傳輸光纜*156各種電纜*157銅線銅線聚氯乙烯套層聚氯乙烯套層屏蔽層絕緣層絕緣層外導(dǎo)體屏蔽層絕緣層絕緣保護套層內(nèi)導(dǎo)體無屏蔽雙絞線UTP屏蔽雙絞線STP同軸電纜光線在光纖中的折射*158折射角入射角

包層（低折射率的媒體）

包層（低折射率的媒體）

纖芯（高折射率的媒體）包層纖芯光纖的工作原理光纖通信：傳遞光脈沖進行通信；可見光頻率極高，故傳輸帶寬高，1：有光脈沖0：無光脈沖*159高折射率(纖芯)低折射率(包層)光線在纖芯中傳輸?shù)姆绞绞遣粩嗟厝瓷漭斎牍饷}沖輸出光脈沖單模光纖多模光纖與單模光纖*160輸入光脈沖輸出光脈沖多模光纖直徑50-125微米2.3.2非導(dǎo)向傳輸媒體無線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。微波在空間主要是直線傳播。地面微波接力通信衛(wèi)星通信

*161共享信道2.4信道復(fù)用技術(shù)

2.4.1頻分復(fù)用、時分復(fù)用和統(tǒng)計時分復(fù)用

復(fù)用(multiplexing)是通信技術(shù)中的基本概念。*162信道A1A2B1B2C1C2信道信道A1A2B1B2C1C2復(fù)用分用(a)不使用復(fù)用技術(shù)(b)使用復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用FDM

(FrequencyDivisionMultiplexing)用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。頻分復(fù)用：所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（注意：這里的“帶寬”是頻率帶寬，而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）。*163頻率時間頻率1頻率2頻率3頻率4頻率5*164FrequencyDivisionMultiplexing(a)Theoriginalbandwidths.(b)Thebandwidthsraisedinfrequency.(b)Themultiplexedchannel.時分復(fù)用TDM

(TimeDivisionMultiplexing)時分復(fù)用：將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)用幀（TDM幀），每一個時分復(fù)用的用戶在每一個TDM幀中占用固定序號的時隙(slot)。每個用戶所占用的時隙周期性出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長度）。TDM信號也稱為等時(isochronous)信號。即：時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。*165時分復(fù)用*166頻率時間BCDBCDBCDBCDAAAAA在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復(fù)用*167頻率時間CDCDCDAAAABBBBCDB在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復(fù)用*168頻率時間BDBDBDAAAABCCCCDC在

TDM

幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復(fù)用*169頻率時間BCBCBCAAAABCDDDDD在TDM幀中的位置不變TDM幀TDM幀TDM幀TDM幀…TDM幀時分復(fù)用可能會造成

線路資源的浪費*170ABCDaabbcdbcattttt4個時分復(fù)用幀#1④③②①acbcd時分復(fù)用#2#3#4用戶使用時分復(fù)用系統(tǒng)傳送計算機數(shù)據(jù)時，由于計算機數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的。統(tǒng)計時分復(fù)用

STDM

(StatisticTDM)*171用戶ABCDabcdttttt3個STDM幀#1④③②①acbabbcacd#2#3統(tǒng)計時分復(fù)用特點：Slot數(shù)少于用戶數(shù)，slot動態(tài)分配給用戶；集中器按順序掃描用戶輸入的數(shù)據(jù)，將緩存中數(shù)據(jù)依次放入STDM幀中slot，當一幀放滿，再發(fā)送1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm2.4.2波分復(fù)用WDM

(WavelengthDivisionMultiplexing)

波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。*17282.5Gb/s載波：1310nm20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km光調(diào)制器光解調(diào)器2.4.3碼分復(fù)用CDM

(CodeDivisionMultiplexing)

常用的名詞：碼分多址

CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)。各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，可以在同時使用同樣的頻帶通信，彼此不會造成干擾。（相當于大家使用不同的暗語，同時喊話，收聽者只會收聽自己能聽懂的暗語）這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。

*173CDMA工作原理

每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片(chip)。(m=8,64,0r128)每個CDMA站被指派一個唯一的mbit碼片序列(chipsequence)。如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的mbit碼片序列。如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼。

例：S站的8bit碼片序列是00011011。發(fā)送比特1時，就發(fā)送序列00011011，發(fā)送比特0時，就發(fā)送序列11100100。將0寫為-1，1寫為+1，則S站的碼片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)*174CDMA的重要特點每個站分配的碼片序列必須各不相同必須互相正交(orthogonal)必須與反碼正交模為1在實用的系統(tǒng)中，碼片序列使用偽隨機碼序列。*175碼片序列的正交關(guān)系令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，指向量S和T的規(guī)格化內(nèi)積(innerproduct)為0：*176(2-3)碼片序列的正交關(guān)系舉例例：令向量S

=(–1–1–1+1+1–1+1+1)，

向量T=

(–1–1+1–1+1+1+1–1)。把向量S和T的各分量值代入(2-3)，可看出這兩個碼片序列是正交的。*177碼片向量的模為1任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規(guī)格化內(nèi)積都是1。一個碼片向量和該碼片反碼的向量的規(guī)格化內(nèi)積值是–1。根據(jù)上述特性，當所有站使用相同頻率，我們可以將多個站點發(fā)送的信息相加后，在一個信道中發(fā)送，實現(xiàn)信道共享*178CDMA的工作原理*179S站的碼片序列S110ttttttm

個碼片tS站發(fā)送的信號SxT站發(fā)送的信號Tx總的發(fā)送信號Sx+Tx規(guī)格化內(nèi)積S

Sx規(guī)格化內(nèi)積S

Tx數(shù)據(jù)碼元比特發(fā)送端接收端2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)

1.脈碼調(diào)制PCM體制

脈碼調(diào)制PCM(Pulsecode

Modulation)體制最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話。PCM有兩個互不兼容的國際標準，北美的24路PCM（簡稱為T1）：T1的速率是1.544Mb/s歐洲的30路PCM（簡稱為E1）：E1的速率是2.048Mb/s。*1801.脈碼調(diào)制PCM體制

模擬電話信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的過程：根據(jù)采樣定理，以不低于電話信號最高頻率2倍的采樣頻率S，對電話信號采樣。（?。┪覈捎脷W洲的E1標準。當需要有更高的數(shù)據(jù)率時，可采用復(fù)用的方法。*181模擬電話信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號的過程：根據(jù)采樣定理，以不低于電話信號最高頻率2倍的采樣頻率S，對電話信號采樣。實際S

=

8kHz，即采樣周期T

=

125us，每秒8000個脈沖信號，用8位二進制編碼PCM速率：8*8000

=

64kbps采用時分復(fù)用方法，可以提高線路利用率。E1標準：一個時分復(fù)用幀(T=125us)劃分為32個slots，每個slot傳送8bits，因此PCM一次群E1的數(shù)據(jù)率：32