計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)第07講

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

（第七講）主講：李勇二零一五年九月計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義2計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義2上次課主要內(nèi)容模擬數(shù)據(jù)用數(shù)字信號(hào)編碼采樣量化編碼信道極限容量奈氏準(zhǔn)則香農(nóng)定理數(shù)據(jù)傳輸模式同步傳輸異步傳輸多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用時(shí)分復(fù)用波分復(fù)用碼分多址計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義32.4.6差錯(cuò)校驗(yàn)和控制數(shù)據(jù)通信要求信息傳輸具有高度的可靠性，即要求誤碼率足夠低。

1、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中誤碼率要求低于10-6～10-11；

2、但數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生差錯(cuò)；

3、產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因 （1）信道不理想造成的符號(hào)間干擾，可通過技術(shù)手段消除； （2）噪聲對(duì)信號(hào)的干擾是產(chǎn)生差錯(cuò)的主要原因。差錯(cuò)校驗(yàn)和控制的主要內(nèi)容

1、差錯(cuò)類型

2、差錯(cuò)控制

3、常用的檢錯(cuò)糾錯(cuò)碼計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義4差錯(cuò)類型危害數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑肼暣篌w上分為隨機(jī)噪聲和脈沖噪聲，對(duì)應(yīng)引發(fā)的差錯(cuò)分為：

1、隨機(jī)差錯(cuò) 由信道中的熱噪聲引起的，產(chǎn)生差錯(cuò)的碼元與前后碼元無關(guān)。如果傳輸信號(hào)的信噪比較高，這種差錯(cuò)是可以減少的。

2、突發(fā)差錯(cuò)前后碼元發(fā)生的錯(cuò)誤有相關(guān)性，一個(gè)錯(cuò)誤的出現(xiàn)往往引起前后碼元也出現(xiàn)錯(cuò)誤。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義5差錯(cuò)控制差錯(cuò)控制的主要方法

1、差錯(cuò)檢驗(yàn)

2、反饋糾錯(cuò)

3、前向糾錯(cuò)

4、混合糾錯(cuò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義6常用的差錯(cuò)檢驗(yàn)方法垂直冗余校驗(yàn)（VRC）水平冗余校驗(yàn)（LRC）水平垂直冗余校驗(yàn)（TRC）循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義7垂直冗余校驗(yàn)（VRC）1、以字符為單位；2、若一個(gè)字符為8位，其中7位為信息位，最后1位為附加的冗余校驗(yàn)位；3、如果整個(gè)字符中1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則該位為1，否則為0；4、該方法能檢查出任意個(gè)奇數(shù)錯(cuò)誤，但不能發(fā)現(xiàn)偶數(shù)個(gè)錯(cuò)誤。XXXXXXX0/1計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義8水平冗余校驗(yàn)（LRC）1、將要發(fā)送的數(shù)據(jù)以適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度劃分成組；2、對(duì)組內(nèi)所有字符的相同位置上的位進(jìn)行奇偶校驗(yàn)；3、將得到的一組校驗(yàn)信息附加到信息后；4、這種方法能發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)度小于n（字符的長(zhǎng)度）的突發(fā)錯(cuò)誤和其他錯(cuò)誤。XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234校驗(yàn)碼計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義9水平垂直冗余校驗(yàn)（TRC）同時(shí)使用垂直冗余校驗(yàn)和水平冗余校驗(yàn)XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX1234校驗(yàn)碼1、水平垂直冗余校驗(yàn)同時(shí)使用水平校驗(yàn)和垂直校驗(yàn)；2、水平冗余校驗(yàn)檢查不同分組相同位置上的錯(cuò)誤；3、垂直冗余校驗(yàn)檢查分組內(nèi)的錯(cuò)誤。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義10循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）基本思想基本思想

1、采用在發(fā)送的信息后增加校驗(yàn)碼的形式進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè)；

2、具體方法如下（1）假設(shè)要發(fā)送的消息為M，長(zhǎng)度為k位，在M后附加差錯(cuò)檢測(cè)用的n位冗余碼作為差錯(cuò)校驗(yàn)碼；（2）用二進(jìn)制的模2運(yùn)算計(jì)算進(jìn)行2n乘M的運(yùn)算，相當(dāng)于在M后添加n個(gè)0，得到的（k+n）位的數(shù)除以事先選定的長(zhǎng)度為（n+1）位的除數(shù)P，得到的商為Q，余數(shù)是R，余數(shù)R比除數(shù)P的長(zhǎng)度少1位；（3）將得到的余數(shù)附加在M后，得到消息2nM+R發(fā)送出去；（4）接收端將2nM+R除以P（模2運(yùn)算），得到余數(shù)為0，則沒有錯(cuò)誤，否則出現(xiàn)錯(cuò)誤。

3、發(fā)送方和接收方必須有一個(gè)共同的多項(xiàng)式P；

4、除數(shù)比余數(shù)多1位。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義11循環(huán)冗余校驗(yàn)（CRC）除數(shù)的選擇除數(shù)P的選擇

1、為保證檢測(cè)錯(cuò)誤的概率足夠大，必須正確選擇P；

2、它的最高位和最低位必須是1；

3、選擇的P常用多項(xiàng)式表示

（1）CRC-16=X16+X15+X2+1

（2）CRC-CCITT=X16+X12+X5+1(16位校驗(yàn)和）（3）CRC-32=X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義122.5傳輸媒體在網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中，傳輸媒體在物理層之外。傳輸媒體又稱為媒體、傳輸介質(zhì)或傳輸媒介。傳輸媒體是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理線路。媒體分為導(dǎo)向媒體和非導(dǎo)向媒體。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義131、導(dǎo)向傳輸媒體所謂的導(dǎo)向傳輸媒體是指信號(hào)沿著媒體鋪設(shè)的方向傳播并被限制在媒體的物理邊界內(nèi)的媒體。

1、雙絞線

2、同軸電纜

3、光纜計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義14雙絞線概述雙絞線由兩條包著絕緣材料的導(dǎo)體組成，這兩條導(dǎo)體按照每10厘米交叉至少3次的標(biāo)準(zhǔn)均勻的纏繞在一起（絞合度）。

1、之所以采用雙絞線是因?yàn)橥ㄟ^交叉可以抵消導(dǎo)線上的噪聲，從而減少對(duì)雙絞線中信號(hào)的影響。

2、根據(jù)是否提供對(duì)其他線路引起的干擾屏蔽功能，雙絞線分為屏蔽雙絞線(STP)和非屏蔽雙絞線(UTP)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義15屏蔽雙絞線屏蔽雙絞線（STP）是屏蔽的雙絞線由8根4對(duì)外部包有絕緣材料的導(dǎo)體組成，在4對(duì)雙絞線的外層加上一層金屬箔或金屬網(wǎng)格，然后再加一層聚氯乙烯外皮。

1、之所以加一層金屬箔或金屬網(wǎng)格，是用來屏蔽外來的干擾。

2、需要注意的是，如果使用屏蔽的雙絞線進(jìn)行布線，則屏蔽層必須接地。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義16非屏蔽雙絞線非屏蔽雙絞線（UTP）

是經(jīng)常使用的一種雙絞線。與屏蔽雙絞線唯一不同的是沒有金屬箔或金屬網(wǎng)格。

1、抗干擾能力不如屏蔽雙絞線序號(hào)電纜種類抗干擾能力1UTP電纜（無屏蔽層）40dB2STP電纜（鋁箔屏蔽）85dB2、在非屏蔽雙絞線中8根導(dǎo)體具有不同的顏色，通常是：（1）白橙、橙：纏繞在一起，成為一對(duì)；（2）白藍(lán)、藍(lán)：纏繞在一起，成為一對(duì)；（3）白綠、綠：纏繞在一起，成為一對(duì)；（4）白褐、褐：纏繞在一起，成為一對(duì)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義17雙絞線分類雙絞線按質(zhì)量劃分為如下8種：

1、1類雙絞線750kHZ

在電話系統(tǒng)中使用的雙絞線，這種類別的雙絞線只適合傳輸語音信號(hào)和低速的數(shù)據(jù)信號(hào)。

2、2類雙絞線1MHz

適用于傳輸語音信號(hào)和4Mbps的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

3、3類雙絞線16MHz

絞合長(zhǎng)度為2.5—3.3cm，適用于語音傳輸和最大10Mbps的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

4、4類雙絞線20MHz

絞合長(zhǎng)度小于2.5cm，加上其他條件使線路適用于語音傳輸和最大16Mbps的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

5、5類雙絞線100MHz

絞合長(zhǎng)度為0.6—0.85cm,適用于語音傳輸和最大100Mbps的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

6、超5類雙絞線100MHz

適用于語音傳輸和最大155Mbps的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

7、6類雙絞線250MHz

適用于語音傳輸和最大1000Mbps的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)傳輸。

8、7類雙絞線600MHz

在10G以太網(wǎng)中使用。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義18雙絞線接線標(biāo)準(zhǔn)1991年，針對(duì)在工程中如何使用雙絞線，美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA和電信工業(yè)協(xié)會(huì)TIA聯(lián)合發(fā)布了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，EIA/TIA-586。1995更新為EIA/TIA-568A，隨后又產(chǎn)生了EIA/TIA-568B。EIA/TIA-568B是工程中經(jīng)常采用的標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了在工程如何進(jìn)行雙絞線的連接。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義19EIA/TIA-568B標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容—線序表EIA/TIA-568B標(biāo)準(zhǔn)鉸接線的線序序號(hào)顏色色標(biāo)對(duì)應(yīng)于RJ45序號(hào)1橙白12橙23綠白34藍(lán)45藍(lán)白56綠67棕白78棕8EIA/TIA-568B標(biāo)準(zhǔn)接線示意圖EIA/TIA-568B標(biāo)準(zhǔn)RJ45接線示意圖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義20EIA/TIA-568B標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容—接線方法Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6EIA/TIA-568B標(biāo)準(zhǔn)定義普通線的連接示意圖

Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6Tx+1Tx-2Rx+3Rx-6EIA/TIA-568B標(biāo)準(zhǔn)定義鉸接線的連接示意圖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義21同軸電纜同軸電纜分為50?和75?兩種。

1、同軸電纜比雙絞線屏蔽性好，因此可以以更高的速度傳輸?shù)酶h(yuǎn)；

2、同軸電纜的連接采用T型頭和BNC頭；

3、50?的同軸電纜采用基帶傳輸，75?采用寬帶傳輸。寬帶電纜系統(tǒng)分為雙電纜系統(tǒng)和單電纜系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義22光纜光纜主要使用其中的光纖傳輸光信號(hào)，光纖通常由纖芯和包層構(gòu)成。

1、非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，稱為纖芯，然后和包層一起構(gòu)成雙層通信圓柱體。纖芯很細(xì)，其直徑只有8至100um。光波通過纖芯進(jìn)行傳導(dǎo)；

2、光線在光纖中利用全反射進(jìn)行傳播，之所以產(chǎn)生全反射是因?yàn)楣庠诓煌芏鹊慕橘|(zhì)中的傳輸速度不一致，具體體現(xiàn)在折射率上；

3、由于包層和纖芯具有不同的折射率，當(dāng)光線從高折射率射向低折射率時(shí)，其折射角大于入射角，如果入射角足夠大，就會(huì)出現(xiàn)全反射。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義23光纜構(gòu)成光纜由光纖及其輔助材料組成。外護(hù)套遠(yuǎn)供電源線光纖及其包層填充物加強(qiáng)芯外徑內(nèi)徑光纖示意圖4芯光纜構(gòu)成示意圖光纜通信至少需要收發(fā)兩條光纖。光纜可以有2芯、4芯等。光纜可以分為室外光纜和室內(nèi)光纜。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義24光纖中的光信號(hào)與光傳播系統(tǒng)光的全反射，解決了光信號(hào)在介質(zhì)中傳播的問題，為光信號(hào)在光纖中的傳輸?shù)於嘶A(chǔ)。光信號(hào)利用光傳播系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)。光傳播系統(tǒng)包括光源、傳輸介質(zhì)和檢測(cè)器；在光傳播系統(tǒng)中利用光脈沖表示數(shù)據(jù)，一個(gè)光脈沖表示1，無光脈沖表示0。

1、主要使用的波段為0.85um、1.30um和1.55um，0.85um衰減較大；

2、每個(gè)波段具有25000-30000GHz的帶寬。光通訊系統(tǒng)的模型應(yīng)用示例如下：光電轉(zhuǎn)換器光電轉(zhuǎn)換器電信號(hào)光信號(hào)電信號(hào)電介質(zhì)光介質(zhì)電介質(zhì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義25多模光纖與單模光纖根據(jù)傳播機(jī)制的不同，光纖分為單膜和多膜。

1、單膜傳輸距離遠(yuǎn)；

2、多膜傳輸距離近。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義26多模光纖光纖的孔徑可以容納多條不同角度入射的光線在光纖中傳輸，這樣的光纖稱為多模光纖。光脈沖在多模光纖中傳輸會(huì)逐漸展寬，造成失真，因此只適合近距離傳輸。輸入脈沖輸出脈沖內(nèi)徑外徑常用的多模光纖為50/125um，62.5/125um。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義27單模光纖光纖的孔徑只能容納一條光線（光纖的直徑只有一個(gè)光的波長(zhǎng)）在光纖中傳輸，這樣的光纖稱為單模光纖。光脈沖在單模光纖中傳輸不會(huì)產(chǎn)生多次反射，不會(huì)造成失真，因此適合長(zhǎng)距離傳輸。輸入脈沖內(nèi)徑外徑常用的單模光纖為10/125um，9/125um。輸出脈沖計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義28光纖的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)光纖的主要優(yōu)點(diǎn)

1、傳輸頻帶非常寬，通信容量大；

2、傳輸損耗小，中繼距離長(zhǎng)；

3、抗雷電和電磁干擾性好；

4、無串音干擾，保密性好；

5、體積小、重量輕，減小施工難度。光纖的缺點(diǎn)

1、兩根光纖精確的連接比較困難；

2、光的傳播是單向的；

3、光纖的價(jià)格比較貴。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義292、非導(dǎo)向傳輸媒體非導(dǎo)向傳輸媒體是指不使用物理導(dǎo)體來傳輸電磁波，而是將信號(hào)通過空氣（也可以通過水）廣播出去，從而使任何一個(gè)具有接收設(shè)備的客戶都能接收它。無線通信采用非導(dǎo)向媒體。無線通訊可采用的頻段很廣。根據(jù)不同的頻段可用的無線傳輸應(yīng)用系統(tǒng)有：無線電通信系統(tǒng)、微波通信系統(tǒng)、紅外通信系統(tǒng)、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)等。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義30無線通信概述在不適合使用導(dǎo)向媒體的場(chǎng)合無線通信是唯一的選擇

1、高山、大河；

2、歷史保護(hù)；

3、移動(dòng)通訊。無線傳輸采用電磁波作為介質(zhì)

1、利用頻率、波長(zhǎng)和光速三個(gè)參數(shù)描述電磁波。（1）電磁波每秒震動(dòng)的次數(shù)為頻率（f）；（2）兩個(gè)相鄰的波峰間的距離為波長(zhǎng)（λ）；（3）電磁波在真空中傳輸?shù)乃俣葹楣馑伲╟）。

2、三者的關(guān)系是：λf=c。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義31無線通信的頻段劃分頻段劃分頻率范圍甚低頻(VLF)3KHz---30KHz低頻(LF)30kHz中頻(MF)300kHz---3MHz高頻(HF)3MHz---30MHz甚高頻(VHF)30MHz---300MHz特高頻(UHF)30MHz---3GHz超高頻(SHF)3GHz---30GHz極高頻(EHF)>30GHz無線電磁波分為八個(gè)頻段，由政府統(tǒng)一管理。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義32無線通信的原理無線電技術(shù)認(rèn)為地球外有對(duì)流層和電離層，無線通信利用它們進(jìn)行信號(hào)傳輸。

1、對(duì)流層是指地球大氣層距離地面30英里的大氣層；

2、電離層是指在對(duì)流層之上而在太空以下的大氣層。無線電波利用對(duì)流層和電離層，通過五種不同的傳播方式進(jìn)行傳輸

1、球面?zhèn)鞑ィ涸诖髿獾淖畹蛯舆M(jìn)行，信號(hào)位于最低的頻段，信號(hào)沿地球表面?zhèn)鞑?。傳輸?shù)木嚯x取決于信號(hào)的能量。

2、對(duì)流層傳播：可以以直線形式傳播，也可向?qū)α鲗虞^高層次廣播，然后反射回地面。

3、電離層傳播：信號(hào)發(fā)送到電離層，然后反射回地面，可以以較小的能量傳播更遠(yuǎn)的距離。

4、視線傳播：甚高頻信號(hào)直接從一根天線傳輸?shù)搅硪桓炀€，天線必須是有方向的。

5、空間傳播：利用衛(wèi)星代替大氣折射。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義33常用的無線通訊技術(shù)無線電傳輸技術(shù)微波通訊技術(shù)紅外通信技術(shù)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)講義34無線電傳輸技術(shù)無線電傳輸采用104-108Hz的頻率范圍，主要在低頻、中頻、高頻和甚高頻頻段。

1、無線電波容易產(chǎn)