络技术基 第6页共32页 引言·第一章计算机网络概论 网|MAN 交换机 DDN 光纤、双绞线|路由器 高速数据 64kbps 10Gbps) DDN WAN 交换机 双绞线、光纤路由器 中高速数据 PDH 资料来源:《宽带IP网络技术及其应用实例》万博通公司技术部编海洋出版社2000P2 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第 6 页 共 32 页 引言·第一章 计算机网络概论 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 机 网 MAN 交换机 FDDI DDN PDH 光纤、双绞线 路由器 中高速数据 (64kbps～10Gbps) WAN 交换机 DDN PDH 双绞线、光纤 路由器 中高速数据 (64kbps～2.5Gbps) 资料来源：《宽带 IP 网络技术及其应用实例》万博通公司技术部编 海洋出版社 2000 P2
络技术基础》课程讲义 第7页共32页 引言·第一章计算机网络概论 1.2数据通信的基本概念p47 121信号与信道 1、信号( signal)P47 计算机内部的数据(文字数值/图像/声音等)均要转换为通信线路上电信号或光信号才能传送。 通信信号一般可分为两类 时间 (a)模拟信号 (b)数字信号 ·模拟信号( analog signal)——连续变化值(如数学中之实数) 自然界产生的物理量一般均为模拟信号 数字信号( digital signal)—一离散变化值(如数字中之整数) 计算机内部传输和处理的均为矩形脉冲形式的数字信号(1和0),又称为“基带信号” 信号的特性有:振幅(变化的大小)、频率(变化的快慢)、相位(变化的时间) 振幅越大、频率越高,信号传送的距离越远。(如高音喇叭) 2、信道( channe I) 所谓“信道”,顾名思义,就是通信信号传输的“通道”。信道与实际通信线路并不等同。一条通 信线路往往包括一条发送信道和一条接收信道。信道一般也可分为两类: 模拟信道:专用于传送模拟信号 数字信道:专用于传送数字信号 信道的主要技术指标: 比特率R(数据率):每秒传输多少二进制代码位数,单位:bps或b/s 信道容量C:信道能够传送的最大数据率,单位:bps或b/s。 当信道上传送的数据率大于信道允许的数据率时,将因严重失真而失效。 奈奎斯特( H Nyquist)公式(用于有限带宽无噪声的理想信道) C=2H log L 式中:H-信道带宽(Hz)L-数字信号离散值数(电平数,物理状态数) 香农( C. Shannon)公式(用于受噪声干扰的信道,所求为上限值) C=Hloga1+ 式中:H-信道带宽(Hz)S-信号的平均功率,N-噪声的平均功率 SN信噪比(如果信噪比Ⅹ单位为db,则式中X=10gSN,即SN=10x10) 波特率B(码元速率):数字信号经调制后的传输速率(每秒传送的码元个数,即调制后模拟 电信号每秒钟的变化次数),单位:Baud B=1丌T(T调制周期) 波特率B与数据率C在数值上不一定相等。 许多情况下,通常信号只取两种不同的状态(0和1),即L=2,此时C=B。 信道的时延:信号从信道的一端传到另一端所需的时间(电信号在电缆中的传播速度约为光 速的77%) 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第 7 页 共 32 页 引言·第一章 计算机网络概论 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 1.2 数据通信的基本概念 P47 1.2.1 信号与信道 1、信号（signal） P47 计算机内部的数据（文字/数值/图像/声音等）均要转换为通信线路上电信号或光信号才能传送。 通信信号一般可分为两类： （a）模拟信号 (b) 数字信号 ·模拟信号（analog signal）——连续变化值（如数学中之实数） 自然界产生的物理量一般均为模拟信号。 ·数字信号（digital signal）——离散变化值（如数字中之整数） 计算机内部传输和处理的均为矩形脉冲形式的数字信号（1 和 0），又称为“基带信号”。 信号的特性有：振幅（变化的大小）、频率（变化的快慢）、相位（变化的时间） 振幅越大、频率越高，信号传送的距离越远。（如高音喇叭） ① 2、信道（channel） 所谓“信道”，顾名思义，就是通信信号传输的“通道”。信道与实际通信线路并不等同。一条通 信线路往往包括一条发送信道和一条接收信道。信道一般也可分为两类： ·模拟信道：专用于传送模拟信号 ·数字信道：专用于传送数字信号 信道的主要技术指标： ·比特率 R（数据率):每秒传输多少二进制代码位数，单位：bps 或 b/s。 ·信道容量 C：信道能够传送的最大数据率，单位：bps 或 b/s 。 当信道上传送的数据率大于信道允许的数据率时，将因严重失真而失效。 奈奎斯特（H.Nyquist）公式（用于有限带宽无噪声的理想信道): 式中： H-信道带宽（Hz) L-数字信号离散值数（电平数，物理状态数） 香农（C.Shannon）公式（用于受噪声干扰的信道，所求为上限值): 式中：H-信道带宽（Hz) S-信号的平均功率，N-噪声的平均功率 S/N-信噪比（如果信噪比 X 单位为 db，则式中 X=10lgS/N,即 S/N=10x/10） ·波特率 B（码元速率）：数字信号经调制后的传输速率（每秒传送的码元个数，即调制后模拟 电信号每秒钟的变化次数），单位：Baud。 B=1/T （T-调制周期） 波特率 B 与数据率 C 在数值上不一定相等。 C=Blog2L 许多情况下，通常信号只取两种不同的状态（0 和 1），即 L=2，此时 C=B。 ·信道的时延：信号从信道的一端传到另一端所需的时间（电信号在电缆中的传播速度约为光 速的 77%） C = 2H log2 L = + N S C H log 2 1
络技术基础》课程讲义 第8页共32页 引言·第一章计算机网络概 吞吐量:信道在单位时间内成功传输的总信息量,bps 出错率(误码率):计算机网络中要求低于10-6,即平均每传送1兆位,才错1位 3、调制( Modulat ion)P59 通信信号在类型不匹配的信道上传输时,必须进行调制( Modulation) 数字信号在模拟信道上传输时要进行数模转换,以解决失真等问题: 邮线 调制机理:信号+载波 ·幅移键控(调幅)用载波的不同振幅分别代表1和0 频移键控(调频)用两个不同频率的载波分别代表1和0 相移键控(调相)用载波的相位变化代表1和0 110O 0 ASK FSKHAAAF PSK b.模拟信号在数字信道上传输时,要先进行脉冲编码调制PCM( Pulse Code modulation): 取样:按信号最高频率fmαx的两倍频率取样可精确还原( Nyquist Theorem,奈奎斯特定理 量化:将取样获得的脉冲信号在振幅上进行数值分级(我国标准中量化分为256个等级) 脉码调制:将量化后的数值转换为对应的二进制编码 M4口+ 数字传输 模拟信号 采样 (am1ing)( quantization)PC偏码 量化 (coding) 奈奎斯特证明:如果一个任意的信号通过带宽为H的低通滤波器,那么每秒采样2H次就能完整 地重现通过这个滤波器的信号。以每秒高于2H的速度对此线路采样是无意义的,因为高频的分量 已被滤波器滤掉,无法再恢复了。 模拟信号的脉码调制过程: 采样 量化 编码 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第 8 页 共 32 页 引言·第一章 计算机网络概论 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 ·吞吐量：信道在单位时间内成功传输的总信息量，bps ·出错率（误码率）：计算机网络中要求低于 10-6，即平均每传送 1 兆位，才错 1 位。 3、调制（Modulation） P59 通信信号在类型不匹配的信道上传输时，必须进行调制（Modulation）。 a. 数字信号在模拟信道上传输时要进行数模转换，以解决失真等问题： 调制机理：信号+载波 ·幅移键控（调幅） 用载波的不同振幅分别代表 1 和 0 ·频移键控（调频） 用两个不同频率的载波分别代表 1 和 0 ·相移键控（调相） 用载波的相位变化代表 1 和 0 b. 模拟信号在数字信道上传输时，要先进行脉冲编码调制 PCM（Pulse Code Modulation）： ·取样：按信号最高频率 fmax 的两倍频率取样可精确还原（Nyquist Theorem，奈奎斯特定理） ·量化：将取样获得的脉冲信号在振幅上进行数值分级（我国标准中量化分为 256 个等级） ·脉码调制：将量化后的数值转换为对应的二进制编码 奈奎斯特证明：如果一个任意的信号通过带宽为 H 的低通滤波器，那么每秒采样 2H 次就能完整 地重现通过这个滤波器的信号。以每秒高于 2H 的速度对此线路采样是无意义的，因为高频的分量 已被滤波器滤掉，无法再恢复了。 模拟信号的脉码调制过程： 采样 量化 编码 数—模 模—数 通信线路 PC Modem Modem PC
络技术基础》课程讲义 第9页共32页 引言·第一章计算机网络概论 11 数字化编码为 810 010 001-010-101-110 111-11-101-011 010-016-011-160 模似信号 图脉码调制 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第 9 页 共 32 页 引言·第一章 计算机网络概论 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月
《网络技术基础》课程讲义 第10页共32页 引言·第一章计算机网络概论 4、带宽( bandwidth) 信号所占据的频率范围称为信号的带宽。信道能传送的频率范围称为信道的带宽 信道带宽必须大于被传送的信号的带宽,否则就会出现失真。 对模拟信号,带宽为通信信道所能提供的频率宽度(范围); 对数字信号,带宽为通信信道每秒能传送的二进制位数(bps) 般认为具有8~10Mbps及以上数据传输速率的网络称为“宽带( wideband)网” 最新发展还有所谓“广带( broadband)无线接入技术,其传输速率≥10兆位/秒 高质量的欣赏型电影点播需要6M以上带宽。低质量的网络新闻型视频点播只需几十到几百bps 5、编码( coding) a)单极性脉冲 0 00 判决 取样时土↑↑↑↑个 b)双极性脉冲 判决门限 t c)单极性归零脉冲 判决门限 d)双极性归零脉冲 10 001 判决门限 e)交替双极性归零脉冲 0 001 判决门限 t 1.0 数字信号传输时,需要解决的问题是数字数据的数字信号表示及收发两端之间的信号同步两个方 面。其中数字数据的数字信号最常用的表示方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字,即数字 信号由矩形脉冲组成。 a)单极性不归零码,无电压表示"0”,恒定正电压表示"1",每个码元时间的中间点是采样时间,判决 门限为半幅电平 b)双极性不归零码,"1"码和"0"码都有电流,"1"为正电流,"0"为负电流,正和负的幅度相等,判决 门限为零电平 c)单极性归零码,当发"1"码时,发出正电流,但持续时间短于一个码元的时间宽度,即发出一个窄 脉冲;当发"0"码时,仍然不发送电流 d)双极性归零码,其中"1"码发正的窄脉冲,"0码发负的窄脉冲,两个码元的时间间隔可以大于每一 个窄脉冲的宽度,取样时间是对准脉冲的中心。 莆田学院计算机教研室2003年2月
《网络技术基础》课程讲义 第 10 页 共 32 页 引言·第一章 计算机网络概论 莆田学院计算机教研室 2003 年 2 月 4、带宽（bandwidth） 信号所占据的频率范围称为信号的带宽。信道能传送的频率范围称为信道的带宽。 信道带宽必须大于被传送的信号的带宽，否则就会出现失真。 对模拟信号，带宽为通信信道所能提供的频率宽度（范围）； 对数字信号，带宽为通信信道每秒能传送的二进制位数（bps）。 一般认为具有 8～10Mbps 及以上数据传输速率的网络称为“宽带（wideband）网”。 最新发展还有所谓“广带（broadband）无线接入技术，其传输速率≥10 兆位/秒） 高质量的欣赏型电影点播需要 6M 以上带宽。低质量的网络新闻型视频点播只需几十到几百 bps。 5、编码（coding） P67 a)单极性脉冲 b)双极性脉冲 c)单极性归零脉冲 d)双极性归零脉冲 e)交替双极性归零脉冲 数字信号传输时，需要解决的问题是数字数据的数字信号表示及收发两端之间的信号同步两个方 面。其中数字数据的数字信号最常用的表示方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，即数字 信号由矩形脉冲组成。 a) 单极性不归零码，无电压表示"0"，恒定正电压表示"1"，每个码元时间的中间点是采样时间，判决 门限为半幅电平。 b) 双极性不归零码，"1"码和"0"码都有电流，"1"为正电流，"0"为负电流，正和负的幅度相等，判决 门限为零电平。 c) 单极性归零码，当发"1"码时，发出正电流，但持续时间短于一个码元的时间宽度，即发出一个窄 脉冲；当发"0"码时，仍然不发送电流。 d) 双极性归零码，其中"1"码发正的窄脉冲，"0"码发负的窄脉冲，两个码元的时间间隔可以大于每一 个窄脉冲的宽度，取样时间是对准脉冲的中心