第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.5數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

本章主要內(nèi)容第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述本章主要內(nèi)容1數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

通信系統(tǒng)模型調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話(huà)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(hào)模擬信號(hào)正文正文源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)PC機(jī)輸出信息m’傳輸系統(tǒng)輸入信息m發(fā)送的信號(hào)S(t)源點(diǎn)發(fā)送器接收器噪聲輸入數(shù)據(jù)d(t)接收的信號(hào)r(t)輸出數(shù)據(jù)d’(t)終點(diǎn)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

通信系統(tǒng)模型調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話(huà)網(wǎng)調(diào)2通信系統(tǒng)模型(續(xù)1)源系統(tǒng)源點(diǎn)它是生成數(shù)據(jù)的設(shè)備。如計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字比特流。發(fā)送器通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才能夠成為在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸?shù)碾姶判盘?hào)。典型的發(fā)送器是調(diào)制器，它將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字比特流轉(zhuǎn)換成可在電話(huà)網(wǎng)上傳輸?shù)哪M信號(hào)。傳輸系統(tǒng)傳輸線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目的系統(tǒng)接收器接收來(lái)自傳輸系統(tǒng)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成終點(diǎn)可處理的信息。典型的接收器是解調(diào)器，它把來(lái)自傳輸線(xiàn)路上的模擬信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原出發(fā)送端產(chǎn)生的數(shù)字比特流。

終點(diǎn)獲取來(lái)自接收器數(shù)據(jù)的設(shè)備。通信系統(tǒng)模型(續(xù)1)源系統(tǒng)31-信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)1、信息通信是在源點(diǎn)與終點(diǎn)之間傳遞信息。信息和消息是兩個(gè)不同概念的名詞。消息是指能向人們表達(dá)客觀(guān)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和主觀(guān)思維活動(dòng)的文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和圖像等。它具有兩個(gè)特點(diǎn)為：①能被通信雙方所理解；②可以相互傳遞。信息是指包含在消息中對(duì)通信者有意義的內(nèi)容。消息是信息的載體，消息中可能包含有信息。1-信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)1、信息4信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)2、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是對(duì)某一事實(shí)的不經(jīng)解釋并賦予一定含義的數(shù)字、字母、文字等符號(hào)及其組合的原始表達(dá)。是消息的一種表示形式，是傳達(dá)某種意義或信息的實(shí)體。當(dāng)信息被表示為數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)中就包含了信息。因此，信息可以通過(guò)解釋數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生。數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)具有連續(xù)的值(如聲音等)，而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)則具有離散的值(如文本等)。信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)2、數(shù)據(jù)5信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)3、信號(hào)信號(hào)的分類(lèi)信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體表示形式。目前常用的是電信號(hào)。對(duì)數(shù)據(jù)通信有用的幾種分類(lèi)方法。(1)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)(2)連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)(3)隨機(jī)信號(hào)與確定信號(hào)(4)周期信號(hào)與非周期信號(hào)信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)3、信號(hào)6信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)信號(hào)的特性信號(hào)的特性表現(xiàn)在時(shí)間特性和頻率特性?xún)蓚€(gè)方面。時(shí)間特性主要指信號(hào)隨時(shí)間變化的特性。信號(hào)隨時(shí)間變化的表現(xiàn)包含了信號(hào)的全部信息量。頻率特性是指信號(hào)可用頻譜函數(shù)來(lái)表示的特性。頻譜函數(shù)表征信號(hào)的各頻率成分，以及各頻率成分的振幅和相位。信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)信號(hào)的特性72-傳輸信道1、信道概述廣義信道將傳輸媒體和完成各種形式的變換功能的設(shè)備都包含在內(nèi)的信道。根據(jù)具體的研究對(duì)象和關(guān)心的問(wèn)題，可定義不同類(lèi)型的廣義信道。如調(diào)制信道、編碼信道等。狹義信道僅指?jìng)鬏斆襟w的信道。廣義信道（編碼信道）傳輸系統(tǒng)源點(diǎn)編碼器調(diào)制器載波機(jī)載波機(jī)解調(diào)器解碼器終點(diǎn)狹義信道廣義信道（調(diào)制信道）2-傳輸信道1、信道概述廣義信道（編碼信道）傳輸源編碼器調(diào)制8傳輸信道信道的功能具有兩面性：它既為信號(hào)提供傳輸通路，又對(duì)信號(hào)造成損害(如衰減和畸變)。實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號(hào)波形接收信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際信道的兩種情況⑴有失真，尚可識(shí)別⑵失真大，無(wú)法識(shí)別

傳輸信道信道的功能具有兩面性：它既為信號(hào)提供傳輸通路，又對(duì)信9傳輸信道信道和電路是兩個(gè)不同的概念。它是電路的邏輯部件。通常用來(lái)表示某一個(gè)方向傳送信息的媒體，一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。傳輸信道信道和電路是兩個(gè)不同的概念。它是電路的邏輯部件。通常10傳輸信道信道分類(lèi)(1)模擬信道和數(shù)字信道按照信道上傳輸?shù)男盘?hào)種類(lèi)分為：模擬信道允許傳輸波形連續(xù)變化的模擬信號(hào)的信道。其傳輸特性可用等效的四端網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)來(lái)表示。模擬信道又可分為恒參信道和變參信道。其質(zhì)量可用失真和輸出信噪比來(lái)衡量。數(shù)字信道只允許傳輸離散取值的數(shù)字信號(hào)的信道。其質(zhì)量可用差錯(cuò)率和差錯(cuò)序列的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)衡量。傳輸信道信道分類(lèi)11傳輸信道(2)單工、半雙工和全雙工信道按照信道上信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系分為：?jiǎn)喂ば诺腊腚p工信道全雙工信道(3)專(zhuān)(租)用信道和公用信道按照使用信道的方法分為：專(zhuān)用信道公用信道傳輸信道(2)單工、半雙工和全雙工信道12第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件132-傳輸信道(續(xù)4)(4)有線(xiàn)信道和無(wú)線(xiàn)信道按照信道采用傳輸媒體的不同分為：有線(xiàn)信道以有形的導(dǎo)向傳輸媒體(如雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜)為傳輸媒體的信道。無(wú)線(xiàn)信道以非導(dǎo)向傳輸媒體(如宇宙空間)為傳輸媒體的信道。利用現(xiàn)有信道來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸是一種既經(jīng)濟(jì)又可行的方案，但必須了解信道的特點(diǎn)，以及它對(duì)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的影響和限制。2-傳輸信道(續(xù)4)(4)有線(xiàn)信道和無(wú)線(xiàn)信道142-傳輸信道(續(xù)5)2、信道容量對(duì)于給定的信道環(huán)境，傳輸速率與誤碼率有何關(guān)系？或者說(shuō)，在一定的誤碼率條件下，傳輸速率是否存在一個(gè)極限值？信息論證明了這個(gè)極限值的存在，并稱(chēng)其為信道容量。信道容量對(duì)于給定的信道環(huán)境，在傳輸差錯(cuò)率(即誤碼率)趨向零的情況下，單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)男畔⒘??；蛘咝诺廊萘渴切诺涝趩挝粫r(shí)間里所能傳輸?shù)淖畲笏俾?。其單位是比?秒(bit/s)。2-傳輸信道(續(xù)5)2、信道容量152-傳輸信道(續(xù)6)(1)模擬信道的信道容量香農(nóng)定律指出：在信號(hào)平均功率受限的高斯白噪聲信道中，計(jì)算信道容量的理論公式為(2-6)(b/s)上式中，

是信道帶寬，以Hz為單位；是平均信號(hào)噪聲功率比，為信號(hào)功率，為噪聲功率。這里的噪聲為正態(tài)分布的加性高斯白噪聲。高斯白噪聲在整個(gè)頻域具有均勻分布的功率譜密度及噪聲的概率密度函數(shù)服從高斯分布(正態(tài)分布)。2-傳輸信道(續(xù)6)(1)模擬信道的信道容量(2-6)(b162-傳輸信道(續(xù)7)香農(nóng)公式的重要結(jié)論：①任何一條信道都有其信道容量。如信源的傳輸速率小于或等于信道容量，則理論上就存在一種編碼方法，使得進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)傳輸。②信道容量與帶寬和信噪比有關(guān)。增加帶寬可以提高信道容量，從而改善通信質(zhì)量。這就是常用的帶寬互換功率的方法。編碼和調(diào)制是實(shí)現(xiàn)帶寬與信噪比互換的手段。③如果B→∞，則信道容量并不會(huì)趨向于無(wú)限大，而是趨于常數(shù)。這里為單位頻帶內(nèi)的噪聲功率。④如考慮到信道容量是傳輸?shù)男畔⒘縄與傳輸時(shí)間t之比，則香農(nóng)公式可改寫(xiě)為。說(shuō)明B和T之間也存在某種互換關(guān)系。

2-傳輸信道(續(xù)7)香農(nóng)公式的重要結(jié)論：172-傳輸信道(續(xù)8)(2)數(shù)字信道的信道容量奈奎斯特認(rèn)為，即使是理想信道（無(wú)噪聲、無(wú)碼間干擾），它的傳輸能力也是有限的。對(duì)于一條有限帶寬、無(wú)噪聲的理想信道信道容量的計(jì)算公式：M是被傳輸信號(hào)的取值狀態(tài)數(shù)。上式表明，對(duì)于給定的帶寬可以通過(guò)增加信號(hào)取值的狀態(tài)數(shù)來(lái)提高信道容量。但這將會(huì)加重接收器的負(fù)擔(dān)。也即在每個(gè)信號(hào)碼元時(shí)間內(nèi)，必須從M個(gè)可能的狀態(tài)中區(qū)分出一個(gè)狀態(tài)來(lái)。同時(shí)，傳輸線(xiàn)上的噪聲和其他損傷也將會(huì)限制的實(shí)際取值。(2-10)(b/s)2-傳輸信道(續(xù)8)(2)數(shù)字信道的信道容量上式表明，182-傳輸信道(續(xù)9)3、傳輸方式和傳輸速率(1)傳輸方式

①基帶傳輸和頻帶傳輸按照傳輸系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)過(guò)程中是否搬移其頻譜，傳輸方式可分兩類(lèi)：基帶傳輸指不搬移信號(hào)頻譜的傳輸體制。頻帶傳輸指利用調(diào)制解調(diào)器搬移信號(hào)頻譜的傳輸體制。之所以搬移頻譜是為了適應(yīng)信道的頻率特性。2-傳輸信道(續(xù)9)3、傳輸方式和傳輸速率192-傳輸信道(續(xù)10)②串行傳輸和并行傳輸按照傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)空順序，傳輸方式可分為兩類(lèi)：串行傳輸指數(shù)據(jù)在一個(gè)信道上按位依次傳輸?shù)姆绞健Ｆ涮攸c(diǎn)是：所需線(xiàn)路數(shù)少，投資省，線(xiàn)路利用率高；在發(fā)送和接收端需要分別進(jìn)行并/串和串/并轉(zhuǎn)換；收發(fā)之間必須實(shí)施同步。適用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。

并行傳輸指數(shù)據(jù)在多個(gè)信道上同時(shí)傳輸?shù)姆绞?。其特點(diǎn)是：在終端裝置和線(xiàn)路之間不需要對(duì)傳輸代碼作時(shí)序變換；需要n條信道的傳輸設(shè)施，故其成本較高。適用于要求傳輸速率高的短距離數(shù)據(jù)傳輸。2-傳輸信道(續(xù)10)②串行傳輸和并行傳輸202-傳輸信道(續(xù)11)串行傳輸

接收端

發(fā)送端01001010并/串轉(zhuǎn)換串/并轉(zhuǎn)換01001100并行傳輸發(fā)送端接收端2-傳輸信道(續(xù)11)串行傳輸接發(fā)01001010并212-傳輸信道(續(xù)12)③異步傳輸和同步傳輸在串行傳輸時(shí)，發(fā)收雙方必須實(shí)現(xiàn)的同步有三種，即比特同步、字符同步和塊(或幀)同步。其實(shí)現(xiàn)方法可分為兩類(lèi)：異步傳輸01010010起始位停止位線(xiàn)路空閑1個(gè)字符傳送方向2-傳輸信道(續(xù)12)③異步傳輸和同步傳輸010100222-傳輸信道(續(xù)13)同步傳輸┅同步標(biāo)志幀信息傳送方向幀信息同步標(biāo)志┅異步/同步傳輸?shù)膮^(qū)別是：異步傳輸?shù)陌l(fā)送器的接收器的時(shí)鐘是不同步的，而同步傳輸兩者的時(shí)鐘是同步的。2-傳輸信道(續(xù)13)同步傳輸┅同步幀信息傳送方向幀信息232-傳輸信道(續(xù)14)④單工、半雙工和全雙工按照數(shù)據(jù)信號(hào)在信道上的傳送方向與時(shí)間的關(guān)系，傳輸方式可分為三類(lèi)：?jiǎn)喂ぶ竷蓚€(gè)站之間只能沿一個(gè)指定的方向傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。半雙工指兩個(gè)站之間可以在兩個(gè)方向上傳送數(shù)據(jù)信號(hào)，但不能同時(shí)進(jìn)行。又稱(chēng)“雙向交替”模式。全雙工指兩個(gè)站之間可以在兩個(gè)方向上同時(shí)傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。2-傳輸信道(續(xù)14)④單工、半雙工和全雙工242-傳輸信道(續(xù)15)

(a)單工通信(單向通信)(b)半雙工通信(雙向交替通信)(c)全雙工通信(雙向同時(shí)通信)A站A站A站B站B站B站2-傳輸信道(續(xù)15)(a)單工通信(b)半雙工通252-傳輸信道(續(xù)16)(2)傳輸速率傳輸速率指單位時(shí)間內(nèi)傳送的信息量，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的一個(gè)重要指標(biāo)。常用的有兩種傳輸速率：調(diào)制速率(或波特率、碼元速率)表示信號(hào)在調(diào)制過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)波形的變換次數(shù)。其單位是波特。在數(shù)據(jù)通信中，單位調(diào)制信號(hào)波被稱(chēng)為碼元，因而調(diào)制速率也可定義為每秒鐘傳輸?shù)男盘?hào)碼元個(gè)數(shù)，所以調(diào)制速率又稱(chēng)為碼元傳輸速率(簡(jiǎn)稱(chēng)碼元速率)。(Baud)(2-11)2-傳輸信道(續(xù)16)(2)傳輸速率(Baud)(2-262-傳輸信道(續(xù)17)數(shù)據(jù)信號(hào)速率(或傳信率、比特率)指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道的信息量。其單位是比特/秒。式中，n為并行傳輸?shù)耐窋?shù)；Ti為第i路單位調(diào)制信號(hào)波的時(shí)間長(zhǎng)度(s)；Mi為第i路調(diào)制信號(hào)波的狀態(tài)數(shù)。常用的數(shù)據(jù)信號(hào)速率的單位還有

1kb/s＝1000b/s，1Mb/s＝1000kb/s，1Gb/s＝1000Mb/s，1Tb/s＝1000Gb/s。調(diào)制速率與數(shù)據(jù)信號(hào)速率的關(guān)系(b/s)(2-12)2-傳輸信道(續(xù)17)數(shù)據(jù)信號(hào)速率(或傳信率、比特率)27計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1、速率速率是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)在信道上單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。其單位是b/s(bit/s或bps)。有時(shí)也用kb/s，Mb/s，Gb/s

等。又稱(chēng)數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)。比特(bit)是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。bit來(lái)源于binarydigit，意思是一個(gè)“二進(jìn)制數(shù)字”，因此一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個(gè)1或0。速率指的是額定速率或標(biāo)稱(chēng)速率。它與許多因素（如主機(jī)的處理能力、信道容量、信道的擁塞狀況等）有關(guān)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1、速率28計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2、帶寬帶寬(bandwidth)原指某個(gè)信號(hào)所占有的頻帶寬度。單位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。過(guò)去通信線(xiàn)路傳送模擬信號(hào)，通信線(xiàn)路允許傳送的信號(hào)頻率范圍稱(chēng)為線(xiàn)路的帶寬。如話(huà)音信號(hào)的帶寬是3.1kHz(300Hz～3400Hz)。如今網(wǎng)絡(luò)的通信線(xiàn)路傳送數(shù)字信號(hào)，帶寬表示網(wǎng)絡(luò)的通信線(xiàn)路傳送數(shù)據(jù)的能力，即從網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能達(dá)到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率，單位是比特/秒(b/s)。更常用的單位是：千比/秒或kb/s(103b/s)；兆比/秒或Mb/s(106b/s)；吉比/秒或Gb/s(109b/s)和太比/秒或Tb/s(1012b/s)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2、帶寬29數(shù)字信號(hào)流隨著時(shí)間的變化關(guān)系在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。每秒

106

個(gè)比特時(shí)間1

01

0

111s帶寬為1Mb/s時(shí)間每秒

4

106

個(gè)比特0.25s帶寬為4Mb/s數(shù)字信號(hào)流隨著時(shí)間的變化關(guān)系每秒106個(gè)比特時(shí)間130計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)3、吞吐量吞吐量(throughput)指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)(或信道、接口)的數(shù)據(jù)量，其單位是比特/秒(b/s)。有時(shí)也可用字節(jié)/秒(B/s)或幀/秒。吞吐量常用于對(duì)某個(gè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行性能測(cè)試。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。如100M以太網(wǎng)，典型的吞吐量?jī)H為70Mb/s。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)3、吞吐量31計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)4、時(shí)延指數(shù)據(jù)(一個(gè)報(bào)文或分組或比特)從網(wǎng)絡(luò)(或鏈路)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間。時(shí)延由四個(gè)部分組成：(1)發(fā)送時(shí)延(transmissiondelay)

指主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。也稱(chēng)傳輸時(shí)延。發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（比特）信道帶寬（比特/秒）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)4、時(shí)延發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（比特）32(2)傳播時(shí)延

指電磁波在信道中傳播一定距離所花費(fèi)的時(shí)間。例：自由空間中電磁波的傳播速率為3.0×105km/s銅線(xiàn)電纜中電磁波的傳播速率為2.3×105km/s

光纜中電磁波的傳播速率為2.0×105km/s注意：發(fā)送速率和信號(hào)在信道上的傳播速率是兩個(gè)完全不同的概念。傳播時(shí)延=信道長(zhǎng)度（米）電磁波在信道上的傳播速率（米/秒）(2)傳播時(shí)延指電磁波在信道中傳播一定距離所花費(fèi)的時(shí)間。33(3)處理時(shí)延

指主機(jī)或路由器為處理分組所花費(fèi)的時(shí)間。包括分析分組的首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部分、進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)或查找適當(dāng)?shù)穆酚傻取?/p>

(4)排隊(duì)時(shí)延指分組進(jìn)入路由器后，需先在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待處理，以及處理完畢后在輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間。排隊(duì)時(shí)延的長(zhǎng)短往往與網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的通信量很大時(shí)，會(huì)發(fā)生隊(duì)列溢出，使分組丟失，這相當(dāng)于處理時(shí)延為無(wú)窮大。注意：上述哪一種時(shí)延在總時(shí)延中占主導(dǎo)地位，必須具體分析。(3)處理時(shí)延指主機(jī)或路由器為處理分組所花費(fèi)的時(shí)間。包括34數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的總時(shí)延就是傳輸時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延之和：總時(shí)延=發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延發(fā)送時(shí)延傳播時(shí)延發(fā)送器處理時(shí)延結(jié)點(diǎn)B100110101101010010┅輸入隊(duì)列結(jié)點(diǎn)A輸出隊(duì)列處理器排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的總時(shí)延就是傳輸時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延和排35傳播時(shí)延發(fā)送時(shí)延處理和排隊(duì)時(shí)延時(shí)間tA站B站傳播時(shí)延發(fā)送時(shí)延處理和排隊(duì)時(shí)延時(shí)間tA站B站36例：一個(gè)長(zhǎng)度為100MB(M表示220=1048576)的數(shù)據(jù)塊在帶寬為1Mb/s(M表示106)，長(zhǎng)度為的光1000km的光纜信道上傳輸時(shí)的各種時(shí)延：

發(fā)送時(shí)延10010485768/106=838.9s

傳播時(shí)延1000km為5ms，1km為5s（傳播速率為2.0×105km/s）

處理時(shí)延視計(jì)算機(jī)處理速度而定。結(jié)論：總時(shí)延基本上取決于發(fā)送時(shí)延。

例：一個(gè)長(zhǎng)度為100MB(M表示220=1048576)的37往返時(shí)延往返時(shí)延RTT(Round-TripTime)表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開(kāi)始，到發(fā)送端收到來(lái)自接收端的確認(rèn)應(yīng)答所經(jīng)歷的時(shí)延。如果接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認(rèn)，這相當(dāng)于傳播時(shí)延的兩倍。例：設(shè)某段鏈路的傳播時(shí)延為20ms，則它的往返時(shí)延RTT＝40ms。在復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)中，往返時(shí)延應(yīng)包括各中間結(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。往返時(shí)延38計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5、時(shí)延帶寬積時(shí)延帶寬積是指時(shí)延與帶寬之乘積。時(shí)延帶寬積=傳播時(shí)延帶寬(傳播)時(shí)延鏈路帶寬鏈路的時(shí)延帶寬積又稱(chēng)為以比特為單位的鏈路長(zhǎng)度。相當(dāng)于管道的體積，表示該鏈路中可以容納的比特?cái)?shù)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5、時(shí)延帶寬積時(shí)延帶寬積=傳播時(shí)延395、時(shí)延帶寬積例：設(shè)某段鏈路的傳播時(shí)延為20ms，帶寬為10Mb/s。則時(shí)延帶寬積為2010-310106=20105

bit

。它表示，若發(fā)送端連續(xù)發(fā)送數(shù)據(jù)，則在發(fā)送的第一個(gè)比特即將到達(dá)終點(diǎn)時(shí)，發(fā)送端已經(jīng)發(fā)送了20萬(wàn)個(gè)比特，這20萬(wàn)個(gè)比特正在鏈路上傳輸。5、時(shí)延帶寬積例：設(shè)某段鏈路的傳播時(shí)延為20ms，帶寬為1040計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)6、利用率利用率分為信道利用率和網(wǎng)絡(luò)利用率。信道利用率指在規(guī)定時(shí)間內(nèi)信道上用于傳輸數(shù)據(jù)時(shí)間的比例。完全空閑的信道的利用率是零。網(wǎng)絡(luò)利用率指全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。通常，信道利用率力求高些，但并非越高越好。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)6、利用率41時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系根據(jù)排隊(duì)論的理論，當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增加。若令

D0表示網(wǎng)絡(luò)空閑時(shí)的時(shí)延，D表示網(wǎng)絡(luò)當(dāng)前的時(shí)延，則在適當(dāng)?shù)募俣l件下，可以用下面的簡(jiǎn)單公式表示

D和

D0之間的關(guān)系：U

是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在0到1之間。

時(shí)延與網(wǎng)絡(luò)利用率的關(guān)系U是網(wǎng)絡(luò)的利用率，數(shù)值在0到142時(shí)延D利用率U10D0時(shí)延急劇增大時(shí)延與利用率的關(guān)系一些擁有較大主干網(wǎng)的ISP都把信道利用率控制U控制在50%以?xún)?nèi)，否則就要采取擴(kuò)容措施，增大線(xiàn)路的帶寬。時(shí)延D利用率U10D0時(shí)延時(shí)延與利用率的關(guān)系一些擁有較大43傳輸信道(續(xù)18)4、傳輸損傷被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的端到端連接的每個(gè)環(huán)節(jié)都可能受到傷害，ITU稱(chēng)這種傷害為傳輸損傷。誤碼(Error)

指在信號(hào)傳輸過(guò)程中碼元發(fā)生的差錯(cuò)，即接收與發(fā)送數(shù)字信號(hào)之間單個(gè)數(shù)字之間的差異。抖動(dòng)(Jitter)

指碼元出現(xiàn)的時(shí)刻隨時(shí)間頻繁地變化，也就是各有效瞬間相對(duì)于理想時(shí)間位置的短時(shí)偏移。漂移(Wander)

指碼元各有效瞬間相對(duì)于理想時(shí)間位置的長(zhǎng)期緩慢偏移。傳輸信道(續(xù)18)4、傳輸損傷44傳輸信道(續(xù)21)5、傳輸質(zhì)量(1)衰減和增益當(dāng)信號(hào)沿傳輸媒體傳播時(shí)，其部分能量轉(zhuǎn)換成熱能或被傳輸媒體所吸收，而導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度不斷減弱或增強(qiáng)的現(xiàn)象。D=10lg(P2/P1)=20lg(V2/V1)=20lg(I2/I1)注意：?jiǎn)挝皇欠重恉B，分貝是相對(duì)差別的度量。系統(tǒng)中某些點(diǎn)的功率電平可用絕對(duì)功率來(lái)表示，其單位是dBm。m表示以1mW為參考的功率單位。信號(hào)功率電平也可用相對(duì)于某個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)的電平來(lái)表示，其單位是dBr。r表示相對(duì)的意思。傳輸信道(續(xù)21)5、傳輸質(zhì)量45傳輸信道(續(xù)22)(2)失真信號(hào)通過(guò)傳輸系統(tǒng)時(shí)，其波形可能發(fā)生畸變的現(xiàn)象。衰減失真(或振幅失真)由衰減隨頻率的變化而引起的失真。衰減失真來(lái)源于電纜及系統(tǒng)中的濾波器。相位失真(或群延時(shí)失真)由線(xiàn)路的相位-頻率特性的非線(xiàn)性或不同頻率分量的傳播速度不一致所引起的失真。上述失真對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕绊懯鞘沟么a元信號(hào)波形展寬，從而引起碼間串?dāng)_現(xiàn)象。傳輸信道(續(xù)22)(2)失真46傳輸信道(續(xù)23)(3)畸變衰減和失真是引起信號(hào)波形畸變的主要原因?；冇袃煞N：規(guī)則畸變和不規(guī)則畸變。規(guī)則畸變信號(hào)波形按一定的法則有規(guī)律地發(fā)生的代碼畸變。偏畸變正偏—使“1”時(shí)間伸長(zhǎng)，而“0”時(shí)間縮短。負(fù)偏—使“1”時(shí)間縮短，而“0”時(shí)間伸長(zhǎng)。特性畸變正特性畸變—使短“1”和短“0”兩者都伸長(zhǎng)。負(fù)特性畸變—使短“1”和短“0”兩者都縮短。不規(guī)則畸變信號(hào)波形無(wú)規(guī)律地發(fā)生的代碼畸變。傳輸信道(續(xù)23)(3)畸變47傳輸信道(續(xù)24)(4)噪聲和干擾在數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸過(guò)程中，所引入的一些額外的非期望信號(hào)。傳輸信道(續(xù)24)(4)噪聲和干擾48傳輸信道(續(xù)26)噪聲對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)挠绊憘鬏斝诺?續(xù)26)噪聲對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)挠绊?9傳輸信道(續(xù)27)(5)信噪比指信號(hào)通路某一點(diǎn)上的信號(hào)功率與混在信號(hào)中的噪聲功率之比值。(dB)(2-19)信噪比一般是在接收端測(cè)量。信噪比越高，意味著噪聲的含量越低，接收端易于從接收到的信號(hào)中恢復(fù)出初始信號(hào)，同時(shí)也意味著可使用較少的中繼轉(zhuǎn)發(fā)器。傳輸信道(續(xù)27)(5)信噪比(dB)50傳輸信道(續(xù)28)(6)誤碼率①

平均誤碼率指單位時(shí)間內(nèi)接收到的出錯(cuò)碼元數(shù)占總碼元數(shù)中的比例。(2-20)

式中，ne表示系統(tǒng)傳統(tǒng)出錯(cuò)的碼元數(shù)，n表示系統(tǒng)傳輸?shù)目偞a元數(shù)。平均誤碼率與選擇的測(cè)量時(shí)間有關(guān)。在日常的維護(hù)測(cè)試中，ITU-T規(guī)定測(cè)試時(shí)間為15min。

傳輸信道(續(xù)28)(6)誤碼率(2-20)式中，ne51傳輸信道(續(xù)29)(6)

誤碼率(續(xù))②誤碼秒平均時(shí)間百分?jǐn)?shù)ITU-T建議用一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間(TL=1個(gè)月)內(nèi)確定的平均誤碼率(BER)超過(guò)某一誤碼閾值(BERth)和各個(gè)時(shí)間間隔（T0）的平均百分?jǐn)?shù)來(lái)度量誤碼損傷的嚴(yán)重程度。若取T0=1s，BERth=0，當(dāng)BER＞BERth時(shí)，則稱(chēng)為誤碼秒。ITU要求誤碼秒平均時(shí)間百分?jǐn)?shù)不得超過(guò)8%。若取T0=1s，BERth=1×10-3，當(dāng)BER＞BERth時(shí)，則稱(chēng)為嚴(yán)重誤碼秒。ITU要求嚴(yán)重誤碼秒平均時(shí)間百分?jǐn)?shù)低于0.2%。傳輸信道(續(xù)29)(6)誤碼率(續(xù))52傳輸信道(續(xù)30)(7)頻帶利用率指單位傳輸帶寬所能實(shí)現(xiàn)的傳輸速率。頻帶利用率是描述數(shù)據(jù)傳輸速率與帶寬之間關(guān)系的一個(gè)指標(biāo)。在衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的效率時(shí)，既要考慮到傳輸速率，又要考慮到傳輸信號(hào)所占用頻帶寬度?；?baud/Hz)(bit/(s·Hz)(2-21)傳輸信道(續(xù)30)(7)頻帶利用率頻帶利用率是描述數(shù)據(jù)傳輸531.5數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)本節(jié)主要內(nèi)容1.5.2數(shù)據(jù)通信方式1.5.3多路復(fù)用技術(shù)1.5.4差錯(cuò)控制1.5數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)本節(jié)主要內(nèi)容541.5.2理解數(shù)據(jù)通信方式

在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，從不同的角度看有多種不同的通信方式。本任務(wù)學(xué)習(xí)、掌握并行通信和串行通信以及單工、半雙工和全雙工通信的基本概念。1.5.2理解數(shù)據(jù)通信方式在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中，從不同的角度看55補(bǔ)充：1、并行通信和串行通信并行通信并行通信是指多個(gè)數(shù)據(jù)位同時(shí)在設(shè)備之間進(jìn)行傳輸。并行通信可同時(shí)傳送多個(gè)二進(jìn)制位，一般適用于短距離、要求傳輸速度高的場(chǎng)合，常用于計(jì)算機(jī)內(nèi)部各部件之間的數(shù)據(jù)傳輸。計(jì)算機(jī)內(nèi)部采用并行數(shù)據(jù)通信線(xiàn)路－總線(xiàn)。串行通信串行通信是指一次只有一個(gè)數(shù)據(jù)位在設(shè)備之間傳輸。串行傳輸信道將一個(gè)由若干位二進(jìn)制數(shù)表示的字按位進(jìn)行有序的傳輸，串行通信常用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或與外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸。補(bǔ)充：1、并行通信和串行通信并行通信56第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件572、單工、半雙工和全雙工通信

串行通信的方向性結(jié)構(gòu)

按照信號(hào)在信道上傳送方向與時(shí)間的關(guān)系單工通信通信信道是單向信道，數(shù)據(jù)信號(hào)僅沿一個(gè)固定方向傳輸，發(fā)送方只能發(fā)送不能接收，接收方只能接收而不能發(fā)送，任何時(shí)候都不能改變信號(hào)傳送方向。計(jì)算機(jī)和打印機(jī)之間通信全雙工通信數(shù)據(jù)可以同時(shí)沿相反的兩個(gè)方向雙向傳輸。這是計(jì)算機(jī)通信常用的方式，可大大提高傳輸速率。半雙工通信信號(hào)可以沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻一個(gè)信道只允許單方向傳送信號(hào)，即兩個(gè)方向的傳輸只能交替進(jìn)行，不能同時(shí)進(jìn)行。對(duì)講機(jī)、步話(huà)機(jī)2、單工、半雙工和全雙工通信

串行通信的方向性結(jié)構(gòu)

按照58第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件593、同步傳輸和異步傳輸同步是指在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送端與接收端采用串行通信時(shí)，通信雙方交換數(shù)據(jù)時(shí)需要有高度的協(xié)同動(dòng)作，彼此間傳輸數(shù)據(jù)的速率、每個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間和間隔都必須相同。通常使用的同步技術(shù)有異步傳輸和同步傳輸兩種3、同步傳輸和異步傳輸同步是指在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送端與接601．同步傳輸同步傳輸（SynchronousTransmission）又稱(chēng)同步通信，采用位同步（即按位同步）技術(shù)，以固定的時(shí)鐘頻率串行發(fā)送數(shù)字信號(hào)。通信雙方必須建立準(zhǔn)確的同步系統(tǒng)，并在其控制下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。在傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊前加入控制字符SYN，雙方以同一時(shí)鐘頻率工作。數(shù)據(jù)傳輸效率比較高，一般用在高速傳輸數(shù)據(jù)的系統(tǒng)中。包括比特同步和數(shù)據(jù)塊（字符）同步兩種方式。通信設(shè)備簡(jiǎn)單、便宜，但傳輸效率較低（因?yàn)殚_(kāi)始位和停止位的開(kāi)銷(xiāo)所占比例較大）

1．同步傳輸61同步傳輸?shù)膬煞N方式：（1）外同步：發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)前先向接收端發(fā)送一串用于同步的時(shí)鐘脈沖，接收端收到同步信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行頻率鎖定，然后以同步頻率為準(zhǔn)接收數(shù)據(jù)。（2）自同步：發(fā)送端在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，將時(shí)鐘脈沖作為同步信號(hào)包含在數(shù)據(jù)流中同時(shí)傳送給接收端，接收端從數(shù)據(jù)流中辨別同步信號(hào)，再據(jù)此接收數(shù)據(jù)。自同步傳輸中，接收端是從接收到的信號(hào)波形中獲得同步信號(hào)，因而稱(chēng)為自同步。同步傳輸?shù)膬煞N方式：622．異步傳輸異步傳輸（AsynchronousTransmission）又稱(chēng)異步通信，采用“群”同步技術(shù)。這種技術(shù)根據(jù)一定的規(guī)則，將數(shù)據(jù)分成不同的群，每一個(gè)群的大小不確定，即每個(gè)群包含的數(shù)據(jù)量也不確定。這種技術(shù)是在位同步基礎(chǔ)上進(jìn)行的同步，要求發(fā)送端與接收端在一個(gè)群內(nèi)必須保持同步。異步傳輸方式中，通信雙方各自使用獨(dú)立的定位時(shí)鐘。兩個(gè)字符之間的時(shí)間間隔是不固定的，而在一個(gè)字符內(nèi)各位的時(shí)間間隔是固定的。每傳送1個(gè)字符（5位到8位），都要在每個(gè)字符碼前加1個(gè)起始位，表示字符代碼的開(kāi)始；在字符代碼和校驗(yàn)碼后面加1或2個(gè)停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位判斷一個(gè)新字符的開(kāi)始，以保持通信雙方的同步。簡(jiǎn)單，有開(kāi)銷(xiāo)，速率低。2．異步傳輸63第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件643．同步傳輸與異步傳輸?shù)膮^(qū)別（1）異步傳輸是面向字符的傳輸，而同步傳輸是面向比特的傳輸。（2）異步傳輸?shù)膯挝皇亲址?，同步傳輸?shù)膯挝皇菐?。?）異步傳輸通過(guò)字符起始位和停止位抓住再同步的機(jī)會(huì)，同步傳輸從數(shù)據(jù)中抽取同步信息。（4）異步傳輸對(duì)時(shí)序的要求較低，同步傳輸往往通過(guò)特定的時(shí)鐘線(xiàn)路協(xié)調(diào)時(shí)序。（5）異步傳輸相對(duì)于同步傳輸效率較低。3．同步傳輸與異步傳輸?shù)膮^(qū)別651.5.3多路復(fù)用技術(shù)為有效利用傳輸通信線(xiàn)路，可以同時(shí)把多個(gè)信號(hào)送往傳輸介質(zhì)，以提高傳輸效率，即將多路信號(hào)復(fù)用在一條物理線(xiàn)路上。這種技術(shù)稱(chēng)為多路復(fù)用技術(shù)。多個(gè)信息源共享一個(gè)公共信道，把多個(gè)低速信道合成一個(gè)高速信道的方法1.5.3多路復(fù)用技術(shù)為有效利用傳輸通信線(xiàn)路，可以同時(shí)把66第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件671．頻分多路復(fù)用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)：整個(gè)傳輸頻帶被劃分為若干個(gè)頻率通道，每個(gè)用戶(hù)占用一個(gè)頻率通道。頻率通道之間留有防護(hù)頻帶。1．頻分多路復(fù)用FDM(FrequencyDivisio68第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件69第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件702．時(shí)分多路復(fù)用TDM(TimeDivisionMultiplexing)：把時(shí)間分割成小的時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片分為若干個(gè)通道（時(shí)隙），每個(gè)用戶(hù)占用一個(gè)通道傳輸數(shù)據(jù)。2．時(shí)分多路復(fù)用TDM(TimeDivisionMul71第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件72第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件733．波分多路復(fù)用(WDM,WavelengthDivisionMultiplexing)：整個(gè)波長(zhǎng)頻帶被劃分為若干個(gè)波長(zhǎng)范圍，每個(gè)用戶(hù)占用一個(gè)波長(zhǎng)范圍來(lái)進(jìn)行傳輸。3．波分多路復(fù)用(WDM,WavelengthDivis74第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件75第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件764．碼分多路復(fù)用（CDMA）碼分多路復(fù)用技術(shù)根據(jù)不同的編碼來(lái)區(qū)分各路原始信號(hào)，通過(guò)和各種多址技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了各種接入技術(shù)。碼分多路復(fù)用技術(shù)是一種用于移動(dòng)通信系統(tǒng)的技術(shù)。筆記本電腦和掌上電腦等移動(dòng)終端的連網(wǎng)通信將會(huì)大量使用碼分多路復(fù)用技術(shù)。4．碼分多路復(fù)用（CDMA）771.5.4差錯(cuò)控制通信的目的是進(jìn)行信息的傳輸。傳輸過(guò)程中任何信息的丟失或損壞，都將對(duì)通信雙方產(chǎn)生重要的影響。因此，如何實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)的數(shù)據(jù)傳輸是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。差錯(cuò)控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)闹饕侄?。本任?wù)將學(xué)習(xí)差錯(cuò)控制技術(shù)中的差錯(cuò)控制方法和差錯(cuò)控制編碼。1.5.4差錯(cuò)控制通信的目的是進(jìn)行信息的傳輸。傳輸過(guò)程中781．差錯(cuò)控制所謂差錯(cuò)，是指在數(shù)據(jù)通信中，接收端接收的數(shù)據(jù)與發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象。差錯(cuò)的表現(xiàn)形式有失真、丟失、失序。差錯(cuò)控制是指數(shù)據(jù)通信過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)、檢測(cè)差錯(cuò)并對(duì)差錯(cuò)進(jìn)行糾正，從而把差錯(cuò)限制在數(shù)據(jù)傳輸所允許的盡可能小的范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。差錯(cuò)控制的主要途徑：一是選用高可靠性的設(shè)備和傳輸介質(zhì)，并輔以相應(yīng)的保護(hù)和屏蔽措施，以提高傳輸?shù)目煽啃?；二是通過(guò)通信協(xié)議實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制，在通信協(xié)議中，通過(guò)差錯(cuò)控制編碼實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)的檢測(cè)和控制。1．差錯(cuò)控制792．差錯(cuò)的產(chǎn)生原因傳輸中的差錯(cuò)大都是由噪聲引起的。①隨機(jī)噪聲（熱噪聲，散彈噪聲，傳輸媒介）引起的傳輸差錯(cuò)為隨機(jī)差錯(cuò)。熱噪聲由傳輸介質(zhì)的電子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生。②沖擊噪聲（突發(fā)噪聲，如雷電、開(kāi)關(guān)等）引起的傳輸差錯(cuò)為突發(fā)差錯(cuò)。沖擊噪聲由外界電磁干擾引起，與熱噪聲相比，沖擊噪聲幅度較大，是引起傳輸差錯(cuò)的主要原因。隨機(jī)差錯(cuò)一般出錯(cuò)數(shù)據(jù)位不相鄰，只要有相當(dāng)?shù)男旁氡染洼^小。突發(fā)差錯(cuò)一般會(huì)引起相鄰多個(gè)數(shù)據(jù)位出錯(cuò)，需采用差錯(cuò)控制方法。2．差錯(cuò)的產(chǎn)生原因803．差錯(cuò)控制方法（1）前向糾錯(cuò)（FEC，F(xiàn)orwardErrorCorrection）發(fā)送端根據(jù)一定的編碼規(guī)則對(duì)信息進(jìn)行編碼，形成糾錯(cuò)碼，然后通過(guò)信道傳輸；接收端接收到信息后，如果檢測(cè)到接收信息有錯(cuò)，則通過(guò)一定的算法，確定差錯(cuò)的具體位置，并自動(dòng)加以糾正。物理實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，無(wú)需反復(fù)重發(fā)而延誤傳輸時(shí)間，對(duì)實(shí)時(shí)傳輸有利，但是糾錯(cuò)設(shè)備比較復(fù)雜。無(wú)須反饋信道，適合單向數(shù)字信號(hào)傳輸。比較著名的前向糾錯(cuò)碼有海明碼和BCH碼。3．差錯(cuò)控制方法81（2）自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求（ARQ，AutomaticRepeatreQuest)發(fā)送端根據(jù)一定的編碼規(guī)則對(duì)信息進(jìn)行編碼，形成檢錯(cuò)碼發(fā)送；當(dāng)接收方收到后能檢測(cè)出差錯(cuò)，但不能確定錯(cuò)誤位置，通過(guò)反饋信道要求發(fā)送端重發(fā)原信息，直到接收端認(rèn)可為止，從而實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)。接受端無(wú)須糾錯(cuò)，設(shè)備簡(jiǎn)單?？捎糜陔p向數(shù)據(jù)通信。比較著名的檢錯(cuò)碼有奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼。（2）自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求（ARQ，AutomaticRepeat82（3）反饋檢驗(yàn)法接收端將收到的信息碼原封不動(dòng)地發(fā)回發(fā)送端，與原發(fā)信息碼比較。如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤，則發(fā)送端重發(fā)。反饋檢驗(yàn)的方法、原理和設(shè)備都比較簡(jiǎn)單，但需系統(tǒng)提供雙向信道。（3）反饋檢驗(yàn)法83差錯(cuò)控制編碼的基本思想是在被傳輸信息中增加一些冗余碼，利用附加的冗余碼元和信息碼元之間的約束關(guān)系加以校驗(yàn)，以檢測(cè)和糾正錯(cuò)誤。目前廣泛使用的檢錯(cuò)碼有奇偶校驗(yàn)碼和循環(huán)冗余碼2、差錯(cuò)控制編碼

差錯(cuò)控制編碼的基本思想是在被傳輸信息中增加一些冗余碼，利用附84（1）奇偶校驗(yàn)碼奇偶校驗(yàn)是最常用的差錯(cuò)檢測(cè)方法，也是其他差錯(cuò)檢測(cè)方法的基礎(chǔ)。原理是在代碼的最后一位增加一位校驗(yàn)位后“1”的個(gè)數(shù)成奇數(shù)（奇校驗(yàn)）或成偶數(shù)（偶校驗(yàn)）。經(jīng)過(guò)傳輸后，如果其中一位（包括校驗(yàn)位）出錯(cuò)，接收端按同樣的規(guī)則即可發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤。奇偶校驗(yàn)分為水平奇偶校驗(yàn)、垂直奇偶校驗(yàn)和水平垂直奇偶校驗(yàn)3種。（1）奇偶校驗(yàn)碼851）水平奇偶校驗(yàn)：以字符組為單位，對(duì)一組字符中的相同位在水平方向進(jìn)行編碼校驗(yàn)。數(shù)據(jù)傳輸還是以字符為單位傳輸，先按字符順序進(jìn)行字符的傳輸，最后進(jìn)行校驗(yàn)位的傳輸。奇偶校驗(yàn)位與數(shù)據(jù)一起發(fā)送到接收方，接收方檢測(cè)奇偶校驗(yàn)位。對(duì)于偶校驗(yàn)，若接收方發(fā)現(xiàn)1的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，則說(shuō)明發(fā)生了錯(cuò)誤。只有所有列都發(fā)送完畢，錯(cuò)誤才能夠完全檢查出來(lái)，而且接收方可能不能確定哪個(gè)列出錯(cuò)，只能重發(fā)所有列，這增大了通信設(shè)備的負(fù)擔(dān)。檢錯(cuò)率只有50%。1）水平奇偶校驗(yàn)：以字符組為單位，對(duì)一組字符中的相同位在水平86字符位字符1字符2字符3字符4字符5字符6水平校驗(yàn)位（奇）水平校驗(yàn)位（偶）位111011101位200001001位301111010位411100110位510000110位601011001位710101001垂直校驗(yàn)位（奇）110000垂直校驗(yàn)位（偶）001111字符字符1字符2字符3字符4字符5字符6水平872）垂直奇偶校驗(yàn)：以字符為單位的一種校驗(yàn)方法。對(duì)字符在垂直方向加校驗(yàn)位構(gòu)成校驗(yàn)單元。假設(shè)某一字符的ASCII編碼為0011000，根據(jù)奇偶校驗(yàn)規(guī)則，如果采用奇校驗(yàn)，則校驗(yàn)位應(yīng)為1，即00110001；如果采用偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位應(yīng)為0，即00110000。垂直奇偶校驗(yàn)檢錯(cuò)效果高于水平奇偶校驗(yàn)。3）水平垂直奇偶校驗(yàn)：將前面兩種校驗(yàn)方式結(jié)合而成。在水平方向和垂直方向同時(shí)進(jìn)行校驗(yàn)。2）垂直奇偶校驗(yàn)：以字符為單位的一種校驗(yàn)方法。對(duì)字符在垂直方88（2）循環(huán)冗余碼（CRC，CyclicRedundancyCode）使用較廣泛并且檢錯(cuò)能力較強(qiáng)的一種檢錯(cuò)碼。CRC的工作過(guò)程：在發(fā)送端按一定的算法產(chǎn)生一個(gè)循環(huán)冗余碼，附加在信息數(shù)據(jù)幀后面一起發(fā)送到接收端；接收端將收到的信息按同樣算法進(jìn)行除法運(yùn)算，若余數(shù)為“0”，表示接收的數(shù)據(jù)正確；若余數(shù)不為“0”，表示數(shù)據(jù)在傳輸?shù)倪^(guò)程中出錯(cuò)，請(qǐng)求發(fā)送端重傳數(shù)據(jù)。（2）循環(huán)冗余碼（CRC，CyclicRedundancy89

①將數(shù)據(jù)信息用多項(xiàng)式K(X)表示。如101011→K(X)=X5+X3+X+1，最高冪次為k。②收發(fā)雙方商定一個(gè)生成多項(xiàng)式G(X)。G(X)的最高冪次為r，最高位和最低位系數(shù)必須為1，且r＜k。如取r=4，則G(X)可取為X4+X+1，對(duì)應(yīng)二進(jìn)制序列為10011。循環(huán)冗余校驗(yàn)方法的原理

循環(huán)冗余校驗(yàn)方法的原理90

③發(fā)送端編碼：A．K(X)*Xr即在數(shù)據(jù)信息位的未尾添加r個(gè)零；如：1010110000。B．K(X)*Xr/G(X)(模2運(yùn)算)，余數(shù)為R(X)。如：1010110000/11001，余數(shù)為1001。C．實(shí)際傳送的位串多項(xiàng)式T(X)=K(X)*Xr+R(X)

如：1010111001。模2加減的規(guī)則：加法不進(jìn)位，減法不借位，兩數(shù)相同為0，相異為1；模2乘除法與二進(jìn)制運(yùn)算一樣，做減法時(shí)按模2進(jìn)行，減出的值最高位為0則商為0，減出的值最高位為1則商為1。③發(fā)送端編碼：91④接收端解碼：將T’(x)/G(X)：

若余數(shù)為0，即T’(x)=T(x)，則傳輸無(wú)錯(cuò)誤若余數(shù)不為0，即T’(x)≠T(x)，則傳輸有錯(cuò)誤如：1010111001/11001，余數(shù)為零，傳輸無(wú)誤如：1110111001/11001，余數(shù)不為零，傳輸出錯(cuò)④接收端解碼：92舉例說(shuō)明循環(huán)冗余校驗(yàn)碼多項(xiàng)式T(x)的具體求法

假設(shè)準(zhǔn)備發(fā)送的數(shù)據(jù)信息碼1101011011，生成多項(xiàng)式為G(x)=x4+x+1①計(jì)算信息編碼多項(xiàng)式T(x)M(X)=1101011011G(x)=10011生成多項(xiàng)式的最高次冪r=4，信息碼附加4個(gè)0后形成新的多項(xiàng)式。M'(x)：11010110110000舉例說(shuō)明循環(huán)冗余校驗(yàn)碼多項(xiàng)式T(x)的具體求法假設(shè)準(zhǔn)備發(fā)送93②用模2除法求M'(x)/G(x)的余數(shù)②用模2除法求M'(x)/G(x)的余數(shù)94③得出要傳輸?shù)难h(huán)冗余校驗(yàn)碼多項(xiàng)式將余數(shù)1110直接相加加在M(x)的后面得T(x)=11010110111110④接收端對(duì)接收到的T(x)進(jìn)行校驗(yàn)設(shè)接收端接收到的數(shù)據(jù)為多項(xiàng)式T’(x)，將T’(x)除以G(x)：若余數(shù)為0，即T’(x)=T(x)，則認(rèn)為沒(méi)有錯(cuò)誤。若余數(shù)不為0，即T’(x)≠T(x)，認(rèn)為有錯(cuò)。③得出要傳輸?shù)难h(huán)冗余校驗(yàn)碼多項(xiàng)式95例：設(shè)信息位為10位，冗余位為5位，生成多項(xiàng)式采用X5+X4+X2+1，試計(jì)算傳輸信息為1010001101的CRC編碼。

1010001101的CRC編碼為101000110101110

1101010110

←

Q

商

除數(shù)

P→

110101101000110100000

←

2nM被除數(shù)

110101

111011

110101

111010

110101

111110

110101

101100

110101

110010

110101

01110

←

R

余數(shù)例：設(shè)信息位為10位，冗余位為5位，生成多項(xiàng)式采用X5+X496生成多項(xiàng)式要求：任何一位發(fā)生錯(cuò)誤都應(yīng)使余數(shù)不為零；不同位發(fā)生錯(cuò)誤應(yīng)使余數(shù)不同；對(duì)余數(shù)繼續(xù)作模2運(yùn)算應(yīng)使余數(shù)循環(huán)常用標(biāo)準(zhǔn)多項(xiàng)式有：CRC-12：X12+X11+X3+X2+X+1CRC-16：X16+X15+X2+1CRC-ITU：X16+X12+X5+1CRC-32：X32+X26+X23+X22+X16+X12+X11+

X10+X8+X7+X5+X4+X2+X+1FDDI采用CRC-CCITT：X16+X12+X5+1HDLC采用生成多項(xiàng)式要求：97作業(yè)：1-1，1-23.無(wú)連接通信：數(shù)據(jù)傳輸前無(wú)建立連接過(guò)程，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后無(wú)釋放連接過(guò)程。每個(gè)分組都被獨(dú)立地傳輸，分組的發(fā)送順序和接收順序可能不一致。面向連接通信：數(shù)據(jù)傳輸前有建立連接過(guò)程，數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束后有釋放連接過(guò)程。傳輸?shù)拿總€(gè)分組都有先后的順序關(guān)系，分組的收發(fā)順序相同。作業(yè)：983、面向連接服務(wù)和無(wú)連接服務(wù)從通信角度，各層提供的服務(wù)可分為兩大類(lèi)：所謂連接，就是兩個(gè)對(duì)等實(shí)體為進(jìn)行通信而進(jìn)行的一種結(jié)合。面向連接服務(wù)(connection-oriented)面向連接服務(wù)具有連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放三個(gè)階段。傳輸?shù)臄?shù)據(jù)具有順序性。較適用于在一定時(shí)期內(nèi)向同一地發(fā)送多個(gè)報(bào)文的場(chǎng)合。3、面向連接服務(wù)和無(wú)連接服務(wù)99無(wú)連接服務(wù)(connectionless)

兩個(gè)實(shí)體之間的通信不需要先建立好一個(gè)連接，下層的資源無(wú)需事先預(yù)作準(zhǔn)備，即資源可進(jìn)行動(dòng)態(tài)分配。無(wú)連接服務(wù)是一種不可靠的服務(wù)，常被描述為“盡最大努力交付”(besteffortdelivery)或“盡力而為”。兩個(gè)通信實(shí)體無(wú)需同時(shí)處于活躍(active)狀態(tài)。無(wú)連接服務(wù)有三種類(lèi)型：數(shù)據(jù)報(bào)(datagram)、證實(shí)交付(confirmeddelivery)和請(qǐng)求回答(request-reply)。優(yōu)點(diǎn)：靈活、方便。缺點(diǎn)：不能防止報(bào)文的丟失、重復(fù)和失序。

無(wú)連接服務(wù)(connectionless)1004.有確認(rèn)服務(wù)：對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸正確與否，接收方會(huì)向發(fā)送方回發(fā)一個(gè)反饋信息，即確認(rèn)，發(fā)送方可以根據(jù)情況進(jìn)行處理。適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不好或?qū)?shù)據(jù)傳輸可靠性要求高的情況。無(wú)確認(rèn)服務(wù)：接收方不會(huì)向發(fā)送方做出反饋，適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境好或?qū)?shù)據(jù)傳輸可靠性要求不高的情況。“（a）建立連接”和“（c）釋放連接”一般使用有確認(rèn)服務(wù)?！埃╞）數(shù)據(jù)傳輸”根據(jù)情況可使用有確認(rèn)服務(wù)或無(wú)確認(rèn)服務(wù)。4.1016.策略一適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不好的情況。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不好的情況下，每個(gè)分組丟失或出錯(cuò)的概率都比較大，因此需要對(duì)分組進(jìn)行確認(rèn)；如果采用策略二，以每個(gè)文件為單位進(jìn)行確認(rèn)，那么其中一個(gè)分組的傳輸錯(cuò)誤可以造成整個(gè)文件不能被確認(rèn)，這樣文件傳輸成功率會(huì)很低。策略二適用于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可靠的情況。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境可靠的情況下，分組傳輸出錯(cuò)概率很小，這樣當(dāng)文件的所有分組傳輸成功之后，對(duì)整個(gè)文件進(jìn)行確認(rèn)即可；如果采用策略一，那么大量的時(shí)間都浪費(fèi)在對(duì)正確分組的確認(rèn)上了。6.102第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述1.5數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

本章主要內(nèi)容第1章計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述本章主要內(nèi)容103數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

通信系統(tǒng)模型調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話(huà)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(hào)模擬信號(hào)正文正文源系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)PC機(jī)輸出信息m’傳輸系統(tǒng)輸入信息m發(fā)送的信號(hào)S(t)源點(diǎn)發(fā)送器接收器噪聲輸入數(shù)據(jù)d(t)接收的信號(hào)r(t)輸出數(shù)據(jù)d’(t)終點(diǎn)通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)

通信系統(tǒng)模型調(diào)制解調(diào)器PC機(jī)公用電話(huà)網(wǎng)調(diào)104通信系統(tǒng)模型(續(xù)1)源系統(tǒng)源點(diǎn)它是生成數(shù)據(jù)的設(shè)備。如計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字比特流。發(fā)送器通常源點(diǎn)生成的數(shù)據(jù)要通過(guò)發(fā)送器編碼后才能夠成為在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸?shù)碾姶判盘?hào)。典型的發(fā)送器是調(diào)制器，它將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字比特流轉(zhuǎn)換成可在電話(huà)網(wǎng)上傳輸?shù)哪M信號(hào)。傳輸系統(tǒng)傳輸線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。目的系統(tǒng)接收器接收來(lái)自傳輸系統(tǒng)的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換成終點(diǎn)可處理的信息。典型的接收器是解調(diào)器，它把來(lái)自傳輸線(xiàn)路上的模擬信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，還原出發(fā)送端產(chǎn)生的數(shù)字比特流。

終點(diǎn)獲取來(lái)自接收器數(shù)據(jù)的設(shè)備。通信系統(tǒng)模型(續(xù)1)源系統(tǒng)1051-信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)1、信息通信是在源點(diǎn)與終點(diǎn)之間傳遞信息。信息和消息是兩個(gè)不同概念的名詞。消息是指能向人們表達(dá)客觀(guān)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和主觀(guān)思維活動(dòng)的文字、符號(hào)、數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和圖像等。它具有兩個(gè)特點(diǎn)為：①能被通信雙方所理解；②可以相互傳遞。信息是指包含在消息中對(duì)通信者有意義的內(nèi)容。消息是信息的載體，消息中可能包含有信息。1-信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)1、信息106信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)2、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)是對(duì)某一事實(shí)的不經(jīng)解釋并賦予一定含義的數(shù)字、字母、文字等符號(hào)及其組合的原始表達(dá)。是消息的一種表示形式，是傳達(dá)某種意義或信息的實(shí)體。當(dāng)信息被表示為數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)中就包含了信息。因此，信息可以通過(guò)解釋數(shù)據(jù)來(lái)產(chǎn)生。數(shù)據(jù)分為模擬數(shù)據(jù)和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。模擬數(shù)據(jù)在一段時(shí)間內(nèi)具有連續(xù)的值(如聲音等)，而數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)則具有離散的值(如文本等)。信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)2、數(shù)據(jù)107信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)3、信號(hào)信號(hào)的分類(lèi)信號(hào)是數(shù)據(jù)的具體表示形式。目前常用的是電信號(hào)。對(duì)數(shù)據(jù)通信有用的幾種分類(lèi)方法。(1)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)(2)連續(xù)信號(hào)與離散信號(hào)(3)隨機(jī)信號(hào)與確定信號(hào)(4)周期信號(hào)與非周期信號(hào)信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)3、信號(hào)108信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)信號(hào)的特性信號(hào)的特性表現(xiàn)在時(shí)間特性和頻率特性?xún)蓚€(gè)方面。時(shí)間特性主要指信號(hào)隨時(shí)間變化的特性。信號(hào)隨時(shí)間變化的表現(xiàn)包含了信號(hào)的全部信息量。頻率特性是指信號(hào)可用頻譜函數(shù)來(lái)表示的特性。頻譜函數(shù)表征信號(hào)的各頻率成分，以及各頻率成分的振幅和相位。信息、數(shù)據(jù)和信號(hào)信號(hào)的特性1092-傳輸信道1、信道概述廣義信道將傳輸媒體和完成各種形式的變換功能的設(shè)備都包含在內(nèi)的信道。根據(jù)具體的研究對(duì)象和關(guān)心的問(wèn)題，可定義不同類(lèi)型的廣義信道。如調(diào)制信道、編碼信道等。狹義信道僅指?jìng)鬏斆襟w的信道。廣義信道（編碼信道）傳輸系統(tǒng)源點(diǎn)編碼器調(diào)制器載波機(jī)載波機(jī)解調(diào)器解碼器終點(diǎn)狹義信道廣義信道（調(diào)制信道）2-傳輸信道1、信道概述廣義信道（編碼信道）傳輸源編碼器調(diào)制110傳輸信道信道的功能具有兩面性：它既為信號(hào)提供傳輸通路，又對(duì)信號(hào)造成損害(如衰減和畸變)。實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）發(fā)送信號(hào)波形接收信號(hào)波形發(fā)送信號(hào)波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）接收信號(hào)波形數(shù)字信號(hào)通過(guò)實(shí)際信道的兩種情況⑴有失真，尚可識(shí)別⑵失真大，無(wú)法識(shí)別

傳輸信道信道的功能具有兩面性：它既為信號(hào)提供傳輸通路，又對(duì)信111傳輸信道信道和電路是兩個(gè)不同的概念。它是電路的邏輯部件。通常用來(lái)表示某一個(gè)方向傳送信息的媒體，一條通信電路往往包含一條發(fā)送信道和一條接收信道。傳輸信道信道和電路是兩個(gè)不同的概念。它是電路的邏輯部件。通常112傳輸信道信道分類(lèi)(1)模擬信道和數(shù)字信道按照信道上傳輸?shù)男盘?hào)種類(lèi)分為：模擬信道允許傳輸波形連續(xù)變化的模擬信號(hào)的信道。其傳輸特性可用等效的四端網(wǎng)絡(luò)傳輸函數(shù)來(lái)表示。模擬信道又可分為恒參信道和變參信道。其質(zhì)量可用失真和輸出信噪比來(lái)衡量。數(shù)字信道只允許傳輸離散取值的數(shù)字信號(hào)的信道。其質(zhì)量可用差錯(cuò)率和差錯(cuò)序列的統(tǒng)計(jì)特性來(lái)衡量。傳輸信道信道分類(lèi)113傳輸信道(2)單工、半雙工和全雙工信道按照信道上信號(hào)傳送方向與時(shí)間的關(guān)系分為：?jiǎn)喂ば诺腊腚p工信道全雙工信道(3)專(zhuān)(租)用信道和公用信道按照使用信道的方法分為：專(zhuān)用信道公用信道傳輸信道(2)單工、半雙工和全雙工信道114第1章-3-數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)知識(shí)要點(diǎn)課件1152-傳輸信道(續(xù)4)(4)有線(xiàn)信道和無(wú)線(xiàn)信道按照信道采用傳輸媒體的不同分為：有線(xiàn)信道以有形的導(dǎo)向傳輸媒體(如雙絞線(xiàn)、同軸電纜、光纜)為傳輸媒體的信道。無(wú)線(xiàn)信道以非導(dǎo)向傳輸媒體(如宇宙空間)為傳輸媒體的信道。利用現(xiàn)有信道來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸是一種既經(jīng)濟(jì)又可行的方案，但必須了解信道的特點(diǎn)，以及它對(duì)傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)的影響和限制。2-傳輸信道(續(xù)4)(4)有線(xiàn)信道和無(wú)線(xiàn)信道1162-傳輸信道(續(xù)5)2、信道容量對(duì)于給定的信道環(huán)境，傳輸速率與誤碼率有何關(guān)系？或者說(shuō)，在一定的誤碼率條件下，傳輸速率是否存在一個(gè)極限值？信息論證明了這個(gè)極限值的存在，并稱(chēng)其為信道容量。信道容量對(duì)于給定的信道環(huán)境，在傳輸差錯(cuò)率(即誤碼率)趨向零的情況下，單位時(shí)間內(nèi)可以傳輸?shù)男畔⒘??；蛘咝诺廊萘渴切诺涝趩挝粫r(shí)間里所能傳輸?shù)淖畲笏俾?。其單位是比?秒(bit/s)。2-傳輸信道(續(xù)5)2、信道容量1172-傳輸信道(續(xù)6)(1)模擬信道的信道容量香農(nóng)定律指出：在信號(hào)平均功率受限的高斯白噪聲信道中，計(jì)算信道容量的理論公式為(2-6)(b/s)上式中，

是信道帶寬，以Hz為單位；是平均信號(hào)噪聲功率比，為信號(hào)功率，為噪聲功率。這里的噪聲為正態(tài)分布的加性高斯白噪聲。高斯白噪聲在整個(gè)頻域具有均勻分布的功率譜密度及噪聲的概率密度函數(shù)服從高斯分布(正態(tài)分布)。2-傳輸信道(續(xù)6)(1)模擬信道的信道容量(2-6)(b1182-傳輸信道(續(xù)7)香農(nóng)公式的重要結(jié)論：①任何一條信道都有其信道容量。如信源的傳輸速率小于或等于信道容量，則理論上就存在一種編碼方法，使得進(jìn)行無(wú)差錯(cuò)傳輸。②信道容量與帶寬和信噪比有關(guān)。增加帶寬可以提高信道容量，從而改善通信質(zhì)量。這就是常用的帶寬互換功率的方法。編碼和調(diào)制是實(shí)現(xiàn)帶寬與信噪比互換的手段。③如果B→∞，則信道容量并不會(huì)趨向于無(wú)限大，而是趨于常數(shù)。這里為單位頻帶內(nèi)的噪聲功率。④如考慮到信道容量是傳輸?shù)男畔⒘縄與傳輸時(shí)間t之比，則香農(nóng)公式可改寫(xiě)為。說(shuō)明B和T之間也存在某種互換關(guān)系。

2-傳輸信道(續(xù)7)香農(nóng)公式的重要結(jié)論：1192-傳輸信道(續(xù)8)(2)數(shù)字信道的信道容量奈奎斯特認(rèn)為，即使是理想信道（無(wú)噪聲、無(wú)碼間干擾），它的傳輸能力也是有限的。對(duì)于一條有限帶寬、無(wú)噪聲的理想信道信道容量的計(jì)算公式：M是被傳輸信號(hào)的取值狀態(tài)數(shù)。上式表明，對(duì)于給定的帶寬可以通過(guò)增加信號(hào)取值的狀態(tài)數(shù)來(lái)提高信道容量。但這將會(huì)加重接收器的負(fù)擔(dān)。也即在每個(gè)信號(hào)碼元時(shí)間內(nèi)，必須從M個(gè)可能的狀態(tài)中區(qū)分出一個(gè)狀態(tài)來(lái)。同時(shí)，傳輸線(xiàn)上的噪聲和其他損傷也將會(huì)限制的實(shí)際取值。(2-10)(b/s)2-傳輸信道(續(xù)8)(2)數(shù)字信道的信道容量上式表明，1202-傳輸信道(續(xù)9)3、傳輸方式和傳輸速率(1)傳輸方式

①基帶傳輸和頻帶傳輸按照傳輸系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)過(guò)程中是否搬移其頻譜，傳輸方式可分兩類(lèi)：基帶傳輸指不搬移信號(hào)頻譜的傳輸體制。頻帶傳輸指利用調(diào)制解調(diào)器搬移信號(hào)頻譜的傳輸體制。之所以搬移頻譜是為了適應(yīng)信道的頻率特性。2-傳輸信道(續(xù)9)3、傳輸方式和傳輸速率1212-傳輸信道(續(xù)10)②串行傳輸和并行傳輸按照傳輸數(shù)據(jù)的時(shí)空順序，傳輸方式可分為兩類(lèi)：串行傳輸指數(shù)據(jù)在一個(gè)信道上按位依次傳輸?shù)姆绞?。其特點(diǎn)是：所需線(xiàn)路數(shù)少，投資省，線(xiàn)路利用率高；在發(fā)送和接收端需要分別進(jìn)行并/串和串/并轉(zhuǎn)換；收發(fā)之間必須實(shí)施同步。適用于遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸。

并行傳輸指數(shù)據(jù)在多個(gè)信道上同時(shí)傳輸?shù)姆绞?。其特點(diǎn)是：在終端裝置和線(xiàn)路之間不需要對(duì)傳輸代碼作時(shí)序變換；需要n條信道的傳輸設(shè)施，故其成本較高。適用于要求傳輸速率高的短距離數(shù)據(jù)傳輸。2-傳輸信道(續(xù)10)②串行傳輸和并行傳輸1222-傳輸信道(續(xù)11)串行傳輸

接收端

發(fā)送端01001010并/串轉(zhuǎn)換串/并轉(zhuǎn)換01001100并行傳輸發(fā)送端接收端2-傳輸信道(續(xù)11)串行傳輸接發(fā)01001010并1232-傳輸信道(續(xù)12)③異步傳輸和同步傳輸在串行傳輸時(shí)，發(fā)收雙方必須實(shí)現(xiàn)的同步有三種，即比特同步、字符同步和塊(或幀)同步。其實(shí)現(xiàn)方法可分為兩類(lèi)：異步傳輸01010010起始位停止位線(xiàn)路空閑1個(gè)字符傳送方向2-傳輸信道(續(xù)12)③異步傳輸和同步傳輸0101001242-傳輸信道(續(xù)13)同步傳輸┅同步標(biāo)志幀信息傳送方向幀信息同步標(biāo)志┅異步/同步傳輸?shù)膮^(qū)別是：異步傳輸?shù)陌l(fā)送器的接收器的時(shí)鐘是不同步的，而同步傳輸兩者的時(shí)鐘是同步的。2-傳輸信道(續(xù)13)同步傳輸┅同步幀信息傳送方向幀信息1252-傳輸信道(續(xù)14)④單工、半雙工和全雙工按照數(shù)據(jù)信號(hào)在信道上的傳送方向與時(shí)間的關(guān)系，傳輸方式可分為三類(lèi)：?jiǎn)喂ぶ竷蓚€(gè)站之間只能沿一個(gè)指定的方向傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。半雙工指兩個(gè)站之間可以在兩個(gè)方向上傳送數(shù)據(jù)信號(hào)，但不能同時(shí)進(jìn)行。又稱(chēng)“雙向交替”模式。全雙工指兩個(gè)站之間可以在兩個(gè)方向上同時(shí)傳送數(shù)據(jù)信號(hào)。2-傳輸信道(續(xù)14)④單工、半雙工和全雙工1262-傳輸信道(續(xù)15)

(a)單工通信(單向通信)(b)半雙工通信(雙向交替通信)(c)全雙工通信(雙向同時(shí)通信)A站A站A站B站B站B站2-傳輸信道(續(xù)15)(a)單工通信(b)半雙工通1272-傳輸信道(續(xù)16)(2)傳輸速率傳輸速率指單位時(shí)間內(nèi)傳送的信息量，是衡量數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)傳輸能力的一個(gè)重要指標(biāo)。常用的有兩種傳輸速率：調(diào)制速率(或波特率、碼元速率)表示信號(hào)在調(diào)制過(guò)程中，單位時(shí)間內(nèi)信號(hào)波形的變換次數(shù)。其單位是波特。在數(shù)據(jù)通信中，單位調(diào)制信號(hào)波被稱(chēng)為碼元，因而調(diào)制速率也可定義為每秒鐘傳輸?shù)男盘?hào)碼元個(gè)數(shù)，所以調(diào)制速率又稱(chēng)為碼元傳輸速率(簡(jiǎn)稱(chēng)碼元速率)。(Baud)(2-11)2-傳輸信道(續(xù)16)(2)傳輸速率(Baud)(2-1282-傳輸信道(續(xù)17)數(shù)據(jù)信號(hào)速率(或傳信率、比特率)指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)信道的信息量。其單位是比特/秒。式中，n為并行傳輸?shù)耐窋?shù)；Ti為第i路單位調(diào)制信號(hào)波的時(shí)間長(zhǎng)度(s)；Mi為第i路調(diào)制信號(hào)波的狀態(tài)數(shù)。常用的數(shù)據(jù)信號(hào)速率的單位還有

1kb/s＝1000b/s，1Mb/s＝1000kb/s，1Gb/s＝1000Mb/s，1Tb/s＝1000Gb/s。調(diào)制速率與數(shù)據(jù)信號(hào)速率的關(guān)系(b/s)(2-12)2-傳輸信道(續(xù)17)數(shù)據(jù)信號(hào)速率(或傳信率、比特率)129計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1、速率速率是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中最重要的一個(gè)性能指標(biāo)。指計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的主機(jī)在信道上單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。其單位是b/s(bit/s或bps)。有時(shí)也用kb/s，Mb/s，Gb/s

等。又稱(chēng)數(shù)據(jù)率(datarate)或比特率(bitrate)。比特(bit)是計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)量的單位，也是信息論中使用的信息量的單位。bit來(lái)源于binarydigit，意思是一個(gè)“二進(jìn)制數(shù)字”，因此一個(gè)比特就是二進(jìn)制數(shù)字中的一個(gè)1或0。速率指的是額定速率或標(biāo)稱(chēng)速率。它與許多因素（如主機(jī)的處理能力、信道容量、信道的擁塞狀況等）有關(guān)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)1、速率130計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2、帶寬帶寬(bandwidth)原指某個(gè)信號(hào)所占有的頻帶寬度。單位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等)。過(guò)去通信線(xiàn)路傳送模擬信號(hào)，通信線(xiàn)路允許傳送的信號(hào)頻率范圍稱(chēng)為線(xiàn)路的帶寬。如話(huà)音信號(hào)的帶寬是3.1kHz(300Hz～3400Hz)。如今網(wǎng)絡(luò)的通信線(xiàn)路傳送數(shù)字信號(hào)，帶寬表示網(wǎng)絡(luò)的通信線(xiàn)路傳送數(shù)據(jù)的能力，即從網(wǎng)絡(luò)中的某一點(diǎn)到另一點(diǎn)所能達(dá)到的最高數(shù)據(jù)傳輸速率，單位是比特/秒(b/s)。更常用的單位是：千比/秒或kb/s(103b/s)；兆比/秒或Mb/s(106b/s)；吉比/秒或Gb/s(109b/s)和太比/秒或Tb/s(1012b/s)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)2、帶寬131數(shù)字信號(hào)流隨著時(shí)間的變化關(guān)系在時(shí)間軸上信號(hào)的寬度隨帶寬的增大而變窄。每秒

106

個(gè)比特時(shí)間1

01

0

111s帶寬為1Mb/s時(shí)間每秒

4

106

個(gè)比特0.25s帶寬為4Mb/s數(shù)字信號(hào)流隨著時(shí)間的變化關(guān)系每秒106個(gè)比特時(shí)間1132計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)3、吞吐量吞吐量(throughput)指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)某個(gè)網(wǎng)絡(luò)(或信道、接口)的數(shù)據(jù)量，其單位是比特/秒(b/s)。有時(shí)也可用字節(jié)/秒(B/s)或幀/秒。吞吐量常用于對(duì)某個(gè)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)行性能測(cè)試。吞吐量受網(wǎng)絡(luò)的帶寬或網(wǎng)絡(luò)的額定速率的限制。如100M以太網(wǎng)，典型的吞吐量?jī)H為70Mb/s。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)3、吞吐量133計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)4、時(shí)延指數(shù)據(jù)(一個(gè)報(bào)文或分組或比特)從網(wǎng)絡(luò)(或鏈路)的一端傳送到另一端所需要的時(shí)間。時(shí)延由四個(gè)部分組成：(1)發(fā)送時(shí)延(transmissiondelay)

指主機(jī)或路由器發(fā)送數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間，也就是從發(fā)送數(shù)據(jù)幀的第一個(gè)比特算起，到該幀的最后一個(gè)比特發(fā)送完畢所需的時(shí)間。也稱(chēng)傳輸時(shí)延。發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（比特）信道帶寬（比特/秒）計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)4、時(shí)延發(fā)送時(shí)延=數(shù)據(jù)幀長(zhǎng)度（比特）134(2)傳播時(shí)延

指電磁波在信道中傳播一定距離所花費(fèi)的時(shí)間。例：自由空間中電磁波的傳播速率為3.0×105km/s銅線(xiàn)電纜中電磁波的傳播速率為2.3×105km/s

光纜中電磁波的傳播速率為2.0×105km/s注意：發(fā)送速率和信號(hào)在信道上的傳播速率是兩個(gè)完全不同的概念。傳播時(shí)延=信道長(zhǎng)度（米）電磁波在信道上的傳播速率（米/秒）(2)傳播時(shí)延指電磁波在信道中傳播一定距離所花費(fèi)的時(shí)間。135(3)處理時(shí)延

指主機(jī)或路由器為處理分組所花費(fèi)的時(shí)間。包括分析分組的首部、從分組中提取數(shù)據(jù)部分、進(jìn)行差錯(cuò)檢驗(yàn)或查找適當(dāng)?shù)穆酚傻取?/p>

(4)排隊(duì)時(shí)延指分組進(jìn)入路由器后，需先在輸入隊(duì)列中排隊(duì)等待處理，以及處理完畢后在輸出隊(duì)列中排隊(duì)等待轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)間。排隊(duì)時(shí)延的長(zhǎng)短往往與網(wǎng)絡(luò)中當(dāng)時(shí)的通信量有關(guān)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的通信量很大時(shí)，會(huì)發(fā)生隊(duì)列溢出，使分組丟失，這相當(dāng)于處理時(shí)延為無(wú)窮大。注意：上述哪一種時(shí)延在總時(shí)延中占主導(dǎo)地位，必須具體分析。(3)處理時(shí)延指主機(jī)或路由器為處理分組所花費(fèi)的時(shí)間。包括136數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的總時(shí)延就是傳輸時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延和排隊(duì)時(shí)延之和：總時(shí)延=發(fā)送時(shí)延+傳播時(shí)延+處理時(shí)延+排隊(duì)時(shí)延發(fā)送時(shí)延傳播時(shí)延發(fā)送器處理時(shí)延結(jié)點(diǎn)B100110101101010010┅輸入隊(duì)列結(jié)點(diǎn)A輸出隊(duì)列處理器排隊(duì)時(shí)延數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中經(jīng)歷的總時(shí)延就是傳輸時(shí)延、傳播時(shí)延和處理時(shí)延和排137傳播時(shí)延發(fā)送時(shí)延處理和排隊(duì)時(shí)延時(shí)間tA站B站傳播時(shí)延發(fā)送時(shí)延處理和排隊(duì)時(shí)延時(shí)間tA站B站138例：一個(gè)長(zhǎng)度為100MB(M表示220=1048576)的數(shù)據(jù)塊在帶寬為1Mb/s(M表示106)，長(zhǎng)度為的光1000km的光纜信道上傳輸時(shí)的各種時(shí)延：

發(fā)送時(shí)延10010485768/106=838.9s

傳播時(shí)延1000km為5ms，1km為5s（傳播速率為2.0×105km/s）

處理時(shí)延視計(jì)算機(jī)處理速度而定。結(jié)論：總時(shí)延基本上取決于發(fā)送時(shí)延。

例：一個(gè)長(zhǎng)度為100MB(M表示220=1048576)的139往返時(shí)延往返時(shí)延RTT(Round-TripTime)表示從發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)開(kāi)始，到發(fā)送端收到來(lái)自接收端的確認(rèn)應(yīng)答所經(jīng)歷的時(shí)延。如果接收端收到數(shù)據(jù)后立即發(fā)送確認(rèn)，這相當(dāng)于傳播時(shí)延的兩倍。例：設(shè)某段鏈路的傳播時(shí)延為20ms，則它的往返時(shí)延RTT＝40ms。在復(fù)雜的互聯(lián)網(wǎng)中，往返時(shí)延應(yīng)包括各中間結(jié)點(diǎn)的處理時(shí)延和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)延。往返時(shí)延140計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的性能指標(biāo)5、時(shí)延帶寬積時(shí)延帶寬積是指時(shí)延與帶寬之乘積。時(shí)延帶寬積=傳播時(shí)延帶寬(傳播)時(shí)