1
计算机网络
COMPUTER NETWORKS
第二章 数据通信基础
2
课前复习
下列哪种网络不适用局域网的概念？当处理机间的距离为：
10m
100m
1km
100km
局域网通常采用的拓扑结构有：
星形
环形
总线形
不规则形
全连接形
3
课前复习
计算机网络体系结构是从什么角度描述计算机网络结构的？
TCP/IP模型由低到高分别是：
A) 传输层 → 应用层 → 网络访问层 → 网络互联层
B) 网络访问层 → 网络互联层 → 传输层 → 应用层
C) 应用层 → 传输层 → 网络互联层 → 网络访问层
D) 网络访问层 → 传输层 → 网络互联层 → 应用层
功能
4
课前复习
以下关于分层描述正确的是：
第三层是第二层的服务提供者
分层越多越好，保证不同层不会有相同功能
应尽可能将各种功能抽象化后进行综合及分层
以下关于计算机网络体系结构描述正确的是：
Internet遵循的是 ISO/OSI标准
OSI参考模型分为七层
TCP/IP先有体系结构后有协议
5
内容提要
通信模型
数据传输术语
频率、频谱和带宽
信道容量
传输损耗
传输介质
多路复用
数据交换技术
6
通信系统模型公用电话网
7
通信系统模型
源站,产生传输的数据，例如电话和 PC
发送器,将源站发来的信息转化并编码成能够在各种传输系统中进行传输的电磁信号，例如
modem能够将数字比特流转化成能够在电话网中传输的模拟信号
传输系统,源设备和目的设备之间的网络系统
接收器,接收信号，并将其转化成目的站能够处理的信息
目的站,从接收器获取信息
8
模拟通信与数字通信源站 发送器传输系统接收器 目的站噪声编码译码
9
数字通信的优点
P26
10
内容提要
通信模型
数据传输术语
频率、频谱和带宽
信道容量
传输损耗
传输介质
多路复用
数据交换技术
11
数据传输术语
数据通信
传输介质
直接连接
通信方式
模拟信号和数字信号
频率、频谱和带宽
12
数据通信
计算机网络中传输的信息都是数字数据，
所以计算机之间的通信是所谓数据通信方式
13
传输介质
数据传输是在发送器和接收器之间通过传输介质进行的
传输介质可以分为有线和无线传输介质
在有线介质中，电磁波沿着物理通路呈导向性传播
无线介质可以传播电磁波，但并不为它们导向
有线介质有：双绞线、同轴电缆、光纤等
无线介质一般指自由空间
14
直接连接
直接连接：两台设备间传输信道直接相连，除了增强信号的放大器或中继器外，没有其他中间器件
连接形式主要有点到点、点到多点两种
A B点到点
A B C D多点连接
15
通信方式
信息传送方向和时间的关系
单工通信方式信息只能单向传输，监视信号可回送。
半双工通信方式信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。
A B
数据监视信号
A B
数据监视信号
16
通信方式
全双工通信方式信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。
A B
数据监视信号
17
数据和信号
数据
模拟数据，例如：语音，视频图象
数字数据，例如：文本，整数
信号
信号是数据的电气或者电磁形式的编码
分为模拟信号和数字信号
18
模拟信号和数字信号数字信号时间振幅时间模拟信号振幅
19
内容提要
通信模型
数据传输术语
频率、频谱和带宽
信道容量
传输损耗
传输介质
多路复用
数据交换技术
20
频率、频谱和带宽
时域概念
连续信号与离散信号
周期性信号：
满足表达式 s(t+T)=s(t) -∞<t<+∞
正弦波：振幅 (A)、频率 (?)、相位 (?)
s(t)=Asin(2t+?)
21
周期信号波形时间周期
A
-A
信号强度
0
正弦波T=1/?
1
时间周期
A
-A
0
信号强度方 波T=1/?
1
22
周期信号波形
1.0
-1.0
0
0.5
0.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0s
A=1,?=1,?=0=0.5,?=1,?=0?=2,A=1,?=1,?=?/4
Asin(2t+?)
23
频域概念
1.0
-1.0
0
0.5
0.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0T
1/3sin(2?(3?1 )t)Sin(21 t+?)+1/3sin(2?(3?1 )t)
电磁信号是由多种频率组成的（傅里叶理论：周期信号都可表示为成 谐波 关系的正弦信号的加权和），如上图所示。
当全部信号的频率成分为某一频率的整数倍时，这一频率就称为 基本频率 或 基波,整个信号的周期等于基频周期
Sin(21 t+?)
24
频域响应1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0 1 2 3 4f11.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
0 1 2 3 4 5/X
S(f)
S(f)
S(t)=sin(21 t)+1/3sin(2?(3?1 )t)
S(t)=1 –X/2≤t≤X/2
25
思考
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0 1 2 3 4f1
S(f)
S(t)=sin(21 t)+1/3sin(2?(3?1 )t)
S(t)=1+sin(21 t)+1/3sin(2?(3?1 )t)
S(t)=？
26
矩形波的频率成分可以用下式表示：
s(t)=A×
此波形有无限的频率成分，也就具有无限的带宽
波形里大部分能量集中在极少的几个频率成分中
)2s in (1 1
1:
tkfk
kk
奇数，
27
例
如果把带宽限制在头三个频率成分范围内设 f1=106Hz=1MHz则信号的带宽为多少？
(5?106)-106=4MHz
28
信号的绝对带宽和有效带宽
绝对带宽,指信号的频谱宽度
对许多信号来说，其带宽是无限的
有效带宽,一个信号的绝大部分能量集中在相当窄的频带内，这个频带称为有效带宽，简称 带宽
信道的带宽,信道能够传输的信号的频率范围，由传输介质的特性决定
29
内容提要
通信模型
数据传输术语
频率、频谱和带宽
信道容量
传输损耗
传输介质
多路复用
数据交换技术
30
信道容量
信道：发送器和接收器之间用以传输信号的媒介或途径
信道容量：给定通信路径或信道上的数据传送速度
数据传输速率
带宽
噪声
误码率
31
信道的最大容量
奈奎斯特（ Nyquist）公式：（无噪声信道）
C=2Wlog2M
M—离散性信号或电平的个数；
W —信道带宽
C —信道容量
香农（ Shannon）公式 （有噪声信道）
C=Wlog2(1+S/N)
W —信道带宽
C —信道容量
S/N —信噪比
S/N=Ps/Pn
(S/N)db=10log10(S/N)
32
例子
假设一个音频电话线路支持的频率范围为 300Hz到 3400Hz，其信噪比是 25dB，
试求这个线路传输速率的上限解：由题可知，这条线路的带宽为：
W=3400-300=3100 (Hz)
又因为信噪比为 25dB，故由公式：
(S/N)db=10log10(S/N) 可得 S/N=102.5=316
由香农公式可得：
C=3100log2(1+316)=25761 (b/s)
计算机网络
COMPUTER NETWORKS
第二章 数据通信基础
2
课前复习
下列哪种网络不适用局域网的概念？当处理机间的距离为：
10m
100m
1km
100km
局域网通常采用的拓扑结构有：
星形
环形
总线形
不规则形
全连接形
3
课前复习
计算机网络体系结构是从什么角度描述计算机网络结构的？
TCP/IP模型由低到高分别是：
A) 传输层 → 应用层 → 网络访问层 → 网络互联层
B) 网络访问层 → 网络互联层 → 传输层 → 应用层
C) 应用层 → 传输层 → 网络互联层 → 网络访问层
D) 网络访问层 → 传输层 → 网络互联层 → 应用层
功能
4
课前复习
以下关于分层描述正确的是：
第三层是第二层的服务提供者
分层越多越好，保证不同层不会有相同功能
应尽可能将各种功能抽象化后进行综合及分层
以下关于计算机网络体系结构描述正确的是：
Internet遵循的是 ISO/OSI标准
OSI参考模型分为七层
TCP/IP先有体系结构后有协议
5
内容提要
通信模型
数据传输术语
频率、频谱和带宽
信道容量
传输损耗
传输介质
多路复用
数据交换技术
6
通信系统模型公用电话网
7
通信系统模型
源站,产生传输的数据，例如电话和 PC
发送器,将源站发来的信息转化并编码成能够在各种传输系统中进行传输的电磁信号，例如
modem能够将数字比特流转化成能够在电话网中传输的模拟信号
传输系统,源设备和目的设备之间的网络系统
接收器,接收信号，并将其转化成目的站能够处理的信息
目的站,从接收器获取信息
8
模拟通信与数字通信源站 发送器传输系统接收器 目的站噪声编码译码
9
数字通信的优点
P26
10
内容提要
通信模型
数据传输术语
频率、频谱和带宽
信道容量
传输损耗
传输介质
多路复用
数据交换技术
11
数据传输术语
数据通信
传输介质
直接连接
通信方式
模拟信号和数字信号
频率、频谱和带宽
12
数据通信
计算机网络中传输的信息都是数字数据，
所以计算机之间的通信是所谓数据通信方式
13
传输介质
数据传输是在发送器和接收器之间通过传输介质进行的
传输介质可以分为有线和无线传输介质
在有线介质中，电磁波沿着物理通路呈导向性传播
无线介质可以传播电磁波，但并不为它们导向
有线介质有：双绞线、同轴电缆、光纤等
无线介质一般指自由空间
14
直接连接
直接连接：两台设备间传输信道直接相连，除了增强信号的放大器或中继器外，没有其他中间器件
连接形式主要有点到点、点到多点两种
A B点到点
A B C D多点连接
15
通信方式
信息传送方向和时间的关系
单工通信方式信息只能单向传输，监视信号可回送。
半双工通信方式信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输。
A B
数据监视信号
A B
数据监视信号
16
通信方式
全双工通信方式信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构。
A B
数据监视信号
17
数据和信号
数据
模拟数据，例如：语音，视频图象
数字数据，例如：文本，整数
信号
信号是数据的电气或者电磁形式的编码
分为模拟信号和数字信号
18
模拟信号和数字信号数字信号时间振幅时间模拟信号振幅
19
内容提要
通信模型
数据传输术语
频率、频谱和带宽
信道容量
传输损耗
传输介质
多路复用
数据交换技术
20
频率、频谱和带宽
时域概念
连续信号与离散信号
周期性信号：
满足表达式 s(t+T)=s(t) -∞<t<+∞
正弦波：振幅 (A)、频率 (?)、相位 (?)
s(t)=Asin(2t+?)
21
周期信号波形时间周期
A
-A
信号强度
0
正弦波T=1/?
1
时间周期
A
-A
0
信号强度方 波T=1/?
1
22
周期信号波形
1.0
-1.0
0
0.5
0.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0s
A=1,?=1,?=0=0.5,?=1,?=0?=2,A=1,?=1,?=?/4
Asin(2t+?)
23
频域概念
1.0
-1.0
0
0.5
0.5
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0T
1/3sin(2?(3?1 )t)Sin(21 t+?)+1/3sin(2?(3?1 )t)
电磁信号是由多种频率组成的（傅里叶理论：周期信号都可表示为成 谐波 关系的正弦信号的加权和），如上图所示。
当全部信号的频率成分为某一频率的整数倍时，这一频率就称为 基本频率 或 基波,整个信号的周期等于基频周期
Sin(21 t+?)
24
频域响应1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0 1 2 3 4f11.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
-0.2
-0.4
0 1 2 3 4 5/X
S(f)
S(f)
S(t)=sin(21 t)+1/3sin(2?(3?1 )t)
S(t)=1 –X/2≤t≤X/2
25
思考
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0 1 2 3 4f1
S(f)
S(t)=sin(21 t)+1/3sin(2?(3?1 )t)
S(t)=1+sin(21 t)+1/3sin(2?(3?1 )t)
S(t)=？
26
矩形波的频率成分可以用下式表示：
s(t)=A×
此波形有无限的频率成分，也就具有无限的带宽
波形里大部分能量集中在极少的几个频率成分中
)2s in (1 1
1:
tkfk
kk
奇数，
27
例
如果把带宽限制在头三个频率成分范围内设 f1=106Hz=1MHz则信号的带宽为多少？
(5?106)-106=4MHz
28
信号的绝对带宽和有效带宽
绝对带宽,指信号的频谱宽度
对许多信号来说，其带宽是无限的
有效带宽,一个信号的绝大部分能量集中在相当窄的频带内，这个频带称为有效带宽，简称 带宽
信道的带宽,信道能够传输的信号的频率范围，由传输介质的特性决定
29
内容提要
通信模型
数据传输术语
频率、频谱和带宽
信道容量
传输损耗
传输介质
多路复用
数据交换技术
30
信道容量
信道：发送器和接收器之间用以传输信号的媒介或途径
信道容量：给定通信路径或信道上的数据传送速度
数据传输速率
带宽
噪声
误码率
31
信道的最大容量
奈奎斯特（ Nyquist）公式：（无噪声信道）
C=2Wlog2M
M—离散性信号或电平的个数；
W —信道带宽
C —信道容量
香农（ Shannon）公式 （有噪声信道）
C=Wlog2(1+S/N)
W —信道带宽
C —信道容量
S/N —信噪比
S/N=Ps/Pn
(S/N)db=10log10(S/N)
32
例子
假设一个音频电话线路支持的频率范围为 300Hz到 3400Hz，其信噪比是 25dB，
试求这个线路传输速率的上限解：由题可知，这条线路的带宽为：
W=3400-300=3100 (Hz)
又因为信噪比为 25dB，故由公式：
(S/N)db=10log10(S/N) 可得 S/N=102.5=316
由香农公式可得：
C=3100log2(1+316)=25761 (b/s)
