计算机网络
Computer Networks
第二章 数据通信基础（二）
课前复习构成通信模型的五个要点分别是什么？
信源、发送器、传输系统、接收器、信宿以下属于直接连接的通信形式是：
(d)
A B
A B
中继器
A B
放大器
A BC
(a) (b)
(c)
C
课前复习放大器与中继器有何区别？
放大器一般用于模拟传输，它可以提高信号的能量，但也同时提高了噪声成分的能量；
中继器一般用于数字传输，再生信号，且不会积累噪声信号 f(t)=10cos(2t) 的周期是多少？
解释基波和谐波？
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。谐波为基波的整数倍频率。
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
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，
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
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)
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)
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传输损耗衰减延迟变形噪声衰减在任何传输介质上信号强度将随距离延伸而减弱三个问题：
接收到的信号必须有足够的强度，以便接收器辩认、
解释信号
信号须比收到的噪声维持一个更高的电平，以避免出错
衰减是频率的增量函数解决办法：
第一、二个问题可以用增加信号强度，设置放大器或中继器来解决
第三个问题是针对模拟信号的，可以使用技术手段使在某个频带内的频率衰减趋于相等延迟变形由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形的这种效果称为延迟变形有线类传输介质独有的现象尤其对数字数据影响重大噪声在传输过程中插入到数据信号中的不必要的信号称为噪声噪声可分为四种：
热噪声：是导体中电子的热运动引起的，这种噪声是不能够消除的，噪声功率可由下式得到：
N=kTW
k— 玻尔兹曼常数（ 1.3807× 10-23焦耳 /开）
T — 热噪声源的热力学温度 （开）
W — 信道带宽
内调制杂音：多个不同频率的信号共享一个传输介质时可能产生的噪声
串扰：一个信号通道中的信号对另一个信号通道产生干扰的现象，这是相邻信号通道之间发生耦合引起的
脉冲噪声：由突发的振幅很大持续时间很短，耦合到信号通路中的非连续尖峰脉冲引起的干扰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传输介质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（大气、真空）
双绞线非屏蔽双绞线 (UTP)
屏蔽双绞线 (STP)
非屏蔽双绞线（ UTP）
由 4对双绞线和一层塑料护套构成完全依靠双绞线对产生的消除效果来限制由电磁干扰和无线电频率干扰而引起的信号退化非屏蔽双绞线必须遵守关于每英尺允许有多少次的绞合或交织的规定
EIA为非屏蔽双绞线定义了六种不同的质量类别，常用的有 3类,4类和 5类优点,1、容易安装且比其它类型的网络介质便宜； 2、尺寸较小，节省空间；
缺点,1、易受电磁信号干扰； 2、传输距离短屏蔽双绞线（ STP）
屏蔽双绞线结合了屏蔽技术和消除技术
4对线缆全由金属薄片包围着优点：屏蔽双绞线能对所有类型的外界干扰更有效地进行阻止缺点：在安装费用和难度方面，它比非屏蔽双绞线要昂贵和更困难
RJ45连接器
RJ-45 连接器
1
8
8 Pair 4 R4
1
2
3
4
5
6
7
线对
T 是 火线
R 是 零线
Pair 2 T2
Pair 2 R2
Pair 3 T3
Pair 1 R1
Pair 1 T1
Pair 3 R3
Pair 4 T4
管脚直通电缆电缆两端线序相同管脚标识
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
10BaseT/
100BaseT 直接连接管脚标识
1 TD+
2 TD-
3 RD+
4 NC
5 NC
6 RD-
7 NC
8 NC
服务器 /路由器
81
wo o bwb wg g brwbr
1
8
直通电缆
8
集线器 /交换机
81
wo o bwb wg g brwbr
1
交叉电缆电缆两端部分线交叉
8 1
woowb wgbgbr wbr
10BaseT/
100BaseT 交叉连接管脚标识
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
管脚标识
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
交叉电缆
1
8 1
8
8 1
wg gwbwo b obr wbr
集线器 /交换机 集线器 /交换机只有一端端口被指定为 X时使用直通电缆连接
1x 2x 3x 4x
1x 2x 3x 4x
1x
2x 3x 4x
当两端端口均指定为 X时使用一根交叉电缆连接用交叉电缆连接两台计算机
1、制作网线一端的 RJ45头 1,3线交换,2,6线交换，另一端不变制作工具：剥线钳、压线钳
2、设置 TCP/IP
每台计算机的 IP地址都不能相同，如第一台计算机为
192.168.215.1子网掩码为 255.255.255.0。第二台计算机的
IP地址为 192.168.215.2，子网掩码为 255.255.255.0。
3、对线路进行通断测试硬件测试方法：使用 RJ-45测线仪软件测试方法：使用 Ping 命令,如 C>ping 192.168.215.2
用直通电缆连接计算机和 Hub
使用直通电缆，电缆两端 RJ45头线序一致其它设置方法与前面相同集线器（ hub）
同轴电缆结构：内导体、绝缘材料、外导体（屏蔽层）、
保护套基带同轴电缆 (50?)、宽带同轴电缆 (75?)
粗缆
连接距离长，可靠性高但安装难度大，造价高细缆
安装较简单，造价也低，但需切断电缆安装网络连接头 BNC，当接头多时容易产生接触不良的现象光纤光纤是一种可以传输调制的光信号的网络介质优点：
抗电磁干扰能力强
低损耗
高传输速率缺点：
费用高
不易安装和维护
质地脆易断裂，机械性能差光纤的结构纤芯：具有高折射率的纯玻璃包层：具有较低折射率的玻璃或塑料制成护套：塑料制成的保护套光纤模式类型多模光纤
不同的光线以不同的反射角传播，可以认为每一束光线有一个不同的模式
特点：存在色散现象，适于中短距离中小容量的通信单模光纤
光纤的直径被减小到一个光波波长大小，光在其中没有反射，而是沿直线传播
特点：传输距离远；衰减小；传输速率高；但价格昂贵；适于大容量远距离通信光纤传输系统光源：
LED(发光二极管 )
ILD(注入式激光二极管 )
光检测器：
光电二极管 (PIN)
雪崩光电二极管 (APD)
LED与 ILD比较
LED ILD
数据速率 低 高模式 多模 多模或单模传输距离 短 长使用寿命 长 短工作温度范围 较宽 较窄造价 低 高无线传输介质大气和外层空间是提供电磁信号传输的无线介质，它们不为信号提供导向，这种传输形式被称为无线传输地面微波卫星微波红外传输自由空间光传输地面微波地面微波通信是一种在对流层视距范围内，利用微波波段的电磁波进行信息传输的通信方式这种方式进行长途通信时，需要在终端站之间建立中继站，中继站的功能是进行变频、放大和功率补偿，其数量的多少则与传输距离和地形有关，如图所示微波天线完成信号的发送和接收工作，天线之间的最大距离计算公式为：
d=7.14
d— 天线间距离；
h — 天线的高度；
K — 调节因子，一般取 4/3
Kh
地面微波地面微波微波通信面临的主要问题是传输损耗产生损耗的主要原因是衰减传输损耗可由下式计算：
D=10lg(4?d/?)2
优点：
频带宽，通信容量大；通信质量好，可靠性高；建设费用较低缺点：
相邻站点之间不得有障碍物
中继站不便于建立和维护
通信保密性差卫星微波卫星微波通信是在地面微波技术的基础上发展起来的通信卫星实际上相当于一个中继站，两个或多个地球站通过它实现相互间的通信卫星传输的最佳频段在 1?10GHz之间卫星微波卫星微波频段 上行 下行
C 5.925-6.425GHz 3.7-4.2GHz
Ku 14-14.5GHz 11.7-12.2GHz
Ka 27.5-31GHz 17.7-21GHz
卫星频带范围卫星微波通信的优点：覆盖区域大，传输距离远；以广播方式工作，可实现多向多地址通信；频带宽，通信容量大；
机动灵活，不受地理条件的影响缺点：远距离传输导致延时过大；发射功率高红外传输红外线通信是以红外线为载体将信息从发射端传至接收端，从而实现信息传递的通信方式优点：便于基带信号调制；有较高的数据传输速率；接收装置和发送装置成本低廉等
Computer Networks
第二章 数据通信基础（二）
课前复习构成通信模型的五个要点分别是什么？
信源、发送器、传输系统、接收器、信宿以下属于直接连接的通信形式是：
(d)
A B
A B
中继器
A B
放大器
A BC
(a) (b)
(c)
C
课前复习放大器与中继器有何区别？
放大器一般用于模拟传输，它可以提高信号的能量，但也同时提高了噪声成分的能量；
中继器一般用于数字传输，再生信号，且不会积累噪声信号 f(t)=10cos(2t) 的周期是多少？
解释基波和谐波？
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。谐波为基波的整数倍频率。
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
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，
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
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)
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)
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传输损耗衰减延迟变形噪声衰减在任何传输介质上信号强度将随距离延伸而减弱三个问题：
接收到的信号必须有足够的强度，以便接收器辩认、
解释信号
信号须比收到的噪声维持一个更高的电平，以避免出错
衰减是频率的增量函数解决办法：
第一、二个问题可以用增加信号强度，设置放大器或中继器来解决
第三个问题是针对模拟信号的，可以使用技术手段使在某个频带内的频率衰减趋于相等延迟变形由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形的这种效果称为延迟变形有线类传输介质独有的现象尤其对数字数据影响重大噪声在传输过程中插入到数据信号中的不必要的信号称为噪声噪声可分为四种：
热噪声：是导体中电子的热运动引起的，这种噪声是不能够消除的，噪声功率可由下式得到：
N=kTW
k— 玻尔兹曼常数（ 1.3807× 10-23焦耳 /开）
T — 热噪声源的热力学温度 （开）
W — 信道带宽
内调制杂音：多个不同频率的信号共享一个传输介质时可能产生的噪声
串扰：一个信号通道中的信号对另一个信号通道产生干扰的现象，这是相邻信号通道之间发生耦合引起的
脉冲噪声：由突发的振幅很大持续时间很短，耦合到信号通路中的非连续尖峰脉冲引起的干扰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传输介质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（大气、真空）
双绞线非屏蔽双绞线 (UTP)
屏蔽双绞线 (STP)
非屏蔽双绞线（ UTP）
由 4对双绞线和一层塑料护套构成完全依靠双绞线对产生的消除效果来限制由电磁干扰和无线电频率干扰而引起的信号退化非屏蔽双绞线必须遵守关于每英尺允许有多少次的绞合或交织的规定
EIA为非屏蔽双绞线定义了六种不同的质量类别，常用的有 3类,4类和 5类优点,1、容易安装且比其它类型的网络介质便宜； 2、尺寸较小，节省空间；
缺点,1、易受电磁信号干扰； 2、传输距离短屏蔽双绞线（ STP）
屏蔽双绞线结合了屏蔽技术和消除技术
4对线缆全由金属薄片包围着优点：屏蔽双绞线能对所有类型的外界干扰更有效地进行阻止缺点：在安装费用和难度方面，它比非屏蔽双绞线要昂贵和更困难
RJ45连接器
RJ-45 连接器
1
8
8 Pair 4 R4
1
2
3
4
5
6
7
线对
T 是 火线
R 是 零线
Pair 2 T2
Pair 2 R2
Pair 3 T3
Pair 1 R1
Pair 1 T1
Pair 3 R3
Pair 4 T4
管脚直通电缆电缆两端线序相同管脚标识
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
10BaseT/
100BaseT 直接连接管脚标识
1 TD+
2 TD-
3 RD+
4 NC
5 NC
6 RD-
7 NC
8 NC
服务器 /路由器
81
wo o bwb wg g brwbr
1
8
直通电缆
8
集线器 /交换机
81
wo o bwb wg g brwbr
1
交叉电缆电缆两端部分线交叉
8 1
woowb wgbgbr wbr
10BaseT/
100BaseT 交叉连接管脚标识
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
管脚标识
1 RD+
2 RD-
3 TD+
4 NC
5 NC
6 TD-
7 NC
8 NC
交叉电缆
1
8 1
8
8 1
wg gwbwo b obr wbr
集线器 /交换机 集线器 /交换机只有一端端口被指定为 X时使用直通电缆连接
1x 2x 3x 4x
1x 2x 3x 4x
1x
2x 3x 4x
当两端端口均指定为 X时使用一根交叉电缆连接用交叉电缆连接两台计算机
1、制作网线一端的 RJ45头 1,3线交换,2,6线交换，另一端不变制作工具：剥线钳、压线钳
2、设置 TCP/IP
每台计算机的 IP地址都不能相同，如第一台计算机为
192.168.215.1子网掩码为 255.255.255.0。第二台计算机的
IP地址为 192.168.215.2，子网掩码为 255.255.255.0。
3、对线路进行通断测试硬件测试方法：使用 RJ-45测线仪软件测试方法：使用 Ping 命令,如 C>ping 192.168.215.2
用直通电缆连接计算机和 Hub
使用直通电缆，电缆两端 RJ45头线序一致其它设置方法与前面相同集线器（ hub）
同轴电缆结构：内导体、绝缘材料、外导体（屏蔽层）、
保护套基带同轴电缆 (50?)、宽带同轴电缆 (75?)
粗缆
连接距离长，可靠性高但安装难度大，造价高细缆
安装较简单，造价也低，但需切断电缆安装网络连接头 BNC，当接头多时容易产生接触不良的现象光纤光纤是一种可以传输调制的光信号的网络介质优点：
抗电磁干扰能力强
低损耗
高传输速率缺点：
费用高
不易安装和维护
质地脆易断裂，机械性能差光纤的结构纤芯：具有高折射率的纯玻璃包层：具有较低折射率的玻璃或塑料制成护套：塑料制成的保护套光纤模式类型多模光纤
不同的光线以不同的反射角传播，可以认为每一束光线有一个不同的模式
特点：存在色散现象，适于中短距离中小容量的通信单模光纤
光纤的直径被减小到一个光波波长大小，光在其中没有反射，而是沿直线传播
特点：传输距离远；衰减小；传输速率高；但价格昂贵；适于大容量远距离通信光纤传输系统光源：
LED(发光二极管 )
ILD(注入式激光二极管 )
光检测器：
光电二极管 (PIN)
雪崩光电二极管 (APD)
LED与 ILD比较
LED ILD
数据速率 低 高模式 多模 多模或单模传输距离 短 长使用寿命 长 短工作温度范围 较宽 较窄造价 低 高无线传输介质大气和外层空间是提供电磁信号传输的无线介质，它们不为信号提供导向，这种传输形式被称为无线传输地面微波卫星微波红外传输自由空间光传输地面微波地面微波通信是一种在对流层视距范围内，利用微波波段的电磁波进行信息传输的通信方式这种方式进行长途通信时，需要在终端站之间建立中继站，中继站的功能是进行变频、放大和功率补偿，其数量的多少则与传输距离和地形有关，如图所示微波天线完成信号的发送和接收工作，天线之间的最大距离计算公式为：
d=7.14
d— 天线间距离；
h — 天线的高度；
K — 调节因子，一般取 4/3
Kh
地面微波地面微波微波通信面临的主要问题是传输损耗产生损耗的主要原因是衰减传输损耗可由下式计算：
D=10lg(4?d/?)2
优点：
频带宽，通信容量大；通信质量好，可靠性高；建设费用较低缺点：
相邻站点之间不得有障碍物
中继站不便于建立和维护
通信保密性差卫星微波卫星微波通信是在地面微波技术的基础上发展起来的通信卫星实际上相当于一个中继站，两个或多个地球站通过它实现相互间的通信卫星传输的最佳频段在 1?10GHz之间卫星微波卫星微波频段 上行 下行
C 5.925-6.425GHz 3.7-4.2GHz
Ku 14-14.5GHz 11.7-12.2GHz
Ka 27.5-31GHz 17.7-21GHz
卫星频带范围卫星微波通信的优点：覆盖区域大，传输距离远；以广播方式工作，可实现多向多地址通信；频带宽，通信容量大；
机动灵活，不受地理条件的影响缺点：远距离传输导致延时过大；发射功率高红外传输红外线通信是以红外线为载体将信息从发射端传至接收端，从而实现信息传递的通信方式优点：便于基带信号调制；有较高的数据传输速率；接收装置和发送装置成本低廉等
