计算机网络
Computer Networks
第二章 数据通信基础
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
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
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
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
