§3計算機網絡的通信子網3.1通信子網概述通信子網（communicationsubnet）是由用作信息交換的節點計算機和通信線路組成的通信系統，它承擔全網的數據傳輸、轉接、加工的交換等通信處理工作。計算機網絡分為：通信子網資源子網3.2數據通信的基本概念3.2.1信道帶寬與傳輸延遲一、信道：由相應的發送信息和接收信息的設備以及與這些發送和接收信息的相關設備軍品接在一起的傳輸介質組成（可以說由傳輸線路和傳輸設備構成）。獨占信道和共享信道123312信息源信息源共享信道獨占信道通信方式 從信息傳送方向和時間的關系角度研究。單工通信方式：信息只能單向傳輸，監視信號可回送。半雙工通信方式 信息可以雙向傳輸，但在某一時刻只能單向傳輸。AB數據監視信號數據監視信號AB通信方式全雙工通信方式 信息可以同時雙向傳輸，一般采用四線式結構。AB數據監視信號二、信道的帶寬帶寬：信道兩端的發送接收設備能夠改變比特信號的最大速率。用Hz（赫茲）表示。例如，某信道的帶寬是3000Hz，則表示該信道最多可以以每秒3000次的速率發送信號。比特率和波特率

(1)比特率：即數據傳輸率，指每秒傳輸多少二進制代碼位數，故又稱數據率，單位用：位/秒或記作b/s或bps。

(2)波特率：又稱調制速率或波形速率。是指線路上每秒傳送的波形個數。 通常用于表示調制解調器之間傳輸信號的速率。

波特率與比特率的關系取決于信號值與比特位的關系。

S=Blog2N例：每個信號值可表示３位，則比特率是波特率的３倍； 每個信號值可表示１位，則比特率和波特率相同。3.2.1信道容量和信道復用一、信道容量：信道容量是指物理信道能夠傳送的最大數據率。帶寬：指物理信道的頻帶寬度，即允許的最高頻率和最低頻率之差數據傳輸率：在有效的帶寬上單位時間內可靠傳輸的二進制位數 實際應用中數據傳輸率要小于信道容量。信道容量帶寬和數據傳輸率的關系

1924年，奈魁斯特（H.Nyquist）推導出無噪聲有限帶寬信道的最大數據傳輸率公式：

最大數據傳輸率=2Wlog2L(bps)

任意信號通過一個帶寬為W的低通濾波器，則每秒采樣２W次就能完整地重現該信號，信號電平分為L級。有噪聲信道的數據傳輸率

1948年，香農（C.Shannon）把奈魁斯特的工作擴大到信道受到隨機（熱）噪聲干擾的情況。熱噪聲出現的大小用信噪比（信號功率與噪聲功率之比）來衡量。 香農的主要結論是：帶寬為W赫茲，信噪比為S/N的任意信道的最大數據傳輸率為

最大數據傳輸率

=Wlog2(1+S/N)(bps)

Ｓ：信號功率， Ｎ：噪聲功率

10log10S/N 單位：分貝（db）1.6.1數據通信的基本概念帶寬和數據傳輸率的關系（續）例如：電話系統的典型信噪比為30db;信道的帶寬為300Hz~3400Hz，即帶寬

W=3KHz,信噪比S/N=1000

根據香農公式得出電話線的極限數據傳輸率

S=3000*log2(1+1000)≈30K(bps)

此式是利用信息論得出的，具有普遍意義； 與信號電平級數、采樣速度無關； 此式僅是上限，難以達到。香農定理的意義提高信號與噪聲之間的功率比能增加信道容量；當噪聲功率→0時，信道容量→∞，即無干擾信道的容量為∞，這時信道的最大數據傳輸率完全由帶寬決定；信道容量一定時，帶寬與信噪比S/N之間可以互換，即提高信噪比與提高帶寬具有等價意義。香農定理的應用在近距離傳輸時，通常噪聲較小，信號功率損耗低，可以用未經調制的電脈沖信號直接傳輸，此時傳輸的信息量只與信號的帶寬有關（D=2W）。如果遠距離傳輸，則必須提高信噪比，除了選擇好的信號調制方式外，增加信號的功率是很重要的手段。當信道的容量一定，如果信號的頻率過低，則造成信道浪費，可以讓不同的信息源共享信道，即信道復用。二、信道復用由于一條傳輸線路的能力遠遠超過傳輸一個用戶信號所需的能力，為了提高線路利用率，經常讓多個信號同時共用一條物理線路。頻分多路復用FDM(FrequencyDivisionMultiplexing)時分多路復用TDM(TimeDivisionMultiplexing)波分多路復用WDM(WavelenthDivisionMultiplexing)碼分多路復用CDMA(CodeDivisionMultiplexingAccess)1、頻分多路復用FDM原帶寬帶寬被提升多路復用的通道2、時分多路復用TDM時分復用示例T1信道3、波分多路復用WDM4、碼分多路復用CDMACDMA是基于碼型分割信道，即每個用戶分配給一個地址碼，且這些碼型互不重復。其特點是頻率與時間均可共享。三、三種信道連接方式點到點連接共享信道信道復用3.2.3異步傳輸和基帶傳輸一、異步傳輸數據同步技術在通信過程中，接收端根據發送端的起止時間和重復頻率來校正自已的基準時間與重復頻率的過程稱為同步過程。這種統一收端與發端的措施稱為同步技術。數據同步技術需解決的問題：何時開始發送數據發送過程中的數據傳輸速率持續時間的長短發送時間的間隔大小1、異步傳輸方式異步傳輸方式的特點各個位以串行方式發送，并附有起止位識別符字符之間通過“空號”來間隔，效率低、速度慢起始位字符編碼奇偶校驗終止位00111116、同步傳輸方式同步傳輸方式的特點：在同步方式中，信息不是以字符而是以數據塊方式傳輸在位流中采用同步字符來保證定時同步信號的位數較異步方式少，效率較高傳輸的信息中不能有同步字符出現，透明性較差SYNSYN 信 息

SYNSYN數據傳輸類型基帶傳輸在線路上直接傳輸數字二制信號頻帶傳輸

利用模擬信道實現數字信號的傳輸發送端要對數字信號進行調制（轉換成模擬信號），在接收端要對模擬信號進行解調（轉換成數字信號），可利用調制解調器實現轉換。基帶傳輸基帶數字信號的常用的幾種編碼方式：

1）不歸零制碼（NRZ：Non-ReturntoZero）原理：用兩種不同的電平分別表示二進制信息“0”和“1”，低電平表示“0”，高電平表示“1”。缺點：

a)難以分辨一位的結束和另一位的開始；

b )發送方和接收方必須有時鐘同步；

c )若信號中“0”或“1”連續出現，信號直流分量將累加。結論：容易產生傳播錯誤。2）曼徹斯特碼（Manchester），也稱相位編碼原理：每一位中間都有一個跳變，從低跳到高表示“0”，從高跳到低表示“1”。優點：克服了NRZ碼的不足。每位中間的跳變即可作為數據，又可作為時鐘，能夠自同步?；鶐底中盘柕某Ｓ玫膸追N編碼方式

3）差分曼徹斯特碼（DifferentialManchester）原理：每一位中間都有一個跳變，每位開始時有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。位中間跳變表示時鐘，位前跳變表示數據。優點：時鐘、數據分離，便于提取。

4）逢“1”變化的NRZ碼原理：在每位開始時，逢“1”電平跳變，逢“0”電平不跳變。

5）逢“0”變化的NRZ碼原理：在每位開始時，逢“0”電平跳變，逢“1”電平不跳變?；鶐底中盘柕某Ｓ玫膸追N編碼方式

3）差分曼徹斯特碼（DifferentialManchester）原理：每一位中間都有一個跳變，每位開始時有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。位中間跳變表示時鐘，位前跳變表示數據。優點：時鐘、數據分離，便于提取。

4）逢“1”變化的NRZ碼原理：在每位開始時，逢“1”電平跳變，逢“0”電平不跳變。

5）逢“0”變化的NRZ碼原理：在每位開始時，逢“0”電平跳變，逢“1”電平不跳變?；鶐底中盘柕某Ｓ玫膸追N編碼方式NRZ曼徹斯特差分曼徹斯特逢“0”變化NRZ逢“1”變化NRZ頻帶傳輸頻帶傳輸是將數字信號調制成模擬信號后進行傳輸，根據載波Asin(t+)的三個特性：幅度、頻率、相位，產生常用的三種調制技術：幅移鍵控法

Amplitude-shiftkeying(ASK)頻移鍵控法Frequency-shiftkeying(FSK)相移鍵控法Phase-shiftkeying(PSK)頻帶傳輸調制方式1）幅移鍵控法（調幅） 幅移就是把頻率

、

相位作為常量，而把振幅A作為變量，即：

(t)=0；

(t)=0；

A(t)=A1,A2,…,An A(t)取不同的值表示不同的信息碼。 例如：A(t)取A1，A2，A1表示“0”，A2表示“1”。頻帶傳輸調制方式2）頻移鍵控法（調頻） 頻移就是把振幅、相位作為常量，而把頻率作為變量，即：

(t)=1,2,…,n；

(t)=0；

A(t)=A0；

(t)取不同的值表示不同的信息碼。 例如：

(t)取

1，

2，

1表示“0”，

2表示“1”頻帶傳輸調制方式

3）相移鍵控法（調相） 相移就是把振幅、頻率作為常量，而把相位作為變量，即：

(t)=0；

(t)=1,2,…,n；

A(t)=A0；

(t)取不同的值表示不同的信息碼。 例如：

(t)取

1，

2，

1表