1、概述
按覆盖的地理范围进行分类,计算机网络可以分为以下三类:
•局域网(Local Area Network,LAN);
•城域网(Metropolitan Area Network,MAN);
•广域网(Wide Area Network , WAN );
计算机网络的性能:
–速率:主机在再数字信道上传送数据的速率,也叫数据率(data rate),或比特率(bit rate) 单位:b/s
–带宽
–吞吐量
–发送时延:发送数据时,数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间。也就是从发送数据帧的第一个比特算起,到该帧的最后一个比特发送完毕所需的时间。= 数据块长度/发送速率
–传播时延:电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。信号传输速率(即发送速率)和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。=信道长度/信号在信道上的传播速率
![](http://my.csdn.net/uploads/201206/11/1339418692_7870.jpg?x-oss-process=image/resize,w_1400/format,webp)
–往返时间RTT:
TCP/IP参考模型的划分;各个层次的功能
应用层:直接为用户的应用进程提供服务,这里的进程就是指正在运行的程序,常见的应用层协议有:HTTP, FTP , SMTP , TELNET,DNS 等。
运输层:TCP UDP
网络层:IP
数据链路层:数据链路层将网络层交下来的ip数据报组装成帧。包括你的网卡。
物理层:确定连接电缆有多少引脚,每个引脚如何连接。注意,用于传输数据的网线,无线信道等物理媒体不属于物理层。
扩展:
CMP协议:ICMP是(Internet Control Message Protocol)Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议族的一个子协议,用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据,但是对于用户数据的传递起着重要的作用。
ICMP协议是一种面向无连接的协议,用于传输出错报告控制信息。它是一个非常重要的协议,它对于网络安全具有极其重要的意义。
它是
TCP/IP协议族的一个子协议,属于网络层协议,主要用于在主机与路由器之间传递控制信息,包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。当遇到IP数据无法访问目标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时,会自动发送ICMP消息。
ICMP提供一致易懂的出错报告信息。发送的出错报文返回到发送原数据的设备,因为只有发送设备才是出错报文的逻辑接受者。发送设备随后可根据ICMP报文确定发生错误的类型,并确定如何才能更好地重发失败的数据包。但是ICMP唯一的功能是报告问题而不是纠正错误,纠正错误的任务由发送方完成。
我们在网络中经常会使用到ICMP协议,比如我们经常使用的用于检查网络通不通的
Ping
命令(Linux和Windows中均有),这个“Ping”的过程实际上就是ICMP协议工作的过程。还有其他的
网络命令
如
跟踪路由
的Tracert命令也是基于ICMP协议的。
2、物理层
数据传输速率
:传输线路上信号的传输速度。它有两种表示形式:波特率、比特率
波特率:是指单位时间内通过信道传输的码元个数。码元是时间轴上一个信号编码单元
![](http://my.csdn.net/uploads/201206/12/1339459048_5907.jpg?x-oss-process=image/resize,w_1400/format,webp)
比特率:指单位时间内通过信道传输的比特数, 单位为比特/秒,简记为b/s或bps
奈奎斯特定理:
前提:有限带宽无噪声的通信信道
已知:信道带宽为H (Hz),被传输信号电平分为 V级。
公式:该信道的最高数据传输率Rb为:
R
b
=2H * log
2
V
(
bps
)
用途:估算已知带宽的信道最高速率-----远高于实际速率
举例:一个无噪音的信道带宽为3kHz,传输四进制(四电平)信号,它的最大传输速率为多少?
要提高信息的传输速率,就必须设法使每一个码元能携带更多个比特的信息量。就需要采用多元制的编码方法
![](http://my.csdn.net/uploads/201206/12/1339459073_3885.jpg?x-oss-process=image/resize,w_1400/format,webp)
香农(Shannon)定理:
前提:有限带宽
有噪声的通信信道
已知:信道带宽为H (Hz);信噪比为S/N :S表示信号功率,N表示噪声功率
注意:一般信噪比以分贝的形式给出
S/N=10 * lg (S/N) ,单位为dB (分贝)
当S/N=10时,转换为分贝:S/N=10 * lg (S/N) dB
=10 * lg10 dB=10 dB
当S/N=100时,转换为分贝:S/N=10 * lg (S/N) dB
=10 * lg100 dB=20 dB
公式:在该信道最大数据传输速率Rb是:
R
b
=H * log
2
(
1+ S/N
)
(
bps
)
注:S/N通常以分贝的形式给出,需要转换
用途
: 估算有噪声信道的最大数据传输速 率,该值为理论极限,只考虑了白噪声
奈奎斯特定理和香农定理区别
奈奎斯特准则是在给定信道带宽,理想信道的条件下,要求无码间干扰时,求最大速率,此速率单位是Baud。
香农公式是在给定信道带宽,给定信噪比的条件下,要求误码率为无穷小时,求最大速率,单位是bps。
老师也给出了一个例子:
奈奎斯特说的事情如同:某个铁路每小时能过多少火车才能保证一定的安全距离。仙农说的事情是:且不论这个安全距离,就这条铁路的质量来说,每小时能通过的货物量不可能大于多少多少吨。
香农公式是在给定信道带宽,给定信噪比的条件下,要求误码率为无穷小时,求最大速率,单位是bps。
老师也给出了一个例子:
奈奎斯特说的事情如同:某个铁路每小时能过多少火车才能保证一定的安全距离。仙农说的事情是:且不论这个安全距离,就这条铁路的质量来说,每小时能通过的货物量不可能大于多少多少吨。
例题解答:
1)设信号的波特率为600Baud, 采用幅度——相位复合调制技术,由4种幅度和8种相位组成了16种码元,则信道的数据率为()
解答:直接采用奈奎斯特定理求解,信道的数据率=600 * log2(16) = 2400b/s. 需要知道的是
波特率=2*比特率。
2) 若某通信链路的数据传输速率为2400bps, 采用4相位调制,则该链路的波特率为:
答案:由Baud和Hz的关系为: B = 2 * H,而奈奎斯特定理给出C = 2 * H * log2(N) , 因此波特率 = 2 * H = C / log2(N) = 2400 / log2(4) = 1200.
2) 若某通信链路的数据传输速率为2400bps, 采用4相位调制,则该链路的波特率为:
答案:由Baud和Hz的关系为: B = 2 * H,而奈奎斯特定理给出C = 2 * H * log2(N) , 因此波特率 = 2 * H = C / log2(N) = 2400 / log2(4) = 1200.
3)根据香农定理,带宽为4000Hz,信噪比为30dB的信道容量为多少?
数字数据信号的编码方式主要有:
•
不归零制编码
NRZ:编码规则: 信号电平的一次反转代表0,电平不变化表示1 •优点:方法简单,易于实现,是计算机内部传递可以采用的编码形式. •缺点:存在发送方和接收方的同步问题,尤其是在传送连续1的时候;编码需要外带时钟信息.
•
曼彻斯特编码:每比特的周期T分为前T/2与后T/2两部分;通过前T/2传送该比特的反码,通过后T/2传送该比特的原码(或相反);
优点: 每个比特的中间有一次电平跳变,利用电平跳变可以产生收发双方的同步信号;曼彻斯特编码信号又称做“自含时钟编码”信号;
缺点: 编码效率低
•
差分曼彻斯特编码:与曼彻斯特编码不同点主要是:每比特的值来决定每一个开始边界是否发生跳变;一个比特开始处出现电平跳变表示传输二进制0,不发生跳变表示传输二进制1。差分曼彻斯特编码是曼彻斯特编码的变种,实现相对复杂,但抗噪声能力较强。
![](http://my.csdn.net/uploads/201206/12/1339462822_4597.png?x-oss-process=image/resize,w_1400/format,webp)
多路复用分类:
•频分多路复用(FDM)
•波分多路复用(WDM)
•时分多路复用(TDM)
•码分多路复用( CDM)
•
两个不同站的码片序列正交,就是向量 S 和T 的规格
化内积都是 0
(
向量 S 和T 的反码规范化内积也为
0
)
![](http://my.csdn.net/uploads/201206/12/1339464675_8101.jpg?x-oss-process=image/resize,w_1400/format,webp)
![](http://my.csdn.net/uploads/201206/12/1339464696_6403.jpg?x-oss-process=image/resize,w_1400/format,webp)
![](http://my.csdn.net/uploads/201206/12/1339464751_1351.jpg?x-oss-process=image/resize,w_1400/format,webp)
当接受站打算接受s站发送的信号时,就用s站的码片序列与收到的信号求规格化内积,这相当于分别计算 S·Sx S·Tx 。 显然S·Sx 就是s站发送的比特数,差不多可以理解为自己和自己求规格化内积。而S·Tx 一定为0.这是两个内交得向量。所以,最后求出的码元值就是s发送的值。而不会是其他的站发送的值。