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了解计算机网络基础:从物理层开始

最编程 2024-07-19 10:29:04
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一、通信基础

速率:

即数据的传输速率,即单位时间内传输的数据量。

有两种描述形式:波特率和比特率。

码元

一个码元就是一个脉冲信号,一个脉冲信号有可能携带1bit数据,也有可能携带2bit数据、4bit数据。发送一个脉冲信号,如果就可以携带4bit数据,肯定发送速率更快。

一个码元能携带1bit数据,那么比特率 = 波特率。

一个码元能携带2bit数据,那么比特率 = 2倍的波特率。

波特率:

又称码元传输速率。

表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数(即脉冲信号个数)。

单位:波特Baud。码元/s。1波特表示每秒传输1个码元。

码元可用二进制表示,也可用多进制表示。

比特率:

又称信息传输速率。

表示单位时间内数字信号系统传输的二进制码元个数。即比特数。

单位:bit/s。

eg:

(每比特只能表示0或1两种信号变化,可以看成二进制)。

在二进制码元下,每个码元只能携带1bit信息。比特率在数量上和波特率是相等的。

为了提高传输速率,让一个码元携带更多的比特。增加到16种信号变化(可以看成16进制),此时一码元携带了4bit,传输速率大大增加。

==》

二进制码元下,一码元可代表2种信号,即携带了1bit信息。

十六进制码元下,一码元可代表16种信号,即携带了4bit信息。传输速率提高。

带宽:

模拟信号上带宽的定义:通信线路允许通过的信号频带范围。单位Hz。

计算机网络上带宽的定义:网络的通信线路所能传送数据的能力。即单位时间内从网络的某一点到另一点所能通过的最高数据率。单位bit/s。

二、奈奎斯特定理和香农定理

奈奎斯特定理

又叫奈氏定理。他给出了在理想条件下,为了避免码间串扰,码元传输速率的上限。

但其未对一个码元可以携带多少个二进制位给出限制,所以信息传输速率可以是无限的。

公式:

理想低通信道的最高码元传输速率=2W(Baud)理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W (Baud)
无噪声最大数据传输率=2Wlog2N(bit/s)无噪声最大数据传输率 = 2W*log_2N (bit/s)

W表示理想低通信道的带宽,单位Hz。

N表示有多少种不同的码元。

意义:

指示出了码元的速率是受限的,不能任意提高,否则在接收端就无法正确判断码元是1还是0(码间串扰)。

但是没有对信息传输速率(bit/s)给出限制,可以无限大,这要求有很好的编码技术。

香农定理

公式:

信噪比=信号的平均功率噪声的平均功率=S/N=10log10(S/N)(dB)信噪比 = \frac{信号的平均功率}{噪声的平均功率} = S/N = 10log_{10}(S/N) (dB)
信道的极限数据传输率=Wlog2(1+S/N)(b/s)信道的极限数据传输率 = W*log_2(1+S/N)(b/s)

W为信道的宽度

S为信道所传输信息的平均功率

N为信道内部的高斯噪声功率

意义:

给出了信息传输速率的极限。即对于一定的传输带宽(Hz)和一定的信噪比,信息传输速率的上限就确定了。

三、电路交换、报文交换、分组交换

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分组交换可分为:面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式

四、物理层设备:中继器和集线器

中继器(RP repeater)仅有两个端口,仅起到连接作用。

集线器(Hub)有多个端口,除了再生放大信号其扩大网络距离外,还同时把所有节点集中在以它为中心的节点上,所有端口处于同一个冲突域,这样单条网络线路的故障不影响其他线路。

可以简单认为集线器是多端口中继器。

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