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计算机网络第第 1 章章 计算机网络基础概述计算机网络基础概述主讲：刘斌主讲：刘斌hnkd_13685501841理学院理学院.计算机与网络教研室计算机与网络教研室u了解计算机网络发展的历史了解计算机网络发展的历史u理解计算机网络的定义理解计算机网络的定义u掌握计算机网络的分类及不同类型的特点掌握计算机网络的分类及不同类型的特点u了解计算机网络的几个性能指标了解计算机网络的几个性能指标学习目标学习目标第第 1 章章 计算机网络基础概述计算机网络基础概述2讨论讨论1 1：计算机网络发展的历史：计算机网络发展的历史讨论讨论2 2：计算机网络的定义：计算机网络的定义讨论讨论3 3：计算机网络的分类及其特点：计算机网络的分类及其特点讨论讨论4:4:计算机网络的几个性能指标计算机网络的几个性能指标学习内容学习内容第第 1 章章 计算机网络基础概述计算机网络基础概述3学习方法要点学习方法要点学习重点学习重点、难点、难点u计算机网络的定义计算机网络的定义u计算机网络的分类计算机网络的分类u本章是基础知识，本章是基础知识，在学习时要在理解基在学习时要在理解基本概念的基础上，注意对比分析知识点之本概念的基础上，注意对比分析知识点之间的联系与区别，将所学知识形成体系。间的联系与区别，将所学知识形成体系。第第 1 章章 计算机网络基础概述计算机网络基础概述4讨论讨论1：计算机网络发展的历史：计算机网络发展的历史具体教学内容具体教学内容19461946年，第一台数字电子计算机年，第一台数字电子计算机ENIACENIAC51.1.面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络2.2.面向通信的分组交换计算机网络面向通信的分组交换计算机网络3.3.面向应用的开放式标准化计算机网络面向应用的开放式标准化计算机网络4.Internet4.Internet及高性能计算机网络的发展及高性能计算机网络的发展19541954年年,收发器的诞生收发器的诞生,促使计算机与通信技促使计算机与通信技术相结合术相结合,计算机网络经历了由简单到复杂的计算机网络经历了由简单到复杂的四个发展阶段四个发展阶段讨论讨论1：计算机网络发展的历史（续）：计算机网络发展的历史（续）6主机终端以以“主机主机”为中为中心心以以”分组交换网分组交换网”为中为中心心主机分组交换网“计算中心计算中心”服务模服务模式式“网络中心网络中心”服务模式服务模式网络的组成结构和服务的变化网络的组成结构和服务的变化71.1.面向终端的计算机网络面向终端的计算机网络2020世纪世纪5050年代中期年代中期6060年代中期年代中期(以单个计算机为中心的远程联机系统以单个计算机为中心的远程联机系统)第一代网络第一代网络讨论讨论1：计算机网络发展的历史（续）：计算机网络发展的历史（续）特点特点:主机负载主机负载重重,效率低效率低通信线路通信线路利用率低利用率低集中控制集中控制可靠性低可靠性低8THOSTTTTHOSTT多点通信线路T9典型应用典型应用:军用军用:SAGE:SAGE 美国半自动化地面环境防空系统美国半自动化地面环境防空系统民用民用:SABRE-1:SABRE-1 美国航空公司的飞机订票系统美国航空公司的飞机订票系统商用商用:GE Information Service:GE Information Service 美国通用电气美国通用电气公司的信息服务系统公司的信息服务系统102.2.面向通信的分组交换计算机网络面向通信的分组交换计算机网络2020世纪世纪6060年代末年代末7070年代末年代末第二代网络第二代网络讨论讨论1：计算机网络发展的历史（续）：计算机网络发展的历史（续）ARPANETARPANET模型模型特点特点:主机负载减轻主机负载减轻通信线路利用率通信线路利用率相对较高相对较高分散控制可靠性分散控制可靠性高高采用分组交换技采用分组交换技术进行通信术进行通信网络按照逻辑功网络按照逻辑功能分为资源子网能分为资源子网和通信子网和通信子网1112ARPANETARPANET的研究成果在推动计算机网络发展上有着的研究成果在推动计算机网络发展上有着深远的意义。在它的基础上，七、八十年代计算深远的意义。在它的基础上，七、八十年代计算机网络发展十分迅速，出现了大量的计算机网络机网络发展十分迅速，出现了大量的计算机网络2020世纪世纪7070年代初年代初:英国国家物理实验室英国国家物理实验室NPLNPL网络网络19721972年美国加州大学研制了年美国加州大学研制了NewhallNewhall环网；环网；19731973年年:英国邮政的公用分组交换网英国邮政的公用分组交换网EPSSEPSS19741974年英国剑桥大学研制了年英国剑桥大学研制了Cambridge RingCambridge Ring环网；环网；19751975年年:法国信息与自动化研究所的法国信息与自动化研究所的CYCLADESCYCLADES分布式数据处理分布式数据处理网络网络19761976年美国年美国XeroxXerox公司研究了总线拓扑的实验性公司研究了总线拓扑的实验性EthernetEthernet网；网；19761976年年:加拿大的加拿大的DATAPACDATAPAC公用分组交换网公用分组交换网19791979年年:日本电报电话公司的日本电报电话公司的DDX-3DDX-3公用数据网公用数据网19881988年年:中国公共数据实验网中国公共数据实验网CNPACCNPAC13n随随着着网网络络技技术术的的发发展展与与计计算算机机网网络络的的广广泛泛应应用用，一一些些大大的的计计算算机机公公司司纷纷纷纷开开展展计计算算机机网网络络研研究究与与产产品品开开发发工工作作，同同时时也也提提出出了了各各种种网网络络体体系系结结构构与网络协议，例如：与网络协议，例如：IBMIBM公司的公司的SNASNA(System Network Architecture)(System Network Architecture)DECDEC公司的公司的DNADNA(Digital Network Architecture)(Digital Network Architecture)UNIVACUNIVAC公公 司司 的的 DCADCA(Distributed(Distributed Computer Computer Architecture)Architecture)BurroughsBurroughs公公 司司 的的 BNABNA(Burroughs(Burroughs Network Network Architecture)Architecture)143.3.面向应用的开放式标准化计算机网络面向应用的开放式标准化计算机网络第三代网络第三代网络2020世纪世纪8080年代初年代初9090年代初年代初19771977年年,ISO,ISO成立成立TC97/SC 16TC97/SC 16，从事网络体系结构与网络，从事网络体系结构与网络协议国际标准化问题的研究，正式制订协议国际标准化问题的研究，正式制订 OSI/RMOSI/RM；19841984年年,OSI/RM,OSI/RM 形成正式文件形成正式文件-法律上的国际标准法律上的国际标准,即即ISO/IEC 7498ISO/IEC 7498国际标准国际标准ISO OSI/RMISO OSI/RM的颁布是第三代网络的新纪元的标志的颁布是第三代网络的新纪元的标志,它对推它对推动网络体系结构理论的发展作用是重大的。动网络体系结构理论的发展作用是重大的。在在8080年代，年代，ISOISO与与CCITTCCITT等组织分别为参考模型的各个层次等组织分别为参考模型的各个层次制订了一系列的协议标准，组成了一个庞大的制订了一系列的协议标准，组成了一个庞大的OSIOSI基本协议基本协议集；集；讨论讨论1：计算机网络发展的历史（续）：计算机网络发展的历史（续）15广域网和微型机的发展广域网和微型机的发展八十年代，局域网领域中，采用八十年代，局域网领域中，采用EthernetEthernet、Token BusToken Bus、Token RingToken Ring原理的局域网产品形成了三足鼎立之势，并原理的局域网产品形成了三足鼎立之势，并已形成了国际标准；已形成了国际标准；九十年代，局域网技术在传输介质、局域网操作系统与九十年代，局域网技术在传输介质、局域网操作系统与客户机客户机/服务器计算模式等方面取得了重要的进展；服务器计算模式等方面取得了重要的进展；光纤分布式数字接口光纤分布式数字接口FDDIFDDI产品在高速与主干网应用方面产品在高速与主干网应用方面起了重要的作用；起了重要的作用；形成了网络结构化布线技术；形成了网络结构化布线技术；19831983年年InternetInternet的诞生及其快速发展；的诞生及其快速发展；TCP/IP-TCP/IP-事实上的国际标准事实上的国际标准164.Internet4.Internet的应用与高性能网络技术的发展的应用与高性能网络技术的发展第四代网络第四代网络及其未来发及其未来发展趋势展趋势InternetInternet是覆盖全球的信息基础设施之一；是覆盖全球的信息基础设施之一；InternetInternet提供提供E-mailE-mail、WWW WWW、FTPFTP、NewsNews、TelnetTelnet等等面面向应用的大众化向应用的大众化,多元化多元化,信息化服务信息化服务；高性能网络技术发展主要表现在宽带综合业务数据网高性能网络技术发展主要表现在宽带综合业务数据网B-ISDNB-ISDN、异步传输模式、异步传输模式ATMATM、高速局域网、交换局域网、高速局域网、交换局域网与虚拟网络上；与虚拟网络上；(高的数据传输速率和吞吐量高的数据传输速率和吞吐量)C/S C/S B/S B/S P2P P2P标志标志:1993:1993年年,NII(nationalNII(national information information infrastructure,infrastructure,信息高速公路信息高速公路)的提出的提出讨论讨论1：计算机网络发展的历史（续）：计算机网络发展的历史（续）17最终实现最终实现电信网络、有线电视网络和计算机网络电信网络、有线电视网络和计算机网络的三网的三网合一；合一；个人通信与个人通信网实现五个个人通信与个人通信网实现五个W W的个人通信要求的个人通信要求(whoever,whenever,whereever,whomeverwhoever,whenever,whereever,whomever,whatever),whatever)IPV6(IPV6(网络安全性考虑网络安全性考虑)网格技术网格技术无线局域网技术无线局域网技术物联网技术物联网技术18讨论讨论2：计算机网络的定义：计算机网络的定义2.1 2.1 计算机网络的基本定义计算机网络的基本定义2.2 2.2 计算机网络的组成计算机网络的组成2.3 2.3 计算机网络、计算机网络、internetinternet（互联网）、（互联网）、InternetInternet（因特网）、万维网的关系（因特网）、万维网的关系19计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位计算机网络就是利用通信设备和线路将地理位置不同的、多个具有置不同的、多个具有独立功能独立功能计算机系统相互计算机系统相互连起来，以功能完善的连起来，以功能完善的网络软件网络软件（如网络通信（如网络通信协议、信息交换方式以及网络操作系统等）来协议、信息交换方式以及网络操作系统等）来实现网络中实现网络中信息传递和资源共享信息传递和资源共享的系统。的系统。2.1 2.1 计算机网络的基本定义计算机网络的基本定义讨论讨论2：计算机网络的定义：计算机网络的定义(续续)202.2 2.2 计算机网络的组成计算机网络的组成讨论讨论2：计算机网络的定义：计算机网络的定义(续续)硬件：硬件：终端设备：计算机终端设备：计算机 传输设备：路由器，交换机，网桥，集传输设备：路由器，交换机，网桥，集线器，网关设备等线器，网关设备等 链路：传输线路和介质链路：传输线路和介质软件：软件：网络协议、设备驱动程序、网络系统、网网络协议、设备驱动程序、网络系统、网络应用软件等络应用软件等212.3 2.3 计算机网络、计算机网络、internetinternet（互联网）、（互联网）、InternetInternet（因特网）、万维网的关系（因特网）、万维网的关系(a)(a)(b)(b)网络网络internet(internet(互联网互联网)结点结点链路链路讨论讨论2：计算机网络的定义：计算机网络的定义(续续)单一技单一技术互联术互联网络的网络网络的网络22InternetInternet（因特网）则是一（因特网）则是一个专用名词，它指当前全球个专用名词，它指当前全球最大的、开放的、由众多网最大的、开放的、由众多网络相互连接而成的特定计算络相互连接而成的特定计算机网络，它采用机网络，它采用 TCP/IP TCP/IP 协协议族议族作为通信的规则，且其作为通信的规则，且其前身是美国的前身是美国的 ARPANETARPANET。1983 1983 年年 TCP/IP TCP/IP 协议成为协议成为 ARPANET ARPANET 上的标准协议。人上的标准协议。人们把们把 1983 1983 年作为因特网的年作为因特网的诞生时间。诞生时间。(c)(c)Internet(Internet(因特网因特网)TCP/IP协议协议23一级一级 ISP一级一级 ISP第一层第一层 ISP大公司大公司本地本地 ISP大公司大公司大公司大公司公司公司本地本地 ISP本地本地 ISP校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网校园网第二层第二层 ISP第二层第二层 ISPNAPNAPAB主机主机A 本地本地 ISP 第二层第二层 ISP NAP 第一层第一层 ISP NAP 第二层第二层 ISP 本地本地 ISP 主机主机B第一层第一层 ISP第二层第二层 ISP本地本地 ISP本地本地 ISP本地本地 ISP本地本地 ISP第一层第一层 ISP第一层第一层第二层第二层第三层第三层本地本地 ISP第二层第二层 ISP本地本地 ISP本地本地 ISP本地本地 ISP本地本地 ISP第二层第二层 ISP本地本地 ISP本地本地 ISP第二层第二层 ISP因特网的分级结构因特网的分级结构24万维网万维网特指由欧洲原子核研究组织特指由欧洲原子核研究组织 CERN CERN 开发的，开发的，建立在因特网硬件和软件基础上的一种分布式建立在因特网硬件和软件基础上的一种分布式应用系统，一种中间件，它屏蔽了网络中软硬应用系统，一种中间件，它屏蔽了网络中软硬件的差异，为用户提供统一的接口和平台。件的差异，为用户提供统一的接口和平台。它使人们只用关注网络的应用，从而大大方它使人们只用关注网络的应用，从而大大方便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为便了广大非网络专业人员对网络的使用，成为因特网的这种指数级增长的主要驱动力。因特网的这种指数级增长的主要驱动力。25讨论讨论3：计算机网络的分类及其特点：计算机网络的分类及其特点l l根据地理覆盖范围分类根据地理覆盖范围分类根据地理覆盖范围分类根据地理覆盖范围分类l l根据物理拓扑结构分类根据物理拓扑结构分类根据物理拓扑结构分类根据物理拓扑结构分类LAN(Local area networks,LAN(Local area networks,局域网局域网)MAN(Metropolitan Area Networks,MAN(Metropolitan Area Networks,城域网城域网)WAN(Wide Area Networks,WAN(Wide Area Networks,广域网广域网)Star(Star(星型星型)Ring(Ring(环型环型)Bus(Bus(总线型总线型)Tree(Tree(树型树型)Net(Net(网型网型)2627卫星无线网络卫星无线网络35,784km地球地球28l l根据传输介质分类根据传输介质分类根据传输介质分类根据传输介质分类 Twisted Pair(Twisted Pair(双绞线双绞线)Coaxial cable(Coaxial cable(同轴电缆同轴电缆)Fiber optics(Fiber optics(光纤光纤),Fiber cables(),Fiber cables(光缆光缆)Radio waves(Radio waves(无线电波无线电波)Microwave(Microwave(微波微波)Infrared and Millimeter Waves(Infrared and Millimeter Waves(红外线和毫米波红外线和毫米波)Laser(Laser(激光激光)Communication satellites(Communication satellites(通信卫星通信卫星)有线网络有线网络无线网络无线网络29l l根据用途分类根据用途分类根据用途分类根据用途分类 专有网络专有网络公共网络公共网络增值网络增值网络30电路交换方式电路交换方式存储转发交换存储转发交换报文交换报文交换分组交换分组交换数据报交换数据报交换虚电路交换虚电路交换l l根据数据交换方式分类根据数据交换方式分类根据数据交换方式分类根据数据交换方式分类31讨论讨论4:4:计算机网络的几个基本概念和性能指标计算机网络的几个基本概念和性能指标Information(Information(信息信息)Message(Message(消息消息)Signal(Signal(信号信号)Data(Data(数据数据)Data Communication(Data Communication(数据通信数据通信)Channel(Channel(信道信道)Encode&modulation(Encode&modulation(编码编码&调制调制)Symbol/code cell(Symbol/code cell(码元码元)信道带宽信道带宽信道最大传输速率信道最大传输速率误码率和误比特率误码率和误比特率时延时延时延带宽积时延带宽积利用率利用率基本概念基本概念性能指标性能指标32信息信息信息信息:消息消息消息消息:消息的实际内涵消息的实际内涵,是消息的含是消息的含义义-抽象性抽象性数据的内容或解释。数据的内容或解释。信息的表现形式信息的表现形式,可以是可以是数字、文字、语音、图形数字、文字、语音、图形或图像或图像-物理性物理性讨论讨论4:4:几个基本概念和性能指标（续）几个基本概念和性能指标（续）4.1 4.1 4.1 4.1 基本概念基本概念基本概念基本概念33数据数据数据数据:是以是以0,10,1这种数的形式来表达信息的数字这种数的形式来表达信息的数字类消息类消息,是数字计算机或数字终端装置的是数字计算机或数字终端装置的处理对象处理对象(传递（携带）信息的实体传递（携带）信息的实体)信号信号信号信号:信号是数据的电子信号是数据的电子或电磁编码或电磁编码,数据以数据以信号的形式在介质中信号的形式在介质中传播传播。信号可分为模。信号可分为模拟信号和数字信号拟信号和数字信号34模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号:时间上连续，包含无穷多个信号值时间上连续，包含无穷多个信号值数字信号数字信号数字信号数字信号:时间上离散，仅包含有限数目的信号值。时间上离散，仅包含有限数目的信号值。最常见的是二值信号最常见的是二值信号t ta a）模拟信号模拟信号t tb b）数字信号数字信号35 信道信道信道信道:是信号从信源到信宿所经过的路径是信号从信源到信宿所经过的路径,包括传输线路和中间物理设备包括传输线路和中间物理设备.模拟信道模拟信道适于模拟信号传输适于模拟信号传输CATVCATV、无线电广播、电话拨号线路、无线电广播、电话拨号线路数字信道数字信道适于数字信号传输适于数字信号传输计算机网络中主要采用数字信道进行计算机网络中主要采用数字信道进行数据传输数据传输ADSLADSL、ISDNISDN、DDNDDN、ATMATM、局域网、局域网模拟信号模拟信号时间时间幅值幅值数字信号数字信号时间时间幅值幅值36信息编码信息编码信息编码信息编码：将信息用二进制数表示的方法将信息用二进制数表示的方法 例如：例如：ASCIIASCII编码、编码、BCDBCD编码等编码等数据编码数据编码数据编码数据编码：将数据用物理量将数据用物理量(电压、振幅、频率、相位等电压、振幅、频率、相位等)表表示的方法示的方法 0 01 10 00 00 00 00 01 1t t37 数据通信数据通信数据通信数据通信:是指在不同计算机之间传送表示是指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号或图形、图像的二进制代码字母、数字、符号或图形、图像的二进制代码0 0、1 1比特序列的过程；即比特序列的过程；即:特指数字计算机或其他特指数字计算机或其他数字终端装置之间的通信数字终端装置之间的通信,特指特指传输数据类消息传输数据类消息的通信方式的通信方式.数据通信系统要研究的是如何将表示各类信息数据通信系统要研究的是如何将表示各类信息的的二进制比特序列二进制比特序列通过传输介质，在不同计算通过传输介质，在不同计算机之间进行传送的问题。机之间进行传送的问题。38n信息通过数据通信系统进行传输的过程信息通过数据通信系统进行传输的过程n把携带把携带信息信息的的数据数据用物理用物理信号信号形式通过信道传送到目的地形式通过信道传送到目的地n信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输信息信息数据数据信号信号在信道上传输在信道上传输信号信号数据数据信息信息数据编码数据编码调制调制解调解调数据解码数据解码0100000101000001“A A”0100000101000001“A A”信道信道信息编码信息编码信息解码信息解码n编码编码：数据：数据适合传输的数字信号适合传输的数字信号便于同步、识别、纠错便于同步、识别、纠错n调制调制：数字信号：数字信号适合传输的形式适合传输的形式按频率、幅度、相位按频率、幅度、相位n解调解调：接收波形：接收波形数字信号数字信号n解码解码：数字信号：数字信号原始数据原始数据39n不同类型的信号在不同类型的信道上传输有不同类型的信号在不同类型的信道上传输有4 4种情况：种情况：数据：模拟数据数据：模拟数据 数字数据数字数据信号：模拟信号信号：模拟信号 数字信号数字信号 信道：模拟信道信道：模拟信道 数字信道数字信道40n模拟传输和数字传输所使用的技术模拟传输和数字传输所使用的技术模拟模拟PCMPCM编码编码数字数字模拟数据，数字信号模拟数据，数字信号数字数字数字编码数字编码数字数字数字数据，数字信号数字数据，数字信号10101010语音语音移频移频,调制调制模拟模拟模拟数据，模拟信号模拟数据，模拟信号数字数字模拟模拟数字数据，模拟信号数字数据，模拟信号10101010调制调制n编码与调制的区别编码与调制的区别?41EncoderEncoderDecoderDecoder数字或数字或模拟数据模拟数据数字信号数字信号数字信号数字信号x x(t t)g g(t t)数字或数字或模拟数据模拟数据编码与解码编码与解码编码与解码编码与解码数字信道数字信道数字信道数字信道发送方发送方接收方接收方g g(t t)编码编码解码解码n编码与调制的区别编码与调制的区别n编码编码：用数字信号承载数字或模拟数据：用数字信号承载数字或模拟数据n调制调制：用模拟信号承载数字或模拟数据：用模拟信号承载数字或模拟数据42调制与解调调制与解调调制与解调调制与解调数字或数字或模拟数据模拟数据ModulatorModulatorDemodulatorDemodulator数字或数字或模拟数据模拟数据模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号g g(t t)s s(t t)g g(t t)载波载波模拟信道模拟信道模拟信道模拟信道发送方发送方接收方接收方调制调制解调解调43信道信道信号信号信源信源信宿信宿变换器变换器反变换器反变换器 通信系统概念模型通信系统概念模型通信系统概念模型通信系统概念模型噪音噪音44码元码元码元码元,波特率与比特率波特率与比特率波特率与比特率波特率与比特率t t码元码元1 1码元码元2 2码元码元3 3码元码元4 4码元码元5 5信号信号 码元码元码元码元：时间轴上一个：时间轴上一个信号的编码单元信号的编码单元,是传输是传输中的一个电信号或光信中的一个电信号或光信号单元号单元,即即:一个脉冲状一个脉冲状态。态。T T45 码元速率码元速率码元速率码元速率(信号速率信号速率,波特率波特率,调制速率调制速率):):信道中每秒钟传输的信号状态的个数信道中每秒钟传输的信号状态的个数,即每秒钟传输的即每秒钟传输的码元数码元数,单位为波特，记作单位为波特，记作 BaudBaud计算公式计算公式:B=1/T (Baud):B=1/T (Baud)其中其中 T T为信号码元的宽度，单位为秒。为信号码元的宽度，单位为秒。数据传输速率数据传输速率数据传输速率数据传输速率(信息速率信息速率,比特率比特率):):每秒传输二进制信息的位数，单位为位每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作秒，记作bpsbps。46计算公式计算公式:R=B log:R=B log 2 2 V (bps)V (bps)式中式中 B B为码元速率为码元速率,单位波特；单位波特；V V为对一个码元编码采样的离散值的个数为对一个码元编码采样的离散值的个数,即即:脉脉冲信号的所有可能状态数；冲信号的所有可能状态数；波特率和比特率之间的关系波特率和比特率之间的关系t t信号信号二进制二进制四进制四进制47 信道带宽信道带宽信道带宽信道带宽信道由于受到物理因素的制约，只能适合传输频率信道由于受到物理因素的制约，只能适合传输频率在一定范围的信号，超过该范围，信号在传输过程中在一定范围的信号，超过该范围，信号在传输过程中将会发生严重畸变，该频率范围称为该信道的带宽。将会发生严重畸变，该频率范围称为该信道的带宽。单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。4.2 4.2 4.2 4.2 性能指标性能指标性能指标性能指标讨论讨论4:4:几个基本概念和性能指标（续）几个基本概念和性能指标（续）48 信道的极限（最大）传输速率信道的极限（最大）传输速率信道的极限（最大）传输速率信道的极限（最大）传输速率C=2HlogC=2Hlog2 2V V bpsH-Bandwidth(H-Bandwidth(信道带宽信道带宽)V-discrete levels(V-discrete levels(信号的离散等级信号的离散等级)C-Maximum data rate(C-Maximum data rate(最大数据传输速率最大数据传输速率)（1 1）理想无噪信道的最大传输速率）理想无噪信道的最大传输速率-Nyquist,192449C=HlogC=Hlog2 2(1+S/N)(1+S/N)bpsbpsH-Bandwidth(H-Bandwidth(信道带宽信道带宽)S-signal power(S-signal power(信号功率信号功率)N-noise power(N-noise power(噪音功率噪音功率)S/N-signal-to-noise ratio(S/N-signal-to-noise ratio(信噪比信噪比)（2 2）理想有噪信道的最大传输速率）理想有噪信道的最大传输速率-Shannon,1948-Shannon,194810 log10 log1010 S/N-S/N-单位：分贝单位：分贝,DB,DB50NyquistNyquist公式和公式和ShannonShannon公式的比较公式的比较C C=2=2H H log log2 2V V用于理想信道（这样的信道存在吗？）用于理想信道（这样的信道存在吗？）数据传输率随信号编码级数增加而增加。数据传输率随信号编码级数增加而增加。C C=H H log log2 2（1+1+S/NS/N）用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声用于有噪声信道（实际的信道总是有噪声！）！）无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪无论信号编码级数增加到多少，此公式给出了有噪声信道可能达到的最大数据传输速率上限。声信道可能达到的最大数据传输速率上限。原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加原因：噪声的存在将使编码级数不可能无限增加。51带宽带宽(bandwidth)(bandwidth)本来是指信号具有的频带宽度，单位本来是指信号具有的频带宽度，单位是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。是赫（或千赫、兆赫、吉赫等）。现在现在“带宽带宽”是数字信道所能传送的是数字信道所能传送的“最高数据率最高数据率”的同义语，单位是的同义语，单位是“比特每秒比特每秒”，或，或 b/sb/s(bit/s)(bit/s)。n更常用的带宽单位是更常用的带宽单位是n千比每秒，即千比每秒，即 kb/s kb/s（10103 3 b/sb/s）n兆比每秒，即兆比每秒，即 Mb/sMb/s（10106 6 b/sb/s）n吉比每秒，即吉比每秒，即 Gb/sGb/s（10109 9 b/sb/s）n太比每秒，即太比每秒，即 Tb/sTb/s（10101212 b/sb/s）n请注意：在计算机界，请注意：在计算机界，K=2K=21010=1024=1024 M=2 M=22020,G=2,G=23030,T=2,T=24040。52n在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。在时间轴上信号的宽度随带宽的增大而变窄。每每秒秒 10106 6 个比特个比特时间时间1 1 s s带宽为带宽为1 Mb/s 1 Mb/s 时间时间每每秒秒 4 4 10106 6 个比特个比特0.25 0.25 s s带宽为带宽为4 Mb/s 4 Mb/s 53吞吐量吞吐量吞吐量吞吐量(throughput):(throughput):(throughput):(throughput):表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。口）的数据量。吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。够通过网络。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。54 误码率与误比特率误码率与误比特率误码率与误比特率误码率与误比特率55误码率：误码率：误码率：误码率：PcPc是指传输的码元被传错的概率是指传输的码元被传错的概率 Pc Pc 传错的码元数传错的码元数/传输的码元总数传输的码元总数误比特率：误比特率：误比特率：误比特率：PbPb是指传输的比特被传错的概率是指传输的比特被传错的概率PbPb 传错的比特数传错的比特数/传输的比特总数传输的比特总数 56 时时时时 延延延延AB时延：时延：时延：时延：数据块数据块(一个报文或分组一个报文或分组)从网络（或链路）从网络（或链路）的一端传送到另一端所经历的总时间的一端传送到另一端所经历的总时间57传输时延传输时延传输时延传输时延（发送时延（发送时延 ）发送数据时，数发送数据时，数据块从结点进入到传输媒体所需要的时间据块从结点进入到传输媒体所需要的时间,也也就是从发送数据帧的第一个比特算起，到该帧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。的最后一个比特发送完毕所需的时间。发送时延发送时延 =数据块长度（数据块长度（比特比特）信道带宽（信道带宽（比特比特/秒秒）时延的构成时延的构成时延的构成时延的构成58传播时延传播时延传播时延传播时延 电磁波在信道中需要传播一定的电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。距离而花费的时间。传播时延传播时延 =信道长度（信道长度（米米）信号在信道上的传播速率（信号在信道上的传播速率（米米/秒秒）信号传输速率（即发送速率）和信号在信道上信号传输速率（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。的传播速率是完全不同的概念。59处理时延处理时延处理时延处理时延 交换结点为存储转发而进行一交换结点为存储转发而进行一些必要的处理所花费的时间。些必要的处理所花费的时间。排队时延排队时延排队时延排队时延 结点缓存队列中分组排队所经结点缓存队列中分组排队所经历的时延历的时延,排队时延的长短往往取决于网络排队时延的长短往往取决于网络中当时的通信量。中当时的通信量。数据经历的数据经历的总时延总时延总时延总时延就是发送时延、传播时延、就是发送时延、传播时延、处理时延和排队时延之和：处理时延和排队时延之和：总时延总时延 =发送时延发送时延+传播时延传播时延+处理时延处理时延+排队时延排队时延60四种时延所产生的地方四种时延所产生的地方 1 0 1 1 0 0 11 0 1 1 0 0 1发送器发送器队列队列在链路上产生在链路上产生传播时延传播时延结点结点 B B结点结点 A A在发送器产生传输时延在发送器产生传输时延(即发送时延即发送时延)在结点在结点 A A 中产生中产生处理时延和排队时延处理时延和排队时延数据数据以两个相邻结点为例：以两个相邻结点为例：A A 向结点向结点 B B 发送数据发送数据链路链路61容易产生的错误概念容易产生的错误概念容易产生的错误概念容易产生的错误概念 n对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数对于高速网络链路，我们提高的仅仅是数据的发送速率而不是比特在链路上的传播据的发送速率而不是比特在链路上的传播速率。速率。n提高链路带宽减小了数据的发送时延。提高链路带宽减小了数据的发送时延。62 时延带宽时延带宽时延带宽时延带宽积积积积（传播）时延（传播）时延链路链路带宽带宽时延带宽积时延带宽积 =传播时延传播时延 带宽带宽链路的时延带宽积又称为以链路的时延带宽积又称为以比特比特为单位的链路长度。为单位的链路长度。例如，某信道的例如，某信道的时延带宽乘积为时延带宽乘积为100100万比特，这意味着第万比特，这意味着第一个比特到达目的端时，源端已发送了一个比特到达目的端时，源端已发送了100100万比特。万比特。时延带宽积时延带宽积63信道利用率信道利用率信道利用率信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。用率是零。网络利用率网络利用率网络利用率网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平则是全网络的信道利用率的加权平均值。均值。利用率并非越高越好利用率并非越高越好 利用率利用率利用率利用率64时延时延 D D利用率利用率 U U1 10 0D D0 0时延时延急剧急剧增大增大n根据排队论的理论，当某根据排队论的理论，当某信道的利用率增大时，该信道的利用率增大时，该信道引起的时延也就迅速信道引起的时延也就迅速增加。增加。nD D0 0 表示网络空闲时的时延表示网络空闲时的时延nD D 表示网络当前的时延表示网络当前的时延时延与网络利用率的关系时延与网络利用率的关系时延与网络利用率的关系时延与网络利用率的关系65计算机网络的非性能特征计算机网络的非性能特征计算机网络的非性能特征计算机网络的非性能特征 费用费用质量质量标准化标准化可靠性可靠性可扩展性和可升级性可扩展性和可升级性 易于管理和维护易于管理和维护 66