第3章数据通信与通信网基础2
计算机网络(第3章)
码元 基本波形
编码
信号
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不同的编码方案
表示不同数字数据的码元的形式不同，产生出 不同的编码方案。 1.单极性遍码 2.双极性编码 3.曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
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1.单极性编码
所谓单极性编码，是指在每一码元时间间隔内，有电流发出表 示二进制“1”，无电流发出表示二进制“0”。 （1）如果整个码元时间内维持有效电平，则属于全宽码，称 为单极性不归零型编码（NRZ）； （2）如果逻辑“1”只在该码元时间维持一段时间就变成0电 平，称为单极性归零型编码（RZ）。
量、数据通信的基本方式、 多路复用技术、 数据交换 方式和差错校验和控制等技术。
信息 信源
信息 传输媒体与通信技术
信息 信宿
数据通信系统构成与功能示意图
4
3、数据通信系统的模型
数据通信系统的模型 1、一个数据通信系统可以划分为三大部分：源系统、传输系统
和目的系统；
2、源系统一般包括源点和发送器两部分；目的系统一般包括接 收器和终点两部分。
振幅
f1
f2 频率
振幅频谱图
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10、基带信号和宽带信号
直接来自信源的、没有经过调制（进行频谱搬移和变 换）的原始电信号称为基带信号，即基本频率信号。
调制分为基带调制和带通调制。 1.仅对基带信号的波形进行交换，使它能够与信道特 性相适应，变换后的信号还是基带信号，称为基带调 制； 2.利用载波信号将基带信号搬移到较高频段进行传输， 调制后的信号称为带通信号（也称宽带信号），这类 调制称为带通调制。 3.基本的调制方法有调幅（AM）、调频（FM）和调 相（PM）。
清华大学的《计算机通信与网络教程》：从高到低的跳变是 1 从 低到高的跳变是 0 。
计算机网络技术基础教程(第3章)
图3-11 多点连接
3.2.5 基带传输与频带传输 数据信号的传输方法有基带传输和频带传输两种。 1、基带传输 人们把矩形脉冲信号的固有频带称作基本频带（简称基带）。 基带传输是一种最基本的数据传输方式，它在发送端把信源 数据经过编码器变换，变为直接传输的基带信号，在接受端由解 码器恢复成与发送端相同的数据。 2、频带传输 应用模拟信道传输数据信号的方法称为频带传输。最常用的 方式是使用电话交换网，通过通信设备调制/解调器对传输信号 进行转换的通信。优点：价格便宜，易于实现；确定：速率低、 误码率高。
图3-14 PCM工作原理示意图
3.4 多路复用技术 多路复用技术就是把多个信号组合在一条物理信道上进行传 输，使多个计算机或终端设备共享信道资源，提供信道的利用率。 如图3-15所示：
图3-15 多路复用示意图
1、频分多路复用 频分多路复用(FDM)就是将一定带宽的信道分割为若干个有 较小频带的子信道，每个子信道供一个用户使用。 2、时分多路复用 时分多路复用(TDM)是将一条物理信道的传输时间分成若干 个时间片轮流地给多个信号源使用，每个时间片被复用的一路信 号占用。如图3-17所示。 3、波分多路复用 波分多路复用(WDM)是指在一根光纤上同时传输多个不同波 长的光载波的复用技术。通过WDM，可使原来在一根光纤上只能 传输光载波的单一光信道，变为可传输多个不同波长光载波的光 信道，使得光纤的传输能力成倍增加。有点见书64-65页。
图3-12 模拟数据信号的编码方法
3.3.2数字数据编码方法 数字数据编码方法，即数字数据转换为数字信号编码 的方法。 在基带传输中数字数据信号的编码方法有以下几种： 1、非归零编码 非归零编码是用低电平表示逻辑“0”，用高电平表示逻 辑“1”的编码方式，如图3-13(a)所示。 2、曼彻斯特编码 如图3-13(b)所示，每比特的中间有一次跳变，有两个 作用：一是作为位同步方式的内带时钟；二是用于表示二进 制数据信号，可以把“0”定义为由低电平跳到高电平，“1”定 义为由高电平跳到低电平，位于位之间有或没有跳变都不代 表实际的意义。
数据通信与计算机网络复习题与答案全
第1章计算机网络概论一、填空题1．在20世纪50年代，(计算机)和（通信）技术的互相结合，为计算机网络的产生奠定了理论基础。
2．从传输范围的角度来划分计算机网络，计算机网络可以分为（局域网）、（城域网）和（广域网）。
其中，Internet属于（广域网）。
3．从资源共享的角度来定义计算机网络，计算机网络指的是利用（通信线路）将不同地理位置的多个独立的（自治计算机系统）连接起来以实现资源共享的系统。
4．从逻辑功能上，计算机网络可以分成（资源子网）和（通信子网）两个部分。
5．（ARPAnet）的诞生是计算机网络发展历史中的一个里程碑事件，为Internet的形成奠定了理论和技术基础。
6．局域网的主要技术要素包括（网络拓扑）、（传输介质）和（介质访问控制方法）。
7．Internet是由分布在世界各地的计算机网络借助于（路由器）相互联接而形成的全球性互联网。
8．在通信技术中，通信信道的类型有两类:点对点式和（广播式）。
在点对点式通信信道中，一条通信线路只能连接一对结点。
而在（广播式）通信信道中，多个结点共享一个通信信道，一个结点广播信息，其他结点必须接收信息。
9．在数据传输系统中，传输介质是发送者和接收者之间的物理路径，可以分为（导向）介质和（非导向）介质。
采用（导向）介质传输数据的网络称为（有线网），而不采用（非导向）介质传输数据的网络称为（无线网）。
10．对于通信子网，早期ARPAnet中承担通信控制处理机功能的设备是（接口报文处理机/IMP），而现代计算机网络中承担该功能的设备是（路由器/router）。
11.Internet是全球最大的、开放的、由众多网络互联而成的计算机网络，狭义的Internet是指由上述网络中采用IP协议的网络互联而成的，广义的Internet是指狭义Internet加上所有 (1) C 的网络。
Internet体系结构具有良好扩充性的主要原因在于它(2)B。
广义Internet的这种基于单一主干核心结构的弊端在于(3) D 。
数据通信与计算机网络(第二版)-作业答案
数据通信与计算机网络（第二版）-作业答案第1章计算机网络概论1、什么是计算机网络？计算机网络的最主要的功能是什么？答：利用通信线路将地理上分散的、具有独立功能的计算机系统和通信设备按不同的形式连接起来，以功能完善的网络软件实现资源共享和信息传递的系统就是计算机网络。
计算机网络的主要功能：资源共享、数据通信、分布式处理、负载均衡、提高系统的可靠性和可用性等等。
2、计算机网络的发展可划分为几个阶段？每个阶段有什么特点？答：计算机网络的发展可划分为三个阶段。
第一个阶段是从单个网络APPANET向互联网发展的过程。
最初只是一个单个的分组交换网，并不是一个互联网络。
后来，ARPA才开始研究多种网络互联的技术。
第二个阶段是建成了三级结构的因特网。
分为：主干网、地区网和校园网（或企业网）。
这种三级网络覆盖了全美国主要的大学和研究所，并且成为因特网中的主要部分。
第三个阶段是逐渐形成了多层次ISP结构的因特网。
3、说明网络协议的分层处理方法的优缺点。
答：优点：可使各层之间互相独立，某一层可以使用其下一层提供的服务而不需知道服务是如何实现的；灵活性好，当某一层发生变化时，只要其接口关系不变，则这层以上或以下的各层均不受影响；结构上可以分割开，各层可以采用最合适的技术来实现；易于实现和维护；能促进标准化工作。
缺点：层次划分得过于严密，以致不能越层调用下层所提供的服务，降低了协议效率。
4、将TCP/IP和OSI的体系结构进行比较，讨论其异同之处。
答：TCP/IP和OSI的相同点是二者均采用层次结构，而且都是按功能分层，不同点有：OSI分七层，而TCP/IP分为四层；OSI层次间存在严格的调用关系，两个层实体的通信必须通过下一层实体，不能越级，而TCP/IP可以越过紧邻的下一层直接使用更低层次所提供的服务，因而减少了一些不必要的开销，提高了协议效率;OSI只考虑用一种标准的公用数据网。
5、计算机网络的硬件组成包括哪几部分？答：计算机网络的硬件组成包括服务器、主机或端系统设备、通信链路等 6、计算机网络可从哪几个方面进行分类？答：计算机网络可以从网络的交换功能、网络的拓扑结构、网络的覆盖范围、网络的使用范围等方面进行分类。
通信原理基础
第二节：数据通信研究的内容
一、传输
研究传输通路和所适应的信号形式。
二、通信接口
研究把发送端的信号变换为适合传输通路的 信号；把接收端的信号变换为终端设备可接 收的形式。
三、通信处理
通讯处理可分为三类
1．编辑：差错控制、格式化处理和编辑 2．转换：速度转换和代码转换 3．控制：网络控制、查询和路由
第三节：数据通信系统的组成
2．数字通信：是以数字信号方式传送消息 的通信方式。(图1-4)
信息源
信源 编码器
信道 编码器
调制器
传输媒质 噪声源
受信者
信源 译码器
信道 译码器
解调器
数字通信的优点：抗干扰性强、保密性好。
数字通信的缺点：信道频带比模拟信道宽， 信道利用率低。
3．数据通信：依据通信协议，利用数据传 输技术在两个功能单元之间传递信息。
的不确定性的一种信号。
确定信号是一种没有不确定值的信号。
• 周期信号和非周期信号 如果用时间函数表示的信号s(t)满足s(t+T)=s(t)
则该信号为周期信号。
T 为信号的周期。 如不满足s(t+T)=s(t)则该信号为非周期信号。
重要特征：信号的幅值、频率、相位。 幅值是信号各个时刻的瞬时值。 频率是周期的倒数，用赫兹来表示。
一、制定标准的意义： 二、制定标准的不利因素： 三、制定标准的机构
第七节：数据通信的应用及发展前景
一、数据通信的 2．消息处理系统 3．分组无线网PRNET及分组卫星网PSNET 4．综合业务数字网ISDN 5．利用各种通信网络的消息系统 6．应用于计算机综合制造（CIM）
相位是描述周期信号在时间轴上的相对位置， 用弧度表示。
第3章 数据传输与通信基础.
3.3 多路复用技术
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在长途通信中，一些高容量的同轴电缆、卫星 设施以及光缆，其可传输的频率带宽很宽，为了 高效合理地利用这些资源，出现了多路复用技术。 多路复用就是在单一的通信线(一条物理电缆线) 上，同时传输多个不同来源的信息。从不同发送 端发出的信息S1，S2…，Sn，先由复合器复合为 一个信息，再通过单一信道传输至接收端。接收 前先由分离器分出各个信号，再被各接收端接收。 可见，多路复用需经复合、传输、分离三个过程。
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3．全双工通信方式 全双工通信能在两个方向上同时发送和接收信
息，如图3.4所示，它相当于把两个相反方向的 单工通信方式组合起来，因此一般采用四线制。 全双工通信效率高，控制简单，但组成系统造价 高，适用于计算机之间通信。如：计算机网络、 手机通信的方式。
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1．串行通信 在计算机中，通常是用8位的二进制代码来表
示一个字符。在数据通信中，人们可以按图3.6 所示的方式，将待传送的每个字符的二进制代码 按由低位到高位的顺序依次进行发送，到达对方 后，再由通信接收装置将二进制代码还原成字符 的方式称为串行通信。串行通信方式的传输速率 较低，但只需要在接收端与发送端之间建立一条 通信信道，因此费用低。目前，在远程通信中， 人们一般采用串行通信方式。
指标之一。数据传输速率在数值上等于每秒钟传 输所构成数据代码的二进制比特数，单位为比特 /秒(bit/second)记做bps。对于二进制数据，数据 传输速率为：S = 1/t(bps)
需要指出的是带宽和数据传输速率之间并没有 直接对应的关系，一般来说，高数据速率，也意 味着大带宽，但与信道信噪比存在着关系。
计算机网络与通信(第2版)课后习题参考答案
解答：
以传递邮件为例。首先，E-mail数据通过本地计算机（信息源）发送给Modem（变换器），完成数字信号到模拟信号的转换，然后通过电话线（信道）传送到目的地的Modem
（反变换器），完成模拟信号到数字信号的转换，然后送给目的地计算机（受信者），从而完成整个数据的传输。
#include <stdio.h>
#include <graphics.h>
#include <stdlib.h>
#include <conio.h>
/*函数：初始化图形显示模式。*/
void InitPaint(void)
{
int gdriver = DETECT, gmode, errorcode;
（3）报文交换采用"存储-转发"方式进行传送，无需事先建立线路，事后更无需拆除。它的优点是：线路利用率高、故障的影响小、可以实现多目的报文；缺点是：延迟时间长且不定、对中间节点的要求高、通信不可靠、失序等，不适合计算机网络。
（4）分组交换中数据以短分组的形式传输，分组长度一般为1000字节。如果发送端有更长的报文需要发送，那么这个报文被分割成一个分组序列，每个分组由控制信息和用户数据两部分组成。分组交换适用于计算机网络，在实际应用中有两种类型：虚电路方式和数据报方式。分组交换的优点是：高效、灵活、迅速、可靠、经济，但存在如下的缺点：有一定的延迟时间、额外的开销会影响传输效率、实现技术复杂等。
目前光纤的最大传输速率可达10Gbps的数量级。
2.3 无线电通信频率范围是多少？无线电广播频谱和微波频谱各是多少？
解答：
无线电通信频率范围为3KHz～300GHz，无线电广播频谱为30 MHz～1 GHz，微波频谱为2～40 GHz。
计算机网络技术_第三版_王协瑞_第一章到第八章课后习题答案
第一章计算机网络概述1、什么是计算机网络？它有哪些功能？计算机网络是将分布在不同地理位置上的计算机通过有线的或无线的通信链路链接起来，不仅能使网络中的各个计算机之间的互相通信，而且还能通过服务器节点为网络中其他节点提供共享资源服务。
功能应用：1.实现计算机系统的资源共享2.实现信息的快速传递3.提高可靠性4.提供负载均衡与分布式处理能力5.集中管理6.综合信息服务计算机网络应用：1.办公室自动化2.管理信息系统3.过程控制4.Internet应用2、试举几个计算机网络应用的实例。
办公自动化管理信息系统过程控制Internet应用：电子邮件、信息发布、电子商务、远程音频、视频应用。
3、论述通信子网和用户资源子网的关系？从逻辑功能上计算机网络则是由资源子网和通信子网组成的。
具体答案请参照课本P6。
资源子网提供访问网络和处理数据的能力，由主机系统，终端控制器，和终端组成，主机系统负责本地或全网的数据处理，运行各种应用程序或大型数据库，向网络用户提供各种软硬件资源和网络服务，终端控制器把一组终端连入通信子网，并负责终端控制及终端信息的接收和发送，中断控制器。
通过资源子网，用户可以方便的使用本地计算机或远程计算机的资源，由于他将通信网的工作对用户屏蔽起来，是的用户使用远程计算机资源就如同使用本地资源一样方便。
通信子网是计算机网络中负责数据通信的部分，，主要完成数据的传输，交换以及通信控制。
4.典型的计算机网络拓扑结构包括哪几种？各自特点是什么？试画图说明。
答：1、星状拓扑、2、环状拓扑3、总线型拓扑4、树状拓扑5、网状拓扑1．星状拓扑星状拓扑是由中央节点和通过点到到通信链路接到中央节点的各个站点组成。
星形拓扑结构具有以下优点：（1）控制简单。
（2）故障诊断和隔离容易。
（3）方便服务。
星形拓扑结构的缺点：（1）电缆长度和安装工作量可观。
（2）中央节点的负担较重，形成瓶颈。
（3）各站点的分布处理能力较低。
2、总线拓扑2. 总线拓扑总线拓扑结构采用一个信道作为传输媒体，所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上，该公共传输媒体即称为总线。
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最大数据率 (C) 6000 bps
12000 bps 18000 bps 24000 bps 30000 bps 36000 bps
Nyquist公式为估算已知带上存在三类损耗：衰减、延迟、噪声。 a）衰减
信道的损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。
破坏约560个比特（56Kbps）。
Shannon (香农) 考虑了信道有热噪声的情况 设S/N 是信噪比，S是信号功率，N是噪声功率，则
C = W log2 ( 1 + S/N )
例：信道带宽W=3KHz，信噪比为30dB，则
C=3000*log2(1+1000) ≈30Kbps
Nyquist公式和Shannel公式的比较
报文交换的主要缺点
每一个结点对报文数据的存储转发时间较长，传输一 份报文的 总时间并不比采用线路交换方式短，或许 会更长。因此，报文交换不适于传输实时的或交互式 业务，例如话音、传真飞终端与主机之间的会话业务 等。事实上，报文交换只是主要应用 于非计算机数 据业务 （ 如民用电报业务 ） 的通信网中，以及公共 数据网发展的初期。
b）延迟 信号中的各种频率成分在信道上的延迟时间各不相同，
在接收端会产生信号畸变。
c）噪声 热噪声：由导体内的热扰动引起，又称为白噪声。 串扰：信道间产生的不必要的耦合。例：多对双绞线 脉冲噪声：非连续、随机、振幅较大。多由外部电磁干
扰造成（闪电、大功率电机启动等）。
噪声将破坏信号，产生误码。持续时间0.01s的干扰可以
采样定理：设模拟信号的带宽是W，Ts是采样间隔， 则当采样率 fs =1/Ts =2W时，由采样数据就可以恢复 原模拟信号。
话音频率<4000Hz，采样率 8000次/秒。
从采样定理可以得到信道带宽与信道的数据传输速率 的关系 — Nyquist 原理：设信号是M值，带宽为W的 信道传输的二进制数据的最大速率，即信道容量为
位进行交换，又称为快速分组交换 异步传输模式 ATM 以信元为基本传输单位，主要采用了信元交换和异步时分
多路复用技术。 可以动态分配带宽，因此非常适合于输出突发性数据。
3. 6 数据通信的主要性能指标
3.6.1 数据传输速率与信道带宽
1. 基本概念 ➢ 信道带宽
带宽是指物理信道的频率宽度，即信道允许的最高频率和 最低频率之差，单位为赫兹(Hz)。 信道带宽则限定了允许通过该信道的信号下限频率和上限频 率，也就是限定了一个频率通带。
3.6.2 误码率Pe
误码率是指二进制码元在数据传输中被传错的概率，也 称为“出错率”。误码率是衡量通信系统在正常的工作 情况下传输可靠性的指标
3.6.3 影响信道质量的其他因素
传输延迟 信息传输的延迟指数据从信源（源计算机）到信宿（目
1. 报文交换
在报文交换方式中，当一个站点要发送数据给另一个 站点时，不需要事先在两站之间建立专用通路。
报文交换的特点 ➢ 线路利用率高 ，故障的影响小 ➢ 不需要收、发两端同时处于激活状态 ➢ 延迟时间长，不适合于对实时性要求强的传输，例如：会话 或实时转播等。 ➢ 报文长度不限 对中间节点的要求高，例如：存储能力或处理 能力等。 ➢ 通信不可靠、失序有时中间节点收到过多的数据而无空间存 储或不能及时转发时，就不得不丢弃报文；而且发出的报文不 按顺序到达目的。
➢ 高效 动态分配传输带宽，对通信链路是逐段占用。 ➢ 灵活 以分组为传送单位和查找路由。 ➢ 迅速 不必先建立连接就能向其他主机发送分组；充分使 用链路的带宽。
➢ 可靠 完善的网络协议；自适应的路由选择协议使网络有 很好的生存性。
三种交换的比较
3.5.3 高速交换技术
帧中继交换 帧中继是一种减少结点处理时间的技术。帧中继以帧为单
f0 称为基频，f0＝1/T，T 称为信号周期。
周期信号的全部频率(及其相应的振幅和初始相位)称 为信号的频谱(spectrum)。
信号频率区间的大小，即频谱的宽度称为信号的带 宽(bandwidth)。
信道容量及 NYQUIST 原理
问题：一个模拟信号对脉冲载波进行PCM 调制，就 得到相应的数字信号，这是采样。从采样得到的数字 信号能否恢复原模拟信号？
● D = 2W log2K 说明数据传输率D随信号编码级数增加而增加。 ● C = W log2(1+S/N) 说明信道能达到的最高传输速率。
对于一个物理信道而言，如果带宽、噪声、传输介质等已 经确定，那么按照香农定理，其最大传输速率（极限速率） 也就确定了，采用不同的调制技术，可以得到不同的数据 传输速率，但总是小于香农定义的极限速率。反过来，如 果噪声、传输介质、调制技术等都已确定，那么带宽越宽 （如从10MHz扩充到20MHz），意味着数据传输速率越 高。
➢ 数据传输速率 指单位时间内信道上传送的信息量，单位为比特/秒
(bit/second)，记作bps。
2. 信道最大传输速率
周期信号的 FOURIER 分析
一切周期信号都可以由正弦波、余弦波叠加而成。
这些波的频率由低到高分别为：f0，2f0， 3f0,…,分 别称为一次、二次、三次谐波。
所有这些频率构成 S(t) 的频谱。
2. 分组交换(packet switching)
分组交换将用户的大报文分成若干个报文分组(包)，并 以报文分组为单位在网络中传输。每一个报文分组均含有 数据和目的地址，同一个报文的不同分组可以在不同的路 径中传输，到达终点以后，再将它们重新组装成完整的报 文。
特点： ➢ 开销大（地址信息），适应少量数据的传送。 ➢ 每个数据报（即分组）必须携带详细的地址信息。 ➢ 通信不可靠、失序。 ➢ 故障的影响小。数据报可以绕开故障区而到达目的地。
C = 2W log2 M M = 2，C = 2W
信道容量--最大数据传输率
Nyquist 公式：用于理想信道
D = 2W log2 K
D = 传输率，单位b/s或bps W = 带宽，单位Hz K = 信号电平级数
例如：
M
话音级线路(3000 Hz) 的信道容量计算，如右
2 4
图所示。
8
16
32