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计算机网络原理公式及计算题第三章物理层公式一：数据传输速率的定义和计算每秒能传输的二进制信息位数,单位为位/秒(bits per second），记作bps或b/sR=1/T*Log2N(bps）T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码情况)或重复周期(归零码情况）单位为秒。
N一个码元所取有效离散值个数，也称调制电平数，取2的整数次方值公式二：信号传输速率(码元速率、调制速率或波特率）定义和计算单位时间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输速率，单位为波特（Baud)。
B=1/T (Baud）公式三：调制速率与数据传输速率的对应关系式R=B*Log2N（bps)公式四:奈奎斯特公式奈奎斯特（Nyquist）定理奈奎斯特首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值B与信息带宽H的关系B=2＊H H是信道的带宽，单位为Hz信道传输能力的奈奎斯特公式：C=2*H*Log2N公式五：香农公式受随机噪声干扰的信道情况,给出了计算信道的香农公式： C=H*Log2（1+S/N）（bps)其中，S表示信号功率，N为噪声功率,S/N则为信噪比。
由于实际使用的信道的信噪比都要足够大，故常表示成10＊log10 （S/N），以分贝（dB）为单位来计算，在使用时要特别注意公式六：误码率误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数据传输出错的概率。
设传输的二进制数据总数为N位,其中出错的位数为Ne，则误码率表示为；Pe= Ne/N公式七：采样定律采样定理❖Fs（= 1/Ts ）≥ 2Fmax 或Fs≥2Bs❖Fs是采样频率，Fmax 是原始信号最大频率，Ts 为采样周期，Bs（= Fmax— Fmin）为原始信号的带宽.❖量化级是2的整数倍，用来生成每次采样的二进制码的个数，❖2二进制码个数=量化级，比如量化级为128，则每次采样二进制码为7个❖信号传输速率=采样频率*每次采样的二进制码个数❖R（数据传输率)=1/T*log2N公式八： T1载波和E1载波的编码效率和开销率。
物理层通信技术的原理与性能评估物理层通信技术是计算机网络中的基础，主要负责将数字信号转换为模拟信号并进行传输。
本文将重点介绍物理层通信技术的原理和性能评估方法。
一、物理层通信技术的原理1. 数字信号与模拟信号的转换：物理层通信技术通过调制和解调的方式，将数字信号转换为模拟信号进行传输。
调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，常用的调制方式包括频移键控调制（FSK）、相移键控调制（PSK）和振幅键控调制（ASK）；解调则是将接收到的模拟信号转换为数字信号的过程。
2. 载波传输技术：在物理层通信过程中，常用的传输方式是通过载波来传递信号。
载波传输技术主要包括模拟调制和数字调制。
模拟调制是将数字信号转换为模拟信号，并将其叠加在载波上进行传输；数字调制是将数字信号直接调制成载波信号进行传输，更适用于数字通信。
3. 多路复用技术：多路复用是通过在相同传输介质上同时传输多个信号，提高传输效率和频谱利用率。
常用的多路复用技术包括频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）和码分多路复用（CDM）。
4. 信道编码技术：为了提高通信质量和容错能力，物理层通信技术还常常采用信道编码技术。
信道编码是对待传输的数据进行编码的过程，主要包括奇偶校验、海明码和循环冗余检测（CRC）等。
二、物理层通信技术的性能评估方法1. 传输速率：传输速率表示单位时间内传输的比特数。
在物理层通信技术中，传输速率的高低决定了网络传输的效率。
传输速率通常以比特每秒（bps）或兆比特每秒（Mbps）来表示。
2. 误码率：误码率表示传输信号中发生误码的概率。
在物理层通信技术中，误码率越低，说明传输质量越好。
常用的评估方法包括比特误码率（BER）和帧误码率（FER）。
3. 带宽：带宽表示传输媒介所能传输的频率范围。
在物理层通信技术中，带宽越高，传输速率越快。
带宽通常以赫兹（Hz）或千赫兹（KHz）表示。
4. 信噪比：信噪比表示传输信号中有用信号与噪声信号之间的比例。
计算机网络的组成和工作原理一、计算机网络的组成计算机网络是由两个或多个计算机之间的连接所组成的系统，通常包括硬件、软件和协议。
计算机网络的组成包括以下三个方面：1.硬件组成计算机网络的硬件组成包括计算机、服务器、路由器、集线器、交换机、调制解调器以及各种传输媒体等。
其中，计算机是网络的核心设备，用于处理数据和软件程序。
服务器是用于存储和处理数据的设备，可以提供各种网络服务。
路由器是用来连接不同的局域网和广域网，用于传输数据。
集线器是用于将多个计算机连接起来，组成局域网。
交换机是在局域网中传输数据时进行交换和分配的设备。
调制解调器是用于将数字信号转换成模拟信号或者将模拟信号转换成数字信号，以便进行数据的传输。
2.软件组成计算机网络的软件组成包括操作系统、网络协议以及各种网络应用程序等。
操作系统是管理计算机硬件和软件的核心程序。
网络协议是在计算机网络中进行通信和数据传输的规定。
各种网络应用程序包括电子邮件、网上聊天、FTP、WWW等，这些应用程序主要用于进行数据的交流、分享、传输和存储。
3.协议组成计算机网络的协议组成是指在计算机网络中进行通信和数据传输所遵循的规程和规定。
协议分为物理层、数据链路层、网络层、传输层和应用层五层，每一层都有不同的功能。
物理层：负责传输数据的物理连接，主要包括电缆、光缆、天线、网卡等。
数据链路层：将物理层的数字信号转换成数据包，实现数据的传输和错误控制等。
网络层：将数据链路层的数据包进行路由和转发，以便数据的传输。
传输层：提供端到端的数据传输服务，主要包括TCP和UDP 协议等。
应用层：提供各种网络应用程序的服务，主要包括HTTP、FTP、Telnet等。
二、计算机网络的工作原理计算机网络的工作原理主要包括数据传输的流程和数据的传输方式两个方面。
1.数据传输的流程计算机网络中的数据传输流程主要包括以下几个步骤：（1）数据的产生和采集：数据是通过计算机、传感器等设备产生和采集的，包括图像、声音、文字等形式。
osi七层模型流程全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：OSI七层模型是国际标准化组织（ISO）制定的一种网络参考模型，用于描述计算机网络体系结构的组成和工作原理。
该模型将网络通信按照功能划分为七个层次，每一层负责不同的功能，通过协议来实现数据在各层之间的传递和交互，从而形成完整的网络通信系统。
在网络通信中，遵循OSI七层模型的原则能够使网络更加高效、稳定和安全。
OSI七层模型的七层分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
下面将分别介绍每一层的功能和流程。
物理层是最底层的一层，主要负责在网络设备之间传输数据的物理介质和信号。
在物理层的通信中，数据以比特的形式通过传输介质（如网线、光纤、无线电波等）进行传输。
物理层的主要作用是定义数据传输的物理特性，包括传输介质、数据编码、数据传输速率等。
数据链路层位于物理层之上，主要负责建立和管理节点之间的数据链路。
数据链路层将比特组织成数据帧，并通过物理层提供的传输介质进行传输。
在数据链路层中，通过物理地址（MAC地址）来标识网络设备，实现设备之间的直接通信。
数据链路层还负责检错和纠错、流量控制等功能。
网络层是网络通信中的第三层，主要负责在不同网络之间进行数据传输和路由选择。
网络层通过IP地址来标识网络设备，在不同网络之间进行数据传输时需要进行路由选择。
网络层的主要功能是定义数据在网络中的传输路径，实现数据的分组传输和转发。
传输层是网络通信的第四层，主要负责端到端的数据传输和流量控制。
传输层通过端口号来标识进程，实现应用层之间的通信。
传输层的主要功能包括数据的分段、传输控制和错误恢复等。
表示层是网络通信的第六层，主要负责数据的格式化和编码。
表示层将应用层的数据进行格式化，以便于在网络上传输和解析。
表示层的主要功能是将数据从应用层转换为网络传输的格式，并进行数据的加密、解密等。
应用层是网络通信的最顶层，主要负责网络应用程序之间的数据交换和通信。
计算机网络基础知识全面介绍各种网络硬件设备的原理与应用引言计算机网络是指将多台计算机互连起来，实现信息共享和资源共享的系统。
而计算机网络的构成离不开各种网络硬件设备。
本文将从网络硬件设备的各类及其工作原理与应用进行全面介绍。
一、路由器1.1 工作原理路由器是负责将网络数据包转发到目的地的设备。
其工作原理如下：•路由表：路由器通过维护一张路由表，根据数据包的目的地址来判断下一跳的路径。
•路由选择算法：路由器根据路由选择算法来选择最佳路径，最常用的算法是距离向量路由算法和链路状态路由算法。
•数据包转发：路由器根据路由表将数据包转发到下一跳。
1.2 应用•网络分割：路由器可以将大型网络分成多个子网，提高网络的性能和安全性。
•数据包过滤：路由器可以根据预设的规则对数据包进行过滤，实现网络流量的控制和安全保护。
•访问控制：路由器可以通过访问控制列表（ACL）实现对网络上的主机进行管理和限制。
二、交换机2.1 工作原理交换机是用于连接多台计算机的设备，其工作原理如下：•MAC地址：交换机通过学习每个设备的MAC地址，建立一个地址表，用于记录设备的位置。
•转发数据：交换机根据数据包的目的MAC地址，将数据包转发到对应的端口。
2.2 应用•局域网扩展：通过交换机连接多个计算机，可以扩展局域网的范围，满足多台计算机间的通信需求。
•数据带宽提升：交换机可以实现全双工通信，提升数据传输的效率和带宽。
•数据隔离：交换机提供了不同设备之间的数据隔离，确保数据的安全性和隐私性。
三、防火墙3.1 工作原理防火墙是一种网络安全设备，其工作原理如下：•包过滤：防火墙通过分析数据包的源地址、目的地址、协议和端口等信息，来决定是否允许通过。
•状态检测：防火墙可以检测并记录连接的状态，对于已建立的连接，只允许合法的数据传输。
•网络地址转换：防火墙可以进行网络地址转换（NAT），将内部私有IP地址转换为公网IP地址，实现连接到公网的功能。
网络安全中基于物理层的入侵检测技术研究随着信息技术的快速发展，互联网的普及程度越来越高，网络安全问题也日益突出。
网络入侵成为了威胁网络安全的一大问题，给个人、企业和国家的信息资产造成了重大损失。
为了保护网络安全，基于物理层的入侵检测技术应运而生。
本文将对基于物理层的入侵检测技术进行探讨和研究，并介绍其原理、优势以及应用前景。
一、基于物理层的入侵检测技术概述基于物理层的入侵检测技术是指通过对网络物理层数据进行监控和分析，检测和识别潜在的入侵行为。
相比传统的基于网络层和应用层的入侵检测技术，基于物理层的检测技术更加直接、全面和准确。
物理层入侵检测技术可以绕过网络中的加密和安全控制措施，发现隐藏在物理层的入侵行为，提供了更高的安全保障。
二、基于物理层的入侵检测技术原理1.物理层信号分析：基于物理层的入侵检测技术通过对网络物理层传输的信号进行分析，识别正常信号和异常信号。
正常信号的特征和模式已经事先建模，一旦检测到与模型不符的信号模式，就会触发警报。
2.信道特征分析：每个通信信道具有各自特有的信道特征，包括信道衰减、信道响应、信噪比等。
基于物理层的入侵检测技术通过对网络信道的特征进行分析，发现信道特征的异常变化，从而检测到潜在的入侵行为。
3.数据异常检测：基于物理层的入侵检测技术还可以对网络传输的数据进行异常检测。
通过对数据的统计分析和建模，发现数据传输中的异常行为，比如异常的数据负载、异常的数据流量等，从而判断是否存在入侵行为。
三、基于物理层的入侵检测技术的优势1.绕过加密和控制：基于物理层的入侵检测技术不依赖于网络中的加密和安全控制措施，可以直接检测到隐藏在物理层的入侵行为。
这使得它能够对那些通过绕过网络层和应用层安全防护机制的入侵行为进行有效检测。
2.准确性高：基于物理层的入侵检测技术基于底层的信号分析，具有更高的准确性。
正常信号的特征和模式已经通过建模确定，一旦检测到与模型不符的信号，可以应立即触发警报。
《计算机网络原理》电子教案第一章：计算机网络概述1.1 计算机网络的定义与发展1.2 计算机网络的分类1.3 计算机网络的组成与结构1.4 计算机网络的性能与指标第二章：网络体系结构与协议2.1 网络体系结构的分层模型2.2 OSI参考模型与分层协议2.3 TCP/IP协议族及其分层模型2.4 常见网络协议简介第三章：物理层与数据链路层3.1 物理层的通信原理3.2 数据链路层的帧同步与差错控制3.3 数据链路层的帧格式与传输过程3.4 常见的数据链路层协议第四章：网络层与传输层4.1 网络层的基本概念与路由算法4.2 网络层的路由协议4.3 传输层的功能与协议4.4 传输层的端口与套接字编程第五章：应用层与网络应用5.1 应用层的基本概念与服务5.2 常见应用层协议及其工作原理5.3 网络应用编程接口与API 5.4 常见网络应用案例分析第六章：局域网技术6.1 局域网的基本概念6.2 常见的局域网拓扑结构6.3 局域网的介质访问控制方法6.4 局域网互联设备与协议第七章：广域网技术7.1 广域网的基本概念与分类7.2 电话网络与ATM网络7.3 帧中继与SMDS网络7.4 互联网与虚拟专用网络第八章：路由器与路由选择8.1 路由器的基本概念与工作原理8.2 静态路由与动态路由选择算法8.3 路由器配置与管理8.4 路由器在网络中的应用案例第九章：网络安全与防火墙9.1 网络安全的基本概念与威胁9.2 数据加密与数字签名技术9.3 防火墙的原理与类型9.4 常见网络安全协议与策略第十章：网络管理与发展趋势10.1 网络管理的基本概念与体系结构10.2 网络管理协议与工具10.3 网络技术的发展趋势10.4 云计算与物联网在网络领域的应用重点解析第一章：计算机网络概述重点：计算机网络的定义、分类、组成与结构、性能与指标。
难点：计算机网络的发展历程。
第二章：网络体系结构与协议重点：网络体系结构的分层模型、OSI参考模型、TCP/IP协议族。
计算机网络原理公式及计算题第三章物理层公式一:数据传输速率的定义和计算每秒能传输的二进制信息位数,单位为位/秒（bits per second），记作bps或b/sR=1/T*Log2N（bps）T为一个数字脉冲信号的宽度(全宽码情况)或重复周期(归零码情况)单位为秒.N一个码元所取有效离散值个数,也称调制电平数,取2的整数次方值公式二: 信号传输速率（码元速率、调制速率或波特率）定义和计算单位时间内通过信道传输的码元个数，也就是信号经调制后的传输速率,单位为波特（Baud）。
B=1/T （Baud）公式三:调制速率与数据传输速率的对应关系式R=B*Log2N（bps）公式四 :奈奎斯特公式奈奎斯特（Nyquist）定理奈奎斯特首先给出了无噪声情况下码元速率的极限值B与信息带宽H的关系B=2*H H是信道的带宽，单位为Hz信道传输能力的奈奎斯特公式 :C=2*H*Log2N公式五 :香农公式受随机噪声干扰的信道情况，给出了计算信道的香农公式：C=H*Log2（1+S/N）（bps）其中，S表示信号功率，N为噪声功率，S/N则为信噪比。
由于实际使用的信道的信噪比都要足够大，故常表示成10*log10 (S/N)，以分贝(dB)为单位来计算，在使用时要特别注意公式六 :误码率误码率是衡量数据通信系统在正常工作情况下的工作情况下的传输可靠性的指标，它定义为二进制数据传输出错的概率。
设传输的二进制数据总数为N位，其中出错的位数为Ne，则误码率表示为；Pe= Ne/N公式七 :采样定律采样定理Fs（= 1/Ts ）≥2Fmax 或Fs≥2BsFs是采样频率，Fmax 是原始信号最大频率，Ts 为采样周期，Bs（= Fmax- Fmin）为原始信号的带宽。
量化级是2的整数倍，用来生成每次采样的二进制码的个数， 2二进制码个数=量化级，比如量化级为128，则每次采样二进制码为7个信号传输速率=采样频率*每次采样的二进制码个数R(数据传输率)=1/T*log2N公式八: T1载波和E1载波的编码效率和开销率。
常见无线路由器的无线网络原理分析：随着网络的发展，无线网以其快捷的特性，敏捷赢得了广阔浪费者的喜欢，如今咱们在生活中的各个旮旯都能发现无线网的踪迹，无线路由器也随处可见。
下面我就具体的分析无线网的原理：首要让咱们先知道Wi-Fi，Wi-Fi已被公认为WLAN的代名词，其实Wi-Fi是一种无线局域网产物的认证标准;而WLAN则是无线局域网的技能标准，二者都保持着同步更新的状况，Wi-Fi的英文全称为WirelessFidelity，即无线相容性认证，它并不是只对准某一WLAN标准的技能标准，IEEE 802.11b是较早出台的无线局域网技能标准，因而其时我们就把IEEE802.11b标准等同于Wi-Fi。
因为无线技能标准的多样化呈现，所使频段和调频方法的不尽相同，造成了各种标准的无线网络设备互不兼容，这就给无线接入技能的开展带来了相当大的不确定要素，因而推出了Wi-Fi标准，以此来统一和标准整个无线网络商场的产物认证，只要通过了WECA认证，厂家出产的无线产物才干运用Wi-Fi认证商标，有了Wi-Fi认证，全部兼容性问题就变得简略起来。
用户只需认准Wi-Fi标签，便可包管他们所采办的无线AP、无线网卡等无线周边设备能够很好地协同作业。
虽然各类无线网所遵从的标准和标准有所不一样，但就其传输方法来看则不过两种，即无线电波方法和红外线方法，其间红外线传输方法是当前运用最广泛的一种无线网技能，咱们所运用的家电遥控器简直都是选用红外线传输技能。
作为一种无线局域网的传输方法，红外线传输的最大长处是不受无线电波的搅扰，并且红外线的运用也不会被国家无线电管理委员会加以约束，红外线对非通明物体的穿透性也十分差。
伴跟着英特尔迅驰挪动计算技能的家喻户晓，伴跟着以太局域网的迅猛开展，无线局域网以其装置简洁、运用灵敏等长处赢得了特定商场的认可。
但也正因为其时的无线局域网是作为有线局域网的一种弥补，使得根据802.3架构上的无线网络产物存在着很容易受搅扰、功能不稳定、传输速率低且不易晋级等缺点，不一样厂商之间的产物也互不兼容，然后约束了无线局域网的进一步开展。
物联网的应用原理分为几层1. 物联网的概述物联网（Internet of Things，IoT）是指通过无线射频识别技术、传感器网络、云计算等技术手段将物理世界与信息网络相连接，实现物与物之间的智能交互与互联。
物联网的应用原理可以分为多个层次，每个层次负责不同的功能。
2. 应用原理分层物联网的应用原理可以分为以下几层：2.1 物理层物理层是物联网应用的最底层，负责将物理设备与网络连接起来。
物理层主要涉及传感器、无线射频识别设备、嵌入式系统等硬件设备。
传感器用于感知环境变化，无线射频识别设备用于标识和跟踪物品，嵌入式系统用于控制设备和数据采集。
2.2 网络层网络层是物联网应用的中间层，负责搭建物联网的通信网络。
网络层主要包括局域网、无线传感器网络、广域网等。
局域网用于局部范围内的通信，无线传感器网络将大量的传感器连接起来，广域网用于连接不同地域的物联网应用。
2.3 数据层数据层是物联网应用的核心层，负责处理和管理物联网生成的海量数据。
数据层主要涉及数据采集、数据存储、数据分析和数据管理等。
数据采集通过传感器获取物理世界的数据，数据存储用于存储大量的数据，数据分析用于对数据进行处理和分析，数据管理用于管理和维护数据。
2.4 应用层应用层是物联网应用的最上层，负责提供具体的应用服务。
应用层主要包括智能家居、智慧城市、智能交通、智能医疗等各种物联网应用。
应用层通过数据层提供的数据进行相应的处理和展示，使用户能够实现对物联网应用的控制和操作。
3. 应用原理分层的作用物联网的应用原理分层可以使整个物联网系统更加清晰和可扩展。
不同层次的分工清晰，有利于各层次之间的解耦和独立发展。
同时，分层设计还可以降低物联网应用的复杂性，便于系统的维护和管理。
4. 总结物联网的应用原理分为物理层、网络层、数据层和应用层四个层次。
每个层次负责不同的功能，并相互协作实现物联网应用的整体功能。
合理的分层设计有助于提高物联网应用系统的性能、稳定性和可扩展性，为我们的生活带来更多的便利和智能化体验。
《计算机网络原理》电子教案第一章：计算机网络概述1.1 教学目标了解计算机网络的定义、功能和发展历程。
掌握计算机网络的分类和拓扑结构。
理解计算机网络的基础组成和分层模型。
1.2 教学内容计算机网络的定义和功能计算机网络的发展历程计算机网络的分类和拓扑结构计算机网络的基础组成计算机网络的分层模型1.3 教学方法采用讲授法，讲解计算机网络的基本概念。
通过案例分析，使学生了解计算机网络的实际应用。
利用互动提问，帮助学生巩固所学知识。
1.4 教学资源PPT课件相关案例资料互动提问环节1.5 教学评估课堂问答：检查学生对计算机网络基本概念的理解。
第二章：物理层与数据链路层2.1 教学目标掌握物理层的传输介质和信号传输技术。
理解数据链路层的帧同步、差错控制和流量控制。
熟悉数据链路层的常见协议。
2.2 教学内容物理层的传输介质和信号传输技术数据链路层的功能和结构数据链路层的数据帧、帧同步、差错控制和流量控制数据链路层的常见协议2.3 教学方法采用讲授法，讲解物理层和数据链路层的基本原理。
通过实际案例，使学生了解数据链路层的应用。
利用模拟实验，让学生亲手搭建简单网络，加深对数据链路层协议的理解。
2.4 教学资源PPT课件相关案例资料网络仿真软件2.5 教学评估课堂问答：检查学生对物理层和数据链路层基本原理的理解。
实验报告：评估学生在网络仿真软件中的实际操作能力。
第三章：网络层与传输层3.1 教学目标掌握网络层的路由算法和路由协议。
理解传输层的服务和协议，如TCP和UDP。
熟悉网络层和传输层在实际应用中的协同工作。
3.2 教学内容网络层的路由算法和路由协议传输层的服务和协议，如TCP和UDP网络层和传输层在实际应用中的协同工作3.3 教学方法采用讲授法，讲解网络层和传输层的基本原理。
通过实际案例，使学生了解网络层和传输层在应用中的作用。
利用模拟实验，让学生亲手搭建简单网络，加深对网络层和传输层协议的理解。
3.4 教学资源PPT课件相关案例资料网络仿真软件3.5 教学评估课堂问答：检查学生对网络层和传输层基本原理的理解。
无线通信中的物理层协议分析随着无线通信技术的迅猛发展，物理层协议在无线通信中扮演着至关重要的角色。
物理层协议是指无线通信中传输数据的方式和规则，它直接影响着通信质量和性能。
本文将对无线通信中的物理层协议进行分析，探讨其原理、特点和应用。
一、物理层协议的原理物理层协议是无线通信系统中最基础的协议，其主要任务是将数字信号转换为模拟信号，并通过无线信道传输。
物理层协议的原理可以归纳为三个方面：调制解调、信道编码和信道调度。
1. 调制解调：调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，解调则是将模拟信号转换为数字信号的过程。
调制技术包括频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和正交振幅调制（QAM）等。
调制技术的选择取决于信道特性和数据传输要求。
2. 信道编码：信道编码是为了提高数据传输的可靠性和容错性而采取的一种技术。
常用的信道编码技术有前向纠错编码（FEC）和自动重传请求（ARQ）等。
前向纠错编码通过在发送端添加冗余信息，使接收端能够在一定程度上纠正错误。
而自动重传请求则是在出现错误时，请求发送端重新发送数据。
3. 信道调度：信道调度是为了提高无线通信系统的容量和效率而采取的一种技术。
无线信道是有限的资源，因此需要对不同用户的通信请求进行调度。
常用的信道调度技术有时分复用（TDM）、频分复用（FDM）和码分复用（CDM）等。
这些技术可以将信道分割为不同的时间、频率或码片，从而实现多用户同时通信。
二、物理层协议的特点物理层协议在无线通信中具有以下几个特点：1. 高频带宽：无线通信中的物理层协议需要具备较高的频带宽度，以支持大容量的数据传输。
高频带宽可以提高通信速率和传输效率，但也会增加系统的复杂性和功耗。
2. 低功耗：由于无线通信设备通常由电池供电，因此物理层协议需要具备低功耗的特点，以延长设备的续航时间。
低功耗的实现可以通过优化调制解调算法、信道编码方案和信道调度策略等。
3. 抗干扰性：无线通信中的物理层协议需要具备一定的抗干扰能力，以应对信道噪声和其他无线设备的干扰。
计算机网络的基本原理与体系结构计算机网络是现代社会中基础设施的重要组成部分，它通过通信链路将各种终端设备连接起来，实现信息的传输和共享。
计算机网络的基本原理和体系结构是我们理解和应用计算机网络的关键。
本文将介绍计算机网络的基本原理与体系结构，并分析其在现实生活中的应用。
一、计算机网络的基本原理计算机网络的基本原理包括数据传输、数据交换、网络拓扑结构和网络协议等几个方面。
首先，数据传输是指通过物理媒介将数据从发送端传输到接收端的过程。
数据传输可以通过有线或无线的方式进行，其中常见的有线传输方式包括以太网和光纤传输，无线传输方式包括无线局域网和蓝牙等。
其次，数据交换是指计算机网络中数据的传输方式。
常见的数据交换方式有电路交换、报文交换和分组交换。
电路交换是在通信建立时为通信双方专用分配一条通路，直到通信结束。
报文交换是将数据分成较小的报文进行交换，每个报文带有地址信息，可以独立传输和交换。
分组交换是将数据分成固定大小的数据包进行交换，每个数据包称为分组，通过网络中的路由器进行转发。
再次，网络拓扑结构是指计算机网络中各个节点之间的连接方式。
常见的网络拓扑结构有星型结构、总线结构、环形结构和网状结构。
星型结构是以一个中央节点为核心，其他节点通过物理链路与中央节点相连。
总线结构是将所有节点连接到同一个总线上，数据传输通过总线进行。
环形结构是在每两个相邻节点之间建立一条连接，形成一个环形结构。
网状结构是多个节点之间相互连接形成的任意结构。
最后，网络协议是计算机网络中数据传输和交换的规则和约定。
常见的网络协议有TCP/IP协议和OSI参考模型。
TCP/IP协议是互联网上应用最广泛的协议，它将数据分成多个数据包，通过IP地址确定数据包的传输路径，并通过TCP协议实现可靠传输。
OSI参考模型是一个理论框架，将网络协议分成七层，分别是物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
二、计算机网络的体系结构计算机网络的体系结构是指计算机网络按照功能划分成不同的层次或模块，并规定每个模块的功能和接口。
五层原理体系结构的简单分析⽹络中体系结构的七层、四层、五层是怎么回事？OSI（Open System Interconnection）开放系统互连的七层协议体系结构：概念清楚，理论⽐较完整，但既复杂⼜不⽤。
TCP／IP 四层体系结构：简单，易于使⽤。
五层原理体系结构：综合 OSI 和 TCP／IP 的优点，为了学术学习。
作为学习我们来看⼀下五层原理体系结构的每⼀层1、应⽤层（application layer）直接为⽤户的应⽤进程提供服务。
在因特⽹中的应⽤层协议有很多，eg：⽀持万维⽹应⽤的http协议，⽀持电⼦邮件的smtp协议，⽀持⽂件传送的ftp协议等等。
2、运输层（transport layer）负责向两个主机中进程之间的通信提供服务。
由于⼀个主机可同时运⾏多个进程，因此运输层有复⽤和分⽤的功能。
复⽤就是多个应⽤层进程可同时使⽤下⾯运输层的服务；分⽤就是运输层把收到的信息分别交付给上⾯应⽤层中的相应进程。
运输层主要使⽤以下两种协议：（1）TCP 传输控制协议（Transmission Control Protocol）－－⾯向连接的，数据传数单位是报⽂段（segment），能够提供可靠的交付。
（2）UDP ⽤户数据报协议（User Datagram Protocol）－－⽆连接的，数据传输单位是⽤户数据报，不保证提供可靠的交付，只能提供“尽最⼤努⼒交付（best-effort delivery）”。
3、⽹络层（network layer）负责为分组交换⽹上的不同主机提供通信服务；选择合适的路由，使源主机运输层所传下来的分组，能够通过⽹络中的路由器找到⽬的主机。
在发送数据时，⽹络层把运输层产⽣的报⽂段或⽤户数据报封装成分组或包进⾏传送。
＊因特⽹是⼀个很⼤的互联⽹，它由⼤量异构⽹络通过路由器（router）互联起来。
因特⽹主要的⽹络协议是⽆连接的⽹际协议IP（Internet Protocol）和许多种路由选择协议。
OSI参考模型中数据传输的基本过程在计算机网络中，OSI（Open Systems Interconnection）参考模型被广泛应用于描述和理解数据在网络中传输的过程。
该模型由国际标准化组织（ISO）在20世纪80年代提出，被称为七层模型，包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
每一层都负责不同的功能，共同协作完成数据传输的全过程。
1. 物理层物理层是OSI参考模型中最底层的一层，其主要任务是在物理媒介上传输数据比特流。
在这一过程中，数据被转换成电信号、光信号或无线信号，通过物理连接传输到目标设备。
在物理层中，需要考虑的因素包括传输介质、接口规范、传输速率等。
2. 数据链路层数据链路层负责将物理层传输的数据进行分组，并添加位置区域信息，以便在局域网或广域网中能够准确识别目标设备。
在这一过程中，数据被封装成帧（Frame），并进行差错检测和纠错，保证数据传输的可靠性。
3. 网络层网络层主要负责数据在不同网络之间的路由和转发。
在这一过程中，数据被封装成数据包（Packet），并添加目标设备的位置区域信息，以便在网络中找到最佳的传输路径。
网络层使用路由器等设备进行数据包的转发和交换。
4. 传输层传输层是OSI参考模型中的核心层之一，主要负责端到端的数据传输。
在这一过程中，数据被封装成段（Segment），并通过传输控制协议（TCP）或用户数据报协议（UDP）实现数据的可靠传输和错误恢复。
5. 会话层会话层负责建立、管理和终止不同设备之间的会话连接。
在这一过程中，数据被封装成会话数据单元（SDU），确保数据在通信过程中的正确交互和同步。
6. 表示层表示层负责数据的格式转换和加密解密处理。
在这一过程中，数据被封装成表示数据单元（PDU），并进行数据格式的转换和加密解密的操作，以保证数据能够正确解析和理解。
7. 应用层应用层是OSI参考模型中最高层的一层，主要负责为用户提供应用程序的接口和数据交换功能。
第 2 章物理层2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.3 物理层下面的传输媒体2.4 信道复用技术2.5 数字传输系统2.6 宽带接入技术2.1 物理层的基本概念物理层的功能：在通信链路中传送比特流。
任务：⏹机械特性指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
⏹电气特性指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
⏹功能特性指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
⏹过程特性指明对于不同功能的各种可能事件第 2 章物理层2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型2.2.2 有关信道的几个基本概念2.2.3 信道的极限容量2.2.4 信道的极限信息传输速率2.3 物理层下面的传输媒体2.4 信道复用技术2.5 数字传输系统2.6 宽带接入技术2.2 数据通信的基础知识2.2.1 数据通信系统的模型 传输系统 输入信息 输入数据 发送 的信号 接收 的信号 输出数据 源点 终点 发送器 接收器 调制解调器PC 机 公用电话网 调制解调器 数字比特流 数字比特流 模拟信号模拟信号 输入汉字 显示 汉字数据通信系统源系统 目的系统 传输系统输出信息PC 机几个术语⏹数据(data)——运送消息的实体。
⏹信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。
⏹“模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。
⏹“数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。
⏹码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
二进制编码时：码元0、码元12.2.2 有关信道的几个基本概念⏹单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
⏹双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
⏹双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。
2.2.2 有关信道的几个基本概念⏹基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。
像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
⏹带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
2.2.2 有关信道的几个基本概念⏹调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。
⏹调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。
⏹调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。
对基带数字信号的几种调制方法0 1 0 0 1 1 1 0 0基带信号调幅调频调相2.2.3 信道的极限容量⏹任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。
⏹码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。
数字信号通过实际的信道 ⏹有失真，但可识别⏹失真大，无法识别 实际的信道 （带宽受限、有噪声、干扰和失真） 发送信号波形 接收信号波形发送信号波形 实际的信道（带宽受限、有噪声、干扰和失真）接收信号波形(1)信道能够通过的频率范围⏹1924 年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。
他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。
⏹在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
⏹如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。
(2) 信噪比⏹香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。
⏹信道的极限信息传输速率C 可表达为⏹ C = W log2(1+S/N) b/s⏹W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；⏹S 为信道内所传信号的平均功率；⏹N 为信道内部的高斯噪声功率。
香农公式表明⏹信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
⏹只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
请注意对于频带宽度已确定的信道，如果信噪比不能再提高了，并且码元传输速率也达到了上限值，那么还有办法提高信息的传输速率。
这就是用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。
第 2 章物理层2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.3 传输媒体2.3.1 导向传输媒体2.3.2 非导向传输媒体2.4 信道复用技术2.5 数字传输系统2.6 宽带接入技术2.3 传输媒体⏹传输媒体=传输介质=传输媒介⏹传输介质分类（1）导向传输媒体（有线介质）（2）非导向传输媒体（无线介质）2.3 传输媒体 无线电 微波 红外线可见光 紫外线 X 射线 射线双绞线同轴电缆卫星 地面微波 调幅无线电调频 无线电 海事 无线电 光纤 电视 (Hz) f (Hz) fLF MF HF VHF UHF SHF EHF THF波段 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 100 102 104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024移动 无线电 电信领域使用的电磁波的频谱2.3.1 导向传输媒体⏹双绞线⏹屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)⏹无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded TwistedPair)⏹同轴电缆⏹50Ω同轴电缆⏹75Ω同轴电缆⏹光缆各种电缆铜线 铜线 聚氯乙烯 套层 聚氯乙烯 套层屏蔽层 绝缘层 绝缘层 外导体屏蔽层 绝缘层绝缘保护套层 内导体无屏蔽双绞线 UTP 屏蔽双绞线 STP 同轴电缆(1) 双绞线（Twisted Pair，TP) two insulated copper wiresThe wires are twisted together to reduce the electrical interferenceThe least-expensive and most commonly-used transmission medium分类✓屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)✓无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)Category 3traditional phone wires, 10 Mbps EthernetCategory 5100Mbps Ethernet(2) 同轴电缆（Coaxial cable）two concentric copper conductorshigher bit rates than twisted pairbidirectionalBaseband: without shifting the signal to a different frequency bandbroadband: multiple channel on cable(3) 光缆Fiber optic cable(a)光纤的工作原理折射角入射角包层（低折射率的媒体）包层（低折射率的媒体）纤芯（高折射率的媒体）包层纤芯(a)光纤的工作原理高折射率 (纤芯)低折射率 (包层) 光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射(b) 光纤的优点通信容量大损耗小，传输距离远 抗电磁干扰能力强 不易窃听，保密性好 重量轻输入脉冲 输出脉冲单模光纤 (c)多模光纤与单模光纤输入脉冲 输出脉冲 多模光纤(d) 光纤之父-高锟Charles Kuen Kao⏹1933年11月4日出生在上海。
⏹1949年，移居香港，考入香港大学。
⏹ 1965年，在伦敦大学获得博士学位。
⏹1957年，国际电话电报公司（ITT），从事光导纤维在通讯领域运用的研究。
⏹1966年，发表了一篇题为《光频率介质纤维表面波导》⏹2009年10月6日，获诺贝尔物理学奖。
2.3.2 非导向传输媒体（无线介质）无线通信优点：系统易于构建，便于移动1）短波 (Radio)全向传播（omnidirectional)发送者与接收者不需对准能穿透建筑物相互干扰严重2.3.2 非导向传输媒体(无线介质) 2）微波直线传播需发送者与接收者对准地面微波接力通信卫星通信第 2 章物理层2.1 物理层的基本概念2.2 数据通信的基础知识2.3 物理层下面的传输媒体2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用2.4.2 波分复用2.4.3 码分复用2.5 数字传输系统2.6 宽带接入技术共享信道2.4 信道复用技术2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用1. 复用(multiplexing)信道 A 1 A 2 B 1 B 2 C 1C 2信道信道A 1 A 2B 1 B 2C 1C 2复用分用 (a) 不使用复用技术 (b) 使用复用技术FDM(Frequency Division Multiplexing)⏹频分复用:所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
⏹用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
频率时间频率 1频率 2 频率 3频率 4 频率 5TDM(Time Division Multiplexing)⏹时分复用: 所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
⏹将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。
每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
⏹每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。
⏹TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。
时分复用频率时间B C D B C D B C D B C DA A A A A 在 TDM 帧中 的位置不变TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 …TDM 帧时分复用频率时间C D C D C D A A A A B B B B C DB 在 TDM 帧中 的位置不变TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 …TDM 帧时分复用频率时间B D B D B D A A A A BC C C C DC 在 TDM 帧中 的位置不变TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 …TDM 帧时分复用频率时间B C B C B C A A A A B C D D D DD 在 TDM 帧中 的位置不变TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 …TDM 帧时分复用可能会造成线路资源的浪费A B C Daabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1④③②①acbc d时分复用#2 #3 #4用户使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。
