HCIA——30奈奎斯特定理、香农定理

news2025/1/20 6:01:59

学习目标：

计算机网络
1.掌握计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法。
2.掌握计算机网络的体系结构和典型网络协议，了解典型网络设备的组成和特点，理解典型网络设备的工作原理。
3.能够运用计算机网络的基本概念、基本原理和基本方法进行网络系统的分析、设计和应用。
（一）计算机网络概述
计算机网络的概念、组成——功能组成上（资源子网、通信子网）与功能（主要是数据通信、资源共享）；计算机网络的分类计算机网络的性能指标——重要的是带宽、速率、吞吐量、RTT
（二）计算机网络体系结构与参考模型计算机网络分层结构；计算机网络协议、接口、服务的概念ISO/OSI参考模型和TCP/IP模型
主要介绍计算机网络体系结构的基本概念，读者可以在理解的基础上适当地记忆。重点掌握网络的分层结构（包括5层和7层结构），尤其是ISO/OSI参考模型各层的功能及相关协议、接口和服务等概念。掌握有关网络的各种性能指标，特别是时延、带宽、速率和吞吐量等的计算
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【内容】
（一）通信基础
信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念奈奎斯特定理与香农定理；编码与调制
电路交换、报文交换与分组交换；数据报与虚电路（二）传输介质
双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质；物理层接口的特性（三）物理层设备
中继器；集线器
【提示】
物理层考虑的是怎样才能在连接各台计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。本章概念较多，易出选择题，且涉及一些通信原理，读者不太明白的地方可以参考一些相关书籍，通信部分的内容也并非考研重点。复习时应抓住重点，如奈奎斯特定理和香农定理的应用、编码与调制技术、数据交换方式，以及电路交换、报文交换与分组交换技术等。

学习内容：

奈奎斯特定理
香农定理

2. 奈奎斯特定理与香农定理

1.奈奎斯特定理

具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道，否则在传输中会衰减，导致接收端收到的信号波形失去码元之间的清晰界限，这种现象称为码间串扰。奈奎斯特（Nyquist）定理又称奈氏准则，它规定：在理想低通（没有噪声、带宽有限）
的信道中，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W波特，其中W是理想低通信道的带宽。若用V表示每个码元离散电平的数目（码元的离散电平数目是指有多少种不同的码元，比如有16种不同的码元，则需要4个二进制位，因此数据传输速率是码元传输速率的4倍），则极限数据率为

理想低通信道下的极限数据传输速率 =2Wlog2V

（单位为 b/s）对于奈氏准则，可以得出以下结论：
1）在任何信道中，码元传输速率是有上限的。若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使得接收端不可能完全正确识别码元。
2）信道的频带越宽（即通过的信号高频分量越多），就可用更高的速率进行码元的有效传输。
3）奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并未对信息传输速率给出限制，即未对一个码元可以对应多少个二进制位给出限制。

由于码元传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据传输速率，就必须设法使每个码元携带更多比特的信息量，此时就需要采用多元制的调制方法。

2.香农定理

香农（Shannon）定理给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输速率，当用此速率进行传输时，可以做到不产生误差。香农定理定义为

信道的极限数据传输速率 = Wlog2（1 + SIN）

（单位为 b/s）式中，W 为信道的带宽，S 为信道所传输信号的平均功率，N 为信道内部的高斯噪声功率。SIN为信噪比，即信号的平均功率与噪声的平均功率之比，信噪比=10logio（S/N）（单位为dB），例如当 SIN = 10 时，信噪比为 10dB，而当 SIN=1000 时，信噪比为 30dB。
对于香农定理，可以得出以下结论：
1）信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高。
2）对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限是确定的。
3）只要信息传输速率低于信道的极限传输速率，就能找到某种方法来实现无差错的传输。
4）香农定理得出的是极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少。

奈氏准则只考虑了带宽与极限码元传输速率的关系，而香农定理不仅考虑到了带宽，也考虑到了信噪比。这从另一个侧面表明，一个码元对应的二进制位数是有限的。

学习时间：

学习时间为不运动的时候，作者咕咕了是去运动（无氧运动和有氧运动都做最好）了，请饶恕。

学习产出：

画工

计算机网络第1章：计算机网络的概念、组成与功能；计算机网络的分类、标准化工作及相关组织

http://t.csdnimg.cn/uZOAM

计算机网络第一章:性能指标：带宽、时延、时延带宽积、RTT、吞吐量、速率、信道利用率

http://t.csdnimg.cn/avNeb

计算机网络体系结构——PDU、SDU、PCI、协议、访问、接口、SAP

http://t.csdnimg.cn/x3Uar

计算机网络分层结构——OSI/ISO、TCP/IP http://t.csdnimg.cn/hLrqY

1章选择 http://t.csdnimg.cn/cnmdJ

2章选择、解答 http://t.csdnimg.cn/ONrER

通信基本概念:数据、信号、码元、信源、信道、信宿、速率、波特、带宽 http://t.csdnimg.cn/TKnyM

数据、信号、码元、信源、信道、信宿、速率、波特、带宽-通信基本概念

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应用层：C/S、P2P、peer http://t.csdnimg.cn/4i4Og

C/S、P2P、peer的选择

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HCIA——23DNS层次域名空间、域名服务器、域名解析的原理的选择、解答 http://t.csdnimg.cn/RXPNV

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HCIIA——28HTTP、万维网、HTML；万维网的工作过程；HTTP 的特点——无连接-TCP、无状态-Cookie、非持久连接-非流水线和流水线；HTTP 的报文结构 http://t.csdnimg.cn/cRcxY