熔化和凝固復習

1、 計算機網(wǎng)絡與因特網(wǎng) - DOUGLAS E.COMER 第2章 傳 輸 介 質(zhì)2.1 概述在網(wǎng)絡的最低層次上，所有計算機通信都以某種能量形式對數(shù)據(jù)進行編碼，并將這些能量通過傳輸介質(zhì)發(fā)送出去。例如，電流可用來在導線上傳輸數(shù)據(jù)，而無線電波可用來在空中傳輸數(shù)據(jù)。因為附屬于計算機的硬件設施執(zhí)行數(shù)據(jù)的編碼和譯碼，程序員和用戶并不需要了解數(shù)據(jù)傳輸?shù)募毠?jié)。但是，通信軟件的一個主要功能是處理底層硬件工作過程中出現(xiàn)的錯誤和故障，了解這些軟件就要用到一些數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍詈椭R。以下章節(jié)將討論數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靖拍?。第一章介紹現(xiàn)代網(wǎng)絡系統(tǒng)中用于傳輸?shù)母鞣N介質(zhì)，后續(xù)二章將解釋數(shù)據(jù)如何在這些介質(zhì)中傳輸。最后一章討論了傳

2、輸如何形成數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)的基礎。2.2 銅纜常規(guī)計算機網(wǎng)絡使用導線作為連接計算機的主要介質(zhì)，因為導線便宜且易于安裝。雖然導線可以由各種不同的金屬制成，但網(wǎng)絡中大多使用銅纜，因為其較低的電阻能使電信號傳遞得更遠。網(wǎng)絡專業(yè)人員有時將銅線（copper）作為導線（wire）的同義詞。網(wǎng)絡中所使用的布線方法主要選用干擾最小的一種。干擾起因于導線中傳輸?shù)碾娦盘?，它就像一個微小的無線電臺發(fā)射出微弱的電磁波在空中傳播，當它遇到另一導線，電磁波會在導線中產(chǎn)生一個微小的電流。所產(chǎn)生電流的強度取決于電磁波的強度以及導線相互間的物理位置。通常導線相距較遠，干擾并不成為一個問題。即使兩根導線靠得很近，但如果相互垂直，則信號

3、通過其中一根導線時在另一根導線中產(chǎn)生的電流也十分微弱，幾乎無法檢測到。但是兩根平行導線靠得很近時，一根導線中的一個強信號將在另一導線中產(chǎn)生一個相似的信號。因為計算機并不能對正常傳輸?shù)男盘柵c偶然產(chǎn)生的干擾信號做出區(qū)分，所產(chǎn)生的干擾電流可以強到足以破壞或阻止正常的通信。不幸的是，因為網(wǎng)絡的傳輸線通常與其他線路平行放置，例如連接一臺計算機的通信線通常與連接另一計算機的通信線平行地放在一起，所以干擾問題是非常嚴重的。為減少干擾，網(wǎng)絡通常使用二種基本連線：雙絞線（twisted pair）和同軸電纜（coaxialcable）。雙絞線也在電話系統(tǒng)中使用。稱其為雙絞線是因為每根線都包覆有絕緣材料（如塑料）

4、，然后兩根線再相互絞在一起，如圖2-1所示。圖2-1 雙絞線示意圖每根線的絕緣層用于隔離兩根導線，絞在一起可減少干擾簡單地絞在一起就改變了導線的電氣特性，并使其能用于網(wǎng)絡。首先，絞在一起限制了電磁能量的發(fā)射，并有助于防止雙絞線中的電流發(fā)射能量干擾其他導線。其次，絞在一起也使雙絞線本身不易被電磁能量所干擾，有助于防止其他導線中的信號干擾這兩根導線。網(wǎng)絡中使用的第二種導線是同軸電纜，和有線電視所用的電纜一樣。同軸電纜較雙絞線有更好的抗干擾作用。與雙絞線絞在一起以限制干擾不同，同軸電纜由一根為金屬屏蔽層所包圍的導線組成，如圖2-2所示。同軸電纜中的屏蔽層形成了一個可彎曲的金屬圓柱圍繞著內(nèi)層導線，從而

5、提供了防止電磁輻射的屏障。這一屏障以兩種方式隔離內(nèi)層導線：它既防止了外來電磁能量引起的干擾，又阻止了內(nèi)層導線中的信號輻射能量干擾其他導線。因為屏蔽層在各個方向上圍繞著導線，因此屏蔽是十分有效的。同軸電纜可與其他電纜平行放置或盤在角落。屏蔽始終起作用。 圖2-2 放大的同軸電纜的截面示意圖。 雖然同軸電纜較單根電纜更硬，但仍能彎曲。使用屏蔽層的想法也被用于雙絞線。屏蔽雙絞線 （shielded twisted pair）由一根為屏蔽層所圍繞的雙絞線所組成。每根線覆有絕緣材料，這樣導線相互隔離屏蔽層僅形成一個防止電磁輻射進入或逸出的屏障。更強的屏蔽能力使得同軸電纜或帶屏蔽的雙絞線經(jīng)常被用于網(wǎng)絡的通

6、信線需要經(jīng)過某一產(chǎn)生強電磁場設備的場合（如大型空調(diào)）。2.3 光纖計算機網(wǎng)絡也使用柔軟的玻璃纖維傳輸數(shù)據(jù)。這種介質(zhì)用光傳輸數(shù)據(jù)，這就是眾所周知的光纖（Optical Fiber ）。微細的光纖封裝在塑料護套中，使得它能夠彎曲而不至于斷裂。（雖然光纖不能彎成直角，但可以在一個小于兩英寸的很小半徑內(nèi)轉(zhuǎn)彎）。光纖一端的發(fā)射裝置使用發(fā)光二極管（light emitting diode，LED）或激光器以發(fā)送光脈沖至光纖，光纖另一端的接收器使用光敏元件檢測光脈沖。光纖較導線有四大優(yōu)點。首先，因為傳輸?shù)男问绞枪?，所以光纖不會引起電磁干擾也不會被干擾。其次，因為玻璃纖維可以被制成能反射光纖內(nèi)絕大多數(shù)的光，所

7、以光纖傳輸信號的距離比導線所能傳輸?shù)木嚯x要遠得多。第三，因為較之電信號，光可以對更多的信息進行編碼，所以光纖可在單位時間內(nèi)傳輸比導線更多的信息。第四，與電流總是需要二根導線形成回路不同，光僅需一根光纖即可從一臺計算機傳輸數(shù)據(jù)到另一臺計算機。盡管光纖有不少優(yōu)點，但它也確有其不利之處。首先，光纖的安裝需要專門設備以保證光纖的端面平整以便光能透過。其次，當一根光纖在護套中斷裂（如被彎成直角），要確定其位置是非常困難的。第三，修復斷裂光纖也很困難，需要專門的設備聯(lián)結二根光纖以確保光能透過結合部。2.4 無線電波除了用于無線電廣播和電視節(jié)目以及用于手提電話的個人通信，無線電波也可用于傳輸計算機數(shù)據(jù)。一個

8、使用無線電波通信的網(wǎng)絡經(jīng)常被非正式地稱為是運行在射頻（ radio frequency，RF）上的，并且其傳輸也被稱為 RF傳輸。與使用導線或光纖的網(wǎng)絡不同，使用 RF傳輸?shù)木W(wǎng)絡并不要求在計算機之間有直接的物理連接。作為替代，每個計算機都帶有一個天線，經(jīng)過它發(fā)送和接收RF。RF網(wǎng)絡所用的天線在物理上可大可小，取決于所需的接收范圍。例如，用于穿越城鎮(zhèn)在幾英里范圍內(nèi)傳播信息的天線可能需要一個垂直安裝在建筑物頂上的近兩米的金屬桿，而一個只要求在大樓中通信的天線可以小到足以安裝在便攜計算機內(nèi)（小于 20厘米）。2.5 衛(wèi)星雖然無線電波傳輸并不沿地球表面彎曲，但 RF技術可以和衛(wèi)星相結合以提供長距離通信

9、。例如，圖 2-3展示了一個環(huán)繞地球軌道的通信衛(wèi)星如何提供越洋的網(wǎng)絡連接。衛(wèi)星帶有一個無線電接收器和發(fā)送器，在大洋一邊的一個地面站發(fā)送信號至衛(wèi)星，衛(wèi)星將信號轉(zhuǎn)發(fā)至大洋另一邊的地面站。因為在軌道上放置一顆衛(wèi)星是極其昂貴的，一顆衛(wèi)星通常包含很多個彼此相互獨立的轉(zhuǎn)發(fā)器（一般為六到十二個），每個轉(zhuǎn)發(fā)器使用不同的無線電頻道以保證多個通信能同時進行。此外，由于單個衛(wèi)星頻道還可共享使用，因此它能為許多客戶提供服務。圖2-3 衛(wèi)星越洋通信示意圖。衛(wèi)星從一個地面站接收信號，再轉(zhuǎn)發(fā)至另一地面站2.6 小結計算機網(wǎng)絡使用各種傳輸介質(zhì)，包括銅纜、光纖、無線電波、微波、紅外線、激光束等。每種介質(zhì)和傳輸技術各有其優(yōu)點和不

10、足。例如，一個紅外系統(tǒng)能為室內(nèi)移動著的便攜機提供網(wǎng)絡連接，而越洋無線連接則需要一個在軌道運行的通信衛(wèi)星。第3章 局域異步通信3.1 概述計算機是數(shù)字設備，采用二進制數(shù)字（位）表示數(shù)據(jù)。這樣，從一臺計算機通過網(wǎng)絡向另一臺計算機傳輸數(shù)據(jù)意味著通過傳輸介質(zhì)發(fā)送位串。從物理上說，通信系統(tǒng)使用電流，無線電波或光傳輸信息。本章闡述了電流是如何用來在短距離中傳輸數(shù)字信息的，并說明位串是如何編碼的，以及討論用于傳輸字符的一個流行的工作機制。下一章將解釋本章介紹的機制為何不能用于長距離通信，并將介紹長距離通信是如何實現(xiàn)的。除了討論基本的傳輸，本章還介紹了網(wǎng)絡中可以量化的兩個主要性能指標：帶寬和延遲。此外還討論了

11、使用量化指標的動機，并解釋了帶寬與網(wǎng)絡容量之間的關系。后面章節(jié)將介紹類似的測量如何用在完整的網(wǎng)絡系統(tǒng)上。3.2 異步通信的必要性廣義上說，若發(fā)送方與接收方之間在發(fā)送數(shù)據(jù)前無需協(xié)調(diào)（同步），則這種通信稱為異步的（asynchronous）。這樣，發(fā)送方在發(fā)送間歇可以等待任意長時間，并且只要數(shù)據(jù)準備好后即可發(fā)送。接收方在數(shù)據(jù)到達時必須已經(jīng)準備好接收數(shù)據(jù)。異步通信對鍵盤那樣并不總是有數(shù)據(jù)發(fā)送的設備是很有用處的。從技術上來講，若發(fā)送的電信號中并不包含接收方用來確定位串何時開始或結束的信息，則該通信硬件歸類為異步的。異步通信中接收硬件必須具備接收并解釋發(fā)送硬件本身產(chǎn)生的信號的能力。本章介紹允許發(fā)送方在任

12、何時候發(fā)送數(shù)據(jù)，而由接收方來解釋信號的異步通信機制，下一章將介紹同步通信硬件。3.3 用電流發(fā)送位串最簡單的電子通信系統(tǒng)使用微小的電流編碼數(shù)據(jù)。為理解電流如何編碼位串，可假設在一根連結兩臺電子設備的導線上，負電壓用來表示 1，正電壓用來表示 0。例如，為送一位 0，發(fā)送設備在導線上放置一個正電壓并保持一小段時間，然后返回零伏。圖3-1顯示了導線上的電壓在發(fā)送設備發(fā)送位串時如何隨時間變化。像圖3-1這樣的圖叫做波形圖（waveform diagram），這樣一張圖形象地說明了電信號如何隨時間發(fā)生變化。例如，從圖中可見，在第四位和第五位的傳輸之間，有一段較長的無信號時間。 圖3-1 正負電壓用于在

13、導線上發(fā)送位串。本例中發(fā)送器用負電壓表示1，正電壓表示03.4 通信標準 圖3-1中的例子顯示了用電壓傳輸數(shù)據(jù)的一種可能的方式。但是仍有若干問題未解決。例如，發(fā)送器應該保持多長時間的電壓用于傳輸一位數(shù)據(jù)？雖然發(fā)送器必須等待足夠長的時間以便接收硬件檢測出所發(fā)送的電壓，但等待的時間比所需更長則是一種浪費。另外硬件電壓變化的最大速率是多少？顧客怎樣才能知道從一個供應商處購得的發(fā)送硬件能夠與從另一個供應商處購得的接收硬件協(xié)調(diào)地工作？能否在同樣的時間內(nèi)傳輸更多的數(shù)??？為保證不同供應商生產(chǎn)的通信硬件能協(xié)同工作，通信系統(tǒng)的規(guī)格被標準化了。象國際電信聯(lián)盟（ITU）、電子工業(yè)協(xié)會（EIA）以及電子電氣工程師協(xié)會

14、（ IEEE）等組織出版了作為工業(yè)標準的通信設備規(guī)格的標準文本，回答了一些特定通信技術的有關問題（有關標準說明了信號的定時以及電壓和電流的電氣特性）。如果兩個供應商遵守同一標準，則他們的設備就能協(xié)調(diào)工作。附錄2中給出根據(jù)ASCII標準賦給每個字符的位串。一個由EIA提出的標準已經(jīng)被廣泛接受，并被用于在計算機與調(diào)制解調(diào)器、鍵盤或終端之類的設備之間傳輸字符。 EIA標準RS-232-C，常簡稱為 RS-232（盡管后來的 RS-422標準在功能上更好一些，但各種設備仍流行使用 RS-232，所以專業(yè)上仍使用老標準的名字），在詳細說明電氣特性（如用于傳輸?shù)膬蓚€電壓在 -15V+15V之間）的同時也說

15、明了物理連接的細節(jié)（如連線必須在50英尺內(nèi)）。由于RS-232被設計為用來與調(diào)制解調(diào)器或終端設備通信，它詳細定義了字符（character）的傳輸，通常每個字符由 7個數(shù)據(jù)位組成，但它也能用于傳輸 8位的字符。RS-232定義了串行的異步通信。如果數(shù)據(jù)的各位在導線上逐位傳輸，通信被稱為串行的（serial）（與串行通信相對的是并行（ parallel）通信，使用多根導線，并允許同時在每一根導線上傳輸一位，典型的計算機都有串行和并行輸入輸出端口）。正如上面的例子所示， RS-232允許發(fā)送方在任何時刻發(fā)送一個字符，并可在發(fā)送另一個字符前延遲任意長的時間。不僅如此，一個給定字符的發(fā)送也是異步的，因

16、為發(fā)送方與接收方之間在傳輸前并不協(xié)調(diào)彼此的行動。但是，一旦開始傳輸一個字符，發(fā)送硬件一次將所有的位逐個地全部送出，在位與位之間沒有延遲。更重要的是，RS-232硬件并不在導線上保持零伏狀態(tài)，當發(fā)送方不再發(fā)送時，它使導線處于一個負電壓狀態(tài)，而這代表位值為 1。由于導線上在各個位的間隙之間并不回到零伏，接收方不能從電壓的消失來標記一位的結束或另一位的開始。發(fā)送器和接收器必須使每一位上電壓維持的時間完全一致。當字符的第一位到達時，接收器啟動一個計時器，并且使用該計時器定時測量每一個后續(xù)位的電壓。由于接收器并不能對線路的空閑狀態(tài)和一位真正的 1作出區(qū)分， RS-232標準要求發(fā)送器在傳輸字符的各位之前

17、先傳輸一位額外的 0，這一附加位就是我們所說的起始位（ start bit）。雖然在一個字符結束與下一個字符開始之間的空閑時間可以持續(xù)任意長，但 RS-232要求發(fā)送方必須使線路保持空閑狀態(tài)至少達到某一最小時間，通常所選定的最小時間就是傳輸一位所需的時間。這樣，人們可以認為在每個字符后面總是跟有一位 1。在 RS-232術語中，這一虛幻的位稱為終止位（ stopbit）。圖3-2中的波形圖說明了在用 RS-232傳輸一個字符時導線上的電壓是如何變化的。雖然例子中所顯示的字符僅包含7位， RS-232在傳輸中增加了起始位和終止位，這樣整個傳輸需要 9位。 圖3-2 用RS-232傳輸字符時導線上

18、的電壓變化。起始位通知接收器字符開始，并且每一位持續(xù)相同的時間圖中顯示 R S - 2 3 2用 1 5 V表示 1，+15V表示 0。用 RS-232術語來說（ RS-232所使用的術語來源于電報系統(tǒng)），一個負電壓使導線處于一個標記（ MARK）狀態(tài)，而一個正電壓使導線處于一個置空（ SPACE）狀態(tài)。在現(xiàn)代硬件中這些術語很少使用。我們可將RS-232的主要性能歸納為：RS-232是在計算機與調(diào)制解調(diào)器或 ASCII終端之間實現(xiàn)短距離異步串行通信的一個流行標準。 RS-232在每個字符前用一位起始位作前導，在每個字符后跟隨至少一位長的空閑時間（終止位），并且傳輸每一位都使用相同的時間。3.5

19、 波特率、幀對齊和差錯發(fā)送與接收硬件必須在每一位電壓持續(xù)的時間長度上保持一致。在通信系統(tǒng)中，并不是指定每一位所持續(xù)的時間（通常是 1秒的一個很小的分數(shù)），而使用1秒中所能傳輸?shù)奈坏臄?shù)目來表示傳輸速率。例如早期的 RS-232通常以每秒 300位的速率工作，而現(xiàn)在每秒 19 200位和每秒33 600 位的速率更為常見。技術上采用波特率（baud rate）表示傳輸硬件的工作速率，也就是每秒中硬件產(chǎn)生的電信號變化的次數(shù)。對簡單的RS-232模式來說，波特率就等于每秒中傳輸?shù)奈粩?shù)。這樣， 9 600波特率意味著每秒傳輸9 600位。第5章中將給出一個例子，在該例中每秒傳輸?shù)奈粩?shù)可以大于波特率。為使

20、RS-232硬件適應性更強，制造商通常將每一元件都設計成能在各種波特率下工作。波特率既能手工設置（如在安裝計算機時設置硬件底板上的數(shù)字開關），也能由程序自動設置（如由計算機中的設備驅(qū)動軟件設置）。如果發(fā)送和接收器未能設置成使用同樣的波特率，接收器中的計時器就不會對每一位等待正確的時間長度，將會導致錯誤的發(fā)生。為檢測錯誤，接收器多次測量同一位的電壓，并比較測量結果。若電壓彼此不一致，或停止位并不在期待的時刻出現(xiàn)，接收器將報告出錯，這類錯誤稱為幀對齊差錯（ framing error），因為這一特性就象一幅奇怪尺寸的畫無法合適地放入標準的畫框中一樣。RS-232硬件有時也能利用幀對齊差錯。具體地說

21、， ASCII鍵盤經(jīng)常包括一個BREAK鍵，但BREAK鍵并不產(chǎn)生一個 ASCII字符。當用戶按下 BREAK鍵時，鍵盤使發(fā)送線在一個較長的時間內(nèi)保持零狀態(tài)，這一時間大約 2秒，遠比傳輸一個字符所需的時間長。當接收器檢測到線路變?yōu)?狀態(tài)時，認為一個字符開始到達，并開始抽取其后續(xù)的各位。但當字符的所有位都接收到時，接收器將期待線路回到 1狀態(tài)（期待一個停止位），當它未能發(fā)現(xiàn)停止位時接收器將報告幀對齊差錯，而這可被接收系統(tǒng)所利用。例如，某些應用程序使用BREAK鍵作為終止程序的一種手段，每當用戶按下 BREAK鍵，系統(tǒng)將向使用鍵盤的程序報告一個幀對齊差錯，而應用程序則將該錯誤解釋成要求終止進程。3

22、.6 全雙工異步通信雖然我們描述了電流在一根導線中流動的情形，但所有的電路都要求兩根導線電流從一根導線上流出，在另一根導線上返回。第二根導線通常稱為接地線（ ground）。這樣，當 RS-232使用雙絞線連接時，一根導線用于傳輸信號，另一根作為接地線提供返回路徑。相似地，當信號在同軸電纜上傳輸時，從中心導線流出，而屏蔽層提供了返回路徑。在許多RS-232應用中，數(shù)據(jù)必須同時雙向流動。例如當 RS-232用于連接一個ASCII終端和一臺計算機時，字符從終端的鍵盤傳向計算機的同時，也從計算機傳向終端的顯示屏幕。在兩個方向上的同時傳輸就是我們所說的全雙工傳輸（ full duplex transm

23、ission ），而單向傳輸則被稱為半雙工傳輸或單工傳輸（half duplex transmission或simplex transmission）。為實現(xiàn)全雙工傳輸，RS-232要求有一根導線用于一個方向上的數(shù)據(jù)傳輸，另一根導線用于在相反方向上傳輸數(shù)據(jù)。而一根接地線用于在兩個方向上提供回路。（譯者注：兩臺設備的接地線對接，目的在于使兩設備的接地電勢相等，確保每位數(shù)據(jù)的判讀。）事實上， RS-232已定義了一個25針的連接器（學名叫DB-25），并說明了硬件如何將這25根線用作控制或數(shù)據(jù)傳輸。例如，只要能夠接收字符，接收器將向其中一根控制線提供電壓而這根線在發(fā)送器這端將被解釋為清除發(fā)送（cl

24、ear to send）。為降低成本， RS-232硬件可配置成忽略控制線并假定另一端處于正常工作狀態(tài)。忽略控制信號的全雙工連接經(jīng)常被稱為三線回路（ three wire circuit ），因為它們只需要三根導線傳輸數(shù)據(jù)，兩根分別用于雙向信號傳輸，另一根作為公共的接地線。圖 3-3顯示了三線回路。 圖3-3 RS-232全雙工通信所需的最少連線。雖然兩條線路獨立傳輸數(shù)據(jù)，但它們共用一根接地線 如圖3-3所示，接地線直接從一個設備的接地端連向另一設備的接地端。但是，另兩根導線相互交叉：一臺設備的數(shù)據(jù)發(fā)送端連到另一臺設備的接收端。為使連線更簡單，設計者決定計算機與調(diào)制解調(diào)器在標準的 25針連接器

25、上采用相反的引腳計算機用引腳 2發(fā)送，引腳3接收；而調(diào)制解調(diào)器用引腳 3發(fā)送，引腳2接收（接地線用引腳7）。從技術上來說，這兩種類型的連接器分別與計算機終端（computer terminal equipment，CTE ）和數(shù)據(jù)設備終端（dataterminal equipment，DTE）相聯(lián)系。這樣，計算機與調(diào)制解調(diào)器之間連線包括一根引腳2到引腳2的連線和一根引腳 3到引腳3的連線。但是，連接兩臺計算機（即兩臺 CTE設備）的連線必須使用一根從引腳 2到引腳3的連線和一根從引腳 3到引腳 2的連線，稱為 2-3交換（包含 2-3交換的線纜稱為空調(diào)制解調(diào)器，null modem。第5章將解

26、釋調(diào)制解調(diào)器的概念）。3.7 實際硬件的限制 硬件能在導線上以多快的速率傳輸數(shù)據(jù)？圖 3-2是一種理想的情況。實際上，沒有一種電子設備能在瞬間將一個電壓轉(zhuǎn)換為另一個電壓。而且，沒有一種導線能完美地傳導電流當電流在導線上傳輸時信號能量會減弱。因此，電壓的升或降都需要一小段時間，并且接收到的信號并不完整。例如，圖 3-4表示了傳輸一位數(shù)據(jù)時電壓在實際通信時的變化情況。圖3-4 由實際的傳輸設備在傳輸一位時發(fā)出的電壓變化。實際上的電壓變化經(jīng)常要比本例更糟糕3.8 硬件帶寬與位串的傳輸了解了實際硬件不能瞬間改變電壓這一事實也就解釋了傳輸系統(tǒng)和位串傳輸速度有關的基本性質(zhì)。每個傳輸系統(tǒng)都有其自身的極限帶寬

27、（ bandwidth），也就是硬件改變信號的最大速率。如果發(fā)送器企圖以比帶寬更高的速率改變信號，硬件將無法保持信號傳輸?shù)恼_性，因為在發(fā)送器企圖送出下一個信號前沒有足夠的時間完成一次信號改變。這樣，部分信號改變將會丟失。帶寬用每秒周數(shù)（ cycles per second）或赫茲（Hz）來衡量。容易想象，帶寬可被看成是硬件所能發(fā)出的最快的連續(xù)振蕩信號。例如，一個帶寬為 4 000Hz的傳輸系統(tǒng)，意味著系統(tǒng)的支撐硬件能夠發(fā)送任何頻率小于或等于 4 000周的振蕩信號。帶寬的限制起因于物質(zhì)與能量的物理性質(zhì)，任何物理傳輸系統(tǒng)都只有一個有限的帶寬。因此，任何使用無線電波、聲波、光或電流的傳輸系統(tǒng)都只

28、有一個有限的帶寬（事實上，生物學系統(tǒng)也有帶寬限制，如狗能聽到人耳極限帶寬之外的聲音）。二十年代，一位研究者發(fā)現(xiàn)了帶寬與系統(tǒng)每秒能傳輸?shù)淖畲笪粩?shù)之間的基本關系，這就是我們所知道的奈奎斯特采樣定理（ Nyquist Sampling Theorem）。這一關系對數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖畲笏俾式o出了一個理論上的上限。對RS-232那樣采用兩種電壓編碼數(shù)據(jù)的傳輸方案，奈奎斯特定理指出，在帶寬為 B的傳輸系統(tǒng)上所能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率以每秒位數(shù)表示時可達到2B。更一般地，如果傳輸系統(tǒng)使用 K種不同電壓而不是兩種，奈奎斯特定理指出，以每秒位數(shù)表示的最大數(shù)據(jù)傳輸速率D為：D=2B2K。3.9 噪聲對通信的影響奈奎斯特定理給出了一個實際無法達到的絕對最大值。實際上，工程師們已經(jīng)觀察到實際通信系統(tǒng)總是被一些稱為噪聲（ noise）的背景干擾所限制，而這些噪聲使得達到理論極限傳輸速率成為不可能。 1948年，香農(nóng)（Claude Shannon）推廣了奈奎斯特的結果，指出了在噪聲影響下傳輸系統(tǒng)所能達到的最大數(shù)據(jù)傳輸速率。香農(nóng)的結果即香農(nóng)定理可以描述為：C = B log 2（1+ S/N）其中C是用每秒位數(shù)表示的線路容量的實際限制值，B是硬件帶寬， S是平均信號強度， N是平均噪聲強度。通常信噪比S/N并不直接表示，工程師大多使用數(shù)值10log10S/N，它的單位為分貝（decibel）