1 数据通信方式
1.1 通信方向
- 单工通信(电视)
- 数据只能从一个方向向另一个方向传输
- 半双工通信(对讲机)
- 数据可以双向传输,但不可同步进行传输
- 全双工(手机)
- 数据可双向传输,并且可以同步传输
1.2 传输方式
1.2.1 按传输方式分
- 串行传输
- 串行传输是数据在传输中只有 1 个数据位在设备之间进行的传输,对任何一个由若干位二进制表示的字符,串行传输都是用一个传输信道,按位有序的对字符进行传输。串行传输的速度比并行传输的速度要慢得多,但费用低。并行传输适用距离短,而串行传输适用远距离传输。
- 并行传输
- 并行传输是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输。所有数据位能同时沿着各自的信道并排的传输并行传输时,一次可以传一个字符,收发双方不存在同步的问题。而且速度快、控制方式简单。但是并行传输需要多个物理通道。所以并行传输只适合于短距离、要求传输速度快的场合使用。
1.2.2 按同步方式分
-
异步传输
- 异步传输将比特分成小组进行传送,小组可以是 8 位的 1 个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组,而接收方从不知道它们会在什么时候到达。(适用于远距离,数据量小的场景)
-
同步传输
- 同步传输的比特分组要大得多。它不是独立地发送每个字符,每个字符都有自己的开始位和停止位,而是把它们组合起来一起发送。我们将这些组合称为数据帧,或简称为帧。(适用于近距离,数据量大的场景)
-
两者区别
-
异步传输是面向字符的传输,而同步传输是面向比特的传输。
-
异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。
-
异步传输通过字符起止的开始和停止码抓住再同步的机会,而同步传输则是以数据中抽取同步信息。
-
异步传输对时序的要求较低,同步传输往往通过特定的时钟线路协调时序。
-
异步传输相对于同步传输效率较低。
-
2 数据交换方式
2.1 电路交换
- 通信双方通过建立一条物理链路,当双方需要通信时,全权占用该链路,直到通信结束,才释放链路,电话就是使用电路交换的方式
- 优点:
- 实时性强、适合传输大量数据、有序传输、无冲突
- 缺点:
- 高独占性、需要建立一条物理链路,利用率低,无差错控制能力
2.2 报文交换
- 优点:
- 不需要专用通道,线路利用率高,存储转发节点可校验纠错
- 缺点:
- 有通信延迟
2.3 分组交换
- 优点:
- 利用率更高,可选路径,数据率转换,支持优先级
- 缺点:
- 时延、开销大
2.3.1 分组交换的三种方式
- 数据报
- 无连接、无序的,单向传输
- 虚电路
- 交互式、逻辑连接、可靠性高
- 信元交换
- 升级版虚电路,固定分组长度
2.4 分组数据报
- 是单线传输、无连接的
3 多路复用技术
3.1 频分复用 FDM
- 不同的频率,子信道隔离频带方串扰,如 CATV、WIFI
3.2 时分复用 TDM
- 不同的时间,轮流占用
3.3 波分复用 WDM
- 不同的波长
4 数字传输标准
4.1 T1 标准(北美和日本使用)
- T1 标准,即北美的 24 路 PCM 国际标准
- 速率: 1.544Mbps
- 次数:125us=8000 次
- 1.544Mbps=(24(7+1)+1)8000
- 其中,北美使用的 T1 系统共有 24 个话路,每个话路采样脉冲用 7bit 编码,然后再加上 1 位信令码元,因此一个话路占用 8bit。帧同步码是在 24 路的编码之后加上 1bit,这样每帧共有 193bit,因此 T1 一次群的数据率为 1.544Mbit/s。
4.1.1 T2、T3、T4 标准
- T2=4T1
- T3=7T1
- T4=6T1
- 巧记 T2、T3、T4: T476 = 踢屎去喽
4.2 E1 标准(中国和欧洲使用)
- E1 标准,即欧洲 30 路 PCM 国家标准
- 速率:2.048Mbps
- 次数:125us=8000 次
- 2.048Mbps=(32(7+1))8000
- 其中,E1 的一个时分复用帧(其长度 T=125us)共划 分为 32 相等的时隙,时隙的编号为 CH0CH31。其中时隙 CH0 用作帧同步用,时隙 CH16 用来传送信令,剩下 CH1CH15 和 CH17~CH31 共 30 个时隙用作 30 个话路。每个时隙传送 8bit,因此共用 256bit。
- 每秒传送 8 个帧,因此 PCM 一次群 E1 的数据率就是 2.048Mbit/s。
- CH0 和 CH16 为控制信令,30 个话音数据
4.2.1 E2、E3、E4 标准
- E2=4E1
- E3=4E2
- E4=4E3
- 巧记: E444
4.3 SONET 标准(美国)和 SDH 标准(国际)— 用于光纤网络
- SONET 标准是同步光纤网
- 在 SONET 中,OC-1 为 最小单位 , 值为 51.84Mb/s ,OC-N 表示 N 倍的 OC-1
- *OC-3=OC-13=155.520Mb/s**(重点!!!)
- OC-1=57384Mb/s(重点!!!)
5 数据检错纠错
5.1 检错码
- 奇偶校验 看 1 的个数是奇数还是偶数, 只能检错不能纠错 ,广泛应用与移动通信
5.2 海明码
- 在数据位 m 后面增加冗余检验位 k,组成信息 m+k,则满足
m+k<2^k-1
可纠正一位错误, 即可检错也可纠错 - 码距 d:两个码字之间不同的最小的位数(比特数)
- 可以查出多少位错误:
≤ d-1
- 可以纠正多少位错误:
< d/2
5.3 CRC 码
-
即冗余循环校验码,是一种循环码,通过循环移位,实现检错,硬件容易实现,广泛用于局域网, 只能检错不能纠错
-
计算 CRC 校验码:多项式除法,不进位加法,如生产多项式
G(x)= x^4+x+1
,信息码字为 10111,求 CRC 校验码。计算步骤: 把原式变形为:
1x^4+0x^3=0x^2+1x^1+1x^0
看每个指数的系数,把系数连起来作为除数 10011
由于多项式中最高项系数为 4,则在信息码字后面加 4 个 0,即 101110000 为被除数
再进行模 2 计算,得到的余数即为 CRC 校验码 1100
5.4 DHCP 的功能
- 保证任何 IP 地址在同一时刻只能由一台 DHCP 客户机所使用。
- DHCP 应当可以给用户分配永久固定的 IP 地址。
- DHCP 应当可以同用其他方法获得 IP 地址的主机共存(如手工配置 IP 地址的主机)
- DHCP 服务器应当向现有的 BOOTP 客户端提供服务。
5.5 DHCP 三种分配 IP 地址的机制
- 自动分配方式 (
AutomaticAllocation
),DHCP 服务器为主机指定一个永久性的 IP 地址,一旦 DHCP 客户端第一次成功从 DHCP 服务器端租用到 IP 地址后,就可以永久性的使用该地址。 - 动态分配方式 (
DynamicAllocation
),DHCP 服务器给主机指定一个具有时间限制的 IP 地址,时间到期或主机明确表示放弃该地址时,该地址可以被其他主机使用。 - 手工分配方式 (
ManualAllocation
), 客户端的 IP 地址是由网络管理员指定的,DHCP 服务器只是将指定的 IP 地址告诉客户端主机。
三种地址分配方式中,只有动态分配可以重复使用客户端不再需要的地址。
6 练习例题
-
采用海明码进行差错校验,信息码字为 1001011,为纠正一位错,则需要 位冗余位。
- 2
- 3
- 4
- 8
- ❌
- ❌
- ✔️ m=k=1<2^k,m=7 ,k=4
- ❌
-
按照美国制定的光纤通行标准 SONET,OC-48 的线路速率是 Mb/s。
- 51.84
- 622.05
- 2488.32
- 9953.28
- ❌
- ❌
- ✔️ OC-3=155.520,OC-3 的 16 倍约为 2488
- ❌
-
E1 载波把 32 个信道按 方式复用在一条 2.048Mb/s 的高速信道上。
- TDM
- CDMA
- WDM
- FDM
- ✔️ 8b*8000=64kb/s
- ❌
- ❌
- ❌
-
E1 载波的数据速率是 B Mb/s,T1 载波的数据速率是 A Mb/s。
- 1.544
- 2.048
- 6.312
- 8.448
-
E1 信道的数据速率是 2.048Mb/s,其中每个话音信道的数据速率是 Kb/s。
- 56
- 64
- 128
- 2048
- ❌
- ✔️ 8/125us=64kbps 或者 8*8000
- ❌
- ❌
-
E1 线路是一种以时分多路复用技术为基础的传输技术,其有效数据率(扣除开销)约为 Mb/s。
- 1.34
- 1.544
- 1.92
- 2.048
- ❌
- ❌
- ✔️ 2.048*(30/32)=1.92, 其中 E1 线路的速率为 2.048Mb/s
- ❌