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通信基础

【考点：根据题中描述，对应选择具体的特性】

  1. 机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。
  2. 电气特性：线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制
  3. 功能特性：指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。
  4. 规程特性：过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系

数据通信

基础概念：P30 — P31 勾画部分
【补充错题部分】

  • 信道与电路并不等同，一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

    设计通信系统要考虑的三个问题

    单工/半双工/全双工

  1. 单工：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。例如：广播
  2. 半双工：通信双方都可以接收或发送消息，但不能同时发送。需要两条信道。例如：对讲机，传统以太网
  3. 全双工：通信双方同时发送和接收消息，需要两条信道。

串行传输/并行传输（传输方式）

  1. 串行传输：将表示一个字符的8位二进制数按由低位到高位的顺序依次发送 。

速度慢，费用低，适合远距离

  1. 并行传输：将表示一个字符的8位二进制数同时通过8条信道发送。

速度快，费用高，适合近距离，计算机内部采用并行传输

同步传输/异步传输（通信方式）

  1. 同步传输：在同步传输的模式下，数据的传送是以一个数据区块为单位，因此同步传输又称为区块传输。
    在传送数据时，需先送出1个或多个同步字符，再送出整批的数据。

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  1. 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，而接收方不知道它们会在什么时候到达。传送数据时，加一个字符起始位和一个字符终
    止位。

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码元/速率/波特/带宽

基础概念：P30 — P31 勾画部分

  1. K进制码元 ——— 4进制码元 -> 码元的离散状态有4个 -> 4种高低不同的信号波形 00、01、10、11

即4进制码元，1码元可以携带2bit的信息量

  1. 比较系统传输速率，通常比较的是：信息传输速率。【因为系统传输的是比特流】
  2. 常考常识：以太网为曼彻斯特编码，10BaseT网卡即为10Mb/s的以太网。

奈氏准则/香农定理【计算】

  1. 影响失真的因素

码元传输速率，信号传输距离，噪声干扰，传输媒体质量

  1. 失真的一种现象：码间串扰。【接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限，码元的传输速率过快导致】

    奈氏准则

    定理：在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为 2W Baud，W是信
    道带宽，单位是Hz。
    【区分】
    image.png
    结论：

  2. 奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制。

  3. 由于码元传输速率受奈氏准则制约，所以要提高数据传输速率，就必须使每个码元携带更多个比特的信息量。

image.png[变化由相位x振幅得来]

香农定理

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定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。

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结论：

  1. 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就能够找到某种方法来实现无差错的传输。

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奈氏与香农区别使用

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【如果给了dB，需要计算两个极限值再进行比较，选择其中的最小值】
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编码和调制

  1. 信号

    • 基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，再送到数字信道上去传输（基带传输）。

    • 宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，再传送到模拟信道上去传输（宽带传输）

      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）。

    • 传输距离近，基带传输；传输距离远，宽带传输

  2. 数据->数字信号：编码 ； 数据->模拟信号：调制

数字数据编码为数字信号

P33
①归零②非归零③反向非归零④曼彻斯特（适合传输二进制数字信号）⑤差分曼彻斯特⑥4B/5B
曼彻斯特：每个bit需要两个信号周期，即20MBaud的信号率可得10Mb/s数据率，编码效率是50%；
4B/5B：每4个bit组被编码成5个bit，即12.5MBaud的信号率可得10Mb/s数据率，编码效率是80%。

数字数据调制为模拟信号

P34
①幅移键控【调幅】（ASK）②频移键控【调频】（FSK）
③相移键控【调相】（PSK）④正交振幅调制【调幅+调相】（QAM）
【考点】
设波特率为B，采用m个相位，每个相位有n种振幅，则QAM技术的数据传输速率R为： Blog2(mn)

模拟数据编码为数字信号

P34-P35
脉码调制（PCM）：采样，量化，编码
f采样频率 >= 2f信号最高频率 【确定一个正弦波至少需要两个点，即采样两次】（该条件是为了保证采样数据不失真）
【考题】给出采样频率，计算最大数据传输率时，直接用采样频率进行计算。
例如：一个信道1/8s采样一次，传输信号有16种变化，最大传输速率是： 8 * log2(16) = 32b/s
（假如还给出信道带宽，噪声等条件时，要结合香农和nice进行考虑

模拟数据调制为模拟信号

频分复用技术（FDM）

数据交换方式

电路交换 P35

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报文交换 P36

  • 存储转发

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分组交换 P36

  • 分组交换解决了报文交换中大报文传输的问题，限制每次传送的数据块大小的上限。
  • 存储转发

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数据报方式【分组交换的细分】

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虚电路方式

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一个特定会话的虚电路是事先建立好的，因此它的数据分组所走的路径也是固定的。

对比

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数据交换方式的选择

  1. 传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延小。
  2. 端到端通路由很多段链路组成时，采用分组交换。
  3. 信道利用率上，报文交换和分组交换优于电路交换，分组比报文时延小，尤其适合于计算机之间的突发式通信。

传输介质&设备

传输介质

传输媒体并不是物理层。传输媒体只负责传输；物理层规定了电气特性，能够识别所传送的比特流。

  • 导向性传输介质：铜线/光纤
  • 非导向性：空气/真空/海水

    导向性

    介质介绍：P51
  1. 双绞线
  2. 同轴电缆
    • 同轴电缆的高带宽得益于它的高屏蔽性
  3. 光纤：利用光导纤维传递光脉冲。由纤芯（实心）和包层构成，应用的是全反射原理。

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非导向性

介质介绍：P53

  1. 无线电波：信号向所有方向传播，穿透能力强
  2. 微波：信号沿着固定方向传播，通信频率高，数据率高。【卫星通信，地面微波接力通信】
  3. 红外线、激光：需要把信号转换为各自的信号格式

设备

中继器

功能：对信号进行再生和还原【再生数字信号】，将信号整形并放大再发送出去，延长在网络中的长度。
放大器是单纯放大。
中继器的两端：两端的网络部分是网段，而不是子网，适用于完全相同的两类网络互连。
中继器不管是否有错误数据。
可以连相同媒体，也可以连不同媒体。
中继器不会存储转发，两端网段一定要是同一个协议。＜有存储转发功能，可以认为它能连接两个不同的协议
5-4-3规则：5段通信介质【网段】- 4个中继器 - 只有3个段可以挂接计算机。

集线器（多口中继器）

功能：再生放大后，转发给其他所有（除输入）处于工作状态的端口上。不具备信号的定向传送能力，即广播。
集线器不能分割冲突域，也不能解决广播域问题 —> 同时通信时，工作主机平分带宽。
集线器的同一时刻每一个端口只能进行一个方向的数据通信,而不能像交换机那样进行双向双工传输，不能支持多对结点同时通信。

补充考点

  • 转发器是物理层设备，不能识别数据链路层的帧，也无寻址功能，只具有放大信号功能。

  • 两个网段互联要求：本层和本层以下的协议必须相同，以上可以不同。

    • 以物理层互联为例：

      物理层建立在物理通信介质的基础上，若数据传输速率不同：

      • 发送方>接收方，接收方来不及接收而溢出（物理层无流量控制
      • 接收方>发送方，效率低