【计算机网络】数据通信技术基础(数据通信性能指标、传输介质、数据交换技术、差错控制技术) |
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数据通信技术基础
数据通信的基本概念信息、数据和信号数据通信系统数据通信系统的性能指标数据传输速率(传码速率、传信速率)【例】求传码速率和传信速率信道带宽(模拟信道、数字信道)、误码率【例】求误码率时延(发送时延、传播时延、处理时延)【例】计算发送时延和传播时延信道容量(奈氏准则、香农公式)【例】奈氏准则求信道容量、香农公式求最大信息传输速率
传输介质有线的传输介质(双绞线、同轴电缆、光纤)无线的传输介质(无线电波、地面微波、卫星微波、红外线)
多路复用技术(频分、时分、码分、波分复用)频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing)时分复用 TDM(Time Division Multiplexing)码分复用 CDM(Code Division Multiplexing)波分复用 WDM(Wavelength Division Multiplexing)
数据交换技术(电路交换、报文交换、分组交换)电路交换报文交换分组交换三者比较
差错控制技术差错控制原理(概述、随机差错、突发差错、基本思想)差错控制方式(检错重发、前向纠错、混合纠错检错、信息反馈)差错控制编码(奇偶校验码、循环冗余码)奇偶校验码循环冗余码模2加减法、模2除法
【例】循环冗余码编码示例【例】循环冗余码检错
计算机专业基础笔记目录可以点这里:计算机专业基础笔记目录 数据通信的基本概念 信息、数据和信号
传码速率:又称为调制速率、波特率,记作 NBd,是指在数据通信系统中,每秒钟传输信号码元的个数,单位是波特(Baud)。 传信速率:又称为比特率,记作Rb,是指在数据通信系统中,每秒钟传输二进制码元的个数,单位是比特/秒(bit/s,或 kbit/s 或 Mbit/s)。 千比每秒,即 kb/s (103 b/s) 兆比每秒,即 Mb/s(106 b/s) 吉比每秒,即 Gb/s(109 b/s) 太比每秒,即 Tb/s(1012 b/s) 【例】求传码速率和传信速率误码率:在一定时间内接收到出错的比特数e1与总的传输比特数e2之比。 公式:Pe = (e1 / e2) x 100%
![]() 传播时延:电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。 信号传输速率(即发送速率)和信号在信道上的传播速率是完全不同的概念。![]()
![]() 数据从源点到达目的点所经历的总时延就是发送时延、传播时延和处理时延之和; ![]()
双绞线: 双绞线可用于模拟传输和数字传输。![]() 同轴电缆: 同轴电缆由内导体铜质芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层组成。由于外导体屏蔽层的作用,同轴电缆具有较好的抗干扰特性(特别是高频段),适合高速数据传输。![]() 光纤: 物理原理是不停地发生全反射,使信号向前传播 。 多模光纤:会产生一定程度的失真。 单模光纤:脉冲形状几乎不变,可用于长距离传输,价格比多模更贵。 光纤的优点: 通信容量大; 传输距离远; 串扰小,信号传输质量高; 光纤抗电磁干扰,保密性好; …… 光纤的缺点: 切断和连接操作技术复杂; 不易维护; …… 无线的传输介质(无线电波、地面微波、卫星微波、红外线)无线传输出现的原因: 在交通不便、施工不便的地方(高山、海洋、城市),或距离较远的情况下,使用无线传输方式,成本较低。信息技术的发展,人们要求在运动中进行电话通信或计算机通信。无线电波可以在自由空间各个方向传播,实现多种通信。这种通信不使用前述的各种导向传输媒体,所以又称为“非导向传输媒体”。无线传输所使用的频段很广,人们可以根据需要使用不同频段特性进行通信。 传统无线电:长波、中波、短波、 甚高频、特高频、超高频、极高频微波通信(2-40GHz,直线传播) 地面接力微波:在地面建立若干微波中继站,中继站将前一站信号接收,放大后转发到下一站,实现“接力”式传输。卫星通信:将微波中继站放在卫星上实现。通信建立远,覆盖面积大。无线电波 无线电波是一个广义的概念,从含义上讲,无线电波是全向传播,而微波是定向传播。无线电波不同频段用于不同通信方式: 2400 ~ 2483.5MHz,用于蓝牙通信; 3 ~ 30 MHz,用于短波通信; 300 ~ 3000KHz,用于中波通信; …地面微波 地面微波的工作频率范围一般为1~20 GHz,其特点是直线传播,因此只能在视距范围内进行传输。由于受到地形和天线高度的限制,两微波站间的通信距离一般为 30~50 km。![]() ![]() ![]() 红外线 红外线技术已经在计算机通信中得到了应用 ,例如两台笔记本电脑对着红外接口,可传输文件。红外线链路只需一对收发器,可调制不相干的红外光,在视线距离的范围内传输,具有很强的方向性。![]() 随着电子技术和计算机技术的发展,通信终端和交换设备的性能不断提高,而价格却迅速降低。 对于有线的传输媒介来说,由于资源有限,制造成本增加,即使采用原料丰富的光纤线路,但铺设费用也在增长。其投资在整个通信网络占有的比重越来越大。 对于无线传输媒介来说,有限的可用频率更是一种非常宝贵的通信资源。 多路复用技术是指在一条通信线路中传输多路信号,以提高传输媒介利用率的技术。 频分复用 FDM(Frequency Division Multiplexing) 当传输信道的带宽较大,而所传输的信号只需部分带宽就可实现有效传送,则可以在信道中同时传输多路信号,每路信号占用部分带宽。(好比大马路这么宽,上面只开了一辆车子十分浪费,可以让很多辆车子在上面开)频分复用是按频率划分不同的子信道,每个子信道占用不同的频率范围。采用调制技术,将信号搬移到信道相应的频段上。频分复用常用于载波电话系统、电视等。![]() 时分复用是采用时间分片方式来实现传输信道的多路复用,即每一路信号传输都使用信道的全部带宽,但只能使用其中某个时隙(好比不同的老师,不同时间段在同一个教室里上课)。从如何分配传输介质资源的观点出发,时分多路复用又可分为两种: 静态时分复用![]() ![]() 码分复用是蜂窝移动通信中迅速发展的一种信号处理方式。 常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。每一个比特时间划分为 m 个短的间隔,称为码片(chip)。![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 下图中,交换机被称为交换节点,一系列交换节点组成了通信子网(交换子网)。 交换节点转发信息的方式,就称为交换方式: 电路交换报文交换分组交换![]()
传输差错:通信接收端收到的数据和发送端发送的数据不一致的情况。 差错的分类及产生的原因: 随机差错 原因: 信道热噪声 特点: 随机的、单个的突发差错 原因: 脉冲噪声(如闪电) 特点: 成片的、连续的差错控制的基本思想: 这张图很形象,传输时增加一些看似冗余的数据,实际上可以帮助检测和纠正差错。 ![]() 差错控制编码主要分为: 检错码 奇偶校验码循环冗余码… 纠错码 汉明码… 奇偶校验码![]() ![]() 模2除法需要用到模2加减法,关于模2加减法,其实就是异或操作,规则如下: // 不需要考虑进位和借位 // 模2加减法就是异或操作: 相同为0, 不同为1 0 ± 0 = 0 1 ± 1 = 0 0 ± 1 = 1 1 ± 0 = 1 例: 1101 ± 1001 = 0100 计算如下: 1 1 0 1 ± 1 0 0 1 ----------- 0 1 0 0模2除法: 模2除法的特点:每一位除的结果不影响其它位,即不向上一位借位 模2除法原则: 被除数的首位为1,商为1被除数的首位为0,商为0模2除法等同于按位异或,要保证每次除完首位都为0,才能进行右移计算时每次右移一位,当被除数的位数小于除数,其为余数友情提示:上面模2原则实际上没有必要看,大体上就是正常除法的步骤,记住模2除法等同于异或,每次除完,下一个被除数去掉首位的0,后面补1位,继续除。 例:1111000对除数1101做模2除法,先说结果:商1011余111 1 0 1 1 //商 --------------- |1 1 1 1 0 0 0 // 这是被除数, 且首位为1 |1 1 0 1 // 被除数首位为1, 商为1 --------------- |0 1 0 0 0 0 // 抛弃首部的0, 后面补1位 |0 0 0 0 // 被除数首位为0, 商为0 ----------- |1 0 0 0 0 // 抛弃首部的0, 后面补1位 |1 1 0 1 // 被除数首位为1, 商为1 --------- |1 0 1 0 // 抛弃首部的0, 后面补1位, 此时后面已经没得补了 |1 1 0 1 // 被除数首部为1, 商为1 ------- |1 1 1 // 被除数的位数小于除数, 这就是余数 【例】循环冗余码编码示例
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