客户服务器方式与对等通信方式的主要区别是什么？有没有相同的地方？

前者严格区分服务和被服务者，后者无此区别。后者实际上是前者的双向应用。

论述具有五层协议的网络体系结构的要点，包括各层的主要功能。

答：综合OSI 和TCP/IP 的优点，采用一种原理体系结构。各层的主要功能：

• 物理层 物理层的任务就是透明地传送比特流。（注意：传递信息的物理媒体，如双绞线、同轴电缆、光缆等，是在物理层的下面，当做第0 层。） 物理层还要确定连接电缆插头的定义及连接法。
• 数据链路层 数据链路层的任务是在两个相邻结点间的线路上无差错地传送以帧（frame）为单位的数据。每一帧包括数据和必要的控制信息。
• 网络层 网络层的任务就是要选择合适的路由，使 发送站的运输层所传下来的分组能够正确无误地按照地址找到目的站，并交付给目的站的运输层。
• 运输层 运输层的任务是向上一层的进行通信的两个进程之间提供一个可靠的端到端服务，使它们看不见运输层以下的数据通信的细节。
• 应用层 应用层直接为用户的应用进程提供服务。

数据链路层的三个基本问题(封装成帧、透明传输和差错检测)为什么都必须加以解决？

答：
封装成帧 是分组交换的必然要求
透明传输 避免消息符号与帧定界符号相混淆
差错检测 防止合差错的无效数据帧浪费后续路由上的传输和处理资源

要发送的数据为1101011011。采用CRC的生成多项式是P（X）=X4+X+1。试求应添加在数据后面的余数。数据在传输过程中最后一个1变成了0，问接收端能否发现？若数据在传输过程中最后两个1都变成了0，问接收端能否发现？采用CRC检验后，数据链路层的传输是否就变成了可靠的传输？

答：作二进制除法，1101011011 0000 10011 得余数1110 ，添加的检验序列是1110.作二进制除法，两种错误均可发展仅仅采用了CRC检验，缺重传机制，数据链路层的传输还不是可靠的传输。

一个PPP帧的数据部分（用十六进制写出）是7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E。试问真正的数据是什么（用十六进制写出）？

答：7D 5E FE 27 7D 5D 7D 5D 65 7D 5E
7E FE 27 7D 7D 65 7E

1

7D 5E->7E

假定1km长的CSMA/CD网络的数据率为1Gb/s。设信号在网络上的传播速率为200000km/s。求能够使用此协议的最短帧长。

答：对于1km电缆，单程传播时间为1/200000=5为微秒，来回路程传播时间为10微秒，为了能够按照CSMA/CD工作，最小帧的发射时间不能小于10微秒，以Gb/s速率工作，10微秒可以发送的比特数等于1010^-6/110^-9=10000,因此，最短帧是10000位或1250字节长

假定在使用CSMA/CD协议的10Mb/s以太网中某个站在发送数据时检测到碰撞，执行退避算法时选择了随机数r=100。试问这个站需要等待多长时间后才能再次发送数据？如果是100Mb/s的以太网呢？

答：对于10mb/s的以太网，以太网把争用期定为51.2微秒，要退后100个争用期，等待时间是51.2（微秒）100=5.12ms
对于100mb/s的以太网，以太网把争用期定为5.12微秒，要退后100个争用期，等待时间是5.12（微秒）100=512微秒

试说明IP地址与硬件地址的区别，为什么要使用这两种不同的地址？

IP 地址就是给每个连接在因特网上的主机（或路由器）分配一个在全世界范围是唯一的 32 位的标识符。从而把整个因特网看成为一个单一的、抽象的网络
在实际网络的链路上传送数据帧时，最终还是必须使用硬件地址。
MAC地址在一定程度上与硬件一致，基于物理、能够标识具体的链路通信对象、IP地址给予逻辑域的划分、不受硬件限制。

（1）子网掩码为255.255.255.0代表什么意思？

有三种含义
其一是一个A类网的子网掩码，对于A类网络的IP地址，前8位表示网络号，后24位表示主机号，使用子网掩码255.255.255.0表示前8位为网络号，中间16位用于子网段的划分，最后8位为主机号。
第二种情况为一个B类网，对于B类网络的IP地址，前16位表示网络号，后16位表示主机号，使用子网掩码255.255.255.0表示前16位为网络号，中间8位用于子网段的划分，最后8位为主机号。
第三种情况为一个C类网，这个子网掩码为C类网的默认子网掩码。

（2）一网络的现在掩码为255.255.255.248，问该网络能够连接多少个主机？

255.255.255.248即11111111.11111111.11111111.11111000.
每一个子网上的主机为(2^3)=6 台
掩码位数29，该网络能够连接8个主机，扣除全1和全0后为6台。

（3）一A类网络和一B网络的子网号subnet-id分别为16个1和8个1，问这两个子网掩码有何不同？

A类网络：11111111 11111111 11111111 00000000
给定子网号（16位“1”）则子网掩码为255.255.255.0
B类网络 11111111 11111111 11111111 00000000
给定子网号（8位“1”）则子网掩码为255.255.255.0但子网数目不同

（4）一个B类地址的子网掩码是255.255.240.0。试问在其中每一个子网上的主机数最多是多少？

（240）10=（128+64+32+16）10=（11110000）2
Host-id的位数为4+8=12，因此，最大主机数为：
2^12-2=4096-2=4094
11111111.11111111.11110000.00000000 主机数2^12-2

(5)一A类网络的子网掩码为255.255.0.255；它是否为一个有效的子网掩码？

是 10111111 11111111 00000000 11111111

(6)某个IP地址的十六进制表示C2.2F.14.81，试将其转化为点分十进制的形式。这个地址是哪一类IP地址？

C2 2F 14 81–à(1216+2).(216+15).(16+4).(8*16+1)—à194.47.20.129
C2 2F 14 81 —à11000010.00101111.00010100.10000001
C类地址

(7)C类网络使用子网掩码有无实际意义？为什么？

有实际意义.C类子网IP地址的32位中,前24位用于确定网络号,后8位用于确定主机号.如果划分子网,可以选择后8位中的高位,这样做可以进一步划分网络,并且不增加路由表的内容,但是代价是主机数相信减少.

10.试辨认以下IP地址的网络类别。

（1）128.36.199.3
（2）21.12.240.17
（3）183.194.76.253
（4）192.12.69.248
（5）89.3.0.1
（6）200.3.6.2
(2)和(5)是A类,(1)和(3)是B类,(4)和(6)是C类.

当某个路由器发现一IP数据报的检验和有差错时，为什么采取丢弃的办法而不是要求源站重传此数据报？计算首部检验和为什么不采用CRC检验码？

答：纠错控制由上层（传输层）执行
IP首部中的源站地址也可能出错请错误的源地址重传数据报是没有意义的
不采用CRC简化解码计算量，提高路由器的吞吐量

设某路由器建立了如下路由表：

目的网络 子网掩码 下一跳
128.96.39.0 255.255.255.128 接口m0
128.96.39.128 255.255.255.128 接口m1
128.96.40.0 255.255.255.128 R2
192.4.153.0 255.255.255.192 R3
*（默认） —— R4
现共收到5个分组，其目的地址分别为：
（1）128.96.39.10
（2）128.96.40.12
（3）128.96.40.151
（4）192.153.17
（5）192.4.153.90

#####（1）分组的目的站IP地址为：128.96.39.10。先与子网掩码255.255.255.128相与，得128.96.39.0，可见该分组经接口0转发。

#####（2）分组的目的IP地址为：128.96.40.12。
① 与子网掩码255.255.255.128相与得128.96.40.0，不等于128.96.39.0。
② 与子网掩码255.255.255.128相与得128.96.40.0，经查路由表可知，该项分组经R2转发。

#####（3）分组的目的IP地址为：128.96.40.151，与子网掩码255.255.255.128相与后得128.96.40.128，与子网掩码255.255.255.192相与后得128.96.40.128，经查路由表知，该分组转发选择默认路由，经R4转发。

#####（4）分组的目的IP地址为：192.4.153.17。与子网掩码255.255.255.128相与后得192.4.153.0。与子网掩码255.255.255.192相与后得192.4.153.0，经查路由表知，该分组经R3转发。

#####（5）分组的目的IP地址为：192.4.153.90，与子网掩码255.255.255.128相与后得192.4.153.0。与子网掩码255.255.255.192相与后得192.4.153.64，经查路由表知，该分组转发选择默认路由，经R4转发。

一个大公司有一个总部和三个下属部门。公司分配到的网络前缀是192.77.33/24.公司的网络布局如图4-56示。总部共有五个局域网，其中的LAN1-LAN4都连接到路由器R1上，R1再通过LAN5与路由器R5相连。R5和远地的三个部门的局域网LAN6～LAN8通过广域网相连。每一个局域网旁边标明的数字是局域网上的主机数。试给每一个局域网分配一个合适的网络的前缀。

（P380）

已知地址块中的一个地址是140.120.84.24/20。试求这个地址块中的最小地址和最大地址。地址掩码是什么？地址块中共有多少个地址？相当于多少个C类地址？

140.120.84.24 è 140.120.(0101 0100).24
最小地址是 140.120.(0101 0000).0/20 (80)
最大地址是 140.120.(0101 1111).255/20 (95)
地址数是4096.相当于16个C类地址。

假定网络中的路由器B的路由表有如下的项目（这三列分别表示“目的网络”、“距离”和“下一跳路由器”）

N1 7 A
N2 2 B
N6 8 F
N8 4 E
N9 4 F
现在B收到从C发来的路由信息（这两列分别表示“目的网络”“距离”）：
N2 4
N3 8
N6 4
N8 3
N9 5
试求出路由器B更新后的路由表（详细说明每一个步骤）。

路由器B更新后的路由表如下：

N1　　　7　　A　　　　无新信息，不改变
N2　　　5　　C　　　　相同的下一跳，更新
N3　　　9　　C　　　　新的项目，添加进来
N6　　　5　　C　　　　不同的下一跳，距离更短，更新
N8　　　4　　E　　　　不同的下一跳，距离一样，不改变
N9　　　4　　F　　　　不同的下一跳，距离更大，不改变

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网络层

网络层提供的两种服务

网络层向上只提供简单灵活的、无连接的、尽最大努力交付的数据报服务。网络在发送分组时不需要先建立连接。每一个分组（也就是IP数据报）独立发送，与其后面的分组无关（不进行编号）。网络层不提供服务质量的承诺。

网际协议IP

网际协议IP是TCP/IP体系中两个最主要的协议之一，与之配套使用的还有三个协议：

• 地址解析协议 ARP（Address Resolution Protocol）
• 网际控制报文协议 ICMP （Internet Control Message Protocol）
• 网络组管理协议 IGMP（Internet Group Management Protocol）

虚拟互联网络

将网络互相链接起来要使用一些中间设备。根据中间设备所在的层次，可以有以下四种不同的中间设备。

• 物理层：转发器
• 数据链路层：网桥或桥接器
• 网络层：路由器
• 网络层以上：网关，用网关链接连个不兼容的系统需要在高层进行协议转换。

分类的IP地址

IP地址：给因特网上的每一个主机（或路由器）的每一个接口分配一个在全世界范围是唯一的32位的标识符。
IP地址的编址方法：

1. 分类的IP地址
2. 子网的划分
3. 构成超网

分类IP地址：每一类地址都是由两个固定长度的字段组成，其中一个字段是网络号，它标志主机（或路由器）所链接到的网络。第二个字段是主机号，它标志该主机（或路由器）。主机号在前面网络号所指明的范围是唯一的。

IP地址放在IP数据的首部，而硬件地址则放在MAC帧的首部。在网络层和网络层以上使用的是IP地址，而数据链路层及以上使用的是硬件地址。

地址解析协议ARP

为了解决：已经知道一个机器（主机或路由器）的IP地址，需要找出其相应的硬件地址。

解决方法：在主机ARP高速缓存中存放一个从IP地址到硬件地址的映射表，并且这个映射表还经常动态更新（新增或动态删除）。

过程：

1. 广播发送ARP请求分组
2. 在本局域网上的所有主机上运行的ARP进程都收到此ARP请求分组
3. 如果有一个主机的IP与查询IP一致，则就收下这个ARP请求，并发送ARP响应分组。不一致则不理睬，所以ARP响应是单播。
4. 源主机收到ARP响应分组后，在ARP高速缓存中写下主机B的IP地址到硬件地址的映射。

IP数据报的格式

一个IP数据报由首部和数据两部分组成。首部前一部分是固定长度，共20字节，是所有IP数据报必须具有的。首部的后面一部分是可选字段，长度可变。

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数据链路层

目的：设计数据链路层的主要目的就是在原始的、有差错的物理线路的基础上，采取差错检测、差错控制与流量控制等方法，将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路，以便向它的上一层——网络层提供高质量的服务。

要点：：数据链路层的链路管理、数据帧封装、差错控制、流量控制这几项功能的实现原理，BSC、SDLC、HDLC和PPP这几种典型的数据链路层协议及二交换原理。

数据链路层基础

数据链路层和它下面的网络层其实作用一样，都是用来构建进行网络通信、访问的通道，只不过物理层构建的是一条物理通道，而数据链路层构建的是真正用于数据传输的逻辑通道。

主要功能和实现原理

向网络层提供透明、可靠的数据传输服务。
数据链路管理、封装成帧、透明传输、差错控制。

• 数据链路层提供的服务类型

  • 有确认的面向链接服务
    在提供服务时，必须先建立好双方通信链接，在提供服务时，必须要求对方确认后才进行。
    存在三个阶段：数据链路建立，数据传输，数据链路释放等阶段。
    占用一条专门的通信链路，是非常可靠的链接服务。
    例如：SLIP（串行线路协议）、PPP（点对点协议）、PPPoE（基于以太网的点对点协议）、HDLC（高级数据链路控制协议）

  • 有确认的无连接服务
    接收端接收到每一个数据帧时都向发送端确认，进行数据传输前不需要建立专门的数据链路的。（实际上是因为数据链路已近建立起来，永久存在）
    虽然不用建立专门的链接，但是可以保证数据可靠传输。
    例如：令牌环网，令牌总线网，各种无线通信系统。

  • 无确认的无连接服务
    接收端结束到数据帧不需要进行确认，也不需要建立链接。
    看似不可靠，但是是建立在可靠通信线路基础上，数据传输仍十分可靠。
    例如：以太网。

数据封装成帧和透明传输

• 网络层传输的包（packet,又称分组），在数据链路层中传输的是“帧”（frame）。数据包到达数据链路层后加上数据链路层的协议头和协议尾就构成了一个完整的帧。

• 由数据包封装的数据帧其大小是受对应的数据链路层协议的MTU（最大传输单元）限制的。例如以太网数据链路层封装网络层IP包的MTU值为1500字节（数据部分不超过1500）还有最小限制，例如以太网封装的IP包最小值为46字节，如果小于，则用特殊字符填充。

比特流的帧组装及透明传输原理

在发送端数据链路层中的帧到达物理层后就会以比特位为单位进行传输，而不是以帧。 接收端物理层把比特流向数据链路层传输，到达后又要将比特流封装成数据帧，这就是帧同步问题。

• 字节计数法
  以一个特殊字符代表一个帧的起始，并以一个专门的字段标识当前帧长度。

• 字符填充收尾界定法
  用特定的字符界定一个帧的起始与结束。为了防止与相同字符被误判成帧头和帧尾，可以在帧头填充一个转义控制字符。

• 比特填充的收尾界定法
  在收尾插入特定的比特串（例如：01111110），为了防止误判，传输的数据如果连续出现五个“1”则在后面插入一个“0”。
  例如：0110111111011111001 变为：01111110 011011111010111110001 01111110
  很容易由硬件实现，性能优于字符填充方式。

• 违法编码法
  只适用于采用冗余编码的特殊编码环境。
  例如：曼切斯特编码中利用“高-高”电平和“低-低”电平来界定帧的起始与终止。

差错控制

• 差错检测
  一般通过对差错编码进行校验，常见的校验方法有奇偶校验码（Parity Check Code，PCC）、循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）两种。

  • 奇偶校验法：在传输的二进制最后专门设置一个奇偶校验位，来记录代码中的“1”的个数是基数还是偶数。
  • 循环冗余校验：是在数据后加上一段通过该数据生成的固定位数的校验法。

• 差错纠正
  针对不同的传输类型采取了不同的纠错方法。
  对于面向字符的，一般采用“反馈检测”的方法来进行纠错。接收端收到后向发送端发送一个相同的帧，发送端判断是否正确，如果正确则不发消息，如果错误，则发送DEL字符，提示接收端删除对应的帧。
  但是这种传输方法效率低。所以，一般采用“自动重发请求”（ARQ法）。先发送带冗余检测码的数据，接收端对数据帧进行错误检测，如果错误，则返回请求重发的响应（不用返回全部帧）。

  • 连续重发请求方案：发送端可以连续发送一些列数据帧，不同等前一帧被确认。

  • 海明码纠错：对错误位进行取反。

流量控制

• 基于反馈的流量控制方案
  接收端收到一个数据帧后，要向发送端发送确认帧，发送端继续发送数据。发送端启动定时器，规定时间内没有确认帧则重发。

• 基于流速的流量控制方案
  限制发送端一次可以发送多少个数据帧，从而控制流量。

• XON/XOFF流量控制方案
  当接收端认为不能继续接收数据时，会向发送端发送一个XOFF控制字符，当可以继续接收时，发送XON控制字符。

• 滑动窗口机制
  当一个处于缓存中的帧收到了确认帧，则将这个帧删掉，将空间给其他帧。

面向字符的PPP同步协议

• BSC，SDLC，HDLC都属于局域网中的数据链路层协议，而PPP（Point-to-Point Protocol，点对点协议）是一种应用非常广泛的局域网数据链路协议。
• 在链接速率上可以远高于SLIP，最高128kbps
• 提供了协议类型字段和帧校验序列（FCS）字段。
  • 地址：为固定的11111111（0xFF）标准广播地址。
  • 控制：只有一种帧类型，UI（无编号信息）帧，无需接收端收到进行确认，固定为00000011（0x03）。
  • 协议：除了可以封装IP（0x0021）协议，还可以封装其他多种协议包，例如IPX、AppleTalk等。
  • FCS：使用16位的循环冗余校验计算信息字段中的校验和。

• 提供了一整套方案来解决数据链路建立、维护、拆除、上层协议协商、认证等问题：

  • 链路控制协议（LCP）：用于建立，测试，配置和管理数据连接。
  • 网络控制协议（NCP）：协商该链路上所传输的数据包格式与类型，建立、配置不同的网络层协议。
  • 口令认证协议（PAP）：为PPP提供用户认证功能，可以确保PPP链接的安全性。
  • 质询握手认证协议（CHAP）：为PPP提供用户认证功能，可以确保PPP链接的安全性。

• PPP协议也衍生出新的应用，例如ADSL（Asymmetrical Digital Subscriber Loop，非对称数据用户环境），还有与其他的协议共同派生出了符合宽带接入要求的新协议：PPPoE（PPP over Ethernet），PPPoA（PPP over ATM）。

• 利用以太网（Ethernet）资源，在以太网上运行PPP来进行用户认证。完成了ADSL的接入要求。
• 在ATM（异步传输模式）网络上运行PPP协议来管理用户认证的方式。不同在于它在ATM网络上运行，而PPPoE在以太网上运行。

PPP的PAP/CHAP身份认证

• PPP身份认证
  （单向认证）用明文认证，认证包括两次握手，客户端向服务器发送一个认证请求，PAP服务器端收到后和数据库匹配，返回认证结果（Y/N，ACK/NAK）。如果不成功会多次尝试，最多4次。
• CHAP身份认证
  采用三次握手机制：认证方要求被认证方提供认证信息->被认证方提供认证信息->认证方给出结果。
  不是明文密码，而是进过MD5之类的摘要加密产生的密钥。

数据链路层主要网络设备

计算机网卡

以太网卡：

• 接口划分：
  • PCI（最常见的）接口
  • 微型PCI（PCMCIA）接口
  • PCI-X，PCI-E（常用于服务器）
• 主机接口方面：
  • RJ-45类型（水晶头）（双绞线）
  • ST，SC，FC，LC四种，SC和LC使用最广（光纤）

WLAN网卡：

• 接口：PCI，USB

网桥及其工作原理

网桥的含义

用来链接不同网段的计算机网络设备，比集线器性（Hub）能更好后来被交换机（Switch）取代。
可链接不同网段的二层网络设备，不只可以类似中继器一样将信号进行放大，而且可以隔离MAC冲突。

• 作用：

  • 可基于物理网段的MAC地址进行学习
  • 可以隔离冲突域

• 工作原理：

  • 起初网桥缓存中没有任何MAC地址
  • 当收到广播和数据帧被某个PC接收后，也会把相应的MAC地址记录在缓存中
  • 当源MAC和目的MAC都有时，进行判断是否通过网桥。

二层交换机

交换机，可以说是集线器和网桥的升级换代产品，因为既能有集线器的集中链接功能，又有网桥的数据交换功能。

• 特点：

  • 具有多个交换端口
  • 数据转发效率更高
  • 更强的MAC地址自动学习能力
  • 每个端口都有独立的背板信道带宽，可以实现全双工谁传输

• 分类：

  • 网络类型划分：标准（10Mbps），快速（100Mbps），千兆（1000Mbps），十千兆（10000Mbps）
  • 结构划分：固定端口式的和模块化式的
  • 是否支持网管功能：支持（有Console控制端口），不支持（傻瓜式）

• 原理

  • CAM表（MAC地址与端口映射表）可以通过多种途径获得
    • 静态配置
    • 动态学习
    • 可以通过多种协议，如IGMP嗅探，GMRP协议等方式
  • CAM表不是一成不变的，由定时器控制，定时器为0时删除，每次转发恢复定时器初始值。

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物理层

关键词：数据通信的模型，数据传输速率，数据传输类型，数据输入方式，数据传输模式，数据通信方式，信号类型，信号编码，信号调制与解调，数据抽样，信道复用，传输介质和主要物理接口规程。
两大公式：
奈奎斯特准则，香农公式。

概述

作用

• 构建数据通路
• 透明传输
• 传输数据
• 数据编码
• 数据传输管理

特性

• 机械特性

• 电器特性

  • 非平衡型
  • 差分接收器的非平衡型
  • 平衡型

  这里所说的“平衡”是根据发送器或接收器是由单根线的电平值决定，还是由双根线之间的电平差决定。
  
  平衡：采用一对线，非平衡：采用一根线。
  
  差分信号：两个物理信号间存在电平差，又称“差模信号”。差分传输是在两根线上同时传输信号，振幅相等，方向相反。（注: 在线路板上，差分信号的两条导线必须是等长、等宽、紧密靠近。尽可能使其同幅、反向、同步传输）优点是干扰会同时作用两条线，且效果一样。

  • 非平衡型：信号发送器和信号接收器均采用非平衡方式工作。即每路信号仅使用一根导线传输。然后所有信号公用一根地线。（一般采用的信号电平比较高，为了减少干扰信号），串扰也比较严重，所以信号的传输速率也比较低。
    

  • 差分接收器的非平衡型：是由“非平衡型”改进而来。接口中的发送器和“非平衡型相同”，但接收器采用“差分”工作方式。并且发送器和接收器不是共用一条地线。接收信号的最终电平是由信号线和地线的差值决定。（因为使用差分接收方式，所以电平信号可以比较低，一般+4V~+6v表示二进制“0”，-4V~-6V表示二进制“1”，传输速率受距离影响较大。）

  • 平衡型：发送器采用双线平衡发送方式，接收器采用差分处理方式，不共用地线。（具有超强的传输速率，电平同“差分接收器的非平衡型”，10m内速率可达10Mbps）

数据通信基础

通信子网与资源子网

• 资源子网是由计算机系统，终端系统，联网的外围设备，各种软件资源与信息资源组成。

• 通信子网负责网络通信线路建立和通信处理，为网络哟凝固提供数据传输，转发，加工和转换等通信处理工作，是整个网络通信的基础结构。

数据传输的类型

• 基带与频带

  • 基带：信源发出的，没有进过调制的原始电信号固有的频带。
  • 频带：低基带信号调制后所占用的频率带宽。

• 基带传输与频带传输

  • 基带传输：直接传输基带信号，适合传输距离比较近，例如局域网，以太网，令牌环。
  • 频带传输：广泛用于局域网中，因为在这种网络通信中，需要发送多种信号。可以用高频率的信号调制低频率的信号，提高信道的利用率。
  • 宽带传输：（属于频带传输）采用比“音频”更宽的频带，该频带包括了大部分电磁波频谱。将信道分成多个子通道，分别传输音频、视频和数字信号。并且所有子通道都可以同时发送信号。（例如：有线电视，无线广播）

数据传输方式

• 串行传输
  只需要一条传输信道，传输速度较慢，易于实现，低费用。
• 并行传输
  数据以一组或者整个字符的方式在多条并行信道上同时传输。不存在字符同步问题，但是必须有并行信道。（例如：打印机的并口，磁盘ATA几口，主板上的接口）

数据传输模式

（是根据字符同步方式的不同划分，针对串行传输）

• 同步传输：通信双方在传输过程中是同步进行的，双方必须要有相同的时钟参考，能同时开始数据的发送和接收。数据块的开始和结束部分都有一个用于数据同步的特殊字符，特定的字符或特定帧。
• 异步传输：不需要对每个字符加单独的“起始”和“停止”比特，只需要在检测到帧同步字符时接收它们即可。（是以帧为传输单位，传输效率高）数据传输速率同步，是以字符为单位进行传输的，字符开始加“起始位”，结束加“停止位”。

数据的通信方式

• 单工通信
• 半双工通信
• 全双工通信

数据传输速率与信道带宽

基本概念

• 比特率
  单位时间内传输的二进制代码的有效位数。常用单位有bit/s（b/s或bps,每秒比特数），kbit/s（kb/s或kbps，每秒千比特数）,Mbit/s（Mb/s或Mbps，每秒兆比特数）注意：这里的k和M分别表示1000和1000000，而不是2^10，2^20

• 波特率
  一个数字信号在被调试后，数字信号对载波的调制速率，单位时间内载波参数变化的次数，单位为B。
  
  比特率和波特率的换算公式为：

  1	Rb = RB*log2M(b/s)

M为符号的进制数

• 传输带宽
  “带宽”是指信道中每秒传输的最大信息量，也就是一个信道的最大数据传输率。

数字信号不失真传输的最大传输速率限制

• 奈奎斯特准则
  为了确保数字信号不失真传输，在理想低通信道下实际的最高码元传输速率必须在下式计算结果之内。

  1	最高码元传输速率（MaxRB） = 2W

  W是理想低通信道的带宽，单位为赫兹（Hz）。
  MaxRB为最高码元传输速率，单位为Raud（波特）。

• 香农公式
  在有随机热噪声的信道上传输数据时，最大数据传输速率Rmax与信道带宽B、信噪比S/N的关系如下所示：

  1	Rmax=B*log2(1+S/N)

  Rmax 的单位为 bps
  信道带宽的单位为 Hz
  信噪比 S/N 通常用 dB（分贝）

模拟信号不失真还原的最小采用频率限制

• 时域采样定理
  频带为F的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值f(t1)，f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，…来表示，只要这些采样点的时间间隔Δt≤1/2F，便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。

  一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的5~10倍。

数字基带信号编码

矩形脉冲数字信号基本波形

• 单极性
  用正(或者负)电平来表示“1”，用0电平表示“0”。低于1/2则为“0”，高于1/2则为“1”。

• 双极性
  分别用正负电平表示“1”和“0”。

• 归零码
  归零是指信号电平在一个码元宽度内，（通常是在1/2个码元时）信号脉冲电平必须回归为零电平，直到该码元宽度结束。

• 非归零码
  不对脉冲信号波进行任何编码。

数字基带信号的传输码型

• 传输码
  信息码在进行传输之前，必须进过码型变换，变换为适用于信道传输的码型，这就是传输码。

• 传输码的选择原则

  • 能从基带信号中提取定时信息（位同步脉冲信息），所以要求含有时钟频率分量（不能出现0电平）
  • 编码转换后不能出现过多的连续“0”码或“1”码，否则提取的时钟信号就会很不稳定，引起同步偏移。
  • 无直流分量了，低频成分少，否则影响信号在信道中的传输。
  • 信号中高频分量要尽量少，以节省传输频带并减少码间串扰。

常见的传输码型有：

• 传号反转交替码（AMI码）
  是对单极性非归零码的变形。
  将单极性非归零码中的“1”码元交替变为+1，-1其余不变。

  1 2	10 1 1 10 00 10 1 1 +10 -1+1 -10 00 +10 -1+1

  缺点：会出现连续的0

• HDB3码
  是对AMI码的变形。（可以确保信号波形中连续零电平的码元数不超过3个）
  先把基带信号变换成AMI码，然后检查AMI码中的连续“0”的个数，将AMI码中连续4个“0”分为一组，连续“0”码元的第4个“0”转换成非0脉冲，记为+V或-V 称为“破坏脉冲”。
  转换成+V或-V码，决定于：①V码必须与前一个信码B极性相同。②相邻V码的极性必须相反。
  如果变换V后，得到的波形还不能同时满足以上两个原则，则将4个连续的“0”码第一个“0”码转换为补信码，B’码。

  1 2 3 4 5 6 7 8

  1000 0 1 10 00 0 1 1000+V-1+10 00-V-1 1000+V-1+1B'00-V-1 ``` * CMI码 双极性二电平非归零码，又称1B2B码（一位信息码用二位表示）。 把基带中“1”码交替用正，负表示。而“0”用“01”表示。

  1 1 0 0 0 1 1 1 0
  11 00 01 01 01 11 00 11 01

  1 2 3 4

  * 曼切斯特编码 双极性二电平非归零码 “1”用“10”表示，“0”用“01”表示

  1 1 0 0 0 1 1 1 0
  10 10 01 01 01 10 10 10 01

  1 2 3 4 5 6 7

  极性反转时可能会引起译码错误。 * 差分曼切斯特编码 解决曼切斯特编码引起译码错误。 对于第一个码元，与曼切斯特码相同，后面的根据下面的规则跳变。 * 如果本码为1，开始处的电平不跳变。 * 如果本码为0，开始处的电平必须跳变。

  1 1 0 0 0 1 1 1 0
  10 10 01 01 01 10 10 10 01
  10 01 01 01 01 10 01 10 10
  ```

信号调制与解调

关键术语

• 调制
  一种“能量大”的信号承载另一种“能量小”的信号进行传播，传输。
  在对数字信号进行载波调制时，采用的也是调幅，调频，调相这三种技术，但他们对应着另外的名字：ASK（Amplitude Shift Keying，幅度键控）、FSK（Frequency Shift Keying，频率键控）、PSK（Phase Shift Keying，相位键控）

• 解调
  是调制的反向作用。

• 载波信号
  载送有低频调制信号的信号波，通常是高频信号。

• 已调信号
  解调操作生成的新信号。

信道的复用

我们可以把一条高带宽的信道划分成多条小带宽的子信道（逻辑信道），提高原来这条信道的利用率。

• 频分复用
  按照信道频带宽度进行信道复用，把一条高带宽的信道按照一定的频带宽度划分成若干个低带宽的子频带。
  原理： 使用不同频带的载波进行调制，然后在同一个信道中的不同子信道传输。

• 时分复用
  原理：把整个数据通信过程划分成一个个小的时间段，在这些时间段又划分成更小的时间间隙，每个间隙可以用于一个用户信号的传输。

• 波分复用
  原理同频分复用，只不过是对于光纤的。

• 码分复用

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