# 数据通信方式

# 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

# 传输方式

# 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。

# 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

    1. 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。

    2. 异步传输的单位是字符而同步传输的单位是桢。

    3. 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。

    4. 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。

    5. 异步传输相对于同步传输效率较低。

    sjcs

# 数据交换方式

# 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

# 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

# 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

# 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

# 分组数据报

  • 是单线传输、无连接的

# 多路复用技术

# 频分复用 FDM

  • 不同的频率,子信道隔离频带方串扰,如 CATV、WIFI

    pffy

# 时分复用 TDM

  • 不同的时间,轮流占用

    sffy

# 波分复用 WDM

  • 不同的波长

    bffy

# 数字传输标准

# 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。

# T2、T3、T4 标准

  • T2=4T1
  • T3=7T1
  • T4=6T1
  • 巧记 T2、T3、T4: T476 = 踢屎去喽

# 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

# E2、E3、E4 标准

  • E2=4E1
  • E3=4E2
  • E4=4E3
  • 巧记: E444

# 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-1*3=155.520Mb/s(重点!!!)
  • OC-1=57384Mb/s(重点!!!)

# 数据检错纠错

# 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

# 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 <\lt 2k2^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: \leq d-1
  • 可以纠正多少位错误: <\lt d/2

# 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)= x4x^4 +x+1,信息码字为 10111,求 CRC 校验码。

    计算步骤: 把原式变形为: 1x4x^4+0x3x^3+0x2x^2+1x1x^1+1x0x^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

    crc

# DHCP 的功能

  1. 保证任何 IP 地址在同一时刻只能由一台 DHCP 客户机所使用
  2. DHCP 应当可以给用户分配永久固定的 IP 地址。
  3. 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)
  4. DHCP 服务器应当向现有的 BOOTP 客户端提供服务。

# DHCP 三种分配 IP 地址的机制

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。

# 练习例题

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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