网络.docx
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网络.docx
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网络
第一章LAN定义:
通常指几公里以内的,可以通过某种介质互联的计算机、打印机、modem或其它设备的集合。
局域网是计算机网络发展最活跃的分支。
特点:
距离短、延迟小、数据速率高、传输可靠、结构简单,实现容易、传输介质固定。
局域网标准(standard)IEEE802:
根据局域网的多种类型,规定了各自的拓扑结构、媒体访问控制方式、帧格式等内容。
LAN的设计目标:
运行在有限的地理区域;允许网络设备同时访问高带宽的介质;通过局部管理控制网络的权限;连接物理上相邻的设备。
MAN定义:
介于局域网和广域网之间的一种高速网络。
是在一个城市范围内所建立的计算机通信网。
它的传输媒介主要采用光缆,传输速率在l00兆比特/秒以上。
MAN的一个重要用途是用作骨干网,通过它将位于同--城市内不同地点的主机、数据库,以及LAN等互相联接起来。
WAN定义:
在大范围区域内提供数据通信服务,主要用于互连局域网。
WAN分类:
公用电话网:
PSTN;综合业务数字网:
ISDN;数字数据网:
DDN;X.25公用分组交换网;帧中继:
FrameRelay;异步传输模式:
ATM
WAN的设计目标:
运行在广阔的地理区域;通过低速串行链路进行访问;提供全时的或部分时间的连接;连接物理上分离的、遥远的、甚至全球的设备。
带宽:
又叫频宽,是指单位时间内能够在线路上传送的数据量,常用的单位是bps。
计算机网络的带宽是指网络可通过的最高数据率,即每秒多少比特。
以太网带宽:
10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s等。
带宽指的是网络硬件所能通过信息量的大小。
而网速指的是网络间传输数据的速度,也就是信息流量。
延迟:
描述网络上数据从一个节点传送到另一个节点所经历的时间。
VPN网络同样也是由3部分组成:
客户机、传输介质和服务器,不同的是VPN连接使用的是隧道作为传输通道,这个通道是建立在公共网络或专用网络的基础上的。
计算机网络的分类按使用单位或性质分类:
企业网、校园网、政府网、教育科研网。
按应用性质分类:
证券业务网、新闻综合业务网、多媒体公用信息网。
按网络的控制方式分类有:
集中控制网络和分布式网络。
计算机的两级子网结构为资源子网(用户子网)和通信子网。
1、资源子网(用户子网):
负责数据处理、向用户提供各种网络资源和网络服务。
资源子网硬件包括主机终端、各种外设。
资源子网软件:
运行在计算机上的网络操作系统,各种应用程序。
2、通信子网:
提供网络的通信服务。
通信子网硬件包括通信设备和通信线路等。
通信子网软件:
通信软件和网络协议软件。
计算机网络的组成
从系统功能上看,计算机网络由资源子网和通信子网组成的。
但从系统组成上看,计算机网络是由硬件部分和软件部分组成的。
计算机网络的硬件系统是由服务器、客户机、通信设备和通信介质组成。
服务器和客户机是构成资源子网的主要设备,通信设备和通
信介质是构成通信子网的主要设备。
常见网络拓扑结构:
从拓扑学上看,计算机网络主要就是由节点和信道组成的。
网络的拓扑结构指网络中通信线路和节点之间的几何排列用以表示整个网络的整体结构外貌和各模块之间的结构关系。
注意网络的物理拓扑和逻辑拓扑之间的区别。
物理拓扑是指网络布线的连接方式;而逻辑拓扑是指网络的访问控制方式。
总线型拓扑结构:
所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到传输介质或称总线上。
使用一定长度的电缆将设备连接在一起。
设备可以在不影响系统中其他设备工作的情况下从总线中取下。
任何一个站点发送的信号都可以沿着介质传播,而且能被其他所有站点接收。
优点:
结构简单,易于扩张。
具有较高的可靠性(每一个节点的故障不涉及整个网络)。
缺点:
1、覆盖的范围受到限制。
2、容易发生数据碰撞(在任意时刻只能一个站点发送数据)。
著名的3COM公司的以太网就是建立在总线网的基础之上的。
计算机网络的共享的资源
计算机网络的主要目的之一是要实现资源共享。
网络中可被共享的资源分为三种:
硬件资源、软件资源和数据资源。
㈠、硬件资源共享方式
共享的硬件包括大型存储器、打印机、高速处理器、大容量的硬盘、专用的外设等。
硬件资源共享,可使网络中各单位的,各区域的资源互
通有无,避免硬件设备的重复采购,提高了设备的利用率,降低了系统成本。
㈡、软件资源共享方式
共享的软件资源包括各种语言处理程序、服务程序和众多的网络软件,例如办公管理软件、电子备课课件和联机考试软件等。
软件共享可以避
免软件研究上的重复劳动。
㈢、数据资源共享方式
共享数据资源包括各种大型的数据库、数据文件和媒体信息等。
例如电子图书库、学生成绩库、视频点播、网上书店、网上购物、电子商务和各类新闻等。
数据共享避免重复的劳动,达到了高效、经济的利用数据,也便于集中管理,减少运行成本。
网络的组织方式(网络资源共享模式)网络的基本模块通常称为节点,利用通信线路和设备将节点按不同的拓扑结构连接起来,就可以得到不同形态的计算机网络,计算机网络
的组织形式主要有两种形式:
对等网络和基于服务器的网络。
1、对等网络:
各节点的地位是平等的,没有主从之分,没有专用的服务器各个节点机可以是客户机也可以是服务器。
WindowsNTworkstation,windows98/95或Windowsforworkgroup等操作系统,对等组网的能力已经内置其中。
2、基于服务器的网络:
基于服务器的网络中,节点之间具有一定的主从关系,主节点提供服务,从节点请求并得到服务。
WindowsNTServer、Windows2000Server、Windows2003Server等就是基于服务器的网络。
计算机网络的发展:
开放性方向发展;一体化方向发展;多媒体网络方向发展;高效、安全的网络管理方向发展;智能化网络方向发展
标准化组织:
国际标准化组织(ISO)电子电器工程师协会(IEEE)美国国家标准局(ANSI)电子工业协会(EIA/TIA)国际电信联盟(ITU)
INTERNET架构委员会(IAB)
本章总结1、计算机网络的定义、目地2、计算机网络的分类3、网络的基本功能;硬件、软件组成及各部分的功能4、网络地两级子网结构5、协议、共享、带宽、网速和延迟6、常见的网络拓扑结构的比较7、网络的三种资源共享方式8、透明和虚拟技术9、VLAN和VPN
第二章数据和信息是有区别的,数据是独立的,是尚未组织的事实集合,而信息是数据经过加工处理后得到的。
即信息是按一定要求以一定格式组织起来的,具有一定意义的数据表示形式。
信道:
指信号的传输通路。
①物理信道和逻辑信道物理信道:
用来传输信号的一种通路,由传输介质和有关设备组成.s逻辑信道:
指在物理信道的基础上,通过节点设备内部的连接来实现的。
②模拟信道和数字信道:
模拟信道传输的是模拟信号,而数字信道直接传输二进制数字脉冲信号。
③有线信道和无线信道有线信道包括电缆、双绞线、同轴电缆、光缆等以各种有形线路传递信息的方式;无线信道包括无线电、微波和卫星通信信道等以电磁波形式在空间传播信息的方式。
④专用信道和公共交换信道s吞吐量:
指在不丢包的条件下,单位时间内所通过的数据包的数量。
码元(CodeCell):
码元是对网络中传送的二进制数字的每一位的通称。
也常称为“位”或“比特”。
3、数据传输速率:
有两种度量单位:
波特率和比特率.波特率:
数据通信系统中,线路上每秒传送的波形个数。
单位:
波特设周期为T波特率B=1/T(Bd)比特率:
数据通信系统中,线路上每秒传送的二进制位数。
单位:
b/s或bps比特率S=Blog2的N次方注:
B代表波特率
数据编码类型:
在计算机中,数据是以0或1这种离散的二进制序列方式表示的。
传输过程中的数据编码类型,主要取决于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。
数据编码:
将数据用物理量表示的规则。
例如:
字母‘A’的ASCII编码为01000001,
在数据通信系统中,传输模拟信号的系统称为模拟通信系统,而传输数字信号的系统称为数字通信系统。
模拟通信系统:
模拟通信系统通常由信源、调制器、信道、解调器、信宿以及噪声源组成。
信源所产生的原始模拟信号一般都要经过调制再通过信道传输。
到达信宿后,通过解调器将信号解调出来。
普通的电话、广播、电视等都属于模拟通信系统。
模拟信道采用模拟数据编码来实现信号编码。
模拟信号编码的三种方式:
①调幅:
基带信号对载波信号的振幅进行调制。
②调频:
基带信号对载波信号的频率进行调制。
③调相:
基带信号对载波信号的相位进行调制。
数字通信系统:
数字通信系统由信源、信源编码器、信道编码器、调制器、信道、解调器、信道译码器、信源译码器、信宿、噪声源以及发送端和接收端时钟同步组成。
计算机通信、数字电话以及数字电视都属于数字通信系统。
编码器:
数据->适合传输的信号.调制器:
信号->适合传输的形式.解码器:
传输信号->原始数据.解调器:
接收波形->数字信号序列
数字信道采用数字数据编码来实现信号编码,
常见的编码方式有:
①不归零制(NRZ):
将编码的数字根据时钟节拍按照“见变就翻”的原则进行编码.②曼彻斯特编码:
每一位的中间有跳变规定前后两个半位从高到底表示1,从低到高表示0。
它是目前广泛使用的编码之一。
③微分曼彻斯特编码:
每一位的中间有跳变,1的开头无跳变,0的开头有跳变。
是上述编码的改进。
(图解见课件25页)
线路交换技术特点:
呼叫建立时间长且存在呼损。
电路交换的信道利用率低。
中间节点不对数据进行缓冲处理,实时性较好,透明性强。
适用于实时大批量连续的数据传输。
存储转发交换:
存储转发交换也称做存储交换。
输入的信息在交换设备控制下,先在存储区暂存,并对存储的信息进行处理,待指定输出线空闲时,再分别将信息转出去。
存储交换(StoreandForwardSwitching)1.报文交换2.报文分组交换:
数据报,虚电路.
报文交换:
(存储-转发报文交换)。
原理:
中间结点由具有存储能力的计算机承担,用户信息可以暂时保存在中间结点上。
报文交换无需同时占用整个物理线路。
如果一个站点希望发送一个报文(一个数据块),它将目的地地址附加在报文上,然后将整个报文传递给中间结点;中间结点暂存报文,根据地址确定输出端口和线路,排队等待线路空闲时再转发给下一结点,直至终点。
报文:
由报头、报文正文和报尾组成。
报头源目的地址及其他辅助信息组成。
报尾有时可以省略,但单个报文必须有统一固定的长度。
报文交换的特点:
“存储-转发”;不独占线路,多个用户的数据可以通过存储和排队共享一条线路;无线路建立的过程,提高了线路的利用率;
可以支持多点传输(一个报文传输给多个用户,在报文中增加“地址字段”,中间结点根据地址字段进行复制和转发);中间结点可进行数据格式的转换,方便接收站点的收取;增加了差错检测功能,避免出错数据的无谓传输等。
3、报文交换的不足之处:
由于“存储-转发”和排队,增加了数据传输的延迟;报文长度未作规定,报文只能暂存在磁盘上,磁盘读取占用了额外的时间;任何报文都必须排队等待:
不同长度的报文要求不同长度的处理和传输时间,即使非常短小的报文(例如:
交互式通信中的会话信息);分组交换:
(报文交换的改进)目前应用最广的交换技术。
结合了线路交换和报文交换两者的优点,使其性能达到最优。
(1)分组交换原理:
类似于报文交换,但它规定了交换设备处理和传输的数据长度(称之为分组)。
将长报文分成若干个小分组进行传输。
不同站点的数据分组可以交织在同一线路上传输。
提高了线路的利用率。
可以固定分组的长度,系统可以采用高速缓存技术来暂存分组,提高了转发的速度。
(2)分组交换实现的关键:
分组长度的选择。
分组越小,冗余量(分组中的控制信息等)在整个分组中所占的比例越大,最终将影响用户数据传输的效率;分组越大,数据传输出错的概率也越大,增加重传的次数,也影响用户数据传输的效率。
(3)分组交换的应用:
X.25分组交换网:
分组长度为131字节,包括128字节的用户数据和3字节的控制信息。
以太网中:
分组长度为1500字节左右(较好的线路质量和较高的传输速率,分组的长度可以略有增加)。
线路交换与分组交换的比较:
(1)分配通信资源(主要是线路)的方式线路交换:
静态地事先分配线路,造成线路资源的浪费,并导致接续时的困难。
分组交换:
动态地(按序)分配线路,提高了线路的利用率,由于使用内存来暂存分组,可能出现因为内存资源耗尽,而中间结点不得不丢弃接到的分组的现象。
(2)用户的灵活性线路交换:
信息传输是全透明的,用户可以自行定义传输信息的内容、速率、体积、格式等,可以同时传输语音、数据、图像等。
分组交换:
信息传输则是半透明的,用户必须按照分组设备的要求使用基本的参数。
(3)收费线路交换:
网络的收费仅限于通信的距离和使用的时间;分组交换:
网络的收费则考虑传输的字节(或者分组)数和连接的时间。
数据报分组交换
分组交换是在报文交换和线路交换基础上发展起来的技术,结合了两者的优点。
分组交换采用两种不同的方法来管理被传输的分组流:
数据报和虚电路。
数据报(Datagram) 面向无连接的数据传输,工作过程类似于报文交换。
采用数据报方式传输时,被传输的分组称为数据报。
数据报的前部增加地址信息字段,网络中各个中间结点根据地址信息和一定路由规则,选择输出端口,暂存和排队数据报,并在传输媒体空闲时,发往媒体乃至最终站点。
当一对站点之间需要传输多个数据报时,由于每个数据报均被独立地传输和路由,因此在网络中可能会走不同的路径,具有不同的时间延迟,按序发送的多个数据报可能以不同的顺序达到终点。
因此为了支持数据报的传输,站点必须具有存储和重新排序的能力。
无连接服务的特点:
无连接服务的每个分组都携带完整的目的结点地址,各分组在系统中是独立传送的;无连接服务中的数据传输过程不需要经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程;数据分组传输过程中,目的结点接收的数据分组可能出现乱序、重复与丢失的现象;无连接服务的可靠性不好,但是协议相对简单,通信效率较高。
1、虚电路的概念:
虚电路是面向连接的数据传输,工作过程类似于线路交换,不同之处在于此时的电路是虚拟的。
采用虚电路方式传输时,物理媒体被理解为由多个子信道(称之为逻辑信道LC)组成,子信道的串接形成虚电路(VC),利用不同的虚电路来支持不同的用户数据的传输。
2、采用虚电路进行数据传输的过程
(1)虚电路建立:
发送方发送含有地址信息的特定的控制信息块(如:
呼叫分组),该信息块途经的每个中间结点根据当前的逻辑信道(LC)使用状况,分配LC,并建立输入和输出LC映射表,所有中间结点分配的LC的串接形成虚电路(VC)。
(2)数据传输:
站点发送的所有分组均沿着相同的VC传输,分组的发收顺序完全相同;(3)虚电路释放:
数据传输完毕,采用特定的控制信息块(如:
拆除分组),释放该虚电路。
通信的双方都可发起释放虚电路的动作。
由于虚电路的建立和释放需要占用一定的时间,因此虚电路方式不适合站点之间具有频繁连
接和交换短小数据的应用。
3、永久虚电路:
在两个站点之间事先建立固定的链接,类似于存在一条专用电路,任何时候,站点之间都可以进行通信。
呼叫虚电路:
用户应用程序根据需要,动态建立和释放虚电路。
面向连接服务的特点:
⏹面向连接服务的数据传输过程必须经过连接建立、连接维护与释放连接的三个过程;
⏹面向连接服务的在数据传输过程中,各分组可以不携带目的结点的地址;
⏹面向连接服务的传输连接类似一个通信管道,发送者在一端放入数据,接收者从另一端取出数据;
⏹面向连接数据传输的收发数据顺序不变,传输可靠性好,但是协议复杂,信效率不高。
数据报与虚电路比较:
数据报:
1、传输无需连接建立和释放的过程;2、每个数据报中需带较多的地址信息;3、用户的连续数据块会无序地到达目的地;接受
站点处理复杂。
4、当使用网状拓扑组建网络时,任一中间结点或者线路的故障不会影响数据报的传输(可以选择不同的路径),可靠性较高。
5、数据报较适合站点之间少量数据的传输。
虚电路:
1、传输需连接建立和释放的过程;2、数据块中仅含少量的地址信息(LC号),用户的连续数据块沿着相同的路径,按序到达目的地;接受站点处理方便。
3、如果虚电路中的某个结点或者线路出现故障,将导致虚电路传输失效。
4、虚电路方式较适合站点之间大批量的数据传输。
面向连接服务和面向无连接服务
面向连接服务
面向无连接服务
参考模式
电话系统
邮政系统
特点1
链路的建立、数据传输和链路拆除
数据传输
特点2
静态分配资源:
传输前需要建立连接
动态分配资源
可靠性
提供可靠的数据传输
不能防止数据的丢失、损坏、重复和乱序
对目的地址的要求
仅在连接时需要完整的目的地址
需要为每一个分组提供完整的目的地址
适合场合
在一段时间内向同一目的地发送大量报文实时性要求高
少量零星数据传输
数据传输介质
双绞线:
双绞线是一种价格低廉、易于连接的有线传输媒体。
(1)非屏蔽双绞线(UTP),用塑料套管套装了多对双绞线。
目前局域网中使用最广泛。
常用的5类UTP双绞线,在单段线缆长度为100m时,传输速率可达100Mbps。
(2)屏蔽双绞线(STP),用铝箔套管套装多对双绞线,具有抗电磁干扰能力。
(3)拓扑结构:
星形。
传输媒体的选择,要考虑以下几方面的因素:
费用:
购置、安装和维护媒体所需的费用;容量:
媒体可支持的传输速率能否满足应用的需求(包括可预见的未来的应用需求);
可靠性:
接线的可靠性、媒体本身的误码率和抗干扰能力等;环境:
距离、电磁场影响和地势等因素。
同轴电缆:
同轴电缆具有辐射小和抗干扰能力强等特点,常用于电视工业,也曾经是LAN中应用最多的传输媒体,现已不常使用。
1、基带同轴电缆:
阻抗为50Ω,用于基带数字信号传输。
2、宽带同轴电缆:
阻抗为75Ω,用于传输宽带模拟信号。
3、拓扑结构:
总线形。
传输媒体的选择,要考虑以下几方面的因素:
费用:
购置、安装和维护媒体所需的费用;容量:
媒体可支持的传输速率能否满足应用的需求(包括可预见的未来的应用需求);可靠性:
接线的可靠性、媒体本身的误码率和抗干扰能力等;环境:
距离、电磁场影响和地势等因素。
光导纤维:
1.光纤结构:
光纤裸纤一般分为三层:
中心高折射率玻璃芯(芯径一般为50或62.5μm),中间为低折射率硅玻璃包层(直径一般为125μm),最外是加强用的树脂涂层。
2.数值孔径:
入射到光纤端面的光并不能全部被光纤所传输,只是在某个角度范围内的入射光才可以。
这个角度就称为光纤的数值孔径。
光纤的数值孔径大些对于光纤的对接是有利的。
不同厂家生产的光纤的数值孔径不同。
3、拓扑结构:
星形、环形。
常用于局域网主干网。
传输媒体的选择,要考虑以下几方面的因素:
费用:
购置、安装和维护媒体所需的费用;容量:
媒体可支持的传输速率能否满足应用的需求(包括可预见的未来的应用需求);可靠性:
接线的可靠性、媒体本身的误码率和抗干扰能力等;环境:
距离、电磁场影响和地势等因素。
光纤的种类:
单模光纤:
中心玻璃芯较细(芯径一般为9或10μm),只能传一种模式的光。
因此,其模间色散很小,适用于远程通讯,但其色度色散起主要作用,这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求,即谱宽要窄,稳定性要好。
多模光纤:
中心玻璃芯较粗(50或62.5μm),可传多种模式的光。
但其模间色散较大,这就限制了传输数字信号的频率,而且随距离的增加会更加严重。
例如:
600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。
因此,多模光纤传输的距离就比较近,一般只有几公里。
常用光纤规格:
单模:
8/125μm,9/125μm,10/125μm多模:
50/125μm,欧洲标准62.5/125μm,美国标准
光纤的优点:
1.光纤的通信频带很宽.理论可达30亿兆赫兹。
2.光纤通讯不带电,使用安全可用于易燃,易暴场所。
3.不受电磁场和电磁辐射的影响。
4.重量轻,体积小。
5.使用环境温度范围宽。
6.化学腐蚀,使用寿命长。
无线传输:
无线传输是指通过无线电波在自由空间的传播进行通信,常用于电(光)缆铺设不便的特殊地理环境,或者作为地
面通信系统的备份和补充。
1、微波:
微波在空间只能直线传输,长距离通信时需要在地面上架设微波塔,或者在人造同步地球卫星上安装中继器,作为微波传输中继站,来延伸信号传输的距离。
2、红外线和激光:
通信的收发设备必须处于视线范围之内,均具有很强的方向性,因此防窃取能力较强,但对环境
因素较为敏感。
传输媒体的选择,要考虑以下几方面的因素:
费用:
购置、安装和维护媒体所需的费用;容量:
媒体可支持的传输速率能否满足应用的需求(包括可预见的未来的应用需求);
可靠性:
接线的可靠性、媒体本身的误码率和抗干扰能力等;环境:
距离、电磁场影响和地势等因素。
调制解调器(MODEM)
1.使用调制/解调技术的目的:
利用模拟信道支持数据信息传输的技术。
调制(Modulation):
将数据信息变换成适合于模拟信道上传输的电磁波(称为载波)信号,并将频率限制在模拟信道支持的频率范围内;
解调(Demodulation):
将从模拟信道上收取的载波信号还原成数据信息。
调制解调器(MOdulator—DEModulator):
具有调制/解调功能的通信设备。
2.调制方法:
调幅、调频、调相
3.调制/解调器(Modem)的选择和应用:
实用中,调制与解调总是成对出现的,并且利用一个设备(称为调制解调器,简称MODEM)同时提供调制和解调的功能。
4.Modem的选择:
(1)用途:
Modem的使用场合(家用、专用);
(2)性能:
所需Modem的速率、功能等(56K、64K、128K、2M等);
(3)标准:
要符合相关标准;
5.常用的几种Modem的类型:
(1)内置的Modem卡:
一般用于家用PC机上;
(2)外置的Modem设备:
用于家庭、单位等;
(3)Modem组(ModemPool):
ISP服务商、提供许多拨号访问线路的企业等。
6.用户利用电话拨号上网
随着因特网的普及,一些因特网服务提供商(ISP)和企业都为用户提供了拨号访问因特网的服务,如中国电信等,这种服务为一般的用户提供了方便,只要有电话的地方,都可以接入网络,用户的电脑配上Modem(内置的或外置的),在家就可上网,浏览网上的信息,发送和接收电子邮件等。
用户利用电话网通信的速度与调制解调器的速率有关,同时与电话线的质量有关。
如果一方使用的速率高(如56kbps),而另一方使用的速率较低(28.8kbps),则在建立通信连接时系统会自动匹配,按速率低(如28.8kbps)的进行通信。
另外如果电话线质量较差,通信速率将会自动下降,有时会出现掉线现象。
①频分多路复用(FDM):
它是一种模拟技术。
即把传输介质的带宽分割为若干个窄频带,每个子信道供一个用户使用。
主要适用于模拟信号的场合。
采用频分多路复用技术,数据是并行传输的,各个子频带互不干涉。
②同步时分多路复用(TDM)将一条物理信道的传输时间分为若干个时间片轮流地给多个信号源使用,通过时间上周期交叉发送。
缺点:
线路有轮空,浪费时间片
③统计(异步)时分多路复用(STDM)
在统计时分多路复用技术中只是将时间片分给有数据传输的用户,线路不轮空。
(避免了时间片的浪费,提高了效率)
④波分多路复用(WDM):
波分多路复用技术主要应用于全光纤网组成的通信系统中。
所谓的波分复用是指在一根光纤上能同时传送多个波长不同的光载波的复用技术。
WDM的原理十分类似于FDM,不同的是它利用波分复用技术设备将不同的信道的信号调制成不同波长的光,并复用到光纤信道上。
⑤码分多路复用(CDM)CDM的复用是一种用于移动通信的新技术,在笔记本电脑和掌上电脑等移动性
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