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单工通信(单向通信)——只能有一个方向的通信不允许反方向的交互
半双工通信(双向交替通信)——通信的双方都可以发送消息,不允许同时发送或接收
全双工通信(双向同时通信)——通信双方可以同时发送接收消息
基带信号——来自源的信号
调制——基带信号含有信道不能传输的低频分量或直流分量,必须对基带信号进行调制
基带调制(编码)——仅仅变换波形,变换后仍是基带信号
带通调制——使用载波调制,把信号的频率范围搬到较高频段,并转换为模拟信号
带通信号——经过载波调制后的信号(仅在一段频率范围内能通过信道)
基本带通调制方法——调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)
码间串扰——在接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限的现象
奈式准则——在任何信道中,码元的传输速率是有上限的,传输速率超过此上限就会出现严
重的码间串扰,使接收端对码元的判决成为不可能
数据的传输速率(比特率)——每秒传输的比特数即二进制数字(0或1),单位bit/s、b/s、bps
码元传输率(波特率)——每秒信道传输的码元个数,单位B
传信率(比特率)与传码率(波特率)的关系——(N为码元的进制数)
比特率=n*波特率(n为每个码元的比特,二进制时带1比特,三进制时带2比特,八进制带3bit)
信噪比——信号的平均功率和噪声的平均功率之比,记为S/N,单位分贝(dB)
信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)如当S/N为10时信噪比10,S/N为1000为30
香农公式——信道极限信息传输率C=Wlog2(1+S/N)b/s
W信道带宽(单位Hz)、S信道内所传信号的平均功率、N为高斯噪声功率
奈氏准则公式——C=2WRb=2WRBlog2N
即每赫带宽理想低通信道的最高码元传输率是每秒2个码元
2.4通道复用技术
频分复用(FDM)——用户在分配到一定频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽
时分复用(TDM)——将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧),每一个时分复用用户
在每一个TDM帧中占用固定序号的间隙。
(信道利用率不高)
统计时分复用(STDM)——前提是假定各用户都是间歇地工作,每个时隙要有用户地址信息
波分复用(WDM)——光的频分复用,因光载波频率很高,习惯上用波长表示使用的光载波
8路2.5Gb/s光载波经光的调制,在一根光纤上的总速率为20Gb/s
100根2.5Gb/s光纤的光缆,采用16倍密集波分复用,得一根4Tb/s\
码分复用CDM——将每一个比特时间划分为m个短的码片
(码分地址CDMA)给每个站点分配码片序列,不同站点的码片序列正交
当发送码片1时就发送该站点码片序列,比特0时发送反码
当S站点向T站点发送数据时,T站点接收的是所有站点发送的序列和
T站点用S站点的码片序列与接收的序列和做内积运算
非S站点的序列得0,,S站发送的比特0得-1、比特1得1
规格化内积公式——各项相乘之和除以项数量
脉冲调制PCM体制——北美24路PCM标准T1速率为1.544Mb/s
欧洲30路PCM标准E1速率为2.048Mb/s
同步光纤网SONET—第一级同步传送信号STS-1传输速率51.84Mb/s(第一级光载波OC-1)
同步数字系列SDH——基本速率(第一级同步传递模块STM-1)为155.52Mb/s(OC-3)
3数据链路层
数据链路层使用的信道主要有两种类型:
点对点信道——使用一对一的点对点通信方式
广播通信——使用一对多的广播通信方式
链路——是从一个结点到相邻结点的一段物理线路,中间没有其他交换结点。
链路只是一条路径的组成部分
数据链路——除了这些物理线路,还必须有通信协议来控制数据的传输,如果把实现这些协
议的硬件和软件加到链路上,就构成了数据链路
帧——数据链路层协议数据单元
IP数据报——网络层协议数据单元
数据链路层三个基本问题:
封装成帧、透明传输、差错检验
封装成帧——在一段数据的前后分别添加首部和尾部,这样就构成了一个帧
帧定界——首部和尾部的一个重要作用
最大传送单元(MTU)——链路层协议规定的所能传送的帧的数据部分长度上限
帧定界符——当数据是由可打印的ASCII码组成的文本文件时,帧定界可使用帧定界符
SOH——帧开始符,十六进制编码01,二进制编码00000001,StartOfHeader
EOT——帧结束符,十六进制编码04,二进制编码00000100,EndOfTransmission
透明传输——无论什么样的比特组合的数据都能通过这个数据链路层
字节填充——发送端的数据链路层在数据中出现控制字符前插入一个转义字符“ESC”
在接收端的数据链路层把数据送往网络层之前删除插入的转义字符
ESC——转义字符,十六进制编码1B,二进制编码00011011,ByteStuffing
差错检测:
比特差错——比特在传输过程中可能会发生差错:
1变成0,0变成1
误码率BER——在一段时间内,传输错误的比特占所传输比特总数的比例,BitErrorRate
信噪比越大,误码率越小
循环冗余检验CRC——把数据分为每组k个比特
在待传送的一组数据M后添加n位冗余码
冗余码的计算方法——在M后加上n个0得到(2^n)M
除以事先选定好的(n+1)位除数P得到商Q和n位余数R
(用竖式做除法,商右移补0至位数与除数相等,相异得1,相同得0)
余数R作为冗余码接在M后发送出去
循环冗余检验CRC——把收到的每一帧除以P,检查得到的余数R’
若R’=0,则判定这个帧没有差错,就接受
若R’!
=0,则判定有差错,就丢弃
帧件检验序列FCS——在数据后面添加冗余码,FrameCheckSequence
而CRC是一种常见的检错方法
FCS可以用CRC这种方法得出,但CRC并非获得FCS的唯一方法
在数据链路层使用CRC检验,能实现无比特差错传输,但这还不是可靠传输,只能做到无差错接收,要做到可靠传输,必须加上确认和重传机制。
点对点协议PPP——用户计算机和ISP进行通信时使用的链路层协议(只支持全双工链路)
PPP协议应满足的需求——简单——这是首要的要求
封装成帧透明性多种网络层协议多种类型链路差错检测
检测连接状态最大传送单元网络层地址协商数据压缩协商
PPP协议不需要的功能——纠错流量控制序号多点线路半双工或单工链路
PPP协议三个组成部分——一个将IP数据报封装到串行链路的方法
链路控制协议LPC(LinkControlProtocol)
网络控制协议NPC(NetworkControlProtocol)
PPP用同步传输链路,采用硬件完成比特填充;
异步传输时使用字符填充法P75
零比特填充——PPP协议在使用SONET/SDH链路时,是使用同步传输的,此时采用零比特填充实现透明传输;
发送端:
5个连续1填一个0,接收端删除。
媒体共享技术——静态划分信道:
频分复用、时分复用、波分复用、码分复用
动态媒体接入控制:
随机接入、受控接入
世界第一个局域网产品(以太网)规约——DIXEthernetV2
IEEE的802.3标准——与DIXEthernetV2差别很小,可以简称为“以太网”
局域网数据链路层的两个子层——逻辑链路控制LLC子层
媒体接入控制MAC子层
局域网的主要优点——具有广播功能,从一个站点可很方便的访问全网
便于系统的扩展和演变,各设备的位置可灵活调整和改变
提高了系统的可靠性、可用性和生存性
适配器——连接计算机与外部局域网,嵌在计算机主板上
适配器的主要功能——进行串行/并行转换
对数据进行缓存
在计算机的操作系统安装设备驱动程序
实现以太网协议
计算机硬件地址在适配器的ROM中,计算机软件地址—IP地址在计算机的存储器中
以太网采取的两种措施——无连接的工作方式,尽最大努力交付,即不可靠交付
发送的数据都使用曼彻斯特编码的信号
CSMA/CD协议——载波监听多点接入/碰撞检测(只能进行半双工通信)
多点接入——总线型网络,许多计算机以多点接入方式连接在一根总线上
载波监听——在发送数据前检测总线上是否有其他计算机子在发送数据
碰撞检测——计算机边发送数据边检测信道
电磁波在1km电缆的传播时延——5μs
争用期2τ——以太网端到端往返时延,具体争用期时间为51.2μs
对于10Mb/s的以太网,在争用期可发送512bit,即64字节
退避算法——确定基本退避时间,一般取争用期2τ
定义重传次数k=Min[已经重传的次数,10]
从[0,1,...,2^k-1]中随机抽取数r
重传推后时间为r倍争用期
重传达16次仍不成功,抛弃该帧
最短有效帧长——争用期是512比特时间时,发生冲突一定在前64字节内
以太网规定了最短有效帧长为64字节,小于64字节的都是无效帧
强化碰撞——当发现碰撞时,停止发送数据,再继续发送若干比特人为干扰信号
帧间最小间隔——9.6μs,即96比特时间
CSMA/CD——从网络层获得一个分组,加上首尾组成以太帧,放入适配器缓存准备发送
检测到信道96比特时间内保持空闲,就发送这个帧
若检测到碰撞,则中止数据的发送,并发送人为干扰信号
发送完干扰信号后适配器执行退避算法,等待r倍512比特时间,返回步骤2
CSMA/CD十六字方针:
先听先发,边听边发,冲突停发,随机重发
双绞线以太网采用星状拓补在星形的中心增加集线器(星形网10BASE-T的标准是802.3i)
定义参数a=τ/To——a的值越小信道利用率越高
极限信道利用率Smax=To/(To+τ)=1/(1+a)——只有a远小于1才能得到尽可能高的Smax
I/G位——IEEE规定地址字段第一个字节最低位,0表示单个地址,1表示组地址
G/L位——地址字段第一个字节最低第二位,0表示全球管理,1表示本地管理
三种帧——单播,广播,多播
常用以太网MAC帧格式两种标准——DIXEthernetV2标准
IEEE的802.3标准
左图数字的单位是字节(byte)
IEEE802.3规定无效的帧——帧长度不是整数字节
用收到的帧检验序列FCS查出有差错
收到数据字段长度不在46到1500字节之间
在物理层扩展局域网——主机使用光纤和一对光纤调制解调器连接到集线器
用集线器扩展局域网的优点——使计算机能够跨碰撞域通信
扩大了局域网覆盖的地理范围
缺点——碰撞域增大了,吞吐量并未提高
不同数据率的碰撞域无法互联
网桥——在数据链路层扩展以太网。
网桥依靠转发表来转发帧。
网桥的好处——过滤通信量,增大吞吐量
提高可靠性
扩大物理范围
可以连接不同物理层、不同MAC子层、不同数据率的局域网
网桥的缺点——存储转发增加了
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