数据通信技术2

通信线路的通信方式

 

点-点方式

多点方式

 

通信方式

从信息传送方向和时间的关系角度研究

• 单工通信方式：信息只能单项传输，监视信号可回送
• 半双工通信方式：信息可以双向传输，但在某一时刻只能单向传输
• 全双工通信方式：信息可以同时双向传输，一般采用四线式结构

全双工性能最好

单双工用的最多，因为全双工成本高（收发双方、线路）

 

传输介质

有线介质

如：同轴电缆、双绞线、光纤等

特点：需要布线、抗干扰性强

无线介质

通过大气进行传播，如：微波、红外线、卫星等。

特点：无需布线、抗干扰差

有线网络协议更简单，误码率低

无线网络协议复杂，误码率高，需要恢复。

 

双绞线

可以传输模拟信号（电话网络）和数字信号（以太网络）

分类：

1. 无屏蔽双绞线
2. 屏蔽双绞线

网卡接口也需要屏蔽措施（成本相对高）

带宽取决于铜线粗细，传输距离、采用技术影响

多采用点到点连接方式

抗干扰性取决于适当的屏蔽和线对的扭曲程度，低频传输接近同轴电缆，高频传输劣于其他有线介质

优点：组网方便、价格便宜（不仅仅是线的价格，还有连接器价格，维护，安装，使用期限）

同轴电缆

有线电视

多点连接使用总线型拓扑结构

只适合传输模拟信号

10 base  2/5 （10M 、基带传输、 使用50欧姆同轴电缆细缆点到点无中继器传输距离200米/50欧姆同轴电粗缆点到点无中继器传输距离500米 ）

10 broad 36  （10M 、 频带传输 、 75欧姆同轴电缆传输距离3600） 传输距离明显好于以上数字传输

光纤

发送发需要电光转换设备，接收方需要光电转换设备（因为都是半/全双工所以任何节点都需要这两种设备）

分类：

单模光纤（贵），多模光纤

模式：是一个多个参数相关量，简单理解为偏振方向，单模光纤可以传输多种波长，但是每个波长只能有一种模式。

波段分类：850m、1310nm、1550nm

 

无线介质绝大多数使用广播（冲突问题，传输距离）

无线电

基站覆盖的无线电区域：固定终端点（基站）和终端之间是无线链路（多路复用解决冲突）

相邻基站的频率不同，频段不同数据传输没有干扰冲突。

微波

距离长，带宽大（容量大）

中间不能有格挡（所以架设很高）

地球同步卫星

三颗卫星可以覆盖全球

成本高、时延长

 

介质选择因素

费用（本身费用，连接器，安装维护等的费用）、速度、信号衰减、电磁干扰、安全

 

传输介质、拓扑结构、传输技术相互影响

 

数据通信性能指标

时延

一个数据块（帧、分组、报文段等）从链路或网络的一端传送到另一端需要的时间

二进制位的时延、帧的时延的差异体现在：从链路层产生帧，到真正发送到链路上有一定时差。时差收到节点中发送请求进程的多少、链路繁忙程度、帧长度的影响。

三部分组成：

发送时延（传送时延）：网卡发送第一个比特开始 到 发送完所有比特；和发送速率和数据长度相关

传播时延 ：网卡发送所有比特后 到 接收方全部接收；和距离和传播速率相关

转发时延

排队时延：想要发送需要排队等待，等待到排到队首的时间

访问时延：排在队首了，还需要等待信道空闲，授权

处理时延：判断数据是否能接收（链路层 如：差错校验）

物理层时延= 发送时延+传播时延

数据链路层：还需考虑排队时延和访问时延

误码率

不同层关心的单位不同

误比特率：传输比特数量/传输总比特数量

误帧率：

误分组率

速率（信息传输速率与码元传输速率）

信息传输速率（区别物理特性带宽Hz）：每秒传输的编码之前的数字数据的二进制位数，单位是比特/秒，即b/s，bps。信息的传速速率又被称为比特率。

码元传输速率：数字数据经线路编码后的传输信号在信道上的传输速率称为码元传输速率，它是指每秒传输的码元数，即每秒钟传输信号变化的次数，单位是波特/秒 baud/s

波特率Rb：信号每秒钟变化的次数，也称调制速率。

比特率RB：每秒钟传送的二进制位数。

一个信号往往可以携带多个二进制位，所以在固定的信息速 率下，比特率往往大于波特率。换句话说，一个码元中可以传送多个比特。

Rb=RB log2V（V：平电的级数）

编码效率=RB/Rb

信道的最大数据传输速率定理：

Nyquist定理

香浓定理 ：信道极限传输速率C= W Log₂（1 + S/N） （单位：b/s）

W：信道的带宽Hz，介质的物理特性

信噪比：10 log₁₀(S/N)  (单位：分贝db)；S为信号的平均功率，N为噪声的平均功率；

噪声：

系统内噪声

系统外噪声：人为、非人为

 

信道复用技术

由于一条传输线路的传输能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号同时共用一条物理线路。

常用方法：

• 时分复用TDM （Time Division Multiplexing）
• 频分复用FDM （Frequency Division Multiplexing）
• 波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）
• 码分复用CDM （Code Division Multiplexing）

 TDM

当传输介质的位传输率大于单个信号的要求时，为有效的利用传输系统将多个信号同时在一条传输线路上传输的技术叫时分多路复用

实现：

• 传输时将时间分成等长的时间片
• 通过时间片轮转方式将时间片依次分配给指定的信号
• 在接收方也通过时间片轮转方式在指定的时间片依次接收指定的信号

宏观上是并行传输，微观上（实际上）是串行传输

如100M的信道带宽分四个时间片发送，每个时间片获得25M的带宽。信源以100M的速度按照时间片循环发送四个不同数据。

同步和异步TDM

同步（固定速率传输）：时分复用，时间片固定

异步（可变速率传输）：统计时分复用（信道不浪费，用户数不受限制，但是需要加额外信息区分哪路信号，每个时间片都要判断是否是自己的数据）

 

混合复用：分为五个时间片（5路信号），前两个为固定，后三个为可选。

FDM

当传输介质的带宽大于当前信号的要求时，为有效利用传输系统将多个信号同时在一条传输线路上传输的技术可以采用频分多路复用。

实现：

• 通过将调制将不同的信号的频率调制到不同的频率范围
• 将多路信号合并为一路频率范围更大的信号进行发送
• 接收方再通过解调将信号还原成多路信号

模拟通信系统用得最多的复用技术

宏观微观都是并行传输

WDM

这个波长频带被划分为若干个波长范围，每个用户占用一个波长范围进行传输。（光介质使用）

CDM

• 内涵等同于CDM A
• 允许多个用户在同一时刻使用先相同频带进行通信（使用相同频率范围，）
• 各用户使用经过特殊挑选的不同码型
• 抗干扰能力强
• 有效增大系统的通信容量
• 最初用于军事通信，随着CDMA设备价格和体积大幅下降，已经广泛使用在民用移动通信中，特别是无线局域网

比特时间（一个二进制位传输时长）进一步划分为m（或64或128）个短的时间段，称为玛片（chip）

每个站被指派一个唯一的m位码片序列（发送比特1时，则发送m位码片序列；发送比特0时，则发送码片序列的二进制反码）

参与通信的码片中任意两个码片序列（S,T）必须满足正交关系

 

数据交换技术

电路交换

报文交换 

分组交换

来源：https://www.cnblogs.com/fmys/p/10259483.html