2.数据通信（二）

一、数据通信方式（考概念）

1.根据信号类型分类：

（1）模拟通信：

利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，来模拟原始信号，以达到通信的目的。（AM,FM,PM）

（2）数字通信：

用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式（ASK,FSK,PSK等）。

2.根据一次传输的数据位数分类：

（1）串行通信：

指使用一条数据线将数据一位一位地依次传输，每一位数据占一个固定的时间长度。如 RS232 ,USB 等。

（2）并行通信：

一组数据的各个数据位在多条线上同时被传输，磁盘的接口，打印机接口。

3.根据通信方向分类：

（1）单工：

发送方和接收方只能是固定的一个方向，由A→B。

（2）半双工：

发送方和接收方可以互换，但每次只能向一个方向。

（3）全双工：

设备可以同时做发送方和接收方，同时双向。

4.根据同步方式分类:

（1）异步传输：

传输过程两端不需要确定对方状态，数据中包含起始位和结束位、校验位，适合距离远，单段数据量小的情况。

（2）同步传输：

两端需要确定同步状态，确定后开始连续传送数据，适合近距离，单次数据量大的情况。

二、数据交换方式

0.数据交换技术是什么？

在两个或多个数据终端之间建立数据通信的暂时互连通路的技术。

1.电路交换

流程：

在要传输数据的两者之间临时建立一条数据电路，电路接通后双方开始传输数据，这条电路是这两者之间独享的，直到数据传输完成拆除电路为止。

优缺点：

优点：独占性，实时性（无延时），适合传输单次大量的数据。缺点：线路专用，所以利用率低。

2.报文交换

流程：

发送端先对数据进行编码，连同收信地址等发往交换中心，做一定处理之后当输出端口空闲就发往下一个交换中心，以此类推直到到达收信端。

优缺点：

优点：不需要建立专用通道，线路利用率高；可靠性高，节点可以有效的采用差错校验和重发技术；灵活性高，节点可以对数据进行预处理（预处理为了获取数据更准确），所以可以在类型、速率、规程不同的终端间传输数据缺点：通信时延较高，不适合会话类型和实时性要求高的情况

3.分组交换：

分组交换.png

流程：

将数据按照一定的长度分成很多组，每组都打上标识，交换机将会暂存这些分组数据，然后动态分配合适的物理线路继续传输数据分组，直到传送到目的地之后将数据分组重新组合起来，成为一条完整的数据。分为数据报分组和虚电路分组。

优缺点：

优点：利用率高、数据率转换、优先级。缺点：传输时延高、资源开销大。

4.数据报分组交换：

类似于报文交换的方式，只不过将数据报进行分组为数据包，在发送前将要传输的数据包准备好，数据包在传输的过程中相互之间没有影响，也可以按照不同的路由机制传输到目的地，在目的地进行重新组合。

5.虚电路分组交换

在信息交换之前，需要在发送端和接收端建立一个逻辑连接，然后开始传送分组，所有分组按照相同的路径进行传输，通信结束后断开逻辑连接，所有的分组是按照发送的顺序到达接收端。

三、多路复用技术

0.多路复用是什么？

多路复用的实质是在发送到端将多路信号组合成一路信号，然后在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。主要技术：时分复用，频分复用，波分复用。

1.时分复用（TDM）

Time Division Multiplexing，分为同步时分复用和统计时分复用。时分复用：将不同的信号交织在不同的时间段内，使用同一个信道传输，接收端通过同样的方法将不同时间段内的信号提取出来并还原。

时分复用可能会造成线路资源的浪费:

时分复用造成资源的浪费.png

（2) 统计时分复用STDM(Statistic TDM）

统计时分复用.png

（3）练习题：

20个4.8Kb/s的信道按时分多路复用在一条线路上传输，如果忽略控制开销，在TDM的情况下，复用线路的带宽应该是（A-D中选）, 在统计TDM情况下，假定每个信号具有30%的时间忙，复用信道的开销为10%，那么复用线路的带宽应该是（E-H中选） A、32kb/s B、64kb/s C、72kb/s D、96kb/s E、32kb/s F、64kb/s G、72kb/s H、96kb/s

2.频分复用（FDM）

Frequency Division Multiplexing，利用相同的通道同时传输多个不同频率的数据的技术，通过子信道隔离频带防串扰，如广播有线电视，过去的电话网络，WIFI等。

优缺点：

优点：可以利用同一个信道同时传输不同频段的数据缺点：想要分离每个单独的信号，就要有多个滤波器

3.波分复用（WDM）：

Wavelength Division Multiplexing，在光纤传输中使用，利用光的不同波长，在同一条光纤中传输多个不同的信号。

四、数字传输标准

1.脉冲编码调制（PCM）体制:（T1和E1）

脉冲编码调制（ PulseCodeModulation ) ，简称 pCM 。是数字信号对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生。 PCM 的优点就是音质好，缺点就是体积大。 PCM 可以提供用户从 2M 到 1 55M 速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。 PCM 有两个标准（表现形式） : E1 和 T1 。

2.T1 载波标准：

（1）简介

传输速率是1.544Mbps，传输一帧的时间是125μs，帧结构由193bit组成一帧，共24个信道（每个8bit，7bit数据 1bit控制位）和1bit控制信息组成。T1是美国、加拿大、新加坡、日本使用的载波标准。

（2）数据由来

24 *（7 1） 1 = 193bit T1标准的数据传输速率为7b/125μs = 56 Kb/s，控制信息的传输速率为1b/125μs = 8 Kb/s，总的速率为193b/125μs = 1.544Mb/s

（3）T2载波：

是将4条T1合成在一起，T3是将7条T2合成，T4是将6条T3合成，所以有口诀叫速度上去了（476）。

3.E1 载波标准：

（1）简介

30路脉码调制PCM的简称，速率是2.048 Mbit/s，每一个分时复用帧传输用时为125μs，划分成了32个相同的时隙，编号为CH0-CH31，CH0用来作同步帧，CH16用来作传送信令，剩下的30个为30条不同的话路。 E1标准用于欧洲和中国。

（2）数据由来

每个时隙传送8 bit，共用256 bit，一帧125μs，一秒8000帧，所以E1标准速率就是（30 1 1）* 8 * 8000 = 2.048 Mbit/s

（3）升级版本

每一代升级标准都是由4个上一代标准合成的，所以有： E5 = 4**E4 ；4E4 = 4E3 ；E3 = 4E2 ； E2 = 4E1

4.T1和E1的常考点：

T1和E1的常考点.png

5.光纤的多路复用标准有两个：

美国标准(SONET同步光纤网络)和国际标准(SDH同步数字系列)，SDH的基本速率约是155.520Mbps。

光纤的多路复用标准.png

五、数据检错与纠错（必考）

1.奇偶校验：只能检错

在7位ASCII代码后增加一位校验位，校验位表示前面7位中1的个数，奇数为1，偶数为0

奇偶校验.png

怎么计算第1行和第2行的校验位呢？

答：对对应位置进行异或运算（同 0 异 1），看算完之后最后一位校验位，是否表示正确，若正确，则没问题，反之则有错。

注意：奇偶校验只能检错不能纠错。

2.海明码：

在数据位m中增加冗余校验位k，组成m k，就有公式

码距：海明距离，两个码字之间不同的位数，用d表示例如：10101和11011之间有三位不同，码距就为3。海明研究发现： 1、检测d个错误，则编码系统码距 ≥ d 1； 2、纠正d个错误，则编码系统码距 > 2d;

3.CRC（循环冗余校验码）：

一种循环码，有很强的检错能力，但不能纠错，硬件实现方式简单，广泛用于局域网。

CRC多项式.png

例1：

现有一个生成多项式为G(x)=x^4 x 1，信息码字为10110，求CRC校验码? 解： 1、根据多项式得到除数10011（多项式中x的系数最高为x^4 ，看 x^4 x^3 x^2 x^1 x^0 在多项式中有无 , 有则为1，无则为0。） 2、信息码字后面补4个0作为被除数（多项式x的最高次数是4，最高次是几就补几个0。） 3、做模2计算（异或运算同0异1，可以理解为不进位的加法） 4、最终的余数就是CRC校验码。