网络工程师——数据通信基础

数据通信基础概念

  • 基本概念:信源、信道、信宿;数字信号、模拟信号;模拟通信、数字通信(信道传输)。

数据通信计算

  • 模拟信道带宽计算:W=f2-f1,其中f1是低频,f2是高频。

数字信道带宽计算:奈奎斯特定理(无噪音)

W为带宽 奈奎斯特定理:B=2W (B码元速率、波特率)(模拟信号转换成数字信号,数字信号是模拟信号的两倍)


信息量n(位)与码元种类N:n=log2N
数据速率R=Blog2N=2Wlog2N (N=电变次数)
对数计算:N=4,log24=log(22)4
                 N=8,log28=log2(23)=3
log10N=lgN N=100,lg100=lg(102)=2
                  N=1000,lg1000=lg(103)=3

数字信道带宽计算:香农定理(有噪音)

香农定理:

其中,C为数据速率,W为信道带宽,S为信号的平均功率,N为噪音平均功率,S/N为信噪比(一般用分贝dB来表示)。

分贝数和信噪比关系:dB=10lg(S/N)

20dB(S/N=100)    30dB=(S/N=1000)

  • 计算汇总:模拟带宽、数字带宽(1、无噪声:奈奎斯特定理。2、有噪声:香农定理
  • 常用考试数据:
    • 单位换算:通信换算进率1000,如1G=1000M
    • 存储换算进率1024,如1G=1024M
    • 信道延迟:电缆信道延迟200m/us
    • (200km/ms,200000km/s)
    • 卫星信道延迟:270ms
  • 双绞线:分为非屏蔽双绞线UTP,屏蔽双绞线STP。100米可以达到100Mb/s。

通信传输介质

网络工程师——数据传输基础
不同设备直通线,同设备交叉线
  • 同轴电缆:分为粗同轴电缆、细同轴电缆。传送距离长,信号稳定,常用于电视、监视系统,音响设备传送音、视频信号。
  • 光纤(光缆):分为单模光纤SMF(左图)、多模光纤MMF(右图)。
  • 区别对比:单(身)美女的眼光:高贵细远(大涛老师真是鬼才)
  • 无线信道:分为无线电波和红外光波。

数据调制与编码

  • 模拟信道调制:分为调幅ASK、调频FSK、调相PSK、正交调幅QAM.

数字信道编码:分为采样(两倍)、量化(等级)、编码(二进制)三个步骤

  • 调制技术与码元数:n=log2N
DPSK,QOSK若不注明4码元默认为2(如单写给出“DPSK”就为2,“4DPSK”则为4)
  • 极性编码:分为单极性,极性,双极性。
  • 归零性编码:归零码、不归零码(遇翻转),双相码(电平翻转)。
  • 曼码和差分曼码:曼码降0升1(降1升0)效率50%;差分曼码折0平1,效率50%。
  • 各种编码效率:
    • 4B/5B效率80%,用于百兆以太网;
    • 8B/10B效率80%,用于千兆以太网;
    • 64B/66B效率97%,用于万兆以太网;
    • 曼码和差分曼码效率50%,用于以太网

数据通信方式

  • 通信方向:单工(电视)、全双工(手机)、半双工(对讲机)
  • 传输方式:异步传输、同步传输特点。

数据交换方式

  • 电路交换:优点:独占性、实时性,适合传输大量的数据;缺点:需建立一条物理连接,利用率低。比如早期的电话系统。
  • 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:有通信时延,比如物流包裹。
  • 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。比如邮局寄信。分为数据报和虚电路。
  • 分组数据报:单向传送、无连接的。如普通信
  • 分组虚电路:交换式、逻辑链接。如挂号信。

多路复用技术

  • 频分复用FDM:不同的频率,子信道隔离频带防串扰,如CATV,WIFI.

时分复用TDM:不同的时间,轮流占用,如手枪、手机。分为同步时分T1\E1;统计时分

  • 波分复用WDM:不同的波长,如光纤。

数据传输标准

  • T1标准(TDM):1.544Mbps、125us=8000次(1s/125us)。
  • 1.544Mbps=【24*(7+1)+1]*8000.T2、T3、T4口诀:T476踢屎去喽。(美国和日本)T2=4*T1 T3=7*T2 T4-6*T3
  • E1标准(TDM):2.048Mbps、125us=8000次。2.048Mpbs=【32*(7+1)]*8000。CH0和CH16控制信令,30个话音数据。E2、E3、E4口诀:E444。(中国和欧洲)
  • SONET标准(美国)和SDH标准(国际):用于光纤网路。155.520Mbps
求OC-98可根据96/3得32 32*155.520得出4976.64

数据检错纠错

  • 检验码:奇偶校验看1的个数是奇数/偶数。只能检错不能纠错。移动通信广泛使用。 1的数量是奇数就是1 偶数就是0

海明码

  • 海明码:在数据位m后面增加冗余校验位k,组成信息m+k,则满足m+k<$2^{k}$-1可纠正一位错误。不但检错还能纠错(m=码的数量)

 码距d:也叫海明距离,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:≤d-1

可以纠正多少位错误:<d/2

CRC码

  • CRC码: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验证码:多项式除法,不进位加法。

如生成多项式为G(X)=X^4+X+1,信息码字为10111,求CRC校验码。(多项式和信息吗都是出题给的)

G(X)=X^4+X+1    1X^4 + 0X^3 + 0X^2 + 1X^1 + 1^1

  1. 写除数   得10011 (补位是$X^{4}$中的4,补4个0)
  2. 写被除数 1+1=0 1+0=1 0+1=1 0+0=0
  3. 摸2计算 余数的个数少于除数的个数即不需要算下去

本文要点

  • 数据通信基础
  • 信源 信道 信噪 信宿
  • 数据通信计算
  • 模拟信道带宽:W=f2-f1
  • 无噪音:奈奎斯特定理
  • B=2W
  • 有噪音:香农定理C=Wlog2(1+S/N)
  • 调制速率R=Wlog2(N)
  • 延迟:
  • 卫星 270ms
  • 200m/us
  • 200km/ms
  • 200000km/s
  • 通信1G=1000G
  • 储存1G=1024M

  • 通信传输介质
  • 双绞线(同交叉,不同直通)
  • 光纤(单模对比多模“高贵细远”)
  • 同轴电缆 电波 光波
  • 数据调制与编码
  • APK FSK PSK QAM DPSK QPSK
  • 模拟信道转数字信号:
  • 采样(2倍) 量化(等级) 编码(二进制)
  • 数据通信方式
  • 方向:单工 全双工 半双工
  • 传输方式:异步传输、同步传输
  • 数据交换方式
  • 电路交换 报文交换
  • 分组交换(数据报、虚电路)
  • 分组数据报 分组虚电路
  • 多路复用技术
  • 频分复用FMD
  • 同步时分TDM(T1\E1)
  • 波分复用WDM
  • 数字传输标准
  • T1=1.544Mbps
  • 1.544Mbps=【24*(7+1}+1】*8000。
  • T467(美国和日本)

  • E1=2.048Mbps
  • 2.048Mbps=[32*(7+1)]*8000
  • E444(中国和欧洲)

  • 光纤标准(SONET(美国),SDH(国际))155.520(OC-3,STS-3)(求OC-98可根据96/3得32 32*155.520得出4976.64)
  • 数据检错纠错

检错码:主要看1的个数是偶还是奇

海明码:

满足m+k<2k-1可纠 正一位错误。不但检错还能纠错。

CRC码:写除数 写被除数 模2计算

文章作者: 鲸一
文章标题: 网络工程师——数据通信基础
   PS: 网工系列文章整理自网络
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