软考网络工程师学习笔记2-数据通信基础

第2课：数据通信基础

1、数据通信基本概念

信源、信道、信宿

数字信号、模拟信号；模拟通信、数字通信（信道中传送）

 

2、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（无噪声）

B = 2W（B码元速率、波特率；W为带宽）

信息量n（位）与码元种类N：  信息量决定速率的快慢，带宽相当于马路的宽窄，而信息量相当于车的种类，货车、小客车、自行车，车里装的多或者少。

数据速率

 

数字信道带宽计算：香农定理（有噪声）

其中，C为数据速率，W为信道带宽，S为信号的平均功率，N为噪声的平均功率，S/N为信噪比

信噪比和分贝数：

 

 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）

 

 

常用的考试数据：

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（1位秒传输200米）

　　　　　（200km/ms,200000km/s）

 

卫星信道延迟：270ms （卫星信号上天入地 一个来回所需要的时间）

 

3、通信传输介质

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

 

 T568A和T568B，目前常用的是T568B，A和B的区别在于1 3线序和2 6 线序对调。

事实上10M以太网的网线只使用 1、2、3、6编号的芯线传递数据，即1、2用于发送，3、6用于接收，按颜色来说：橙白、橙两条用于发送；绿白、绿两条用于接收；4、5，7、8是双向线。 
100M和1000M网卡需要使用四对线，即8根芯线全部用于传递数据。由于10M网卡能够使用按 100M方式制作的网线；而且双绞线又提供有四对线，所以日常生活中不再区分，10M网卡一般也按 100M方式制作网线。 
另外，根据网线两端连接网络设备的不同，网线又分为直通线（平行线）和交叉线两种。直通线（平行线）就是按前面介绍的568A标准或568B标准制作的网线。而交叉线的线序在直通线的基础上做了一点改变：就是在线缆的一端把1和3对调，2和6对调。即交叉线的一端保持原样（直通线序）不变，在另一端把1和3对调，2和6对调。 
 

 

交叉线和直通线适用范围：

相同设备之间用交叉线，不同设备之间用直通线。

计算机和路由器之间用交叉线（计算机可以作为路由器）

自适应网卡可以自适应网线类型。也有的说法是百兆网的所有设备均不支持网线线序识别，这是千兆网设备的国际标准，也是千兆区别于百兆的重点。
能自适应的都是千兆网设备，近年来无论笔记本还是台式机，自带的网卡基本都是千兆的，很少用百兆。

 

 

同轴电缆：

分为粗同轴电缆和细同轴电缆。其特性是传送距离长，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）：

单模光纤SMF、多模光纤MMF

 

 单模、多模光纤的区别（高贵细远）

无线信道：

无线电波和红外光波

 

4、数据调制与编码

模拟信道调制：调幅ASK、调频FSK、调相PSK、正交调幅QAM

 

数字信道编码：

三个步骤：采样（需要模拟信道的带宽的2倍）、量化（等级）、编码（二进制）

 

调制技术与码元数：n=log2N

 

极性编码：

单极性（只有正极和0）、极性（只有正极和负极）、双极性（正极、0、负极）

 

归零性编码：

归零码、不归零码（遇1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；  4/5=0.8
8B/10B效率80%，用于千兆以太网；8/10=0.8
64B/66B效率97%，用于万兆以太网；64/66=0.9
曼码和差分曼码效率50%，用于以太网（10M）

 

5、网工例题分析

例题001
l 设信道带宽为4000Hz，信噪比为30dB，按照
香农定理，信道容量为（ ）。
A. 4Kb/s B. 1.6Kb/s C. 40Kb/s D. 120Kb/s

香农定理：C = Wlog2(1+S/N)   W=4000Hz  s/n=30dB   30 = 10lg(s/n)   lg(s/n)=3 s/n=1000

　　　　　C = 4000log2(1+1000)  4000log2(1001) 约等于 4000log2(2**10)  4000*10=40000bps /1000 = 40kb/s

例题002
l 所谓正交幅度调制是把两个（ ）的模拟信
号合为一个载波信号。
A. 幅度相同相位相差90° B. 幅度相同相位相差180°
C. 频率相同相位相差90° D. 频率相同相位相差180°

例题003
地面上相距2000km的两地之间通过电缆传输
4000bit长的数据包，数据速率为64Kb/s，从开
始发送到接收完成需要的时间为( ）。
A. 48ms B. 640ms C. 32.5ms D. 72.5ms
例题004
l PCM编码是把模拟信号数字化的过程，通常
模拟话音信道的带宽是4000Hz，则在数字化
采样频率至少( )次/秒。
A. 2000 B. 4000 C. 8000 D. 16000

6、高级网规增补考点

 

串行通信与并行通信；

基带传输（原始）与宽带传输（高于音频）；

噪声、时延与衰减

 

带宽、时延、时延带宽积（容积）。
相当于第一个比特到达接收方之前，发送方最
多发送的比特。即链路上的最大比特数。

 

 

7、网规例题分析

例题006
l 曼彻斯特编码和4B/5B编码是数字化的常见方
法，后者的编码效率是前者的（ ）倍。
A. 0.5 B. 0.8 C. 1 D. 1.6

 

数据通信基础（二）

1、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：有起始位和停止位，自带同步，适合远距离，数据量小

同步传输：需要先发送同步位（SYN），适合近距离，数据量大

 

2、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：需要建立一条物理连接，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（小的忽略不计）。比如物流包裹。

 

分组交换：数据报（类似数据报交换）和虚电路（类似电路交换 ）

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。

 

分组数据报：单向传送、无连接的。

 

分组虚电路：交互式、逻辑链接

 

3、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。

时分复用又包括同步时分T1、E；统计时分，如ATM（异步传输模式Asynchronous Transfer Mode）

 

波分复用WDM:

不同的波长，如光纤

 

4、数字传输标准

T1标准：美国和日本使用

125us（位秒）刷新8000次（Hz）

共有24个信道，每个信道有7位数据位和1位信令位（控制用）以及最后一位（193位/帧）是帧同步

[24*(7+1)+1]*8000=1.544Mbps

 

T1、T2、T3、T4标准的区别（方便记忆：T476 踢屎去喽）

T2是T1的4倍　　T2=4T1

T3是T2的7倍　　T3=7T2

T4是T3的6倍　　T4=6T3

 

 

E1标准（中国和欧洲使用）：

125us（位秒）刷新8000次（Hz）

共有32个信道，每个信道8位（7+1），其中第0、第16信道位控制信道，做同步、协商使用。

[32*(7+1)]*8000=2.048Mbps

E1、E2、E3、E4的关系（E444）：

E2是E1的4倍　　E2=4E1

E3是E2的4倍　　E3=4E2

E4是E3的4倍　　E4=4E3

 

SONET标准（美国）和SDH标准（中国、国际）用于光纤网络：

方便记忆：OC-3 155.520（要我我，我爱你）

 

5、数据检错纠错

 

检错码：

奇偶校验看1的个数是奇数还是偶数。

检错码只能检错不能纠错。

移动通信广泛采用

 

海明码：

m：数据位  k：校验位

在数据位m后面增加冗余校验位k，组成信息m+k，则满足，可纠正一位错误。不但检错还能纠错。

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）

 

 CRC校验码：

又称冗余循环校验码，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校验码：多项式除法，不进位加法。

 

 

6、网工例题分析

例题001
l 采用海明码进行差错校验，信息码字为1001011，
为纠正一位错，则需要（ ）位冗余位。
A. 2 B. 3 C. 4 D. 8

 

海明码：M+K<2^k+1
例题002
l 按照美国制定的光纤通信标准SONET，OC-48
的线路速率是（ ）Mb/s。
A. 51.84 B. 622.08
C. 2488.32 D. 9953.28

 

E1载波把32个信道按（ ）方式复用在一条
2.048Mb/s的高速信道上，则每条话音信道的数
据速率是（ ）Kb/s。
A. TDM B. CDMA C. WDM D. FDM
A. 56 B. 64 C. 128 D. 512
例题004
l E1载波的数据速率是（ ）Mb/s，T1载波的
数据速率是（ ）Mb/s。
A. 1.544 B. 2.048 C. 6.312 D. 8.448

7、网规例题分析

l 某视频监控网络有30个探头，使用模拟方式连续摄像，现
改为数字方式每5秒拍照一次，每次拍照数据量约为
500KB，则该网络（ ）。
A. 由电路交换变为分组交换，由FDM变为TDM
B. 由电路交换变为分组交换，由TDM变为FDM
C. 由分组交换变为电路交换，由WDM变为TDM
D. 由广播方式变为分组交换，由FDM变为WDM

l E1线路是一种以时分多路复用技术为基础的的传输技术，
其有效数据率（扣除开销）约为（ ）Mb/s。
A. 1.34 B. 1.544 C. 1.92 D. 2.048
 

l 用户在开始通信前，必须建立一条从发送端到
接收端的物理信道，并且在双方通信期间始终
占用该信道，这种属于（ ）交换方式。
A. 电路 B. 报文 C. 分组 D.数据包

l 10个9.6kb/s的信道按统计TDM复用在一条线路
上传输，假定每个子信道只有30%的时间忙，
复用线路的控制开销为10%，那么复用线路的
带宽应该是（ ）。
l A. 32bk/s B. 64bk/s C. 72bk/s D. 96bk/s