计算机网络复习 ch1-2 直连网络技术

正文之前

实在是看不下去了，折腾下笔记放松下吧。。。

正文

直连网络

• Who:网络与端实体的身份标识；
• Where:节点在网络何
• How:如何把数据传输到指定端实体

核心三问题最基础的是：How

点到点直接链路技术

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传输媒介：

• 导向媒介：电磁波被固体媒体导向传播（金属线或光纤）

• 非导向媒体：自由空间球面传播，常称为无线传输

  
  
  

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点到多点无线链路

无线介质（信号在大气 或外层空间自由传播） –电磁波或光波携带信息

• 优缺点：

  • 无需物理有线连接，适用 于长距离或不便布线场合
  • 易受干扰，反射，为障碍 物所阻隔

• 主要类型：

  • 红外线、无线电、短波
  • 地面微波
  • 通信卫星

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• 无线电

  • 基站与终端之间通信采用无线链路
  • 应用领域：移动通信、无线局域网（WLAN）

• 地面微波

  • 通过地面站之间接力传送
  • 接力站之间距离：50 -100 km – 速率：每信道45 Mb/s

• 地球同步卫星

  • 与地面站相对固定位置
  • 使用3颗卫星即可覆盖全球
  • 传输延迟时间长（≈270ms）
  • 广播式传输
  • 应用领域：
    • 电视传输
    • 长途电话
    • 专用网络
    • 广域网

点到多点以太总线

• 集线器（HUB）
  • 总线共享，线障隔离，使用方便
  • 带宽受限 ，广播风暴 ，单工传输，通信效率低
• 交换机（Switch）
  • 目的：减少冲突；构成VLAN隔离广播; 独立带宽
  • 实现方法
    • 直接交换方式
    • 存储转发方式
    • 改进直接交换方式。

编码与成帧技术

• 信号：表示信息的物理量
  • 模拟信号：一组特别的数据点之间及 所有可能点之间都是连续的信号
  • 数字信号：离散点构成的信号
• 为什么要编码？ 、

克服信号传输中遇到的能量损耗、变形、携带信息量少、不能有效高效接 收识别等问题

信号的理论基础

傅立叶变换：任何正常周期为T = 1/f 的函数 g(t)都可写成傅里叶级数：

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即已知T、振幅an和bn可得时间函数g(t)； 可把持续时间有限的0到T的数据信号（所有信号都如此）想象成重复该模式 ，0-T=T-2T任何g(t)，对上式两边同乘sin(2πnft)，或cos(2πnft)后从0--T积分可得振幅an或bn

载体带宽和数据率:信道容量

• 比特率与信号带宽的关系
  • 信号的有效带宽随比特率的增加而增加。即当比特 率增加时，信号要有更宽的带宽，同时需要传输载 体也有更宽的带宽。故载体的带宽成了比特率的限制
  • 若1000bps对应 200Hz;则2000bps对应400Hz
• 载体的（信道）带宽：
  • 媒体能够传输的最大比特率（即信号带宽）
  • 容量取决于载体的物理特性、信/噪比,还取决于编 码技

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例题

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模拟→数字编码

• PAM:Pulse Amplitude Modulation（脉冲幅度 调制）
• • PCM:Pulse Code Modulation（脉冲码调制） 是一个重要的模拟到数字的传换方法

数字→模拟编码

• ASK:Amplitude Shift Keying 幅移键控
• FSK:Frequency Shift Keying 频移键控
• PSK:Phase Shift Keying 相移键控
• QAM:Quadrature Amplitude Modulation 正交幅度编码（有线电视）

逻辑层：mBnB编码方式

• 目的

  • 曼彻斯特编码效率较低，可以在逻辑层提高编码效率。
  • 信号采用NRZ编码，保障传输的交流特性，防止在基带数据中过多的0码流 或1码流，任何一方过多的码流均造成直流特性。
  • 将m bits的基带数据映射成n bits数据发送。当n > m时，在发送侧就产生 了冗余性。

• 4Bit/5Bit：FDDI中使用

• 具体编码方案：4bit变为5bit

  • 不能超过一个0开头，两个0结尾
  • 字符连接在一起不超过3个0
  • 只用了5bit中16个
  • 剩下16个可以作为特殊组合

• 特点：

  • 4位变成5位编码/再NRZ-I编码
  • 数据率100Mbps-->125Mbps
  • 若用曼码则100Mbps-->200Mbps
  • 所以4B/5B+NRZ-I解决了连续0和连续1的问题，相比曼码效率更高

• 8Bit/10Bit：1G光传输

• 64Bit/66Bit:10G光传输，最长传输距离40公里。

• 标准:10GBASE－X/R/W三种类型

  • 10GBASE－X（WDM LAN）， 8B/10B编码，特紧凑包装，4个接收器和4个在 1300nm波长附近以大约25nm为间隔工作的激光器，每一对发送器/接收器在 3.125Gbps速度（数据流速度为2.5Gbps）下工作。每端口应是 3.125/2.5G=1/0.8，即80%效率
  • 10GBASE－R（SONET LAN） 64B/66B编码，数据流为10Gbps，时钟速率为 10.3Gbps。
  • 10GBASE－W是广域网接口，与SONET OC-192兼容，其时钟为9.953Gbps,数 据流为9.585Gbps

帧的生成（Framing）

1. 点到点链路间的一块有界数据（有界是为了同步和共享）
2. 共享带来的问题：帧的编址

什么是幀(Frame)?

• Frame是一个在具体网络（与类型和厂家有关）第二层上实现的、与硬件有关的特殊分组。是网上传输的最小数 据单元。
• Frame＝数据部分＋发送和接收站点的物理地址＋处理控制部分。

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面向比特协议（HDLC）

• 不关心字节的边界

• 把帧看着比特的集合

  • 可能是ASCII码、图像的象素值、指令、操作数或 IP电话的声音值

• SDLC:Synchronous Data Link Control

  • Protocol : Developed By IBM ,was later Standardized by OSI as HDLC

  HDLC帧格式

• 头尾标志是01111110

• 零比特插入技术，5个连续‘1’插‘0’

  • 发送时插入 0111 1111 --> 0111 11 0 11
  • 接收时删除 0111 11 0 11 ---> 0111 1111

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基于时钟的帧（SONET）

SONET所有级别都使用字节交叉的多路复用，线路速率都是 STS-1=51.84Mbps的整数倍，帧头开销3.3%

• 基本SONET帧每125us产生810字节，有无数据都同步发送，故每秒 8000帧
• 9x90=810 Bytes/s x 8000＝51.84Mbps,构成基本SONET信道
• 每帧前3列留作系统管理信息
• 当段开销的头两个字节A1，A2出现时，接收方就认为这是同步状 态，并能正确解释帧

信道共享技术

• 信道：Channel是通信中传递信息的通道，它由发送与接收信息的设 备及传输介质组成。信道有独占或共享两种使用方式
• 资源共享的基本原理
  • 大数定理：用户数n越大，其平均值就越趋近期望值。单用户需求分别 突发随机产生，整体用户的资源要求变得相当平滑、较稳定和可预测。

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* 规模经济原理： 一定产量范围内，当产量或用户增加时，平均成本不 断降低的事实。因为新增产品就可分担更多固定成本，故总成本下降。

把多个源交换复用到一共享链路

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• 复用：把共享信道划分成多个子信道，每个子信道传输一路数据
• 复用方法
  • 时分复用TDM （Time Division Multiplexing）-统计时分复用STDM
    • 按时间划分不同的信道，目前应用最广泛
  • 频分复用FDM （Frequency Division Multiplexing）
    • 按频率划分不同的信道，如CATV系统
  • 波分复用WDM （Wave Division Multiplexing：DWDM/CWDM）
    • 按波长划分不同的信道，用于光纤传输
  • 码分复用CDM （Code Division Multiplexing）
    • 按地址码划分不同的信道，如手机

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• 时分复用 ：复用器按 ABCD 顺序依次扫描，然后构成一个时分 复用帧，每个帧有 4 个时隙，可见当某用户暂无数据时，会有空时隙
• 统计时分复用 ：每个 STDM 帧中的时隙小于集中器上的用户数，本例＝ 2<4 ，各用户有数据后发往集中器的缓冲，顺序扫描装帧， 没有就跳过。装满后发送出去

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差错控制技术

• 什么是差错控制？
  • 在通信过程中，发现、检测差错并进行纠正
• 为何要进行差错控制？
  • 不存在理想的信道→传输总会出错
• 与语音、图像传输不同，计算机通信要求极低的差错率。
• 产生差错的原因：
  • 信号衰减和热噪声
  • 信道的电气特性引起信号幅度、频率、相位的畸变；
  • 信号反射，串扰；
  • 冲击噪声，闪电、大功率电机的启停等

• 基本思想：发方编码、收方检错，能纠则纠，不能 则重传
• 基本方法：收方进行差错检测，并向发送方应答， 告知是否正确接收。
• 差错控制技术：自动请求重传ARQ：Automatic Repeat Request
  • 停等 ARQ
    • 每发送一帧就需要一个应答帧
    • 只重传刚才出错的帧
  • Go-back-N ARQ
    • 每发送N帧需要一个应答帧
    • 需重传前面（N-i+1）帧（0≤i≤N）
  • 选择重传 ARQ
    • 每发送N帧需要一个应答帧
    • 只重传出错的帧

检验纠错基本思想与方法

• 任何检验纠错技术的基本思想
  • 加入冗余信息到帧中去（极端：两份拷贝）
  • 一般为n位信息加入k<
• 纠错码主要有编码方法：
  • 奇偶校验（Parity Checking）
  • 循环冗余校验（CRC, Cyclic Redundancy Check）
  • 校验和：Check sum

课后习题

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正文之后

明天下午就考试，我才看到第二章。。。今晚还有新能源技术的考试。。我他么。。。会死吧。。偏偏空间这时候居然开始秀起了回家？？？呵呵呵呵呵。。。世界太冷漠了。