第2課：數據通信基礎
1、數據通信基本概念
信源、信道、信宿
數字信號、模擬信號；模擬通信、數字通信（信道中傳送）
2、數據通信計算
模擬信道帶寬計算：W = f2-f1 其中f1是低頻，f2是高頻
數字信道帶寬計算：奈奎斯特定理（無噪聲）
B = 2W（B碼元速率、波特率；W爲帶寬）
信息量n（位）與碼元種類N：
數據速率
數字信道帶寬計算：香農定理（有噪聲）
其中，C爲數據速率，W爲信道帶寬，S爲信號的平均功率，N爲噪聲的平均功率，S/N爲信噪比
信噪比和分貝數：
計算彙總：模擬帶寬、數字帶寬（1、無噪聲：奈奎斯特定理；2、有噪聲：香農定理）
常用的考試數據：
單位換算：通信換算進率1000，如1G=1000M
···············存儲換算進率1024，如1G=1024M
信道延遲：電纜信道延遲 200m/us（1位秒傳輸200米）
（200km/ms,200000km/s）
衛星信道延遲：270ms （衛星信號上天入地 一個來回所需要的時間）
3、通信傳輸介質
雙絞線分爲非屏蔽雙絞線UTP，屏蔽雙絞線STP。100米可以達到100Mb/s
T568A和T568B，目前常用的是T568B，A和B的區別在於1 3線序和2 6 線序對調。
事實上10M以太網的網線只使用 1、2、3、6編號的芯線傳遞數據，即1、2用於發送，3、6用於接收，按顏色來說：橙白、橙兩條用於發送；綠白、綠兩條用於接收；4、5，7、8是雙向線。
100M和1000M網卡需要使用四對線，即8根芯線全部用於傳遞數據。由於10M網卡能夠使用按 100M方式製作的網線；而且雙絞線又提供有四對線，所以日常生活中不再區分，10M網卡一般也按 100M方式製作網線。
另外，根據網線兩端連接網絡設備的不同，網線又分爲直通線（平行線）和交叉線兩種。直通線（平行線）就是按前面介紹的568A標準或568B標準制作的網線。而交叉線的線序在直通線的基礎上做了一點改變：就是在線纜的一端把1和3對調，2和6對調。即交叉線的一端保持原樣（直通線序）不變，在另一端把1和3對調，2和6對調。
交叉線和直通線適用範圍：
相同設備之間用交叉線，不同設備之間用直通線。
計算機和路由器之間用交叉線（計算機可以作爲路由器）
自適應網卡可以自適應網線類型。也有的說法是百兆網的所有設備均不支持網線線序識別，這是千兆網設備的國際標準，也是千兆區別於百兆的重點。
能自適應的都是千兆網設備，近年來無論筆記本還是臺式機，自帶的網卡基本都是千兆的，很少用百兆。
同軸電纜：
分爲粗同軸電纜和細同軸電纜。其特性是傳送距離長，信號穩定，常用於電視、監視系統，音響設備傳送音、視頻信號
光纖（光纜）：
單模光纖SMF、多模光纖MMF
單模、多模光纖的區別（高貴細遠）
無線信道：
無線電波和紅外光波
4、數據調製與編碼
模擬信道調製：調幅ASK、調頻FSK、調相PSK、正交調幅QAM
數字信道編碼：
三個步驟：採樣（需要模擬信道的帶寬的2倍）、量化（等級）、編碼（二進制）
調製技術與碼元數：n=log2N
極性編碼：
單極性（只有正極和0）、極性（只有正極和負極）、雙極性（正極、0、負極）
歸零性編碼：
歸零碼、不歸零碼（遇1翻轉）、雙相碼（電平翻轉）
曼碼和差分曼碼：
曼碼降0升1（降1升0）效率50%；差分曼碼折0平1，效率50%
各種編碼效率：
4B/5B效率80%，用於百兆以太網； 4/5=0.8
8B/10B效率80%，用於千兆以太網；8/10=0.8
64B/66B效率97%，用於萬兆以太網；64/66=0.9
曼碼和差分曼碼效率50%，用於以太網（10M）
5、網工例題分析
例題001
l 設信道帶寬爲4000Hz，信噪比爲30dB，按照
香農定理，信道容量爲（ ）。
A. 4Kb/s B. 1.6Kb/s C. 40Kb/s D. 120Kb/s
香農定理：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) 約等於 4000log2(2**10) 4000*10=40000bps /1000 = 40kb/s
例題002
l 所謂正交幅度調製是把兩個（ ）的模擬信
號合爲一個載波信號。
A. 幅度相同相位相差90° B. 幅度相同相位相差180°
C. 頻率相同相位相差90° D. 頻率相同相位相差180°
例題003
地面上相距2000km的兩地之間通過電纜傳輸
4000bit長的數據包，數據速率爲64Kb/s，從開
始發送到接收完成需要的時間爲( ）。
A. 48ms B. 640ms C. 32.5ms D. 72.5ms
例題004
l PCM編碼是把模擬信號數字化的過程，通常
模擬話音信道的帶寬是4000Hz，則在數字化
採樣頻率至少( )次/秒。
A. 2000 B. 4000 C. 8000 D. 16000
6、高級網規增補考點
串行通信與並行通信；
基帶傳輸（原始）與寬帶傳輸（高於音頻）；
噪聲、時延與衰減
帶寬、時延、時延帶寬積（容積）。
相當於第一個比特到達接收方之前，發送方最
多發送的比特。即鏈路上的最大比特數。
7、網規例題分析
例題006
l 曼徹斯特編碼和4B/5B編碼是數字化的常見方
法，後者的編碼效率是前者的（ ）倍。
A. 0.5 B. 0.8 C. 1 D. 1.6
數據通信基礎（二）
1、數據通信方式
通信方向：
單工（電視）、全雙工（手機）、半雙工（對講機）
傳輸方式：
異步傳輸：有起始位和停止位，自帶同步，適合遠距離，數據量小
同步傳輸：需要先發送同步位（SYN），適合近距離，數據量大
2、數據交換方式
電路交換：
優點：獨佔性、實時性，適合傳輸大量的數據
缺點：需要建立一條物理連接，利用率低。比如早期的電話系統
報文交換：
優點：不需要專用通道，線路利用率高，存儲轉發節點可校驗糾錯。
缺點：有通信時延（小的忽略不計）。比如物流包裹。
分組交換：數據報（類似數據報交換）和虛電路（類似電路交換 ）
優點：利用率更高、可選路徑、數據率轉換、支持優先級。
缺點：時延、開銷大。
分組數據報：單向傳送、無連接的。
分組虛電路：交互式、邏輯鏈接
3、多路複用技術
頻分複用FDM：
不同的頻率，子信道隔離頻帶防串擾，如CATV,WIFI
時分複用TDM：
不同的時間，輪流佔用，如手槍、手機。
時分複用又包括同步時分T1、E；統計時分，如ATM（異步傳輸模式Asynchronous Transfer Mode）
波分複用WDM:
不同的波長，如光纖
4、數字傳輸標準
T1標準：美國和日本使用
125us（位秒）刷新8000次（Hz）
共有24個信道，每個信道有7位數據位和1位信令位（控制用）以及最後一位（193位/幀）是幀同步
[24*(7+1)+1]*8000=1.544Mbps
T1、T2、T3、T4標準的區別（方便記憶：T476 踢屎去嘍）
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標準（中國和歐洲使用）：
125us（位秒）刷新8000次（Hz）
共有32個信道，每個信道8位（7+1），其中第0、第16信道位控制信道，做同步、協商使用。
[32*(7+1)]*8000=2.048Mbps
E1、E2、E3、E4的關係（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標準（美國）和SDH標準（中國、國際）用於光纖網絡：
方便記憶：OC-3 155.520（要我我，我愛你）
5、數據檢錯糾錯
檢錯碼：
奇偶校驗看1的個數是奇數還是偶數。
檢錯碼只能檢錯不能糾錯。
移動通信廣泛採用
海明碼：
m：數據位 k：校驗位
在數據位m後面增加冗餘校驗位k，組成信息m+k，則滿足
碼距d：也叫海明距離，兩個碼字之間不同的最小的位數（比特數）
CRC校驗碼：
又稱冗餘循環校驗碼，是一種循環碼，通過循環移位，實現檢錯。硬件容易實現，廣泛用於局域網。只能檢錯不能糾錯。
計算CRC校驗碼：多項式除法，不進位加法。
6、網工例題分析
例題001
l 採用海明碼進行差錯校驗，信息碼字爲1001011，
爲糾正一位錯，則需要（ ）位冗餘位。
A. 2 B. 3 C. 4 D. 8
海明碼：M+K<2^k+1
例題002
l 按照美國製定的光纖通信標準SONET，OC-48
的線路速率是（ ）Mb/s。
A. 51.84 B. 622.08
C. 2488.32 D. 9953.28
E1載波把32個信道按（ ）方式複用在一條
2.048Mb/s的高速信道上，則每條話音信道的數
據速率是（ ）Kb/s。
A. TDM B. CDMA C. WDM D. FDM
A. 56 B. 64 C. 128 D. 512
例題004
l E1載波的數據速率是（ ）Mb/s，T1載波的
數據速率是（ ）Mb/s。
A. 1.544 B. 2.048 C. 6.312 D. 8.448
7、網規例題分析
l 某視頻監控網絡有30個探頭，使用模擬方式連續攝像，現
改爲數字方式每5秒拍照一次，每次拍照數據量約爲
500KB，則該網絡（ ）。
A. 由電路交換變爲分組交換，由FDM變爲TDM
B. 由電路交換變爲分組交換，由TDM變爲FDM
C. 由分組交換變爲電路交換，由WDM變爲TDM
D. 由廣播方式變爲分組交換，由FDM變爲WDM
l E1線路是一種以時分多路複用技術爲基礎的的傳輸技術，
其有效數據率（扣除開銷）約爲（ ）Mb/s。
A. 1.34 B. 1.544 C. 1.92 D. 2.048
l 用戶在開始通信前，必須建立一條從發送端到
接收端的物理信道，並且在雙方通信期間始終
佔用該信道，這種屬於（ ）交換方式。
A. 電路 B. 報文 C. 分組 D.數據包
l 10個9.6kb/s的信道按統計TDM複用在一條線路
上傳輸，假定每個子信道只有30%的時間忙，
複用線路的控制開銷爲10%，那麼複用線路的
帶寬應該是（ ）。
l A. 32bk/s B. 64bk/s C. 72bk/s D. 96bk/s