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2019
07-28

软考网络工程师备考学习笔记2-第二章数据通信基础

第二章数据通信基础目录

2.1数据通信的基本概念
2.2信道特性
2.2.1信道带宽
2.2.2误码率
2.2.3信道延迟
2.3传输介质
2.3.1双绞线
2.3.2同轴电缆
2.3.3光缆
2.3.4无线信道
2.4数据编码
2.5数字调制技术
2.6脉冲编码调制
2.6.1取样
2.6.2量化
2.6.3编码
2.7通信方式和交换方式
2.7.1数据通信方式
2.7.2交换方式
2.8多路复用技术
2.8.1频分多路复用
2.8.2时分多路复用
2.8.3波分多路复用
2.8.4数字传输系统
2.8.5同步数字系列
2.9差错控制
2.9.1检错码
2.9.2海明码
2.9.3循环冗余校验码

第二章数据通信基础学习笔记

一、数据通信基本概念

二、数据通信计算

三、通信传输介质

四、数据调试与编码

五、数据通信方式

六、数据交换方式

七、多路复用技术

八、数字传输标准

九、数据差错控制

一、数据通信基本概念

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(信道中传送)。

模拟数据取连续值

数字数据取离散值

信源 信道
模拟通信 模拟 模拟
数字通信 模拟 数字
数据通信 数字 数/模

二、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为码元传输速率    W为带宽

PS:对数计算

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为噪声平均功率,S/N为信噪比(一般用dB来表示)。

分贝与信噪比的关系:

信道的数据速率计算公式如下图

常用考试数据:

信道延迟:电缆信道延迟200m/us    200km/ms    200 000km/s

卫星信道时延大约是270ms

三、通信传输介质

1、双绞线
(TwistedPairwire, TP)由两根(一对)具有绝缘保护层的22、23、24、26号绝缘铜导线按照一定密度互相扭绞而成。

每对导线在每英寸长度上相互缠绕的次数决定了抗干扰的能力和通信的质量。

为了降低信号干扰的程度,双绞线的扭绞长度一般控制在3.8cm(1.5英寸)到14cm(5.5英寸)标准范围内,并按逆时针(左手)方向扭绞,相邻线对的扭绞长度在1.27cm(1/2英寸)以上。

分类:

非屏蔽双绞线 (Unshielded Twisted Pair,UTP)

屏蔽双绞线 (Shielded Twisted Pair,STP)

非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair, UTP)只在塑料绝缘封套内包裹绝缘铜导线对,没有屏蔽层,每对导线相互缠绕。

UTP具有较高的数据传输速率(如:五类UTP在100m内可达到100Mbps,六类UTP在100m内可达到1000Mbps);

UTP价格相对便宜,重量轻、易弯曲、具有阻燃性、易安装,组网灵活。

屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair,STP)使用金属箔或金属网包裹网线内部的信号线,在屏蔽层外面再包裹绝缘外皮。

根据屏蔽方式的不同,屏蔽双绞线又分为:

STP(ShieldedTwisted-Pair):是指每条线对都有各自屏蔽层。

FTP(Foil Twisted-Pair):是所有线对采用整体屏蔽。

STP具有较高的数据传输速率,如:五类STP在100m内可达到155Mbps。

抗干扰性好。

安装时需要专用连接器和工具。

双绞线的规格型号

综合布线工程常用的双绞线

超五类UTP双绞线的最大传输距离为100m

突破100传输极限的方法:加装交换机或HUB,可以延伸至500米

双绞线的线序标准,现多采用T568A

老款设备之前区分交叉线直通线,现代设备可自动识别线序,可自动调整

2、同轴电缆

同轴电缆分类

基带同轴电缆:一条电缆只用于一个信道,50Ω,用于数字传输。

宽带同轴电缆:一条电缆同时传输不同频率的多路模拟信号,75Ω,用于模拟传输。300~450MHz,100km,需要放大器。

细同轴电缆

特性阻抗:50Ω,直径D=1.02cm

传输速率:10Mbps

每段长度:185m,可采用4个中继器延伸网段。

最大传输长度:925m

3、光纤
光纤(Fiber Optic Cable)也称为光导纤维,以光脉冲的形式来传输信号。

光纤的裸纤由纤维芯、包层和涂层组成。

光纤的分类:

(1)按照制造光纤所用的材料分

a.石英玻璃光纤

b.多成分玻璃光纤

c.塑料包层石英芯光纤

d.全塑料光纤

d.氟化物光纤

目前通信中普遍使用的是石英玻璃光纤和多成分玻璃光纤。

(2)按照光在光线中的传输模式分

a.多模MMF 多束光纤以不同的反射角传播

多模光纤(Multi Mode Fiber,MMF):

以发光二极管或激光作光源。

纤芯较粗,纤芯直径有50μm和62.5μm两种规格。

包层外直径均为125μm。

适用于短距离与低速通信,传输距离一般在2km以内。

b.单模SMF 单束光线沿直线传播

单模光纤(Single Mode Fiber,SMF):

以激光作光源。

纤芯较细,纤芯直径有8.3μm、9μm和10μm三种规格。

包层外直径均为125μm。

适用于长距离与高速通信,传输距离一般在2km以上。

(3)按最佳传输频率窗口分

常规型单模光纤:光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在单一波长的光上,如:1310nm。

色散位移型单模光纤:光纤生产厂家将光纤传输频率最佳化在两个波长的光上,如:1310nm和1550nm。

(4)按光纤的工作波长分

850nm波长区:多模通信所用的800~900nm 短波段。

1300nm波长区:单模或多模通信所用的1250nm~1350nm长波段。

1500nm波长区:单模通信所用的1530nm~1580nm长波段。

目前计算机网络主干线路和室外连接光纤的工作波长通常采用850nm、1310nm和1550nm三种波长。

(5)按折射率分布情况分

跳变式光纤:纤芯的折射率和包层的折射率都是一个常数。在纤芯和包层的交界面,折射率呈阶梯型变化。

渐变式光纤:纤芯的折射率随着半径的增加按一定规律减小,在纤芯与包层交界处减小为包层的折射率。纤芯的折射率的变化近似于抛物线。

光纤传输原理:

利用光的反射

光从一种介质入射到另一种介质时会产生折射。折射量取决于两种介质的折射率。当从光密介质进入光疏介质,且当入射角≥临界值时产生全反射,不会泄漏。

光传输系统:光源、介质、光检测器

光源: 850nm/1300nm/1500nm发光二极管 / 激光二极管

介质: 光纤

光检测器: 光电二极管

单向传输,双向需两根光纤

光纤特点:

依靠光波承载信息

速率高,通信容量大

仅受光电转换器件的限制(>100Gb/s)

传输损耗小,适合长距离传输

抗干扰性能极好,保密性好

轻便

单模光纤与多模光纤对比

4、无线信道
无线信道:分为无线电波和红外光波

四、数据调试与编码
模拟信道调制:分为条幅ASK、调频FSK、调相PSK、正交条幅QAM

数字信道编码:分为采样(2倍)、量化(等级)、编码(二进制)三个步骤。

调制技术与码元数:

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1翻转)双向码(电平翻转)

曼彻斯特编码和差分螨特斯特编码:

曼彻斯特编码升0降1(升1降0),效率50%    以太网中

差分曼彻斯特编码折0平1,效率50%    令牌环网中

各种编码效率

五、数据通信方式

通信方向:
单工通信:电视

半双工通信:对讲机

全双工通信:手机

传输方式:
异步传输

同步传输

六、数据交换方式

三种交换方式优缺点对比:

交换方式 优点 缺点
电路交换
独占性、实时性,适合传输大量的数据

需建立一条物理连接,利用率低
报文交换 不需要专用通道,线路利用率高,存储转发可校验纠错。 有通信时延
分组交换
利用率更高,可选路径,数据率转换、支持优先级

时延、开销大
分组交换又分为分组虚电路、分组数据报

分组交换 分组虚电路 交互式、逻辑连接
分组数据报 单向传送、无连接的
电路交换:

报文交换

分组交换

七、多路复用技术

频分多路复用FDM
不同的频率,子信道隔离频带防串扰,如CATV,WIFi

时分多路复用TDM
不同的时间,轮流占用,如手机

TDM 同步十分T1、E1
统计时分如ATM

波分多路复用WDM
不同的波长,如光纤。 850nm  1310nm 1550nm

八、数字传输标准

T1标准
T1 = 1.544Mbps  = [24x(7+1)+1]x8k    (美国和日本)

E1标准
E1 = 2.048Mbps = [32x(7+1)]x8k          (中国和欧洲)

T1 = 1.544Mbps E1 = 2.048Mbps
T2 = 4T1 E2 = 4E1
T3 = 7T2 E3 = 4E2
T4 = 6T3 E4 = 4E3

SONET标准    美国
SDH标准         国际
SONET标准 美国 用于光纤网络
SDH标准 国际
OC-3  STS-3  155.520Mbps

九、数据差错控制

检错码
(奇偶校验码)只能检错不能纠错 移动通信广泛采用

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

可纠正一位错误。不但可以检错还可以纠错

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)

可查出≤d-1位错误

可纠正<d/2位错误

循环冗余校验码CRC
循环冗余校验码,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:

 

参考:

网络工程师经验分享之数据通信基础(一)

网络工程师经验分享之数据通信基础(二)

最后编辑:
作者:jacky
这个作者貌似有点懒,什么都没有留下。

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