2.数据通信（二）
一、数据通信方式（考概念）
1.根据信号类型分类：
（1）模拟通信：
利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，来模拟原始信号，以达到通信的目的。（AM,FM,PM）
（2）数字通信：
用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式（ASK,FSK,PSK等）。
2.根据一次传输的数据位数分类：
（1）串行通信：
指使用一条数据线将数据一位一位地依次传输，每一位数据占一个固定的时间长度。 如 RS232 ,USB 等。
（2）并行通信：
一组数据的各个数据位在多条线上同时被传输，磁盘的接口，打印机接口。
3.根据通信方向分类：
（1）单工：
发送方和接收方只能是固定的一个方向，由A→B。
（2）半双工：
发送方和接收方可以互换，但每次只能向一个方向。
（3）全双工：
设备可以同时做发送方和接收方，同时双向。
4.根据同步方式分类:
（1）异步传输：
传输过程两端不需要确定对方状态，数据中包含起始位和结束位、校验位，适合距离远，单段数据量小的情况。
（2）同步传输：
两端需要确定同步状态，确定后开始连续传送数据，适合近距离，单次数据量大的情况。
二、数据交换方式
0.数据交换技术是什么？
在两个或多个数据终端之间建立数据通信的暂时互连通路的技术。
1.电路交换
流程：
在要传输数据的两者之间临时建立一条数据电路，电路接通后双方开始传输数据，这条电路是这两者之间独享的，直到数据传输完成拆除电路为止。
优缺点：
优点：独占性，实时性（无延时），适合传输单次大量的数据。 缺点：线路专用，所以利用率低。
2.报文交换
流程：
发送端先对数据进行编码，连同收信地址等发往交换中心，做一定处理之后当输出端口空闲就发往下一个交换中心，以此类推直到到达收信端。
优缺点：
优点：不需要建立专用通道，线路利用率高；可靠性高，节点可以有效的采用差错校验和重发技术；灵活性高，节点可以对数据进行预处理（预处理为了获取数据更准确），所以可以在类型、速率、规程不同的终端间传输数据 缺点：通信时延较高，不适合会话类型和实时性要求高的情况
3.分组交换：
分组交换.png
流程：
将数据按照一定的长度分成很多组，每组都打上标识，交换机将会暂存这些分组数据，然后动态分配合适的物理线路继续传输数据分组，直到传送到目的地之后将数据分组重新组合起来，成为一条完整的数据。分为数据报分组和虚电路分组。
优缺点：
优点：利用率高、数据率转换、优先级。 缺点：传输时延高、资源开销大。
4.数据报分组交换：
类似于报文交换的方式，只不过将数据报进行分组为数据包，在发送前将要传输的数据包准备好，数据包在传输的过程中相互之间没有影响，也可以按照不同的路由机制传输到目的地，在目的地进行重新组合。
5.虚电路分组交换
在信息交换之前，需要在发送端和接收端建立一个逻辑连接，然后开始传送分组，所有分组按照相同的路径进行传输，通信结束后断开逻辑连接，所有的分组是按照发送的顺序到达接收端。
三、多路复用技术
0.多路复用是什么？
多路复用的实质是在发送到端将多路信号组合成一路信号，然后在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。 主要技术：时分复用，频分复用，波分复用。
1.时分复用（TDM）
Time Division Multiplexing，分为同步时分复用和统计时分复用。 时分复用：将不同的信号交织在不同的时间段内，使用同一个信道传输，接收端通过同样的方法将不同时间段内的信号提取出来并还原。
时分复用可能会造成线路资源的浪费:
时分复用造成资源的浪费.png
（2) 统计时分复用STDM(Statistic TDM）
统计时分复用.png
（3）练习题：
20个4.8Kb/s的信道按时分多路复用在一条线路上传输，如果忽略控制开销，在TDM的情况下，复用线路的带宽应该是（A-D中选）, 在统计TDM情况下，假定每个信号具有30%的时间忙，复用信道的开销为10%，那么复用线路的带宽应该是（E-H中选） A、32kb/s B、64kb/s C、72kb/s D、96kb/s E、32kb/s F、64kb/s G、72kb/s H、96kb/s
2.频分复用（FDM）
Frequency Division Multiplexing，利用相同的通道同时传输多个不同频率的数据的技术，通过子信道隔离频带防串扰，如广播有线电视，过去的电话网络，WIFI等。
优缺点：
优点：可以利用同一个信道同时传输不同频段的数据 缺点：想要分离每个单独的信号，就要有多个滤波器
3.波分复用（WDM）：
Wavelength Division Multiplexing，在光纤传输中使用，利用光的不同波长，在同一条光纤中传输多个不同的信号。
四、数字传输标准
1.脉冲编码调制（PCM）体制:（T1和E1）
脉冲编码调制（ PulseCodeModulation ) ，简称 pCM 。是数字信号对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生。 PCM 的优点就是音质好，缺点就是体积大。 PCM 可以提供用户从 2M 到 1 55M 速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。 PCM 有两个标准（表现形式） : E1 和 T1 。
2.T1 载波标准：
（1）简介
传输速率是1.544Mbps，传输一帧的时间是125μs，帧结构由193bit组成一帧，共24个信道（每个8bit，7bit数据+1bit控制位）和1bit控制信息组成。T1是美国、加拿大、新加坡、日本使用的载波标准。
（2）数据由来
24 *（7+1）+ 1 = 193bit T1标准的数据传输速率为7b/125μs = 56 Kb/s，控制信息的传输速率为1b/125μs = 8 Kb/s，总的速率为193b/125μs = 1.544Mb/s
（3）T2载波：
是将4条T1合成在一起，T3是将7条T2合成，T4是将6条T3合成，所以有口诀叫速度上去了（476）。
3.E1 载波标准：
（1）简介
30路脉码调制PCM的简称，速率是2.048 Mbit/s，每一个分时复用帧传输用时为125μs，划分成了32个相同的时隙，编号为CH0-CH31，CH0用来作同步帧，CH16用来作传送信令，剩下的30个为30条不同的话路。 E1标准用于欧洲和中国。
（2）数据由来
每个时隙传送8 bit，共用256 bit，一帧125μs，一秒8000帧，所以E1标准速率就是（30+1+1）* 8 * 8000 = 2.048 Mbit/s
（3）升级版本
每一代升级标准都是由4个上一代标准合成的，所以有： E5 = 4**E4 ；4E4 = 4E3 ；E3 = 4E2 ； E2 = 4E1
4.T1和E1的常考点：
T1和E1的常考点.png
5.光纤的多路复用标准有两个：
美国标准(SONET同步光纤网络)和国际标准(SDH同步数字系列)，SDH的基本速率约是155.520Mbps。
光纤的多路复用标准.png
五、数据检错与纠错（必考）
1.奇偶校验：只能检错
在7位ASCII代码后增加一位校验位，校验位表示前面7位中1的个数，奇数为1，偶数为0
奇偶校验.png
怎么计算 第1行 和 第2行 的校验位呢？
答：对对应位置进行异或运算（同 0 异 1），看算完之后最后一位校验位，是否表示正确，若正确，则没问题，反之则有错 。
注意：奇偶校验只能检错不能纠错。
2.海明码：
在数据位m中增加冗余校验位k，组成m+k，就有公式
码距：海明距离，两个码字之间不同的位数，用d表示 例如：10101和11011之间有三位不同，码距就为3。 海明研究发现： 1、检测d个错误，则编码系统码距 ≥ d+1； 2、纠正d个错误，则编码系统码距 > 2d;
3.CRC（循环冗余校验码）：
一种循环码，有很强的检错能力，但不能纠错，硬件实现方式简单，广泛用于局域网。
CRC多项式.png
例1：
现有一个生成多项式为G(x)=x^4+x+1，信息码字为10110，求CRC校验码? 解： 1、根据多项式得到除数10011（多项式中x的系数最高为x^4 ，看 x^4 x^3 x^2 x^1 x^0 在多项式中有无 , 有则为1，无则为0。） 2、信息码字后面补4个0作为被除数（多项式x的最高次数是4，最高次是几就补几个0。） 3、做模2计算（异或运算同0异1，可以理解为不进位的加法） 4、最终的余数就是CRC校验码。
循环冗余校验码.png
六、接入技术
1.xDSL:
就是利用电话线中的高频信息传输数据，xDSL的速率越高，传输距离越近。见下表：（记住）
接入技术xDSL.png
2.HFC：
混合光纤同轴电缆（Hybird Fiber-Coaxial，HFC）。通常由光纤干线、同轴电缆支线和用户配线网络三部分组成。从有线电视台出来的节目信号先变成光信号在干线上传输，到用户区域后，把光信号转换成电信号，经分配器分配后通过同轴电缆送到用户。
3.电缆调制解调器:
Cable Modem，CM，是用户设备和同轴电缆网络的接口，是有线电视网络用户端必须安装的设备。
4.FTTX技术：
通过光纤到用户的距离分类，可以分为光纤到交换箱FFTCab（Fiber To The Cabinet）、光纤到路边FFTC（Fiber To The Curb）、光纤到大楼（ Fiber To The Building ）光纤到户（ Fiber To The Home ）。
5.PON（无源光纤网络技术）
指ODN（光配线网）中不含有任何电子器件和电子电源。ODN全部由光分路器（Splitter）等无源器件构成，主要技术有：EPON（以太网无源光网络）和GOPN（千兆网无源光网络），它可以实现上下行1.25Gb/s PON原理拓扑，见下图：（非考点）
PON原理拓扑.png