【计算机网络】数据链路层 : 信道划分介质访问控制 ( 数据链路 | 介质访问控制分类 | 频分多路复用 FDM | 时分多路复用 TDM | 波分复用 WDM | 码分多路复用 CDM 计算 )★

韩曙亮

发布于 2023-03-28 16:59:39

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发布于 2023-03-28 16:59:39

文章被收录于专栏：韩曙亮的移动开发专栏

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一、传输数据的两种链路

传输数据的两种链路 :

① 点对点链路 : 两个相邻节点 , 通过单一链路连接 , 第三方无法收到任何信息 ;

应用场景 : PPP 协议 , 广域网 ;

② 广播式链路 : 链路上所有主机共享通信介质 ;

应用场景 : 局域网 ;
拓扑结构 : 总线型 , 星型 ;

链路层解决在广播式链路中 , 两台主机之间的通信不会相互干扰 , 解决上述问题的机制就是介质访问控制 ;

二、介质访问控制

介质访问控制 : 使广播网络中 , 两个节点之间的通信不会发生干扰的措施 ; 可以划分为以下两种类型 :

静态划分信道
动态划分信道

静态划分信道 : 信道划分介质访问控制 ;

① 频分多路复用 FDM ( Frequency )

② 时分多路复用 TDM ( Time )

③ 波分多路复用 WDM ( Wave )

④ 码分多路复用 CDM ( Code )

动态分配信道 :

① 轮询访问介质访问控制 : 令牌环传递协议 ;

② 随机访问介质访问控制 :

ALOHA 协议
CSMA 协议
CSMA / CD 协议
CSMA / CA 协议

三、信道划分介质访问控制

信道划分介质访问控制 : 将使用通信介质的每个设备与其它设备的通信隔离开 , 将时域资源和频域资源合理地分配给网络上的设备 ;

多路复用技术 : 将多个信号组合在一个信道上进行传输 , 多个计算机共享信道资源 , 提高信道利用率 ;

将广播信道 , 从哪个逻辑上划分成若干条两个节点之间通信的互不干扰的信道 ;

本质是将广播信道转换为点对点信道 ;

四、频分多路复用 FDM

频分多路复用 FDM :

① 一直持有频带 : 用户分配到频带后 , 通信过程中一直占用该频带 ;

② 频率带宽资源 ( Hz ) : 频分复用所有用户 , 同样式样占用不同的频率带宽资源 , 频率带宽是赫兹单位 ;

频分多路复用 FDM 优点 :

① 效率高 : 充分利用介质带宽 , 传输效率较高 ;

② 实现简单 : 该技术比较成熟 , 实现简单 ;

五、时分多路复用 TDM

时分多路复用 TDM :

① 划分等长帧 : 将时间划分为若干等长的时分复用帧 ( TDM 帧 ) ;

② TDM 帧 : 是在物理层传送的比特流所划分的帧 , 标志一个周期 ;

③ 固定时隙 : 每个时分复用用户 , 在每个 TDM 帧中 , 占用固定序号的时隙 ;

④ 轮流使用 : 所有用户轮流占用信道 ;

整个信道的速率是 8000 比特 / 秒 , 如果将信道划分为

个 TDM 帧 , 那么每个用户的速率最高是 2000 比特 / 秒 ;

六、统计时分复用 STDM

统计时分复用 STDM :

① 划分不等长帧 : 将时间划分为若干不等长的统计时分复用帧 ( STDM 帧 ) ;

② STDM 帧个数 : 每个 STDM 帧时隙个数小于集中器上的用户数 ;

③ 输入缓存 : 用户需要发送数据时 , 将数据发送到集中器的输入缓存中 ;

④ 输入缓存 -> STDM 帧 : 集中器按照顺序扫描输入缓存 , 将输入缓存中的数据 , 输入到 STDM 帧中 ;

⑤ 发送时机 : STDM 帧放满数据 , 就发送 ;

⑥ STDM 帧分配时隙机制 : STDM 帧分配时隙不是固定的 , 而是动态按序分配时隙 ;

七、波分复用 WDM

波分复用 WDM :

① 本质 : 光的频分多路复用 ;

② 不同波长光 : 在光纤中 , 传输多种不同波长的光信号 , 波长不同 , 各路光信号互不干扰 ;

③ 分离信号 : 使用波长分解复用器将各路播放分解出来 ;

八、码分多路复用 CDM

码分多址 ( CDMA ) 是码分多路复用 CDM 的一种重要形式 ;

个比特分为多个码片 ( 芯片 ) , 每个站点被指定一个唯一的

位芯片序列 ;

发送

时 , 站点发送芯片序列 , 发送

时 , 站点发送芯片序列反码 ;

A , B

两个主机 , 发送数据到

主机 ;

主机

发送

数据 , 主机

发送

数据 , 其发送的每个比特 , 都对应一个

位的芯片序列 , 一般情况下芯片序列的长度是

或

128

位 , 这里为了方便演示 , 设置芯片序列长度为

位 ;

数据不冲突前提 ( 芯片序列正交 ) : 多个站点 , 同时发出数据时 , 各个站点 , 芯片序列必须满足相互正交的前提 ; 只要芯片正交 , 就不会出现冲突 ;

芯片序列正交计算 : 芯片序列对应位相乘 , 然后相加 , 除以总位数 ;

数据合并 : 将信道中的芯片序列按位线性相加 , 合并后的芯片序列位数相同 ;

数据分离 : 合并的数据和源站芯片序列 规格化内积 ;

规格化内积计算 : 合并后的数据与源站芯片序列 , 按位相乘 , 再相加 , 最后除以芯片序列位数 , 如果得到

说明是数据

, 如果得到

-1

说明是数据

;

芯片序列与芯片序列反码 :

主机中的

数据 , 对应芯片序列

( +1 , -1 , -1 , +1 , +1 , +1 , +1 , -1 )

;

主机中的

数据 , 对应芯片序列

( -1 , +1 , +1 , -1 , -1 , -1 , -1 , +1 )

数据的芯片序列是

数据芯片序列的反码 ;

主机中的

数据 , 对应芯片序列

( -1 , +1 , -1 , +1 , -1 , +1 , +1 , +1 )

;

主机中的

数据 , 对应芯片序列

( +1 , -1 , +1 , -1 , +1 , -1 , -1 , -1 )

数据的芯片序列是

数据芯片序列的反码 ;

芯片序列正交验证计算 : 如果

A,B

两台主机之间的芯片序列可以正交 , 那么其发送数据就不会冲突 ;

主机

的

数据芯片序列

( +1 , -1 , -1 , +1 , +1 , +1 , +1 , -1 )

, 与主机

中

数据芯片序列

( -1 , +1 , -1 , +1 , -1 , +1 , +1 , +1 )

正交 ;

正交计算 : 每个对应位按位相乘 , 然后相加 , 除以位数 ; 如果为

, 说明两个芯片序列正交 ;

\begin{array}{lcl} \\\\ \cfrac{( +1 \times -1 ) + ( -1 \times +1 ) + ( -1 \times -1 ) + ( +1 \times +1 ) + ( +1 \times -1 ) + ( +1 \times +1 ) + ( +1 \times +1 ) + ( -1 \times +1 ) }{8} \\\\ =\cfrac{-1 + (-1) + 1 + 1 + (-1) + 1 + 1 + (-1)}{8} \\\\ = 0 \end{array}

数据合并 : 将芯片数据线性相加即可 ;

主机发送

数据 ,

主机发送

数据 , 那么对应的合并的数据是 :

主机

数据对应芯片序列

( -1 , +1 , +1 , -1 , -1 , -1 , -1 , +1 )

主机

数据对应芯片序列

( -1 , +1 , -1 , +1 , -1 , +1 , +1 , +1 )

\begin{array}{lcl} \\\\ ( -1 -1 , +1 + 1, +1 - 1 , -1 + 1, -1 - 1, -1 + 1, -1 + 1 , +1 + 1) \\\\ =( -2 , +2 , 0, 0 , -2, 0 , 0 , +2) \end{array}

数据分离 :

设备收到

( -2 , +2 , 0, 0 , -2, 0 , 0 , +2)

芯片序列 , 将该序列与

主机芯片序列进行规格化内积 ;

规格化内积 : 对应位相乘 , 求总和 , 然后除以芯片序列总的位数

;

规格化内积计算过程 : 对应位相乘 , 然后将

个相乘结果相加 , 最后除以

;

主机

芯片序列是

( +1 , -1 , -1 , +1 , +1 , +1 , +1 , -1 )

;

\begin{array}{lcl} \\\\ 规格化内积 = ( -2 , +2 , 0, 0 , -2, 0 , 0 , +2) \bullet ( +1 , -1 , -1 , +1 , +1 , +1 , +1 , -1 ) \\\\ = \cfrac{ ( -2 \times +1) + ( +2 \times -1) + ( 0 \times -1) + ( 0 \times +1) + ( -2 \times +1) + ( 0 \times +1) + ( 0 \times +1) + ( +2 \times -1) }{8} \\\\ = \cfrac{ -2 - 2 + 0+0 - 2 +0 + 0+ - 2 }{8} \\\\ = -1 \end{array}

计算结果是

-1

, 说明主机

发送的数据是

;

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原始发表：2020-08-19，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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