网络规划设计师考试考点突破、案例分析、试题实战一本通

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章

数据通信根底知识数据通信是指多地间进展消息的有效传递。它是网络规划设计师考试中的根底知识，是考试中一个必考的知识点，它的主要内容有数据通信的根本概念、数据通信系统、数据的调制与编码、多路复用技术、数据交换技术和检错与纠错等。1.1

考情分析一般，我们狭隘地把利用电磁波、电子技术、光电子等手段，借助电信号或光信号实现从一地向另一地或多地进展消息地有效传递和交换的过程称为数据通信。根据对历年考试的分析和总结发现，在网络规划设计师的考试中，主要考察的数据通信内容有数据交换方式、数据传输速率计算、编码的效率、传输介质及数据通信根底等。1.1.1

考试大纲要求分析根据考试大纲的要求，需要考生掌握数据通信的根本原理，并能在此根底上加以应用，也就是说，在设计规划网络时，如果碰到这方面的内容，能了解情况并正确使用。具体本章要求考生掌握以下知识点：〔1〕数据通信概念：数字传输与模拟传输、基带传输与频带传输。〔2〕数据通信系统：数据通信系统模型、同步方式、检错与纠错。〔3〕数据调制与编码：数字数据的编码与调制、模拟数据的编码与调制。〔4〕复用技术：时分复用、频分复用、波分复用、码分复用、统计时分复用。〔5〕数据交换方式：电路交换、报文交换、分组交换、信元交换。〔6〕传输介质：双绞线、同轴电缆、光纤、无线。1.1.2

命题特点与趋势分析网络规划设计师考试的试题主要集中在以下几个方面：〔1〕数据通信根底〔2〕数据交换方式〔3〕编码方式及复用技术〔4〕传输介质当然，考察的内容主要集中在上述知识点，但考察的方式却是灵活多样的，特别注重对一些计算的考察，所以大家要熟练掌握关于本章知识点的一些计算问题。1.2

数据通信概念对数据通信根底知识的考察内容主要有数据通信概念、数据通信系统、数据的调制和编码、多路复用技术、数据交换方式及传输介质等。而对数据通信概念的考察主要是结合其他知识点一起考察，我们主要需要理解这些根本概念的含义。通信技术是衡量人类社会进步的一个重要标志。自古至今，通信技术一直都在不停的发生改变，从以前的烽火台、金鼓到现在的、网络，可谓通信手段发生了天翻地覆的变化。数据通信正是当今社会的主要通信技术。通信的实质就是实现信息的有效传递，它不仅要将有用的信息进展无失真、高效率的传输，而且还要在传输的过程中减少或消除无用信息和有害信息。1.根本概念本小节将主要介绍数据、信道、信号、宽带、码元、波特、速率等一些数据通信的根本概念，加强我们对这些根本概念的理解。〔1〕数据一般可以理解为"信息的数字化形式"或"数字化的信息形式".而信息〔information〕是客观事物属性和相互联系特性的表征，它反映了客观事物的存在形式和运动状态。狭义的"数据"通常是指具有一定数字特性的信息，如统计数据、气象数据、测量数据及计算机中区别于程序的数据等。但在计算机网络中，数据通常被广义地理解为在计算机网络中存储、处理和传输的二进制数字编码。话音信息、图像信息、文字信息以及从自然界直接采集的各种自然属性信息均可转换为二进制数字编码，以便于在计算机网络中存储、处理和传输。计算机网络中的数据库、数据处理和数据通信所包含的数据通常就是指这种广义的数据。数据分为模拟数据和数字数据两种。模拟数据在一段时间内具有连续的值，例如声音和电视图像是连续变化的数据。数字数据的值是离散的，例如文本和整数。模拟数据最常见的例子是音频〔audio〕，它们以声波的形式被人们直接感受到。模拟数据的另一常见例子是视频〔video〕。要产生屏幕上的一幅画，电子束必须从左至右、从上到下地扫描屏幕外表。对于黑白电视来说，在某一点产生的亮度〔从黑到白取值〕与扫过这一点的电子束的强度成正比。因此，某一时刻的电子束具有一个模拟的强度值，它对应屏幕上的某点产生适当的亮度。同时，当电子束不断进展扫描时，这个模拟值也连续不断地变化。因此，视频图像可以看作是随时间改变的模拟信号。数字数据的一个常见实例是文本〔text〕或者说字符串。虽然文本数据对人类来说是最方便不过的，但是以字符的形式表示的数据既不容易存储，也不容易被数据处理系统处理以及被通信系统传输。因为这些系统是设计用来处理二进制数据的。人们因此创造了许多编码方法，通过这些编码方法，字符被表示成比特序列。最早的常用编码可能要算莫尔斯电报码了。今天，最常用的字符编码是国际基准字母表〔InternationalReferenceAlphabet,IRA〕。IRA在ITU-T建议书T.50中定义，它早期以国际字母表5〔InternationalAlphabet5〕闻名。在这种编码中，每一个字符用7位二进制表示，因此一共可以表示128个不同的字符。其中，有些用来表示不可打印的"控制字符".IRA的美国国家版本称为美国信息互换标准代码〔AmericanStandardCodeforInformationInterchange,ASCII〕。〔2〕信号信号是数据的电压或电磁编码。在数据通信系统中我们常常使用电磁信号、光信号、载波信号、脉冲信号、调制信号来表示各种不同的信号。因此也有人说，数据是运送信息的实体，而信号那么是数据的电气的或电磁的表现。信号也有模拟和数字之分。〔3〕信道通俗地说，信道是指以传输媒质为根底的信号通路。具体地说，信道是指由有线或无线电线路提供的信号通路。信道的作用是传输信号，它提供一段频带让信号通过，同时又给信号加以限制和损害。如果将信号比作汽车，那么信道就应该是公路。〔4〕码元码元是信号编码单元。对于数字通信而言，一个数字脉冲就是一个码元，即用时间间隔一样的符号来表示一位二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元，而这个时间间隔被称为码元长度；对于模拟通信而言，载波的某个参数或某几个参数的变化就是一个码元。〔5〕波特波特是码元传输的速率单位。码元速率是指〔数字或模拟〕信号每秒钟变化的次数，单位是波特率。当信道带宽一定时，信道所能传输信号的最大码元速率是确定的。〔6〕速率速率是对快慢的度量，本小节中主要介绍数据传输速率和信号传输速率及两者之间的联系和区别。数据传输速率即指每秒传输二进制信息的位数，单位为位/秒，记作bps或b/s.计算公式为：S=1/T*log2N〔bps〕。式中：T为一个数字脉冲信号的宽度〔全宽码〕或重复周期〔归零码〕单位为秒；N为一个码元所取的离散值个数。通常N=2K,K为二进制信息的位数，K=log2N.N=2时，S=1/T,表示数据传输速率等于码元脉冲的重复频率。信号传输速率即指单位时间内通过信道传输的码元数，单位为波特，记作Baud.计算公式：B=1/T〔Baud〕。式中：T为信元的宽度，单位为秒；信号传输速率，也称码元速率、调制速率或波特率。由上面两式可得出S=B*log2N〔bps〕或B=S/log2N〔Baud〕。也就是比特率=波特率*log2N.2.传输指标传输指标是衡量网络效率和性能的重要因素，我们可以通过对各传输指标的分析来总结网络的效率和性能。其中主要的传输指标包括带宽、时延、误码率等。〔1〕带宽在过去，通信的主干线路都用来传送模拟信号，一个特定的信号通常是由许多不同的频率成分组成的，因此，一个信号的带宽是指该信号的各种不同频率成分所占据的频率范围，也就是说，带宽就是指某个信号具有的频带宽度，单位是赫。当通信线路用来传送数字信号时，数据率就应当成为数字信道最重要的指标。但习惯上，人们愿意将"带宽"作为数字信道所能传送的"最高数据率"的同义词。因此，网络的带宽是指在一段特定的时间内网络所能传送的比特数，单位是比特每秒。例如，一个网络带宽为10Mbps,意味着每秒能传送1千万个比特。正因为带宽代表数字信号的发送速率，因此带宽有时也称为吞吐量〔throughput〕。实际应用中，吞吐量常用每秒发送的比特数〔或字节数、帧数〕来表示。〔2〕时延时延是指报文或分组从网络的一端传送到另一端所需的时间。通常，它由发送时延、传播时延、处理时延和排队时延四局部组成。·发送时延发送时延又称为传输时延，是节点在发送数据时使报文或分组从节点进入到传输媒体所需要的时间，也就是从报文或分组的第一个比特开场发送算起，到最后一个比特发送完毕所需的时间。它的计算机公式是：信道带宽是指数据在信道上的发送速率，也常称为数据在信道上的传输速率。·传播时延传播时延是电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间，它与传输时延是有明显区别的，其计算公式是：电磁波在自由空间的传播速率是光速，即3.0×105km/s.电磁波在网络传输媒体中的传播速率比在自由空间要略低一些，在铜线中的传播速率约为2.3×105km/s,在光纤中的传播速率约为2.0×105km/s.·处理时延处理时延是数据在交换节点为存储转发而进展一些必要的处理所花费的时间。·排队时延排队时延是指分组在节点缓存队列中排队所经历的时间，排队时延的长度取决于网络的通信量，因为网络通信量大时，需排队处理的分组就多，自然排队的时间较长，反之，那么排队时间就要短。另外，也有一种说法，是将处理时延和排队时延统称为处理时延，因为排队就是为了等待处理。从上面的分析，我们可以看出数据在网络中传送所经历的总时延应该就是以上四种时延之和：总时延=传播时延+发送时延+处理时延+排队时延在计算机网络中，往返时延RTT〔Round-TripTime〕也是一个重要的性能指标，它表示从发送方发送数据开场，到发送方收到来自接收方确实认，总共经历的时延。对于复杂的网络，往返时延要包括各中间节点的处理时延和转发数据时的发送时延。当客户实现新的数字语音和视频应用时，可能更关心时延变化。时延变化通常与端到端或者往返时延一起，对应用的性能需求进展全面的描述。当用户对信息的两次获得的时间间隔较为敏感时，就需要用时延变化来描述性能。〔3〕误码率在数字通信中是用脉冲信号携带信息，由于噪声、串音、码间干扰以及其他突发因素的影响，当干扰幅度超过脉冲信号再生判决的某一门限值时，将会造成误判而成为误码。误码用误码率来表征，它指在一定统计时间内，数字信号在传输过程中发生错误的位数与传输的总位数之比，用符号Pe表示：3.数字传输与模拟传输目前存在的传输通道主要有模拟信道和数字信道两种。采用模拟信道传输信息的方式称为模拟传输，它是一种以模拟信号来传输消息的通信方式；采用数字信道传输信息的方式称为数字传输，它是一种用数字信号来传送消息的通信方式。不管是数字数据还是模拟数据，都可以采用两种传输方式之一进展传输。数字数据〔二进制序列〕à编码为数字信号à数字传输数字数据〔二进制序列〕à调制为模拟信号〔MODEM〕à模拟传输模拟数据〔连续值〕à编码为数字信号〔CODEC〕à数字传输模拟数据〔二进制序列〕à调制为模拟信号à模拟传输4.基带传输与频带传输基带传输是指信号没有经过调制而直接送到信道中去传输的一种方式，采用这种信号传输技术的通信系统称为基带传输通信系统，简称基带系统。频带传输是指信号经过调制后再送到信道中传输的一种方式，收端要进展相应的解调才能恢复原来的信号，采用这种信号传输技术的通信系统称为频带传输通信系统，简称频带系统。基带传输技术一般使用于传输距离较段的局域网中。在远距离通信的计算机网络中通常采用频带传输技术。而基带信号与频带信号的转换是由调制解调技术完成的。5.传输损害传输损害是指信号在传输的过程中，由于各种原因而导致的信号变化，使接收到的信号和发送的信号有所不同。如引起位串错误等情况。最有影响的传输损害包括衰减、延迟变形和噪声。〔1〕衰减在任何传输介质上信号强度将随着距离延伸而减弱。对有线类传输介质，强度减弱或衰减一般地具有对数函数性，对无线类传输介质，衰减那么是距离和大气组成所构成的复合函数。不可防止的衰减主要提出了三个问题。第一个问题就是接收到的信号必须有足够的强度，只有这样，接收器里的电子电路才能区分、解释信号。第二个问题就是信号需比收到的噪声维持一个更高的电平，以防止出错。第三个问题是针对模拟信号的，衰减是频率的增量函数，所以接收的信号会扭曲。对于第一个和第二个问题可以用增加信号强度、设置放大器或中继器来解决。就点对点链路而言，发送器的信号强度必须足以为接收方所识别，但是不能强到使发送器的电路过载，否那么会产生变形信号。在超过一定距离后，信号衰减将会加大，这时使用放大器或中继器使信号再生。这些问题在多点线路里会变得复杂，这时从发送器到接收器的距离是可变的。对于第三个问题可以使用技术手段使在某个频带内的频率衰减趋于相等。对于语音级线来说，通常使用在线路上加载线圈以改变线路的电气属性，结果使衰减效果趋于平滑。另一种方法是使用高频放大器将高频放大。〔2〕延迟变形延迟变形是有线传输介质独有的现象，这种变形是由有线介质上信号传播速率随着频率而变化所引起的。在一个有限的信号频带中，中心频率附近的信号速度最高，而频带两边的信号速度较低，这样，信号的各种频率成分将在不同的时间到达接收器。由于信号中各种成分延迟使得接收到的信号变形的这种效果称为延迟变形。延迟变形尤其对数字信号来说影响重大，一个位元的信号成分可能溢出到其他的位元，引起信号内部的相互串扰，这将限制传输控制上的位速率。〔3〕噪声因传输系统造成的各种失真，以及在传输和接收之间的某处插入的不必要的信号产生了噪声。噪声可分为热噪声、内调制杂音、串扰、脉冲噪声四种。热噪声是导体中电子的热震动引起的，它出现在所有电子设备和传输介质中，且是温度的函数。噪声值可以表示为N=kTW.其中k为常数，T为温度，W为带宽。热噪声是在所有频谱中以一样的形态分布，所以常称为白噪声，它是不能够消除的，因此对通信系统性能就构成了上限。当不同频率的信号共享同一传输介质时，可能导致内调制杂音。内调制杂音的结果往往产生一些新的信号，它们的频率是某两个频率和、差或倍数，这些信号可能对正常信号产生印象。当发送器、接收器或介入的传输设备里有一些非线性问题时，将会产生内调制杂音。串扰是信号通路之间产生了不必要的耦合，这一般在邻近的双绞线之间因电耦合而产生，在极少数情况下也可能在运载多个信号的同轴电缆中产生。脉冲噪声是非连续的且不可预测的。在短时间里，它可具有不规那么的脉冲或噪声峰值，并且振幅较大。它产生的原因包括各种意外的电磁干扰，如闪电，以及通信系统的故障。脉冲噪声对模拟信号一般仅是小麻烦，但对数字信号是出错的主要原因。1.3

数据通信系统数据通信系统一般包括发送端、接收端以及收发两端之间的信道三个局部，其组成构造如图1-1所示。图1-11数据通信系统的模型信息源是信息或信息序列的产生源，它泛指一切发信者，可以是人也可以是机器设备，信息源发出信息的形式可以是连续的模拟信号，也可以是离散的数字信号。发送设备是把信息源发出的信息变换成便于传输的形式，使之适应于信道传输特性的要求并送人信道的各种设备。信道是指传输信号的通道。根据传输媒质的不同，可分为有线信道〔明线、电缆、光纤等〕和无线信道〔微波、卫星等〕。明线和电缆可用来传输速率低的数字信号，其它信道均要进展调制。只经信道编码而不经调制就可直接送到明线或电缆中去传输的数字信号称为数字基带信号，经调制后的信号称为频带信号。信道在中自然会有噪声，可能是进入信道的各种外部噪声，也可能是通信系统中各种电路、器件或设备自身产生的内部噪声。接收设备接收从信道传输过来的信息，并转换成信息宿便于接收的形式，其功能与发送设备的功能刚好相反。信息宿是接收发送端信息的对象，它可以是人，也可以是机器设备。按照信道中所传输信号的形式不同，通信系统可以进一步分为模拟通信系统和数字通信系统。上面我们描述了数据通信系统的模型，下面我们再来介绍数据通信系统的数据传输速率和同步方式。1.数据传输速率早在1924年，AT&T的工程师奈奎斯特〔HenryNyquist〕就认识到在任何信道中，码元传输的速率都是有上限的，并推导出一个计算公式，用来推算无噪声的、有限带宽信道的最大数据传输速率，这就是今天的奈奎斯特定理。由于这个定理只局限在无噪声的环境下计算信道最大数据传输速率，而在有噪声的环境下仍然不能有效计算机出信道最大数据传输速率，因此在1948年，香农〔ClaudeShannon〕把奈奎斯特的工作进一步扩展到了信道受到随机噪声干扰的情况，即在有随机噪声干扰的情况计算信道最大数据传输速率，这就是今天的香农定理。下面分别介绍这两个定理〔1〕奈奎斯特定理奈奎斯特证明，对于一个带宽为W赫兹的理想信道，其最大码元〔信号〕速率为2W波特。这一限制是由于存在码间干扰。如果被传输的信号包含了M个状态值〔信号的状态数是M〕，那么W赫兹信道所能承载的最大数据传输速率〔信道容量〕是：C=2*W*log2M〔bps〕假设带宽为W赫兹信道中传输的信号是二进制信号〔即信道中只有两种物理信号〕，那么该信号所能承载的最大数据传输速率是2Wbps.例如，使用带宽为3KHz的话音信道通过调制解调器来传输数字数据，根据奈奎斯特定理，发送端每秒最多只能发送2*3000个码元。如果信号的状态数为2,那么每个信号可以携带1比特信息，那么话音信道的最大数据传输速率是6Kbps;如果信号的状态数是4,那么每个信号可以携带2比特信息，那么话音信道的最大数据传输速率是12Kbps.因此对于给定的信道带宽，可以通过增加不同信号单元的个数来提高数据传输速率。然而这样会增加接收端的负担，因为，接收端每接收一个码元，它不再只是从两个可能的信号取值中区分一个，而是必须从M个可能的信号中区分一个。传输介质上的噪声将会限制M的实际取值。〔2〕香农定理对于通过有噪声信道传输数字数据而言，信噪比非常重要，因为它设定了有噪声信道一个可达的数据传输速率上限，即对于带宽为W赫兹，信噪比为S/N的信道，其最大数据传输速率〔信道容量〕为：C=W*log2〔1+S/N〕〔bps〕例如，对于一个带宽为3KHz,信噪比为30dB〔S/N就是1000〕的话音信道，无论其使用多少个电平信号发送二进制数据，其数据传输速率不可能超过30Kbps.值得注意的是，香农定理仅仅给出了一个理论极限，实际应用中能够到达的速率要低得多。其中一个原因是香农定理只考虑了热噪声〔白噪声〕，而没有考虑脉冲噪声等因素。香农定理给出的是无误码数据传输速率。香农还证明，假设信道实际数据传输速率比无误码数据传输速率低，那么使用一个适当的信号编码来到达无误码数据传输速率在理论上是可能的。遗憾的是，香农并没有给出如何找到这种编码的方法。不可否认的是，香农定理确实提供了一个用来衡量实际通信系统性能的标准。2.同步方式同步是数字通信中必须解决的一个重要问题。所谓同步，就是要求通信的收发双方在时间基准上保持一致，以保证通信的有效进展。〔1〕同步的方式目前，常用的两种同步方式分别是异步传输方式和同步传输方式。异步传输意味着传输的双方不需要使用某种方式来"对时",所以，它并不会传送很长的数据，数据是以单个的字符传送的，每个字符被加上开场位和停顿位，有时还会加上校验位。在不传输字符时，线路为空闲状态。传输时，这些位按照次序经过媒体，接收方在线路空闲时收到开场位，就开场了接收数据的过程。当收到停顿位，意味着线路再次空闲，等待下一个字符的到来。异步传输最重要的特点是简单而廉价，由于有开场位和停顿位的存在，对双方的时钟准确度要求并不高。异步传输的主要缺点是额外的开销比拟大，在没有校验位的情况下，用于同步的数据也要占传输总数据的20%,这不利于进展高速、大量的数据传输。和异步传输不同，同步传输不用起始位和停顿位，传输的是一个整块的数据流。这样，就必须使用某种方式将传输的双方的时钟进展调整。这种调整可以是使用单独的时钟线路，传输的一方不停地有规律地定时发出短的脉冲信号，接收方把这些脉冲信号当做时钟调整的依据。这种方式不适用于远距离的传输，因为时钟信号可能受到损伤。还可以使用具有时钟同步功能的编码方式，如数字编码中的曼彻斯特编码或者差分曼彻斯特编码，模拟传输中的载波相位来进展同步。使用同步传输，接收方需要知道数据块的边界，也就是从什么时候开场传送一连串连续的比特流。和异步传输有些类似，数据块被加上"前同步码"、"后同步码",以及在需要的情况下，加上"校验码"来进展传输，这些组合在传输中称为"帧".由于同步传输的数据信息比特远远多于用于帧同步的同步码，所以它的效率要比异步传输高得多。〔2〕同步的实现同步的实现包括位同步、字符同步、帧同步等几个方面。①位同步位同步是接收器从接收到的信号中正确地恢复原来数据信号的根底。实现位同步的方法有插入导频法和自同步法两种。插入导频法是在发送端发送的信号中插入专门的位同步导频信号，接收端把这个专门的导频信号检测出来作为位同步信号，如FM制编码、MFM制编码等。自同步法是发送端不发送专门的位同步导频信号，只是控制连续0的个数不要太多，接收端设法从收到的数字信号中提取同步信息，如HDB3编码。②字符同步字符同步以字符为传输单位，其传输格式如图1-3所示。一个字符单位除表示信息的数据位外，还有假设干个附加位：1位起始位，恒为0;可选的1位奇偶位；可选的停顿位，可为1位、1.5位或2位，恒为1.传送一个字符，必须以起始位开场，以停顿位完毕。图1-3字符同步传输格式③帧同步最初解决帧同步的方法是在帧之间插入时间间隔，依赖计时技术识别帧的开场和完毕。但是，这种方法在网络上很难保证准确计时，所以又提出了其它方法。●字符计数法字符计数法用一个特殊的字符表示一帧的开场，然后用一个字段标明该帧包含的字节数，当接收方收到该帧时，根据此字段提供的字节数，便可知道该帧的完毕位和下一帧的开场位。该种方法的主要问题是：如果计数字段在传输中出错，接收方就无法判断所传输帧的完毕位，当然也无法知道下一帧的开场位，使发送方和接收方无法同步。即使接收方通过过失控制得知传输出错，也不知道应该让发送方跳回多少字符开场重传。●带字符填充的首尾界符法带字符填充的首尾界符法在每一帧的头部用帧开场字符标记，在帧的尾部用帧完毕字符标记。但是，在数据传输中，如果帧的首尾定界符出现在信息字段中，将会造成对数据的错误接收。为防止这种现象出现，采用在信息位中出现的定界符前填充转义字符的方法来区别。●带位填充的首尾标志法带位填充的首尾标志法使用特定的位模式01111110作为帧的开场和完毕标志。为了不使信息字段中出现的比特流01111110被误判为帧的首尾标志，发送方在信息位中每遇到5个连续的比特1时，将自动在其后插入一个比特0,在接收方收到连续的5个比特1时，那么自动删除后面紧跟的一个比特0.●物理编码违例法物理编码违例法将数据位"1"编码成高-低电平对，数据位"0"编码成低-高电平对。这样每一个数据位在中间都有一次跳变，使接收方容易将帧的边界定位。1.4

数据调制与编码由于传输介质及其格式的限制，通信双方的信号不能直接进展传送，必须通过一定的方式处理之后，使之能够适合传输媒体特性，才能够正确无误地传送到目的地。调制是指用模拟信号承载数字或模拟数据；而编码那么是指用数字信号承载数字或模拟数据。目前存在的传输通道主要有模拟信道和数字信道两种，其中模拟信道一般只用于传输模拟信号，而数字信道一般只用于传输数字信号。有时为了需要，也可能需要用数字信道传输模拟信号，或用模拟信道传输数字信号，此时，我们就需要先对待传输的数据进展转换，转换为信道能传送的数据类型，即模拟信号与数字信号的转换，这是编码与调制的主要内容。当然模拟数据、数字数据如何通过通道发送的问题也是编码与调制的重要内容。下面我们分别从模拟信号使用模拟信道传送、模拟信号使用数字信道传送、数字信号使用数字信道传送和数字信号使用模拟信道传送四个方面来介绍数据的调制与编码。1.模拟信号使用模拟信道传送有时候模拟数据可以在模拟信道上直接传送，但在网络数据传送中这并不常用，人们仍然会将模拟数据进展调制出来，然后再通过模拟信道发送。调制的目的是将模拟信号调制到高频载波信号上以便于远距离传输。目前，存在的调制方式主要有调幅〔AmplitudeModulation,AM〕、调频〔FrequencyModulation,FM〕及调相〔PhaseModulation,PM〕。2.模拟信号使用数字信道传送使模拟信号在数字信道上传送，首先要将模拟信号转换为数字信号，这个转换的过程就是数字化的过程，数字化的过程主要包括采用和量化两步。常见的将模拟信号编码到数字信道传送的方法主要有：脉冲幅度调制〔PulseAmplitudeModulation,PAM〕、脉冲编码调制〔PulseCodeModulation,PCM〕、差分脉冲编码调制〔DifferentialPCM,DPCM〕和增量脉码调制方式〔DeltaModulation,ΔM〕。3.数字信号使用模拟信道传送将数字信号使用模拟信道传送的过程是一个调制的过程，它是一个将数字信号〔二进制0或1〕表示的数字数据改变成模拟信号特征的过程，即将二进制数据调制到模拟信号上来的过程。一个正弦波可以通过3个特性进展定义：振幅、频率和相位。当我们改变其中任何一个特性时，就有了波的另一个形式。如果用原来的波表示二进制1,那么波的变形就可以表示二进制0;反之亦然。波的3个特性中的任意一个都可以用这种方式改变，从而使我们至少有3种将数字数据调制到模拟信号的机制：幅移键控法〔Amplitude-ShiftKeying,ASK〕、频移键控法〔Frequency-ShiftKeying,FSK〕以及相移键控法〔Phase-ShiftKeying,PSK〕。另外，还有一种将振幅和相位变化结合起来的机制叫正交调幅〔QuadratureAmplitudeModulation,QAM〕。其中正交调幅的效率最高，也是现在所有的调制解调器中经常采用的技术。幅移键控法利用载波的振幅变化去携带数字数据，而载波的频率、相位都保持不变。频移键控法利用已调波的频率变化去携带数字数据，而载波的振幅、相位不变。相移键控法利用已调波的相位变化去携带数字数据，而载波的频率和振幅都不变。图1-4给出这三种方法调制同一基带信号的一个实例。图1-4二进制幅移键控、频移键控和相移键控正交调幅调制是一种将幅移键控和相移键控结合在一起，调制效果更佳的调制技术。4.数字信号使用数字信道传送要是数字信号在数字信道上传送，需要对数字信号先进展编码。例如，当数据从计算机传输到打印机时，一般是采用这种方式。在这种方式下，首先须进展对数字信号编码，即由计算机产生的二进制0和1数字信号被转换成一串可以在导线上传输的电压脉冲。对信源进展编码可以降低数据率，提高信息量效率，对信道进展编码可以提高系统的抗干扰能力。目前，常见的数据编码方式主要有不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码和nB/mB码等几种。〔1〕不归零码〔NRZ,Non-ReturntoZero〕：二进制数字0、1分别用两种电平来表示，常用-5V表示1,+5V表示0〔反之也可〕。缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步机制，传输时，必须使用外同步。〔2〕曼彻斯特编码〔ManchesterCode〕：用电压的变化表示0和1,规定在每个码元的中间发生跳变。高→低的跳变代表0,低→高的跳变代表1〔注意：某种教程中关于此局部内容有相反的描述，也是正确的〕。每个码元中间都要发生跳变，接收端可将此变化提取出来，作为同步信号。这种编码也称为自同步码〔Self-SynchronizingCode〕。缺点：需要双倍的传输带宽〔即信号速率是数据速率的2倍〕。〔3〕差分曼彻斯特编码：每个码元的中间仍要发生跳变，用码元开场处有无跳变来表示0和1.有跳变代表0,无跳变代表1〔注意：某种教程中关于此局部内容有相反的描述，也是正确的〕。〔4〕nB/mB码：nB/mB码把n个二进制的码组转变为m个二进制的码组，m>n,因此实际的码组有2n种，冗余码组有2m-2n.在高速光纤传输系统中，应用较为广泛的有4B/5B、5B/6B、8B/10B、64B/66B.5B/6B码是从6位二进制的64种组合中精选出32个码组对信源进展编码，其编码表如表1-2所示。该编码表列有正模式和负模式两种，使用时成对选择，以使得码序列中"1"和"0"的个数趋于平衡。5B/6B码具有如下特性：编码后的序列中最大的连0和连1个数为5;累积的1、0码个数的差值〔称为数字和〕在-3~+3范围内变化，这一特性可用于误码监测；各码组的数字和没有±1的值，可用于码组同步。表1-25B/6B编码表1.5

多路复用技术多路复用技术是一种提高线路利用率的有效方法，多路复用系统将来自假设干信息源的信息进展合并，然后将这一合成的信息群经单一的线路和传输设备进展传输。例如采用8000Hz进展16位采样的语音数据需要的带宽是64Kb/s,而电缆和光纤的带宽要远高于64Kb/s,显然，这时在同一线路上可以传输多个语音信号，以充分利用资源，这时就需要使用多路复用技术。目前常见的多路复用技术主要有时分多路复用、频分多路复用、波分多路复用和统计时分多路复用等1.时分多路复用时分多路复用〔Time-DivisionMultiplexing,TDM〕是一种简单而容易实现的传输复用方式，其信号分割的参量是信号占用的时间，故要使复用的各路信号在时间上互不重叠，在传输时把时间分成小的时隙，每一时隙由复用的一个信号占用。如图1-5所示的情况，4个用户A、B、C和D进展时分多路复用，4个时隙构成一个时分复用帧，每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙，每个用户所占用的时隙是周期性地出现。显然，时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带带宽。图1-5时分复用技术在进展通信时，复用器和分用器总是成对地使用，在复用器何分用器之间是用户共享的高速信道。分用器的作用正好和复用器相反，它将高速线路传送过来的数据进展分组，分别送到相应的用户处。当使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般不高，因为当用户在某一段时间暂时无数据传输时，那就只能让已经分配到的子信道空闲，而其它用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。2.频分多路复用频分多路复用〔Frequency-DivisionMultiplexing,FDM〕是应用最为广泛的复用方式，我们收听的收音机，观看的电视，都在使用频分复用技术。当传输媒体的有效带宽比传输要求的带宽要高，就可以进展频分复用。可以把传输媒体的有效带宽分成假设干频率区间，让每个区间传送不同的信号，这样就可以将这些信号同时传送。这些区间称为"信道".频分多路复用的方法包含几个步骤。首先，传输媒体的可用带宽被划分成多个别离的信道，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带，如图1-6所示。然后，为每个信道定义一个载波信号，每一个载波信号形成了一个子信道，各条子信道的中心频率不相重合，子信道之间留有一定宽度的隔离频带。接着，利用载波信号对各个输入信号进展调制，从而产生调制信号。最后，所有调制信号被结合成一个更加复杂的单一模拟信号并传输出去。接收方借助于带通滤波器把各个独立的调制信号别离开来，并根据各个信道的频率选择恢复出原始信号。图1-6频分复用技术显然，频分复用是基于模拟信道的，如果需要传输数字信号，就必须把数字信号转换为模拟信号以后，再使用频段内的载波进展调制。频分复用必须注意到串扰的问题，如果两个频段之间隔离的宽度不够，那么，正常调制后的信号可能会进入其他频段的范围之内。3.波分多路复用波分多路复用〔WavelengthDivisionMultiplexing,WDM〕是频分多路复用的一种形式，一般用于光纤通信中，因此也可以说它是一种光的频分复用。在一根光纤上进展波分复用的方法很简单，如图1-7所示，两根光纤连到一个棱柱或衍射光栅上，每根的能力处于不同的波段，两束光通过棱柱或光栅合成到一根共享的光纤上，传送到远方的目的地后再分解开来。光纤系统使用的复用器即衍射光栅是完全无源的，因此极其可靠。图1-7波分多路复用波分复用系统主要由光发射机、光接收机、光放大器、光纤等局部组成，如图1-8所示。在发送端，首先通过波长转换，将传输信号标准波长转换为波分复用系统使用的系列工作波长，然后多路光信号通过光合波器耦合到一根光纤上，经BA〔光放大器〕放大后在光纤上传输。传输一定距离后光信号会衰减，设置光纤中继器对光信号进展放大，为了对不同波长光信号具有一样的放大增益，采用掺饵光纤放大器〔EDFA〕，而且EDFA不需要进展光电转换而直接对光信号进展放大。当光信号到达接收端后，将PA〔预放大器〕放大的光耦合信号解复用为多路光信号，然后通过波长转换，将每路的光信号的工作波长再转换为标准波长。图1-8波分复用系统的组成4.统计时分多路复用统计时分多路复用〔StatisticTime-DivisionMultiplexing,STDM〕是一种改良的时分复用方法，它能明显地提高信道的利用率。由于时分复用在数据源空闲状态仍然占用传输媒体，这就造成了传输媒体传输的浪费。为了提高效率，可以采用一种更加复杂的机制：统计复用方法。在统计复用方法中，每个数据源将不是按照设计时制定的规那么占用固定的时隙，而是根据数据源之间的数据率不同，占用的时隙多少也将不同，如果一个数据源暂时没有数据传输，那么这个数据源也就不会占用时隙。统计时分多路复用使用STDM帧来传送复用的数据，但每一个STDM帧中的时隙数小于或等于连接在集中器上的用户数，如图1-9所示，按A、B、C、D的顺序依次分配时隙。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，将缓存中的数据放入STDM帧中，对没有数据的缓存就跳过去。当一个帧的数据放满了，就发送出去。因此STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。由于用户所占用的时隙并不是周期性地出现，所以在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分多路复用必须要有的和不可防止的开销。图1-9统计时分复用的工作原理统计时分复用虽然可以有效地利用带宽，但它存在另一个不容无视的问题，接收方不能简单地根据固定的时隙来判断不同的数据源，必须在数据传输中参加数据源判断的信息〔地址〕，这使得统计复用比时分复用要复杂。1.6

数据交换方式交换的概念最早来自于系统。所谓交换，从字面上理解就是一种转发。信息〔话音、数据〕从交换设备的某个接口进入，然后从另外一个接口出去的过程就是交换。目前，交换技术已被广泛应用于网络中，按照数据传送的方式划分，可以将交换技术分为电路交换、报文交换与分组交换。1.电路交换电路交换技术又叫线路交换技术〔circuitswitching〕，它是指每次通信会话建立、保持并终止一条专用物理电路。也就是说，在电路交换网络中，为了实现一对终端的通信，沿其路径所需的资源在整个会话期间必须预留。传统的业务和窄带网络就是采用这种技术进展数据传送的。电路交换的优点主要有：〔1〕传输时延小。电路交换的主要延迟是物理信号的传播时延。〔2〕传输信道是独占的。通话双方一旦建立连接，便可独享物理信道，不会与其他用户的通话发生冲突。〔3〕双方通信时按发送顺序传送数据，不存在失序问题。〔4〕电路交换既适用于传输模拟信号，也适用于传输数字信号。电路交换的主要缺点有：〔1〕通话双方建立物理信道所花费的时间比拟长。在通话开场前，呼叫信号必须经过假设干个交换机，得到各交换机的认可，并最终传到被呼叫方，然后被呼叫方给出应答信号，并返回给呼叫方。这个过程常常需要几秒甚至更长的时间。对于许多应用〔如商店信用卡确认〕来说，过长的连接建立时间是不适宜的。〔2〕电路在通信过程中被用户独占，信道利用率低。〔3〕电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进展通信，也难以在通信过程中，进展过失控制。2.报文交换报文交换〔messageswitching〕是以报文为数据交换的单位，报文携带有目标地址、源地址等信息，在交换结点采用存储转发的传输方式，因而，有以下优缺点。〔1〕报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送报文，即连接时间短。〔2〕通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地局部占有这条物理通路，因而，大大提高了通信线路的利用率。缺点有：〔1〕由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，从而引起转发时延〔包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等〕，而且网络的通信量愈大，造成的时延就愈大，因此报文交换的实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。〔2〕报文交换只适用于数字信号。〔3〕由于报文长度没有限制，而每个中间结点都要完整地接收传来的整个报文，当输出线路繁忙时，还可能要存储几个完整报文等待转发，要求网络中每个结点有较大的缓冲区。3.分组交换分组交换〔packetswitching〕是报文交换的改良，采用的仍是存储转发传输方式，但它将一个长报文先分割为假设干个较短的分组，然后，把这些分组〔携带源、目的地址和编号信息〕逐个地发送出去，因此，分组交换除了具有报文的优点外，与报文交换相比，有以下优缺点。优点有：〔1〕加速了数据在网络中的传输。〔2〕简化了存储管理。〔3〕减少了出错几率和重发数据量。〔4〕由于分组短小，更适用于采用优先级策略，便于及时传送一些紧急数据。缺点有：〔1〕尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。〔2〕分组交换与报文交换一样，每个分组都要加上源、目的地址和分组编号等信息，使传送的信息量大约增大5%~10%,一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。〔3〕当分组交换采用数据报效劳时，可能出现失序、丧失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进展排序等工作，增加了麻烦。总的来说，各种方式都有各自的优缺点，能适应于不同的应用环境。如假设要传送的数据量很大，其传送时间远大于呼叫时间时，那么采用电路交换较为适宜；当端到端的通路由很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据，较为适宜。从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中，分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信，事实也是如此，如今大多的计算机主干网络都是采用分组交换的技术。4.信元交换信元交换是异步传输模式〔AsynchronousTransferMode,ATM〕采用的交换方式，在很大程度上就是按照虚电路方式进展分组转发。在ATM网络中与众不同的一点是，分组长度是固定不变的，称为信元。信元长度为53字节，5字节的首部，48字节的有效载荷。其构造如图1-10所示。ATM信元有两种不同的首部，分别对应于用户到网络接口UNI〔User-to-NetworkInterface〕和网络到网络接口NNI〔Network-to-NetworkInterface〕。图1-10ATM信元构造ATM信元首部中各字段的作用如下：〔1〕通用流量控制GFC〔GenericFlowControl〕。GFC用来在共享媒体上进展接入流量控制，现在未用，通常置为0.〔2〕虚通道标识符VPI/虚通路标识符VCI一个虚通路VC〔VirtualChannel〕是在两个或两个以上的端点之间的一个传送ATM信元的通信通路，一个虚通道VP〔VirtualPath〕包含有许多一样端点的虚通路，而这许多复用在一条链路上的虚通路都使用同一个虚通道标识符VPI〔VirtualPathIdentifier〕，复用在一个VP中的不同虚通路用它们的虚通路标识符VCI〔VirtualChannelIdentifier〕来识别。图1-11表示了使用VPI和VCI标识VP和VC的方法。图1-11ATM连接的标识符VCI和VPI〔3〕有效载荷类型PT〔PayloadType〕。PT用来区分该信元是用户信息还是非用户信息。〔4〕信元丧失优先级CLP〔CellLossPriority〕。CLP指示信元的丧失优先级，当网络负荷很重时，ATM交换机首先丢弃CLP=1的信元以缓解网络可能出现的拥塞。〔5〕首部过失控制HEC〔HeaderErrorControl〕，HEC只对首部的前四个字节进展循环冗余校验。5.播送所谓播送，指同时向网上所有主机发送报文的一种特殊的交换方式。许多物理网络本身便是播送型的，播送型的网络经常用一种传输介质将所有主机连接起来，比方总线形网络和以微波、卫星方式传播的网络。也有许多网络是点到点型的，这种网络的播送必须由软件实现，比方采用扩散的方式，把收到的分组，发送到除了分组到来的端口外的所有输出端口上。1.7

常见传输介质传输介质有有线和无线之分，其中常见的有线传输介质有双绞线、同轴电缆和光纤，而常见的无线传输介质主要有微波、无线电波和红外线等。1.双绞线双绞线〔TwistedPair,TP〕是综合布线工程中最常用的一种传输介质，可以用来传输模拟信号和数字信号，但是由于在传输期间，信号的衰减比拟大，波形易畸变，故用双绞线传输数字信号时，仅适用于较短距离的信息传输，而且传输距离与数据率有关。双绞线可细分为非屏蔽双绞线〔UnshieldedTwistedPair,UTP〕和屏蔽双绞线〔ShieldedTwistedPair,STP〕两种，它们的根本构造如图1-12所示。屏蔽双绞线电缆的外层由铝箔包裹〔屏蔽层〕，以减小辐射，但并不能完全消除辐射。除此之外，屏蔽双绞线与非屏蔽双绞线一样。屏蔽双绞线价格相对较高，其安装要比非屏蔽双绞线电缆困难，但其抗电磁干扰效果较好。图1-12STP与UTP的构造国际电气工业协会〔EIA〕为非屏蔽双绞线定义了五种质量级别。这5种类型的双绞线及适用范围如表1-3所示。表1-3

非屏蔽双绞线种类及适用范围影响双绞线的性能指标主要有衰减、近端串绕、特性阻抗、直流电阻、直流电阻偏差值和返回损耗等，双绞线的传输效率受这些因素的影响。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里。距离太长时，对于模拟传输要加放大器以便将衰减的信号放大到适宜的数值，对于数字传输那么要加中继器以便将失真的数字信号进展整形。由于双绞线的价格廉价且性能也不错，使用十分广泛。2.同轴电缆同轴电缆一般共有四层，它以硬铜线为芯，供传送信号使用；外包一层绝缘材料，这层绝缘材料用密织的网状导体环绕；网外又覆盖一层保护性材料，一般为金属编织带或金属管，起屏蔽作用；最外层为同轴电缆外皮，其根本构造如图1-13所示。图1-13

同轴电缆构造示意图目前，有两种广泛使用的同轴电缆。一种是50欧姆电缆，主要用于数字传输，特别是基带传输，也叫基带同轴电缆；另一种是75欧姆电缆，一般用于模拟传输，也叫做宽带同轴电缆。基带同轴电缆可直接传输数字信号，主要是用于10Mbps以太网。以太网使用的基带同轴电缆又分为粗同轴电缆和细同轴电缆两种，它们之间最主要的区别是支持的最大传输距离是不同的。宽带同轴电缆用于传输模拟信号。宽带同轴电缆目前主要用于闭路电视信号的传输，一般可用的有效带宽大约为750MHz.当频率升高时，外导体的屏蔽作用加强，同轴电缆所受的外界干扰以及同轴电缆间的串音都将随频率的升高而减小，因而同轴电缆特别适合于高频传输。3.光纤光纤，全称光导纤维，是一种传输光束的细微而柔韧的媒介。它具有传输数据率高、抗电磁干扰性能强、传输损耗小、传输距离远、中继距离长、**性好、抗化学腐蚀能力强等特点，是一种非常理想的数据传输介质。详情见本书第2章光纤网络。4.无线传输介质无线传输介质与有线传输介质相比，最大的好处在于不需要铺设传输线路，且允许数字终端设备在一定范围内移动。对于高山、岛屿或偏远地区，用有线介质铺设就非常困难，这时，无线介质就成了有线介质的有效延伸。无线传输介质是利用可以穿越外太空的电磁波来传输信号的。常见的无线介质有无线电波、卫星微波和红外线等。使用无线传输介质的优点是不受地理条件的限制、不需要架线、建网速度快等。但使用无线传输介质传输信号也具有一些缺点，如抗干扰能力差，数据**性差等。〔1〕无线电波大气中的电离层是具有离子和自由电子的导电层。无线电波通信就是利用地面发射的无线电波通过电离层的反射，或电离层与地面的屡次反射，而到达承受端的一种远距离通信方式。由于大气层中的电离层高度在距地面数十千米至百余千米以上，可分为各种不同的层次，并随季节、昼夜及太阳活动情况而发生变化，无线电波还受到来自水、自然物体和电子设备的各种电磁波的干扰，因而无线电波通信与其他通信方式相比，通信质量不太稳定。无线电波广泛用于室内通信和室外通信。由于无线电波很容易产生，传播距离很远，并很容易穿过建筑物，而且可以全方向传播，使得无线电波的发射和接收装置不必要求准确对准。无线电波通信使用的频率一般在30MHz~1GHz,它的传播特性与频率有关。在低频段，无线电波能轻易地绕过一般障碍物，但其能量随着传播距离的增大而急剧衰减；在高频段，无线电波趋于直线传播并易受障碍物的阻挡。〔2〕卫星微波卫星微波是陆地微波的开展，利用人造地球卫星作为中继站，转发微波信号，在多个微波站或称地球站之间进展信息交流。卫星微波通信已经广泛用于长途通信、蜂窝、电视传播和其他应用。卫星从上行链路接收传输来的信号，将其放大或再生，再从下行链路上发送。但是卫星必须在空中移动，卫星落下水平线后，通信就必须停顿，一直到它重新在另一个水平线上出现。采用同步卫星能保证持续的进展传输，因为同步卫星与地球保持固定的位置，它位于赤道轨道，离地面35784km.三颗相隔120度的同步卫星几乎能覆盖整个地球外表，根本实现全球通信。卫星微波与陆地微波相比，具有以下特点：·卫星通信的距离远，且通信费用与通信距离无关；·卫星微波具有播送性质；·卫星信道的传播时延较大。〔3〕红外线红外线通信是采用红外线来传输信号，在发送端设有红外线发送器，接收端有红外线接收器。红外线的频率在300GHz~200000GHz的范围内。发送器和接收器可以任意安装在室内和室外，但它们之间必须在可视范围内，而且在它们之间不允许有障碍物。使用红外线进展通信具有以下优点。·收发信机体积小、重量轻、价格低。·红外线的范围比拟灵活，不像电磁波那样，能够使用的频率和输出功率等都要受各个国家和地区输出功率的限制，并且需要批准。·红外线不像电磁波那样能够越过墙壁进展传输，其传输距离只能在视线范围之内，比拟平安，容易管理。另外，由于红外线沿直线前进的能力强，几乎没有绕射，碰到墙壁时稍有一些反射，因此，红外线通信具有如下的缺点。·接续不稳定。如果在收发信机之间存在障碍物，一般就不能进展通信。另外，还比拟容易受太阳光、荧光灯等噪声源的影响，因此需要能够更加有效地进展过失重发等以保障高可靠性的通信协议。·半双工通信。即由于反射的影响，承受红外线的点和波长都是由器件所固定的，不能像电磁波那样采用不同的频率进展收发，实现全双工。红外线数据通信协议的物理层和链路层协议应使用单独的协议。1.8

检错与纠错在数据传输过程中，由于信号受到噪声或干扰等因素的影响，从而导致接收端接收到的数据可能有错，为了防止或减少这种错误，引入了错误检测和纠正措施。检错策略在发现错误后，通知发送端重传；而纠错策略在接收端发现错误后，自动纠正，不需要重传。1.码距码距是衡量一种编码方式抗错误能力的一个重要指标。一个编码系统中任意两个合法的编码之间的不同位的个数称为这两个码字间的距离，也称为码距。该编码系统的任意两个编码之间的距离的最小值称为该编码系统的码距。码距越大，编码系统的抗偶然错误能力越强，但码距的增加，使得系统必须提供更多的空间来存放码字，数据冗余增加，编码效率降低。2.奇偶校验奇偶校验是一种较为简单，被广泛使用的检错方法。奇偶校验的规那么是在原数据后面附加一个效验位，根据原数据中"1"的个数是奇数或偶数填入"0"和"1".在接收端再检测"1"的个数，判断是否与发送端校验位相符，从而判断传送中是否出现错码。使用奇数个"1"进展校验的方案称为奇校验，同样，使用偶数个"1"的校验方案称为偶校验。奇偶检验在有奇数个位被改变了的情况下能够有效的发现传输过失，但当有偶数个位被改变了的时候不能够正确地指示过失。3.循环冗余校验循环冗余校验〔CyclicRedundancyCheck,CRC〕是目前在计算机网络通信及存储器中应用最广泛的一种校验编码方法，它所约定的校验规那么是：让校验码能为某一约定代码所除尽；如果除得尽，说明代码正确；如果除不尽，余数将指明出错位所在位置。在循环冗余校验码中，无一例外地要提到多项式的概念。一个二进制数可以以一个多项式来表示。如1011表示为多项式x"+x"+x0,在这里，x并不表示未知数这个概念，如果把这里的x替换为2,这个多项式的值就是该数的值。从这个转换我们可以看出多项式最高幂次为n,那么转换为二进制数有n+1位。循环冗余校验码的编码由K位信息码和R位校验码两局部组成。由K位信息码生成R位的校验码的关键在于生成多项式。这个多项式是编码方和解码方共同约定的，编码方将信息码的多项式除以生成多项式，将得到的余数多项式作为校验码；解码方将收到的信息除生成多项式，如果余数为0,那么认为没有错误，如果不为0,余数那么作为确定错误位置的依据。生成多项式并非任意指定，它必须具备以下条件：最高位和最低位为1,数据发生错误时，余数不为0,对余数补0后，继续做按位除，余数循环出现，这也是冗余循环校验中循环一词的来源。从上面的描述中我们可以看出，生成多项式是非常重要的，但在考试中一般总是直接给出的。常见的标准生成多项式有：CRC-12:CRC-16:在知道生成多项式后，校验码的生成步骤如下。〔1〕将K位数据C〔x〕左移R位，给校验位留下空间，得到移位后的多项式：C〔x〕×xR.〔2〕将这移位后的信息多项式除以生成多项式，得到R位的余数多项式。〔3〕将余数作为校验码嵌入信息位左移后的空间。例如，信息位为10100110,生成多项式为a〔x〕=x5+x4+x+1,那么：求余式：得到余式为x4+x3,即校验码为11000,所以得到CRC码是：00.循环冗余校验码的纠错能力取决于K值和R值。在实践中，K值往往取得非常大，远远大于R的值，提高了编码效率。在这种情况下，循环冗余校验就只能检错不能纠错。一般来说，R位生成多项式可检测出所有双错、奇数位错和突发错位小于或等于R的突发错误。使用循环冗余校验码能用很少的校验码检测出大多数的错误，检错能力是非常强的，这是它得到了广泛的应用的原因。4.海明码海明码是奇偶校验的另一种扩大。和上面提到的奇偶校验的不同之处在于海明码采用多位校验码的方式，在这些多个校验位中的每一位都对不同的信息数据位进展奇偶校验，通过合理地安排每个校验位对原始数据进展的校验的位组合，可以到达发现错误、纠正错误的目的。假设数据位有m位，如何设定校验位〔冗余位〕k的长度才能满足纠正一位错误的要求呢？我们这里做一个简单的推导。k位的校验码可以有2k个值。显然，其中一个值表示数据是正确的，而剩下的2k-1个值意味着数据中存在错误，如果能够满足：2k

–1>m+k〔m+k为编码后的数编总长度〕，那么在理论上k个校验码就可以判断是哪一位〔包括信息码和校验码〕出现了问题。当m=4时，计算得到K大于等于3.校验方程是指示每个校验位对相应的信息位进展校验的等式。确定了k的值后，如何确定每k位中的每一位对哪些数据进展校验呢？这是一个问题。上面的推导只是说能够做的，那么如何到达纠错的目的呢？但是幸好考试中都会列出海明校验方程。例如：其中⊕表示逻辑加。在一般情况下，校验码会被插入到数据的1、2、4、8、…、2n位置，那么，在数据生成时，按照提供的海明校验方程计算出b1、b2、b3、…、bn各位，在数据校验时，按照海明检验方程进展计算，如果所有的方程式计算都为0,那么表示数据是正确的。如果出现1位错误，那么至少有一个方程不为0.海明码的特殊之处在于，只要将①②③三个方程左边计算数据按③②①排列，得到的二进制数值就是该数据中出错的位，例如第6位出错，那么③②①为110,为十进制数6.当出现两位错误时，这种海明码能够查错，但无法纠错。1.9

典型试题分析本节根据历年考试的情况，精选出5道典型的试题进展分析，这5道试题所考察的知识点根本上覆盖了本章的重要内容，非常具有代表性。例题1设信道带宽为3000Hz,根据奈奎斯特〔Nyquist〕定理，理想信道的波特率为__〔1〕__波特，假设采用QPSK调制，其数据速率应为__〔2〕__,如果该信道信噪比为30dB,那么该信道的带宽约为__〔3〕__.设信道误码率为10-5,帧长为10K比特，过失为单个错，那么帧出错的概率为__〔4〕__.〔1〕A.3000

B.6000

C.12000

D.24000〔2〕A.6Kb/s

B.12Kb/s

C.18Kb/s

D.24Kb/s〔3〕A.10Kb/s

B.20Kb/s

C.30Kb/s

D.40Kb/s〔4〕A.1-〔1-10-5〕10K

B.〔1-10-5〕10KC.10-5×10K

D.〔1-10-5〕×10K例题1分析此题主要考察奈奎斯特与香农定理等知识点的运用。根据奈奎斯特定理：理想低通信道的最高码元传输速率等于2B,3000×2=6000,所以空〔1〕中正确答案是B.当然最好能够理解奈奎斯特定理，涉及的两个变量是波特率和带宽。利用正交相移调制〔QPSK〕，载波可以承载四种不同的相移〔4个码片〕，每个码片又代表2个二进制字节。这种调制方式可使同一载波能传送2比特的信息而非原来的1比特，从而使载波的频带利用率提高了一倍。由上一空知道波特率为6K波特〔波特率〔BaudRate〕：模拟线路信号的速率，也称调制速率，以波形每秒的振荡数来衡量。如果数据不压缩，波特率等于每秒钟传输的数据位数，如果数据进展了压缩，那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率。所以，假设采用QPSK调制，D=Blog2k=6×log24=12Kb/s,即空〔2〕中正确答案是B.由香农定理可以知道，在含噪声的信道中，数据最大传输速率=Wlog2〔1+S/N〕=3K×log21001,得出最大传输速率为30Kb/s.即空〔3〕中正确答案是C.信道误码率为10-5,那么正确率为〔1-10-5〕，帧长为10K比特，整个帧传输正确的概率为〔1-10-5〕10K,帧出错的概率为1-〔1-10-5〕10K.因此空〔4〕中正确答案是A.例题1参考答案〔1〕B

〔2〕B

〔3〕C

〔4〕A例题2与线路交换相比，分组交换最大的优点是__〔5〕__,最大的缺点是__〔6〕__设待传送数据总长度为L位，分组长度为P位，其中头部开销长度为H位，源节点到目的节点之间的链路数为h,每个链路上的延迟时间为D秒，数据传输率为Bb/s,线路交换和虚电路建立连接的时间都为S秒，在分组交换方式下每个中间节点产生d位的延迟时间，那么传送所有数据，线路交换所需时间为__〔7〕__秒，虚电路分组交换所需时间为__〔8〕__秒，数据报分组交换所需时间为__〔9〕__秒。〔[X]表示对X向上取整〕〔5〕A.延迟时间少

B.可进展过失控制C.缓冲区易于管理

D.便于标准化〔6〕A.增大延迟

B.不能实现链路共享C.不能实现速率转换

D.不能满足实时应用要求〔7〕A.hD+L/B

B.S+hD+L/P

C.S+hD+L/B

D.S+L/B〔8〕A.S+〔hd/B+P/B〕*[L/〔P-H〕]B.S+〔hD+P/B〕*[L/〔P-H〕]C.S+[〔h-1〕D+P/B]*[L/〔P-H〕]D.S+[〔h-1〕d/B+hD+P/B]*{L/〔P-H〕}〔9〕A.〔hd/B+P/B〕*[L/〔P-H〕]B.〔hD+P/B〕*[L/〔P-H〕]C.[〔h-1〕d/B+hD+P/B]*[L/〔P-H〕]D.[〔h-1〕d/B+hD+P/B]*[L/P]例题2分析从交换技术的开展看，数据交换经历了电路交换、报文交换、分组交换和综合业务数字交换的开展过程。电路交换就是计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，独占一条物理线路，当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进展通信。在整个通信过程中双方一直占用该电路。它的特点是实时性强，时延小，交换设备本钱较低。但同时也带来线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信等缺点。电路交换比拟适用于信息量大、报文长，经常使用的固定用户之间的通信。报文交换将用户的报文存储在交换机的存储器中。当所需要的输出电路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，它以"存储-转发"方式在网内传输数据。报文交换的优点是中继电路利用率高，可以使多个用户同时在一条线路上传送，可实现不同速率的终端间互通。但它的缺点也是显而易见的。以报文为单位进展存储转发，网络传输时延大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户的需要。报文交换适用于传输的报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，如公用电报网。分组交换实质上是在"存储-转发"根底上开展起来的。它兼有电路交换和报文交换的优点。分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据--分组。每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组。把来自用户发送端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发。到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文。分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。综合业务数字网是集语音、数据、图文、可视等各种业务为一体的网络，适用于不同的带宽要求和多样的业务要求。异步传输模式ATM〔AsynchronousTransferMode〕就是用于宽带综合业务数字网的一种交换技术。ATM是在分组交换根底上开展起来的。它使用固定长度分组，并使用空闲信元来填充信道，从而使信道被划分为等长的时间小段。由于光纤通信提供了低误码率的传输通道，因而流量控制和过失控制便可移到用户终端，网络只负责信息的交换和传送，从而使传输时延减小。所以ATM适用于高速数据交换业务。此题中的线路交换即电路交换，与线路交换相比，分组交换具有网络利用率提高、可进展数据率的转换、可使用优先权、提供点到点的顺序传送和过失控制等优点。数字通信系统的根本任务是高效且无过失地传送数据，但在任何一种通信线路上都不可防止地存在一定程度的噪声，使得接收端接收到的数据和发送端所发送的数据不一致，造成传输过失。在实际应用中，可以采用屏蔽、改善线路和设备的质量、选择合理的调制和编码方式等措施来减少噪声，但不能完全消除噪声的影响，在传输数据时，或多或少总会出现过失。因此，需要采取主动的防范措施，进展过失的检测和纠正，即过失控制。可以认为，与线路交换相比，分组交换的最大优点是可进展过失控制。〔5〕正确选项是B.与线路交换相比，分组交换的最大缺点是增大了延迟。分组的大小和传输时间的长短密切相关，如果把长报文加以分组，可节省传输时间，但是，如果分组分得太小，将增加传输时间。因为分组的报头长度是固定的，分组越多，报头越多，每个节点也需要增加对分组进展处理的时间及分组在节点的排队时间，所以一个报文的分组数越多，延迟也就越大。〔6〕正确选项是A.计算线路交换所需的交换时间应考虑：建立连接时间S,源节点到目的节点之间的链路数h,链路上的延迟时间D,待传输数据所需的传输时间L/B〔L为待传输数据长度，B为数据传输率〕，因此所需的交换时间为S+hD+L/B.〔7〕正确选项是C.计算虚电路分组交换所需的交换时间应考虑：建立连接时间S,源节点到目的节点之间的链路数h,中间节点产生的延迟时间d,链路上的延迟时间D,数据传输率B,待传输数据长度L,分组长度P,报头长度H,因此所需的交换时间为S+[〔h-1〕d/B+hD+P/B]×[L/〔P-H〕].〔8〕正确选项是D.计算数据报分组交换所需的交换时间应考虑：源节点到目的节点之间的链路数h,中间节点产生的延迟时间d,数据传输率B,链路上的延迟时间D,待传输数据长度L,分组长度P,报头长度H,因此所需的交换时间为[〔h-1〕d/B+hD+P/B]×[L/〔P-H〕].〔9〕正确选项是C.例题2参考答案〔5〕B

〔6〕A

〔7〕C

〔8〕D

〔9〕C例题3关于各种无屏蔽双绞线〔UTP〕的描述中，正确的选项是__〔10〕__.关于多模光纤的描述中，错误的选项是__〔11〕__.〔10〕A.3类双绞线中包含3对导线B.5类双绞线的特性阻抗为500ΩC.超5类双绞线的带宽可以到达l00MHzD.6类双绞线与RJ45接头不兼容〔11〕A.多模光纤的芯线由透明的玻璃或塑料制成B.多模光纤包层的折射率比芯线的折射率低C.光波在芯线中以多种反射路径传播D.多模光纤的数据速率比单模光纤的数据速率高例题3分析此题主要考察传输介质的根本知识。双绞线是综合布线工程中最常用的一种传输介质。双绞线由两根具有绝缘保护层的铜导线组成。把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，可降低信号干扰的程度，每一根导线在传输中辐射的电波会被另一根线上发出的电波抵消。EIA/TIA为无屏蔽双绞线电缆定义了各种不同质量的型号。〔1〕1类线主要用于传输语音〔一类标准主要用于八十年代初之前的线缆〕，不用于数据传输。〔2〕2类线传输频率为1MHz,用于语音传输和最高传输速率4Mbps的数据传输，常见于使用4Mbps标准令牌传递协议的旧的令牌网。〔3〕3类线指目前在ANSI和EIA/TIA568标准中指定的电缆。该电缆的传输频率为16MHz,用于语音传输及最高传输速率为10Mbps的数据传输，主要用于10base-T.〔4〕4类线该类电缆的传输频率为20MHz,用于语音传输和最高传输速率16Mbps的数据传输，主要用于基于令牌的局域网和10base-T/100base-T.〔5〕5类线该类电缆增加了绕线密度，外套一种高质量的绝缘材料，传输频率为100MHz,用于语音传输和最高传输速率为100Mbps的数据传输，主要用于100Base-T和10Base-T网络，这是最常用的以太网电缆。〔6〕超5类与5类双绞线相比，超5类双绞线的衰减和串扰更小，可提供更坚实的网络根底，满足大多数应用的需求〔尤其支持千兆位以太网1000Base-T的布线〕，给网络的安装和测试带来了便利，成为目前网络应用中较好的解决方案。原标准规定的超5类线的传输特性与普通5类线的一样，只是超5类双绞线的全部4对线都能实现全双工通信。不过，这一段时间里超5类双绞线已超出了原有的标准，市面上相继出现了带宽为125MHz和200MHz的超5类双绞线，其特性较原标准也有了提高，据有关材料介绍，这些超5类双绞的传输距离已超过了100m的界限，可到达130m甚至更长。超5类双绞线的主要用武之地是千兆位以太网环境。〔7〕6类线该标准规定布线应到达200MHz的带宽，可以传输语音、数据和视频，足以应付未来