复习知识点：物理层 （1）--- 通信基础

1. 基本概念

串行传输：1比特1比特地按照时间顺序传输（远距离通信通常采用串行传输）
并行传输：若干比特通过多条通信信道同时传输（用于计算机内部数据传输）

模拟信号（数据）：连续变化的信号（数据）
数字信号（数据）：取值仅允许为有限的几个离散数值的信号（数据）

码元：指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲）表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元。1码元可以携带若干比特地信息量。

4 进制码元 -> 4种高低不平的信号波形 ->1码元有4个有效离散值-> 00, 01, 10, 11 -> 1码元携带2bit

16 进制码元 -> 16种高低不平的信号波形 ->1码元有16个有效离散值 -> 0000 0001, 0010, 0011 ,… 1111 -> 1码元携带4bit(log2 16)

码元传输速率：又称“波特率”，也叫调制速率、波形速率，或者符号速率。它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数。

信息传输速率：又称“比特率”，它表示单位时间内数字通信系统所传输的比特数，单位是比特/秒。

若一个码元携带n比特的信息量，则信息传输速率是波特率（假设是M）的n倍，则信息传输速率是Mn比特/秒。

1.1 有关例题：

1.某信道的波特率为 1000 Baud，若令其数据传输速率达到 4kb/s，这一个信号码元所取的有效离散值个数为（ ）

答案是：16。比特率是波特率的4倍，那么1码元就携带了4bit，则离散值个数有 2^4 = 16个

2.已知某信道的信号传输速率为64kb/s，一个载波信号码元有4个有效离散值，则该信道的波特率为（）

答案是： 32kBaud。 4个有效离散值，则是00,01,10,11，那么一码元就携带了2bit，则波特率 = 64k/2。

2. 电路交换、报文交换和分组交换

电路交换（Circuit Exchanging）：两个节点之间必须先建立一条专用（双方独占）的物理通信路径，该路径可能经过许多中间节点。电路交换技术分为3个阶段：连接建立、数据传输、连接释放。

报文交换（Message Exchanging）：数据交换的单位是报文，报文携带目标地址、源地址等信息。报文交换在交换节点采用的是存储转发方式。

报文：是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。如：一个文件，一条语音等等。

分组交换（Packet Exchanging）：同报文交换一样，也采用了存储转发方式，但解决了报文交换中大报文传输的问题。分组交换限制了每次传送的数据块大小的上限，把大的数据块划分为合理的小数据块，再加上一些必要的控制信息（如源地址、目的地址和编号信息等），构成分组。

可以理解为：分组交换和报文交换没有太多不同，只是报文交换中传输一整个报文，而分组交换中将要传输的一整个报文分组了而已。报文交换现在较少使用，通常被分组交换所取代。

下面解释一下关于报文交换和分组交换中的中间设备要做的事：

1. 每个结点收下报文（分组）后，暂存报文（分组）并检查有无差错
2. 当需要的输出电路空闲时，利用路由信息找到下一个结点地址，传递给下一个结点。

从上面我们可以看出，相比于电路交换，报文交换和分组交换多了中间设备存储转发的时间，而电路交换多了建立连接的时间。

2.1 如何计算分组交换的传输时延

如下图：

以此类推，直到最后一个分组传输到B主机。如果按这种规律去想可能有点难，不妨换个思路：

当最后一个分组传输完成标志着传输结束。那么我只需要计算最后一个分组什么时候到B主机即可。

注意：最后一个分组想推送到链路上是要等前面的所有分组被推送到链路上之后。

最后一个分组要花的时间 = 第一个分组从主机A内推送到链路的时间直到最后一个分组推送到链路的时间（其实就是：整个报文的长度/数据传输速率） + m个中间设备存储转发最后一个分组的时间（分组长度/数据传输速率 * m）

2.2 相关例题

1。

分组中的data = 1000B - 20B = 980B，有980000/980 = 1000个分组。

注意：要发送的总报文长度不再是980000B，因为每一个分组都加上了20B的头部，总共要发的报文长度是：1000*1000 = 10^6 B。还要注意单位，1B = 8 bit。

求至少的时间，那么就是直走，经过两个中间设备。下面计算时间。

根据：总时间 = 整个报文的长度/数据传输速率+分组长度/数据传输速率 * m（m个设备）

整个报文的长度/数据传输速率 = 10^6 * 8 / (100 * 10 ^6) = 0.08 s = 80ms

分组长度/数据传输速率 * m = 1000 * 8 / (100 * 10 ^6) * 2 = 16 * 10 ^ -5 s = 0.16ms

总时间 = 80ms + 0.16ms = 80.16ms，选C。

2.。

报文交换时间 = 一整个报文从主机甲推送到链路的时间 + 一整个报文经过路由器的时间

8*10^6 / (10 * 10 ^6) + 8 * 10^6 / (10 * 10 ^6) = 1.6s = 1600ms

分组交换时间 = 8*10^6 / (10 * 10 ^6) + 10 * 10^3 / (10 * 10 ^6) = 0.8s + 0.001s = 801ms 。

选D