Examen de ingreso de posgrado 2024 408-Red informática Capítulo 2-Notas de estudio de la capa física

Prefacio

Primero comprenda los fundamentos del nivel superior y luego aprenda la estructura del nivel inferior.

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1. Conceptos básicos de comunicación

1.1 Conceptos básicos de la capa física

1.1.1 Comprender la capa física

El propósito de la capa física : resolver cómo transmitir flujos de bits de datos en medios de transmisión que conectan varias computadoras , en lugar de medios de transmisión específicos.

La tarea principal de la capa física : confirmar algunas características relacionadas con la interfaz de los medios de transmisión y definir estándares .

Estándares definidos en la vida real : los enchufes de la regleta son de tres y dos hilos; la interfaz del cable de red detrás del enrutador también es la misma

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1.1.2 Comprender las cuatro características de la interfaz de la capa física

Enumere las características definidas por la capa física : debe poder distinguir las características al elegir el examen

1. Características mecánicas : Definir las características de la conexión física y estipular las especificaciones, forma de la interfaz, número de cables, número de pines y disposición utilizada en la conexión física .

2. Características eléctricas : estipula el rango de voltaje, adaptación de impedancia, velocidad de transmisión y limitaciones de distancia de la señal en la línea cuando se transmiten bits binarios.

Por ejemplo, características eléctricas: una determinada red estipula en la capa física que el nivel de señal está representado por +10v ~ +15v para representar el 0 binario, y -10v ~ -15v se usa para representar el 1 binario. La longitud del cable es Limitado a 15 m.

• donde nivel es rango .

3. Características funcionales : Indica el significado de un determinado nivel que aparece en una determinada línea y el propósito de la línea de señal del componente de interfaz.

Ejemplo: describa el significado de un pin de interfaz de capa física cuando está en un nivel alto.

Nota: Es fácil confundir las características eléctricas y las características funcionales. En las características eléctricas, lo eléctrico representa un rango, mientras que las características funcionales representan un cierto significado de nivel.

4. Características de los procedimientos : Las características del proceso definen los procedimientos de trabajo y las relaciones de tiempos de cada línea física.

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1.2 Conocimientos básicos de comunicación de datos.

1.2.1 Modelos típicos de comunicación de datos y términos relacionados

Caso : el host A envía un mensaje de texto al host B. El proceso de transferencia de datos intermedia es el siguiente

La tarjeta de red de la computadora envía una señal digital , que el módem convierte en una señal analógica y luego la transmite en el canal analógico de la red de área amplia, y luego el módem la modula en una señal digital y la transmite a la otra parte. tarjeta de red de computadora.

De hecho, cada uno de los dispositivos anteriores tiene sus correspondientes términos profesionales :

• 信源Es el anfitrión emisor.
• 调制解调器Es el transmisor.
• La red telefónica pública es 传输系统.
• La parte de la derecha que se utiliza para convertir analógico a digital se llama demodulador 接收器.
• 信宿es el host objetivo.

Podemos formar nuevos sustantivos combinando los sustantivos correspondientes :

• 源系统: Fuente + generador.
• 传输系统: Sigue siendo un sistema de transmisión.
• 目的系统: Receptor + fregadero.

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1.2.2 Terminología relacionada con la comunicación de datos

El objetivo de la comunicación : transmitir información.

① 消息: Voz, texto, imagen, vídeo, etc.

② 数据data: Una entidad que transmite información, generalmente una secuencia significativa de símbolos.

③ 信号: La manifestación eléctrica/electromagnética de los datos es la forma en que existen los datos durante el proceso de transmisión.

¿Cómo viajan los datos binarios a través del océano para encontrar su extremo receptor?

• Estos datos binarios deben convertirse en señales, es decir, la representación eléctrica o electromagnética de los datos es la forma en que existen los datos durante el proceso de transmisión. El formato incluye señal digital/señal discreta, señal analógica/señal continua.
• 数字信号/离散信号: Los valores que representan los parámetros del mensaje son discretos y nerviosos.
• 模拟信号/连续信号: El valor del parámetro que representa el mensaje es continuo y es una imagen continua sin saltos obvios.

El mensaje que transmitimos es lo que realmente queremos decir; los datos son la computadora que traduce el mensaje a un lenguaje que la computadora puede entender, es decir, una secuencia significativa de símbolos, como la secuencia del número binario 01; poner los datos en el enlace o en Existe en forma de señal .

Nota : Si la señal existe en forma de señal digital o analógica, depende de cuál sea el canal. Si es un canal analógico, entonces solo se pueden permitir el paso de señales analógicas. Si es un canal digital, entonces pueden ser señales digitales.

④ 信源: La fuente de generación y envío de datos.

⑤ 信道: Medio de transmisión de señal. Generalmente se utiliza para representar un medio que transmite información en una determinada dirección, por lo que una línea de comunicación suele contener un canal de envío y un canal de recepción.

• Los canales son direccionales. Si me envías datos, habrá un canal de envío. Si te envío datos, también habrá un canal de envío.

Los canales se clasifican de la siguiente manera :

• Por ejemplo, se pueden ver y tocar los medios de transmisión de señales en cables de red, fibras ópticas y cables coaxiales 无线信道.有线信道

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1.2.3 Tres cuestiones a considerar al diseñar un sistema de comunicación de datos:

Pregunta 1: ¿Utiliza comunicación simplex/semidúplex/dúplex completo?

Desde la perspectiva de los métodos de comunicación de interacción de información entre las dos partes, existen tres métodos básicos :

Ejemplo vívido:

1.: 单工通信Solo hay comunicación en una dirección sin interacción en la dirección opuesta, y solo se requiere un canal.

2 半双工通信/双向交替通信.: Ambas partes de la comunicación pueden enviar o recibir información, pero ninguna puede enviar y recibir al mismo tiempo, se requieren dos canales.

3 全双工通信/双向同时通信.: Ambas partes que se comunican pueden enviar y recibir información al mismo tiempo, y también se requieren dos canales.

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Pregunta 2: ¿Utiliza comunicación en serie/comunicación en paralelo?

Los métodos de transmisión de datos se dividen en : transmisión en serie y transmisión en paralelo.

串行传输: envía el número binario de 8 bits que representa un carácter en orden del bit bajo al bit alto.

并行传输: envía un número binario de 8 bits que representa un carácter a través de 8 canales al mismo tiempo.

Comparación de las características de serie y paralelo :

• Características de serie: baja velocidad, bajo costo, adecuado para largas distancias.
• Características paralelas: rápido, elevado coste, apto para distancias cortas.

**¿Qué opinas sobre el costo? **Por ejemplo, la misma distancia requiere solo un canal para serie, mientras que el paralelo anterior requiere 8 canales, por lo que el costo de las funciones en serie es bajo y el costo de paralelo es alto.

Aplicación: ① La transmisión paralela se utiliza para la transmisión de datos dentro de la computadora; ② La transmisión paralela se utiliza para la transmisión de datos dentro del chip del circuito integrado, entre componentes de la misma placa enchufable y en el mismo chasis. ③La interfaz de la impresora también es un puerto paralelo.

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Pregunta 3: ¿Utiliza comunicación sincrónica/comunicación asincrónica?

① 同步传输: En el modo de transmisión síncrona, los datos se transmiten en unidades de un bloque de datos, por lo que la transmisión síncrona también se denomina transmisión en bloque.

Regla : al transmitir datos, primero se deben enviar uno o más caracteres de sincronización y luego se envía todo el lote de datos. Sincronización de reloj implementada de un remitente y un receptor.

Por ejemplo : si bailamos en pareja, tú y yo necesitamos estar sincronizados para bailar al ritmo.

② 异步传输: La transmisión asincrónica divide los bits en pequeños grupos para la transmisión. Un grupo pequeño puede ser un carácter de 8 bits o más.

Reglas : El remitente puede enviar estas matrices de bits en cualquier momento y el receptor no sabe cuándo llegarán. Al transmitir datos, agregue un bit inicial de carácter y un bit final de carácter.

¿Es necesario sincronizar también la transmisión asíncrona? ¿Por qué también es necesario sincronizar la transmisión asincrónica?

• El proceso de comunicación por computadora es en realidad similar a hacer una llamada telefónica. También debe confirmar su identidad después de marcar el teléfono y luego ingresar al estado de llamada. Durante la llamada, es razonable que el hablante diga claramente cada palabra y luego Termina cada frase. Si haces una pausa, la otra persona tendrá que adaptarse a la velocidad de habla del hablante y comprender cada palabra que dice. Utilice el tono y las pausas del otro hablante para determinar cuándo comienza y termina la siguiente oración. (Este es un problema de sincronización que las personas deben lograr al hablar)
• Lo mismo ocurre con las comunicaciones informáticas, que se dividen principalmente en transmisión síncrona y transmisión asíncrona.

La diferencia con la sincronización : para la transmisión asincrónica, el extremo emisor no envía estos bytes continuamente, sino que envía un byte de vez en cuando, de forma intermitente (por lo que se dice que es asincrónico, pero en realidad también debe ser sincrónico). enviando caracteres El orden de los números de bits también debe ser sincrónico, solo significa que el período de tiempo de envío no es continuo).

Para el bit de inicio y el bit de parada de la transmisión asíncrona : el bit de inicio y el bit de parada son 0 y 1 de forma predeterminada. Cada vez que la información se transmite de forma asincrónica, comenzará con dicho bit de inicio. Cuando este bit de inicio llegue al extremo receptor, el extremo receptor sabrá que los datos han llegado. Luego, cuando el extremo receptor reciba los bits de datos almacenados en caché de este bit de inicio , recibirá los datos, baja y podrás recibir los datos posteriores. Luego se recibirá el bit de parada y también se recibirá un nivel alto de 1 para el bit de parada. Luego espere a que se envíe el nuevo bit inicial para continuar el ciclo.

Caso práctico : Escribimos algunos números al azar en el teclado y la tecla que se presiona es aleatoria, entonces el proceso de procesamiento de esta tecla por parte de la computadora es en realidad una transmisión asincrónica.

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1.2.4, elemento de código

1.2.4.1 ¿Comprender los elementos del código y qué son los elementos del código? (elemento de código k-ario)

码元: Se refiere al uso de una forma de onda de señal de duración fija (pulso digital) para representar la forma de onda básica de diferentes valores discretos. Es la unidad de medida de las señales digitales en la comunicación digital. La señal dentro de esta duración se llama símbolo k-ario, y la duración se llama ancho de elemento de código. Cuando hay M estados discretos de un elemento de código (M es mayor que 2), el elemento de código es un elemento de código M-ario.

Proceso de envío : El host A y el host B envían un mensaje. El mensaje primero se convertirá en un flujo de bits, que se expresa en forma binaria 0 y 1. Luego, en este momento se envía un nivel alto, que se expresa como 1, y un nivel bajo se expresa como 0. Al mismo tiempo, lo mismo ocurre con el host B cuando se recibe. Si la transmisión es de alto nivel, entonces es 1. Si la transmisión es de bajo nivel, entonces es 0.

• Las señales digitales se transmiten a través de niveles altos y bajos.

**¿Qué es un elemento de código? **La pequeña sección (línea horizontal roja) en la imagen siguiente es un elemento de código. La duración de este período es el ancho del elemento de código.

¿Qué es un elemento de código decimal?

• Cuando hay m estados discretos de un elemento de código, el elemento de código es un elemento de código M-ario.

Por ejemplo, la siguiente forma de onda de señal digital tiene sólo dos estados, uno bajo y otro alto, que son símbolos binarios :

Nota : un símbolo puede contener varios bits de información.

• Por ejemplo, cuando se utilizan símbolos binarios, solo hay dos símbolos diferentes, uno que representa el estado 0 y el otro que representa el estado 1. 1 símbolo lleva 1 bit de información.

En este momento surge una pregunta: si es un elemento de código cuaternario, ¿cuántos se pueden llevar en un elemento de código?

• Razonamiento: Elemento de código cuaternario -> hay 4 estados discretos del elemento de código -> 4 formas de onda de señal alta y baja diferentes 00, 01, 10, 11. Entonces un símbolo puede contener dos bits de información.

¿Qué pasa si es un elemento de código hexadecimal?

• Razonamiento: elemento de código hexadecimal -> hay 16 estados discretos del elemento de código -> 16 formas de onda de señal alta y baja diferentes, luego 1 elemento de código transporta 4 bits de información.

Conclusión : si es un símbolo K-ario, entonces hay K estados discretos y K formas de onda de señal con diferentes niveles. Al mismo tiempo, un símbolo transporta log ₂ K bits de información.

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1.2.4.2 Dos métodos de expresión para la velocidad de transmisión de datos de un sistema de comunicación digital (velocidad de transmisión de símbolos, velocidad de transmisión de información)

La velocidad de transmisión de datos se refiere a un indicador de rendimiento en los sistemas de comunicación digital.

1)码元传输速率 : Aliado por velocidad de símbolos, velocidad de forma de onda, velocidad de modulación, velocidad de símbolos, etc., representa el número de símbolos transmitidos por el sistema de comunicación digital por unidad de tiempo (también se le puede llamar número de pulsos o número de señal). cambios).

• Los puntos a tener en cuenta sobre el número de cambios de señal son: si dos bits consecutivos son de nivel bajo, también se registrarán en el número de cambios de señal. De hecho, de la siguiente manera, para el mismo nivel bajo, se puede considerar como cambiando de un símbolo a otro. El elemento del código también ha cambiado.
• 

Unidad : Baudios, la abreviatura es B. No confunda byte B con byte B. 1 baudio representa un momento en el que un sistema de comunicación digital transmite 1 símbolo por segundo.

Describa brevemente la velocidad de transmisión del elemento de código : en realidad, es cuántos elementos de código se transmiten en 1 segundo.

Ejemplo de cálculo : si se transmiten 4800 símbolos en 2 segundos, ¿cuál es la velocidad de transmisión de los símbolos? 4800 / 2 = 2400 símbolos/s.

Las señales digitales se dividen en sistemas poliarios y binarios, pero la tasa de elementos de código no tiene nada que ver con el número del sistema y solo está relacionada con la longitud del elemento de código T.

• La longitud de este elemento de código T se refiere a la longitud del siguiente segmento corto.
• 

La fórmula para la tasa de elementos de código :

• R _B se refiere a la velocidad del elemento de código, T se refiere a la longitud del elemento de código y B es Baud.

2)信息传输速率 : Velocidad de información de alias, velocidad de bits, etc., que indica el [número de símbolos binarios (es decir, número de bits)] transmitidos por el sistema de comunicación digital por unidad de tiempo, y la unidad es bits/segundo (b/ s).

Tenga en cuenta que aquí surge una pregunta: ¿Por qué el número de símbolos binarios es igual al número de bits?

• Los elementos de código binario tienen 2 estados discretos, por lo que 1 elemento de código transporta un bit de datos. Si es un elemento de código de 4 arios, entonces 1 elemento de código tiene 2 bits, ¡lo cual no es equivalente! ¡Principalmente por esta razón! ! !

Describa brevemente la velocidad de transmisión de información : cuántos bits se transmiten por segundo.

Relación : Si un símbolo transporta n bits de información, la velocidad de transmisión de información correspondiente a la velocidad de transmisión del símbolo de M Baudios es M xn bit/s.

• Por ejemplo: en este momento, la velocidad de transmisión del elemento de código es 2 B/s. Tenga en cuenta que B aquí se refiere a baudios. En este momento, le dice a 1 que un elemento de código transporta dos bits de información. ¿Cuál es la velocidad de transmisión de información? ¿en este momento? 2 x 2B = 4B/s.

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Pregunta 1 (tasa de transmisión de elementos de código y tasa de transmisión de información)

Tema :

Análisis :

Esta pregunta examina la relación entre símbolos y bits y ¿qué representan respectivamente la velocidad de transmisión de información y la velocidad de transmisión de símbolos?

• Un elemento de código se puede expresar como varios bits. Esto depende del elemento de código decimal. Si es un elemento de código de K dígitos, entonces un elemento de código significa que lleva log ₂ K bits.
• La tasa de transmisión de elementos de código se calcula calculando cuántos elementos de código se transmiten en un segundo.
• La tasa de transferencia de información es un cálculo de cuántos bits se transmiten en un segundo.

Después de comprender los conceptos básicos anteriores, hagamos los cálculos en este momento.

Para resolver la primera pregunta, la velocidad de transmisión de elementos de código del sistema cuaternario: 8000 elementos de código se transmiten en 4 segundos, luego 2000 elementos de código se transmiten en 1 segundo y luego la velocidad de transmisión de elementos de código es 2000 B/ s .

• Tenga en cuenta que B aquí se refiere a baudios, no a bytes. Generalmente, bytes no se utilizan para expresar la velocidad de transmisión.

Para resolver la segunda pregunta, la velocidad de transmisión de información del sistema cuaternario: debido al elemento de código cuaternario, 1 elemento de código tiene 2 bits, por lo que la velocidad de transmisión de información es 4000b/s .

• La b aquí es un poco.

Para resolver la tercera pregunta, velocidad de transmisión del elemento de código hexadecimal: 1200B/s .

Para resolver la cuarta pregunta, velocidad de transmisión de información hexadecimal: elemento de código hexadecimal, luego 1 elemento de código transporta 4 bits de datos, luego la velocidad de transmisión de información es 4800b/s .

Para resolver la quinta pregunta: si desea saber qué velocidad de transmisión del sistema es más rápida, generalmente se compara la velocidad de transmisión de información, es decir, la cantidad de bits transmitidos por segundo, por lo que la velocidad de transmisión del sistema de comunicación con código hexadecimal elementos en la pregunta es más rápido.

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Pregunta 2 (la velocidad de transmisión del elemento de código impulsa la velocidad de transmisión de información)

Tema :

Análisis:

Elemento de código octal, un elemento de código transporta 3 bits binarios de datos. Dado que la velocidad de transmisión es 1600 B, donde B se refiere a baudios, que es el número de elementos de código, entonces la velocidad de transmisión de información convertida es 3 x 1600 = 4800 b/ s .

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Pregunta 3 (La velocidad de transmisión de información aumenta la velocidad de transmisión de elementos de código)

Tema :

Análisis :

Información digital cuaternaria, entonces 1 símbolo representa 2 bits de datos. Dado que la velocidad de transmisión de la señal es 2400 b/s, entonces la velocidad de transmisión del símbolo es 1200 B/s , simplemente conviértala.

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1.2.5 Ancho de banda (incluidos analógico y digital)

El ancho de banda generalmente describe el rendimiento óptimo del canal, que incluye el ancho de banda de la señal analógica y el ancho de banda de la señal digital (el ancho de banda de la señal digital generalmente se calcula en la red):

1. En sistemas de señal analógica : cuando la frecuencia de la señal de entrada es alta o baja hasta un cierto nivel, la potencia de salida del sistema se denomina promedio de la potencia de entrada, es decir, -3 dB. La diferencia entre la frecuencia más alta y la frecuencia más baja representa el ancho de banda de banda de paso del sistema.

• Explicación simple: la diferencia entre la frecuencia más alta y la frecuencia más baja.

Unidad: 赫兹（Hz）.

2. En equipos digitales : Indica la " velocidad de datos más alta " que puede pasar de un punto de la red a otro punto en una unidad de tiempo o el número de enlaces que pasan en una unidad de tiempo. A menudo se utiliza para indicar que las líneas de comunicación de la red puede transmitir datos Capacidad.

Unidad: 比特每秒（bps），b/s.

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momento del mapa mental

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1.3 Criterio de Nye y teorema de Shannon (investigación y cálculo)

1.3.1 Criterio de Nye

1.3.1.1 Comprender la distorsión y los factores que la afectan

La distorsión se refiere a la pérdida de autenticidad, en las redes informáticas se refiere principalmente a la señal, cuando se transmite a sí misma, es decir, la señal se distorsiona y cambia al principio.

Las siguientes son dos situaciones:

Caso 1: Distorsionado pero identificable

Caso 2: La distorsión es demasiado grande para ser reconocida.

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Los factores que afectan el grado de distorsión son los siguientes :

1. 码元传输速率: Si la velocidad de transmisión de símbolos es demasiado rápida, el programa que causa distorsión de la señal será más grave.

2. 信号传输距离: Cuanto más lejos esté la transmisión de la señal, más tiempo decaerá y más durará la interferencia.

3. 噪声干扰: Cuanta más interferencia de ruido, más fácil será que la señal se distorsione.

4 传输媒体质量.: Cuanto peor sea la calidad del medio de transmisión, más grave será la distorsión de la forma de onda recibida en el extremo receptor.

Las tres primeras son correlaciones positivas y la última son correlaciones negativas.

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1.3.1.2 ¿Qué es la diafonía entre códigos?

Distorsión Existe un fenómeno de distorsión muy importante, el fenómeno que se deriva del criterio de Nye en el examen de ingreso a posgrado se llama diafonía entre códigos .

Varios escenarios para los siguientes anchos de banda de canal :

• Hertz se refiere al número de vibraciones en un segundo.

Se puede ver que 200 HZ y 4000 HZ no pueden pasar, en este momento el Hz más alto que puede pasar es 3300 HZ y el Hz más bajo es 300 HZ.

El ancho de banda del canal es la diferencia entre la frecuencia más alta y la frecuencia más baja que el canal puede pasar. Eso es 3300 Hz - 300 Hz = 3000 Hz.

**¿Por qué no pueden pasar 200 HZ?¿Cuál es el motivo? **Debido a que la frecuencia de vibración es demasiado baja, es muy fácil recibir atenuación y pérdida durante el proceso de transmisión en líneas telefónicas muy complejas, lo que en última instancia conduce a la pérdida final de atenuación y a la imposibilidad de pasar.

**¿Por qué no pueden pasar los 4000 HZ? **Debido a que la frecuencia de vibración es demasiado rápida, no podremos distinguir la diferencia entre sus formas de onda en el extremo receptor al recibir.

Las dos situaciones anteriores conducirán al fenómeno de diafonía entre códigos .

码间串扰: Se refiere al fenómeno de que la forma de onda de la señal recibida por el extremo receptor pierde los límites claros entre los símbolos .

• Si la frecuencia es rápida, entonces la velocidad de transmisión del elemento de código es rápida. La velocidad de transmisión real del elemento de código corresponde a la frecuencia de la señal. Para las redes de computadoras, significa que la velocidad de transmisión del elemento de código es demasiado rápida, lo que resulta en límites poco claros entre los símbolos. 码间串扰No está claro si es 0 o 1.

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1.3.1.3 Solución a la diafonía entre códigos: criterio de Nye

Para solucionar este problema 码间串扰surgió un muy buen criterio: el criterio de Nyquist (teorema de Nyquist)

Criterio de Nye: en condiciones ideales de paso bajo (ruido, ancho de banda limitado), para evitar la diafonía entre símbolos, la velocidad límite de transmisión de símbolos [observe el símbolo] es 2 W baudios, W es el ancho de banda del canal, la unidad es Hz.

• El criterio de Nyquist es un teorema deducido por Nyquist en 1924.
• 理想传输环境: No hay ruido en el canal y no se verá afectado por el mundo exterior.
• 低通: El ancho de banda es limitado. (El canal tiene un ancho de banda. El ancho de banda se refiere a la diferencia entre la frecuencia más alta y la frecuencia más baja. Entonces todas las señales inferiores a la frecuencia más alta pueden pasar, por lo que se dice que pueden pasar las señales inferiores a la frecuencia más alta ) .

Regulaciones : La velocidad de transmisión del elemento de código no puede ser infinita, debe haber un límite superior, y este límite superior se puede deducir mediante la ecuación de Neighbor, que es 2W.

Nota : El ancho de banda del canal se medía anteriormente en bits por segundo, pero cabe señalar que la unidad de ancho de banda en el criterio de Nye y el teorema de Shannon es Hertz (Hz) .

• Si la pregunta es cuántos Hertz es el ancho de banda del canal, entonces debes pensar en usar estas dos fórmulas para encontrarlo.

La razón por la cual el límite de velocidad de transmisión del elemento de código está estipulado en 2W, los siguientes son ejemplos de velocidades de transmisión lentas y rápidas :

Velocidad de transmisión lenta: en este momento, la señal es muy clara cuando la ve y el extremo receptor puede distinguir claramente los límites de los elementos de código 0, 1, 0 y 1 e identificar cada elemento de código.

Velocidad de transmisión rápida: si la frecuencia es demasiado rápida, el extremo receptor no podrá distinguirlos en absoluto y no habrá límites claros entre ellos, por lo que no se podrá lograr el propósito de identificar cada símbolo.

1.3.1.4 Calcule la velocidad de transmisión de datos final (velocidad de transmisión de elementos de código limitados) utilizando la fórmula de Nye

En el examen de ingreso de posgrado, para confundir los puntos de conocimiento, también se buscan la velocidad de datos límite asíncrona y la velocidad de transmisión límite, lo que hace que el teorema de Nye parezca muy similar al teorema de Shannon, pero cabe señalar que el enfoque de los dos es diferente.

• Criterio de Nye: sólo existe un límite superior para la velocidad de transmisión del elemento de código.
• Teorema de Shannon: Lo que realmente limita la velocidad de transmisión de información es que existe un límite superior.

¿Cómo encontrar la velocidad de datos límite utilizando el criterio de Nye?

• V se refiere al número de niveles discretos del símbolo. Por ejemplo, si hay cuatro estados de forma de onda en la señal, entonces hay cuatro símbolos correspondientes. En este caso, V es 4.
• W se refiere al ancho de banda, donde la unidad de ancho de banda es Hertz.

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1.3.1.5 Cuatro conclusiones del criterio de Nye

1. En cualquier canal, la velocidad de transmisión del elemento de código tiene un límite superior . Si la velocidad de transmisión excede este límite superior, se producirán graves problemas de diafonía entre símbolos, lo que hará imposible que el extremo receptor identifique completamente correctamente los símbolos.

2. Cuanto más amplia sea la banda de frecuencia del canal (es decir, más componentes de alta frecuencia de la señal pueden pasar), mayor será la velocidad que se podrá utilizar para una transmisión efectiva de símbolos.

• La banda de frecuencia en realidad se refiere a la W en la fórmula. Cuanto mayor sea esta W, mayor será la velocidad de transmisión de datos final obtenida por toda la fórmula.
• ¿Por qué cuanto más amplia es la banda de frecuencia, más componentes de alta frecuencia de la señal pueden pasar? Cuanto más amplia sea la banda de frecuencia, mayor será la diferencia entre la frecuencia más alta y la frecuencia más baja del canal, y cuanto más ancha sea, más frecuencias altas pasarán por el canal correspondiente.

3. El criterio de Nye da un límite a la velocidad de transmisión de elementos de código , pero no pone un límite a la velocidad de transmisión de información.

4. Dado que la velocidad de transmisión de símbolos está restringida por el criterio de Nye, para aumentar la velocidad de transmisión de datos, debemos intentar que cada símbolo transporte más bits de información [en realidad, aumentando la variable V en la fórmula], lo que requiere una método de multimodulación.

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1.3.1.6 Ejercicios de cálculo del criterio Nye

Análisis :

Hay cuatro fases y cuatro amplitudes en la pregunta, por lo que la modulación de dirección y la modulación de amplitud deben combinarse, lo que corresponde a 4x4 = 16 tipos de elementos de código, y V es 16 en este momento.

La pregunta da un ancho de banda de 3kHz, por lo que W es 3k.

Luego aplique la fórmula directamente: Velocidad máxima de transferencia de datos = 2 x 3k x 4 = 24kb/s

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1.3.2 Teorema de Shannon

1.3.2.1 Introducir el teorema de Shannon

Explicación : El criterio de Nye solo estipula la tasa de transmisión de símbolos límite más alta, mientras que el teorema de Shannon estipula la tasa de bits, es decir, la tasa de transmisión de bits más alta.

El teorema de Shannon no sólo define la velocidad límite de transmisión de bits transmitidos en el canal, sino que también tiene en cuenta la interferencia electromagnética que realmente existe en el canal , es decir, el impacto del ruido.

El ruido existe en todos los equipos electrónicos y canales de comunicación. Dado que el ruido se genera aleatoriamente, su valor instantáneo a veces puede ser muy grande. Por lo tanto, el ruido puede causar errores en el juicio de los símbolos por parte del receptor, pero el impacto del ruido es relativo . La señal es fuerte, entonces el impacto del ruido es relativamente pequeño . Por eso 信噪比es muy importante.

• En cuanto a entender que si la señal es fuerte, entonces el impacto del ruido es relativamente pequeño, tomemos un ejemplo real: un estudiante de alto rendimiento y un estudiante de bajo rendimiento están en clase en el aula. Si no hay sonido de los estudiantes A continuación, y la voz de enseñanza del maestro es muy fuerte en este momento, entonces afectará a los estudiantes .
• En este ejemplo, la señal es el sonido de la conferencia del profesor y el ruido es el chirrido. Si la señal es lo suficientemente fuerte como para anular el ruido, entonces el impacto del ruido será relativamente pequeño en este momento.

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1.3.2.2 Comprender el teorema de Shannon y la fórmula de cálculo (limitar la velocidad de transmisión de información)

信噪比: La potencia promedio de la señal/potencia promedio del ruido , a menudo registrada como S/N, y el decibelio (dB) se utiliza como unidad de medida.

• En general, la relación señal-ruido se dará directamente en el tema.

Otra forma de escribirlo (similar a la notación científica): relación señal-ruido (dB) = 10 log ₁₀ (S/N) .

• Los valores son equivalentes, pero difieren en la representación.

En el examen real, necesitamos ver claramente si los dB se dan en unidades o si se dan como una proporción sin unidades.

香农定理: En un canal ruidoso y con ancho de banda limitado, para evitar errores, la velocidad de transmisión de datos de la información tiene un límite superior.

• Este valor límite superior se encuentra en la fórmula de definición de Shannon.

La fórmula definitiva para la velocidad de transmisión de datos del canal :

Si la relación señal-ruido en la pregunta es 1000 y no hay unidad, entonces simplemente sustitúyala directamente; si la relación señal-ruido es 30 dB, entonces necesita usar esta fórmula para encontrar S/N y luego llévelo a esta fórmula para el cálculo.

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1.3.2.3 Cinco corolarios principales del teorema de Shannon

1. Cuanto mayor sea el ancho de banda del canal o la relación señal-ruido en el canal , mayor será la velocidad de transmisión final de información.

• De hecho, a medida que W y N/S en la fórmula aumentan cada vez más, la velocidad de transmisión límite será mayor en este momento.

2. Para un determinado ancho de banda de transmisión y una determinada relación señal-ruido, se determina el límite superior de la velocidad de transmisión de información.

• Una vez que se determinan W y N/S en la fórmula, se puede obtener la velocidad de transmisión de datos final de un canal.

3. Siempre que la velocidad de transmisión de información sea inferior a la velocidad de transmisión límite del canal, se encontrará alguna manera de lograr una transmisión sin errores.

4. El teorema de Shannon obtiene la velocidad de transmisión de información máxima , y ​​la velocidad de transmisión que el canal real puede alcanzar es mucho menor que ella.

5. Del teorema de Shannon se puede ver que si no hay un límite superior para el ancho de banda del canal W o la relación señal-ruido S/N (imposible), entonces no hay un límite superior para la velocidad de transmisión de información final del canal.

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1.3.2.4 Ejercicios de cálculo del teorema de Shannon

Análisis : La pregunta no le dice si es la fórmula de Nye o la fórmula de Shannon, debe juzgar el cálculo en función de la información proporcionada en la pregunta.

La pregunta proporciona la relación señal-ruido, lo que significa que es necesario utilizar el teorema de Shannon.

Dado que la relación señal-ruido aquí se da en dB, primero debemos convertirla a S/N: 30 dB = 10 log 10 ₍ S/N), luego S/N = 1000.

El ancho de banda indicado en la pregunta es 3000 Hz. En este momento, W es 3000. Luego sustituya W y S/N en la fórmula del teorema de Shannon:

La velocidad máxima de transmisión de datos del canal = Wlog ₂ (1+S/N) = 3000 x log ₂ (1 + 1000) = 30 kb/s.

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1.3.3 ¿Cuáles son las diferencias entre Nietzsche y Shannon y cómo elegirlos y calcularlos para el examen?

1.3.3.1 Comprender la diferencia entre los dos

Principio de Nye : preocupación interna

• Motivo: Para evitar la diafonía entre símbolos en condiciones de ancho de banda limitado y sin ruido, el límite superior de la velocidad de transmisión de símbolos es 2W Baud.
• La máxima velocidad de transferencia de datos en un canal de paso bajo ideal = 2Wlog _2V .
• Formas de aumentar la velocidad de datos: aumentar el ancho de banda (W) o utilizar una mejor tecnología de codificación (elementos de código K-ary).

Teorema de Shannon : invasión extranjera

• Motivo de la aparición: el ancho de banda es limitado y la velocidad de transmisión de información en condiciones ruidosas.
• La velocidad máxima de transmisión de datos del canal = Wlog ₂ (1+S/N).
• Formas de aumentar la velocidad de datos: aumentar el ancho de banda W o la relación señal-ruido (S/N).

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1.3.3.2 ¿Cómo elegir el cálculo del teorema en la pregunta? (Incluyendo ejemplos prácticos)

¿Cómo juzgar qué teorema utilizar para el cálculo en la pregunta?

• No es del todo correcto decir que si no se dan condiciones de ruido, se trata del criterio de Nye.
• Si no existe ninguna condición para la relación señal-ruido en esta pregunta, el teorema de Shannon definitivamente no será aplicable y, naturalmente, será el criterio de Nye;
• Si se da la relación señal-ruido, y él también da tal v (V en la fórmula de Nye), es decir, a cuántos bits corresponde un símbolo, y también da dos criterios, entonces nuestras dos fórmulas son Haz lo mismo ¡Calcule y tome el valor mínimo!

Ejemplo: cuando se transmite una señal binaria en un canal de 4 kHz con una relación señal-ruido de 127:1, ¿cuál es la velocidad de datos máxima que se puede lograr?

①Cálculo de la regla de Nye

La pregunta establece que si se utiliza una señal binaria, V es 2 y 4kHz corresponde al ancho de banda, es decir, W = 4kHz.

Velocidad de datos máxima = 2 x 4000 x log ₂ 2 = 8000b/s

②Cálculo del teorema de Shannon

Se da la relación señal-ruido S/N = 127/1 = 127, mientras que el ancho de banda W = 4kHz

Velocidad de datos máxima = 4000 x log ₂ (1 + 127) = 28000b/s

Resultado : Al final, tomamos como respuesta final un valor mínimo, que es 8000b/s en el criterio de Nye.

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1.4 Preparación y modulación

1.4.1 Conocimientos previos: señales de banda base y señales de banda ancha

信道: El medio de transmisión de señales, generalmente utilizado para representar el medio que transmite información en una determinada dirección, por lo que una línea de comunicación a menudo contiene un canal de envío y un canal de recepción.

• Los canales se dividen en canales analógicos (que transmiten señales analógicas) y canales digitales (que transmiten señales digitales) según las señales de transmisión.
• Los canales se dividen en canales inalámbricos y canales cableados según los cortes de transmisión.

Porque 基带信号y 宽带信号son en realidad dos formas de señales transmitidas en el canal . Además de las señales digitales y las señales analógicas, también se pueden dividir en señales de banda base y señales de banda ancha.

señal de banda base

Señal de banda base : los números 1 y 0 se representan directamente mediante dos voltajes diferentes y luego se envían al canal digital para su transmisión ( transmisión de banda base ). Las señales de una fuente , como las señales de datos emitidas por una computadora que representan varios archivos de texto o imágenes, son todas señales de banda base.

• La señal de banda base es una señal que expresa directamente la información a transmitir , por ejemplo, las ondas sonoras que hablamos son señales de banda base.
• La clave es que la envía la [fuente], que puede ser un humano o una computadora, la señal que envía la computadora es de alto nivel y de bajo nivel. Las ondas sonoras que emiten las personas son señales analógicas, con altibajos, por lo que se puede decir que la señal de banda base es una [señal digital o señal analógica].
• Comprensión clave : En las redes informáticas se utilizan señales digitales. Debido a que las tarjetas de red de los equipos informáticos emiten señales digitales, las señales digitales solo se pueden transmitir en canales digitales, por lo que se denominan transmisión de banda base.

El proceso de codificación de transmisión de banda base : se especificará qué tipo de forma de onda representa 0 o 1 y se llevará a cabo de acuerdo con un método de codificación prescrito.

señal de banda ancha

Señal de banda ancha : una señal analógica multiplexada por división de frecuencia formada modulando la señal de banda base y luego transmitida al canal analógico para su transmisión (transmisión de banda ancha).

Proceso : Después de que la portadora modula la señal de banda base, el rango de frecuencia de la señal se mueve a una banda de frecuencia más alta para su transmisión en el canal (es decir, el canal solo puede pasar a través de un cierto rango de frecuencia).

Por ejemplo : si hablamos normalmente, si las personas que están lejos no pueden escuchar nuestra voz, entonces podemos usar una torre transmisora ​​para emitir nuestras ondas sonoras. Sin embargo, como la frecuencia de mis ondas sonoras no es muy alta, la pantalla La forma de onda es relativamente estrecha y ancha, y debido a que tiene que transmitirse a larga distancia, nuestra señal puede verse atenuada debido a razones climáticas y ambientales. En este momento, se producirá cierta pérdida en nuestra señal. En este caso, necesitamos a La señal de banda base básica (es decir, lo que normalmente llamamos señal de banda base) se modula en una señal de alta frecuencia con una frecuencia relativamente alta, entonces la señal de alta frecuencia puede corresponder a un entorno con una gran atenuación, incluso si hay Es una gran atenuación. Aún se pueden transmitir grandes factores de interferencia al extremo objetivo y luego demodularlos para restaurar la frecuencia de la señal original.

Truco inteligente : la señal de banda base es una señal digital transmitida en un canal digital y la señal de banda ancha es una señal analógica transmitida en un canal analógico.

Resumen de banda base y banda ancha y las diferencias entre ellas :

1. Cuando la distancia de transmisión es corta, la red informática utiliza transmisión de banda base (la atenuación es pequeña en distancias cortas, por lo que el contenido de la señal no es fácil de cambiar).
2. Cuando la distancia de transmisión es larga, la red informática adopta un método de transmisión de banda ancha (la atenuación de larga distancia es grande y la señal de banda base se puede filtrar incluso si la señal cambia mucho).

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1.4.2 Comprender la codificación y la modulación (cuatro métodos de codificación y modulación)

Introducción : Los datos pueden ser digitales o analógicos, por ejemplo, la computadora usa binario 0 y 1, entonces los datos que emite son datos digitales, que son discretos, y las ondas sonoras emitidas por las personas que hablan son un tipo de datos simulados que son continuos. . En el caso de los datos, ya sean digitales o analógicos, para transmitirlos y permitir que el extremo receptor los reciba, primero es necesario convertir los datos en una señal y luego la señal se puede colocar en el enlace para su transmisión. Después de recibir el final también es necesario convertir la señal a digital.

• Datos—>Señal digital, es decir 编码.
• Datos —> Señal analógica, es decir 调制.
  • Los datos anteriores en realidad pueden representar digitales o analógicos y no son únicos.

Proceso de codificación : ①Los datos digitales se convierten en señales digitales mediante el uso de un transmisor digital. ②Los datos analógicos se convierten en señales digitales mediante el uso de un codificador PCM.

Proceso de modulación : ①Los datos digitales se convierten en señales analógicas mediante el uso de un modulador. ②Los datos analógicos se convierten en una señal analógica mediante el uso de un modulador amplificador.

• Truco inteligente: si se trata de un generador digital, ambos extremos son digitales; la modulación es digital->analógica, la demodulación es analógica->digital y el PCM final es datos analógicos->señal analógica.

El proceso completo de codificación y modulación : primero module la señal de banda base original en una señal analógica (una señal analógica de alta frecuencia) antes de que pueda transmitirse en el enlace, luego filtre esta señal de alta frecuencia en la onda de sonido transmitida inicialmente, luego el extremo receptor puede recibir.

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1.4.3 Comprensión profunda de los cuatro métodos de codificación y modulación.

Datos digitales codificados en señal digital.

Comprender seis métodos de codificación de señales digitales

Propósito : Los datos enviados por la computadora son todos datos digitales como 0101. Para permitir que estos datos se transmitan en el canal, estos datos deben codificarse en forma de señal digital.

Propósito : La codificación de datos digitales se utiliza para la transmisión de banda base, básicamente no cambia la frecuencia de la señal digital y transmite directamente la señal digital.

Existen los siguientes seis métodos de codificación de señales digitales: los tres primeros se usan comúnmente y los tres últimos se usan con menos frecuencia (la codificación inversa sin retorno a cero se ha investigado en 15 años) :

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(1) Codificación de no retorno a cero [NRZ]

Regla : alto 1, bajo 0 (el nivel alto es 1, el nivel bajo es 0).

Beneficios : la codificación es fácil de implementar.

Desventajas : No existe una función de detección de errores y es imposible determinar el principio y el final de un elemento de código, lo que dificulta que tanto el remitente como el receptor mantengan la sincronización.

• Ejemplo de contador : si los datos enviados en este momento son un 1 o 0 largo y continuo, entonces el extremo receptor recibirá una línea recta particularmente larga en este momento, y en este momento no sabe cuántos 1 o 0 hay en este línea recta 0, si desea que el extremo receptor sepa cuánto dura el ciclo del reloj en cada período (puede saber el ciclo de envío y la velocidad estableciendo una señal utilizada específicamente para transmitir el ciclo del reloj).

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(4) Regreso a codificación cero [RZ]

Regla : el nivel de la señal debe volver a 0 dentro de un símbolo.

¿Cómo explicar la recuperación dentro de un símbolo?

• Por ejemplo, el valor predeterminado aquí es un elemento de código binario, por lo que un bit es un elemento de código. En la imagen siguiente, la parte que rodeé es un estado que vuelve a 0 dentro de un elemento de código.

Desventajas : Durante todo el proceso de transmisión de codificación de retorno a cero, hay muchas situaciones de bajo nivel, lo que significa que este canal no se usa mucho, por lo que no se recomienda su uso.

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(5) Codificación inversa sin retorno a cero [NRZI]

Regla : un nivel de señal invertido representa 0 y un nivel de señal sin cambios representa 1.

Expliquemos las reglas para cada cambio de posición:

默认从①开始是发送的高电平。
到了②：由于我们要发送的是0，此时根据规则信号电平翻转表示0，那么此时基于①中的高电平，我们在②是低电平！
到了③：发送的是0，根据规则基于②中的低电平，要翻转，此时③就是高电平。
到了④：发送的是1，根据规则基于③中的高电平，不变，此时④就是高电平。
到了⑤：发送的是1，根据规则基于④中的高电平，不变，此时⑤就是高电平。
到了⑥：发送的是0，根据规则基于⑤中的高电平，要翻转，此时⑥就是低电平。
到了⑦：发送的是1，根据规则基于⑥中的低电平，不变，此时⑦就是低电平。
到了⑧：发送的是0，根据规则基于⑦中的低电平，要翻转，此时⑧就是高电平。

Comparando la codificación de retorno a cero : se puede ver que en esta codificación inversa sin retorno a cero, el nivel no saltará en un símbolo, mientras que para la codificación de retorno a cero anterior, el nivel saltará. en un solo símbolo.

Ventaja : si las señales enviadas son todas 0, entonces cada símbolo cambiará uno tras otro.

Defecto : si las señales enviadas son todas 1, también habrá una situación en la que se enviará un segmento largo de 1, lo que no provocará ninguna inversión. En este momento, el extremo receptor no puede saber cuántos 1 se enviaron en total, que es diferente de la codificación de retorno a cero anterior. Del mismo modo, si desea resolverlo, debe crear un nuevo canal. Durante el proceso, se transmite el ciclo de reloj para indicar cuánto tiempo se recibe cada segmento.

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(2) codificación Manchester

Combinando las ventajas y desventajas de la codificación sin retorno a cero, la codificación con retorno a cero y la codificación inversa sin retorno a cero, la codificación Manchester se forma como una codificación excelente.

Características : La señal del reloj y nuestros datos se pueden transmitir juntos sin la necesidad de canales adicionales para transmitir la señal del reloj para lograr su propia sincronización [extremo receptor de sincronización]. En este momento, puede juzgar por los datos recibidos, ¿Qué es esto? ¿Me envían datos? No es necesario extraer señales individualmente ni calcular cuál es cada ciclo de reloj.

Reglas de codificación de Manchester : divide un elemento de código en dos intervalos iguales. El primer intervalo es de nivel bajo y el siguiente nodo es de nivel alto, lo que indica el elemento de código 1; el elemento de código 0 es todo lo contrario. (También podrá aplicarse la estipulación contraria).

Si seguimos las reglas [el intervalo anterior es de nivel bajo y el siguiente nodo es de nivel alto, significa símbolo 1; el símbolo 0 es todo lo contrario], entonces podemos saber que la parte roja es alta en el frente y baja en el atrás, lo que significa que se transmite 0. La parte azul con un frente bajo y una espalda alta representa 1.

Características : Se produce una transición de nivel en el medio de cada símbolo. La transición en el medio del bit se puede usar como señal de reloj (se puede usar para sincronización) o como señal de datos, pero el ancho de banda de frecuencia que ocupa es dos veces el ancho de la banda base original. Cada símbolo se modula en dos niveles, por lo que la velocidad de transmisión de datos es solo la mitad de la velocidad de modulación.

Ejemplo práctico : si la velocidad de transmisión de símbolos es de 40 Boud, entonces la velocidad de información es de solo bits por segundo.

Explique cada pregunta en detalle:

① Un símbolo se dividirá en dos intervalos iguales. El último intervalo puede considerarse como una señal de reloj o una señal de datos. Si se usa como señal de reloj, el emisor y el receptor se pueden sincronizar.

② Se puede ver que cada símbolo puede generar un salto de acuerdo con las reglas. En este momento, el receptor puede detectar este salto. Si se detecta un salto, el remitente ha enviado un bit. He marcado con un círculo las transiciones entre cada elemento de código:

③¿Cómo determinar los datos representados por un símbolo enviado? Mire el primer elemento del código a continuación. Está determinado por la altura del frente y los últimos cien años. De acuerdo con las reglas de codificación, se determina si es 1 o 0 (tal vez sea 0 cuando está alto en el frente). y bajo en la parte posterior, o puede ser 1 cuando es bajo en el frente y alto en la parte posterior Según lo específico Determinado por codificación)

④En la codificación Manchester, el ancho de la banda de frecuencia ocupada es el doble del ancho de la banda base original. Cada símbolo se divide en dos partes, por lo que se puede modular en dos niveles. Entonces la velocidad de transmisión de datos es solo 1/ de la velocidad de modulación. 2.

Pregunta: ¿No es este un elemento de código binario? ¿No es que un bit corresponde a un elemento de código? ¿Por qué se dice que el número real de bits transmitidos es 1/2?

Respuesta: La velocidad de transmisión de símbolos puede ser el número de símbolos transmitidos en un segundo, o el número de pulsos transmitidos en un segundo, o el número de cambios de señal. Es especial en la codificación Manchester, un intervalo de tiempo en un segundo Como En el reloj, la señal cambia dos veces en un ciclo, y solo a través de un salto (dos cambios de señal) se puede obtener un bit de datos, por lo que su tasa de modulación o tasa de transmisión de símbolos es 2 veces la velocidad de transmisión de bits de datos .

• Simplicidad: el número de pulsos en un ciclo de reloj es 2. Usamos este número de pulsos como velocidad de transmisión de símbolos, por lo que, naturalmente, la velocidad de transmisión de bits de datos es la mitad.

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(3) Codificación diferencial de Manchester

Reglas : Igual que 1 y diferente de 0. Si el símbolo transmitido actualmente es 1, entonces el nivel del medio símbolo actual es el mismo que el nivel de la segunda mitad del símbolo anterior, si es 0, es lo contrario.

Ejemplo : Puede ver que comienza según la posición marcada en un círculo en la imagen a continuación. De forma predeterminada, primero es el nivel alto y luego comenzamos a enviar datos.

Para permitir que el extremo receptor lo perciba, se volteará al enviar el símbolo. Comenzando desde el nivel bajo, la parte roja es el único símbolo que enviamos (en realidad dos niveles). En este momento, lo que queremos enviar es 0. , según la regla del mismo 1 y diferente 0, es bajo por delante y alto por detrás.

De manera similar, la parte azul también representa un dato. Primero, según el nivel anterior, determine si el nivel inicial actual es bajo o alto. Si el nivel anterior es alto, comience desde el nivel bajo y envíe 1, luego ①② son todos del mismo nivel bajo.

Luego podemos obtener qué datos se envían cada vez según esta regla:

Aplicación : Comúnmente utilizado para transmisión LAN.

Características : Hay un salto de nivel en el medio de cada símbolo. La autosincronización se puede lograr a través de este salto de nivel y la antiinterferencia es más fuerte que Manchester.

• Mi sensación personal es que las reglas se agregan en base a la codificación Manchester, es decir, el nivel enviado cada vez tendrá las características de voltearse con el nivel anterior, lo que puede hacer que el nivel salte con más frecuencia y el receptor pueda percibirlo con mayor claridad.

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(6) codificación 4B/5B

Comparando codificaciones anteriores : Se puede ver que para la codificación Manchester y la codificación Manchester diferencial, se requiere un salto de nivel para que el extremo receptor reciba un bit de datos, por lo que la velocidad de transmisión de datos de Manchester es la mitad de la velocidad de transmisión de símbolos.

Reglas de codificación 4B/5B : cada vez se transmiten 5 bits de datos para representar los cuatro datos reales. Se insertan bits adicionales en el flujo de bits para romper una serie de 0 o 1, es decir, se utilizan 5 bits para codificar 4 bits de datos y luego se transmiten al receptor, por lo que se denomina codificación 4B/5B.

真实4比特数据     5比特编码
0000            11110
0001            01001
0010            10100
0011            10101
0100            01010
0101            01011
0110            01110
0111            01111
1000            10010
...
1111            11101  

Entre ellos, 4 bits de datos pueden representar del 0 al 15, y 5 bits de datos se utilizan para representar los datos de bits correspondientes. Los 16 bits adicionales de los cinco bits se utilizan como códigos de control (el principio y el final del cuadro, línea información de estado, etc.) o reservado.

Beneficios : La ventaja de este método de codificación es un mejor rendimiento de transmisión y capacidades de detección de errores. Al convertir los datos de entrada en una salida de 5 bits, se puede garantizar que no haya múltiples 0 o 1 consecutivos en los datos transmitidos, lo que reduce el desplazamiento de CC en la transmisión, mejora la confiabilidad de la transmisión y también puede detectar y corregir algunas transmisiones. errores.

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Los datos digitales se modulan en señales analógicas (4 métodos de modulación digital, incluidas preguntas de cálculo)

La tecnología de modulación de datos digitales convierte señales digitales en señales analógicas en el extremo transmisor y restaura señales analógicas en señales digitales en el extremo receptor, correspondientes a los procesos de modulación y demodulación del módem, respectivamente.

El método básico de modulación digital es el siguiente :

调幅（ASK，幅移键控）:0 significa que no hay servicio, 1 significa que hay alcance.

调频（FSK，频移键控）: Frecuencia significa frecuencia, 0 significa baja frecuencia, 1 significa alta frecuencia.

• Si es muy escaso y ancho, solo vibra dos veces para representar 0. Si vibra 4 veces a una frecuencia relativamente alta, representa 1.

调相（PSK，相移键控）: Es una modulación de la fase. 0 corresponde a una forma de onda y 1 corresponde a otra forma de onda.

正交振幅调制（调幅+调相，QAM）: Es decir, la modulación de amplitud + la modulación se utilizan juntas.

• Principio: según la modulación de amplitud, la amplitud se subdivide; o según la modulación de dirección, cada fase se subdivide en diferentes amplitudes.

Verifique con frecuencia los problemas de cálculo :

Pregunta: La velocidad en baudios de un determinado enlace de comunicación es de 1200 Boud, utilizando tecnología de modulación QAM con 4 fases y 4 amplitudes para cada fase ¿Cuál es la velocidad de transmisión de información del enlace?

Análisis: se utilizan 4 fases y cada fase tiene 4 amplitudes. Entonces, toda la señal tiene 4x4 = 16 formas de onda. Para 16 formas de onda, en realidad hay 16 elementos de código correspondientes. Aquí están los elementos de código hexadecimal. Esto cuando log 2 16 ₌ 4 , es decir, un baudio representa 4 símbolos.

En este momento, dado que la velocidad en baudios es 1200Boud, nuestra velocidad de transmisión de información es 4x1200 = 4800bit/s.

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Codificación de datos analógicos en señales digitales (tres pasos, muestreo, cuantificación, codificación)

¿Cómo se codifican los datos analógicos en una señal digital?

• La computadora procesa internamente datos binarios y todo el audio digital, por lo que el audio analógico debe convertirse en una secuencia discreta representada por un número limitado de números mediante muestreo y cuantificación (es decir, digitalización de audio).

El ejemplo más típico : Modulación de código de pulso (PCM) que codifica señales de audio. En aplicaciones informáticas, la codificación PCM puede alcanzar el nivel más alto. Se utiliza ampliamente para la preservación de materiales y la apreciación de la música, CD, DVD y nuestro WAV común se aplican en Los archivos.

Incluye principalmente tres pasos : muestreo, cuantificación y codificación.

1. Muestreo

Proceso: escanee periódicamente la señal analógica y programe la señal continua en el tiempo en una señal discreta en el tiempo.

• Principio: La señal analógica es una forma de onda continua. Durante el proceso de muestreo, cada período de tiempo, el muestreo una vez es para ver el voltaje y el nivel correspondientes en este momento, por lo que esta forma de onda completa continua se convierte en un pequeño punto tras otro. Para que estos Después de obtener señales discretas para representar los datos analógicos muestreados sin perder fotogramas, se adopta el teorema de muestreo.

Requisito: para permitir que todas las señales discretas representen los datos simulados extraídos, se debe utilizar el teorema de adopción para el muestreo, tenga en cuenta que aquí está >=.

Ejemplo práctico: puede ver que la frecuencia de muestreo de algunos reproductores de música es 44100. Esto se debe a que las ondas sonoras que escuchan nuestros oídos humanos son de 20 Hz a 20 kHz. Si desea escuchar música, entonces la música debe ser lo más fiel posible. sin distorsión Entonces la frecuencia de muestreo debe ser más de 2 veces la frecuencia más alta.

A veces se suele decir que la distorsión y la falta de claridad de las altas frecuencias significan que no se alcanza la frecuencia adoptada.

2. Cuantificación

Proceso: convierta la amplitud del nivel muestreado en el valor digital correspondiente de acuerdo con una determinada escala jerárquica y tome un número entero. En este momento, la amplitud del nivel continuo se convierte en una cantidad digital discreta.

• Detalles: antes se han obtenido muchos puntos mediante muestreo, y ahora se han obtenido muchos puntos de tiempo y valores de nivel correspondientes. Para esta parte de puntos discretos, los niveles de algunos puntos son todos extraños. Algunos números de punto flotante, decimales, enteros Todos están unificados en números enteros y definidos en números enteros de acuerdo con ciertos estándares de clasificación, es decir, sección por sección.

3. Codificación

Proceso: convierta el resultado de la cuantificación al código binario correspondiente.

• Detalles: A través del paso 2 se utilizan como niveles y estados de señal los valores flotantes de nivel de una serie de números enteros obtenidos después de la cuantificación, en este momento se utiliza la conversión de símbolos y bits, y cada estado de señal corresponde a un símbolo. Si hay 16 estados de señal, entonces hay 16 valores flotantes de nivel discreto: este es el proceso de codificación.

Describa todo el proceso de muestreo, cuantificación y codificación:

① Muestreo (o muestreo): puede ver que las señales analógicas tienen fluctuaciones altas y bajas, primero se escanean periódicamente para realizar el muestreo. Para cada período igual, se muestrea la señal y se observa el voltaje correspondiente en este momento. [Convierta una señal continua en el tiempo en una señal discreta en el tiempo. Siga el teorema de muestreo durante el proceso de muestreo. La frecuencia de muestreo debe ser> = 2 veces la frecuencia más alta de la señal analógica]

② Cuantificación: convierta el voltaje muestreado correspondiente, incluidos decimales, enteros y números negativos, en valores digitales de acuerdo con ciertos estándares, como convertir 5,2 a 5 V. [Convierta valores de nivel continuo en cantidades digitales discretas]

③Codificación. La figura final real muestra los 16 estados de señal utilizados. La codificación binaria de cuatro dígitos se puede utilizar para representar 16 estados discretos. Este es el resultado de la codificación.

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Los datos analógicos se modulan en señales analógicas (lo que implica modulación y demodulación)

Motivo : Durante este proceso de transmisión, el canal puede ser muy largo y el entorno puede ser muy duro, lo que hará que la señal analógica que transmitimos reciba una cierta atenuación. La señal analógica debe modularse en una nueva señal analógica para tratar con los siguientes Peligro.

Proceso : Para lograr la eficacia de la transmisión, es posible que se requieran frecuencias más altas. Este método de modulación también puede utilizar tecnología de multiplexación por división de frecuencia para aprovechar al máximo los recursos de ancho de banda. Las señales transmitidas por teléfonos y centrales locales utilizan señales analógicas para transmitir datos analógicos: los datos de voz analógicos se cargan en la señal portadora analógica para su transmisión.

Por ejemplo : El mismo sonido de conversación al principio se emite a través del transmisor de la torre. Si la distancia de transmisión es muy grande, entonces si nuestra propia frecuencia no es alta, se atenuará hasta el punto en que el extremo receptor puede no ser capaz de reconocer. así que necesitamos Esta señal analógica se modula en una señal analógica relativamente potente, es decir, una señal de alta frecuencia. Esta señal de alta frecuencia no se daña fácilmente y el daño es relativamente pequeño. Incluso si se daña, su La señal de banda base original se puede restaurar claramente, finalmente se demodula a una señal de banda base a través de un demodulador y finalmente se envía a la radio, en este momento se puede escuchar la onda de sonido original.

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1.5 Método de intercambio de datos

1.5.1 ¿Por qué se requiere el intercambio de datos?

① Si utilizamos redes cableadas, si dos están interconectadas, entonces cada dos se puede conectar entre sí. En este momento, se formarán los siguientes enlaces Cn2, lo cual es relativamente ineficiente y desperdicia recursos.

② Luego utilizamos equipos de conmutación entre múltiples máquinas para centralizar y transmitir datos a través del centro de conmutación (puede ser un enrutador o un conmutador). Si es una LAN, es un conmutador. Si es una WAN, es un enrutador. Entonces sólo se necesitan n enlaces en este momento.

③Si hay más dispositivos de conmutación, se puede formar una gran red de conmutación (múltiples dispositivos de conmutación) y se pueden conectar computadoras desde todas las direcciones.

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1.5.2 Comprender los métodos de intercambio de datos

Contiene: 电路交换, 报文交换, 分组交换.

• Entre ellos, la conmutación de mensajes y la conmutación de paquetes son métodos de conmutación de almacenamiento y reenvío .
• La conmutación de paquetes incluye: 数据报方式, 虚电路方式.

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1.5.3 Método 1: Intercambio de circuitos

1.5.3.1 Principio de conmutación de circuitos

El principio del intercambio actual : Durante la transmisión de datos, existe una línea de conexión física dedicada compuesta por nodos intermedios entre el nodo de origen y el nodo de destino, que se mantiene hasta el final de la transmisión de datos.

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1.5.3.2 Tres etapas de conmutación de circuitos

Las etapas de la conmutación de circuitos incluyen las siguientes tres etapas :

Fase 1: Establecimiento de la conexión (establecimiento de llamada/circuito)

Proceso: Primero, el host A se conectará al dispositivo de conmutación más cercano y luego ejecutará el algoritmo de enrutamiento para seleccionar el siguiente dispositivo de conmutación. Lo mismo ocurre con los dispositivos de conmutación posteriores. Finalmente, el dispositivo de conmutación D reenvía la solicitud de llamada al host B.

Fase 2: Comunicación (transmisión de datos)

Proceso: el host B responderá a la solicitud del host A y los datos reales se devolverán al remitente por la misma ruta. El equipo de conmutación que se pasa es el mismo que cuando llegó. En el medio está el modo de transmisión full-duplex.

Fase 3: Liberar la conexión (sin quitar el circuito)

Proceso: si A quiere desconectarse de B, entonces el host A enviará una solicitud de liberación hasta que el host B devuelva una solicitud de liberación. Durante el rastreo, los dispositivos intermedios correspondientes también se desconectarán en secuencia. Primero, D, luego C. .. Anfitrión A.

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1.5.3.3 Características de la conmutación de circuitos

Características de la conmutación de circuitos : recursos exclusivos, el reloj del usuario ocupa el ancho de banda de transmisión fijo de un extremo a otro y es adecuado para la transmisión remota de información por lotes o la transmisión de datos a gran escala con altos requisitos indirectos del sistema en tiempo real.

• Introducción a recursos exclusivos: durante el proceso de comunicación entre a y b, no puede ser ocupado por otros hosts.

Escenarios adecuados : grandes cantidades de transmisión de datos con altos requisitos en tiempo real.

• Si solo se transmite un pequeño bloque de datos, se desperdiciará el largo proceso de establecimiento de la conexión inicial.

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1.5.3.4 Ventajas y desventajas de la conmutación de circuitos

Ventajas y desventajas de la conmutación de circuitos :

• No hay capacidad de almacenamiento de datos, lo que dificulta el tráfico fluido. Explicación: El equipo en la conmutación de circuitos no tiene capacidad de almacenamiento. Si una gran cantidad de datos se vierte en estos dispositivos de conmutación, estos dispositivos de conmutación no tienen forma de almacenarlos y Será difícil hacer frente al aumento de datos, lo que puede provocar la pérdida de algunos datos, etc.

Las ventajas se pueden resumir en una frase : pequeño retraso, transmisión secuencial, sólido rendimiento en tiempo real, comunicación full-duplex, sin preferencia de canal, adecuado para señales digitales o analógicas y control simple.

Las deficiencias se pueden resumir en una frase : el establecimiento inicial de la conexión lleva mucho tiempo; la señal es exclusiva y no se puede abandonar cuando está inactiva; una vez que se desconecta un dispositivo de transmisión intermedio, es necesario restablecer la conexión; Es difícil que diferentes terminales interactúen; la corrección y el control de errores no se pueden realizar.

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1.5.3 Método 2: Intercambio de mensajes

1.5.3.1 Comprender el intercambio de mensajes y sus principios

报文: El mensaje es una unidad de datos intercambiada y transmitida en la red, es decir, un bloque de datos que la estación enviará al mismo tiempo. El mensaje contiene la información de datos completa a enviar, su longitud es muy inconsistente, la longitud es ilimitada y variable.

• El archivo y el idioma enviados pueden ser un mensaje, que se refiere a un único bloque de datos a enviar, cuya longitud es muy incierta y variable.

El principio del intercambio de mensajes : no es necesario establecer un canal dedicado entre dos sitios. La unidad de transmisión de datos es un mensaje y el proceso de transmisión utiliza un método de almacenamiento y reenvío .

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1.5.3.2 Proceso de transmisión del intercambio de mensajes

El proceso de transmisión de todo el intercambio de mensajes :

① Primero, la información transmitida + el encabezado del mensaje ahora se forman en un mensaje (incluida la dirección de destino + la dirección de origen) y luego se envía.

② Tenga en cuenta que el intercambio de mensajes utiliza un proceso de almacenamiento y reenvío. Cuando el mensaje llega al dispositivo de conmutación A, primero recibirá el mensaje completo y lo almacenará temporalmente. Después de verificar si hay algún error (un control de errores), Se descubre que si no hay ningún problema con el mensaje, esperará a que el circuito de salida esté inactivo, utilizará la información de enrutamiento para encontrar la dirección del siguiente nodo y la transmitirá al siguiente nodo.

• Información de enrutamiento: se refiere a una tabla de enrutamiento mantenida por el propio dispositivo de conmutación. La tabla de enrutamiento se puede utilizar para determinar el siguiente dispositivo de conmutación con la distancia de host más corta.

③Luego, determine el siguiente dispositivo de conmutación B que llegará a través de la tabla de enrutamiento en el dispositivo de conmutación actual A, y luego reenvíelo.

Aquí se puede ver que un vínculo entre nodos no es exclusivo, sino que puede ser compartido por todos. Habrá un ancho limitado para este enlace, que es un rango de ancho de banda específico. Si se transmiten demasiados paquetes, se verá que esta línea está relativamente ocupada.

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1.5.3.3 Ventajas y desventajas del intercambio de mensajes

Ventajas y desventajas del intercambio de mensajes:

Una frase resume las ventajas : no es necesario establecer una conexión; múltiples mensajes pueden compartir líneas y asignar líneas dinámicamente; puede proporcionar servicios para múltiples objetivos y un mensaje puede enviarse a múltiples direcciones de destino; implemente funciones flexibles de conmutación y reenvío.

Una frase resume las deficiencias : el rendimiento en tiempo real es relativamente pobre y solo es adecuado para señales digitales. Dado que no hay límite en la longitud del mensaje, algunos casos extremos harán que el mensaje se almacene en el disco. lo que aumenta el retraso de transmisión y el búfer debe ampliarse adecuadamente.

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1.5.4 Método 3: Intercambio de paquetes

1.5.4.1 Comprender los principios y la conmutación de paquetes

Actualmente el método de intercambio más utilizado en Internet .

分组: La mayoría de las redes informáticas no pueden transmitir datos arbitrariamente largos de forma continua, por lo que el sistema de red divide los datos en pequeños fragmentos y luego los envía uno por uno, que se denominan paquetes.

Principio de la conmutación de paquetes : La conmutación de paquetes y la conmutación de mensajes funcionan básicamente de la misma manera, ambos utilizan el método de almacenamiento y reenvío. La principal diferencia en la forma es que la longitud de la unidad de datos transmitida debe estar limitada en la red de conmutación de paquetes. y generalmente se selecciona 128B . El nodo emisor primero debe recibir y almacenar los mensajes de datos enviados desde el dispositivo terminal, luego dividir los mensajes en paquetes de cierta longitud, transmitir e intercambiar los paquetes en unidades y el nodo receptor ensambla los paquetes recibidos en información o mensaje.

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1.5.4.2 Proceso de conmutación de paquetes

Primero, hay un gran bloque de datos en la fuente de envío (si no se corta, está en modo mensaje):

Dado que aquí estamos conmutando paquetes, cortaremos el bloque de datos grande en bloques de datos uno por uno y agregaremos la información de control correspondiente (direcciones de origen y destino, números) a cada bloque de datos pequeño. En este momento, podemos formar un grupo y envíalo.

• El propósito de la numeración: si los paquetes se envían desde el host de origen, se pueden seleccionar diferentes métodos de conmutación de línea para diferentes paquetes y el orden de los paquetes será diferente cuando finalmente lleguen al destino, por lo que se deben usar números para la identificación. .

Después de que el dispositivo de conmutación recibe el paquete, realizará la detección de errores y el enrutamiento del paquete, y seleccionará la siguiente ruta para él. Cuando el dispositivo de conmutación selecciona una línea relativamente mejor y envía el mensaje, el host en la dirección de origen también envía extraer un pequeño bloque de datos.

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1.5.4.3 Ventajas y desventajas de la conmutación de paquetes

Las ventajas se pueden resumir en una frase : no es necesario establecer una línea de conexión dedicada por adelantado y los paquetes se pueden enviar en cualquier momento; la tasa de utilización de la línea es alta; la longitud del paquete es fija y el búfer el tamaño también es fijo; se logra el paralelismo y el almacenamiento del siguiente paquete se opera en paralelo con el reenvío del paquete anterior. , dado que el paquete transmitido es más pequeño que el mensaje, el tiempo de espera para la transmisión se reduce. El retardo de transmisión se reduce; debido al tamaño corto del paquete, es adecuado para la comunicación de datos en ráfagas por computadora.

Una frase resume las deficiencias : Aunque cada tiempo de transmisión de reenvío es más corto que el tiempo de intercambio de mensajes, todavía hay un retraso de almacenamiento y reenvío; se debe agregar información de control a cada paquete, lo que en realidad reduce la eficiencia de la comunicación y aumenta el tiempo de procesamiento; si se utilizan datagramas puede causar paquetes desordenados, perdidos o duplicados y, en última instancia, es necesario ordenar todos los paquetes; si se utilizan circuitos virtuales, aunque no hay problemas de orden, la línea de conexión debe establecerse con anticipación.

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1.5.4.4 Dos métodos de conmutación de paquetes (datagrama, circuito virtual)

La conmutación de paquetes incluye dos métodos de conmutación : datagrama y circuito virtual.

datagrama

Proceso detallado de envío de datagrama.

Proceso detallado del modo datagrama :

1. El host de origen (A) divide el mensaje en varios grupos (cada grupo más la información de control correspondiente) y los envía al nodo conectado directamente (A). Esta es la única ruta, por lo que no hay forma de elegir.

2. Después de que el nodo A reciba el paquete, realizará la detección de errores y la selección de enrutamiento para cada paquete . El siguiente nodo de diferentes paquetes puede ser diferente.

• En este momento, el paquete P1 va primero y selecciona el nodo C. Luego, la próxima vez que se envíe el paquete P2, se enviará al nodo D (porque el nodo C puede estar congestionado actualmente).

3. Después de que el nodo C recibe el paquete P1, realiza la detección de errores en el paquete P1. Si es correcto, enviará un mensaje de confirmación al nodo A. En este momento, el nodo A descartará el paquete P1 al recibir la confirmación de nodo C. copia .

• El nodo D también realizará la detección de errores en P2 y enviará un mensaje de confirmación al nodo A. Después de recibir el mensaje de confirmación, el nodo A descartará la copia de P2.

4. Finalmente, todos los paquetes llegan al host B y luego el host B reorganizará todos los paquetes según sus números.

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Características del modo datagrama

Características del modo datagrama :

1. El modo datagrama proporciona servicios sin conexión para la red . El remitente puede enviar paquetes en cualquier momento y los nodos de la red pueden recibir paquetes en cualquier momento.

• 无连接服务: La ruta de transmisión no se determina de antemano para la transmisión de paquetes. Cada paquete confirma de forma independiente la ruta de transmisión. La ruta de transmisión de diferentes paquetes puede ser diferente.

2. Diferentes paquetes del mismo mensaje pueden estar desordenados, duplicados y perdidos cuando llegan al nodo de destino, pero los paquetes eventualmente se reorganizarán, por lo que no hay necesidad de preocuparse por la confusión.

3. Cada paquete debe llevar la dirección de origen, la dirección de destino y el número de grupo durante la transmisión.

4. Cuando el paquete se almacena y reenvía en el nodo de conmutación, es necesario ponerlo en cola para su procesamiento, lo que provocará un cierto retraso. Cuando el tráfico a través del nodo de conmutación es grande o la red está congestionada, este retraso aumentará considerablemente y el nodo de conmutación puede descartar algunos paquetes según la situación.

• Puede estar seguro de que si se descartan algunos paquetes, habrá un determinado mecanismo que permitirá que los paquetes se reenvíen.

5. La red tiene rutas redundantes. Cuando falla un nodo de conmutación o un enlace, la tabla de reenvío se puede actualizar en consecuencia y se puede encontrar una ruta para reenviar el paquete .

• Tiene una gran adaptabilidad a fallas y es adecuado para comunicaciones repentinas, pero no para mensajes largos y comunicaciones conversacionales.

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modo de circuito virtual

Comprender los circuitos virtuales y sus tres etapas.

Los circuitos virtuales combinan el modo de datagrama y el modo de conmutación de circuito para aprovechar las ventajas de ambos :

虚电路: Una ruta (conexión lógica) desde un host de origen a un host de destino es similar a un circuito. Todos los nodos en la ruta deben mantener el establecimiento de este circuito virtual y mantener una tabla de circuito virtual. Cada elemento registra una información de circuito virtual abierta.

También se utiliza la conmutación de circuitos, que también incluye tres etapas :

①Establecer conexión (establecimiento de circuito virtual) : el host de origen envía una "solicitud de llamada" y, al pasar por el nodo, la solicitud de llamada se reenvía en grupos de acuerdo con la tabla de enrutamiento y se reenvía en secuencia hasta el host B. En este momento, el host B recibe el grupo "respuesta de llamada" Sólo entonces se puede establecer la conexión.

• Tenga en cuenta que el enrutamiento y el reenvío solo se requieren al principio. La transmisión de datos posterior no requiere enrutamiento. En cambio, la dirección de destino se determina en función de la tabla de circuito virtual en el nodo. Durante el proceso de transmisión del paquete, el paquete no necesita transportar la dirección de destino y la dirección de origen, solo traiga el número del circuito virtual.

Solo cuando el paquete de solicitud enviado por el host de origen recibe una respuesta, su conexión se establece oficialmente.

②Etapa de transmisión de datos : cada paquete transporta información de control, como un número de circuito virtual, número de grupo, suma de verificación, etc., y no necesita llevar una dirección de destino.

• **¿El motivo de no llevar la dirección de destino? **Cuando se establece la conexión, esta ruta se determina de forma única. El grupo solo puede seguir esta ruta. No es necesario ingresar la dirección de destino en ella. Solo necesita seguir esta ruta.
• Es necesario llevar un nuevo identificador que es el número de circuito virtual.Este número de circuito virtual es un identificador único y se utiliza para indicar de qué circuito proviene.
• El significado de la agrupación de números de circuito virtual : Principalmente, si el host B agrupa manualmente una gran cantidad de grupos y también hay mensajes enviados desde otros hosts en la gran cantidad de grupos (incluidos los enviados ocupando otros circuitos virtuales), entonces el host B use el número de circuito virtual de acuerdo con el número de circuito virtual, clasifique estos grupos, por ejemplo, coloque el grupo con el circuito virtual número 1 en una pila y coloque el grupo con 2 en una pila. En este momento, las dos pilas de Los grupos se restaurarán en el siguiente paso y finalmente se restaurarán en un mensaje completo y se entregarán al proceso.

③ Liberar la conexión : El host de origen envía una "solicitud de liberación" para desmantelar el circuito virtual. Si el host b acepta liberar la conexión, devolverá una respuesta y liberará el circuito pieza por pieza.

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Características del circuito virtual

Características del circuito virtual :

1. El método del circuito virtual proporciona servicios para la capa de red. Se establece una conexión lógica entre el nodo de origen y el nodo de destino , en lugar de una conexión física real.

• 连接服务: Primero confirme la ruta de transmisión para la transmisión de paquetes (establezca conexión, ruta y reenvío), luego transmita una serie de paquetes a lo largo de esta ruta (conexión), la serie de paquetes tiene la misma ruta de transmisión (misma ruta) y se elimina la conexión una vez completada la transmisión.

2. Todos los paquetes en una comunicación se transmiten secuencialmente a través del circuito virtual. Los paquetes no necesitan llevar la dirección de origen, la dirección de destino y otra información, incluido el número del circuito virtual. En comparación con el método de datagrama, la sobrecarga es pequeña. Diferentes paquetes del mismo mensaje no llegan al nodo destino, pueden estar desordenados, duplicados o perdidos.

3. Cuando el paquete pasa por cada nodo del circuito virtual, el nodo solo realiza la detección de errores y no necesita realizar la selección de enrutamiento.

4. Cada nodo puede establecer múltiples circuitos virtuales con múltiples nodos. Cada circuito virtual admite la transmisión de datos específicos entre dos sistemas finales y puede controlar el flujo de dos puntos finales de datos. Cada sistema de puntos finales También puede haber múltiples circuitos virtuales que sirvan a diferentes procesos.

5. Debilidad: cuando un nodo o enlace en una red falla y falla por completo, todos los circuitos virtuales que pasan a través del nodo o enlace serán destruidos.

• Debido a que cada nodo mantiene una tabla de circuitos virtuales, cuando un nodo falla, equivale a desconectar directamente un circuito virtual, lo que indica que la disponibilidad de los circuitos virtuales no es particularmente alta.

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Comparación de datagramas y circuitos virtuales.

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1.5.4 Elección de tres métodos de intercambio de datos

• El almacenamiento y reenvío de la conmutación de mensajes es en realidad en serie , mientras que el almacenamiento y reenvío de la conmutación de paquetes se procesa en paralelo .

Escenario 1: si la cantidad de datos a transmitir es grande y el tiempo de transmisión es mucho más largo que la llamada , seleccione 电路交换. El retardo de transmisión de conmutación de circuitos es mínimo.

Escenario 2: cuando la ruta de un extremo a otro consta de muchos enlaces , 分组交换es más apropiado transmitir datos. [Transmisión paralela de almacenamiento y reenvío]

Escenario 3: desde la perspectiva de la utilización del canal , la conmutación de mensajes y la conmutación de paquetes son mejores que la conmutación de circuitos y 分组交换el retraso es menor que el de la conmutación de mensajes, que es especialmente adecuado para la comunicación de datos en ráfagas entre computadoras .

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momento del mapa mental

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2. Medio de transmisión

2.1 Medios de transmisión y clasificación

Medio de transmisión de capa física : también llamado medio de transmisión/medio de transmisión, es la ruta física entre el dispositivo emisor y el dispositivo receptor en el sistema de transmisión de datos.

• El canal anterior era sólo un camino lógico entre el emisor y el receptor, aquí el medio de transmisión es un camino físico real.

Nota : Los medios de transmisión no son la capa física. Los medios de transmisión están debajo de la capa física. Debido a que la capa física es la primera capa de la arquitectura, los medios de transmisión a veces se denominan capa 0. Lo que se transmite en el medio de transmisión es una señal, pero el medio de transmisión no sabe qué significa la señal transmitida, pero la capa física especifica las características eléctricas , por lo que puede identificar el flujo de bits transmitido.

• En la capa de medios de transmisión, las señales se transmiten simplemente de forma mecánica y sin cerebro, y solo se utilizan como ruta física para la transmisión. En esta capa física, la cantidad de datos se puede distinguir en función del voltaje.
• Por ejemplo: si ve un voltaje de 10v o 15v, sabrá que el número correspondiente es 1. Si el voltaje es 0v, entonces el número correspondiente es 0. Esta es la característica eléctrica.

Los medios de transmisión se pueden clasificar en : 导向性传输介质, 非导向性传输介质, y también pueden denominarse guiados y no guiados.

Medio de transmisión guiado: las ondas electromagnéticas se guían a lo largo de un medio sólido (alambre de cobre/fibra óptica).

• Por ejemplo: Por ejemplo, un tren viaja por una vía fija, lo que significa que el camino está organizado de antemano.
• 

Medio de transmisión no guiado: espacio libre, el medio puede ser aire, vacío, agua de mar, etc.

• Por ejemplo: Un avión, por ejemplo, cuando vuela en el aire debe seguir una determinada ruta, pero a veces puede desviarse ligeramente: viaja en un espacio libre, lo que corresponde a un medio de transmisión no guiado.
• 

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2.2 Medios de transmisión guiados

2.2.1 Par trenzado

Introducción : El par trenzado es el medio de transmisión más antiguo y más utilizado y consta de dos cables de cobre trenzados uno al lado del otro según ciertas reglas y aislados entre sí.

La composición del par trenzado : par trenzado blindado y sin blindaje es un par trenzado blindado con una capa de blindaje adicional.

• Alambre de cobre: ​​Dos conductores trenzados entre sí como si fueran un giro.
• Aislamiento: Una capa de aislamiento colocada sobre el cable de cobre trenzado.
• Funda de cloruro de polivinilo: Es un material de PVC, que es una funda de plástico, en este momento forma un par trenzado sin blindaje.

El papel del trenzado : puede reducir la interferencia electromagnética en los cables adyacentes.

Aquí puedes aprender sobre la regla de la mano derecha: si hay dos corrientes en direcciones opuestas, las ondas electromagnéticas que generan se cancelarán entre sí si son del mismo tamaño. Entonces, para un conjunto de dos cables de cobre como el nuestro, las ondas electromagnéticas o los campos electromagnéticos generados por las corrientes opuestas pueden anularse entre sí y no se afectarán entre sí. (Por ejemplo, los cables de su propia casa no afectarán a los cables de la casa de al lado para reducir la interferencia electromagnética a los cables adyacentes)

Para mejorar aún más la capacidad de resistir interferencias electromagnéticas, se puede agregar una capa protectora hecha de alambre metálico en el exterior del par trenzado, lo que se denomina 屏蔽双绞线（STP）par trenzado sin blindaje 非屏蔽双绞线（UTP）.

Veamos un ejemplo práctico : uno de abajo es un par trenzado no apantallado y el otro es un par trenzado apantallado.

• Después de abrir el par trenzado sin blindaje, puede ver que hay 8 líneas y cuatro grupos de cables bifásicos trenzados entre sí.
• Cuando abres el par trenzado blindado, puedes ver una capa de blindaje en el interior. Esta es una capa de blindaje con un trenzado de alambre metálico. La capa de blindaje con un trenzado de alambre metálico se llama par trenzado blindado.

Características del par trenzado : El par trenzado es económico y uno de los medios de transmisión más utilizados, habitualmente utilizado en redes de área local y teléfonos tradicionales.

Escenarios de aplicación : Tanto la transmisión analógica como la digital pueden utilizar pares trenzados y la distancia de comunicación es generalmente de varios kilómetros a decenas de kilómetros.

• Si la distancia es demasiado grande, para la transmisión analógica, se utiliza un amplificador para amplificar la señal atenuada.
• Para la transmisión digital, se utilizan repetidores para dar forma a la señal distorsionada.

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2.2.2 Cable coaxial

Componentes : Cable conductor con núcleo de cobre, capa aislante, capa protectora de malla trenzada y capa exterior de plástico.

Los cables coaxiales se dividen en dos categorías : cables coaxiales de 50 Ω y cables coaxiales de 75 Ω.

• El cable coaxial de 50Ω se utiliza para transmitir señales digitales de banda base, también llamado cable coaxial de banda base, es ampliamente utilizado en redes de área local;
• El cable coaxial de 75 Ω se utiliza principalmente para transmitir información de banda ancha, también conocido como cable coaxial de banda ancha, y se utiliza principalmente en sistemas de televisión por cable.

¿ Por qué se llama coaxial ? Debido a que sus cuatro estructuras comparten el mismo eje o eje, puedes ver en la imagen de abajo que una flecha que atraviesa el corazón puede atravesar estas cuatro desde el medio.

Aplicaciones prácticas : la interfaz detrás del decodificador, la interfaz detrás del televisor

La diferencia entre cable coaxial y par trenzado : debido a la capa protectora del conductor externo, el cable coaxial tiene un mejor rendimiento antiinterferencias que el par trenzado . Se usa ampliamente para transmitir datos de mayor velocidad. Su distancia de transmisión es más larga, pero su precio es más alto El cable de par trenzado es más caro .

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2.2.3 Fibra óptica

2.2.3.1 Comprender la fibra óptica y la conversión fotoeléctrica

Motivo : Con el rápido desarrollo de las comunicaciones y las computadoras, los requisitos de velocidad de transmisión de información son cada vez mayores. Por ejemplo, la velocidad de visualización de imágenes y videos es cada vez más rápida y se pueden cargar en un instante.

La diferencia con los pares trenzados y los cables coaxiales : las fibras ópticas en realidad transmiten pulsos de luz , para los dos tipos recién mencionados, transmiten pulsos eléctricos, es decir, las ondas de luz en realidad viajan en las fibras ópticas, mientras que en los cables coaxiales es electromagnética. olas Caminando.

Comunicación por fibra óptica : La fibra óptica (denominada fibra óptica) se utiliza para transmitir pulsos de luz para la comunicación. La presencia de pulsos de luz representa 1 y la ausencia de pulsos de luz representa 0. La frecuencia de la luz visible es de aproximadamente 10,8 MHz ^. , por lo que el ancho de banda del sistema de comunicación de fibra óptica es mucho mayor que el de otros sistemas actuales Ancho de banda de varios medios de transmisión.

¿Cómo realiza la fibra óptica la conversión fotoeléctrica?

• Dado que la fibra óptica transmite pulsos de luz, en realidad implementa un proceso de conversión fotoeléctrica entre el extremo emisor y el extremo receptor. Porque sabemos que los datos enviados por la computadora son 0101 y la señal emitida es en forma de señal eléctrica, Entonces, debería haber algo en el extremo emisor que convierta los pulsos eléctricos en pulsos de luz.
• La fibra óptica tiene una fuente de luz en el extremo transmisor, que puede utilizar diodos emisores de luz o láseres semiconductores , que pueden producir pulsos de luz bajo la acción de pulsos eléctricos; también se requiere conversión fotoeléctrica en el extremo receptor, donde se utilizan fotodiodos para hacer detectores de luz Cuando se recibe el pulso de luz, el pulso eléctrico se puede restaurar.

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2.2.3.2 Composición de la fibra óptica

La composición y realización de la fibra óptica : Se compone principalmente de núcleo (este es sólido) y revestimiento.

• La luz se conduce por el núcleo de fibra, no por el revestimiento.
• La diferencia en el índice de refracción entre el núcleo de fibra y el revestimiento: el índice de refracción del núcleo será mayor, por lo que cuando el medio con alto índice de refracción se introduce en el medio con bajo índice de refracción, el ángulo de refracción será mayor que el incidente. ángulo Si el incidente Si el ángulo es lo suficientemente grande, se producirá una reflexión total, lo que significa que cuando la fibra óptica golpee el revestimiento, rebotará directamente sin refractar la onda de luz, por lo que el daño es muy pequeño. Todo el proceso de reflexión se repite continuamente, por lo que la luz es como una bola de billar, rebota hacia adelante y hacia atrás y se transmite a lo largo de esta fibra óptica.

• Solo hay un rayo en la imagen. Si el ángulo de incidencia es> este valor crítico, entonces se puede lograr la reflexión total y luego podemos inyectar múltiples rayos.

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2.2.3.3 Clasificar según si se pueden introducir múltiples fibras ópticas (fibra óptica multimodo, fibra óptica monomodo)

En este momento, se puede clasificar según si entran múltiples rayos de luz : fibra multimodo, fibra monomodo.

多模光纤: Puede emitir mucha luz en el extremo transmisor. Estas luces pueden rebotar continuamente hacia adelante y hacia atrás a través de la fibra óptica, pero habrá una cierta pérdida durante el proceso de rebote.

• Pregunta : Aunque se dice que se producirá una reflexión total, incluso si se produce una reflexión total, algunas ondas de luz seguirán siendo afectadas por el ruido o interferirán con otras ondas electromagnéticas. Si la distancia de transmisión es muy larga, la distorsión será grave, la forma de onda del pulso de salida no será obvia y no se reconocerá el pulso de entrada.
• Escena adecuada : transmisión a corta distancia.

单模光纤: Se trata de reducir el diámetro de la fibra óptica a una sola longitud de onda de luz, por lo que esta fibra óptica es como una luz, se propaga a lo largo de esta línea recta y se dispara directamente, entonces el pulso de salida es en realidad casi el mismo que el pulso de entrada. , porque no reflejan y no hay pérdida de energía de transmisión.

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2.2.3.4 Comparación entre fibra óptica multimodo y fibra óptica monomodo (observación cercana de la fibra óptica)

El diagrama de fibra óptica es el siguiente : Puede ver que la imagen de la izquierda es una fibra óptica en la vida real. Cada fibra óptica tiene una fibra óptica en su interior. La imagen de la derecha es un cable de fibra óptica en una aplicación práctica. Hay al menos un fibra óptica en cada cable de fibra óptica. , muchos contienen de diez a cien fibras ópticas. Una fibra óptica en realidad mide solo 0,2 mm. Para evitar que la luz se dañe y se pierda fácilmente durante el proceso de transmisión, las fibras ópticas se agrupan juntas Simplemente envuélvalo en un cable óptico y luego llénelo con un poco de relleno para formar un cable óptico completo con una resistencia a la presión muy fuerte.

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2.2.3.4 Características de la fibra óptica

1. La pérdida de transmisión es pequeña y la distancia de retransmisión es larga, lo que resulta especialmente económico para transmisiones de larga distancia.

• Distancia de retransmisión: algunas empresas con pérdidas de transmisión relativamente grandes colocarán un repetidor a una cierta distancia. Para la fibra óptica, la pérdida es muy pequeña, por lo que la distancia de retransmisión es muy larga y no es necesario utilizar un repetidor en el medio para amplificar nuestra forma de onda.

2. Buen rendimiento antirrayos y contra interferencias electromagnéticas .

3. Sin interferencias cruzadas, buena confidencialidad y no es fácil escuchar o interceptar datos .

4. Tamaño pequeño y peso ligero.

• Lo que se transmite en el interior son ondas de luz. El ancho de banda de las ondas de luz es muy grande y el volumen de comunicación de cada fibra óptica es muy grande. Si se transmite el mismo volumen de comunicación, en comparación con las fibras ópticas, los pares trenzados son relativamente voluminosos y muy gruesos. .

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2.3 Medios de transmisión no guiados

¿Por qué necesitamos medios de transmisión no guiados?

• Imagínese si no existieran medios de transmisión no guiados, tendríamos que conectar un cable muy largo al realizar una llamada telefónica y los teléfonos móviles de todos estarían conectados a ese cable. Con medios de transmisión no guiados, podemos sacarlo y usarlo en cualquier momento y en cualquier lugar.

Hay tres tipos que se prueban comúnmente : ondas de radio, microondas e infrarrojos/láseres.

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2.3.1 Ondas de radio

Dirección de la señal : La señal se puede propagar en todas las direcciones. La siguiente figura cubre todas las direcciones:

Ventajas : Es precisamente por esta característica que podemos comunicarnos con el transmisor de ondas de radio dentro de la distancia efectiva del dispositivo receptor utilizando ondas de radio sin tener que corresponder a una determinada dirección , lo que simplifica enormemente nuestras conexiones de comunicación.

Características : Tiene una gran capacidad de penetración, se puede transmitir a largas distancias y se utiliza ampliamente en campos de la comunicación (como las comunicaciones por teléfono móvil).

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2.3.2 Microondas

Introducción : La comunicación por microondas tiene alta frecuencia y un amplio rango de frecuencia, por lo que la velocidad de datos es muy alta.

Dirección de la señal : La señal se propaga en una dirección fija.

Incluye principalmente dos aplicaciones de comunicación : comunicación terrestre por retransmisión de microondas y comunicación por satélite.

①地面微波接力通信

Explicación: Hay algunas estaciones de retransmisión en la tierra. Cada estación de retransmisión puede enviar una señal a la siguiente estación de retransmisión designada, y luego continuar el ciclo y finalmente completar el proceso de comunicación de retransmisión en la tierra.

②卫星通信

Explicación: La estación repetidora en tierra en realidad se mueve hacia el aire. En este momento, se forma un satélite sincrónico . Este satélite desempeña el papel de una estación repetidora. Puede transmitir señales. Anteriormente, es posible que se necesiten muchas estaciones repetidoras para transmitir Para las comunicaciones por satélite, sólo necesitamos tres satélites sincrónicos para transmitir señales de microondas y lograr comunicaciones globales.

Ventajas :

1. Gran capacidad de comunicación.

2. Lejos.

3. Amplia gama.

4, Comunicación de onda de luz Comunicación Watatsu.

Desventajas :

1. Tiempo de propagación extendido (250-270 ms)

2. Muy afectado por el clima (por ejemplo: fuertes vientos, explosiones de manchas solares, tránsito solar)

3. La tasa de error de bits es alta.

• El fenómeno de error de bit significa que el extremo receptor final no puede reconocer la forma de onda y el elemento de código.

4. Alto costo.

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2.3.3 Rayos infrarrojos y láser

Dirección de la señal : La señal se propaga en una dirección fija.

Introducción : Convierta las señales a transmitir a sus respectivos formatos de señal, es decir, señales de luz infrarroja y señales láser, y luego propáguelas en el espacio.

• Compare con el microondas: el microondas no requiere conversión de formato, mientras que los infrarrojos y el láser sí requieren conversión de formato.

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momento del mapa mental

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3. Equipos de capa física

3.1 Equipo repetidor

3.1.1 Comprensión del equipo repetidor

Motivo de nacimiento : Debido a la existencia de pérdidas, la potencia de la señal transmitida en la línea se atenuará gradualmente, cuando la atenuación alcance un cierto nivel, provocará distorsión de la señal, provocando errores de recepción.

Función : Regenerar señal digital. (Regenera y restaura la señal, amplifica la señal atenuada y mantenla igual que los datos originales, para aumentar la distancia de transmisión de la señal y extender la longitud de la red)

• Esto es regeneración, no amplificación ordinaria, porque la señal necesita remodelarse y luego restaurarse para lograr un efecto de amplificación.
• Esto es solo para amplificación de señal digital, si es para amplificación de señal analógica, se llama amplificador.

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3.1.2 Los dos puertos del repetidor y las regulaciones en ambos extremos

El repetidor tiene dos puertos , uno de los cuales se utiliza para ingresar la señal original. Puede amplificar y dar forma a la señal débil originalmente atenuada, realizar una regeneración y restaurarla, y liberarla del otro puerto. En este momento, la señal es Lo mismo que antes. Comenzó igual de fuerte.

Regulaciones en ambos extremos del repetidor :

1. La interconexión de dos tipos idénticos de redes. Estos dos tipos de redes en realidad se refieren al mismo tipo de segmentos de red. Los segmentos de red también se dividen en tipos centralizados a, b, cy d. Si ambos extremos van a estar conectados por este repetidor, si están juntos, entonces los segmentos de red en ambos extremos deben ser aob al mismo tiempo. La velocidad en ambos extremos también debería seguir siendo la misma. [Los segmentos de red en ambos extremos deben ser iguales y la velocidad debe ser la misma]
2. Los repetidores solo envían datos de cualquier segmento de cable a otro segmento de cable, actuando solo sobre la porción eléctrica de la señal e independientemente de si los datos contienen datos erróneos o datos que no se ajustan al segmento de red. [Solo se utiliza para transmisión, no se realizará ningún otro trabajo adicional como almacenamiento y reenvío]
3. Ambos extremos se pueden conectar al mismo medio o a medios diferentes. Por ejemplo, un extremo puede ser un par trenzado y el otro extremo puede ser fibra óptica o un cable de uso general. [Los medios en ambos extremos pueden ser iguales o diferentes]
4. Los segmentos de red en ambos extremos del repetidor deben ser del mismo protocolo. [El protocolo en ambos extremos es el mismo]
   • La razón es que el repetidor no almacena ni reenvía, a diferencia de algunos dispositivos de capa de enlace y dispositivos de capa de red que pueden almacenar y reenviar. Una vez que los protocolos son diferentes, el repetidor no sabe qué hacer.

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3.1.3 Comprender la regla 5-4-3

Comprenda la regla 5-4-3 : los estándares de red tienen disposiciones específicas sobre el rango de retardo de la señal, por lo que los repetidores solo pueden funcionar dentro del rango especificado; de lo contrario, se producirá una falla en la red.

• En caso de incumplimiento de las reglas, dado que el proceso de regeneración de la señal digital lleva tiempo, si la señal pasa por muchos repetidores, el retraso de tiempo combinado será muy largo si se procesa cada uno de ellos, lo cual es muy difícil para nuestro usuarios No quiero encontrarlo.
• Medidas : Luego limitaremos el número de veces que se puede utilizar el repetidor.

A continuación, describamos 5, 4 y 3 respectivamente :

①El 5 se refiere a un máximo de cinco segmentos de red. Los cinco segmentos de red marcados con un círculo a continuación son:

②El número 4 se refiere a que solo puede haber un máximo de cuatro dispositivos de red de capa física en los cinco segmentos de red, los cuales pueden ser repetidores o concentradores.

③3 se refiere a las tres computadoras que se pueden conectar

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3.2 Hub (repetidor multipuerto)

3.2.1 Comprender las funciones del hub

En realidad es un repetidor multipuerto . Las funciones de los repetidores y concentradores son muy similares. Durante el proceso de transmisión, la señal puede sufrir pérdidas y atenuación, por lo que para evitar que la señal no sea reconocida por el extremo receptor. entonces se debería colocar algún equipo en este camino.

Función : Regeneración, amplificación de señal.

La función del hub : regenerar, amplificar y reenviar la señal, amplificar la señal atenuada y luego reenviarla a todos los demás puertos (excepto el puerto de entrada) que están en estado de funcionamiento para aumentar la distancia de transmisión de la señal y extender la longitud de la red. Si no hay señal La capacidad de transmisión direccional es un dispositivo compartido .

El siguiente es un diagrama de un concentrador. Puede ver que un nodo se puede conectar a múltiples hosts a través del concentrador :

Topología común : topología en estrella.

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3.2.2 Comprender que el concentrador puede ampliar el rango de longitud, las razones para compartir equipos y el problema de la ecualización de dominio conflictiva del ancho de banda

Pregunta 1: ¿Por qué un concentrador puede aumentar la distancia de transmisión de la señal y ampliar la longitud y el alcance de la red?

• Si el host A se comunica con el host B, originalmente solo requería 100 metros, pero ahora son 200 metros debido al acceso a través del concentrador.

Pregunta 2: ¿Por qué el concentrador es un dispositivo compartido?

• Lo principal de lo que estoy hablando es la transmisión . En este momento, hay cinco hosts conectados al hub. Si la señal enviada por el host A se envía al hub, el hub primero amplificará la señal y luego la reenviará a través de todos los puertos. Estos puertos deben estar en estado de funcionamiento. aunque cuatro Todos los puertos pueden recibir esta señal, pero si desea procesar esta señal en el siguiente paso, debe ver si los datos restaurados por esta señal son los que necesita, si descubre que la dirección de destino de estos datos es suya Luego déjalo y deja el resto, el anfitrión descubre que no es suyo y puede descartarlo directamente.
• ¡Pero en esta forma de difusión pueden surgir conflictos fácilmente!

Pregunta 3: ¿Por qué el concentrador entra en conflicto debido al modo de transmisión?

• Si un host A quiere comunicarse con otro host en este momento, y otro host B también quiere comunicarse con otro host, cuando los datos de señal enviados por los dos hosts al mismo tiempo lleguen al concentrador, se producirán conflictos y colisiones. .
• **¿Cómo solucionar el problema de la colisión? ** Deténgase y espere, espere un momento aleatorio y luego los dos envían datos. Solo cuando no hay colisión se pueden reenviar los datos correctamente. Por lo tanto, el centro es un gran dominio de conflicto y no puede dividir el dominio de conflicto.

Una vez que ocurre una colisión, debe esperar un evento aleatorio antes de enviar datos. Si quieren comunicarse al mismo tiempo, todos los hosts en funcionamiento compartirán el ancho de banda por igual. Si el concentrador actual es de 10 MB/s, entonces si cinco computadoras quieren para comunicarse al mismo tiempo, en este momento Dividido en partes iguales, todos obtienen 10/5 = 2 MB/s por host.

Desventajas : Si todos trabajan al mismo tiempo, el ancho de banda obtenido por cada host es muy bajo, por lo que la eficiencia del concentrador también es muy baja y el volumen o la velocidad de comunicación de todos también es muy lento.

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Organizador: Largo Camino Duración: 2023.7.26-29

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Organizador: Largo Camino Duración: 2023.7.26