記事ディレクトリ
- 序文
- 1. コミュニケーションの基本
-
- 1.1. 物理層の基本概念
- 1.2. データ通信の基礎知識
- 1.3. ナイの基準とシャノンの定理（調査と計算）
- 1.4. 準備と調整
- 1.5. データ交換方法
- 2. 伝送媒体
- 3. 物理層の設備
序文
まず上位レベルの基礎を理解してから、下位レベルの構造を学習します。
1. コミュニケーションの基本
1.1. 物理層の基本概念
1.1.1. 物理層の理解
物理層の目的は、特定の伝送メディアではなく、さまざまなコンピュータを接続する伝送メディア上でデータ ビット ストリームを伝送する方法を解決することです。
物理層の主なタスクは、伝送メディアインターフェイスに関連するいくつかの特性を確認し、標準を定義することです。
実際に定義されている標準: 電源タップのソケットは 3 線式と 2 線式であり、ルーターの背後にあるネットワーク ケーブル インターフェイスも同じです
1.1.2. 物理層の 4 つのインターフェース特性を理解する
物理層によって定義される特性をリストします。試験を選択するときに特性を区別できる必要があります。
1. 機械的特性: 物理的接続の特性を定義し、物理的接続に使用される仕様、インターフェース形状、リード数、ピン数、配置を規定します。
2. 電気的特性: バイナリ ビットを送信する際のライン上の信号の電圧範囲、インピーダンス マッチング、送信速度および距離制限を規定します。
例えば電気的特性として、あるネットワークでは信号レベルを2進数の0を表す場合は+10v～+15v、2進数の1を表す場合は-10v～-15vと物理層で規定されています。配線の長さは15mまでに制限されます。
- ここで、 level はrangeです。
3. 機能特性: 特定のライン上に現れる特定のレベルの意味と、インターフェイスコンポーネントの信号ラインの目的を示します。
例: 物理層インターフェイスのピンが High レベルにあるときの意味を説明します。
注：電気的特性と機能的特性は混同されやすいですが、電気的特性では電気的特性は範囲を表し、機能的特性はある意味のレベルを表します。
4. 手順の特性: プロセスの特性は、各物理ラインの作業手順とタイミング関係を定義します。
1.2. データ通信の基礎知識
1.2.1. 代表的なデータ通信モデルと関連用語
ケース: ホスト A がホスト B にテキスト メッセージを送信します。中間データ転送のプロセスは次のとおりです。
コンピュータ ネットワーク カードはデジタル信号を送信します。この信号はモデムによってアナログ信号に変換され、広域ネットワークのアナログ チャネルに送信され、モデムによってデジタル信号に変調されて相手側に送信されます。コンピューターのネットワークカード。
実際、上記の各デバイスには、対応する専門用語があります。
信源送信ホストです。调制解调器それは送信機です。- 公衆電話網は です
传输系统。 - 右側のアナログからデジタルへの変換に使用される部分は、復調器と呼ばれます
接收器。 信宿ターゲットホストです。
対応する名詞を組み合わせて新しい名詞を形成できます。
源系统: ソース+ジェネレーター。传输系统: まだ送信システムです。目的系统: レシーバー+シンク。
1.2.2. データ通信に関する用語
コミュニケーションの目的：情報を伝達すること。
① 消息: 音声、テキスト、画像、動画など
② 数据data: 情報を送信するエンティティ、通常は意味のあるシンボルのシーケンス。
③ 信号: データの電気的/電磁的表現は、送信プロセス中にデータが存在する形式です。
バイナリ データはどのようにして海を越えて受信者を見つけるのでしょうか?
- これらのバイナリ データは信号に変換する必要があります。つまり、データの電気的または電磁的表現が、送信プロセス中にデータが存在する形式になります。フォーマットにはデジタル信号/離散信号、アナログ信号/連続信号が含まれます。
数字信号/离散信号: メッセージのパラメータを表す値は離散的であり、飛び飛びです。
模拟信号/连续信号: メッセージを表すパラメータの値は連続しており、明らかなジャンプのない連続した画像です。
私たちが送信するメッセージは、私たちが実際に言いたいことです。データは、コンピューターがメッセージをコンピューターが理解できる言語、つまり、2 進数の 01 シーケンスなどの意味のある記号のシーケンスに翻訳し、データを配置するものです。リンクまたはチャネル上で送信されるとき、信号。
注: 信号がデジタル信号またはアナログ信号の形式で存在するかどうかは、チャネルが何であるかによって異なります。アナログ チャネルの場合はアナログ信号のみを通過させることができ、デジタル チャネルの場合はデジタル信号を通過させることができます。
④ 信源: データの生成および送信元。
⑤ 信道：信号伝達媒体。一般に、情報を特定の方向に伝送する媒体を表すために使用され、通信回線には送信チャネルと受信チャネルが含まれることがよくあります。
- チャネルには方向性があります。あなたが私にデータを送信すると、送信チャネルが存在し、私があなたにデータを送信すると、送信チャネルも存在します。
チャネルは次のように分類されます。
- たとえば、ネットワーク ケーブル、光ファイバー、同軸ケーブルなどの信号伝送媒体は、目で見て触ることができます
无线信道。有线信道
1.2.3. データ通信システムを設計する際に考慮すべき 3 つの問題:
質問1: 単信通信/半二重通信/全二重通信を使用しますか?
二者間の情報交換の通信方法の観点から見ると、次の 3 つの基本的な方法があります。
鮮明な例:
1.:单工通信逆方向の対話はなく、一方向の通信のみが行われ、必要なチャネルは1 つだけです。
2. 半双工通信/双向交替通信: 通信の双方が情報を送受信できますが、双方が同時に送受信することはできず、2 つのチャネルが必要です。
3. 全双工通信/双向同时通信: 通信する双方が同時に情報を送受信でき、チャネルも2 つ必要です。
質問2: シリアル通信/パラレル通信を使用しますか?
データ伝送方式はシリアル伝送とパラレル伝送に分けられます。
串行传输: 文字を表す 8 ビットの 2 進数を下位ビットから上位ビットの順に送信します。
并行传输: 文字を表す 8 ビットの 2 進数を 8 チャネルで同時に送信します。
シリアルとパラレルの特性の比較:
- シリアルの特徴: 低速、低コスト、長距離に適しています。
- 並列特性: 高速、高コスト、短距離に適しています。
**コストについてはどう思いますか? **たとえば、同じ距離ではシリアルの場合は 1 チャネルのみ必要ですが、上記のパラレルでは 8 チャネルが必要となるため、シリアル機能のコストは低く、パラレル機能のコストは高くなります。
用途: ① パラレル伝送はコンピュータ内のデータ伝送に使用されます; ② パラレル伝送は、集積回路チップ内、同じプラグインボードのコンポーネント間、および同じシャーシ内のデータ伝送に使用されます。③プリンターのインターフェースもパラレルポートです。
質問3: 同期通信/非同期通信を使用しますか?
① 同步传输：同期送信モードでは、データを1データブロック単位で送信するため、同期送信はブロック送信とも呼ばれます。
ルール: データを送信するときは、最初に 1 つ以上の同期文字を送信する必要があり、その後、データのバッチ全体が送信されます。送信側と受信側のクロック同期を実装しました。
例: 私たちがカップルで踊る場合、あなたと私はリズムを合わせて踊るためにお互いに同期する必要があります。
② 异步传输: アシンクロナス伝送では、ビットを 8 ビット文字以上の小グループに分けて送信します。
規則: 送信者はいつでもこのビット配列を送信できますが、受信者はいつ到着するかわかりません。データを送信するときは、文字開始ビットと文字終了ビットを追加します。
非同期送信も同期する必要がありますか? なぜ非同期送信も同期する必要があるのでしょうか?
- コンピュータ通信のプロセスは、実際には電話をかけるのと似ています。また、電話をかけた後、本人確認を行って通話状態に入る必要があります。通話中、話者は一語一語はっきりと話すのが妥当です。あなたが一時停止すると、相手は話者の話す速度に適応し、相手の言うことをすべて理解する必要があります。他の話者の口調と間を利用して、次の文がいつ始まり、いつ終わるかを判断します。(これは、人々が話すときに達成する必要がある同期の問題です)
- コンピュータ通信も同様で、大きく同期伝送と非同期伝送に分けられます。
同期との違い: 非同期送信の場合、送信側はこれらのバイトを継続的に送信するのではなく、時々 1 バイトを断続的に送信します (そのため、非同期であると言われますが、実際には同期である必要もあります。)文字の送信ビット番号の順序も同期している必要があります。これは送信期間が連続していないことを意味します)。
非同期送信のスタートビットとストップビットの場合：デフォルトではスタートビットとストップビットは0と1です。情報が非同期で送信されるたびに、このようなスタート ビットで始まり、このスタート ビットが受信側に到達すると、受信側はデータが到着したことを知り、受信側がこのスタート ビットのキャッシュされたデータ ビットを受信することで、情報が送信されます。を押すとデータを受信しますので、下に降りると次のデータを受信できます。次に、ストップ ビットが受信され、ストップ ビットの高レベル 1 も受信されます。次に、新しい開始ビットが送信されるまで待ち、サイクルを継続します。
実践例: キーボードでランダムに数字を入力し、どのキーが押されるかはランダムであり、このキーを処理するコンピュータのプロセスは実際には非同期送信です。
1.2.4、コード要素
1.2.4.1. コード要素を理解し、コード要素とは何ですか? (k-aryコード要素)
码元: 異なる離散値の基本波形を一定の持続時間の信号波形(デジタルパルス)で表現することを指し、デジタル通信におけるデジタル信号の測定単位であり、この持続時間内の信号をk進シンボルと呼び、その持続時間はをコード要素幅といいます。コード要素に M 個の離散状態がある (M は 2 より大きい) 場合、コード要素は M-ary コード要素です。
送信プロセス: ホスト A とホスト B がメッセージを送信します。メッセージはまずビット ストリームに変換され、バイナリ形式 0 と 1 で表現されます。次に、この時点でハイ レベル (1 で表現) が送信されます。また、ホストBの受信時も同様で、送信がハイレベルの場合は1、送信がローレベルの場合は0となります。
- デジタル信号はハイレベルとローレベルを通じて伝送されます。
**コード要素とは何ですか? **下の図の小さなセクション (赤い水平線) はコード要素です。この期間の長さがコード要素の幅になります。
10 進コード要素とは何ですか?
- コード要素の離散状態が m 個ある場合、そのコード要素は M-ary コード要素です。
たとえば、次のデジタル信号波形には、ローとハイの 2 つの状態のみがあり、これらはバイナリ シンボルです。
注: 1 つのシンボルで複数ビットの情報を運ぶことができます。
- たとえば、バイナリ シンボルを使用する場合、異なるシンボルは 2 つだけあり、1 つは 0 状態を表し、もう 1 つは 1 状態を表します。1 つのシンボルは 1 ビットの情報を運びます。
このとき疑問が生じますが、4値のコード要素であれば、1つのコード要素にいくつ乗せることができるのでしょうか？
- 推論: 4 進コード要素 -> コード要素には 4 つの離散状態がある -> 4 つの異なる高および低信号波形 00、01、10、11。この場合、1 つのシンボルは 2 ビットの情報を運ぶことができます。
それが 16 進数のコード要素の場合はどうなるでしょうか?
- 推論: 16 進数のコード要素 -> コード要素には 16 の離散状態がある -> 16 の異なる高および低信号波形があり、1 つのコード要素は 4 ビットの情報を運びます。
結論: K 進シンボルの場合、K 個の離散状態と異なるレベルの K 個の信号波形が存在し、同時に 1 つのシンボルは log 2 K ビットの情報を運びます。
1.2.4.2. デジタル通信システムのデータ伝送速度の2つの表現方法（シンボル伝送速度、情報伝送速度）
データ伝送速度は、デジタル通信システムのパフォーマンス指標を指します。
1)码元传输速率 : シンボルレート、波形レート、変調レート、シンボルレートなどとも呼ばれ、単位時間あたりにデジタル通信システムによって送信されるシンボルの数を表します(パルス数または信号数とも呼ばれます)。変わります）。
- 信号変化回数の注意点は、連続する 2 ビットが両方とも Low レベルの場合、それも信号変化回数に記録されますが、実際には、同じ Low レベルの場合、次のようにみなすことができます。あるシンボルから別のシンボルに変更され、コード要素も変更されました。
単位: ボー、略語は B です。バイト B とバイト B を混同しないでください。1 ボーは、デジタル通信システムが 1 秒あたり 1 シンボルを送信する時間を表します。
コード要素の送信速度を簡単に説明します。実際には、1 秒間に送信されるコード要素の数です。
計算例：2秒以内に4800シンボルを送信した場合、シンボルの送信速度はいくらになるでしょうか？4800 / 2 = 2400 シンボル/秒。
デジタル信号は多値方式と二値方式に分けられますが、符号要素率は方式番号とは関係なく、符号要素長Tのみに関係します。
- このコード要素長Ｔは、後続の短いセグメントの長さを指す。
コード要素率の計算式は次のとおりです。
- R Bはコード要素レートを表し、T はコード要素長を表し、B はボーを表します。
2)信息传输速率 : エイリアス情報レート、ビットレートなど、単位時間当たりにデジタル通信システムが送信する[バイナリシンボルの数(つまりビット数)]を示し、単位はビット/秒(b/ s）。
ここで疑問が生じることに注意してください。なぜ 2 進シンボルの数はビット数と等しいのでしょうか?
- バイナリ コード要素には 2 つの離散状態があるため、1 コード要素は 1 ビットのデータを運びます。4 値コード要素の場合、1 コード要素は 2 ビットであり、これは等価ではありません。主にこんな理由からです！！！
情報伝送速度、つまり 1 秒間に何ビットが伝送されるかを簡単に説明します。
関係: シンボルが n ビットの情報を伝送する場合、M Baud のシンボル伝送速度に対応する情報伝送速度は M xn ビット/秒です。
- 例: このとき、コード要素の送信速度は 2B/s です。ここでの B はボーを指します。このとき、1 つのコード要素が 2 ビットの情報を運ぶことを 1 に示します。情報送信速度ビット レートとは何ですか?現時点では？2 x 2B = 4B/秒。
質問1（コード要素の伝送速度と情報の伝送速度）
トピック:
分析:
この問題は、シンボルとビットの関係を調べます。また、情報伝送速度とシンボル伝送速度はそれぞれ何を表しますか?
- コード要素は複数のビットとして表現できます。これは 10 進数のコード要素によって異なります。K 桁のコード要素の場合、1 つのコード要素は log 2 Kビットを伝送することを意味します。
- コード要素送信レートは、1 秒間に何個のコード要素が送信されるかを計算することで計算されます。
- 情報転送速度は、1 秒間に何ビットが送信されるかを計算したものです。
上記の基本的な概念を理解した上で、今回は計算を行ってみましょう。
最初の質問を解決するには、4 進方式のコード要素の送信速度: 8000 個のコード要素が 4 秒で送信され、次に 2000 個のコード要素が 1 秒で送信されると、コード要素の送信速度は 2000B/s になります。
- ここでの B はバイトではなくボーを指すことに注意してください。通常、バイトは伝送速度を表すために使用されません。
2 番目の疑問、4 進システムの情報伝送速度を解くと、4 進の符号要素があるため、1 つの符号要素は 2 ビットとなり、情報伝送速度は 4000b/s になります。
- ここのbはビットです。
3 番目の質問を解決するには、16 進数のコード要素の送信速度: 1200B/sです。
4 番目の質問、16 進数の情報伝送速度を解くと、16 進数のコード要素が 4 ビットのデータを伝送し、情報伝送速度は4800b/sになります。
5番目の質問を解決するには： どちらのシステムの伝送速度が速いかを知りたい場合、通常は情報の伝送速度、つまり1秒あたりに伝送されるビット数を比較するため、16進コードを使用した通信システムの伝送速度が比較されます。質問内の要素の方が高速です。
質問 2 (コード要素の送信速度が情報の送信速度を左右する)
トピック:
分析：
8 進数のコード要素で、1 つのコード要素は 3 バイナリ ビットのデータを伝送します。伝送速度は 1600B (B はコード要素の数である baud を指します) であるため、変換された情報伝送速度は 3 x 1600 = 4800b/s となります。
質問 3 (情報伝送速度がコード要素の伝送速度を押し上げる)
トピック:
分析:
4値のデジタル情報なので、1シンボルは2ビットのデータを表し、信号の伝送速度が2400b/sなので、シンボルの伝送速度は1200B/sとなりますので、換算してみましょう。
1.2.5. 帯域幅 (アナログおよびデジタルを含む)
帯域幅は通常、アナログ信号帯域幅とデジタル信号帯域幅を含むチャネルの最適なパフォーマンスを表します (デジタル信号帯域幅は通常、ネットワークで計算されます)。
1. アナログ信号システムの場合: 入力信号周波数が一定レベルまで高いか低い場合、システムの出力電力は入力電力の平均値、つまり -3db と呼ばれます。最高周波数と最低周波数の差は、システムの通過帯域帯域幅を表します。
- 簡単に説明すると、最高周波数と最低周波数の差です。
単位: 赫兹（Hz）。
2. デジタル機器において：単位時間内にネットワーク上のある地点から別の地点まで通過できる「最高のデータレート」 、または単位時間内に通過するリンクの数を指し、通信回線の速度を示すためによく使用されます。ネットワークのデータを送信できる能力。
単位: 比特每秒（bps），b/s。
マインドマップの瞬間
1.3. ナイの基準とシャノンの定理（調査と計算）
1.3.1. ナイの基準
1.3.1.1. 歪みと歪みに影響を与える要因を理解する
歪みとは、信頼性が失われることを指します。コンピュータ ネットワークでは、主に信号が自分自身に送信されるとき、つまり信号が歪み、最初から変化することを指します。
次の 2 つの状況が考えられます。
ケース 1: 歪んでいるが識別可能
ケース 2: 歪みが大きすぎて認識できない。
****
歪みの程度に影響を与える要因は次のとおりです。
1. 码元传输速率: シンボルの伝送速度が速すぎると、信号歪みを引き起こすプログラムがより深刻になります。
2. 信号传输距离: 信号伝送が遠くなるほど、信号の減衰は長くなり、干渉は長く続きます。
3. 噪声干扰: ノイズの干渉が多いほど、信号は歪みやすくなります。
4. 传输媒体质量: 伝送メディアの品質が悪いほど、受信側で受信される波形の歪みは大きくなります。
最初の 3 つは正の相関、後の 3 つは負の相関です。
1.3.1.2. コード間クロストークとは何ですか?
歪み 大学院入試におけるナイ基準に由来する非常に重要な歪み現象があり、これを符号間クロストークといいます。
次のチャネル帯域幅のさまざまなシナリオ:
- ヘルツとは、1秒間の振動数を指します。
200HZと4000HZは通過できないことが分かりますが、このとき通過できる最高Hzは3300HZ、最低Hzは300HZとなっています。
チャネル帯域幅は、チャネルが通過できる最高周波数と最低周波数の差です。つまり、3300Hz - 300Hz = 3000Hz となります。
**200HZが通過できないのはなぜですか?その理由は何ですか? **振動周波数が低すぎるため、非常に複雑な電話回線での送信プロセス中に受信の減衰と損失が非常に発生しやすく、最終的には最終的に減衰が失われ、通過できなくなります。
**4000HZ が通過できないのはなぜですか? **振動周波数が速すぎるため、受信時には受信側で波形の違いが区別できません。
上記 2 つの状況により、コード間のクロストーク現象が発生します。
码间串扰:受信側で受信した信号波形において、シンボル間の明確な境界が失われる現象を指します。
- 周波数が速い場合、コード要素の送信速度も速いです。実際のコード要素の送信速度は信号周波数に対応しています。コンピュータ ネットワークの場合、コード要素の送信速度が速すぎることを意味し、シンボル間の境界が不明確になります。
码间串扰. 0なのか1なのかは不明です。
1.3.1.3. コード間クロストークの解決策: ナイの基準
この問題を解決するために码间串扰、非常に優れた基準が登場しました。ナイキスト基準 (ナイキストの定理)
ナイの基準: 理想的なローパス (ノイズ、制限された帯域幅) 条件下では、シンボル間のクロストークを回避するために、制限シンボル送信レート[シンボルに注意] は 2W ボー、W はチャネル帯域幅、単位は Hz です。
- ナイキスト基準は、1924 年にナイキストによって推定された定理です。
理想传输环境: チャンネル内にノイズがなく、外界の影響を受けません。低通: 帯域幅が制限されています。(チャネルには帯域幅があります。帯域幅とは、最高周波数と最低周波数の差を指します。すると、最高周波数よりも低い信号はすべて通過できるため、最高周波数よりも低い信号は通過できると言われます。)
規制: コード要素の送信速度は無限にはできず、上限が存在する必要があります。この上限は近傍方程式によって推定でき、2W になります。
注: チャネル帯域幅は以前はビット/秒で測定されていましたが、ナイ基準とシャノンの定理における帯域幅の単位はヘルツ (Hz) であることに注意してください。
- チャネル帯域幅が何ヘルツであるかを尋ねる質問の場合は、これら 2 つの公式を使用してそれを見つけることを考える必要があります。
コード要素の伝送速度制限が 2W と規定されている理由として、伝送速度が遅い場合と速い場合の例を以下に示します。
遅い伝送速度: このとき、信号は目に見えて非常に明瞭であり、受信側では 0、1、0、1 のコード要素の境界を明確に区別し、各コード要素を識別できます。
伝送速度が速い: 周波数が速すぎると、受信側でそれらをまったく区別できなくなり、それらの間に明確な境界がなくなるため、各シンボルを識別するという目的が達成できなくなります。
1.3.1.4. ナイ公式を使用して最終的なデータ伝送速度 (制限されたコード要素の伝送速度) を計算する
大学院入学試験では、知識ポイントを混同するために、非同期限界データレートと限界伝送レートも求められ、ナイの定理はシャノンの定理と非常によく似ていますが、この 2 つの重要点は次のとおりであることに注意してください。違う。
- ナイの基準: コード要素の送信速度には上限のみがあります。
- シャノンの定理: 情報の送信速度を実際に制限しているのは、上限があることです。
ナイの基準を使用して制限データ レートを見つけるにはどうすればよいですか?
- V はシンボルの離散レベルの数を指します。たとえば、信号に 4 つの波形状態がある場合、対応するシンボルは 4 つあります。この場合、V は 4 です。
- W は帯域幅を指します。帯域幅の単位はヘルツです。
1.3.1.5. ナイの基準の 4 つの結論
1. どのチャネルでも、コード要素の送信レートには上限があります。伝送速度がこの上限を超えると、重大なシンボル間クロストークの問題が発生し、受信側でシンボルを完全に正しく識別できなくなります。
2.チャネルの周波数帯域が広ければ広いほど(つまり、通過できる信号の高周波成分が多くなるほど)、より高いレートを使用してシンボルを効果的に送信できます。
- 実際の周波数帯域とは式中のWのことであり、このWが大きいほど式全体から得られる最終的なデータ伝送速度は高くなります。
- 周波数帯域が広いほど、通過できる信号の高周波成分が増えるのはなぜですか? 周波数帯域が広いほど、チャネル内の最高周波数と最低周波数の差が大きくなり、帯域が広くなるため、より多くの高周波が対応するチャネルを通過します。
3. ナイ基準は、コード要素の送信速度に制限を与えますが、情報の送信速度には制限を設けません。
4. シンボルの送信速度はナイ基準によって制限されるため、データ送信速度を上げるには、各シンボルにさらに多くの情報ビットを含めるようにする必要があります[実際には式の V 変数を増加させます]。マルチ変調方式。
1.3.1.6. ナイ基準の計算演習
分析:
問題文には位相が4つ、振幅が4つあるので、方向変調と振幅変調を組み合わせる必要があり、これは4x4=16種類の符号要素に相当し、このときVは16となります。
質問では帯域幅が 3kHz であるため、W は 3k です。
次に、式を直接適用します: 最大データ転送速度 = 2 x 3k x 4 = 24kb/s
1.3.2. シャノンの定理
1.3.2.1. シャノンの定理の導入
解説: ナイ基準はシンボル伝送速度の上限のみを規定しますが、シャノンの定理はビットレート、つまり最高ビット伝送速度を規定します。
シャノンの定理は、チャネルで送信されるビットの限界伝送速度を定義するだけでなく、チャネルに実際に存在する電磁干渉、つまりノイズの影響も考慮します。
ノイズはあらゆる電子機器や通信路に存在します。ノイズはランダムに発生するため、その瞬間値が非常に大きくなる場合があります。したがって、ノイズは受信側のシンボル判定に誤りを引き起こす可能性がありますが、ノイズの影響は相対的なものです。信号が強い場合、ノイズの影響は比較的小さくなります。したがって、信噪比それは非常に重要です。
- 信号が強ければノイズの影響は比較的小さいという理解について、実際の例で考えてみましょう: 成績優秀な生徒と成績の悪い生徒が教室で授業を受けています。このとき、教師の指導の声が非常に大きいので、生徒に影響を与えます。
- この例では、信号が教師の講義音、ノイズがさえずり音ですが、信号がノイズを圧倒するほど強ければ、このときのノイズの影響は比較的小さくなります。
1.3.2.2. シャノンの定理と計算式を理解する（情報伝達速度の限界）
信噪比:信号の平均パワー/ノイズの平均パワー。多くの場合 S/N として記録され、測定単位としてデシベル (dB) が使用されます。
- 一般に、信号対雑音比はトピック内で直接示されます。
別の書き方 (科学的表記法に似ています):信号対雑音比 (dB) = 10 log 10 (S / N)。
- 値は同等ですが、表現が異なります。
実際の試験では、dB が単位で与えられるのか、それとも単位のない比率で与えられるのかを明確に確認する必要があります。
香农定理: 帯域幅が制限され、ノイズの多いチャネルでは、エラーを避けるために、情報のデータ伝送速度には上限があります。
- この上限値はシャノンの定義式にあります。
チャネルの究極のデータ伝送速度の式:
質問の信号対雑音比が 1000 で単位がない場合は、それを直接代入します。信号対雑音比が 30dB の場合は、この式を使用して S/N を求め、この式に当てはめて計算してください。
1.3.2.3. シャノンの定理の 5 つの主要な帰結
1.チャネルの帯域幅またはチャネル内の信号対雑音比が大きいほど、情報の最終的な送信速度は高くなります。
- 実際には、式中のWとN/Sが大きくなるほど、このときの限界通信速度は高くなります。
2. 特定の伝送帯域幅および特定の信号対雑音比に対して、情報伝送速度の上限が決定されます。
- 式の W と N/S が決まれば、チャネルの最終的なデータ伝送速度を求めることができます。
3. 情報伝送速度がチャネルの限界伝送速度よりも低い限り、エラーのない伝送を達成するための何らかの方法が見出されます。
4. シャノンの定理により究極の情報伝送速度が得られますが、実際のチャネルが達成できる伝送速度はそれよりもはるかに低くなります。
5. シャノンの定理から、チャネル帯域幅 W または信号対雑音比 S/N に上限がない場合 (不可能)、チャネルの最終的な情報伝送速度にも上限がないことがわかります。
1.3.2.4. シャノンの定理の計算演習
解析: 質問ではナイ式なのかシャノン式なのかはわかりませんので、質問文にある情報をもとに計算を判断する必要があります。
この質問は信号対雑音比を示します。これは、シャノンの定理を使用する必要があることを意味します。
ここでの信号対雑音比は dB で与えられるため、最初に S/N に変換する必要があります: 30dB = 10log 10 (S/N)、次に S/N = 1000。
質問にある帯域幅は 3000Hz なので、このとき W は 3000 となり、W と S/N をシャノンの定理の式に代入します。
チャネルの最終的なデータ伝送速度 = Wlog 2 (1+S/N) = 3000 x log 2 (1 + 1000) = 30kb/s。
1.3.3. ニーチェとシャノンの違いと、試験用にそれらを選択および計算する方法は何ですか?
1.3.3.1. 2 つの違いを理解する
ナイの法則: 内なる不安
- 理由: 制限された帯域幅とノイズのない条件下でのシンボル間のクロストークを回避するために、シンボル送信レートの上限は 2W ボーです。
- 理想的なローパスチャネルにおける究極のデータ転送速度 = 2Wlog 2V。
- データ レートを高める方法: 帯域幅 (W) を増やすか、より優れたエンコーディング テクノロジ (K 値コード要素) を使用します。
シャノンの定理: 外国の侵略
- 発生理由: 帯域幅が制限されており、ノイズの多い状況では情報伝送速度が低下します。
- チャネルの最終的なデータ伝送速度 = Wlog 2 (1+S/N)。
- データ レートを高める方法: 帯域幅 W または信号対雑音比 (S/N) を増やします。
1.3.3.2. 質問で定理計算を選択する方法は? （実践例も含む）
問題の計算にどの定理を使用するかを判断するにはどうすればよいですか?
- ノイズ条件が与えられなければ、それがナイ基準であるというのは完全に正しいわけではありません。
- この質問にノイズ信号対ノイズ比の条件がない場合、シャノンの定理は間違いなく適用できず、当然ナイの基準になります。
- 信号対雑音比が与えられ、そのような v (ナイ式の V)、つまりシンボルが対応するビット数を与え、さらに 2 つの基準も与えた場合、私たちの 2 つの式は次のようになります。計算して最小値を取ってください！
例: バイナリ信号が 127:1 の信号対雑音比で 4kHz チャネルで送信される場合、達成できる最大データ レートはどれくらいですか?
①ナイの法則の計算
質問では、バイナリ信号が使用される場合、V は 2 であり、4kHz が帯域幅、つまり W = 4kHz に相当すると述べています。
最大データレート = 2 x 4000 x log 2 2 = 8000b/s
②シャノンの定理計算
信号対雑音比 S/N = 127/1 = 127 が与えられ、帯域幅 W = 4kHz
最大データレート = 4000 x log 2 (1 + 127) = 28000b/s
結果: 最終的に、最終的な答えとして、ナイ基準の 8000b/s という最小値を取り出しました。
1.4. 準備と調整
1.4.1. 前提知識: ベースバンド信号とブロードバンド信号
信道: 信号の伝送媒体。一般に、情報を特定の方向に伝送する媒体を表すために使用されるため、通信回線には送信チャネルと受信チャネルが含まれることがよくあります。
- チャンネルは伝送信号に応じてアナログチャンネル（アナログ信号を伝送）とデジタルチャンネル（デジタル信号を伝送）に分けられます。
- チャネルは、伝送遮断に応じて無線チャネルと有線チャネルに分けられます。
基带信号と は、実際にはチャネル上で送信される信号の 2 つの形式宽带信号です。デジタル信号とアナログ信号に加えて、ベースバンド信号とブロードバンド信号にも分けることができます。
ベースバンド信号
ベースバンド信号: 数値 1 と 0 は 2 つの異なる電圧で直接表され、送信のためにデジタル チャネルに送信されます(ベースバンド送信)。さまざまなテキスト ファイルや画像ファイルを表すコンピュータによって出力されるデータ信号など、ソースからの信号はすべてベースバンド信号です。
- ベースバンド信号とは、伝送すべき情報を直接表現する信号であり、例えば私たちが話す音波もベースバンド信号です。
- 重要なのは、[ソース] (人間またはコンピューター) によって送信される信号であり、コンピューターから送信される信号には高レベルと低レベルがあります。人が発する音波は波の高低があるアナログ信号ですので、ベースバンド信号は【デジタル信号またはアナログ信号】であると言えます。
- 重要な理解: コンピュータ ネットワークではデジタル信号が使用されます。コンピュータ機器のネットワーク カードはデジタル信号を発信するため、デジタル信号はデジタル チャネルでのみ送信できるため、ベースバンド送信と呼ばれます。
ベースバンド送信符号化の処理：0または1をどのような波形で表すかを特定し、所定の符号化方式に従って実行します。
広帯域信号
ブロードバンド信号: ベースバンド信号を変調することによって形成され、送信(ブロードバンド送信) のためにアナログ チャネルに送信される、周波数分割多重化されたアナログ信号。
プロセス: ベースバンド信号が搬送波によって変調された後、信号の周波数範囲は、チャネル上で送信するためにより高い周波数帯域に移動されます (つまり、チャネルは特定の周波数範囲のみを通過できます)。
例: たとえば、私たちが普通に話していて、遠くにいる人に私たちの声が聞こえない場合は、送信塔を使用して音波を発することができますが、私の音波の周波数はそれほど高くないため、ディスプレイに表示されます。波形は比較的狭く、幅が広く、長距離を送信する必要があるため、天候や環境の理由により信号が減衰する可能性があり、その際に信号にある程度の損失が発生します。基本的なベースバンド信号（いわゆるベースバンド信号）を比較的周波数の高い高周波信号に変調することで、たとえ減衰が大きい環境であっても高周波信号が対応できるようになります。大きな減衰は、大きな干渉要因でもターゲット端に送信され、復調されて元の信号周波数が復元される可能性があります。
巧妙なトリック: ベースバンド信号はデジタル チャネルで送信されるデジタル信号であり、ブロードバンド信号はアナログ チャネルで送信されるアナログ信号です。
ベースバンドとブロードバンドとそれらの違いの概要:
- 伝送距離が短い場合、コンピュータネットワークはベースバンド伝送を使用します（近距離では減衰が小さいため、信号の内容が変化しにくい）。
- 伝送距離が長い場合、コンピュータネットワークは広帯域伝送方式（長距離での減衰が大きく、信号が大きく変化してもベースバンド信号を除去できる）を採用します。
1.4.2. 符号化と変調を理解する（4 つの符号化と変調方式）
はじめに: データにはデジタルまたはアナログがあります。たとえば、コンピュータは 2 進数の 0 と 1 を使用します。その場合、コンピュータが発するデータは離散的なデジタル データであり、人々が話すことによって発せられる音波は、連続的な擬似データの一種です。 。デジタル データでもアナログ データでも、データを送信して受信側で受信できるようにするには、まずデータを信号に変換し、その信号をリンクに乗せて送信する必要があります。受信後、端でも信号をデジタルに変換する必要があります。
- データ—>デジタル信号、すなわち
编码。 - データ —> アナログ信号、すなわち
调制。- 上記のデータは実際にはデジタルまたはアナログを表すことができ、一意ではありません。
エンコード処理： ①デジタル送信機を使用してデジタルデータをデジタル信号に変換します。②アナログデータはPCMエンコーダーを使用してデジタル信号に変換されます。
変調プロセス： ①デジタルデータを変調器を使ってアナログ信号に変換します。②アナログデータはアンプ変調器を使ってアナログ信号に変換されます。
- 巧妙なトリック: デジタルジェネレーターの場合、両端はデジタルであり、変調はデジタル→アナログ、復調はアナログ→デジタル、そして最終的な PCM はアナログデータ→アナログ信号になります。
エンコードと変調の完全なプロセス: まず、リンク上で送信される前に、元のベースバンド信号をアナログ信号 (高周波アナログ信号) に変調し、次にこの高周波信号を最初に送信された音波にフィルタリングします。受信側は受信できます。
1.4.3. 4 つの符号化および変調方式についての深い理解
デジタル信号にエンコードされたデジタルデータ
6 つのデジタル信号エンコード方式を理解する
目的: コンピュータから送信されるデータはすべて、0101 などのデジタル データです。このデータをチャネル上で送信できるようにするには、このデータをデジタル信号の形式にエンコードする必要があります。
目的: デジタルデータの符号化はベースバンド伝送に使用され、基本的にデジタル信号の周波数を変更せず、デジタル信号をそのまま伝送します。
次の 6 つのデジタル信号符号化方式があり、最初の 3 つは一般的に使用されますが、最後の 3 つはそれほど一般的ではありません (逆ノンリターン トゥ ゼロ符号化は 15 年間に研究されています)。
(1) ノンリターンゼロコーディング[NRZ]
ルール: 高 1、低 0 (高レベルが 1、低レベルが 0)。
利点: コーディングの実装が簡単です。
短所：エラー検出機能がなく、コード要素の始まりと終わりを判断できないため、送信側と受信側の両方で同期を維持することが困難です。
- 反例：今回送信したデータが長く連続した1か0の場合、受信側はこの時特に長い直線を受け取ることになり、この中に1か0が何個あるかはこの時点では分かりません。受信側に各周期のクロック サイクルの長さを知りたい場合は 0 (クロック サイクルの送信に特別に使用される信号を確立することで、送信サイクルと速度を知ることができます)。
(4) リターントゥゼロコーディング[RZ]
規則: 1 シンボル以内に信号レベルが 0 に戻る必要があります。
回復を 1 つのシンボルで説明するにはどうすればよいでしょうか?
- 例えば、ここではデフォルトがバイナリコード要素なので、1ビットがコード要素ですが、下の図で丸で囲った部分がコード要素内で0に戻る状態です。
短所: リターン トゥ ゼロ コーディングの送信プロセス全体では、多くの低レベルの状況が発生します。これは、このチャネルがあまり使用されないことを意味するため、使用することはお勧めできません。
(5) 逆ノンリターンゼロエンコーディング[NRZI]
ルール: 信号レベルが反転した場合は 0 を表し、信号レベルが変化していない場合は 1 を表します。
それぞれのポジション変更のルールを説明しましょう。
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。
リターン トゥ ゼロ エンコーディングの比較: この逆の非リターン トゥ ゼロ エンコーディングでは、レベルは 1 つのシンボル内でジャンプしませんが、前のリターン トゥ ゼロ エンコーディングではレベルがジャンプすることがわかります。 1つのシンボルで。
利点: 送信された信号がすべて 0 の場合、各シンボルは次々と反転します。
欠点: 送信される信号がすべて 1 の場合、1 の長いセグメントが送信され、反転が行われない状況も発生します。このとき、受信側では合計で 1 が何個送信されたかを知ることができません。以前のリターン トゥ ゼロ エンコーディングとは異なります。同様に、これを解決したい場合は、新しいチャネルを作成する必要があります。プロセス中に、各セグメントが受信される時間を示すクロック サイクルが送信されます。
(2) マンチェスター符号化
マンチェスター符号は、ノンリターンゼロ符号化、リターントゥゼロ符号化、逆ノンリターンゼロ符号化の長所と短所を兼ね備えた非常に優れた符号化である。
特徴: クロック信号と当社のデータは、独自の同期を達成するためにクロック信号を送信するための追加チャネルを必要とせずに一緒に送信できます [同期受信側] このとき、受信したデータから判断できます。データは私に送信されていますか？信号を個別に抽出したり、各クロック サイクルが何であるかを計算したりする必要はありません。
マンチェスター符号化規則: コード要素を 2 つの等間隔に分割し、前者の間隔が低レベル、次のノードが高レベルでコード要素 1 を示し、コード要素 0 はその逆です。（逆の規定も適用される場合があります）。
ルール [前の間隔は低レベル、次のノードは高レベル、つまりシンボル 1 を意味し、シンボル 0 はその逆] に従えば、赤い部分が前部で高く、後部で低いことがわかります。後ろは0が送信されることを意味し、前が低く後ろが高い青い部分は1を表します。
特徴：各シンボルの途中でレベル遷移が発生し、ビット途中の遷移はクロック信号（同期用に使用可能）またはデータ信号として使用できますが、占有周波数帯域幅は2元のベースバンド幅の倍。各シンボルは 2 つのレベルに変調されるため、データ伝送速度は変調速度のわずか 1/2 になります。
実践例: シンボルの送信速度が 40 Boud の場合、情報速度は 1 秒あたりのビット数のみになります。
それぞれの質問について詳しく説明します。
① シンボルを 2 つの等間隔に分割し、後者の間隔をクロック信号またはデータ信号とみなすことができ、クロック信号として使用すると送信側と受信側の同期が取れます。
② 各シンボルはルールに従ってジャンプを生成することができ、このとき受信側はこのジャンプを検出でき、ジャンプが検出された場合、送信側はビットを送信したことになります。各コード要素間の遷移を丸で囲みました。
③送信されたシンボルが表すデータをどうやって判断するのか？以下の最初のコード要素を見てください。これは前線の高さと過去100年によって決まります。コーディング規則に従って、1か0かが決まります(前線が高い場合は0になるかもしれません)前が低く後ろが低い場合は 1、または前が低く後ろが高い場合は 1 になる可能性があります。詳細に応じてコーディングによって決定されます）
④マンチェスター符号化では、占有周波数帯域幅が元のベースバンド幅の2倍となり、各シンボルが2分割されるため2段階の変調が可能となり、データ伝送速度は変調速度の1/1で済みます。
質問: これはバイナリ コード要素ではありませんか? 1 ビットが 1 コード要素に対応するのではありませんか? 実際に送信されるビット数が 1/2 であると言われるのはなぜですか?
回答: シンボル送信レートは、1 秒間に送信されるシンボルの数、1 秒間に送信されるパルスの数、または信号の変化の数のいずれかになります。マンチェスター符号化では特別であり、1 秒間に 1 つのタイム ギャップです。クロックの場合、信号は 1 サイクルで 2 回変化し、1 回のジャンプ (2 回の信号変化) によってのみ 1 ビットのデータを取得できるため、その変調速度またはシンボル送信速度は、データ ビット送信速度の 2 倍になります。
- 単純化: 1 クロック サイクル内のパルス数は 2 です。このパルス数をシンボル伝送速度として使用するため、当然データ ビット伝送速度はその 1/2 になります。
(3) 差分マンチェスタ符号化
ルール: 1 と同じで 0 とは異なります。現在送信されているシンボルが 1 の場合、現在の半分のシンボルのレベルは前のシンボルの後半のシンボルのレベルと同じであり、0 の場合はその逆になります。
例: 下の図の丸で囲んだ位置から開始されることがわかりますが、デフォルトでは最初にハイレベルになってからデータの送信を開始します。
受信側がそれを認識できるように、シンボルを送信するときに反転させます。低レベルから始めて、赤い部分が送信する 1 つのシンボルです (実際には 2 レベル)。このとき、送信したいものは0です。同じ1と異なる0の法則に従って、前が低く、後ろが高いです。
同様に青い部分もデータを表しており、まず前回のレベルから現在の開始レベルがLowかHighかを判断し、前回のレベルがHighレベルであればLowレベルから開始して 1 を送信し、 ①②はどれも同じ低レベルです。
次に、このルールに基づいて毎回どのようなデータが送信されるかを取得できます。
用途：LAN伝送によく使用されます。
特徴：各シンボルの途中にレベルジャンプがあり、このレベルジャンプにより自己同期が可能であり、マンチェスターよりも耐干渉性が強い。
- 私の個人的な感覚としては、マンチェスターコーディングに基づいてルールが追加されているということです。つまり、毎回送信されるレベルは前のレベルと反転する特性を持ち、レベルがより頻繁にジャンプし、受信者がそれをより明確に認識できるようになります。
(6) 4B/5Bエンコーディング
以前のエンコーディングを比較すると、マンチェスターエンコーディングと差動マンチェスターエンコーディングでは、受信側が 1 ビットのデータを受信するためにレベルジャンプが必要であるため、マンチェスターのデータ伝送速度はシンボル伝送速度の 1/2 であることがわかります。
4B/5B エンコーディング ルール: 4 つの実際のデータを表すために、毎回 5 ビットのデータが送信されます。追加のビットがビット ストリームに挿入され、一連の 0 または 1 が分割されます。つまり、5 ビットを使用して 4 ビットのデータがエンコードされ、受信機に送信されるため、4B/5B エンコーディングと呼ばれます。
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
このうち、4 ビットのデータは 0 ～ 15 を表現でき、5 ビットのデータは対応するビットデータを表現するために使用され、5 ビットのうちの余分な 16 ビットは制御コード (フレームの先頭と末尾、ラインなど) として使用されます。ステータス情報など）または予約済み。
利点: このエンコード方式の利点は、より優れた伝送パフォーマンスとエラー検出機能です。入力データを 5 ビットの出力に変換することにより、送信データに複数の 0 または 1 が連続しないようにすることができ、送信時の DC オフセットが減少し、送信の信頼性が向上し、一部の送信を検出して修正することもできます。エラー。
デジタルデータをアナログ信号に変調します（4つのデジタル変調方式、計算問題を含む）
デジタル データ変調技術は、モデムの変調および復調プロセスにそれぞれ対応して、送信側でデジタル信号をアナログ信号に変換し、受信側でアナログ信号をデジタル信号に復元します。
基本的なデジタル変調方式は次のとおりです。
调幅（ASK，幅移键控）:0 はサービスがないことを意味し、1 は範囲があることを意味します。
调频（FSK，频移键控）: Frequency は周波数を意味し、0 は低い周波数を意味し、1 は高い周波数を意味します。
- 非常にまばらで広い場合、2 回のみ振動して 0 を表します。比較的高い周波数で 4 回振動する場合、1 を表します。
调相（PSK，相移键控）：位相の変調です。0 は 1 つの波形に対応し、1 は別の波形に対応します。
正交振幅调制（调幅+调相，QAM）: つまり、振幅変調+変調を併用します。
- 原理: 振幅変調に基づいて振幅が細分化され、または方向変調に基づいて各位相が異なる振幅に細分化されます。
計算問題を頻繁にチェックしてください。
質問: 特定の通信リンクのボー レートは 1200 Boud で、4 つのフェーズと各フェーズに 4 つの振幅を持つ QAM 変調テクノロジを使用しています。リンクの情報送信レートはどれくらいですか?
分析: 4 つの位相が使用され、各位相は 4 つの振幅を持ちます。その場合、信号全体は 4x4=16 の波形になります。16 波形の場合、実際には 16 の対応するコード要素があります。ここに 16 進数のコード要素があります。これは、log 2 16 = 4 の場合です。つまり、1 ボーは 4 つのシンボルを表します。
このときのボーレートは 1200Boud なので、情報伝送速度は 4x1200 = 4800bit/s となります。
アナログデータをデジタル信号にエンコード（サンプリング、量子化、エンコードの3ステップ）
アナログデータはどのようにしてデジタル信号にエンコードされるのでしょうか?
- コンピューターは内部でバイナリ データとすべてのデジタル オーディオを処理するため、アナログ オーディオは、サンプリングと量子化 (つまり、オーディオのデジタル化) を通じて、限られた数の数値で表される離散シーケンスに変換する必要があります。
最も典型的な例: オーディオ信号をエンコードするパルス符号変調 (PCM)。コンピュータ アプリケーションでは、PCM エンコードは最高の枕レベルに達します。素材の保存や音楽鑑賞に広く使用されており、CD、DVD、および一般的な WAV が適用されます。ファイル。
これには主に、サンプリング、定量化、コーディングの3 つのステップが含まれます。
1. サンプリング
プロセス: アナログ信号を定期的にスキャンし、時間連続信号を時間離散信号にプログラムします。
- 原理: アナログ信号は連続波形です. サンプリングプロセス中、各期間ごとに 1 回のサンプリングは、その時点での対応する電圧とレベルを確認するため、この連続した完全な波形は 1 つずつ小さな点になります。フレームを欠落することなくサンプリングされたアナログデータを表す離散信号を取得するには、サンプリング定理が採用されます。
要件: すべての離散信号が抽出されたシミュレーション データを表現できるようにするには、サンプリングに採用定理を使用する必要があります。
ここで >= であることに注意してください。
実用的な例: 一部の音楽プレーヤーのサンプリング周波数は 44100 であることがわかります。これは、人間の耳に聞こえる音波が 20 Hz ～ 20 キロヘルツであるためです。音楽を聴きたい場合、音楽は同等の忠実度でなければなりません。歪みなしで実現するには、サンプリング周波数が最高周波数の 2 倍以上である必要があります。
高周波の歪みや不鮮明さが採用周波数に達していないことを意味するとよく言われます。
2. 定量化
処理: サンプリングされたレベル振幅を一定の階層スケールに従って対応するデジタル値に変換し、整数を取得しますが、このとき連続レベル振幅は離散デジタル量に変換されます。
- 詳細: 多くの点は以前にサンプリングを通じて取得されましたが、現在は多くの時点と対応するレベル値が取得されています。離散点のこの部分では、いくつかの点のレベルはすべて奇妙です。一部の浮動小数点数、小数、整数これらはすべて整数に統一され、特定の採点基準に従って、つまりセクションごとに整数に定義されます。
3. エンコーディング
処理: 量子化結果を対応するバイナリコードに変換します。
- 詳細: ステップ 2 を通じて、量子化後に得られた一連の整数のレベル フローティング値がレベルと信号状態として使用されますが、このときシンボルとビットの変換が使用され、各信号状態はシンボルに対応します。16 個の信号状態がある場合、16 個の離散レベルの浮動値が存在します。これがエンコード プロセスです。
サンプリング、定量化、コーディングのプロセス全体を説明します。
① サンプリング（またはサンプリング）：アナログ信号には高低の変動があることがわかりますが、まず、アナログ信号を定期的にスキャンしてサンプリングを行います。等しい期間ごとに信号がサンプリングされ、その時点での対応する電圧が表示されます。[時間的に連続な信号を時間的に離散信号に変換します。サンプリング プロセス中はサンプリング定理に従います。サンプリング周波数はアナログ信号の最高周波数の 2 倍以上である必要があります。]
② 定量化：10進数、整数、負の数を含む対応するサンプリング電圧を、5.2Vを5Vに変換するなど、特定の基準に従ってデジタル値に変換します。[連続レベル値を離散デジタル量に変換]
③エンコーディング. 実際の最終図は使用される 16 個の信号状態を示しています. 4 桁のバイナリエンコーディングを使用して 16 個の離散状態を表現できます. これはエンコードの結果です.
アナログデータをアナログ信号に変調します（変調と復調を含みます）
理由: この送信プロセスでは、チャネルが非常に長く、環境が非常に厳しいため、送信するアナログ信号に一定の減衰が発生します。これに対処するには、アナログ信号を新しいアナログ信号に変調する必要があります。次にいくつかの危険が伴います。
プロセス: 送信効率を達成するには、より高い周波数が必要になる場合があります。この変調方式では、周波数分割多重技術を使用して帯域幅リソースを最大限に活用することもできます。電話や市内交換局によって送信される信号は、アナログ信号を使用してアナログ データを送信します。アナログ音声データは、送信のためにアナログ キャリア信号にロードされます。
例：最初と同じ話し声が塔型送信機から発信されますが、送信距離が非常に遠い場合、自分の周波数が高くないと受信側で認識できないほど減衰してしまいます。このアナログ信号は、比較的強力なアナログ信号、つまり高周波信号に変調されていますが、この高周波信号は傷つきにくく、被害も比較的小さいのです。元のベースバンド信号が明確に復元され、最終的に復調器を介してベースバンド信号に復調され、最終的にラジオに送信され、この時点で元の音波を聞くことができます。
1.5. データ交換方法
1.5.1. なぜデータ交換が必要なのでしょうか?
① 有線ネットワークを使用する場合、2 つを相互接続すると、2 つずつ接続できますが、このとき、次の Cn2 リンクが形成されるため、比較的非効率であり、リソースが無駄になります。
② 次に、複数のマシン間でスイッチング装置を使用し、スイッチングセンター（ルーターまたはスイッチ）を介してデータを集中送信します。LAN の場合はスイッチ、WAN の場合はルーターです。 . したがって、現時点では n 個のリンクだけが必要です。
③さらに多くの交換機があれば、大規模な交換網（複数の交換機）を形成することができ、全方向からのコンピュータを接続することができます。
1.5.2. データ交換方法を理解する
含まれるもの: 电路交换、报文交换、分组交换。
- このうち、メッセージ スイッチングとパケット スイッチングは、どちらもストア アンド フォワード スイッチング方式です。
- パケット交換には以下が含まれます:
数据报方式、虚电路方式。
1.5.3. 方法 1: 回線交換
1.5.3.1. 回線切り替えの原理
電流交換の原理: データ伝送中、送信元ノードと宛先ノードの間には中間ノードで構成される専用の物理接続回線があり、この回線はデータ送信が終了するまで維持されます。
1.5.3.2. 3 段階の回線切り替え
回線切り替えの段階には、次の 3 つの段階が含まれます。
フェーズ 1: 接続の確立 (通話/回線の確立)
プロセス: まず、ホスト A が最も近いスイッチング デバイスに接続し、次にルーティング アルゴリズムを実行して次のスイッチング デバイスを選択します。同じことが後続のスイッチング デバイスにも当てはまります。最後に、スイッチング デバイス D が通話要求をホスト B に転送します。
フェーズ2：通信（データ送信）
処理：ホスト A の要求にホスト B が応答し、実際のデータは同じ経路で送信者に返されますが、通過した交換機は来たときと同じです。中央は送信用の全二重モードです。
フェーズ 3: 接続を解放します (回路を削除せずに)
プロセス: A が B から切断したい場合、ホスト B が解放要求を返すまで、ホスト A は解放要求を送信します。バックトレース中に、対応する中間デバイスも順番に切断されます。最初に D、次に C、となります。 ..ホストA。
1.5.3.3. 回線切替の特徴
回線交換の特徴: 排他的なリソース、ユーザー クロックはエンドツーエンドの固定伝送帯域幅を占有し、間接的なリアルタイム システム要件が高いリモートのバッチ情報伝送または大規模なデータ伝送に適しています。
- 排他的リソースの概要: a と b の間の通信プロセス中、他のホストが占有することはできません。
適切なシナリオ: 高いリアルタイム要件を伴う大量のデータ送信。
- 小さなデータ ブロックのみが送信される場合、長い初期接続確立プロセスが無駄になります。
1.5.3.4. 回線切り替えの長所と短所
回線切り替えの長所と短所:
- データの蓄積能力がなく、トラフィックの円滑化が難しい 説明：回線交換装置には蓄積容量がないため、この交換装置に大量のデータが流れ込むと、この交換装置はデータを蓄積できず、トラフィックの円滑化が困難になります。データの急増に対処するため、一部のデータが失われる可能性があります。
利点を一言でまとめると、遅延が小さい、連続送信、強力なリアルタイム性能、全二重通信、チャネルプリエンプションなし、デジタルまたはアナログ信号に適している、制御が簡単です。
欠点を一言でまとめると、最初の接続の確立に時間がかかる、信号が排他的でアイドル状態のときは放棄できない、中間伝送装置が切れると接続を再確立する必要がある、接続が確立されない、ということです。異なる端末間の相互作用が困難であり、エラー訂正やエラー制御を実行できません。
1.5.3. 方法 2: メッセージ交換
1.5.3.1. メッセージ交換と原則を理解する
报文: メッセージとは、ネットワーク内で交換および送信されるデータの単位、つまりステーションが一度に送信するデータのブロックです。メッセージには送信される完全なデータ情報が含まれていますが、その長さは非常に不安定であり、長さは無制限で可変です。
- 送信されるファイルと言語はメッセージであり、送信される単一のデータ ブロックを指しますが、その長さは非常に不確実で可変です。
メッセージ交換の原理: 2 つのサイト間に専用チャネルを確立する必要はなく、データ送信の単位はメッセージであり、送信プロセスはストアアンド フォワード方式を使用します。
1.5.3.2. メッセージ交換の送信処理
メッセージ交換全体の送信プロセス:
① まず、送信情報＋メッセージヘッダをメッセージ（宛先アドレス＋送信元アドレスを含む）にして送信します。
② メッセージの交換はストアアンドフォワード方式を採用しており、交換機 A にメッセージが到着すると、まずメッセージ全体を受信し、メッセージを一時的に保存し、エラーの有無を確認（エラー制御）した後、メッセージを交換機 A に送信します。メッセージに問題がなければ、出力回線がアイドルになるのを待ち、ルーティング情報を使用して次のノードのアドレスを見つけて、次のノードに送信します。
- ルーティング情報: スイッチング デバイス自体によって維持されるルーティング テーブルを指し、ルーティング テーブルを使用して、ホスト間の距離が最も短い次のスイッチング デバイスを決定できます。
③次に、現在の中継装置Aのルーティングテーブルから次に到着する中継装置Bを決定し、転送します。
ここで、ノード間のリンクは排他的ではなく、全員が共有できることがわかります。このリンクの幅には、指定された帯域幅範囲という制限があり、送信されるパケットが多すぎる場合、この回線は比較的混雑していることがわかります。
1.5.3.3. メッセージ交換の長所と短所
メッセージ交換の長所と短所:
利点を一言でまとめると、接続を確立する必要がない、複数のメッセージで回線を共有し、動的に回線を割り当てることができる、マルチターゲットのサービスを提供でき、1つのメッセージを複数の宛先アドレスに送信できる、柔軟なスイッチング機能と転送機能を実現できる、というものです。
欠点を一言で要約すると、「リアルタイム性が比較的低く、デジタル信号にのみ適している。メッセージの長さに制限がないため、極端な場合にはメッセージがディスクに保存されることになる。」これにより送信遅延が増加するため、バッファを適切に拡張する必要があります。
1.5.4. 方法 3: パケット交換
1.5.4.1. パケット交換と原理を理解する
現在、インターネット上で最も一般的に使用されている交換方法です。
分组: ほとんどのコンピュータ ネットワークは任意の長さのデータを連続して送信することができないため、ネットワーク システムは実際にはデータを小さな部分に分割して 1 つずつ送信します。この小さな部分はパケットと呼ばれます。
パケット スイッチングの原理: パケット スイッチングとメッセージ スイッチングは基本的に同じように動作しますが、どちらもストア アンド フォワード方式を使用します。形式上の主な違いは、パケット スイッチング ネットワークでは送信されるデータ ユニットの長さを制限する必要があることです。一般的には 128B が選択されます。送信ノードは、端末装置から送信されたデータメッセージを受信・蓄積した後、一定の長さのパケットに分割してパケット単位で送信・交換し、受信ノードは受信したパケットを情報またはメッセージに組み立てます。
1.5.4.2. パケット交換処理
まず、送信元に大きなデータ ブロックがあります (切り取られていない場合は、メッセージ モードになります)。
ここではパケット交換なので、大きなデータブロックを 1 つずつデータブロックに分割し、それぞれの小さなデータブロックに対応する制御情報 (送信元と宛先のアドレス、番号) を追加します。それを送り出します。
- 番号付けの目的: パケットが送信元ホストから送信される場合、パケットごとに異なる回線交換方式が選択される可能性があり、最終的に宛先に到着するパケットの順序が異なるため、識別のために番号を使用する必要があります。 。
スイッチング デバイスがパケットを受信すると、パケットのエラー検出とルーティングが実行され、次のパスが選択されます。スイッチング デバイスが比較的良好な回線を選択してメッセージを送信すると、送信元アドレスのホストも同様に送信します。データの小さなブロックを取り出します。
1.5.4.3. パケット交換の長所と短所
メリットを一言で言うと、事前に専用の接続回線を敷く必要がなく、いつでもパケットを送出できる、回線利用率が高い、パケット長が固定、バッファが大きい、などです。サイズも固定で並列性があり、前のパケットの転送と並行して次のパケットの格納が行われるため、送信パケットがメッセージより小さいため、送信待ち時間が短縮されます。伝送遅延が少なく、パケットサイズが短いため、コンピュータのバーストデータ通信に適しています。
欠点を 1 つの文で要約します: 各転送送信時間はメッセージ交換時間より短いですが、それでも保存と転送の遅延が発生します。制御情報を各パケットに追加する必要があるため、実際には通信効率が低下し、処理時間が増加します。データグラムを使用する場合パケットの順序の乱れ、損失、または重複が発生する可能性があり、最終的にはすべてのパケットをソートする必要があります。仮想回線を使用する場合は、順序の問題はありませんが、事前に接続回線を確立する必要があります。
1.5.4.4. パケット交換の 2 つの方法 (データグラム、仮想回線)
パケット交換には、データグラムと仮想回線の2 つの交換方法があります
データグラム
データグラム送信の詳細なプロセス
データグラムモードの詳細なプロセス:
1. 送信元ホスト (A) は、メッセージを複数のグループ(各グループと対応する制御情報) に分割し、直接接続されているノード (A) に順番に送信します。これが唯一の経路であるため、選択する方法はありません。
2. ノード A がパケットを受信すると、各パケットのエラー検出とルーティング選択が実行されます。異なるパケットの次のノードは異なる場合があります。
- このとき、P1 パケットが最初に送信され、ノード C を選択します。次に P2 パケットが送信されるとき、P2 パケットはノード D に送信されます (ノード C が現在輻輳している可能性があるため)。
3. ノード C はパケット P1 を受信すると、パケットP1 の誤り検出を行い、誤りがなければノード A に確認メッセージを送信します。ノードCのコピー。
- ノード D も P2 でエラー検出を実行し、確認メッセージをノード A に送信します。確認メッセージを受信した後、ノード A は P2 のコピーを破棄します。
4. 最後に、すべてのパケットがホスト B に到着すると、ホスト B はすべてのパケットをその番号に従って再編成します。
データグラムモードの特徴
データグラムモードの特徴:
1.データグラム モードは、ネットワークにコネクションレス サービスを提供します。送信者はいつでもパケットを送信でき、ネットワーク内のノードはいつでもパケットを受信できます。
无连接服务: パケット伝送は、あらかじめ伝送路が決まっているわけではなく、各パケットが独立して伝送路を確認するため、パケットごとに伝送路が異なる場合があります。
2. 同じメッセージの異なるパケットは、宛先ノードに到達するときに順序が乱れたり、重複したり、失われたりする可能性がありますが、パケットは最終的には再配置されるため、混乱を心配する必要はありません。
3. 各パケットは、送信中に送信元アドレス、宛先アドレス、およびグループ番号を運ぶ必要があります。
4. パケットがスイッチング ノードで保存および転送される場合、処理のためにキューに入れられる必要があるため、ある程度の遅延が発生します。スイッチングノードを通過するトラフィックが多い場合やネットワークが混雑している場合、この遅延は大幅に増加し、状況に応じてスイッチングノードが一部のパケットを破棄する可能性があります。
- 一部のパケットが破棄された場合でも、パケットの再送信を可能にする特定のメカニズムがあるため、ご安心ください。
5. ネットワークには冗長パスがあり、スイッチング ノードまたはリンクに障害が発生した場合、それに応じて転送テーブルが更新され、パケットを転送するためのパスが見つかります。
- 障害への適応力が強く、突発的な通信には適していますが、長文のメッセージや会話的な通信には向きません。
仮想回線モード
仮想回線とその 3 つの段階を理解する
仮想回線は、データグラム モードと回線交換モードを組み合わせて、両方の利点を活用します。
虚电路: ソース ホストから宛先ホストへのパス (論理接続) は回線に似ています。パス上のすべてのノードは、この仮想回線の確立を維持し、仮想回線テーブルを維持する必要があります。各項目には、オープンな仮想回線情報が記録されます。
回路スイッチングも使用され、これには 3 つのステージが含まれます。
①接続確立（仮想回線確立）：発信元ホストが「通話要求」を送信し、ノードを経由する際、通話要求はルーティングテーブルに従ってグループに転送され、ホストBまで順次転送されます。 B が「通話応答」グループを受信すると、接続が確立されます。
- ルーティングと転送が必要なのは最初だけであることに注意してください。その後のデータ送信ではルーティングは必要ありません。代わりに、宛先アドレスはノード内の仮想回線テーブルに基づいて決定されます。パケット送信プロセス中、パケットは伝送する必要がありません。宛先アドレスと送信元アドレス、仮想回線番号を持ってくるだけです。
送信元ホストによって送信された要求パケットが応答を受信した場合にのみ、接続が正式に確立されます。
②データ送信段階: 各パケットには仮想回線番号、グループ番号、チェックサムなどの制御情報が含まれており、宛先アドレスを含む必要はありません。
- **宛先住所を伝えない理由は何ですか? **接続が確立されると、このパスは一意に決定されます。グループはこのパスのみをたどることができます。宛先アドレスを入れる必要はありません。このルートをたどるだけで済みます。
- 新しい識別子を運ぶ必要がありますが、これは仮想回線番号です。この仮想回線番号は一意の識別子であり、どの回線から来たかを示すために使用されます。
- 仮想回線番号のグループ化の意味: 主に、ホスト B が多数のグループを手動でグループ化し、多数のグループ内の他のホストから送信されたメッセージ (他の仮想回線を占有することによって送信されたメッセージを含む) も存在する場合、ホスト B は、仮想回線番号を使用して、これらのグループを分類します。たとえば、仮想回線番号 1 のグループを 1 つの山に置き、2 のグループを 1 つの山に置きます。このとき、2 つのグループの山が復元されます。次のステップに進み、最終的に完全なメッセージに復元されてプロセスに渡されます。
③コネクションの解放：送信元ホストは仮想回線を切断するための「解放要求」を送信し、ホストbがコネクションの解放に同意すると応答を返し、回線を1つずつ解放します。
仮想回路の特性
仮想回路の特性:
1. 仮想回線方式はネットワーク層にサービスを提供します。実際の物理接続ではなく、論理接続が送信元ノードと宛先ノードの間に確立されます。
连接服务: 最初にパケット送信の送信パスを確認し (接続の確立、ルート、転送)、次にこのパス (接続) に沿って一連のパケットを送信します。一連のパケットは同じ送信パス (同じパス) を持ち、接続は削除されます。送信完了後。
2. 通信中のすべてのパケットは、仮想回線を介して順次送信されます。パケットには、送信元アドレス、宛先アドレス、および仮想回線番号を含むその他の情報が含まれる必要がありません。データグラム方式と比較して、オーバーヘッドが小さいです。同じメッセージが宛先ノードに到着しないため、順序が乱れたり、重複したり、失われたりする可能性があります。
3. パケットが仮想回路上の各ノードを通過する際、ノードはエラー検出のみを実行し、経路選択を実行する必要はありません。
4. 各ノードは、複数のノードで複数の仮想回線を確立できます。各仮想回線は、2 つのエンド システム間の特定のデータ送信をサポートし、2 つのデータ エンドポイントのフローを制御できます。各エンドポイント システムには、異なるプロセスを提供する複数の仮想回線も存在できます。
5. 弱点: ネットワーク内のノードまたはリンクに障害が発生し、完全に障害が発生すると、そのノードまたはリンクを通過するすべての仮想回線が破壊されます。
- 各ノードは仮想回線テーブルを保持しているため、ノードに障害が発生すると仮想回線が直接切断されることと等価となり、仮想回線の可用性がそれほど高くないことを示します。
データグラムと仮想回線の比較
1.5.4. 3 つのデータ交換方法の選択
- メッセージ スイッチングの保存と転送は実際にはシリアルですが、パケット スイッチングの保存と転送は並列処理されます。
シナリオ 1:送信するデータの量が多く、送信時間が通話よりもはるかに長い場合は、 を選択します电路交换。回線切り替えの伝送遅延は最小限です。
シナリオ 2: エンドツーエンド パスが多数のリンクで構成されている場合、分组交换データを送信する方が適切です。【ストアアンドフォワード並列伝送】
シナリオ 3:チャネル使用率の観点からは、メッセージ交換およびパケット交換の方が回線交換よりも優れており、分组交换遅延はメッセージ交換よりも小さいため、特にコンピュータ間のバースト データ通信に適しています。
マインドマップの瞬間
2. 伝送媒体
2.1. 伝送メディアと分類
物理層伝送媒体: 伝送媒体/伝送媒体とも呼ばれ、データ伝送システムにおける送信デバイスと受信デバイス間の物理パスです。
- 前のチャネルは送信者と受信者間の単なる論理パスでしたが、ここでは伝送媒体は実際の物理パスです。
注: 伝送メディアは物理層ではありません。伝送メディアは物理層の下にあります。物理層はアーキテクチャの最初の層であるため、伝送メディアはレイヤー 0 と呼ばれることもあります。伝送媒体で伝送されるのは信号ですが、伝送媒体は伝送された信号が何を意味するかは知りませんが、物理層が電気的特性を指定することで、伝送されたビットストリームを識別できます。
- 伝送メディア層では信号を機械的かつ無神経に伝送するだけで、物理的な伝送経路としてのみ利用され、電圧によってデータ量を区別することができます。
- 例: 10V または 15V の電圧が表示された場合、対応する数値は 1 であることがわかります。電圧が 0V の場合、対応する数値は 0 です。これが電気的特性です。
伝送メディアは次のように分類できます导向性传输介质。非导向性传输介质また、ガイド付きメディアと非ガイド付きメディアと呼ぶこともできます。
誘導伝送媒体: 電磁波は固体媒体 (銅線/光ファイバー) に沿って誘導されます。
- 例: たとえば、電車は固定された線路に沿って移動します。これは、経路が事前に設定されていることを意味します。
非誘導伝送媒体: 自由空間、媒体は空気、真空、海水などです。
- 例: たとえば、飛行機は空を飛ぶときに特定のルートをたどる必要がありますが、場合によってはわずかに逸脱する可能性があり、自由空間を移動します。これは、無誘導の伝送媒体に相当します。
2.2. ガイド付き伝送メディア
2.2.1. ツイストペア
はじめに: ツイストペアは、最も古く、最も一般的に使用されている伝送媒体であり、特定の規則に従って並べてツイストされ、互いに絶縁された 2 本の銅線で構成されます。
ツイストペアの構成: 非シールドおよびシールド付きツイストペアは、追加のシールド層を備えたシールド付きツイストペアです。
- 銅線：2本の導体をねじりのように撚り合わせたもの。
- 絶縁体: 撚り合わせた銅線の上に置かれた絶縁体の層。
- ポリ塩化ビニルシース：PVC素材のプラスチックスリーブで、このときシールドなしのツイストペアを形成します。
より線の役割：隣接する電線への電磁干渉を軽減します。
ここでは右手の法則について学びます。逆方向の 2 つの電流がある場合、それらが発生する電磁波は、その大きさが等しい場合、互いに打ち消し合います。したがって、私たちのような2本の銅線のセットの場合、逆の電流によって発生する電磁波または電磁場は互いに打ち消し合うことができ、互いに影響を与えることはありません。（例えば、隣接する電線への電磁干渉を減らすために、自分の家の電線は隣の家の電線に影響を与えません）
電磁妨害に対する耐性をさらに向上させるために、ツイストペアの外側に金属線からなるシールド層を追加することができ、これを屏蔽双绞线（STP）非シールドツイストペアと呼びます非屏蔽双绞线（UTP）。
実際の例を見てみましょう。以下の 1 つはシールドされていないツイストペア、もう 1 つはシールドされたツイストペアです。
- シールドなしツイストペアを開くと、8 本の線と 4 つのグループの二相線が撚り合わされていることがわかります。
- シールドツイストペアを開くと中にシールド層が見えますが、これは金属線編組のシールド層で、この金属線編組のシールド層をシールドツイストペアと呼びます。
ツイスト ペアの特徴: ツイスト ペアは安価で、最も一般的に使用される伝送メディアの 1 つであり、ローカル エリア ネットワークや従来の電話で一般的に使用されています。
適用シナリオ: アナログ伝送とデジタル伝送の両方でツイストペアが使用でき、通信距離は一般に数キロメートルから数十キロメートルです。
- アナログ伝送の場合、距離が長すぎる場合は、減衰した信号を増幅するためにアンプが使用されます。
- デジタル伝送の場合、歪んだ信号を整形するためにリピーターが使用されます。
2.2.2. 同軸ケーブル
構成要素：導体銅芯線、絶縁層、メッシュ編組シールド層、プラスチック外層。
同軸ケーブルは、 50Ω同軸ケーブルと75Ω同軸ケーブルの2つに分類されます。
- 50Ω 同軸ケーブルはベースバンド デジタル信号の伝送に使用され、ベースバンド同軸ケーブルとも呼ばれ、ローカル エリア ネットワークで広く使用されています。
- 75Ω 同軸ケーブルは主に広帯域情報の伝送に使用され、広帯域同軸ケーブルとも呼ばれ、主にケーブル テレビ システムで使用されます。
なぜ同軸と呼ばれるのでしょうか？その 4 つの構造は同じ軸または軸を共有しているため、下の図では、心臓を通る矢がこれら 4 つを中央から貫通できることがわかります。
実用的なアプリケーション: セットトップボックスの背後のインターフェース、テレビの背後のインターフェース
同軸ケーブルとツイストペアの違い: 同軸ケーブルは、外部導体のシールド層により、ツイストペアよりも優れた耐干渉性能を持ち、高速データの伝送に広く使用されています。伝送距離は長くなりますが、価格が高くなります。ツイストペアケーブルの方が高価です。
2.2.3. 光ファイバー
2.2.3.1. 光ファイバーと光電変換を理解する
理由：通信やコンピュータの急速な発展に伴い、写真や動画の閲覧速度がますます速くなり、瞬時に読み込むことができるなど、情報伝達速度に対する要求はますます高まっています。
ツイストペアケーブルや同軸ケーブルとの違い:光ファイバーは実際に光パルスを伝送します。先ほど述べた 2 つのタイプでは、電気パルスを伝送します。つまり、光波は実際に光ファイバー中を伝送しますが、同軸ケーブルでは電磁波が伝送されます。波、歩く。
光ファイバー通信：光ファイバー（光ファイバーといいます）は、通信のための光パルスを伝送するために使用され、光パルスの存在を1、光パルスの存在しないことを0として表します。可視光の周波数は約10 8 MHzです。、したがって、光ファイバー通信システムの帯域幅は、他の現在のシステムの帯域幅よりもはるかに大きくなります。
光ファイバーはどのようにして光電変換を実現しているのでしょうか？
- 光ファイバーは光パルスを伝送するため、実際には送信側と受信側の間で光電変換処理を行っており、コンピューターから送信されるデータは0101であり、放出される信号は電気信号であることがわかっているため、したがって、送信側には電気パルスを光パルスに変換する何かがあるはずです。
- 光ファイバーには送信端に光源があり、電気パルスの作用で光パルスを生成できる発光ダイオードまたは半導体レーザーを使用できます。受信端でも光電変換が必要で、フォトダイオードが使用されます。光検出器を作り、光パルスを受信すると電気パルスを復元することができます。
2.2.3.2. 光ファイバの構成
光ファイバーの構成と実現：主にコア（固体）とクラッドで構成されています。
- 光はクラッドではなくファイバーのコア内を伝導します。
- ファイバのコアとクラッドの屈折率の差：コアの屈折率が高くなるため、屈折率の高い媒質が屈折率の低い媒質に入射すると、屈折角は入射角よりも大きくなります。角度が十分に大きい場合、全反射が発生し、光ファイバがクラッドに衝突したとき、光波が屈折せずに直接跳ね返されるため、損傷は非常に小さくなります。反射プロセス全体が継続的に繰り返されるため、光はピンボールのように前後に跳ね返り、この光ファイバーに沿って伝送されます。
- 画像には光線が 1 つだけありますが、入射角がこの臨界値を超えている場合、全反射が達成され、複数の光線を入射できます。
2.2.3.3. 複数の光ファイバを入力できるかどうかによる分類（マルチモード光ファイバ、シングルモード光ファイバ）
このとき、複数の光線が入力されるかどうかによって、マルチモードファイバ、シングルモードファイバに分類できます。
多模光纤: 送信端で大量の光を放射することができ、これらの光は光ファイバー内を継続的に往復することができますが、バウンスの過程で一定の損失が発生します。
- 質問：全反射が起こると言われていますが、全反射が起こっても、一部の光波はノイズの影響を受けたり、他の電磁波と干渉したりします。伝送距離が非常に長い場合、歪みが大きくなり、出力パルスの波形が不鮮明になり、入力パルスが認識されなくなります。
- 適したシーン：短距離伝送。
单模光纤: 光ファイバーの直径を光の 1 波長のみに縮小するため、この光ファイバーは光のようなもので、この直線に沿って伝播し、直接照射すると、出力パルスは実際には入力パルスとほぼ同じになります。反射せず、放送エネルギーの損失がないためです。
2.2.3.4. マルチモード光ファイバとシングルモード光ファイバの比較（光ファイバの詳細観察）
光ファイバの図は次のとおりです: 左の図は実際の光ファイバであることがわかります。各光ファイバの中に光ファイバが入っています。右の図は実用化された光ファイバ ケーブルです。少なくとも 1 本の光ファイバ ケーブルがあります。光ファイバーケーブルには光ファイバーが10本から100本入っていることが多く、1本の光ファイバーは実際には0.2mmしかありませんが、伝送過程で光が破損したり失われたりするのを防ぐために、光ファイバーは束ねられています。光ケーブルに束ねて充填剤を充填するだけで、非常に強い耐圧性を備えた光ケーブルが完成します。
2.2.3.4. 光ファイバーの特性
1. 伝送損失が少なく中継距離が長いため、特に長距離伝送に経済的です。
- 中継距離：伝送損失が比較的大きい企業では一定の距離に中継器を置きますが、光ファイバーの場合は損失が非常に小さいため中継距離が非常に長く、途中に中継器を置く必要がありません。波形を増幅します。
2.優れた耐雷性能と電磁妨害性能。
3. クロストーク干渉がなく、機密性が高く、データの盗聴や傍受が容易ではありません。
4. 小型、軽量です。
- 内部で伝送されるのは光波です 光波の帯域幅は非常に広く、1本の光ファイバーの通信量は非常に多くなります 同じ通信量を伝送する場合、ツイストペアは光ファイバーに比べて相対的にかさばり、非常に太いです。
2.3. 非誘導伝送メディア
なぜ非誘導伝送メディアが必要なのでしょうか?
- 想像してみてください。非誘導伝送媒体がなかったら、電話をかけるときに非常に長いワイヤーを接続する必要があり、全員の携帯電話がそのようなワイヤーに接続されることになります。無誘導伝送メディアであれば、いつでもどこでも持ち出して利用することができます。
一般的にテストされるのは、電波、マイクロ波、赤外線/レーザーの3 種類です。
2.3.1. 電波
信号の方向: 信号は全方向に伝播できます。次の図は全方向をカバーしています。
メリット：この機能があるからこそ、特定の方向を向かなくても、受信機器の有効距離内にある電波送信機と電波を使って通信することができ、通信接続が大幅に簡素化されます。
特長：透過力が強く、長距離伝送が可能であり、通信分野（携帯電話通信など）で広く使用されています。
2.3.2. 電子レンジ
はじめに: マイクロ波通信は周波数が高く、周波数範囲が広いため、データレートが非常に高速です。
信号の方向: 信号は一定の方向に伝播します。
主に、地上マイクロ波中継通信と衛星通信の2 つの通信アプリケーションが含まれます。
①地面微波接力通信
説明: 地球上にはいくつかの中継局があり、各中継局は次の指定された中継局に信号を送信し、循環を続け、最終的に地上での中継通信プロセスを完了します。
②卫星通信
説明：地上の中継局を実際に空中に移動させます。このとき、同期衛星が形成されます。この衛星が中継局の役割を果たします。信号を転送することができます。以前は、転送するために多くの中継局が必要でした。衛星通信の場合、マイクロ波信号を転送して地球規模の通信を実現するには、3 つの同期衛星だけが必要です。
利点:
1、通信容量大。
2. 遠い距離。
3.広範囲。
4、光波通信和多址通信。
短所:
1. 伝播時間の延長 (250-270ms)
2. 気候に大きく影響される (例: 強風、黒点の爆発、太陽通過)
3. ビットエラー率が高い。
- ビットエラー現象とは、最終受信側が波形や符号要素を認識できないことを意味します。
4. コストが高い。
2.3.3. 赤外線とレーザー
信号の方向: 信号は一定の方向に伝播します。
はじめに: 送信する信号を赤外線信号とレーザー信号のそれぞれの信号形式に変換し、空間に伝播させます。
- 電子レンジとの比較: 電子レンジではフォーマット変換が必要ありませんが、赤外線とレーザーではフォーマット変換が必要です。
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3. 物理層の設備
3.1. リピータ装置
3.1.1. リピータ機器の理解
誕生の理由： 回線上を伝送される信号電力は損失により徐々に減衰し、一定の減衰量に達すると信号に歪みが生じ、受信エラーが発生します。
機能: デジタル信号を再生します。(信号を再生および復元し、減衰した信号を増幅して元のデータと同じに保つことで、信号の伝送距離を延ばし、ネットワークの長さを延長します)
- 増幅効果を得るには信号を再整形してから復元する必要があるため、これは通常の増幅ではなく再生です。
- デジタル信号を増幅する場合のみですが、アナログ信号を増幅する場合はアンプと呼びます。
3.1.2. リピータの2ポートと両端の規定
リピータには 2 つのポートがあり、1 つは元の信号の入力に使用され、元々減衰した微弱な信号を増幅して整形し、再生して復元し、もう 1 つのポートから信号を放出します。以前と同じように、同じように強力にスタートしました。
中継器の両端の規制：
- 2 つの同一タイプのネットワークの相互接続。これら 2 つのタイプのネットワークは、実際には同じタイプのネットワーク セグメントを指します。ネットワーク セグメントは、集中タイプ a、b、c、および d にも分類されます。両端がこれによって接続される場合リピータ、それらが一緒にある場合、両端のネットワーク セグメントは同時に a または b になるはずです。両端の速度も同じままでなければなりません。[両端のネットワークセグメントが同じであり、速度も同じである必要があります]
- リピータは、データに誤ったデータやネットワーク セグメントに適合しないデータが含まれているかどうかに関係なく、ケーブル セグメント上のデータをケーブルの別のセグメントに送信するだけで、信号の電気部分にのみ作用します。[送信のみに使用され、保管や転送などの追加作業は行われません]
- 両端は同じメディアまたは異なるメディアに接続できます。たとえば、一端をツイストペアにし、もう一端を光ファイバまたは汎用ケーブルにすることができます。[両端のメディアは同じでも異なっていてもよい]
- リピーターの両端のネットワーク セグメントは同じプロトコルである必要があります。[両端のプロトコルは同じです]
- その理由は、保存および転送が可能な一部のリンク層デバイスやネットワーク層デバイスとは異なり、リピータは保存および転送を行わないためです。プロトコルが異なると、リピーターは何をすればよいのかわかりません。
3.1.3. 5-4-3 ルールを理解する
5-4-3 ルールを理解する: ネットワーク標準には信号遅延範囲に関する特別な規定があるため、リピーターは指定された範囲内でのみ動作できます。そうでないと、ネットワーク障害が発生します。
- ルールに準拠していない場合、デジタル信号の再生処理に時間がかかるため、信号が多数の中継器を通過すると、それぞれの中継器を処理すると合計の遅延時間が非常に長くなり、当社では非常に困難になります。ユーザーには遭遇したくないです。
- 対策：それでは、中継器の使用回数を制限します。
次に、5、4、3 についてそれぞれ説明します。
①5 は最大5 つのネットワーク セグメントを指します。以下の丸で囲まれた 5 つのネットワーク セグメントは次のとおりです。
② 4という数字は、5 つのネットワーク セグメント内に存在できる物理層ネットワーク デバイスはリピーターまたはハブで最大 4 つまでであることを意味します。
③3は接続可能な3台のコンピュータを指します。
3.2. ハブ（マルチポートリピータ）
3.2.1. ハブの機能を理解する
それは実際にはマルチポートリピータです. リピータとハブの機能は非常に似ています. 送信プロセス中に信号は損失と減衰を受ける可能性があるため, 信号が受信側で認識されないことを防ぐために,その場合は、この道路に何らかの機器を配置する必要があります。
機能: 再生、信号増幅。
ハブの機能: 信号を再生成、増幅、転送し、減衰した信号を増幅してから、動作状態にある他のすべてのポート (入力ポートを除く) に転送して、信号伝送距離を増やし、信号の長さを延長します。信号がない場合 指向性伝送機能は共有デバイスです。
以下はハブの図です。ハブを介してノードが複数のホストに接続できることがわかります。
共通トポロジ：スター型トポロジ。
3.2.2. ハブが長さの範囲を拡張できること、機器を共有する理由、および帯域幅のドメイン均等化の競合の問題を理解する
質問 1: ハブはなぜ信号伝送距離を延ばし、ネットワークの長さと範囲を拡張できるのですか?
- ホスト A がホスト B と通信する場合、本来は 100 メートルしか必要ありませんが、ハブ経由のアクセスにより 200 メートルになります。
質問 2: ハブはなぜ共有デバイスなのでしょうか?
- 私が話している主な内容はブロードキャストです。現時点では、ハブに 5 つのホストが接続されています。ホスト A から送信された信号がハブに送信されると、ハブはまず信号を増幅してから、すべてのポートを通じて転送します。これらのポートは動作状態である必要があります。 4 つのすべてのポートがこの信号を受信できますが、次のステップでこの信号を処理したい場合は、この信号によって復元されたデータが必要なものであるかどうかを確認する必要があります。このデータの宛先アドレスが自分のものであることがわかった場合は、ホストはそれが自分のものではないことを認識し、それを直接破棄できます。
- しかし、この形式の放送では、紛争が簡単に発生する可能性があります。
質問 3: ブロードキャスト モードが原因でハブが競合するのはなぜですか?
- このとき、あるホスト A が別のホストと通信したいと考えており、別のホスト B も別のホストと通信したい場合、2 つのホストから同時に送信された信号データがハブに到達すると、競合と衝突が発生します。 。
- **衝突の問題を解決するにはどうすればよいですか? **停止して待機し、ランダムな時間を待ってから、2 つがデータを送信します。衝突がない場合にのみ、データが正しく転送されます。そのため、ハブは大きな競合ドメインであり、競合ドメインを分割できません。
衝突が発生したら、データを送信する前にランダム イベントを待つ必要があります。同時に通信したい場合は、動作中のすべてのホストが帯域幅を均等に共有します。現在のハブが 10MB/s の場合、5 台のコンピュータが必要な場合は、同時に通信するには、この時点で均等に分割すると、全員がホストごとに 10/5 = 2MB/秒を取得します。
短所: 全員が同時に作業すると、各ホストが取得できる帯域幅が非常に小さくなるため、ハブの効率も非常に低くなり、全員の通信量または通信速度も非常に遅くなります。
主催者：ロングロード時間：2023.7.26-29
主催者：ロングロード時間：2023.7.26