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一、通信基础

  信道带宽：信道能通过的最高频率和最低频率之差。

1.奈氏准则、香农定理

奈氏准则：也称为奈奎斯特定理，是在理想低通（无噪声、带宽受限）的信道中，极限码元传输率的计算公式为2W Baud，其中W是理想低通信道的带宽，单位为Hz。
若用V表示每个码元离散电平的数目（则极限数据率为理想低通信道下的极限数据传输速率率＝2Wlog2V（单位为b／s）

对于奈氏准则，可以得出以下结论：
1）在任何信道中，码元传输速率是有上限的。若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使得接收端不可能完全正确识别码元。
2）信道的频带越宽（即通过的信号高频分量越多），就可用更高的速率进行码元的有效传输。
3）奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并未对信息传输速率给出限制，即未对一个码元可以对应多少个二进制位给出限制。

由于码元传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据传输速率，就必须设法使每个码元携带更多比特的信息量，此时就需要采用多元制的调制方法。

香农定理：在高斯白噪声背景下的连续信道的容量 ，
其中：B为信道带宽（Hz）；S为信号功率（W）；n0为噪声功率谱密度（W/Hz）；N为噪声功率（W）。

2.编码与调制

数据无论是数字的还是模拟的，为了传输的目的都必须转变成信号。把数据变换为数字信号的过程称为编码，把数据变换为模拟信号的过程称为调制。

数字数据编码为数字信号：

1.非归零编码 ：高1低0，高电平为1，低电平为0

  非归零编码(NRZ)不用归零，一个周期可以全部用来传输数据，但无法传递时钟信号，双方难以同步。
2.归零编码：信号电平在一个码元之内要恢复到零

  归零编码(RZ)中用高电平代表1、低电平代表0(或者相反)，每个时钟周期的中间均跳变到低电平(归零)，接收方根据该跳变调整本方的时钟基准，这就为传输双方提供了自同步机制。由于归零需要占用一部分带宽，因此传输效率受到了一定的影响。

3.反向非归零编码:反向非归零编码(NRZI)与NRZ编码的区别是用信号的翻转代表0、信号保持不变代表1。
  翻转的信号本身可以作为一种通知机制。这种编码方式集成了前两种编码的优点，既能传输时钟信号，又能尽量不损失系统带宽。

4.曼彻斯特编码：曼彻斯特编码(Manchester Encoding)将一个码元分成两个相等的间隔，
前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平表示码元1;码元0的表示方法则正好相反。
该编码的特点是，在每个码元的中间出现电平跳变，位中间的跳变既作为时钟信号(可用于同步)，又作为数据信号，但它所占的频带宽度是原始频带宽度的两倍。

5.差分曼彻斯特编码：差分曼彻斯特编码常用于局域网传输，其规则是:若码元为 1，则前个码元的电平与上一码元的后半个码元的电平相同;若码元为0，则情形相反。特点：在每个码元的中间都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性较好。

数字数据调制为模拟信号：
  基本的数字调制方法有如下几种:
1)幅移键控(ASK)。通过改变载波信号的振幅来表示数字信号1和0，而载波的频率和相位都不改变。比较容易实现，但抗干扰能力差。
2)频移键控(FSK)。通过改变载波信号的频率来表示数字信号1和0，而载波的振幅和相位都不改变。容易实现，抗干扰能力强，目前应用较为广泛。
3)相移键控(PSK)。通过改变载波信号的相位来表示数字信号1 和0，而载波的振幅和频率都不改变。它又分为绝对调相和相对调相。
4)正交振幅调制(QAM)。在频率相同的前提下，将ASK与 PSK结合起来，形成叠加信号。
设波特率为B，采用m个相位，每个相位有n种振幅，则该QAM 技术的数据传输速率R为R=Blog2(mn) (单位为b/s)

模拟数据编码为数字信号：

模拟数据调制为模拟信号：
  为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用(FDM)技术，充分利用带宽资源。电话机和本地局交换机采用模拟信号传输模拟数据的编码方式，模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。

3.电路交换、报文交换、分组交换

电路交换（Circuit Exchanging）：

电路交换技术的优点:
1)通信时延小
2)有序传输
3)没有冲突
4)适用范围广
5)实时性强
6)控制简单

电路交换技术的缺点:
1)建立连接时间长
2)线路独占，使用效率低
3)灵活性差
4)难以规格化

报文交换（Message Exchanging）：

报文交换技术的优点:
1)无须建立连接
2)动态分配线路
3)提高线路可靠性
4)提高线路利用率
5).提供多目标服务
报文交换技术的缺点
1)由于数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，因此会引起转发时延(包括接收报文、检验正确性、排队、发送时间等)。
2)报文交换对报文的大小没有限制，这就要求网络结点需要有较大的缓存空间。

分组交换（Packet Exchanging）：

分组交换的优点:
1)无建立时延
2)线路利用率高
3)简化了存储管理(相对于报文交换)
4)加速传输
5)减少了出错概率和重发数据量
分组交换的缺点:
1)存在存储转发时延

尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但相对于电路交换仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。

2)需要传输额外的信息量

每个小数据块都要加上源地址、目的地址和分组编号等信息，从而构成分组，因此使得传送的信息量增大了5%~10%，一定程度上降低了通信效率，增加了处理的时间，使控制复杂，时延增加。

3)当分组交换采用数据报服务时，可能会出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，因此很麻烦。若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。

二、 传输介质、设备

  传输介质也称为传输媒体/媒介，它就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。

1.导向性传输介质：

1.1双绞线

双绞线的价格便宜，是最常用的传输介质之一，在局域网和传统电话网中普遍使用。双绞线的带宽取决于铜线的粗细和传输的距离。模拟传输和数字传输都可使用双绞线，其通信距离一般为几千米到数十千米。距离太远时，对于模拟传输，要用放大器放大衰减的信号;对于数字传输，要用中继器将失真的信号整形。

1.2 同轴电缆

由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有良好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更远，但价格较双绞线贵。

1.3光纤

光纤不仅具有通信容量非常大的优点，还具有如下特点:
1)传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
2)抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。
3)无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
4)体积小，重量轻。这在现有电缆管道已拥塞不堪的情况下特别有利。

2.非导向性传输介质：

即无线通信介质。

设备：

中继器：对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增强信号传输的距离，延长网络的长度

集线器：实质上是一个多端口的中继器。

注意:如果某个网络设备具有存储转发的功能，那么可以认为它能连接两个不同的协议;如果该网络设备没有存储转发功能，那么认为它不能连接两个不同的协议。中继器没有存储转发功能，因此它不能连接两个速率不同的网段，中继器两端的网段一定要使用同一个协议。