网络连接类型

• 多路复用共享介质

• 点对点（Point To Point）网络

# 局域网介质 LAN Media

第一类传输电信号，第二类传输光信号，第三类传输无线电波。

1. 功能是传输数据

2. 光信号、无线信号等传输过程称为编码

3. 电缆类型包括 STP（有屏蔽双绞线）、UTP（无屏蔽双绞线）、同轴电缆、光纤

4. 调节频率、电压、相位等方式来实现不同 01 编码

# 无屏蔽双绞线 UTP

无屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP），由八根子线组成，两个线组合成一组，共四组，可以保证每一组电流抵消电磁波干扰（抗干扰能力有限）（不能完全抵消）

# 优点

易于安装且成本较低，线薄接口小

# 缺点

电缆更容易产生电噪声和干扰

双绞线的信号增强距离比同轴电缆（Coaxial）和光纤（Fiber-Optic）短

# 同轴电缆 Coaxial Cable

分为薄 / 厚 Thinnet/thicknet

与双绞线相比，不使用中继器的网络运行时间更长

500m 左右，无论如何比双绞线传输更加远，成本也要高一点

内置无线网卡肯定没有同轴电缆，同轴电缆是比较落后的工艺。

# 光纤 Fiber Optic Cable

成本高，不受电磁干扰或射频干扰。

# 无线通信 Wireless Communication

区分不同电磁波的主要方法是通过其频率（频率多路复用）

把信号编码成为电磁波的方式

• 不同设备使用不同频段，可以互不干扰

# 无线传输手段 Wireless Transmission Methods

• 激光 Lasers

• 红外线 Infrared

• 收音机 Radio

# 以太网使用的双绞线 UTP for Ethernet

# 线的类型

1. 直通线 Straight Cable

   • 连接不同类型的设备

2. 反转线 Rollover Cable

   • 用于将工作站或终端连接到路由器 / 交换机的控制台端口以进行配置

   • 使用超级终端配置路由器 / 交换机

   • 连接的是 console 端口

3. 交叉线 Crossover Cable

   • 主要用来连接相同的设备，相同的 PC 之间的连接

4. 两个台式机直连使用交叉线，台式机和交换机相连使用直通线。

# 介质和信号问题

# 冲突和冲突域 Collisions and Collision Domains

1. 当两个位元在同一网路上同时传播时，会发生碰撞。

2. 通过添加中继器和集线器扩展冲突域。

3. 可以通过添加智能设备（如网桥、交换机和路由器）来分割网络。

4. 到第二第三层（分段后）才能有效划分冲突域，第一层不能解决冲突问题。

# 分割碰撞域 Segmenting Collision Domains

1. 将不同的冲突域进行分段（第一层设备无法解决这些问题），还是在一个局域网中

2. 局域网划分是根据 TCP/IP 的协议栈的 IP 查询的，到第三层才能做网络的分段。

# 数据通信的基础信息

# 基本术语

• 码元（code）—— 在使用时间域（或简称为时域，基本时间单位）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形

  • 传输的基本单位，并不一定只包含一位，比如有 8 个单位，那么我们可以根据波形分为 8 种，8 种区分可以传输三位

• 信号（signal）—— 数据的电气的或电磁的表现。传输的是数据。

# 理论基础信号处理

模拟信号可以被分为简单信号和复合信号

• 简单信号（正弦波）不能被分解为更简单的模拟信号

• 正弦波和余弦波也就只差一个相位，问题不大。

• 一般使用正弦波来进行表示。

• 复合信号可以被分解为多个正弦波。使用傅立叶分析分解

数字信号通过实际的信道，可能有失真，形变只要不是不可识别还是可以被处理的。但当失真太大时，无法识别每一个码元。

# 最高传输速率

# 无噪声信道

$C = W \log_{2}{L}$ bps

• W 为信道的带宽（以 Hz 为单位），传输信号的频率（上限）

• L 为表示数据的信号电平的数量（码元能表示的信息数，传输的位数），能表示 8 个，则为 3。

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。

如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰

这是理想情况下，没有信道干扰。

# 噪声信道

# 香农公式

信道的极限信息传输速率 C 可表达为

$C = W \log_{n}{(1+S/N)}$ bps

• W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）

• S 为信道内所传信号的平均功率

• N 为信道内部的高斯噪声功率（用高斯概率公式去拟合）

• S/N 称为信噪比

• 公式里的信噪比是无单位的，若给出的单位是 db，则需要换算：

  • $1db = 10*\lg$

• 人话就是和带宽与信噪比成正比

含义：

1. 信噪比越大，极限传输速率越高

2. 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定有办法实现无差错的传输。

3. 实际能够达到的传输速率比香农极限传输速率低不少

4. 对于频带宽度已确定的信道，即使信噪比不能再提高，且码元速率已达上限，也有办法提高传输速率。这就是用编码的方法让每个码元携带更多比特的信息量

# 波特率和比特率

• 波特率 baud（调制速率）：波信号每秒钟变化的次数

• 比特率 bit：每秒钟传送的二进制位数。

波特率与比特率的关系取决于信号值与比特位的关系（即信号位或码元的位数）

• 例：每个信号值表示为 3 位，则比特率是波特率的 3 倍； 每个信号值表示为 1 位，则比特率和波特率相同

# 数据通信系统

1. 发送方将数字信号调制成模拟信号

2. 接收方将模拟信号调制成数字信号

# 调制与线路编码

调制：数字数据转为模拟信号

线路编码：数字数据转为数字信号

并不一定要把数字信号调制成模拟信号，取决于介质本身能否传输数字信号。

• 有的信道不能支持基带信号（数字信号？），需要把基带信号调制为频道信号再进行传输。

• 一般频道信号是模拟信号。

# 将数字数据转换到模拟信号：调制

三种调制方式：调幅、调频、调相

# 将数字数据转换到数字信号：线路编码

线路编码是指将二进制数据转换成可以在物理通信链路上传输的形式，例如电线上的电脉冲、光纤上的光脉冲或空间中的电磁波

1. 单极性编码：一个正极或者负极

2. 极化编码：

   • 不归零制码（Non-Return to Zero，NRZ）

   • 归零制码（Return to Zero，RZ）

   • 双相位编码

     • 曼彻斯特码（Manchester）

     • 差分曼彻斯特码（Differential Manchester）

3. 双极性编码：

   • 传号交替反转码（AMI）

   • 双极性 8 连 0 替换码（B8ZS）

   • 3 阶高密度双极性码（HDB3）

分类：

# 单极性编码

原理：用零电平表示 0，正电平表示 1

容易产生传播错误

# 极化编码：不归零制码

# 不归零电平编码：

原理：用负电平表示 0，正电平表示 1（或相反），一定的中和。

缺点：

1. 难以分辨一位的结束和另一位的开始

2. 发送方和接收方必须有时钟同步

# 不归零反相编码：

原理：信号电平的一次翻转代表比特 1，无电平变化代表 0

# 极化编码：归零制码

原理：用负电平表示 0，正电平表示 1（或相反），比特中位跳变到零电平，从而提供同步

人话就是在每个比特的后半部分变成 0

优点：信号本身带有同步信息，经济性好，且不易出错

缺点：需要采用 3 个不同电平，两次信号变化来编码 1 比特，因此增加了占用的带宽

# 极化编码：曼彻斯特码

曼彻斯特码（Manchester）原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示 0，从高跳到低表示 1

对图表示存疑

# 极化编码：差分曼彻斯特码

• 每一位中间跳变：表示时钟

• 每一位位前跳变：表示数据：有跳变表示 0，无跳变表示 1

优点：时钟、数据分离，便于提取

# 双极性编码：双极性传号交替反转码

与 RZ 相同的是：采用三个电平：正、负与零

与 RZ 不同的是：零电平表示 0，正负电平的跃迁表示 1，实现对 1 电平的交替反转。

对每次出现的 1 交替反转，使直流分量为 0。这次 1 是高电位，下一次就是低电位。

# 数据通信技术：多路复用 Multiplexing

多路复用技术：由于一条传输线路的能力远远超过传输一个用户信号所需的能力，为了提高线路利用率，经常让多个信号共用一条物理线路

分类：

1. 时分复用 TDM（ Time Division Multiplexing）

2. 频分复用 FDM（ Frequency Division Multiplexing）

3. 波分复用 WDM（ Wavelength Division Multiplexing）

4. 码分复用 CDM（Code Division Multiplexing ）

# 时分复用 TDM

时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）是将时间划分为一段段等长的时分复用（TDM）帧， 每个时分复用的用户在每个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。

就是固定哪个时间段是哪个信号发出

# 升级版：统计时分复用 STDM

避免大量信道被浪费。

不是固定时间进行分配，而是一旦充足就组织起来，然后被服务成帧，在一个时间周期中组织好了就发送。

帧是按照时间段来发送，但是是谁先来就先发送谁的。

就是一但人齐了 ok 就可以发船了，而不是固定什么时候发几号船

# 频分复用 FDM

1. 用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。

2. 所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的 “带宽” 是频率带宽）

3. 避免互相干扰：相邻比率之间是有间隔的，大家可以同时使用介质发送自己的信号

就是不同频率的信号可以一起发出

# 波分复用 WDM

波分复用（Wavelength Division Multiplexing， WDM）就是光的频分复用：频率和波长是成倒数关系的。

按照波长发送？

# 码分复用 CDM

常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)

各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。

不同编码方式可以同时发送（注：编码不等于线路编码，前者包括后者，不要和上面混淆）