【软考】网络工程师中级：2.数据通信

2.1 数据通信

通信的目的就是传递信息。

通信中产生和发送信息的一端叫信源，接收信息的一端叫信宿，信源和信宿之间的通信线路称为信道。

模拟传输的缺点是，模拟信号在传输过程中会衰减，还会受到噪声的干扰。若用放大器将信号放大，同时会放大噪声。

2.2 信道特性

信道带宽

带宽：在模拟信号系统又叫频宽，是指在固定的时间可传输的资料数量，亦即在传输管道中可以传递数据的能力。通常以每秒传送周期或赫兹(Hz)来表示。

信道带宽公式

$W=f2-f1$

$f1$是信道能通过的最低频率，$f2$是信道能通过的最高频率。

数字信道：数字信道是离散信道，带宽为信道能够达到的最大数据传输速率，单位是bit/s。

码元和码元速率

码元：一个数字脉冲称为一个码元（可理解为时钟周期的信号）。

码元速率：单位时间内信道传送的码元个数。如果码元宽度（脉冲周期）为T，则码元速率（波特率）为B=1/T，单位是波特 Baud。

码元携带的信息量由码元取的离散值的个数决定。若码元取两个离散值，则一个码元携带一位信息，取4则2位。一个码元携带信息量n位与码元种类数(N)的关系$n=lo{g}_{2}N$。

奈奎斯特定理：最大码元速率为$B=2W$。

极限数据速率：$R=Blo{g}_{2}N=2Wlo{g}_{2}N$（非常重要）

码元速率=每秒发送包裹个数
数据速率=每秒发送包裹重量

香农(Shannon)定理：

在一个噪声信道的极限速率和带宽之间的关系。

S为信号平均功率，N为噪声评价功率，S/N为信噪比。

极限速率公式：
$C=Wlo{g}_2(1+S/N)$

分贝和信噪比关系：
$dB=10lgS/N$

码元种类数是由调制技术决定的。

QPSK:N=4
DPSK:N=2
2PSK:N=2
4PSK:N=4
16FSK:N=16

2.3 信道延迟

信号在信道中传播的时间，跟源端和宿端的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。主要考虑电信号。

总延时=线路延迟+发送延迟

线路延迟=传输距离/传输速度

发送延迟=数据帧大小/速率

光速：$300m/\mu s$

电缆中传播速度一般为光速67%，即$200m/\mu s$.

卫星信道的时延大约为270ms，来回双向延迟540ms。

2.4 传输介质

两个终端，用一条能承载数据传输的传输介质连接起来，就组成了最简单的网络。

有线传输介质：主要有同轴电缆，双绞线和光纤。

无线传输介质：无线电波、微波、红外线和激光。

无线电波：500kHz-1000MHz，是能量最小，波长最高，频率最低的电磁波。用于广播电视和无线通信。

微波：300MHz-300GHz，是一种波长较低，频率较高的电磁波，特点是高频高能量，用于雷达、飞机导航。

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