Lesson 14 多路复用★★★★★考试重要程度⭐⭐⭐⭐⭐一、为什么需要多路复用先举个生活中的例子。假设学校有一条路。每天只有一个学生走。学校 ══════════════ 小明是不是很浪费如果很多学生一起走。学校 ══════════════ 小明 小红 小王 小李是不是效率高很多网络也是一样。一条通信线路价格昂贵。如果一次只能传一个人的数据。资源浪费非常严重。于是出现了多路复用。二、什么是多路复用教材定义多个用户共同使用一条通信线路但互不影响。一句话一条线路多个人一起用。这就是多路复用。三、多路复用原理来看一张图。没有复用用户A ───── 一条线路 用户B ───── 一条线路 用户C ───── 一条线路是不是需要三条线路有复用用户A \ 用户B ----【复用器】═══════【分用器】 / 用户C注意两个设备复用器MUX把多路信号合成一路。分用器DEMUX再把一路信号分回多路。★★★★★考试可能会考名称。四、多路复用分类教材主要讲四种。多路复用 ├── 频分复用FDM ├── 时分复用TDM ├── 波分复用WDM └── 码分复用CDM先记住名字。下面逐个理解。第一种频分复用FDM★★★★★思想一句话按频率划分。举例广播。为什么FM88.7FM91.4FM97.5可以同时播放因为它们使用不同频率。例如频率 |----A----| |----B----| |----C----|虽然都在空气中传播。但是互不干扰。网络中也是这样假设一条线路。划成三段频率。══════════════════════ A B CA只能用自己的频率。B只能用自己的频率。大家同时发送。互不影响。特点✅ 可以同时通信✅ 不需要等待❌ 每个用户固定占一段频率如果没人发送。这段频率也空着。所以利用率一般。第二种时分复用TDM★★★★★这是考试最喜欢考的。思想一句话按时间划分。例如老师点名。第一分钟 小明说。 第二分钟 小红说。 第三分钟 小王说。大家轮流。是不是网络也是这样。例如时间 |A|B|C|A|B|C|A|B|C|每个人拥有自己的时间片。注意这里大家共享同一个频率。区别只是时间不同。特点✅ 利用同一线路✅ 实现简单❌ 如果A没数据。A的时间也浪费。例如|A|B|C| A 空 B 发 C 发A这一格。别人不能抢。所以效率不高。第三种统计时分复用STDM★★★★★教材很多都会讲。这是TDM升级版。普通TDMA B C A没数据 ↓ A的位置 空着浪费。统计时分复用谁有数据 谁发送例如A 没数据 ↓ B 发 ↓ C 发 ↓ B 发是不是效率更高一句话按需分配时间片。考试经常问普通TDM和统计TDM。区别。答案统计时分复用不会浪费空闲时间。第四种波分复用WDM★★★★★看到波。很多学生害怕。其实就是光纤版FDM。为什么因为光没有频率这个叫法吗有。但是光通信更喜欢说波长。所以叫波分复用。例如一根光纤。里面很多颜色。红光 绿光 蓝光 黄光每种颜色就是不同波长。同时发送。互不影响。所以一句话WDM 光纤中的 FDM。★★★★★考试最喜欢考。第五种码分复用CDM这一部分一般了解。思想一句话每个人都有自己的密码。例如教室100人。一起说话。为什么还能听懂自己的朋友因为声音不同。网络也是。每个人有自己的编码。即使同时发送。接收端也能分开。现实3G通信。曾大量使用CDMA。就是码分复用。五、四种复用方式比较★★★★★方法划分依据举例FDM频率广播、电视TDM时间数字电话WDM波长光纤通信CDM编码3GCDMA考试最喜欢直接填。六、一个综合例子假设运营商有一根光纤。怎么同时给几万个家庭上网第一步光纤采用WDM很多波长一起传。第二步每个波长里面再采用TDM轮流。于是一根光纤同时服务很多人。七、记忆口诀★★★★★频率分——FDM 时间分——TDM 光波分——WDM 密码分——CDM或者更顺口一点频分看频率时分看时间波分看光纤码分看编码。八、本课总结考试必背多路复用 ├── FDM │ └── 按频率划分 │ ├── TDM │ └── 按时间划分 │ ├── STDM │ └── 按需分配时间 │ ├── WDM │ └── 光纤按波长划分 │ └── CDM └── 按编码划分这一课最容易混淆的地方很多同学会把FDM和WDM搞混。其实FDM频分复用适用于一般通信系统按频率划分。WDM波分复用适用于光纤通信按波长划分本质上可以看作光通信中的频分复用。考试如果看到光纤→ 优先想到WDM。广播、电视→ 优先想到FDM。第二章 Lesson 15 差错控制★★★★★考试重要程度⭐⭐⭐⭐⭐选择题★★★★★填空题★★★★★简答题★★★★☆CRC计算题★★★★★部分学校重点一、为什么需要差错控制先想一个问题。假设小明发送10110010但是由于线路受到干扰。例如雷电。电磁波。信号衰减。收到10100010是不是有一位变了这就叫传输错误差错如果银行转账100000元最后收到900000元是不是出大问题所以网络必须检查有没有出错。这就是差错控制。二、为什么会出错原因很多。例如雷电 ↓ 电磁干扰 ↓ 线路老化 ↓ 设备故障 ↓ 信号衰减所以错误不可避免。教材有一句经典的话传输差错是不可避免的。★★★★★经常考。三、差错控制两种方法★★★★★教材分两类。差错控制 ├── 检错 └── 纠错一定要区分。第一种检错Error Detection什么意思一句话知道错了。例如老师批改试卷。发现第5题错。但是不知道正确答案。这就是检错。网络也是。发现数据错了。然后要求重发。第二种纠错Error Correction什么意思不仅知道错了。还能改回来。例如10110010收到10100010系统自动恢复。不用重发。这就是纠错。比较方法能发现错误能改正错误检错✅❌纠错✅✅★★★★★考试必考。四、最简单的检错——奇偶校验★★★★★这是考试最喜欢出的。奇校验规则最终1的个数必须是奇数。例如数据1011数一下1有几个1 0 1 1 ↑ ↑ ↑共3个。已经奇数。所以校验位加0最后10110还是3个1。再例如1010有几个1两个。偶数。怎么办加1变成10101现在3个1。满足奇数。偶校验规则最终1的个数必须是偶数。例如10113个1。奇数。怎么办加1变10111现在4个1。偶数。口诀奇校验 ↓ 最后1的个数 奇数 偶校验 ↓ 最后1的个数 偶数★★★★★五、奇偶校验有什么缺点假设发送1011结果两位同时错。例如1000注意1的数量可能还是符合奇偶规则。系统发现不了。所以奇偶校验只能发现部分错误。不能全部发现。六、CRC★★★★★★★★★★终于来到第二章最重要。也是考试最爱。CRC中文循环冗余校验英文Cyclic Redundancy Check很多学生看到名字就怕。其实一句话。给数据增加一个校验码方便发现错误。CRC工作过程发送端数据 ↓ CRC算法 ↓ 生成校验码 ↓ 一起发送接收端收到数据 ↓ 再计算一次CRC ↓ 比较 ↓ 一致 正确 ↓ 不一致 出错是不是其实思路很简单。七、为什么CRC这么厉害因为普通奇偶校验只能检查很少错误。CRC能发现绝大多数随机错误。所以互联网几乎全部采用。例如以太网WiFi硬盘U盘都有CRC。八、考试一般怎么考CRC很多学校不会让你完整计算。而是考原理。例如CRC属于A 检错B 纠错答案A★★★★★还有CRC发现错误。怎么办答案请求重发。CRC不能自动改正。这一点一定要记。九、自动重传ARQ既然CRC只能发现错误。那怎么办很简单。例如电脑A发送101100电脑BCRC检查。发现错误。于是告诉A。请重新发送。A再发一次。这就是ARQAutomatic Repeat reQuest自动重传请求。十、差错控制完整流程一定要会画。发送数据 ↓ CRC计算 ↓ 发送 ↓ 接收 ↓ CRC检查 ↓ 正确 ↓ 是 ↓ 交给用户 ↓ 否 ↓★★★★★十一、整个第二章知识开始串起来了到这里我们已经学会电脑里的数据 ↓ 编码 ↓ 数字信号 ↓ 双绞线/光纤 ↓ 信道 ↓ 多路复用 ↓ 传输 ↓ CRC检查 ↓ 恢复数据是不是已经能完整描述一次物理层的数据传输了这就是第二章的主线。十二、本课总结考试必背差错控制 ├── 检错 │ ├── 奇偶校验 │ └── CRC★★★★★ │ └── 纠错 └── 自动恢复错误需要特别记住CRC 的作用检测差错不负责纠错。发现差错后通常结合 ARQ 请求重传。第二章 Lesson 16 奈奎斯特定理★★★★★考试重要程度⭐⭐⭐⭐⭐第一部分为什么需要奈奎斯特定理假设现在有一根网线。你想让它越来越快。怎么办很多同学第一反应“那就一直加快发送速度”真的吗举个例子。假设老师写字。正常速度我 爱 学 习你还能看懂。如果老师疯狂写我爱学习计算机网络考试马上开始快快快...是不是字都连在一起了看不清了。网络也是一样。如果信号发送太快。前一个信号还没结束。后一个已经来了。例如正常 ____ ____ ____| |____ 太快 _______________是不是混在一起了这就是码间串扰Inter-Symbol InterferenceISI★★★★★考试非常喜欢考。第二部分什么是码间串扰一句话相邻码元互相影响。例如本来应该101010结果线路太慢。变成111000因为一个信号拖到了下一个。所以接收端分不清。于是科学家奈奎斯特提出一条线路的传输速度不可能无限提高。一定有极限。第三部分奈奎斯特定理终于来了。公式C 2H × log₂V别急着背。我们先认识每一个字母。C表示最大数据传输速率单位bit/s例如100Mb/s。H表示带宽单位Hz赫兹** 例如 3000Hz。 --- ## V 表示 **码元状态数** 什么意思 举例。 --- 如果 只有 \\\text 高 低两个状态。那么V 2如果四种状态。例如00 01 10 11那么V 4如果八种状态。就是V 8所以V就是一个码元有多少种可能。第四部分为什么有 log₂其实很好理解。例如两个状态0 1能表示几个bit答案1bit。因为log₂2 1四个状态00 01 10 11是不是2bit因为log₂4 2八个状态是不是3bit因为log₂8 3所以考试常见Vlog₂V214283164325646★★★★★这一张表建议直接背下来考试基本不会让你算复杂对数。第五部分开始做题★★★★★这是考试最喜欢出的。例题1已知带宽3000Hz采用二进制。问最大速率第一步写公式。C2Hlog₂V第二步代数。H3000。V二进制。就是2。C2×3000×1因为log₂21答案6000bit/s★★★★★这是经典真题。例题2带宽4000Hz四种码元。问最大速率。H4000。V4。log₂42所以C 2×4000×2 16000bit/s答案16000bit/s。例题3带宽5000Hz。16种码元。16对应log₂164所以C 2×5000×4 40000bit/s第六部分考试技巧★★★★★老师特别喜欢改数字。例如已知带宽2000Hz。八进制编码。这里很多学生不会。其实八种状态。就是V8查表。log₂83所以C 2×2000×3 12000bit/s第七部分奈奎斯特定理说明什么不是告诉你速度。而是告诉你理想情况下无噪声信道的最大传输速率。注意关键词无噪声。★★★★★考试喜欢问。现实线路都有噪声。所以奈奎斯特不够用了。于是下一课香农来了。第八部分奈奎斯特与香农的区别先了解奈奎斯特考虑无码间串扰没有考虑噪声。香农考虑噪声所以更真实。第九部分这一课总结★★★★★一定记住奈奎斯特定理 ↓ 无码间串扰 ↓ C2Hlog₂V以及Vlog₂V214283164325646