信道共享技术
09网络工程专业复习
09⽹络⼯程专业复习⽹络复习第⼀章：概述⼀、填空题：1、⽬前计算机⽹络主要采⽤的拓扑结构有：______________________ 等三种。
2、OSI模型的⾓度来看，路由器是在________层次上实现⽹络互联。
3、在同⼀个信道上的同⼀时刻，能够进⾏双向数据传送的通信⽅式是________。
4．在局域⽹中⽹线上传输的信号是____________5. 计算机⽹络由负责信息传递的________⼦⽹和负责信息处理的________⼦⽹组成。
6．IP地址由____________和____________两部分组成7．从通信的⾓度看，⽹络体系结构中各层所提供的服务可分为两⼤类，即____________服务和⽆连接的服务。
8.ARP将_____地址映射为_____地址，⽽RARP将_____地址映射为_____地址。
9.已知信道的信息传输速率为10Mb/s,若采⽤的是曼彻斯特编码，那么码元的传输速率为_____。
10.在HDLC协议中，采⽤了_____法解决了透明传输的问题。
11.CSMA/CD协议的要点是：_____、_____和_____。
12.从OSI的观点来看，帧中继交换在_____层。
13.调制解调器的调制器是将_____信号转换为_____，⽽解调器是将_____信号转换为_____信号。
14.在HDLC协议中，有_____、监督帧和⽆编号帧三种帧。
15、⽹络的拓扑对⽹络性能与⽹络_____________有很⼤的影响。
16. 从OSI的层次结构上讲，中继器⼯作在_____层，交换机⼯作在_____层，路由器⼯作在_____层。
17. 共享信道常使⽤TDM、FDM等，其中LAN接⼊控制采⽤的是_____。
18. CSMA/CD协议的要点是：多点接⼊、载波监听和_____。
19．E-mail由收信⼈邮箱名@邮箱所在的主机域名组成，则在发送邮件时，传输层程序使⽤_____部分地址查找主机上的⽤户邮箱，⽽邮件服务器根据_____收邮件。
信道共享技术定义控制多个用户共用一条信道的协议
22
国
民
航 学 院 计 算 机
– 一个帧如欲发送成功，必须在该帧发送时刻之前和之 后隔一段时间T0内（2个间隔），没有其他帧发送
– 一个帧发送成功的条件：该帧于该帧前后的两个帧的
到达时间间隔均大于T0
顾
• 假设：帧长固定，无限个用户，按泊松分布产生
兆
新帧；发生冲突重传，新旧帧共传k次，遵从泊
军
松分布；
中
10
国
民
航
学
院
计
算
机
系
顾 兆 军
计
无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；
算
– 分类：纯ALOHA协议和时隙ALOHA协议
机
纯ALOHA协议
系
– 基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信
道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突，
顾
则等待一段随机的时间重发(冲传策略），直到成功;
兆 军
Fig. 4-1,4-8
中
ALOHA (2)
兆
• 与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，
军
信道利用率最高为36.8%。
中
时隙ALOHA
17
国
民
航
学 S=Ge-G
院 计
NR=eG-1
算
机
系
顾 兆 军
中
ALOHA (8)
18
国
民
航 学
有限站数的吞吐量：
院
计 算
– S=G(1-G/N)N-1
机
系
顾 兆 军
中
4.2 随机接入： CSMA和CSMA/CD （1）
7
国 民
信道复用技术原理与特点
信道复用技术原理与特点信道复用是指多个用户或信号共享同一个通信信道资源的技术。
其主要目的是提高通信信道的利用率，降低通信系统的成本，并能满足多用户同时通信的需求。
信道复用技术包括时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、码分复用（CDM）和波分复用（WDM）等。
1.时分复用（TDM）：时分复用是将时间分割成若干个时隙，并按照一定的规则将不同用户或信号的信息依次放置在不同的时隙上。
时分复用可以灵活地分配时间资源，实现多用户的同时通信。
其特点包括：-灵活性高：可以根据不同用户的需求灵活分配不同的时隙。
-实时性强：时分复用能够保证用户间信息传输的实时性要求。
-设备成本低：由于时分复用只需要在时间维度上进行划分，不需要额外的设备。
-缺点是在一些时刻只能有一个用户传输数据，时间资源无法共享。
2.频分复用（FDM）：频分复用是将通信频谱分成若干个子信道，每个子信道分配给不同的用户或信号进行传输。
通过频分复用，不同用户或信号之间的通信可以同时进行，而且各自不会干扰对方。
其特点包括：-带宽高效：频分复用能够充分利用通信频谱资源，提高频谱利用率。
-抗干扰性强：不同子信道之间相互隔离，不会干扰对方。
-灵活性低：频分复用分配的子信道数量是固定的，不能根据需求灵活调整。
3.码分复用（CDM）：码分复用是利用不同的扩频码将通信信号进行扩频处理，然后在频域上进行叠加传输。
不同的扩频码使得不同用户或信号的信息彼此独立，可以通过解扩还原出原始信号。
其特点包括：-抗干扰性强：不同的扩频码使得不同用户的信号互相隔离，具有较强的抗干扰性。
-安全性高：码分复用可以通过加密扩频码来增强通信的安全性。
-复杂性高：码分复用需要进行频谱扩展和解扩处理，对系统硬件和算法要求较高。
4.波分复用（WDM）：波分复用是将不同波长的光信号通过光复用器复用在同一光纤上进行传输。
不同的波长代表不同的光信号，可以实现多个用户或信号的同时传输。
-带宽大：波分复用利用不同波长的光信号在光纤中传输，可以实现大量数据的同时传输。
数据通信基础习题及答案
第2章数据通信基础习题及答案一、填空题（1）按使用的传输介质划分，信道可以分为—有线信道—和—无线信道_两类。
（2）按允许通过的信号类型划分，信道可以分为一模拟信道_和_数字信道_两类。
（3）按数据传输的方向和时序关系分类，信道可以分为—单工信道_、—半双工信道_和_全双工信道—三类。
（4）按传输信号频谱分类，信道可以分为—基带信道—和—频带信道—两类。
（5）数据通信系统的主要技术指标有_码元速率_、_信息速率_、—误比特率一、—误码率一、_可靠度_、一频带利用率_和_通信建立时间—。
（6）常用的数字传输系统的标准有—T1—和_E1_。
（7）按同步方式划分,交换可以分为（同步交换）和（异步交换）两种类型。
（8）按差错控制的方式划分,交换可以分为（分组交换）和（快速分组交换）两种类型。
（9）按存储转发的信息单位划分，交换可以分为（报文交换）和（分组交换）两种类型。
（10）按占用信道的方式划分,交换可以分为（电路交换）和（分组交换）两种类型。
（11）按交换的信号类型划分,交换可以分为（数字交换）和（模拟交换）两种类型。
（12）按信号分割方式划分，信道共享技术分为（频分复用）、（时分复用）、（波分复用）和（码分复用）四种类型。
（13）按接入信道的方式划分，信道共享技术分为（集中器接入）和（多点接入）两种类型。
（14）按共事策略的实施时间划分，信道共孕技术分为（静态复用）和（动态接入）两种类型。
（15）采用交换技术的汁算机通信网络的核心设备是（结点交换机/路山器）。
二、名词解释信息：从信息论的角度来讲，信息就是对消息解除不确定度。
通常把信息理解成所关注的目标对象的特定知识。
数据：数据是对所关注对象进行观察所得到的结果或某个事实的结果。
信号：信号是通信系统实际处理的具体对象。
基带、基带传输：在电磁波的傅利叶级数表示中，从零开始并覆盖了信号的主要能量表现的那段频率范围称为基本频带，简称基带。
在信道中直接传送基带信号的传输模式称为基带传输。
共享信道时可能会出现什么问题？如何解决
共享信道时可能会出现什么问题？如何解决共享信道选择适当的调制方案只是定义通信网络的问题。
在大多数情况下，传输介质必须容纳来自多个发射器的信号。
这种多用途最明显的例子是电波;它们必须承载各种无线流量，从广播无线电和电视到蜂窝电话，再到CB和短波无线电。
即使是简单的双绞线电话线，代表电话公司中心局和用户之间的专用线路，也必须在通话过程中同时传送传入和传出的语音和数据。
在大多数情况下，密钥有效地复用独立传输是适当遵守“直播和直播”协议，使得能够有效传输所需消息而不会对其他传输产生不适当的干扰。
在多个用户之间共享通信介质有多种方法;每个都有自己的要求影响组件选择。
大多数这些方案可用于模拟和数字通信;但时间压缩的灵活性以及数字通信中可用的其他功能开辟了更多选择。
TDMA 时分多址：也许最明显的共享通信信道的方式是“轮流”：每次只有一个发送器被分配信道。
当然必须有某种协议来确定谁拥有传输权限，时间，频率和持续时间。
一个简单的例子是步话机用户使用“over”一词来表示传输流的终止并释放通信信道以供其他用户传输。
通常需要更正式的安排，特别是当每个用户被分配一个非常简短但重复的参与时。
整个时间段可以分成指定的“时隙”，每个发射机分配一个不同的时隙用于传输（图1）。
这种方案需要所有发射机的同步，加上一个“监督者”来分配时隙，因为新的发射机想要进入通道以跟踪空出的时隙。
必须提供一些“开销”空间以允许发射机时隙之间的转换;同步越好，这些过渡期损失的时间就越少。
时间复用还意味着来自给定发射机的数据流不是连续的，而是突发的。
为了表示连续的对话（例如在蜂窝电话呼叫中），在传输之间的时间段内获取的数字化信息必须是时间压缩的，以短脉冲串发送，然后在接收机中扩展以形成透明连续的消息。
小组讨论的类比有时用于说明TDMA的性质。
参与者无休止地打断或发出嘎嘎声“违反TDMA协议。
”欧洲GSM数字蜂窝电话标准使用TDMA;每个频道在8个时隙的重复发送。
华南理工网络教育计算机网络随堂练习含答案
随堂练习提交截止时间：2018-06-15 23:59:59当前页有10题，你已做10题，已提交10题，其中答对10题。
答题： A. B. C.答题： A. B. C.答题： A. B. C.答题： A. B. C.答题： A. B. C.答题： A. B. C. D.（已提交）参考答案：B 问题解析：7.(单选题) 在OSI 参考模型中能实现路由选择、拥塞控制与互连功能的层是________。
A.传输层B.应用层C.网络层D.物理层答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：C 问题解析：8.(单选题) 下列说法中不对的是：_________。
A.可以同时双向传输信号的通信方式称为全双工通信方式；？B.在数字通信信道上，直接传送基带信号的方法称为频带传输；？ IP 参考模型共分为四层，最底层为网络接口层，最高层是应用层；？ D.类型不同的网络只要使用TCP/IP 协议都可以互连成网。
答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：B 问题解析：9.(单选题) 在网络工程中通常用的线缆标准为_________。
答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：B 问题解析：10.(单选题) 不属于计算机网络应用的是____ _____。
A.电子邮件的收发 B.用“写字板”写文章？C.用计算机传真软件远程收发传真D.用浏览器浏览“上海热线”网站答题：A.B.C.D.（已提交）参考答案：B 问题解析：随堂练习提交截止时间：2018-06-15 23:59:59当前页有10题，你已做10题，已提交10题，其中答对10题。
答题： A. B. C.答题： A. B. C.C.这种接入方式采用的是分组交换技术D.这种接入方式采用的是同步传输技术答题： A. B. C. D.（已提交）参考答案：C问题解析：4.(单选题) 以下信道中哪一种是广播共享信道________。
A.载波侦听多路访问信道B.频份多路复用信道C.时分多路复用信道D.以上三种都是共享广播信道答题： A. B. C. D.（已提交）参考答案：A问题解析：5.(单选题) 在计算机网络中，表征数据传输有效性的指标是_________。
信道共享技术
每个站需要的带宽是： 1000100=10b/s 因此 N=10304101030 所以最多可以有1030个站即N的最大值是1030
轮询和随机接入的比较
1当站数较少时纯ALOHA时延较小 当站数较多时轮询的时延较小
多
路
接
入
随
纯ALOHA协议
机 接 入
工作原理：站点只要产生帧就立即发送到信道上；规定时间内若 收到应答表示发送成功；否则重发
重发策略：等待一段随机的时间然后重发；如再次冲突则再等待 一段随机的时间直到重发成功为止
方
缺点：极容易冲突
式
性能：网络负载 0. 5 吞吐量 0. 184
N
N-1
2
1
1 帧长变为500bit 2 终端每3分钟发送一个帧 3 线路速率改为4800b/s
解： 每个终端需要的带宽＝200/2*60 =5/3 b/s
纯ALOHA： 信道的可用带宽=0.184*2400 b/s=441.6 b/s 可连接的终端数= 441.6 / 5/3 = 265个
时隙ALOHA： 信道的可用带宽=0.368*2400 b/s=883.2 b/s 可连接的终端数= 883.2 / 5/3 = 530个
2纯ALOHA受约束少通信量强度小的时候 可以得到比较小的时延
轮询系统对每个站的发送时机都有严格限制所以通信量强度 增大时各站不会互相干扰仍然能一个一个地发不会冲突
通信量强度大的时候时延特性好
3站数多的时候轮询不会出现不稳定现象 而两种ALOHA都有不稳定区域
4传播时延大的时候主要用ALOHA及其派生系统
A1
B1
数据通信基础习题及答案
第2章数据通信基础习题及答案一、填空题(1)按使用的传输介质划分,信道可以分为__有线信道___和__无线信道__两类。
(2)按允许通过的信号类型划分,信道可以分为_模拟信道_和_数字信道_两类。
(3)按数据传输的方向和时序关系分类,信道可以分为_单工信道__、__半双工信道__和__全双工信道__三类。
(4)按传输信号频谱分类,信道可以分为__基带信道__和___频带信道_两类。
(5)数据通信系统的主要技术指标有__码元速率__、__信息速率__、__误比特率_、__误码率_、__可靠度__、_频带利用率__和__通信建立时间___。
(6)常用的数字传输系统的标准有__ T1____和__E1__。
(7)按同步方式划分,交换可以分为(同步交换)和(异步交换)两种类型。
(8)按差错控制的方式划分,交换可以分为(分组交换)和(快速分组交换)两种类型。
(9)按存储转发的信息单位划分,交换可以分为(报文交换)和(分组交换)两种类型。
(10)按占用信道的方式划分,交换可以分为(电路交换)和(分组交换)两种类型。
(11)按交换的信号类型划分,交换可以分为(数字交换)和(模拟交换)两种类型。
(12)按信号分割方式划分,信道共享技术分为(频分复用)、(时分复用)、(波分复用)和(码分复用)四种类型。
(13)按接入信道的方式划分,信道共享技术分为(集中器接入)和(多点接入)两种类型。
(14)按共享策略的实施时间划分,信道共享技术分为(静态复用)和(动态接入)两种类型。
(15)采用交换技术的计算机通信网络的核心设备是(结点交换机/路由器)。
二、名词解释信息:从信息论的角度来讲,信息就是对消息解除不确定度。
通常把信息理解成所关注的目标对象的特定知识。
数据:数据是对所关注对象进行观察所得到的结果或某个事实的结果。
信号:信号是通信系统实际处理的具体对象。
基带、基带传输:在电磁波的傅利叶级数表示中,从零开始并覆盖了信号的主要能量表现的那段频率范围称为基本频带,简称基带。
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3 8×2.5Gb/s 1300nm
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7
码分多路复用（CDMA）
既共享信道的频率,也共享时间 最早用于军事 优点
抗干扰能力强 隐蔽性好 容量大
用于民用
通信系统容量大（是GSM的4～5倍） 手机平均发射功率低
码分多路复用（CDMA）
码片的概念
每一个bit时间在划分为m个短的时间 间隔，通常m为64或128
以太网
有待发帧吗？ Y
信道忙吗？ N
发送
冲突吗？
N Y
Y
N 发送完吗？
Y
结束
计算退避时间 T=AR2N
加强冲突停止发送
N 冲突过多吗？
Y
令牌总线的接入控制
1976年，美国Data Point公司研制 了总线的令牌接入控制网络 控制特点
拓扑结构为总线 系统中只设一个令牌
令牌总线的接入控制
总线
逻辑环
频分多重访问技术
用于宽带局域网络
同步时分多重访问技术
把单位时间分成固定长或可变长的时 隙
异步时分多重访问技术
时隙分配表
预约型总线接入控制
集中预约式访问技术
重负载下有效，轻负载时只有少数站 点要发送数据，预约阶段浪费的时间 所占比例太大
轮转预约式访问技术
为了改进集中式预约访问，提出了轮 转预约方式，它的主要特点是，某站 预约申请成功后，立即发送数据
数据通信原理
王巍 w_wei@ 哈尔滨工程大学
6 信道共享技术
信道共享技术提出背景
点对点的连接方式
成本高 降低利用率
共享方式
I/O CPU
MODEM
高速线路
MODEM
MODEM
T1
分支连接方式（点到多点）
I/O CPU
接口
高速线路
集线器连接方式
集中器
Tn
低速 T1
Tn
信道共享技术的原理
码片举例（m=8）
比特1对应码片 00011011 比特0对应码片 11100100
扩频效应
每个bit要变成m个bit码片，相当于把 原来的频带宽度提高了m倍
码分多路复用（CDMA）
每个站分配的码片不仅必须各自不 同，并且还要互相正交。
接收站必须知道发送站所特有的码 片序列，接收站用码片向量与接收 到的信号做内积，最后即可过滤出 发送站发送的信号。
波分多路复用技术原理
0
12ຫໍສະໝຸດ 3 8×2.5Gb/s1300nm 4
5
6
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1550nm
1551nm
1552nm
1553nm
复
用 1554nm
器
1555nm
1556nm
1557nm
20Gb/s
EDFA
120km
1550nm
1551nm
1552nm
复
1553nm
用 1554nm
器
1555nm
1556nm
1557nm
主机
CPU
从机 ...
I/O
高速线路
接口
(a) 多点线路
...
集中器
(b) 总线网
低速 T1
Tn
(c) 环网
时分多路复用 （TDM）
同步时分多路复用
用户 A B C D
A
B
同步时分多路复用器
被共享的高速线路
至远地计算机
Δt
BC
C
D
A
D
Δt
T
统计时分多路复用 （STDM）
用户 A B C D
统一时分复用器
竞争型总线接入控制
访问时机
不监听方式随机 不监听方式按时隙发送 1监听方式 P坚持监听方式
冲突检测 重发策略
随机策略 二进制指数退避算法
ALOHA 系统
产生于60年代末，夏威夷大学 是一个无线电网络 争用型网络
允许多个节点用简单而灵巧的方法， 准确地在同一个频道上进行传输 使用该频道的站愈多，发生碰撞的机 率愈高，从而导致传输延迟增加和信 息流通量降低
总线结构多机系统的信道共享技术
总线结构的优点
结构简单 可以实现多种通信方式
总线分配策略
选择型 预约型 竞争型 令牌控制型
选择型——中心询问型
询问操作P 选择操作S 特点
简单、易实现、可靠 从站之间无直接的数据通路 询问操作顺序固定
选择型总线接入控制
从站 1
P 主站
S
从站 N
选择型——轮转询问
信号 设计
X1(t)
D1 发送端
复
信
:
:
:
:
:
:
合
道
SK(t)
XK(t) DK
信号识别
S1(t)
R1
: :
接收端 :
:
SK(t) RK
信道共享技术的分类
电信与计算机中的信道共享技术 按信号分割技术分类 按接入共享信道的控制方式分类
电信与计算机中的信道共享
从电信的角度看，多路复用技术就 是把许多路信号在同一信道上传输 技术
从计算机的角度看，术语“多路复 用”也用于其它数据处理系统的连 接
信号分割技术
给各路信号打上记号(差别)，复合在 被共享的信道上传输，接收端根据 各路信号的记号解复合，最终实现 了信道多路复用
信号之间的差别一般是频率、波长、 时间或码型结构的不同
接入共享信道的控制方式
集中器或复用器与主机相连方式 多点接入技术
至远地计算机 高速线路
A
B
B
C
C
D
A
时间
频分多路复用（FDM）
频 频 频 频 频频 频 频 频 频 频 频
(a)
带 带 带 带 带带 带 带 带 带 带 带
1234
5 6 7 8 9 10 11 12
频分复用
警戒频带区 频率
(b)
ABCDABCDABCDAB
时间
时分复用
波分多路复用（WDM）
单模光纤传输速率 一根光纤上复用两路光载波信号 一根光纤上复用80路或更多路数的 光载波信号 密集波分复用DWDM（Dense WDM）
次站 A
B
in 总线控制器
out
go-head
N -1
N
go-head
选择型——中断驱动方式总线
以上所介绍的两种询问是总线中的 次站均处于完全被动的地位
未收到主站询问命令，不得发送信息 对无信息发送的次站，响应带来额外 开销
各次站有信息发送时，便向控制器 发出中断请求信号
软件变得复杂
预约型总线接入控制
理论基础——信号分割原理
时间——时域 频率——频域 码型——数字基带信号
多路信号可分割的充要条件
各路信号应相互线性无关
信道复用的基本思想
利用一个信道传输多路信号。 信道复用技术
信号复合 信号传输 信号分离
信号的正交化（线性无关）设计和 正交分离是实现多路复用的关键技 术
信道复用技术原理
S1(t)
1
5
12
15
30
25
22
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