DCN 教程

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计算机网络拓扑

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网络模型

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物理层

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数据链路层

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网络层

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DCN 有用资源

DCN 快速指南 DCN 有用资源


计算机网络中的数字传输

数据或信息可以以两种方式存储:模拟和数字。计算机要使用数据,数据必须为离散数字形式。与数据类似,信号也可以是模拟和数字形式。要以数字方式传输数据,首先需要将其转换为数字形式。

数数转换

本节介绍如何将数字数据转换为数字信号。它可以通过两种方式完成:线路编码和块编码。对于所有通信,线路编码是必需的,而块编码是可选的。

线路编码

将数字数据转换为数字信号的过程称为线路编码。数字数据采用二进制格式。它在内部表示(存储)为一系列 1 和 0。

线路编码

数字信号用离散信号表示,它表示数字数据。有三种类型的线路编码方案可用:

线路编码

单极编码

单极编码方案使用单一电压电平来表示数据。在这种情况下,要表示二进制 1,则传输高电压,要表示 0,则不传输电压。它也被称为单极不归零,因为没有静止条件,即它代表 1 或 0。

单极 NRZ 编码

极地编码​​

极地编码​​方案使用多个电压电平来表示二进制值。极地编码有四种类型:

  • 极地不归零 (Polar NRZ)

    它使用两个不同的电压电平来表示二进制值。通常,正电压代表 1,负电压代表 0。由于没有静止条件,因此它也是 NRZ。

    NRZ 方案有两种变体:NRZ-L 和 NRZ-I。

    Unipolar NRZ

    NRZ-L 在遇到不同位时改变电压电平,而 NRZ-I 在遇到 1 时改变电压。

  • 归零 (RZ)

    NRZ 的问题是,如果发送方和接收方的时钟不同步,接收方无法确定一个位何时结束以及下一个位何时开始。

    Return-to-Zero

    RZ 使用三个电压电平,正电压表示 1,负电压表示 0,零电压表示无。信号在位期间变化,而不是在位之间变化。

  • 曼彻斯特

    此编码方案是 RZ 和 NRZ-L 的组合。位时间分为两半。它在位的中间转换,并在遇到不同的位时改变相位。

  • 差分曼彻斯特

    此编码方案是 RZ 和 NRZ-I 的组合。它也在位的中间转换,但仅在遇到 1 时改变相位。

双极编码

双极编码使用三个电压电平,即正、负和零。零电压表示二进制 0,而位 1 则通过改变正负电压来表示。

块编码

为了确保接收数据帧的准确性,使用了冗余位。例如,在偶校验中,添加一个奇偶校验位以使帧中的 1 计数为偶数。这样,​​原始位数就增加了。这称为块编码。

块编码用斜线符号表示,mB/nB。意思是,m 位块被 n 位块替换,其中 n > m。块编码涉及三个步骤:

  • 除法
  • 代换
  • 组合。

块编码完成后,进行线路编码以进行传输。

模数转换

麦克风产生模拟语音,摄像头产生模拟视频,这些视频被视为模拟数据。要通过数字信号传输这些模拟数据,我们需要进行模数转换。

模拟数据是波形的连续数据流,而数字数据是离散的。要将模拟波转换为数字数据,我们使用脉冲编码调制 (PCM)。

PCM 是将模拟数据转换为数字形式的最常用方法之一。它涉及三个步骤:

  • 采样
  • 量化
  • 编码。

采样

采样

模拟信号每 T 间隔采样一次。采样中最重要的因素是模拟信号的采样率。根据奈奎斯特定理,采样率必须至少是信号最高频率的两倍。

量化

量化

采样产生连续模拟信号的离散形式。每个离散模式都显示该时刻模拟信号的幅度。量化是在最大振幅值和最小振幅值之间进行的。量化是瞬时模拟值的近似值。

编码

编码

在编码中,每个近似值随后被转换为二进制格式。

传输模式

传输模式决定了两台计算机之间如何传输数据。二进制数据以 1 和 0 的形式发送,有两种不同的模式:并行和串行。

并行传输

并行传输

二进制位被组织成固定长度的组。发送方和接收方都以相同数量的数据线并行连接。两种计算机都区分高位和低位数据线。发送方在所有线路上一次发送所有位。由于数据线等于组或数据帧中的位数,因此一次发送完整的位组(数据帧)。并行传输的优点是速度快,缺点是线路成本高,因为它等于并行发送的位数。

串行传输

在串行传输中,位以队列方式一个接一个地发送。串行传输只需要一个通信通道。

串行传输

串行传输可以是异步的,也可以是同步的。

异步串行传输

之所以这样命名,是因为没有时间的重要性。数据位具有特定的模式,它们可帮助接收器识别起始和结束数据位。例如,每个数据字节前面都加一个 0,末尾添加一个或多个 1。

两个连续的数据帧(字节)之间可能存在间隙。

同步串行传输

同步传输中的时序非常重要,因为没有遵循任何机制来识别起始和结束数据位。没有模式或前缀/后缀方法。数据位以突发模式发送,不保持字节之间的间隙(8 位)。单个数据位突发可能包含多个字节。因此,时序变得非常重要。

接收器负责识别并将位分离为字节。同步传输的优点是速度快,并且没有异步传输中额外的报头和脚注位的开销。