8.3 传输与交换技术

1.数据通信与交换方式

知识点说明：

难度系数：☆☆　考查频度：☆　考查权重：☆☆☆

对于本知识点来说，主要是能够从原理性上了解各种通信方式和交换方式，特别是要扎实地掌握各种交换方式的过程、开销、特点及主要代表。

知识点详解：

（1）数据通信方式。

· 按照数据传输方向，可以分为3种： 单工 通信，即信息只能在一个方向传送，如 无线电广播 、 有线电视 等； 半双工 通信，即双方可交替发送和接收信息，但不能够同时接收和发送，如 无线电台 、 对讲机 ，由于相对全双工而言，设备价格更低，因此通常在要求不高时使用； 全双工 通信，即可以同时双向信息传送，如 现代电话通信 。

· 按同步方式可以分为两种：一是 异步传输 ，即将各个字符分开传输，字符间插入诸如“起始位”、“终止位”的 同步信息 ，而且通常还需要加入“ 校验信息 ”，适合 长距离传输 ；二是 同步传输 ，即顺序地连续传输，通常是在 传输前进行同步 ，然后在传输时双方以同一频率工作，这种通信方式通常用 于短距离高速数据传输 ，如磁盘访问。

（2）交换方式。

通信网络中通常有许多中间结点，因此信息在传输时需要经过许多中间结点，这些交换结点转发信息的方式就是 交换方式 。表8-6列出了几种常见的交换方式的对比。

2.复用技术

难度系数：☆☆☆　考查频度：☆☆☆☆　考查权重：☆☆☆

对于本知识点来说，主要需了解多路复用技术的类型、技术要点和应用点，包括要对复用的产物T1、E1有一定了解。

知识点详解：

多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术，它可以有效地提高数据链路的利用率，从而使得一条高速的主干链路同时为多条低速的接入链路提供服务，也就是使得远程网络的干线可以同时运载大量的话音和数据传输。多路复用技术最常用的是两个设备：一是 多路复用器 ，在发送端根据约定规则把多个低带宽信号复合成一个高带宽信号；二是 多路分配器 ，根据约定规则再把高带宽信号分解为多个低带宽信号。这两种设备统称为 多路器（MUX ） 。多路复用原理如图8-6所示。

（1）多路复用技术。

常见的多路复用技术包括频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）和波分多路复用（WDM），其中时分多路复用又包括同步时分复用和统计时分复用。表8-7中列出了它们的关键知识点。

另外还有一个常考的知识点，那就是针对时分复用线路计算带宽。对于同步时分复用而言，情况相对比较简单，只需叠加每个信道的带宽需求即可。例如，10个9.6Kbps的信道按时分多路复用在一条线路上传输，如果忽略控制开销，在同步TDM情况下，复用线路的带宽应该是10×9.6Kbps，即96Kbps。如果是统计时分复用，则相对会比较复杂一些。应在此直接叠加的基础上，乘以子信道的忙时，同时还可能需要考虑控制开销。例如，10个9.6Kbps的信道按统计时分多路复用在一条线路上传输，假定每个子信道只有30%的时间忙，复用线路的控制开销为10%，那么复用线路的带宽应该是：

9.6Kbps × 10 ×（30% + 30% × 10%）≈32Kbps

（2）常见数字传输系统。

在电话的语音通信中，通常是对4kHz的话音通道按8kHz的速率采样，用128级（2 ⁷ ，因此需要7bit）量化，因此每个话音信道的比特率是56Kbps，而由于在传输时，需要在每个7bit组后加上1bit的信令位，因此构成了64Kbps的数字信道。表8-8所示为常见的数字传输系统的原理、组成与应用地区。

3.差错控制技术

难度系数：☆☆☆　考查频度：☆☆☆☆　考查权重：☆☆☆

对于本知识点来说，主要需要了解奇偶校验法，掌握CRC与海明码两种检错/纠错机制，能够理解码距、计算校验码、根据校验码判断是否出错、利用海明码找出错误位、了解主要的CRC应用等。

知识点详解：

在数据传输中出现随机性错误总是不可避免的，因此需要采用有效的差错控制方法。在数据通信中常用的办法是检错和纠错码。最简单的是奇偶校验码，它分为奇校验和偶校验两种，均是添加1 位校验位 ，根据信息码中1的个数来决定校验位的取值，使得填入校验位后，1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。对这方面知识的更深入的考查点主要包括以下几个方面。

（1）海明码距。

海明的冗余数据位检测和纠正代码差错的理论和方法指出：可以在数据代码上添加若干冗余位组成码字。 将一个码字变成另一个码字时必须改变的最小位数 就是码字之间的海明距离，简称 码距 。从这里将得出：没有加冗余校验码的任何编码，它们的码距就是1，即只要改一位，就可以变成另一个码字了；而奇偶校验码则添加了1位校验码，使得要变成另一个码字至少要修改两位，这就使其码距变成2了。根据定义得知，码距是不同码字的海明距离的 最小值 。判断码距时，可以列出一些码进行判断，找出最小的位数即可。

另外，还需要记住以下几个关键的关系。

· 可查出多少位错误：根据海明的研究发现，可以发现“ ≤码距-1 ”位的错误。

· 可以纠正多少位错误：根据海明的研究发现，可以纠正“ ＜码距/2 ”位的错误，因此如果要能够纠正 n 位错误，则所需最小的码距应该是“ 2 n +1 ”。

（2）海明校验码。

要计算海明校验码，首先要知道海明校验码是放置在2的幂次位上的，即“1，2，4，8，16，32…”，而对于信息位为 m 的原始数据，需加入 k 位的校验码，它满足 m + k +1＜2 ^k 。计算时总令人感到头痛。有一种简单的方法则是从第1位开始写，遇到校验位留下空格。例如，原始信息为101101100，并采用偶校验，如图8-7所示。

然后根据以下公式填充校验位“1，2，4，8”：

注：指的是半加—进位加法、异或；B n 代表位数。

然后将结果填入，得到如图8-8所示的结果。

如果给出一个加入了校验码的信息，并说明有一位错误，则可以采用基本相同的方法找出来。假如给出的校验码信息如图8-9所示。

可根据以下公式计算：

然后从高位往下写，得到1011，即十进制数的11，因此出错的位数为第11位。而剩下的问题就是这个公式如何来的？首先计算校验码时，1、2、4、8位都是空的，因此在公式的左边；当进行校验时，1、2、4、8位都已经有值，因此要参与计算。而这些值是根据表8-9得到的，也就是生成B1、B2、B4、B8四个公式，而公式中要参与计算的位，是在表8-9中出现“1”的那个位。要说明的是，表8-9就是对数据位的二进制描述。

由于海明码距在计算和纠错过程中，计算都过于复杂，无法很容易使用硬件实现，因此在实际的应用中应用得并不是很广泛。

（3）CRC校验码。

由于CRC的实现原理十分易于用硬件实现，因此广泛地应用于计算机网络上的差错控制。CRC的考查点主要有3个：常见的CRC校验位；计算CRC校验码；检查信息码是否有CRC错误。

· 常见的CRC校验位，如表8-10所示。

· 计算CRC校验码。

要计算CRC校验码，需要根据CRC生成多项式进行。例如：原始报文为“11001010101”，其生成多项式为：“ x ⁴ + x ³ + x +1”。在计算时，是在原始报文的后面若干个0（等于校验码的位数，而生成多项式的最高幂次就是校验位的位数，即使用该生成多项式产生的校验码为4位）作为被除数，除以生成多项式所对应的二进制数（根据其幂次的值决定，得到11011，因为生成多项式中除了没有 x ² 之外，其他位都有）。然后使用模2除，得到的余数为校验码，如图8-10所示。

然后将0011添加到原始报文的后面就是结果：110010101010011。

· 检查信息码是否有CRC错误。

检查信息码是否出现了CRC错误的计算很简单，只需用 待检查的信息码 作被除数，除以生成多项式，如果能够 整除 就说明没有错误，否则就是出错了。另外需要注意的是，当CRC检查出现错误时，它是不会进行纠错的，通常是让信息的发送方重发一遍。 0GKIdy6H2wkAgJljbwSMA4bu2xX0Zz0xIF8Y48bZBHc56A515p9BZPvl3RXevUIQ