2014 年 3 月 – 第 2 页

CSMA/CD 冲突检测载波侦听协议

该技术早期是用来解决有线网络中，共享介质下的多路网络接入问题，该技术仍然在当今的10M/100M半双工网络中使用。在更高的带宽情况下，比如千M网络，则采用全双工技术以代替CSMA/CD。

全双工（Full-Duplex）模式下通常不使用CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection，载波侦听多路访问/冲突检测）机制。

CSMA/CD 的适用场景

**半双工（Half-Duplex）**模式下使用CSMA/CD。
CSMA/CD主要用于共享介质的以太网中，如使用集线器（Hub）的网络，其中所有设备共享同一个冲突域。
在半双工模式下，数据的发送和接收是交替进行的，可能会发生数据包的碰撞，因此需要CSMA/CD机制来检测并处理这些碰撞。

在 CSMA/CD 中，同一个冲突域的主机连续经过 5 次冲突后，站点在 (23) 区间中随机选择一个整数 k, 则站点将等待多少秒后重新进入 CSMA。

示例：1

在 CSMA/CD 中，同一个冲突域的主机连续经过 5 次冲突后，站点会在 0 至 2^5 – 1（即 0 至 31）的区间中随机选择一个整数 k。

然后站点将等待 k×512 比特时间后重新进入 CSMA。

请注意，具体的等待时间取决于网络的数据传输速率，因为比特时间 = 1 / 数据传输速率。

以 10Mbps 的数据传输速率为例，计算一下站点需要等待多少秒才能重新进入 CSMA。

首先，10 Mbps 意味着每秒传输 10×10^6 比特。

因为站点在 0 至 31 的区间中随机选择一个整数 k，所以等待的比特时间为 k×512 比特。

假设选择的 k 为 10。

那么等待的总比特数为 10×512 = 5120 比特。

1 秒能传输 10×10^6 比特，所以等待的时间（秒） = 5120÷(10×10^6) = 5120÷10000000 = 0.000512 秒

CSMA/CD 中的退避二进制指数算法，该算法的基本原理是，根据冲突次数 n, 生成一个【0,2N – 1】集合，(当 N 超过 10 时，该集合不再扩大，当 N 超过 16 时，向上层协议报错) 然后随机的从集合中选择一个数 K, 再用 K 乘以 1 个征用期时间，作为下次发送的随机等待时间。

全双工模式的特点

全双工模式下，发送和接收是独立进行的，不存在数据包碰撞的问题。
全双工模式下，每个端口都有自己专用的通信路径，因此不需要使用CSMA/CD来防止碰撞。

全双工与交换机

在现代以太网中，通常使用交换机（Switch）而不是集线器。
交换机为每个端口提供独立的通信路径，每个端口有自己的冲突域，因此可以支持全双工模式。
交换机中的端口通常支持全双工模式，这意味着发送和接收数据可以同时进行，没有冲突的问题。

总结

半双工模式下，使用CSMA/CD来处理数据包的碰撞。
全双工模式下，由于不存在碰撞的问题，因此不需要使用CSMA/CD。

在实际应用中，大多数现代以太网设备（如交换机和网卡）都支持自动协商机制，可以自动检测连接设备的能力并选择最适合的模式（半双工或全双工）。如果两端设备都支持全双工模式，它们将自动协商为全双工模式，并且不会使用CSMA/CD机制。

快速以太网

快速以太网（Fast Ethernet）是一种以太网标准，它提供了比传统以太网更快的数据传输速率，通常为100 Mbps（兆比特每秒）。快速以太网的标准是IEEE 802.3u，它是在1995年推出的，以满足日益增长的网络速度需求。下面是快速以太网的一些主要特点：

1. 传输速率

快速以太网支持100 Mbps的数据传输速率，是传统10 Mbps以太网的10倍。

2. 标准

快速以太网遵循IEEE 802.3u标准，这是一个国际标准，确保了不同厂商的产品之间的互操作性。

3. 介质访问控制

快速以太网使用载波侦听多路访问/冲突检测（Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD）机制来管理网络上的数据传输，避免数据包碰撞。

4. 支持的物理层

快速以太网支持多种物理层标准，包括：
- 100BASE-TX：使用两对UTP（无屏蔽双绞线）电缆，支持100 Mbps的速度。
- 100BASE-FX：使用光纤电缆，支持100 Mbps的速度，适用于更长距离的传输。
- 100BASE-T4：使用四对UTP电缆，其中两对用于发送数据，两对用于接收数据。

5. 兼容性

快速以太网与传统的10 Mbps以太网兼容，可以通过自动协商机制自动检测并适应连接设备的速度。
设备通常支持10/100 Mbps自适应，这意味着它们可以在10 Mbps和100 Mbps之间自动切换。

6. 应用场景

快速以太网广泛应用于局域网（LAN）中，特别是在企业和组织内部的网络部署。
它适用于需要较高带宽的应用，如文件共享、多媒体传输、视频会议等。

7. 成本效益

快速以太网技术成熟，成本相对较低，易于部署和维护。

8. 网络设备

快速以太网支持各种网络设备，包括集线器、交换机、路由器和适配器等。
交换机通常用于构建快速以太网网络，因为它们可以提供无冲突的数据传输。

9. 扩展性

快速以太网支持通过堆叠交换机和使用中继器等方式扩展网络覆盖范围。

总结

快速以太网是一种提供100 Mbps数据传输速率的以太网标准。
它遵循IEEE 802.3u标准，支持多种物理层标准，包括UTP电缆和光纤。
快速以太网与10 Mbps以太网兼容，并且支持自动协商机制。
它广泛应用于局域网中，提供了良好的性能和成本效益。

千兆以内网1000Mbps

千兆以太网（Gigabit Ethernet）是一种高速以太网标准，提供高达1 Gbps（千兆比特每秒）的数据传输速率。它是在1998年由IEEE 802.3z标准定义的，旨在满足对更高带宽需求的增长。以下是千兆以太网的一些主要特点和相关信息：

1. 传输速率

千兆以太网支持1 Gbps的数据传输速率，这是快速以太网（100 Mbps）的10倍。

2. 标准

千兆以太网遵循IEEE 802.3z标准。
该标准定义了多种物理层规范，包括使用UTP（无屏蔽双绞线）、STP（屏蔽双绞线）和光纤电缆的不同变体。

3. 物理层标准

千兆以太网支持多种物理层标准，包括：
- 1000BASE-T：使用4对UTP（无屏蔽双绞线）电缆，支持1 Gbps的速度，最大距离为100米。
- 1000BASE-SX：使用多模光纤电缆，支持1 Gbps的速度，最大距离可达550米。
- 1000BASE-LX：使用单模光纤电缆，支持1 Gbps的速度，最大距离可达3000米。
- 1000BASE-CX：使用屏蔽双绞线，支持1 Gbps的速度，最大距离为25米。
- 1000BASE-ZX：使用单模光纤电缆，支持1 Gbps的速度，最大距离可达70公里。

4. 兼容性

千兆以太网与快速以太网和传统以太网兼容，可以通过自动协商机制自动检测并适应连接设备的速度。
设备通常支持10/100/1000 Mbps自适应，这意味着它们可以在10 Mbps、100 Mbps和1 Gbps之间自动切换。

5. 应用场景

千兆以太网广泛应用于局域网（LAN）中，特别是在企业和组织内部的网络部署。
它适用于需要高带宽的应用，如文件共享、多媒体传输、视频会议、云计算等。

6. 成本效益

千兆以太网技术成熟，成本相对较低，易于部署和维护。

7. 网络设备

千兆以太网支持各种网络设备，包括集线器、交换机、路由器和适配器等。
交换机通常用于构建千兆以太网网络，因为它们可以提供无冲突的数据传输。

8. 扩展性

千兆以太网支持通过堆叠交换机和使用中继器等方式扩展网络覆盖范围。

9. 自动协商

千兆以太网支持自动协商机制，可以自动检测连接设备的能力并选择最佳的传输速率和双工模式（全双工或半双工）。

10. 全双工模式

千兆以太网支持全双工模式，这意味着在同一时间内可以同时发送和接收数据，提高了网络性能。

总结

千兆以太网是一种提供1 Gbps数据传输速率的以太网标准。
它遵循IEEE 802.3z标准，支持多种物理层标准，包括UTP电缆、STP电缆和光纤。
千兆以太网与10 Mbps和100 Mbps以太网兼容，并且支持自动协商机制。
它广泛应用于局域网中，提供了良好的性能和成本效益。

万兆以太网10GB

万兆以太网（10 Gigabit Ethernet，简称10GbE或10GE）是一种高速以太网标准，提供高达10 Gbps（十吉比特每秒）的数据传输速率。它是千兆以太网的后续标准，旨在满足数据中心、高性能计算和大型企业网络对更高带宽的需求。下面是万兆以太网的一些主要特点和相关信息：
1. 传输速率
万兆以太网支持10 Gbps的数据传输速率，这是千兆以太网（1 Gbps）的10倍。
2. 标准
万兆以太网遵循IEEE 802.3ae标准，该标准定义了多种物理层规范。
3. 物理层标准
万兆以太网支持多种物理层标准，包括：
- 10GBASE-T：使用铜线（UTP或STP），支持10 Gbps的速度，最大距离为100米。
- 10GBASE-LR：使用单模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达10公里。
- 10GBASE-ER：使用单模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达40公里。
- 10GBASE-SR：使用多模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达300米。
- 10GBASE-ZR：使用单模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达80公里。
- 10GBASE-LRM：使用多模光纤，支持10 Gbps的速度，最大距离可达220米。
- 10GBASE-CX4：使用屏蔽双绞线，支持10 Gbps的速度，最大距离为15米。
- 10GBASE-CX2：使用屏蔽双绞线，支持10 Gbps的速度，最大距离为20米。
4. 兼容性
万兆以太网与千兆以太网和快速以太网兼容，但通常需要专门的网络设备和支持10GbE的网络接口卡（NIC）。
5. 应用场景
万兆以太网广泛应用于数据中心、高性能计算集群、核心网络交换和企业网络中。
它适用于需要极高带宽的应用，如大数据处理、云计算、视频流媒体等。
6. 成本效益
万兆以太网的成本相对较高，但在需要高带宽和低延迟的应用场景中，它的投资回报率很高。
7. 网络设备
万兆以太网支持各种网络设备，包括高端交换机、路由器和适配器等。
交换机通常用于构建万兆以太网网络，因为它们可以提供无冲突的数据传输。
8. 扩展性
万兆以太网支持通过堆叠交换机和使用中继器等方式扩展网络覆盖范围。
9. 自动协商
万兆以太网支持自动协商机制，可以自动检测连接设备的能力并选择最佳的传输速率和双工模式（全双工或半双工）。
万兆以太网通常使用全双工模式，因为在这种模式下可以同时发送和接收数据，提高了网络性能。
10. 技术进步
随着技术的进步，万兆以太网设备变得更加高效、可靠并且成本逐渐降低。
例如，10GBASE-T标准的引入使得使用铜线电缆的万兆以太网更加普及。
总结
万兆以太网是一种提供10 Gbps数据传输速率的以太网标准。
它遵循IEEE 802.3ae标准，支持多种物理层标准，包括铜线和光纤。
万兆以太网广泛应用于数据中心和高性能计算中，提供了非常高的性能和灵活性。

端口自协商：解决不同以太网速度的协商

争用期

以太网端到端的往返时延2t 称为争用期，或冲突窗口，为了冲突检测要求传输时延>=2*传播时延。也就是数据帧长/带宽>=2*信道长度/电磁波在信道中的传播速度。

网工基础调制与解调

调制技术是干啥的？

将基带信号搬移到高频载波，实现频谱搬移的过程。

那为什么要调制呢？

举个例子，比如说我们要发射一个声音信号，声音信号的频率范围一般是20Hz—20kHz，那如果直接发射声音信号会怎么样呢？我们知道，发射信号的频率和天线的长度有关，如果直接发送声音信号，那可能需要的天线长度就很长，大概一百米的级别。所以，在发射信号之前，都要对其进行调制，也就是把原始信号搬移到高频电磁波，再进行传输。

图1 信号调制示意图

这幅图的上半部分是原始信号，下半部分是调制后的信号，调制过后的信号有啥特点呢？我们可以看到它的振动频率是非常快的，也就是频率是很高的，所以叫高频。那么它和原始信号的关系是什么呢，可以看到，调制后的信号包络跟原始信号是基本一致的，那么就是这样去携带原始的信息，然后发射出去，来实现信息的传输。这就是调制的基本概念，图1表示的实际上是一种模拟调制，那还有数字调制。模拟信号是一种连续变化的信息，比如常见的声音和图像，都属于模拟信号，而数字信号也就是我们常说的“0”、“1”这种信息。下面我们来看看基本的数字调制方式。

图2 基本的数字调制示意图

那数字信号如何进行调制呢？第一种是移幅键控，什么意思呢？当你要发送“1”的时候，给一个电磁波，然后“0”的时候可能连电磁波都没有了，也就是幅度为0，即通过幅度的变化来区分“0”和“1”，有“1”的时候我们就发送电磁波，传输“0”的时候就不发送电磁波，这就是移幅键控。那接收端也是同样的道理，通过看有没有电磁波来判断接收到的是“0”还是“1”。

那么移频键控这种调制方式是怎样的呢？移频就是调制频率，如果我要发送“1”，就发一个高频一点的电磁波，如果要发0，就发送一个低频一点的电磁波，这就是移频键控的意思。

移相键控呢？那就是移动相位，要发送“1”的话就用一种相位的电磁波来表示，要发送“0”的话就用另一种相位的电磁波来表示，那要更直白一点呢，就可以理解为发送“1”的话，电磁波从零点是向上变化的，而发送“0”的话，电磁波从零点开始是向下变化的，然后完成一个周期（结合图2的相移键控看）。

这就是三种最简单最基本的数字调制方式，对其做一个简单的总结就是：数字调制其实就是用波形来代表“0”和“1”，这就是它所干的事情。

继续扩展，我们可以看到图2，不管是哪一种调制方式，在一个周期T里面，它所发的一个波形，只能传输1个比特，那时间到2T的时候，就代表传输了两个比特。那问题来了，可不可以在一个周期T里，发送两个比特呢？答案是可以的。那这种方式就是我们所说的四相位调制。

图3 四相位（QPSK）调制示意图

看到图3，当我们想在一个周期T里面发送两个比特的时候，我们要考虑一个问题，两个比特有几种组合呢？我们知道是4种：00,01,10,11。我们可以用四种相位的电磁波与这四种组合对应，比如我们想发送“00”的时候，就发送这一种电磁波，想发送“01”的话，就发送另一种相位的电磁波，发送“10”和“11”同理。我们发现，一个周期T没有变，但我们发送的比特变成了原来的两倍，那这就是QPSK四相位调制。

我们经过上面的分析可以发现一个规律，如果想在同等时间T内，发送更多信息，也就是发送更多的比特，我可以干什么？答案是需要做一个排列组合。比如想在一个周期T内，发送3个比特，应该怎么办？我们需要多少种形式的电磁波呢？很明显是8种：000,001,010,011,100,101,110,111。所以我们需要找到8种彼此不相同的电磁波来与这8种比特信息一一对应。那这样就比前面说到的QPSK调制的传输速度要快了。

继续往下的话，自然就会想到用更多的组合，也就是更高阶的调制方式。

图4 QPSK、16QAM与64QAM调制格式的信号星座图

星座图可以看出所用的调制方式。一开始提到的QPSK，是有四种不同的电磁波，那星座图上的四个点就代表了这四个不同的波形，星座图的每个点就代表了不同的数据，结合图4，比如第三象限的点就代表了“11”，第一象限的点就代表了“00”。那我们继续看到QPSK下面的图片，也就是16QAM，它图上的16个点就代表了16种不同波形的电磁波，也就是每一种波形都代表了四个比特，比如左下角的那个点就代表了“1111”，也就是发送这个点的电磁波就代表了这四个比特。64QAM也是同理，64个点代表了64种不同的波形，每一种波形代表了6个比特。再将三者对比一下，QPSK调制的信号，一个周期T内可以发送2个比特；16QAM调制的信号，一个周期T内可以发送4个比特；而64QAM调制的信号，一个周期T内可以发送6个比特。

讲解了这么多，总的来说就是更高阶的调制方式，可以在一个周期T内发送更多的比特信息。所以，后面如果我们看到任何资料里写的什么调制什么多少多少QAM，就明白是什么意思了：越高的调制方式，发送一个波，所携带的数据就越多，所以传输速率就越快。

https://www.icourses.cn/sCourse/course_3149.html

https://blog.csdn.net/dongdongnihao_/article/details/139725160

https://blog.csdn.net/weixin_47065524/category_12683386.html

调制与解调的概念：

数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制过程和解调过程。

数字信号只有有限个离散值，使用数字信号对载波进行调制的方式称为键控(Keying),分为幅度键控（ASK)、频移键控（FSK)和相移键控（PSK)。

调制技术：应用场景是数据信号在模拟信号中传输使用的技术

脉冲编码调制(PCM)：模拟信号在数字信道中传输

码元与调制技术，编码技术

调制技术-模拟信道传送数字数据

调制技术名称	码元种类	比特位	说明
ASK	2	1	实现简单、抗干扰性差、效率低、典型速率为1200bps
FSK	2	1	抗干扰性较ASK好、典型速度为1200bps
PSK	2	1	抗干扰最好
2DPSK	2	1
4DPSK	4	2
QPSK	4	2

（关键是记住调制技术的码元种类数）

基本的调制技术：

ASK：跟幅度有关系（有无有是1 无是0 ）
FSK：跟频率有关系（疏密）
PSK：相移键控（正反）

DPSK：差分相移键控，初始相位与前一码元的发生180°变化为二进制0，无变化为1，码元种类2，比特位1

4DPSK从0°开始每90°表示一个波形。

QPSK从45°开始每90°表示一个波形。

2DPSK：相对相位，（0发生180°变化，1会发生变化），码元种类2，比特位1，每一个码元代表一个比特。

QAM：比较复杂，与振幅和相位都相关

编码技术

四、编码技术-数字信道传送模拟信号

PCM脉冲编码调制技术

脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，简称PCM）是一种数字信号处理技术，用于将连续的模拟信号转换为数字信号。PCM广泛应用于音频和通信领域，包括电话系统、数字音频录制和传输等。

PCM的过程主要包括以下几个步骤：

采样（Sampling）: 将模拟信号在时间上离散化。按照奈奎斯特采样定理，采样频率必须至少是信号最高频率分量的两倍，以避免出现混叠现象。
量化（Quantization）: 将采样得到的连续幅度值离散化，即用一组有限的离散电平来近似模拟信号的幅度值。量化过程中可能会引入量化误差。
编码（Encoding）: 将量化后的离散信号转换为二进制数字码流。每个量化级都被分配一个二进制代码。

PCM的主要特点包括：

采样频率：通常为44.1 kHz（CD音频标准）或48 kHz（数字音频工作站标准），对于电话系统则为8 kHz。
量化位数：决定了每个样本的精度，常见的有8位、16位等。
传输速率：根据采样率和量化位数计算得出，例如44.1 kHz采样率和16位量化将产生大约1.411 Mbps的传输速率。

PCM在现代通信系统中非常重要，因为它使得模拟信号能够通过数字网络进行传输，提高了信号的质量和可靠性，并减少了干扰和噪声的影响。

网络工程师（软考中级）备考笔记——数据通信基础 – 知乎 (zhihu.com)

ASK,FSK和PSK（详细介绍，一定有收获哒！）_ask fsk-CSDN博客

差错控制编码

基本原理可以理解为在信息字段后面加上校验字段（冗余字段）例如上午10点开会，上午就是冗余，可以说10点开会。

码距：任意两个合法编码间不同的二进制位数的最小值。最小码距

0011和0001的码距为1，一位错时无法识别。

码距的计算：

两个编码按位异或后1的个数 = 码距 110异或101 = 011 1的个数为2，所以码距为2

码距越大，抗干扰能力，纠错能力越强，数据冗余越大，编码效率越低。

码距与检测与纠错之间的关系

1、在一个码组内为了检测e个误码，要求最小码距d应该满足：d>=e+1

2、在一个码组内为了纠正t个误码，要求最小码距应该满足：d>=2t+1

奇偶校验

奇偶校验分为奇校验和偶校验，

奇校验：原始码流+校验位总共有奇数个1

偶校验：原始码流+校验位总共有偶数个1

海明校验

m为信息位的位数，k为校验位的位数。

下面计算为9+k<2的k次方-1 即k>=4 ,海明码通常放在2的n次幂上，如下下图的在1，2，4，8的位置上。

上述信息位有10位套用公式 9+k+1<=2的k次方则k最小为4

CRC 校验

CRC 只进行检测不进行纠错，如果出错要求发送方进行重发。

CRC 校验码的生成

CRC校验码的生成主要包含以下过程：

找到除数的长度，这个除数是我们自己定义的。
除数的位数减一为CRC校验码的位数，假设除数的位数为5，则校验码的位数为4，对被除数也就是需要传递的信息的数后面加上校验码的位数的0，如果校验码的位数为4，则在被除数后面直接加上4个0
执行除法操作，将加上4个0的被除数作为新的被除数，除以我们定义的除数，除法操作完成后，会得到两个结果：一个是商，另一个是余数。（注意：除法运算采用异或运算）
得到的余数即使我们要的 CRC 校验码

要计算CRC校验码，需要根据CRC生成多项式进行。这里多项式人为双方约定。

什么是模2运算

有两个多项式，M（x）代表发送信息的多项式，G（x）代表校验位信息

两个式子所代表的二进制吗根据多项式每项的系数得出

为什么是要在信息的二进制码上加3个0，是根据右边式子的最高次幂是3

有X3次方，没x2次方，没x1次方，有x0次方，所有除数是1001

这里有一个规则，每一步得出的二进制数将抹掉一位，此时如果它的首位是0，那么除数就商0，如果是1，就商1,得出下一个被除数

当得到的结果小于除数时，就是余数

CRC具体怎么校验

黄色的是发送塔，蓝色的是接收塔，发送方和接收方的一个约定是G（x），（两方都知道）

如果接收方收到的信息不能整除检验码，就说明信息有错（也就是结果不为0 ）

网工基础数据通信香农与奈奎斯特

高级网络规划设计师题库-高级网络规划设计师历年真题-考网 (mxqe.com)

https://mooc1.chaoxing.com/mooc-ans/course/218964517.html

示例：

假设网络的生产管理系统采用B/S工作方式，经常上网的用户数为100个，每个用户每分钟平均产生11个事务，平均事务量大小为0.06MB，则这个系统需要的传输速率为（）。

A.5.28Mb/s
B.8.8Mb/s
C.66Mb/s
D.528Mb/s

解析：

应用总信息传输速率=平均事务大小*每个字节位数*每个会话事务数*平均用用户数/平均会话长度

　　　　　　　　　=0.06*8*11*100/60

　　　　　　　　　=8.8Mb/s

示例：

A、B是局域网上两个相距1km的站点， A 采用同步传输方式以 1Mb/s的速率向 B 发送长度为 200，000 字节的文件。假定数据帧长为 128 比特，其中首部为 48 比特: 应答帧为 22 比特， A 在收到 B 的应答帧后发送下一帧。传送文件花费的时间为（15）s，有效的数据速率为（16）Mb/s（传播速率为200m/us）

(15)A.1.6 B.2.4 C.3.2 D.3.6

(16)A.0.2 B.0.5 C.0.7 D.0.8

【答案】C B

【解析】

总时间的=传输时延+传播时延

先算总的传输时延：

一共200000*8=1600000位，数据帧是128位，那么一共1600000/(128-48)=20000帧。一帧的传输时延是128/1000000,那么总的传输时延是20000*128/1000000=2.56s，

而由于是必须等待应答信号，所以应答信号的总传输时延是20000*22/1000000=0.44s。

再算总的传播时延：2*20000*1000/200000000=0.2s。所以总时延等于3.2s。这里20万km/s 是电磁波的传播速度。这里信道长度是1KM

而算有效数据速率的话，1600000/X=3.2S，那么有效速率是0.5Mbps。

示例：

在相隔2000km的两地间通过电缆以4800b/s的速率传送3000bit长的数据包，从开始发送到接收到完成数据需要的时间是（）。若用50kb/s的卫星信道传送，则需要的时间是（）。

示例：

设卫星信息的传输延迟为270ms，数据速率为64Kb/s，帧长4000比特，采用停等ARQ协议，则信道的最大利用率为（）

解答：

停等ARQ（Automatic Repeat-reQuest）协议是一种错误检测与纠正机制，用于确保数据在网络中的正确传输。在这种协议下，发送方每次只发送一个数据帧，并等待确认消息。如果收到了确认消息，就继续发送下一个数据帧；如果没有收到确认消息，就会重新发送当前的数据帧。

先，我们需要确定数据帧的大小。给定的帧长为4000比特，数据速率为64Kb/s（注意，这里的数据速率应该是有效数据传输速率，而不是包括冗余校验位在内的总速率）。为了简化计算，我们将所有单位转换为比特/秒（bps）：

数据帧大小：4000比特
数据速率：64,000 bps

然后，我们需要考虑卫星信息的传输延迟。给定的传输延迟为270ms，这是单向的延迟。由于停等ARQ协议需要等待确认消息，所以实际上会有双倍的延迟，即540ms。

对于本题，我们需要计算的是信道的最大利用率。信道最大利用率定义为有效数据传输速率除以信道容量。在停等ARQ协议下，由于每次只能发送一个数据帧并且需要等待确认，所以信道利用率较低。

首先，我们需要确定数据帧的大小。给定的帧长为4000比特，数据速率为64Kb/s（注意，这里的数据速率应该是有效数据传输速率，而不是包括冗余校验位在内的总速率）。为了简化计算，我们将所有单位转换为比特/秒（bps）：

数据帧大小：4000比特
数据速率：64,000 bps

接下来，我们计算信道的最大利用率。信道的最大利用率可以用以下公式计算：

其中，

TdataTdata 是有效数据传输时间，
TframeTframe 是一个数据帧的发送时间，
TdelayTdelay 是传输延迟时间。

这里有效利用率是指实际传输数据使用的时间除以耗费的总时间，如果算上来回延迟的时间应该就0.0625s/0.0625s+270ms+270ms约等于0.1037

计算机网络的性能参数

速率、带宽、时延、吞吐量

1.速率：即数据率或称数据传输率或比特率
比特 1/0位
连接在计算机网络上的主机在数字信道上传递数据位数的速率
单位是b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s, Tb/s
1）速率换算单位为（1000）大B小b换算为8即1B=8b：
千 1kb/s=1000b/s
兆 1Mb/s=1000kb/s
吉 1Gb/s=1000Mb/s
太 1Tb/s=1000Gb/s
存储容量换算单位为（1024）：1Byte(字节)=8bit(比特)
1KB=1024B=1024*8b
1MB=1024KB
1GB=1024MB
1TB=1024GB
2.带宽
1）“带宽”原本指某个信号具有的频带宽度，即最高频率与最低频率之差，单位是赫兹HZ(例如人讲话时带宽在0-4000HZ)。
2）计算机网络中，带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力，通常指单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”。单位是“比特每秒”，b/s, kb/s, Mb/s, Gb/s, 网络设备所支持的最高速度
3.吞吐量
表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
吞吐量受网络的带宽或网络的额定速率的限制。

4.时延
指数据（报文/分组/比特流）从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。也叫迟延或延迟。单位是s。
1）发送时延（传输时延）=数据长度（帧长）/信道带宽（高速链路：提高信道带宽）（发送方把信息帧全部发送完花费的时间）也就传输时延。
2）传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率（指帧在信道当中的传播时延）电磁波每秒20万公里(20KM/S)，光是30万公里(30KM/S)。卫星固定为270ms不考虑距离.

一般时延是：传输时延+传播时延不包括排除时延和处理时延
3）排队时延：等待输出/入链路可用（数据包进入路由器等待发送时延）
4）处理时延：检错找出口（例如路由器查表时延）
5.时延带宽积：时延带宽积=传播时延*带宽
时延带宽积又称为以比特为单位的链路长度。即“某段链路现在有多少比特。”
6.往返时延RTT
从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方的确认总共经历的时延。
RTT越大，在收到确认之前，可以发送的数据越多。
RTT包括：往返传播时延=传播时延*2、末端处理时间
7.利用率
1）信道利用率：有数据通过时间/（有+无）数据通过总时间
2）网络利用率：信道利用率加权平均值

封装和解封装

是指信息投递路径上的设备对各层数据对应的层进行封装和解封装，如路由器工作在三层那么会对包的三层信息进行封装和解封装，各个包还是完整的，只是对各层封装和解封装的信息不一样；好比邮差对信件的处理只关注信封上的特定信息。

数字信号和模拟信号

模拟和数字信号是携带信息的信号类型。两种信号之间的主要区别在于模拟信号具有连续电信号，而数字信号具有非连续电信号。

模拟信号和数字信号之间的差异可以通过不同类型波的例子来观察。

数据速率的计算（香农定理，奈氏定理）

物理层之奈氏准则和香农定理-云社区-华为云 (huaweicloud.com)

码元和bit 都可以看作是携带信息的单位，只是两者之间携带的信息量不同。

码元：一个数字脉冲就是一个码元。通俗的理解，电路传输信号是靠波形的变化来识别每一位（英文单位bit）信息的，那么这一位信息的波形就叫作码元。

比特：是英文的bit音译过来的，信息的度量单位。bit的意思是位，即一位信息，当用二进制0和1表示数据时，0是一位，1也是一位，就是1bit。

码元和波特的关系：
① 如果一个码元表示了一位信息，波特就等于比特。
② 什么情况不等呢？
一个码元表示多位信息（bit)的时候。
如果码元是二进制的，即波形有两种，就只能表示0和1，也就是说一个码元只能表示一位（0或1）。
如果波形是四进制的，那么波形有四种，就能表示00 01 10 11四种数据，每一个码元就携带了两位的信息。依次类推，八进制的码元就能携带3位信息。

波特率和比特率：

波特率：又称码元率，是指每秒传输码元的数目，单位波特(Band)。
比特率：为每秒传输的比特（bit）数。

若码元的离散取值数目是L，波特率是B，数据率（比特率）为C，则
C = B log₂L.（当L=2时，C=B）

奈氏定理与香农定理

奈氏定理和香农定理中都依据带宽W （这里单位是HZ ）指信道的最高频率与最低频率之差。

“奈氏定理” 规定的是：码元极限传输速率 , 没有规定比特极限传输速率 , “香农定理”就是规定该比特极限传输速率的 ;

奈氏码元速率上限是B=2W，例如带宽是1HZ 根据B=2W ，码元的传输速率为2HZ即每秒传送2个码元。

例题：如果没有告诉你带宽，而是载波频率（即每秒发送多少个信号波）例如载波频率是2400HZ，即每秒发送2400个信号波；如果每2个信号波构成一个bit ，则码元速率为1200波特。

信噪比

“信噪比” 概念 : 信号平均功率与噪声平均功率比值 ;

① 比值形式 :噪声平均功率/信号平均功率 , 记作 S/N , 该信噪比没有单位 , 是一个纯数值 ;

② 分贝形式 : 单位是分贝 ( dB ) , 计算公式如下 :

这里注意信噪比的两种表示方式 :

香农定理公式：

单位是比特/秒 ( b/s )

W ：带宽 , 单位是赫兹 ( Hz ) ;

S / N ：是信噪比

S ：是信道内信号的平均功率

N：是信道内的高斯噪声功率 ;

计算示例：

两者都给出的情况下计算速率

1. 速率 (Data Rate)

速率通常指的是每秒钟传输的数据量，通常用比特/秒 (bps) 表示。速率可以分为以下几个方面：

比特率 (Bit Rate): 指的是每秒钟传输的比特数，是数据传输速度的度量。
波特率 (Baud Rate): 指的是每秒钟信号变化的次数，对于二进制信号来说，波特率等于比特率。但对于多进制信号，波特率会小于比特率。

2. 带宽 (Bandwidth)

带宽是指通信信道能够有效传输信号的频率范围，单位通常是赫兹 (Hz)。带宽决定了信道的最大数据传输能力。在数字信号中，带宽通常指的是信道的最高频率与最低频率之差。

速率与带宽的关系

在理想条件下，速率与带宽之间的关系可以用奈奎斯特公式 (Nyquist formula) 和香农公式 (Shannon formula) 来描述：

示例计算

假设我们有一个带宽为 1 MHz 的信道，使用 4 级信号调制 (M=4)，则我们可以使用奈奎斯特公式来计算最大数据传输速率：

# 定义变量
$B = 1e6 # 带宽 1 MHz
$M = 4 # 信号级别数量

# 计算信道容量
$C = 2 * $B * [Math]::Log($M, 2)

# 输出结果
"C = $C bps"

某信道采用 16 种码元传输数据，若信号的波特率为 4800 Baud, 则信道数速率是多少kb/s。

首先，根据奈奎斯特定理：数据传输速率 = 波特率 ×log₂（码元种类数）

已知波特率为 4800 Baud，码元种类数为 16 种。

log₂(16) = 4

所以数据传输速率 = 4800 × 4 = 19200 bps = 19.2 kb/s

这里还要取决于系统的编码规则（理想情况下为19.2kb/s)