通信和交换方式
数据通信方式
通信方向
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单工通信：信息只能单向传输，发送方不能接收，接收方不能发送
典型应用: 电视/广播系统
工作模式: 固定方向的数据流，类似单行道
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半双工通信：通信双方可交替收发信息，但不能同时进行
典型应用: 对讲机/Hub(集线器)
工作模式: 类似双向单车道，需要"让行"机制
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全双工通信： 通信双方可同时进行双向信息传输
典型应用: 电话/交换机
配置注意: 交换机默认全双工，强制改为半双工会显著降低效率
同步方式
异步传输：
把各个字符分开传输，在字符之间插入同步信息，典型的是插入起始位和停止位
优点: 实现简单，成本低
缺点: 同步信息占用带宽，效率较低(约70%)
加入校验位目的是检查传输中的错误，一般使用奇偶校验
同步传输：
发送方在传送数据之前，先发送一串同步字符串SYNC，接收方检测到2个以上SYNC字符就确认已经进入同步状态，开始准备接收数据。
这种方式仅在数据块的前后加入控制字符SYNC，所以效率更高
应用场景: 短距离高速数据传输
数据交换方式（重点）
电路交换、报文交换、分组交换
电路交换
三阶段：电路建立—数据传输—电路拆除（选择题高频考点）
在数据传送前需建立物理通路，该通路会一直被用户完全占有直到释放
典型应用：早期电话系统（如PBX交换机），当1000路电话占线时，第1001个呼叫必须等待线路释放
报文交换
存储转发机制：报文从发送方传送到接收方采用存储转发的方式。
报文中含有每一个下一跳节点，完整的报文在一个个节点间传送（数据不拆分）
缓存要求：对节点缓存空间要求极高（例如传输10TB数据需要节点具备同等容量缓存）
典型应用：早期电报系统（限制28字就是因为节点缓存限制）
分组交换（重要）
将数据拆分成很小的分组进行传送，包括：数据报和虚电路
数据报：每个分组被独立地处理，每个节点根据路由选择算法，被独立送到目的地，路径和到达顺序可能不同（如IP协议）
虚电路：预先建立逻辑连接，所有分组按固定路径顺序传输，不会乱序（如X.25、FR、ATM）
注：虚电路虽建立路径但不预分配带宽资源
典型应用：现代互联网（Internet）主要采用分组交换技术
分组交换优势
- 性能提升：减小传输延迟，提高网络吞吐量
- 纠错效率：只需重传出错分组
- 资源利用：降低对中间节点缓存的要求（不需要存储完整大数据）
数据报和虚电路对比
多路复用技术
多路复用技术是把多个低速的信道组合成一个高速的信道的技术
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光纤入户：上网、电视、电话
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多路复用用到两个设备：
多路复用器
多路分配器
频分复用
技术原理：通过不同频率区分不同业务，各信道占用固定频带
典型应用：
- 无线电广播（如FM调频电台）
- ADSL宽带接入
- FDD-LTE 4G网络（FDD即Frequency Division Duplexing）
本质特征：频率资源静态划分，各信道独占频段
时分复用
同步时分复用技术
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分配方式：固定周期为每个用户分配等长时隙，不考虑实际数据量
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信道特性：时隙周期性出现（如TDM帧结构）、信道利用率较低（存在空闲时隙浪费）
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典型场景：传统语音网络（T1/E1）、SONET/SDH、4G TDD-LTE （选择）
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技术缺陷：无法根据业务量动态调整时隙分配
统计时分复用技术
是一种改进的时分复用方法，它能明显地提高信道的利用率。
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STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。由于用户所占用的时隙并不是周期性地出
现，所以在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分多路复用不可避免的开销。 -
技术特点：每个时隙需携带地址信息（增加约4%开销）、信道利用率显著提升
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工作方式：仅当用户有数据传输时才分配时隙
波分复用
使用在光纤通信中，不同的子信道用不同波长的光波承载，多路复用信道同时传送所有子信道的波长
本质属性：光频分复用
光纤频率与波长关系：光速c=波长*频率
英文术语：WDM波分复用（Wavelength Division Multiplexing）即OFDM光频分复用（Optical Frequency Division Multiplexing）
数字传输系统
T1 标准：
- 使用地区：美国和日本
- 单路带宽：64kbps（56kbps传输数据+8k控制）
- 复用方式：24路电话+开销=1.544Mbps
- 计算公式：T1=64k*24+开销与间隔=1.544M
E1 标准：
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使用地区：欧洲（中国采用）
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单路带宽：64kbps
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复用方式：30路电话+2路开销=2.048Mbps（考试重点）
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计算公式：E1=64k∗30+64K∗2=2.048M
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帧结构：32个8位数据样本组成125μs的基本帧，其中30个子信道用于语音传送，2个子信道（CH0 和 CH16）用于控制信令
SONET多路复用速率
核心速率：
- OC-3/STM-1：155Mbps（早期广域网典型接口）（重点记忆）
- OC-12/STM-4：622Mbps
- OC-48/STM-16：2.5Gbps
- OC-192/STM-64：10Gbps
技术背景：
- SONET时传统的电话网络，基于SDH的时分复用技术
- 早期用于语音网络骨干传输
- 现被分组交换网络取代
现状说明：
- 运营商现主要提供以太网接口（10M/100M/1G/10G）
- 银行/公安等特殊行业曾使用155M接口
术语对照：
- OC-x：光纤级标准
- STS-x：电信号标准
- STM-x：SDH对应标准
差错控制
差错控制：
数据传输过程中因干扰和噪声导致错误不可避免，因此需要采用差错控制方法，数据通信中常用的办法时检错和纠错
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检错：接收方知道有错误发生，但不知道是怎样的差错，向发送方请求重传
应用优势：实现简单，开销较小，是实际应用中最常用的方法
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纠错：接收方知道有错误发生，而且知道是怎样的错误
局限性：虽然纠错效果理想，但实现复杂度高，系统开销大
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差错控制原理：传输k位数据时加入r位冗余，接收方通过计算比较判断是否出差
接收方计算r1与接收到的r比较，不一致则判断出错
奇偶校验：
奇偶校验是最常用的检错方法，能检出一位（甚至奇数个位）错位
原理：
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校验位添加：在7位ASCII码后增加1位，形成8位编码
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校验规则：通过校验位使整个码字中"1"的个数满足奇/偶性要求
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校验类型：
奇校验：确保"1"的总数为奇数（如1011010[1]）
偶校验：确保"1"的总数为偶数（如1011010[0]）
检测能力：
- 有效检测：能检出1位或奇数个位错误
- 检测局限：无法检出偶数个位错误
- 应用特点：方法简单实用，但仅适用于少量随机错误的检测
循环冗余校验码CRC
总结：
- 末尾加入CRC循环冗余校验码能检错不能纠错
- 检错能力强，硬件实现简单，广泛用于**局域网**
- 存在约1/256概率无法检测错误
生成多项式要求：
- 项数大于1可检测单个错误
- 含X+1因子可检测所有奇数个错误
- 具有r个校验位的多项式能检测所有长度≤r的突发性差错
海明码
海明码是通过冗余数据位检测和纠正差错的编码方式，是唯一能同时实现检错和纠错的编码（奇偶校验和CRC只能检错）
海明距离：
一个码字变成另一个码字必须改变的最小位数
两个码字之间不同的比特数
- 核心特性：海明距离=2时只能检错，≥3时才具备纠错能力
海明码原理
在数据中间加入几个校验码，码距均匀拉大，当某一位出错，会引起几个校验位的值发生变化
典型应用：可纠正1位错误（不能纠正多位错误）
海明不等式
校验码个数为k，可以表示2k个信息，1个信息用来表示“没有错误”，其余2k-1个表示数据中存在错误，如果满足2k-1>=m+k（m为信息位，m+k为编码的数总长度），则在理论上k个校验码就可以判断是哪一位出现了问题
