【计算机网络】数据链路层 : 信道划分 介质访问控制 ( 数据链路 | 介质访问控制分类 | 频分多路复用 FDM | 时分多路复用 TDM | 波分复用 WDM | 码分多路复用 CDM 计算 )★
文章目录
- 一、 传输数据的两种链路
- 二、 介质访问控制
- 三、 信道划分 介质访问控制
- 四、 频分多路复用 FDM
- 五、 时分多路复用 TDM
- 六、 统计时分复用 STDM
- 七、 波分复用 WDM
- 八、 码分多路复用 CDM
一、 传输数据的两种链路
传输数据的两种链路 :
① 点对点链路 : 两个 相邻 节点 , 通过 单一 链路 连接 , 第三方 无法收到任何信息 ;
- 应用场景 : PPP 协议 , 广域网 ;
② 广播式链路 : 链路上所有主机 共享 通信介质 ;
- 应用场景 : 局域网 ;
- 拓扑结构 : 总线型 , 星型 ;
链路层 解决 在 广播式链路中 , 两台主机之间的通信不会相互干扰 , 解决上述问题的机制就是 介质访问控制 ;
二、 介质访问控制
介质访问控制 : 使 广播网络 中 , 两个节点之间的通信不会发生干扰的措施 ; 可以划分为以下两种类型 :
- 静态划分信道
- 动态划分信道
静态划分信道 : 信道划分 介质访问控制 ;
① 频分多路复用 FDM ( Frequency )
② 时分多路复用 TDM ( Time )
③ 波分多路复用 WDM ( Wave )
④ 码分多路复用 CDM ( Code )
动态分配信道 :
① 轮询访问 介质访问控制 : 令牌环传递协议 ;
② 随机访问 介质访问控制 :
- ALOHA 协议
- CSMA 协议
- CSMA / CD 协议
- CSMA / CA 协议
三、 信道划分 介质访问控制
信道划分 介质访问控制 : 将 使用通信介质 的 每个设备 与 其它设备的通信隔离开 , 将 时域资源 和 频域资源 合理地 分配给网络上的设备 ;
多路复用技术 : 将 多个 信号 组合在一个 信道上进行传输 , 多个计算机共享信道资源 , 提高信道利用率 ;
将 广播信道 , 从哪个逻辑上划分成 若干条 两个节点之间通信的 互不干扰的 信道 ;
本质是 将 广播信道 转换为 点对点信道 ;
四、 频分多路复用 FDM
频分多路复用 FDM :
① 一直持有频带 : 用户 分配到 频带 后 , 通信过程中 一直占用该 频带 ;
② 频率带宽资源 ( Hz ) : 频分复用 所有用户 , 同样式样 占用 不同的 频率带宽 资源 , 频率带宽是 赫兹 单位 ;
频分多路复用 FDM 优点 :
① 效率高 : 充分利用 介质 带宽 , 传输 效率 较高 ;
② 实现简单 : 该技术比较成熟 , 实现简单 ;
五、 时分多路复用 TDM
时分多路复用 TDM :
① 划分等长帧 : 将 时间 划分为 若干 等长 的 时分复用帧 ( TDM 帧 ) ;
② TDM 帧 : 是在 物理层 传送的 比特流 所划分的帧 , 标志一个周期 ;
③ 固定时隙 : 每个 时分复用 用户 , 在每个 TDM 帧 中 , 占用 固定序号的时隙 ;
④ 轮流使用 : 所有用户 轮流 占用信道 ;
整个信道的速率是 8000 比特 / 秒 , 如果将信道划分为 444 个 TDM 帧 , 那么每个用户的速率最高是 2000 比特 / 秒 ;
六、 统计时分复用 STDM
统计时分复用 STDM :
① 划分不等长帧 : 将 时间 划分为 若干 不等长 的 统计时分复用帧 ( STDM 帧 ) ;
② STDM 帧 个数 : 每个 STDM 帧 时隙个数 小于 集中器上的用户数 ;
③ 输入缓存 : 用户需要 发送数据 时 , 将数据发送到 集中器的输入缓存 中 ;
④ 输入缓存 -> STDM 帧 : 集中器 按照 顺序 扫描 输入缓存 , 将 输入缓存 中的数据 , 输入到 STDM 帧中 ;
⑤ 发送时机 : STDM 帧 放满数据 , 就发送 ;
⑥ STDM 帧 分配时隙 机制 : STDM 帧 分配时隙 不是固定的 , 而是动态按序分配时隙 ;
七、 波分复用 WDM
波分复用 WDM :
① 本质 : 光的 频分多路复用 ;
② 不同波长光 : 在光纤中 , 传输 多种 不同 波长的 光信号 , 波长不同 , 各路光信号互不干扰 ;
③ 分离信号 : 使用 波长分解复用器 将 各路播放分解出来 ;
八、 码分多路复用 CDM
码分多址 ( CDMA ) 是 码分多路复用 CDM 的一种重要形式 ;
111 个 比特 分为 多个 码片 ( 芯片 ) , 每个站点被指定一个唯一的 mmm 位 芯片序列 ;
发送 111 时 , 站点发送 芯片序列 , 发送 000 时 , 站点发送 芯片序列 反码 ;
A,BA , BA,B 两个主机 , 发送数据到 CCC 主机 ;
主机 AAA 发送 000 数据 , 主机 BBB 发送 111 数据 , 其发送的每个 比特 , 都对应一个 mmm 位的 芯片序列 , 一般情况下 芯片序列的长度是 646464 或 128128128 位 , 这里为了方便演示 , 设置芯片序列 长度为 888 位 ;
数据不冲突 前提 ( 芯片序列正交 ) : 多个站点 , 同时发出数据时 , 各个站点 , 芯片序列 必须满足 相互正交 的前提 ; 只要芯片正交 , 就不会出现冲突 ;
芯片序列正交 计算 : 芯片序列 对应位 相乘 , 然后相加 , 除以总位数 ;
数据合并 : 将信道中的 芯片序列 按位 线性相加 , 合并后的芯片序列位数相同 ;
数据分离 : 合并的数据 和 源站芯片序列 规格化内积 ;
规格化内积计算 : 合并后的数据 与 源站芯片序列 , 按位相乘 , 再相加 , 最后除以 芯片序列位数 , 如果得到 +1+1+1 说明是数据 111 , 如果得到 −1-1−1 说明是数据 000 ;
芯片序列 与 芯片序列 反码 :
AAA 主机中的 111 数据 , 对应 芯片序列 (+1,−1,−1,+1,+1,+1,+1,−1)( +1 , -1 , -1 , +1 , +1 , +1 , +1 , -1 )(+1,−1,−1,+1,+1,+1,+1,−1) ;
AAA 主机中的 000 数据 , 对应 芯片序列 (−1,+1,+1,−1,−1,−1,−1,+1)( -1 , +1 , +1 , -1 , -1 , -1 , -1 , +1 )(−1,+1,+1,−1,−1,−1,−1,+1) , 000 数据的芯片序列是 111 数据芯片序列的反码 ;
BBB 主机中的 111 数据 , 对应 芯片序列 (−1,+1,−1,+1,−1,+1,+1,+1)( -1 , +1 , -1 , +1 , -1 , +1 , +1 , +1 )(−1,+1,−1,+1,−1,+1,+1,+1) ;
BBB 主机中的 000 数据 , 对应 芯片序列 (+1,−1,+1,−1,+1,−1,−1,−1)( +1 , -1 , +1 , -1 , +1 , -1 , -1 , -1 )(+1,−1,+1,−1,+1,−1,−1,−1) , 000 数据的芯片序列是 111 数据芯片序列的反码 ;
芯片序列正交 验证 计算 : 如果 A,BA,BA,B 两台主机之间的芯片序列可以正交 , 那么其发送数据就不会冲突 ;
主机 AAA 的 111 数据 芯片序列 (+1,−1,−1,+1,+1,+1,+1,−1)( +1 , -1 , -1 , +1 , +1 , +1 , +1 , -1 )(+1,−1,−1,+1,+1,+1,+1,−1) , 与
主机 BBB 中 111 数据 芯片序列 (−1,+1,−1,+1,−1,+1,+1,+1)( -1 , +1 , -1 , +1 , -1 , +1 , +1 , +1 )(−1,+1,−1,+1,−1,+1,+1,+1) 正交 ;
正交计算 : 每个对应位 按位相乘 , 然后相加 , 除以位数 ; 如果为 000 , 说明两个芯片序列正交 ;
(+1×−1)+(−1×+1)+(−1×−1)+(+1×+1)+(+1×−1)+(+1×+1)+(+1×+1)+(−1×+1)8=−1+(−1)+1+1+(−1)+1+1+(−1)8=0\begin{array}{lcl} \\\\ \cfrac{( +1 \times -1 ) + ( -1 \times +1 ) + ( -1 \times -1 ) + ( +1 \times +1 ) + ( +1 \times -1 ) + ( +1 \times +1 ) + ( +1 \times +1 ) + ( -1 \times +1 ) }{8} \\\\ =\cfrac{-1 + (-1) + 1 + 1 + (-1) + 1 + 1 + (-1)}{8} \\\\ = 0 \end{array}8(+1×−1)+(−1×+1)+(−1×−1)+(+1×+1)+(+1×−1)+(+1×+1)+(+1×+1)+(−1×+1)=8−1+(−1)+1+1+(−1)+1+1+(−1)=0
数据合并 : 将 芯片数据 线性相加即可 ;
AAA 主机发送 000 数据 , BBB 主机发送 111 数据 , 那么对应的合并的数据是 :
AAA 主机 000 数据对应芯片序列 (−1,+1,+1,−1,−1,−1,−1,+1)( -1 , +1 , +1 , -1 , -1 , -1 , -1 , +1 )(−1,+1,+1,−1,−1,−1,−1,+1)
BBB 主机 111 数据对应芯片序列 (−1,+1,−1,+1,−1,+1,+1,+1)( -1 , +1 , -1 , +1 , -1 , +1 , +1 , +1 )(−1,+1,−1,+1,−1,+1,+1,+1)
(−1−1,+1+1,+1−1,−1+1,−1−1,−1+1,−1+1,+1+1)=(−2,+2,0,0,−2,0,0,+2)\begin{array}{lcl} \\\\ ( -1 -1 , +1 + 1, +1 - 1 , -1 + 1, -1 - 1, -1 + 1, -1 + 1 , +1 + 1) \\\\ =( -2 , +2 , 0, 0 , -2, 0 , 0 , +2) \end{array}(−1−1,+1+1,+1−1,−1+1,−1−1,−1+1,−1+1,+1+1)=(−2,+2,0,0,−2,0,0,+2)
数据分离 :
CCC 设备收到 (−2,+2,0,0,−2,0,0,+2)( -2 , +2 , 0, 0 , -2, 0 , 0 , +2)(−2,+2,0,0,−2,0,0,+2) 芯片序列 , 将该序列与 AAA 主机 芯片序列 进行 规格化内积 ;
规格化内积 : 对应位相乘 , 求总和 , 然后除以 芯片序列 总的位数 888 ;
规格化内积 计算过程 : 对应位相乘 , 然后将 888 个相乘结果相加 , 最后除以 888 ;
主机 AAA 芯片序列是 (+1,−1,−1,+1,+1,+1,+1,−1)( +1 , -1 , -1 , +1 , +1 , +1 , +1 , -1 )(+1,−1,−1,+1,+1,+1,+1,−1) ;
规格化内积=(−2,+2,0,0,−2,0,0,+2)∙(+1,−1,−1,+1,+1,+1,+1,−1)=(−2×+1)+(+2×−1)+(0×−1)+(0×+1)+(−2×+1)+(0×+1)+(0×+1)+(+2×−1)8=−2−2+0+0−2+0+0+−28=−1\begin{array}{lcl} \\\\ 规格化内积 = ( -2 , +2 , 0, 0 , -2, 0 , 0 , +2) \bullet ( +1 , -1 , -1 , +1 , +1 , +1 , +1 , -1 ) \\\\ = \cfrac{ ( -2 \times +1) + ( +2 \times -1) + ( 0 \times -1) + ( 0 \times +1) + ( -2 \times +1) + ( 0 \times +1) + ( 0 \times +1) + ( +2 \times -1) }{8} \\\\ = \cfrac{ -2 - 2 + 0+0 - 2 +0 + 0+ - 2 }{8} \\\\ = -1 \end{array}规格化内积=(−2,+2,0,0,−2,0,0,+2)∙(+1,−1,−1,+1,+1,+1,+1,−1)=8(−2×+1)+(+2×−1)+(0×−1)+(0×+1)+(−2×+1)+(0×+1)+(0×+1)+(+2×−1)=8−2−2+0+0−2+0+0+−2=−1
计算结果是 −1-1−1 , 说明 主机 AAA 发送的数据是 000 ;
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