通信网络底层知识扫盲贴
通信网知识梳理
一、相关概念
无源器件：指工作时不需要外部能量源的器件，电容电阻等
有源器件：指工作时需要外部能量源的器件，该器件有个输出，并且是输入信号的一个函数,LED、比较器等
高频通信的好处：1 无线通信中，为获得较高辐射效率，天线尺寸必须与波长差不多，因此只有高频（短波长）信号能满足要求。2 可把多个基带信号搬移到不同的频段的载波信号上，实现信道复用，提高信道利用率。3 频率越高，衰落越大，因此对基站的发射机有更高要求，同时其频段内用户数量少，抗干扰能力自然更好。
带宽与宽带：
带宽定义一：两频率间的差值，即某个特定频率成分占据的频率范围。
带宽定义二：单位时间内，通信网络中某一点到另一点所能传输的数据量。数字通信（二进制）带宽的计算公式是 时钟频率*总线位数/8
比特率和波特率：
波特率:每秒传输码元个数（批注：每个码元可以取2、4、8...个可能值）
比特率:每秒传输的二进制位数.单位bps
两者关系: (比特率)S = (波特率)B Log2 N (码元可能值的个数)
讨论带宽时,一般采用波特率,讨论线路实际传输数据的能力时,一般采用比特率.
宽带是相对窄带而言的,一般带宽较大,能满足一般需求的通信网络称为宽带.
PCM:pulse code modulation,脉冲编码调制。对音频、图像、视频信号的离散化、数字化的一种编码方式，由取样、量化和编码三个基本环节构成
并行通信和串行通信：从原理上讲，并行通信拥有更多数据线，理应拥有更高的信息传输能力。但现实并非如此，因为并行传输的前提是各路信号同一时序传播且同一时序接收，时钟频率过高时各路信号难以合拍，布线稍有差异就会引起错误。另外，并行线路占用了更多空间，消耗更多成本。因此近几年串行通信技术回归主流，典型代表无疑就是USB
同步通信和异步通信：同步通信要求发收双方具有同频的时钟信号，只要传送报文前添加同步字符即可；异步通信无需同步时钟，两字符间的时间间隔是不固定的，所以比较自由，但要求接收方时刻做好接收准备，异步通信的优点正在于此，缺点是每个字符帧都包含起始位和停止位，有效信息位占比降低。
有线通信和无线通信：
1 理论上讲，无线通信速率要优于有线通信，无线通信介质是空气或真空，传输速率接近光速，有线通信是不可能达到的，一来介质的限定，而来不可能实现直线传播。假若实现月亮和地球的点对点通信，无线通信必须建立中继站，否则月球背对我们的时候是无法通信的
2 有线通信开通必须架设电缆，面临挖沟和架线的问题，时间成本和材料、人力成本较高，另外，除电信部门外，其他部门没有在城区内挖沟铺设电缆的权力，相比之下，搭建无线通信系统成本更低
另外时间成本优势在应急、抗灾时的无可替代性将被凸显
3 有线通信系统的通信质量会随着线路扩展急剧下滑，超过5公里后误码率提升，传输速率下降，而对于无线扩频通信（扩展带宽）方式，50公里内几乎没有影响
4 有线通信铺线受地理限制，不能任意铺设，无线通信覆盖范围广，几乎不受地理条件限制
5 在后续改善通信方面，无线通信仅需架设扩频设备，而有线通信光缆深埋地底下，灵活性极低
6 当出现故障时，有线网络需沿线检查，难以及时找出故障点，而无线扩频通信很容易试出故障点，维护扩频电台即可，可快速恢复通信。
7 安全方面，无线电路可能被搭线监听，而无线扩频通信本身就起源于军事上的防监听，广袤的频带大大提升了监听的难度。
综上，无线通信在时间、财力、人力上的低成本，安全性、灵活性、可维护性等方面具有很大优势。有线通信目前的优势在于媒介的限定提升了稳定性、减少了对人体辐射。无线通信信号较差原因在于母机与子机之间可能存在障碍物，而高频无线信号的衍射能力是比较弱的；此外也有可能是（来自家电）同频段信号的干扰
IPV4:32位，约40亿个地址，这个分配是非常不均的，北美独占30亿个，中国才3千万，仅相当于一个麻省理工学院，擦
IPV6:128位，多的不好形容了，一般用8*4个十六进制数表示
0000：3333：6666：9999：CCCC：FFFF：0000：0000
通信网：指多点之间传递信息的通信系统。（批注：仅两点间传递信息的通信系统称为专线）
通信网的基本组成：终端设备、通信链路、交换设备，有些还有转发设备。
通信链路：占用给定空域和频域的通信渠道。其占用的空域可以是大气层、水下或者人造电磁传到煤质，前者为无线通信，后者为有线通信。
时分复用：TDM time-division multiplexing 一条链路在不同时间段内可以被不同用户使用
频分复用：FDM frequency-division multiplexing 给定频带划分给不同用户使用，要求总频带大于各个子频带之和，同时为保证安全性，各个子频带之间会有一段隔离带
信令：网络中传输的信号一般包括两部分，一是使用信息（语音、数据包等），二是控制信息（还有计费、监控信息等），即信令。
终端设备：发送和接收信号的设备。包括电话机、传真机、电台、计算机
交换设备：依照信令将通信链路传来的信号转接到另一条链路
综合业务数字网：Integrated Services Digital Network , ISDN
20世纪80年代诞生，主要是将电话、电报等低速率业务，综合在一个通信网中传输。
随着视频、多媒体信号传输需求的逼近，传统的低速率（2Mb/s以下）传输已经不能符合需求了，随之诞生了宽带综合业务数字网 Broadband ISDN ,故将前者又称为窄带综合业务数字网 Narrowband ISDN
随后，随着通信技术向个人通信方向发展，蜂窝网应运而生
通信网拓扑结构：
1 网形：要求任意两节点间都有一条链路直接相连，故假设N个节点的话，会有N(N-1)/2条链路，当节点增加时，链路条数急剧上涨，且链路利用率低，经济性差，它可以不需要转发设备，但是若各节点有转发功能，则系统可靠性极高
2 星形：除中心节点外，其他节点间的通信都需要中心节点转接。从可靠性上考虑，极度依赖中心节点，中心瘫痪，全局皆崩
3 环形：每个节点都有转发功能，任意两点间有两条可达路线，这一点好于于星形，但多次转发可能带来较长延时，可靠性也可能降低
4 总线形：利用一条总线连接所有节点，总线一个时间段只为两个节点通信服务，节点数目较多时会有较大延时，故它跟环形一样不适合节点过多的网络
几项典型的通信网：
1 电话网：以公共交换电话网（PSTN Public Switch Telephone Network）为例
本地网：一般各电话机通过用户线接到端局，一个端局内部一般是星形网，端局与汇接局通过（中继线）大容量电缆连接
国内长途网：分为四级树状结构
国际长途网：每个国家至少设定一个，连入国际网
我国目前的公用电话网中电话机到端局的用户线是模拟线路，端局中继线是数字线路
电话机信令分为两类：拨号脉冲和双音多频
拨号脉冲：每个脉冲占100ms，脉冲个数表示数字（0用十个脉冲表示），平均拨号时长是0.55秒
双音多频：16组频率组合使用，两位表示一个数字，共可表示16种，已经投入使用12种，除十个数字外还有*和#
电话网性能指标有两个：话务量和呼损率
话务量：单位时间内 每次平均呼叫时间*呼叫次数
成功话务量：单位时间内 每次平均呼叫时间*呼叫成功的次数
呼损率：1 - 成功话务量/话务量
2 数据通信网：传输内容包括信件、语音、图片、视频、计算机软件、数据、控制指令等，事实上当前数据通信网已经部分取代电话网，但尚未完全取代
依据覆盖范围，可划分为局域网和广域网
通信协议：即数据通信网中的信令
通信网中交换方式分为两大类：电路交换和信息交换
电路交换要求通话时间内有一条通信电路始终处于连接状态，这会造成时间上的浪费，信息交换是按照存储-转发方式工作的，即发送端发来的信息先保存起来再按信令转发，直到达到目的地，这节省了时间片，但也随之带来了延时的问题，一个缓冲延时问题的方法是分组交换，即将整个报文分成若干组，分别编号传输，这样多路并行虽不能保证每组信息都准时到达，却能保证一定的实时性，另外，若分组数据都经过同一路由并用同一方式处理，可以认为这是一条虚拟信道。
通信协议：拨号脉冲长度、双音多频的频率、拨号音和忙音等的频率和持续、间隔时间等一系列终端和交换设备必须遵守的规定。
OSI七层：物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、应用层
TCP/IP四层：网络接口层（HDLC）、网络层（选择适当路由和交换节点，使数据透明地传输到目的地IP,IPX）、传输层（TCP/UDP）、应用层（HTTP、SMTP、FTP）
以太网：局域网的典型代表。星形结构，中心是集线器
蜂窝网：移动通信网典型代表，1981年瑞典爱立信在北欧建立第一个蜂窝网。蜂窝网中每个小区域用一个六边形包含，这样的优点是可以无缝覆盖整个区域同时单位区域也接近圆形，在微波频段附近，电磁波仅在视距范围内传播，距离较远时使用同一频段相互之间没有影响，为保证安全性，相邻两个单元不使用同一频段，即便这样，也可以极大的复用频段，当用户激增时，可以减小服务半径（降低基站天线高度和发射功率）进一步复用频段。
蜂窝网的缺陷是要求每个单元的中心建一个电台，即基站，理论上讲可以无缝的覆盖全球，但沙漠、海洋、山区是不大可能建立蜂窝网的，因此未来的希望可能是卫星移动通信网，典型代表是“铱”系统，它实现了全球覆盖，但如要提升性能则需要更高的技术，添加卫星、降低高度、提升速率等。
