工香农定理与奈奎斯特定理问题

香农定理与奈奎斯特定理问题：

数据速率即数据传输率，是单位时间内在信道上传送的信息（位数）。

香农定理

香农定理总结出有噪声信道的极限数据速率：在一条带宽为W（HZ），信噪比为S/N的有噪声信道的极限数据速率Vmax为：

Vmax=W log2(1+S/N) 单位(b/s)

分贝与信噪比的关系为：

dB=10log10S/N dB的单位为 分贝

例：设信道带宽为4kHz，信噪比为30dB，按照香农定理，信道的最大数据传输速率约等于？

解：1，根据题意例出香农定理算式：Vmax=Wlog2(1+S/N)

2, 例出信噪比关系：dB=10log10S/N

3, 计算 30dB=10log10S/N 则S/N=1000

4，Vmax=4Khz log2(1+1000)=4000×10 =40000b/s=40kb/s

注意：此处出现单位换算一次，1 kb/S=1000b/s

尼奎斯特定理

有限带宽无噪声信道的极限波特率，成为尼奎斯特定理，若信道带宽为W（HZ）,则最大码元速率（波特率）为：

B=2W（baud）

码元的信息量n与码元的种类数N有如下关系，数据速率= 码元速率(波特率)*码元携带的信息量

n=log2N

所以，由尼奎斯特定理可得：

Vmax=B long2N=2 w log2N 单位（b/s）

例：设信道带宽为 3400Hz，调制为 4 种不同的码元，根据 Nyquist 定理，理想信道的数据速率为？

解：1，根据题意例出尼奎斯特定理算式：Vmax=2 W long 2N

2, 直接套入数字：Vmax=2x3400xlog2(2次方)

3, Vmax=2x3400x2=13600b/S=13.6kb/s

注意：此处出现单位换算一次，13600b/s=13.6kb/2

例1：设信道采用2DPSK调制，码元速率为300波特，则最大数据速率为

解：Vmax=B long2N=300×1=300b/s

例2：在异步通信中，每个字符包含1位起始位，7位数据位，1位奇偶效验位和两位终止位，若每秒传送100个字符，采用4DPSK调制，则码元速率为？有效数据速率为？

解：1，根据题意计算数据速率为 （1+7+1+2）*100=1100b/s

2，由尼奎斯特定理得出，1100b/s=B*log2^4

3，B=1100/2=550baud

4, 有效数据速率，即单位时间内传输的数据位，即7*100=700b/S

E1与T1问题

E1载波基本帧由32个子信道组成，其中30个子信道用于传送话音数据，2个子信道CH0和CH16用于传送控制命令，该基本帧的传送时间为125us。

在E1载波中，每个子信道的数据速率是64Kb/s，E1载波的控制开销占6.25%

E1信道的数据速率是2.048Mb/s

T1载波的每个信道的数据速率为64kb/s，T1信道的总数据速率是1.544Mb/s

E3的数据速率是34.368Mb/s ，T3信道的数据速率为44.736Mb/s

HDLC

高级数据链路控制协议是一种面向比特的同步链路控制协议，采用01111110作为标志以确定帧的边界。

数据传输延迟问题

总延迟T=发送延迟T1+传输延迟T2

注意：电信号在电缆上传播的速度为光速的2/3，即20wkm/s

卫星传送信号的延迟恒定为270ms

例：在相隔2000km的两地间通过电缆以4800b/s的速率传送3000比特长的数据包，从开始发生到接收数据需要的时间是:？，如果用50Kb/s的卫星信道传送，则需要的时间是？

解：

对于电缆：

传输延迟T1=2000km/(20km/ms)=10ms

发送延迟T2=3000b/(4800b/s)=625ms

T=T1+T2=625ms+10ms=635ms

对于卫星：

传输延迟 T1=270ms

发送延迟 T2=3000 b/(50kb/s)=60ms

T=T1+T2=270ms+60ms=330ms

注意：卫星传输数据时与地面相隔距离无关。

数字化技术PCM计算问题

PCM主要经过3个过程：采样，量化和编码。

f=1/T≥2fmax

f为采样频率，T为采样周期， fmax为信号的最高频率。

例：设信道带宽为3400HZ，采用PCM编码，采样周期为125μs，每个样本量化为128个等级，则信道的数据速率为？

解：f=1s/125us=8000Hz

8000Hz＞3400Hz*2

128=2的7次方

则：数据速率=8000Hz*7=56000b/S=56kb/s

CSMA/CD以太帧最小帧长计算问题

最小帧长与数据速率的比值必须大于等于传输距离与传输速率的比值

设L为最小帧长，R为数据速率，S为两端距离，V为传输速度，则

L/R≥2（S/V）

例，一个运行CSMA/CD的协议的以太 ，数据速率为1GB/S， 段长1KM，

信号速度为200000KM/S，则最小帧长度为？

解，L/R≥2(S/V)

即 L/1(gb/s)=2x(1km/20000(m/s))
即 L=10000b

注意单位换算问题

1GB/S=1000 000 000b/s

CSMA/CD考点汇总：

CSMA/CD（Carrier Sense Multiple Access/Collision Detect）即载波监听多路访问/冲突检测机制。CSMA/CD采用一种称为二进制后退算法，这种方法在重负荷时仍能保证系统的稳定性，有效分解冲突。

CSMA/CD，不适于所有802.3以太 ，在10千兆位以太 就忽略了CSMA/CD。

非坚持的CSMA：线路忙，等待一段时间，再侦听；不忙时，立即发送；减少冲突，信道利用率降低：

1坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，立即发送；提高信道利用率，增大冲突：

p坚持的CSMA：线路忙，继续侦听；不忙时，根据p概率进行发送，另外的1-p概率为继续侦听（p是一个指定概率值）；有效平衡，但复杂：

CSMA/CA考点汇总

CSMA/CA：带有冲突避免的载波侦听多路访问，发送包的同时不能检测到信道上有无冲突，只能尽量避免。

所有站在完成发送后，必须再等待一段很短的时间（继续监听）才能发送下一帧。这段时间成为帧间间隔IFS（inter frame space），每一个发送站维持一个后退计算器，并监听 络上的通信。

CSMA/CA 协议适用于突发性业务。

各个发送站在两次帧间间隔（IFS）之间进行竞争发送。

OSI/RM各层功能简介

7、应用层 application layer 处理 络应用

6、表示成 presentation layer 数据表示，数据压缩

5、会话层 session layer 互联主机通信

4、传输层 transport layer 端到端应带，分组排序，流量控制

3、 络层 network layer 分组传输和路由选择

2、数据链路层 data link layer 传送以帧为单位的信息

1、物理层 physical layer 二进制数据传输

各协议注意事项：

络层的服务访问点是ip地址。

BGP协议是一种路由协议，BGP 文封装在TCP 文中，

BGP 文类型有：建立邻居关系的open，对open请求应答的keepalive，发送路由更新的update 文，通告路由错误的notification 文。

ICMP工作在 络层，ICMP 文封装在IP数据 中传输，是一种面向连接。

ICMP 文用于测试目的主机或路由器是否可达，回声请求用于确实是否连通，

路由重定向即更改路由器的跳步顺序。

SNMP基于UDP传输方式。

TFTP提供不可靠的数据流传输服务，承载在UDP上。

ARP和RARP协议，在TCP/IP协议族中属于 络层，在OSI模型中属于数据链路层，ARP 文封装在以太帧中。

使用ADSL拨号上 ，需要在用户端安装ARP协议来建立IP地址到MAC地址间的映射。

TCP 头的最小长度是20字节。

在TCP协议中，采用端口号来区分不同的应用进程。

TCP进行流量控制的方法是使用可变大小的滑动窗口协议。

在TCP/IP 络中，为各种公共服务保留的端口号为1-1023。

127.0.0.1是IPV4环回地址，它被分配给了一个内部环回接口，此接口可供节

点用来向自己发送数据包。该地址既可以作为目标地址，也可以作为源地址。

自动专用IP地址（automatic private ip address APIPA）地址范围是
169.254.0.0-169.254.255.255 ，在 络故障找不到DHCP服务器或DHCP服务器失效时使用。

如果帧编号字段为K位，对于选择重发ARQ协议，发送窗口大小为W≤2的K-1次方，对于后退N帧的ARQ协议，则窗口大小为W≤2的K次方-1。

Ipv4协议头中标识符字段的作用是用于分段和重装。

当TCP实体要建立连接时，其段头中的SYN标识置1。

UDP协议在IP层上提供了端口寻址功能。

Ipv6协议数据单元表示松散源路由功能的扩展头部是路由选择头部，如果有多个

扩展头部，第一个扩展头部为逐条头部。

Ipv6中，地址类型由格式前缀来区分，Ipv6可集聚全球单播地址的格式前缀是001

Ipv6 中，0:0:0:0:0:0:0:0表示不确定地址，不能分配给任何节点，0:0:0:0:0:0:0:1表示回环地址，节点用这种地址向自身发送ipv6分组

Ipv6的“链路本地地址”是将主机的MAC地址附加在地址前缀1111 1110 10之后产生的。

telnet采用客户端/服务器工作方式，采用NVT（ 络虚拟终端）格式，实现客户端和服务器的数据传输。

DNS服务器中，主域名服务器具有一个或几个域的授权，并负责维护这个区域的所有域名信息。辅助域名服务器作为主域名服务器的备份服务器提供域名解析服务。转发域名服务器主要负责非本地域名的查询。缓存域名服务器可以通过自己的查询操作建立地址缓存的服务器，它没有域名数据库。任何一个internet用户可以使用整个域名树上的任何一个域名服务器来解析域名。

在域名解析过程中，缓存域名服务器获取的解析结果耗时最短。

DNS服务器在名称解析过程中正确的查询顺序是 本地缓存记录→区域记录→转发域名服务器→根域名服务器。

DNS服务器进行域名解析时，采用递归方法，发送域名请求为1条，迭代则是多条。

DNS资源记录中记录类型（record-type）有多种，SOA是授权，NS是域名，A是IP地址，CNAME是别名，MX是邮件，PTR是指针。

DNS中，没有域名数据库的是缓存域名服务器。

ftp命令中，用来设置客户端当前工作目录的命令是lcd。

http协议中，用来读取一个 页的操作方法是GET。

应用层	HTTP、FTP、telnet、SMTP	SNMP、DNS、DHCP
	POP、DNS	TFTP
传输层	TCP	UDP
络层	IP、ICMP、ARP、RARP
通信子 层	电话 ，局域 ，无线

常见协议的端口号：

FTP 20数据21控制 ，FTP协议中，控制连接是由客户端主动建立的，是服务器客户端程序。

telnet23，为了使异构计算机和操作系统间的Telnet交互操作成为可能，Telnet协议定义了一种通用字符终端作为数据和命令在Internet上的传输方式，即NVT（Net Virtual Terminal， 络虚拟终端）

smtp25，DNS53（TCP和UDP都它都能用） TFTP69， HTML80，SNMP161。 DHCP67、68 ，DHCP客户端不能从DHCP服务器获得web服务器的IP地址。

Pop3协议采用Client/server模式，客户端与服务器建立TCP连接，占用TCP端口110。

HTTPS是一种安全的HTTP协议，它使用SSL来保证信息安全，使用TCP的443端口来发送和接收 文。HTTPS安全机制工作在传输层。

SSL：secure socket layer 是目前解决传输层安全问题的一个主要协议，基于TCP协议上提供可靠的端到端安全服务，SSL协议使用的默认端口是443

IPSEC，通过扩充认证头AH及对 文内容进行加密封装ESP有效的保障 络安全。IPSEC是 络层安全协议。

TLS(transport layer security) 传输层安全协议，是确保互联 上通信应用和其用户隐私的协议，TLS由两层构成，TLS记录协议和TLS握手协议，TLS属于传输层安全协议。

文摘要算法MD5的输出是128位，SHA-1的输出是160位。

SNMP：simple network management protocol ,简单 络管理协议，端口161，用来对通信线路进行管理，SNMP service为windows发送SNMP请求 文，并能对SNMP 文进行解析服务，而SNMP trap service （trap[陷阱]）用以监听被管主机发送来的陷入 文的服务。

PGP(Pretty Good Privacy)，是一个基于RSA公匙加密体系的邮件加密软件。可以用它对邮件保密以防止非授权者阅读，它还能对邮件加上数字签名从而使收信人可以确认邮件的发送者，并能确信邮件没有被篡改。

DNS，是域名系统（Domain Name System）的缩写，它是因特 的一项核心服务，它作为将域名和IP地址相互映射的一个分布式数据库，能够使人更方便的访问互联 ，而不用去记住能够被机器直接读取的IP数串，使用端口53.

DNS查询模式

1.递归查询:

一般客户机和服务器之间属递归查询，即当客户机向DNS服务器发出请求后,若DNS服务器本身不能解析,则会向另外的DNS服务器发出查询请求，得到结果后转交给客户机；

2.迭代查询(反复查询):
一般DNS服务器之间属迭代查询，如：若DNS2不能响应DNS1的请求，则它会将DNS3的IP给DNS2，以便其再向DNS3发出请求；路由协议

RIP每30秒，IGRP每90秒一次发布路由更新。OSPF不论是否 络拓扑发生改变，每10秒发送一次hello数据包，OSPF如果40秒没有收到hello分组，就认为对方不存在。

IGRP(interior gatway routing protocol)内部 关路由协议，是一种动态距离向量路由协议，由思科设计，使用组合用户配置尺度，包括带宽，延迟，可靠性和最大传输单元 (MTU)。

IGRP协议的路由度量一般情况下可以简化为跳步数。

默认情况下，IGRP每隔90秒发送一次路由更新广播，在3个更新周期内（270秒），没有从路由中的第一个路由器接收到更新，则宣布路由不可访问。

IGRP配置为：

Router(config)#router igrp 10

Router(config)-router)#network 192.168.20.0

IGRP不支持可变长子 掩码

RIPV1与RIPV2

RIPV2是一个距离矢量路由协议，相比RIPV1具有三处改进：

1. 使用组播而不是RIPV1的广播来传播路由更新。
2. 采用触发更新机制来加速路由收敛，即出现变化时向邻居发送更新 文，可以不必等待更新周期。
3. 支持无类域间路由CIDR，使 络设计更加具有伸缩性。

RIPV1与V2具有共同点是，以跳步数来度量路由费用，允许最大跳步数为15跳。

OSPF：开放最短路径路由协议

OSPF是链路状态路由协议，在同一层的区域内与其他所有路由器交换链路状态公告（LSA）信息。OSPF的工作是有层次的，其层次中最大实体为自制系统（AS）。AS是遵循共同路由策略统一管理下的 络群，拥有多个接口的路由器可以加入多个区间，这些路由器成为边缘路由器，分别为每个区间保存其拓扑数据库。

OSPF主干负责在区间分发路由信息，包含所有的区间边缘路由器，非全部属于某区间的 络及其相连的路由器。

SPF算法是OSPF的基础，用OSPF hello协议来获取邻居信息，hello包也含有keepalive功能。自治系统号由16比特组成，共有65533个取值。

OSPF采用Hello协议分组来维持与邻居的连接，采用LSA（链路状态广播信息）和这些路由器交换链路状态信息。在默认情况下，40秒没有收到hello分组，就认为对方不存在。

每一个路由器都包含同一AS种的数据库项

在同一区域中，所有OSPF路由器都维护一个相同的AS结构数据库。使用Dijkstra算法来计算每一个目的路由器的距离。

使用LSA(link state adrertsement)链路状态通告来更新和维护拓扑数据库。

BGP(Bord Gateway protocol)边界 关协议，是运行在TCP上的一种自治系统的路由协议，采用触发性的路由更新机制，不交换整个BGP表，而只更新发生变化的路由条目。路由更新是由update消息来完成的，当没有路由更新传送时，BGP会话用keepalive消息来验证连接的可用性。Keepalive包很小，可以节省带宽，协商发生错误时，BGP会向双方发送notification消息来通知错误。

在BGP协议中，open 文用于与相邻的另一个BGP发言人建立相邻关系，update 文用于确认open 文，以及周期性证实相邻边界路由的存在，notification用于发送检测到的差错，BGP支持CIDR，拥有丰富的路由过滤和路由策略。

STP：spanning tree protocol 生成树协议，STP要求每个 桥分配一个唯一的标识（BID），BID通常由优先级（2 bytes）和 桥MAC地址（6bytes）构成。

交换机优先级以4096为块大小递增或递减，默认值为32768。根据选举规则，选择较小的交换机，当优先级相同的时候，查找最小的MAC地址成为根交换机。

MPLS多协议标签交换，是一种快速数据包交换和路由的体系，它为 路哦数据流量提供了目标路由，转发和交换等能力，它拥有管理不同形式通信流的机制。

MPLS 络由核心部分的标签交换路由器LSR和边缘部分的标签边缘路由器LER组成。

LER的作用是分析IP包头，决定相应的传送级别和标签交换的路径LSP

MPLS工作流程：

1. 由LDP(标签分发协议)和传统路由协议(ospf)等在LSR中建立路由表和标签映射表。
2. 在MPLS出口处的LER接收IP包，完成三层功能，并给IP包打上标签。
3. 在MPLS出口处的LER将分组中的标签去掉后继续转发。
4. LSR不再对分组进行第三层处理，只根据分组上的标签交换单元进行转发。

MPSL格式 2层头部###MPLS头部###ip头部###数据

严格源路由选项规定，IP数据 要经过路径上的每一个路由器，相邻路由器间不得有中间路由器，并且所经过的路由器顺序不可更改，而松散源路由选项只会给出IP数据 必须经过源站指定的路由器，并不给出一条完备的路径，即松散源路由指IP分组必须经过源站指定的路由器，不规定路径。

交换机

交换机有三种交换方式：存储转发交换，直通交换，碎片过滤式交换。

STP：spanning tree protocol 生成树协议，STP要求每个 桥分配一个唯一的标识（BID），BID通常由优先级（2 bytes）和 桥MAC地址（6bytes）构成。

交换机优先级以4096为块大小递增或递减，默认值为32768。根据选举规则，选择较小的交换机，当优先级相同的时候，查找最小的MAC地址成为根交换机。

IEEE802.1d协议，就是生成树协议，所有 桥有5种状态功能。

阻塞(blocking)不转发器，不学习

监听(listening)识别根桥，可区分根端口，指定端口，和非指定端口，不能学习接收帧的地址。

学习(learning)MAC端口能够学习接收帧的MAC地址，但不能转发。

转发(orwarding)MAC端口可以学习接收帧的源地址，并可以根据目的地址将其转发到适当的端口。

禁用(disabled)MAC端口不参与生成树算法。

VTP协议，交换机的运行模式可分为3种：

1. 服务器模式(server)，可以创建，添加，删除和修改VLAN配置，并从中继端口发出VTP组播帧，把配置信息分发到整个管理域中的所有交换机，一个管理域中可以有多个服务器。
2. 客户机模式(clien)不允许创建，修改或删除VLAN，但可以监听并据此修改自己的VLAN。
3. 透明模式(transporent)可进行VLAN配置，但配置信息不会传播至其他交换机。

络分类

IEEE802.3ae 10Gb/s以太 ，10Gb/s以太 中，全部采用光纤标准，不再支持半双工模式，一律全双工。

IEEE802.3规定的最小帧长为64字节，这个帧长是指从目标地址到校验和的长度。

千兆以太 标准802.3z定义了一种帧突发方式（frame bursting），这种方式是指一个站可以连续发送多个帧

Ethernet数据帧格式最多1518字节，目的MAC6字节，源MAC6字节，类型2字节，CRC4字节，剩下为数据部分的1500个字节，其中，IP头20字节，TCP头20字节，则数据部分最长为1460字节。

8021.q封装协议，在原来的以太帧头中的源地址后增加了一个4字节的802.1q标签。

IEEE 802.11标准定义的Peer to Peer 络是一种不需要有线 络和接入点支持的点对点 络。

以太 协议中使用二进制后退算法，该算法的最大特点是在重负载下，提高 络的利用率。

IEEE802.11标准定义了两种无线 络的拓扑结构，一种是基础设施 络，它通过无线接入点AP将其连接到现在 络。二是特殊 络AD HOC，它是一种点对点连接。

IEEE802.11	标准	速度	技术
802.11	2.4GHZ，ISM频段	1mb/s，2mb/s	扩频通信技术
802.11b	2.4GHZ，ISM频段	11mb/s	Cck技术
802.11a	5GHZ，U-NII频段	54mb/s	OFDM调制技术
802.11g	2.4GHZ,ISM频段	54mb/s	OFDM调制技术
802.11n	智能无线技术	300mb/s→600mb/s	MIMO与OFDM技术

IEEE 802.11i规定使用802.1x认证和密钥管理方式，在数据加密方面，定义了TKIP（Temporal Key Integrity Protocol）、CCMP（Counter-Mode/CBC-MAC Protocol）和WRAP（Wireless Robust Authenticated Protocol）三种加密机制

802.11i 采用加密算法为AES。

802.11b定义无线 络安全协议WEP，是一种MAC层认证机制，使用RC-4加密法，是对称加密机制，长度为40或128位。

IEEE802.11标准使用扩频通信技术，即使用伪随机序列，对代表数据的模拟信号进行调制。

帧中继的地址格式中，表示虚电路标识符是DLCI。

组 技术中，家庭局域 不但能够连接因特 ，而且WLAN内部还可以直接通信，应使用设备为无线路由器+无线 卡。

使用代理服务器不能避免来自internet上病毒的入侵，不能对信息加密。

路结构的三层模型细节：

接入层：实现用户访问，要求成本低，高密度，接入层可实现用户访问控制即MAC绑定。

汇聚成：分为多个广播/组播域，可以实现VLAN间的路由选择，并通过访问控制列表实现分组过滤。

核心层：主干线路，提供链路冗余，路由冗余，VLAN中继和负载均衡等功能。

络通信设备

多模光纤与单模光纤的特殊区别：

多模光纤使用发光二极管，单模光纤使用激光二极管。

多模光纤允许多束光纤穿过光纤，单模光纤比多模光纤采用的波长长。

单模光纤只允许一束光线穿过光纤，单模光纤传输频带宽，多模光纤传输频带窄。

局域 中双绞线可分为非屏蔽双绞线(UTP)和屏蔽双绞线(STP)两类，STP有金属包层，辐射小，价格高。

UTP分为3类，4类，5类和超5类4种。

3类UTP适应以太 (10mb/s)对传输介质的要求。(4类与3类差不多)

5类UTP因价廉质优为快速以太 (100Mb/s)首选。

超5类UTP为千兆以太 (1000Mb/s)

100BASE－TX是一种以太 标准，用于描述5类非屏蔽双绞线上如何运行100Mb/s速率的快速以太 ，100BASE使用两对抗阻为100欧姆的5类非屏蔽双绞线，最大传输距离为100米一对用于发送，一对用于接收，用4B/5B编码方式，自动协商最大传输速率。

IEEE 802.3au

100BASE-TX 5类非屏蔽双绞线 2对跳线 传输距离100m

100BASE-FX 62.5/125多模光纤 2对用于收发 传输距离400m

100BASE-T4 3类非屏蔽双绞线 4对用于收发 传输距离100m

光纤覆盖分类（FTTX）：

FTTN，光纤到节点即光纤到弱电箱。【node节点】

FTTC，光纤到路边。【curb】路边

FTTZ，光纤到小区。【zone】地区

FTTH，光纤到户。【home】户

光纤布线系统测试指标包括：最大衰减值，波长窗口参数，回波损耗限值，与近端串扰无关，近端串扰用于测试双绞线。

通常请了下，信息插座安装在距离地面30→50CM高。

ADSL接入方式分为虚拟拨号和准专线两种。

采用虚拟拨号的用户需安装PPPOE或PPPOA客户端软件，以及类似于MODEM的拨号程序，输入用户名称和用户密码即可接到宽带接入点。

采用准专线方式的用户使用电信部门静态或动态分配的IP地址，开机即可接入internet。

家庭内，PC通过ADSLMODEM→分离器→入户接线盒→电话线→DSL接入复用器(DSLAM)连接ATM或IP 络。

话音线路通过：分离器→入户接线盒→电话线→DSL接入复用器，接入电话交换机。

局域 管理站轮询问题：最大支持设备=轮询时间（秒）÷一次查询时间（秒）

例如：假设某局域 ，管理站每15min轮询管理设备一次，一次查询时间是200MS。则管理站最多可支持 15*60/0.2=4500个。