　　《网络工程师考试应试指导（第2版）》以官方最新颁布的网络工程师考试大共13章，每章开始设置有“考核说明”板块，简要概括考生需要了解和掌握的内容。书中精选历年真题将其穿插在知识点的讲解中，有利于考生理解知识点。每章末尾设置有“应试加油站”，该板块汇集考频统计、解题技巧等部分，引导考生掌握重点内容，增强考生的解题能力和综合应用能力；同时设置有“过关习题”，方便读者一点一练，巩固提高。最后一章包含两套模拟试卷，并作了详细的分析与解答。

　　《网络工程师考试应试指导（第2版）》以官方最新颁布的网络工程师考试大特别适合于参加网络工程师考试的应试者，也可作为高等院校相关课程的辅导书，还可以作为培训班的教材使用。

精彩书摘

　　第2章

　　数据通信基础

　　根据考试大纲中相应的考核要求，在“数据通信基础”知识模块上，要求考生掌握以下方面的内容。

　　信道特性。

　　调制和编码，包括ASK、FSK、PSK、QPSK、抽样定理、PCM、编码。

　　传输技术，包括通信方式（单工/半双工/全双工、串行/并行）、差错控制、同步控制、多路复用。

　　传输介质，包括有线介质和无线介质。

　　线路连接设备，包括调制解调器、DSU和DCU。

　　物理层。

　　2.1 数据通信的基本概念

　　考核说明：本节主要介绍数据通信的基本概念以及模拟传输的优、缺点。

　　通信系统模型如图2-1所示。

　　图2-1 通信系统模型

　　通信中产生和发送信息的一端称为信源，接收信息的一端称为信宿，信源和信宿之间的通信线路称为信道。

　　模拟信号是随时间连续变化的信号，这种信号的某种参量（如幅度、相位、频率等）可以表示要传送的信息。

　　数字信号只取有限个离散值，而且数字信号之间的转换几乎是瞬时的。数字信号以某一瞬间的状态表示它们传送的信息。

　　如果信源产生的是模拟数据并以模拟信道传输，那么这种通信方式称为模拟通信；如果信源发出的是模拟数据而以数字信号的形式传输，那么这种通信方式称为数字通信。

　　如果信源发出的是数字数据，当然也可以有两种传输方式，这时无论是用模拟信号传输还是用数字信号传输都称为数据通信。可见，数据通信是专指信源和信宿中数据的形式是数字的，在信道中传输时则可以根据需要采用模拟传输方式或数字传输方式。

　　根据通信信号的传输方式，可以分为模拟传输和数字传输。

　　2.2 信道特性

　　考核说明：本节主要介绍信道带宽、误码率和信道延迟，在近几年考试中经常出现，要掌握好。

　　2.2.1 信道带宽

　　1. 模拟信道带宽

　　模拟信道的带宽如图2-2所示。信道带宽W=f2-f1，其中，f1是信道能通过的最低频率，f2是信道能通过的最高频率，两者都是由信道的物理特征决定的。为了使信号传输中的失真小些，信道要有足够的带宽。

　　2. 码元、波特率、数据速率、数字信道带宽

　　一个数字脉冲称为一个码元，用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号码元宽度为T，则码元速率，其单位为波特，码元速率也称为波特率。若一无噪声信道的带宽为 W，则该信道的极限波特率为（奈奎斯特定理）。码元携带的信息量（bit）与码元的种类数N的关系为。

　　图2-2 模拟信道的带宽

　　单位时间内在信道上传送的信息量（比特数）称为数据速率，其单位为bit，数据速率也称为比特率（b/s）。无噪声的信道的极限数据速率为，其中，W为信道带宽。有噪声的信道的极限数据速率为

　　（香农定理）

　　式中，为信道带宽；S为信号的平均功率；N为噪声平均功率；S/N为信噪比。

　　数字信道的带宽为信道能够达到的最大数据速率。数字信道的带宽和模拟信道的带宽可以通过香农定理互相转换。

　　2.2.2 误码率

　　误码率表示传输二进制位时出现差错的概率，公式为Pc= Ne/N，其中，Ne为出错的位数；N为传送的总位数。计算机通信一般要求误码率低于，即平均1Mbit错1bit。

　　2.2.3 信道延迟

　　信号在信道中传播，从信源端到达信宿端需要一定的时间。这个时间与信源端和信宿端的距离有关，也与具体信道中的信号传播速度有关。以后考虑的信号主要是电信号，这种信号一般以接近光速的速度（300m/μs）传播，但随传输介质的不同而略有差别。

　　一般来说，考虑信号从信源端到达信宿端的时间是没有意义的，但对于一种具体的网络，经常对该网络中相距最远的两个站之间的传播时延感兴趣。这时除了要计算信号传播速度外，还要知道网络通信线路的最大长度。

　　真题链接

　　【例2-1】设信道带宽为4000Hz，信噪比为30dB，按照香农定理，信道容量为（15）。（2014年11月真题13）

　　（15）A．4Kb/sB．1.6Kb/sC．40Kb/sD．120Kb/s

　　【解析】香农公式C = B log2（1 + S / N），其中B为信道带宽，S为信号的平均功率，N为噪声平均功率。将上述值代入公式即得。

　　【答案】（15）C

　　【例2-2】地面上相距2000km的两地之间通过电缆传输4000bit长的数据包，数据速率为64Kb/s，从开始发送到接收完成需要的时间为（13）。（2014年5月真题13）

　　（13）A. 48msB. 640msC. 32.5msD. 72.5ms

　　【解析】—个数据包从开始发送到接收完成的时间包含发送时间tf和传播延迟时间tp两部分，可以计算如下：对电缆信道：tp=2000km/ （ 200km/ms ） =10ms ， tf=4000b/64000b/s=62.5ms ， tp+ tf=72.5ms。

　　【答案】（13）D

　　2.3 传输介质

　　考核说明：本节主要介绍双绞线、同轴电缆、光纤、无线信道，在近几年考试中经常出现，是考核的重点。本节内容很重要，要掌握好。

　　2.3.1 双绞线

　　双绞线由粗约1mm的相互绝缘的一对铜导线绞扭在一起组成，对称均匀的绞扭可以减少线对之间的电磁干扰。双绞线大量使用在传统的电话系统中。

　　双绞线分为屏蔽双绞线和无屏蔽双绞线。常用的无屏蔽双绞线（Unshielded Twisted Pair，UTP）电缆由不同颜色的（橙/绿/蓝/棕）4对双绞线组成。屏蔽双绞线（Shielded Twisted Pair，STP）电缆的外层由铝箔包裹着，价格相对高一些，并且需要支持屏蔽功能的特殊连接器和适当的安装技术，但是传输速率比相应的无屏蔽双绞线高。

　　2.3.2 同轴电缆

　　同轴电缆的芯线是铜质导线，外包一层绝缘材料，再外面是由细铜丝组成的网状导体，最外面加一层塑料保护膜，具有高带宽和较好的噪声抑制特性。局域网中常用的同轴电缆有两种：一种是特性阻抗为 50的电缆，用于传输数字信号，称为基带同轴电缆；另一种是特性阻抗为75的CATV电缆，用于传输模拟信号，称为宽带同轴电缆。

　　2.3.3 光纤

　　光纤由能传送光波的超细玻璃纤维制成，外包一层比玻璃折射率低的材料。进入光纤的光波在两种材料的界面上形成全反射，从而不断地向前传播。光纤分为多模光纤和单模光纤两种。在多模光纤中，光波以多种模式传播，不同的传播模式有不同的电磁场分布和不同的传播路径。在单模光纤中，光在其中无反射地沿直线传播。光纤的优点是具有很高的数据速率、极宽的频带、低误码率和低延迟，而且安全性和保密性好。

　　2.3.4 无线信道

　　微波通信系统可分为地面微波系统和卫星微波系统。微波通信的频段一般是1～11GHz，具有带宽高、容量大、天线小、便于安装和移动的优点；缺点是容易受到电磁干扰，微波通信相互间也存在干扰，微波信号容易被大气层中的雨雪吸收。另外，在卫星微波系统中，信号时延也比较大。

　　红外传输系统利用墙壁或屋顶反射红外线，从而形成整个房间内的广播通信系统。优点是设备相对便宜，带宽高；缺点是传输距离有限，且易受室内空气状态的影响。

　　无线电短波通信使用甚高频和超高频的电视广播频段。优点是通信设备比较便宜，便于移动，没有方向性；缺点是容易受到电磁干扰和地形地貌的影响，而且带宽比微波通信小。

　　2.4 数据编码

　　考核说明：本节主要介绍单极性码、极性码、双极性码、归零码、双相码、不归零码、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、多电平编码、4B/5B编码等。本节内容很重要，是考核的重点，一定要掌握好。

　　数据编码的方式很多，主要有以下几种，如图2-3所示。

　　图2-3 常用编码方案

　　（1）单极性码。在这种编码方案中，只用正的（或负的）电压表示数据。例如，在图2-3中用+3V表示二进制数字0，用0V表示二进制数字1。单极性码用在电传打字机（TTY）接口以及PC和TTY兼容的接口中，这种代码需要单独的时钟信号配合定时，它的抗噪声特性也不好。

　　（2）极性码。在这种编码方案中，分别用正和负电压表示二进制数0和1。例如，在图2-3中用+3V表示二进制数字0，用-3V表示二进制数字1。这种代码抗干扰特性好，但仍然需要另外的时钟信号。

　　（3）双极性码。在这种编码方案中，信号在3个电平（正、负、零）之间变化。一种典型的双极性码是信号交替反转编码（AMI）。在AMI信号中，数据流中遇到1时使电平在正和负之间交替翻转，而遇到0时则保持零电平。双极性是三进制信号编码方法，与二进制相比抗噪声特性更好。

　　（4）归零码。在归零码中，码元中间的信号回归到0电平，因此任意两个码元之间被0电平隔开。这种编码方案有较好的噪声抑制特性。图2-3中表示出的是一种双极性归零码，可以看出，从正电平到零电平的转换边表示码元0，而从负电平到零电平的转换边表示码元1，同时每一位码元中间都有电平转换，使得这种编码成为自定时的编码。

　　（5）双相码。双相码要求每一位中都要有一个电平转换。这种代码是自定时的，同时也有检测错误的功能：如果某一位中间缺少了电平翻转，则被认为是错误代码。

　　（6）不归零码。图2-3所示的不归零码的规律是当1出现时电平翻转，当0出现时电平不翻转。因而区别1和0的是电平是否翻转。这种代码也叫差分码，用在终端到调制解调器的接口中。这种代码不是自定时的。

　　（7）曼彻斯特（Manchester）编码。这种编码是一种双相码。高电平到低电平的转换边表示0，而低电平到高电平的转换边表示1，位中间的电平转换边既表示了数据代码，也作为定时信号使用。这种编码用在以太网中。

　　（8）差分曼彻斯特编码。这种编码也是一种双相码。这种编码的码元中间的电平转换边只作为定时信号，而不表示数据。数据的表示在于每一位开始处是否有电平转换：有电平转换表示0，无电平转换表示1。这种编码用在令牌环网中。

　　（9）多电平编码。这种编码的码元可取多个电平之一，每个码元可代表几个二进制位。例如，若表示码元的脉冲取4个电平之一，则一个码元可表示两个二进制位。

　　（10）4B/5B编码。这种编码将欲发送的数据流每4位作为一个组，然后按照编码规则将其转换成相应的5位码。该编码属于自同步编码方式，为了保证接收端能提取同步时钟，编码规则保证：无论4位数据为何种组合（包括全部为0），所转换成的5位码中至少有两个“1”，即保证在传输过程中码元至少发生两次跳变，从而保证接收端同步时钟的提取。4B/5B编码能较好地解决同步问题，同时具有检错功能，编码效率比较高，它用5位信号表示4位有效信息，因此编码效率为80%。若要达到100Mb/s的速率，只需在线路上有125Mb/s的波特率。快速以太网（100Base-T）和光纤分布式接口（FDDI）都是采用4B/5B编码方式。

　　2.5 数字调制技术

　　考核说明：本节主要介绍数字调制技术的四种基本方法，即调幅、调频、调相以及正交调幅，是考试的重点。

　　数字数据在传输中不仅可以用方波脉冲表示，也可以用模拟信号表示。数字调制指用数字数据调制模拟信号，主要有三种基本的调制方法，即调幅、调频、调相。

　　（1）调幅，也称幅度键控（ASK），它将不同的数据信息1和0调制成不同幅度但相同频率的载波信号。

　　（2）调频，也称频移键控（FSK），它将不同的数据信息1和0调制成相同幅度但不同频率的载波信号。

　　（3）调相，也称相移键控（PSK），它利用相邻载波信号的相位变化值来表示相邻信号是否具有相同的数据信息值，此时的幅度和频率均保持不变。

　　（4）正交调幅（QAM），是一种十分成熟且应用广泛的调制技术。其基本方法是将发送数据流分为两路，分别对正弦载波和余弦载波进行数字调幅，然后相加传输。如果每路载波有n个不同幅度，则QAM信号的星座图上有n2个状态点。这种方式的频谱利用率可以做得很高，设备也不太复杂。但是，当它的信号状态数很多时，则对信道的线性和非线性失真变得十分敏感，需要采用多种措施来对抗。

　　真题链接

　　【例2-3】所谓正交幅度调制是把两个（16）的模拟信号合为一个载波信号。（2014年11月真题1）

　　（16）A．幅度相同相位相差90°B．幅度相同相位相差180°

　　C．频率相同相位相差90°D．频率相同相位相差180°

　　【解析】正交编码的两个信号源相位相差90°。

　　【答案】（16）A

　　……