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[圖資]網路概論九十四學年度期末考筆記整理

網路概論筆記整理

第三章 類比與數位訊號

3.1 介紹
‧資料用邏輯呈現方式,是看你要用類比還是數位訊號。

3.2 數位編碼格式
‧NRZ(NonReturn to Zero)編碼:
 0:高電壓
 1:低電壓

  NRZI(NRZ inverted):
  0:維持電壓
  1:改變電壓
  
  傳輸同步問題:NRZ或NRZI不準確(假如是連續的0)

‧MANCHESTER編碼(曼起斯特編碼,又稱「自我同步碼」):

  到週期中間,電壓都會改變
  0:高→低
  1:低→高
  缺點是需要兩倍頻寬

  Differential Manchester encoding (差動式曼起斯特編碼)(必考!!)

  在週期中間改變
  週期開始的時候:
  0:改變
  1:不改變

3.3 類比訊號
‧調變(MOdulation):數位(電腦)轉換成類比(電話線)
  解調變(DEModulation):類比轉換成數位

‧類比訊號三特徵:
  1. 頻率:單位時間內週期的數量
  2. 振幅:波峰(最高)-波谷(最低)
  3. 相位差:角度改變

3.4 資料傳輸率(Bit Rate 位元率)
‧位元率:描述媒介資料的容量,單位是bps(每秒幾位元)

  鲍率:類比信號改變的頻率,每個能送出的位元率
  n:每個頻率能夾帶的資料量(位元數目)

  位元率=鮑率╳夾帶量

  送方頻率為F,收方只要2F重建訊號

‧有雜訊的頻道:信號變化越多,他們之間的差異就越少→承受雜訊的能力降低;頻道易受雜訊干擾

  信號        S
  ── 比例 = ─
  雜訊         N

  再對數化:B = log10 (S/N) bels
  decibel(dB):1dB = 0.1 bel
  理論上 最大位元率 = 頻寬 ╳ log2(1 + S/N) bps (重要!!)

  但撥接56Kbps > 理論35Kbps?
  1. 壓縮
  2. 直接連線到ISP (收方不需要解調變)

3.5 數位到類比轉換
‧頻率調變(FSK = FM)
‧振幅調變(ASK = AM):4種振幅=2個位元
‧相位差調變(PSK = PM)

‧(必考!!)轉相差振幅調變(Quadrature Amplitude Modulation):
  用2種振幅與4種相位差=3個位元

3.6 類比到數位轉換
‧脈波調變PAM:在一定區間內取樣
‧(重要!!)脈碼調變PCM:

  取樣並編碼,精確度取自(1)取樣頻率、(2)振幅數量。與檔案大小成正比。

  應用:
  1. 長途電話數位化:8k sps取樣頻率、8 bps振幅數量。接近64Kbps。
  2. CD:取樣頻率44.1 kHz、數位到類比(D-A)轉換:16-bit 線性

3.7 Cable Modem
‧電纜數據機 Cable Modems:透過CATV(有線電視)訊號
  電纜頻率範圍:750 MHz。用6-MHz範圍分割,其中一個範圍提供上網之用。

  調變與解調變技術:QPSK(Quaternary phase shift keying)與QAM64

3.8 DSL
‧透過電話線
‧最後一哩(local loop or last mile):地區電信中心到客戶電話之間的距離。
‧頻寬限制:電信中心設備老舊,不全是最後一哩路線的問題。

‧ADSL:
  (1)分離器(splitter)與濾波器(filter)
    低波濾器:< 4kHz→電話
     高波濾器:> 4kHz→ADSL modem
  (2)ADSL modem(ADSL Transmission Unit-Remote, ATU-R):使用離散多通道(discrete multitone)技術
    ‧分割0Hz~1.104MHz為256個頻道,各頻寬皆為4.3125kHz
    ‧最低五個頻道做為電話(POTS)之用
    ‧有些頻道下載、有些上傳
    ‧檔案分割至各頻道
    ‧應用QAM

   訊號隨距離衰減,不可超過3.5英里(5公里)

   與Cable Modem的差別:
   ADSL→專線
   CATV→共享
    
‧ADSL Lite:普遍家庭使用;信號分割是由地區電信中心,電話/電腦會自動忽略不需要的頻率

‧光纖網路單位(optical network unit):引進高速光纖網路線路,縮短Last Mile,提高速度。


第四章 網路連接

4.2 通訊載體與設備
‧電話系統:將聲音轉換為電子信號。

  打電話:播打者每個按鈕會送一個碼給當地的電信交換中心,用來決定路徑。假如路徑可以通且電話不在忙碌,則中心會送出兩個信號:一個送到目的地讓電話響;另一個送到來源告訴播打者電話正在響

  播打電話兩種方式:
     tone dialing:用聲音播號
     pulse dialiing:轉盤

‧私用交換機PBX(總機、分機系統):
    用在公司或組織裡,可以完全控制聲音以及資料通訊功能,而不依靠電信公司。
    與區域網路很像,但區網有廣播能力,PBX只提供點對點

‧行動電話
    Cells:基地台分割區域
    MTSO(mobile telephone switching office):控制cells與連接的電話系統

    行動電話是一種雙向電波,可以與「塔」進行通訊,但是範圍不易界定。
    行動電話與塔之間不斷交換訊息,以決定最接近的塔及最強的訊號。
    當要播打電話時,手機會與最近的塔通訊。
    為了得知手機的位置,MTSO會用那個號碼跟所有手機廣播,如果有回應則完成連接。

    handoff(接手):訊號過弱時,MTSO自動轉換cell

‧傳真機:1980盛行
     文件→(掃描)圖檔→(轉換)像素(二元檔)
    傳輸時使用run-length編碼壓縮

4.3 傳輸模式
‧並列:在一條線上同時傳輸一組位元,通常距離不長。
  串列:只傳送一個位元,要決定從高位元還是從低位元先送。
‧非同步傳輸:用在低速設備上,有相當多的額外支出,約25%。
  同步傳輸:大量資料傳送,通常稱為資料框(data frame或是frame)

‧(必考!!)資料框組成
  [同步字元(SYN)]:確保接收者取樣頻率與保持資料到達速度
  [控制字元]:來源位置、收方位置、資料總數、流水號、資料框型態
  [資料]
  [錯誤偵測]
  [結束字元]

‧同步與非同步比較:
  1. 同步比較快
  2. 額外頻寬比較低

‧等速傳輸(isochronous)
  1. 以固定速率
  2. 不使用偵錯機制→忽略錯誤

‧單工(廣播電視)、半雙工(無線電對講機)、全雙工(電話)

4.4 介面標準
DCE(資料電路終端設備)與DTE(資料終端設備)的介面──DTE-DCE介面
ex:MODEM←→電腦

‧(重要!!)EIA-232介面:25連接線,傳輸順序如下
    [DTE 電腦]       [DCE MODEM]
    DTR 資料終點準備
                       DSR 資料已準備
    RTS 要求傳輸
                       CTS 清空傳輸通道
    TD 傳輸資料
                       DCD 資料載體偵測
                       RD 接收資料
‧EIA-232 Subsets:節省成本,不用到25pin,受速度限制
‧虛無數據機:訊號跨接→兩台電腦互連
‧X.21介面:
  特色:
  1. 數位信號介面
  2. 將控制訊號隱藏在路線之中

  1. 用在歐洲
  2. 15-pin
  3. pin與線路分開
     a. 平衡X.27(雙線)
     b. 不平衡 X.26 (單線) → 可降低電氣干擾的抵抗

‧USB
  透過HUB連接,最多127台
  線路:
    綠、白交錯:資料(平衡線路)
   紅:電源
    白:電源
   編碼:0保持電壓、1改變電壓

   速度:USB1.1-12Mbps USB2.0-480Mbps

   資料傳輸方式:主從架構
   傳輸單位:frame (1ms)←靠frame同步

   傳輸模式:
   1. 控制傳輸:USB熱插拔→決定設備與傳輸速率→指定位址
   2. 大量傳輸:傳輸大量資料,包含在封包裡面,偵錯機制
   3. 中斷傳輸:輪詢式─由主機詢問設備是否要傳輸資料
   4. 等速傳輸:每個frame保留固定空間

    USB封包種類: token data handshake封包
    SYN:同步訊息
    PID:封包編號

‧火線 IEEE1394
  與USB相同之處:熱切換、隨插即用、串列傳輸、標準設備、低成本
  菊鏈:可持續連接,不能為迴圈
  六條線路:雙絞線TPA、TPB,及電源地線

  TPA:NRZ(0低電壓、1高電壓)
  TPB:strobe signal與TPA相反;TPA改變時、TPB不改變,反之亦然

  連接方式:P2P;1394橋接器

  同步傳輸
  1. 送出封包
  2. 等待回應
  3. 確認訊號,表示封包到達
  4. 負確認訊號,再次傳送

  非同步傳輸
  1. 前16bit:裝置位置
  2. 後48bit:主記憶體位置

4.5 多工器
            ┌→慢速
  快速←多工器→慢速
            └→慢速

‧分頻多工FDM:使用在類比訊號上
‧分時多工TDM:數位訊號,將慢速訊號儲存在緩衝空間,然後再一起送出
  byte multiplexer位元組多工器:固定每個串流為8bit
  block multiplexer區塊多工器:固定為許多位元組(區塊)
‧統計式多工器
  1. 掃描緩衝區
  2. 抓資料
  3. 不固定frame → overhead
‧波長多工器:用在光纖

4.6 數位載體

  AT&T 聲音
  1. 分時多工
  2. 193bits -> 24 slots
  T1 1.544Mbps

‧SONET(同步光纖網路)

4.7 碰撞協定
  多點進入共同通道

‧(必考!!)阿囉哈協定
  1. 各站向中央站傳資料
  2. 各站使用相同頻率
  3. 中央站使用與各站的不同頻率
  4. 兩站同時傳送,會導致信號毀損
  5. 站台可隨時傳送

  碰撞偵測→有無確認訊號
  如果碰撞,則隨機等待一定時間再傳送

  (必考!!)優點:
  1. 簡單低成本
  2. 適合少量資料

  slotted Aloha協定:限定一個個時段,只能在時段開頭傳送

‧CSMA
  1. 載波偵測:監聽線路動作
  2. 假如有動作則傳送;反之等待

  p-persistent:傳送的機率為p%
  nonpresisten:如果可以傳送,則無條件再等一個slot

‧(重要!!)碰撞偵測 CSMA/CD
  1. 載波偵測
  2. 多重存取
  3. 碰撞偵測

  影響:
  1. 頁框大小
  2. 傳輸距離

‧權杖傳遞
  如果取得權杖:
  1. 不送資料:將權杖移交鄰居
  2. 送資料:改變權杖資料框 (目的地、控制位元)
     只有送者才能回收資料況

第五章 資料壓縮

5.2 頻率相關編碼
‧(必考!!)霍夫曼編碼的編碼法
  無字首特性
  1. 以頻率為權值
  2. 選拳術最小的兩個合併,合併後的新的節點,權值為兩者權值的和
  3. 重複步驟二,直到形成單一的樹

‧算數壓縮(略)

5.3(必考!!)行程長度編碼法(省略,詳情請看課本)
‧傳真壓縮:T.4 T.6

5.4 相對編碼法(用在影片上)
  比較差異之處:送出差異處而已,將差異處放在前一張影像上,完成壓縮

5.5 LEMPEL-ZIV壓縮
  以編碼代替重複字串
  UNIX、V.42bis、GIF皆用此法

  1. 任何檔案可轉換成一串ASCII code
  2. Code Book 編碼對照表

  由電腦自動判斷對照表

5.6 影像壓縮
  類別
  1. 靜畫 JPEG
  2. 動畫 MPEG

  資料呈現:Pixels
  1. 黑白影像(1)(0)
  2. 灰階8-bit(=256)
  3. RGB True Color: 16M種顏色

‧JPEG壓縮
  失真壓縮:差異過小人眼不易察覺

  1. 將圖片以8*8像素分區,各區轉成三個二維陣列
  2. 空間頻率 spatial frequency
     P陣列→T陣列
      如果P矩陣變化規律,則T會有大量的0
  3. 量化:將數值除與某數(量化矩陣U),再整數化→因此無法還原
      T/U = Q
  4. 編碼:用對角循環的方式(請參考課本p.244)

‧GIF
  將顏色降至256色

5.7 多媒體壓縮
‧MPEG
  MPEG-1:VCD
  MPEG-2:DVD

‧MP3:壓縮率12:1
  省略
  1. 接近頻率
  2. 過小聲音(聲音遮罩)

  壓縮
  1. 省略不必要的聲音zzz  2. 數位化
  3. 壓縮
 


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