课程 DA000004 以太网技术原理ISSUE 1.0
DA000004 以太网技术原理 ISSUE1.0 目录
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课程说明 (1)
课程介绍 (1)
课程目标 (1)
相关资料 (1)
第1章以太网基础 (2)
1.1 802.3的电缆 (4)
1.2 802.3的MAC子层协议 (5)
1.3 IEEE 802.2标准：逻辑链路控制（LLC） (6)
1.4 常用以太网连接方法 (7)
1.5 快速以太网简介 (8)
课程说明
课程介绍
本课程主要介绍以太网的相关标准和线缆课程目标
完成本课程的学习后，您应该能够：
●了解IEEE 802协议族
●了解以太网中常用的线缆
相关资料
●IEEE 802.2
●IEEE 802.3
●IEEE 802.3u
●IEEE 802.3z
第1章 以太网基础
以太网简介
以太网由Xerox 公司PARC 研究中心于1973年5月22日首次提出
x
I c
以太网电缆
分接器
接口电缆
收发器
站点
控制器
终端器
接口
以太网系统的真正开端是在夏威夷岛上建造的用于无线电通信的ALOHA 系统。对于采用广播信道的网络而言，最为关键的一个设计问题就是如何给各个站点分配信道的使用权。 ALOHA 是夏威夷大学的Norman Abramson 和他的伙伴们发明的一种全新的动态信道分配方法，其基本思想很简单：用户只要有数据要发送，就让他们发送。由于广播的反馈性，发送方只要侦听信道就可以知道发出的数据是否被破坏，如果被破坏，发送方等待一段随机的时间再重发数据。区别于传统的静态信道访问方法如TDM （Time Division Multiplexing ）、FDM （Frequency Division Multiplexing ），ALOHA 可以很好的处理数据通信的突发性，提高信道的利用率。后来，为了尽量减少冲突的发生，在ALOHA 的基础上出现了很多的动态信道分配方法。其中在ALOHA 基础上加入了载波监听的CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ）是最重要也是应用最为广泛的一种改进。第一个CSMA/CD 系统是由Xerox PARC 建造的一个2.94Mb/s 的系统。这也是第一个被称为以太网（Ethernet ）的系统。
1CSMA/CD 规定了一个想传输数据的节点必须执行如下步骤： (1) 监视信道直到其空闲。
(2) 传输数据，并监视信道看是否有冲突发生。
(3) 如果检测到冲突发生，停止传输，发出一个冲突产生信号，再等待一个
随机的时间，再回到第一步。这个随机的时间依如下规则选择：如果数
据包冲突了n（n<16）次，则此节点以相同的可能性从0 ，1，..... ，2n - 1中随机选一个数K，然后等待K * 512 比特时间（例如：在10Mbps 以太网中，1比特时间=10-7秒），如果n>15，则放弃发送。
Xerox的以太网极其成功，于是它和DEC，Intel共同起草了一份10Mb/s的以太网标准，这个标准称为DIX（DEC、Intel、Xerox）。这个标准就是IEEE 802.3的基础。
1.1 80
2.3的电缆
802.3 线缆
2000m
光纤
10BASE-F
100m 双绞线10BASE-T 200m 细同轴电缆10BASE-2500m 粗同轴电缆10BASE-5最大区间长度
电缆
名称
以太网使用的物理介质主要有：粗同轴电缆、细同轴电缆、3类双绞线、5类双绞线、光缆。表中列出了10M 以太网使用的线缆特性。10BASE-T 可以使用3类双绞线（即普通电话线），及其易于维护的特点实际上已使其成为10M 以太网的主流解决方案。802.3的每个版本都有一个区间最大长度。为了使网络范围更大，可以使用中继器（Repeater ）连接多根电缆，中继器是一个物理层设备，起信号放大作用，对于上层而言，认识不到中继器的存在。可以在网络中使用多个中继器和电缆段，但是为了减少因延时太大而无法监听到线路忙而造成的冲突，802.3规定两个收发器间不得超过2.5km ，任意两个收发器间的路径上不得有4个以上的中继器。
1.2 80
2.3的MAC 子层协议
802.3 帧
●PRE: 先导字节, 7个10101010 ●SFD: 帧开始标志, 10101011 ●DA: 目的MAC 地址SA: 源MAC 地址●LEN: LLC 帧长度●DATA: 数据字段●PAD: 填充字段●
CRC: 校验字段
7
1
6
62 2 or 34
LLC 帧
64到1518字节
字节
CRC
PAD DATA LLC 控制信息
LEN SA DA
SFD
PRE
在实际物理信道上传输的只是电压信号（+0.85V 或 -0.85V ）的序列，为了在没有外部参考时钟的情况下，接收方能够正确定位比特的开始与结束，802.3 10Base 采用可以自同步的信号编码方法：Manchester 编码或差分Manchester 编码。802.3帧的7个先导字节的Manchester 编码会产生10MHz ，持续5.6微秒的方波，这个信号会使收发双方的时钟同步很容易，随后的SFD （10101011）用来指示一帧的开始。在802.3MAC 帧中，有两个MAC 地址字段：目的MAC 地址和源MAC 地址，都是6个字节。802.3帧中的Len 字段指示了它所承载的LLC 帧的长度，前面提到的DIX 标准的MAC 帧结构和802.3的MAC 帧结构唯一区别就在于这个字段。在DIX 标准中，这个字段叫做Type 字段，用于指示MAC 层的上层协议，这意味着DIX 标准的MAC 帧可以承载非IEEE 802.2规定的LLC 帧，而IEEE802.3只能承载IEEE802.2 LLC 帧。LLC 数据后面的PAD 字段用于填充帧以保证帧长度至少是64字节，规定最短帧长度的目的是为了保证在监听到冲突之前就已经发送完数据的情形不可能发生。IEEE 802.3MAC 帧最后一个字段是校验和字段，用于发现传输中发生的错误。
OFDM基础理论的数学表达与解析 王海舟 10/10/2016
目录 摘要 (3) 第一章、概述 (4) 第二章、OFDM技术基础理论 (4) 2.1芝诺悖论的哲学来源与泰勒级数 (4) 2.2三角级数和三角函数的正交性 (5) 2.3周期函数的傅里叶级数的表达 (6) 2.4欧拉公式 (8) 2.5非周期连续函数的傅里叶积分变换 (10) 2.6傅里叶变换的时移特性 (11) 2.7单位脉冲函数及其筛选特性 (12) 2.8卷积积分和卷积定理 (14) 2.9奈奎斯特准则和数字滤波初步 (15) 2.10OFDM技术的实现 (17) 第三章、OFDM技术基础理论学习的意义 (18)
摘要 以OFDM技术为基础的LTE通信网络，经过近3年来的高速发展，网络的建设规模方面已经超过GSM网络。4G的Volte语音业务替代2G的步伐也正在加快，而移动数据业务的发展更是一日千里，成为各个运营商竞争的最重要的战场。更何况OFDM技术仍将在未来的5G网络中起着技术基石的作用。 我们知道，2G网络历经了10年以上的发展，大批现场工程师得到了充足的培训，同时又拥有长期的实战经验，因而在网络优化工作中得心应手。相比而言，LTE网络在短时间的发展，致使我们面临短缺具备一定深度基础理论知识的网络优化工程师的情况；尽管工程师能够从多个方面能够取得一些培训，但由于缺少连贯的理论知识对接，这些培训远远不能支持专业的工程师走的更远、走的更深入。面对这样的困境，本人对OFDM技术要点进行理论梳理，从浩瀚的高等数学、工程数学、通信理论的知识海洋中，颉取最简理论线路，创新进行理论关联和演进的串接，不仅令工程师能够夯实最基础的理论，而且用最简捷的数学理论途径，达到深入理解OFDM技术。 关键词： OFDM、泰勒级数、欧拉公式、傅里叶变换、单位脉冲函数、卷积积分、数字滤波。
OFDM技术的基本原理1 OFDM技术的基本原理 在传统的多载波通信系统中，整个系统频带被划分为若干个互相分离的子信道(载波)。载波之间有一定的保护间隔，接收端通过滤波器把各个子信道分离之后接收所需信息。这样虽然可以避免不同信道互相干扰，但却以牺牲频率利用率为代价。而且当子信道数量很大的时候，大量分离各子信道信号的滤波器的设置就成了几乎不可能的事情。 上个世纪中期，人们提出了频带混叠的多载波通信方案，选择相互之间正交的载波频率作子载波，也就是我们所说的OFDM。这种“正交”表示的是载波频率间精确的数学关系。按照这种设想，OFDM既能充分利用信道带宽，也可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错。OFDM是一种特殊的多载波通信方案，单个用户的信息流被串/并变换为多个低速率码流，每个码流都用一个子载波发送。OFDM不用带通滤波器来分隔子载波，而是通过快速傅立叶变换(FFT)来选用那些即便混叠也能够保持正交的波形。 OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的，而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道，在每个子信道上使用一个子载波进行调制，并且各子载波并行传输。这样，尽管总的信道是非平坦的，具有频率选择性，但是每个子信道是相对平坦的，在每个子信道上进行的是窄带传输，信号带宽小于信道的相应带宽，因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交，它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。 OFDM技术的推出其实是为了提高载波的频谱利用率，或者是为了改进对多载波的调制，它的特点是各子载波相互正交，使扩频调制后的频谱可以相互重叠，从而
OFDM 的基本原理及其简单应用 摘要：本文主要介绍OFDM 的一些基本原理，并对OFDM 的一些优缺点进行了说明。正交频分复用（OFDM ）是一种特殊的多载波数字调制技术，OFDM 技术不像常规的单载波技术，而是在经过特别计算的正交频率上同时发送多路高速信号。介绍了OFDM 的基本原理的同时展望了OFDM 标准化和在第四代移动通信系统的应用。 关键词：OFDM ，DFT/IDFT ，多载波调制，数字通信 中图分类号：TN911 文献标致码：A Basic Principles and Simple Applications Of OFDM （Xi’an university of science and technology Communication and Information Systems Institute shanxi xi ’an 710054） Abstract ：In this article ，the principle of OFDM are introduced and OFDM are described some of the advantages and disadvantages. OFDM(orthogonal frequency division multiplexing) is a special digital modulation technology of multi-carriers. Unlike normal single carrier technology , OFDM can transmit a number of data streams simultaneously through its sub- carriers which are orthogonal. In the end, highlighted the standardization of OFDM and its applications in 4G mobile communication system. Key W ords ：OFDM ，DFT/IDFT ，Multi-carrier modulation ，Digital communications 0.引言 随着移动通信和数据通信的飞速发展，移动用户对业务种类和通信速率的要求不断提高，正交频分复用（OFDM ）具有高的频谱利用率、良好的抗多径干扰能力和抗短时间突发噪声（称为脉冲噪声）的能力，它可以增加系统容量，同时能更好地满足多媒体通信的要求。OFDM 是多载波调制（MCM ）或离散多音频（DMT ）的一种特殊形式，是一类多载波并行调制的体制，一种带宽有效性较高的调制技术，并可以对抗时延扩展多径和脉冲噪声等信道干扰。它的一些主要特点是： （1）为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠。 （2）各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全的分离各路信号。 （3）每路子载波的调制是多进制调制。 （4）每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制。 1.OFDM 的基本原理 1.1 多载波的基本原理 多载波就是把传输的宽带分成许多窄带子载波来并行传输，多载波可以在有限的无线传播带宽中获得更高的传输速率。在单载波体制的情况下，码元持续时间T 很短，但占用带宽B 很大，由于信道特性不理想，产生码间串扰。采用多载波后码元持续时间S T N T ，码间串扰将得到改善。
2016年4月高等教育自学考试全国统一命题考试 计算机网络原理 试卷 (课程代码04741) 本试卷共4页，满分l00分。考试时间l50分钟。 考生答题注意事项： 1．本卷所有试题必须在答题卡上作答。答在试卷上无效，试卷空白处和背面均可作草稿纸。 2．第一部分为选择题。必须对应试卷上的题号使用2B铅笔将“答题卡”的相应代码涂黑。 3．第二部分为非选择题。必须注明大、小题号，使用0．5毫米黑色字迹签字笔作答。 4．合理安排答题空间，超出答题区域无效。 第一部分 选择题 一、单项选择题(本大题共24小题，每小题l分，共24分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡” 的相应代码涂黑。未涂、错涂或多涂均无分。 1.电信业一般认为，宽带骨干网的传输速率至少应达到 A.2Gbps B.3Gbps C.4Gbps D.8Gbps 2.电子银行的核心功能是 A.自动存取款作业 B.金融交易卡服务 C.电子汇款与清算 D.销售点自动转账 3.下列关于环形拓扑优点的表述中错误的是 A.电缆长度短 B.网络性能稳定 C.可使用光纤 D.故障检测容易 4.OSI参考模型中处理端到端的差错控制和流量控制的是 A.数据链路层 B.网络层 C.传输层 D.应用层 5.下列协议中不属于TCP/IP参考模型互连层协议的是 A.ICMP B.UDP C.RARP D.ARP 6.下列关于交换技术的说法中错误的是 A.电路交换适用于猝发式通信 B.报文交换不能满足实时通信 C.报文交换的电路利用率高 D.分组交换适用于交互式通信
7.对于正交相移键控QPSK调制，若数据传输速率达到9600bps，则码元速率为 A.1200Baud B.2400Baud C.3200Baud D.4800Baud 8.计算机网络中使用最广泛的交换技术是 A.电路交换 B.报文交换 C.分组交换 D.线路交换 9.下列数据链路层的功能中属于链路管理功能的是 A.建立连接 B.流量控制 C.帧的同步 D.差错控制 10.可用于数据链路层流量控制的方案是 A.前向纠错 B.滑动窗口机制 C.拥塞控制 D.三次握手机制 11.在HDLC的帧类型中，用于提供对链路的建立、拆除及多种控制功能的是 A.信息帧 B.监控帧 C.令牌帧 D.无编号帧 12.HDLC中常用的操作方式不包括 A.正常响应方式 B.异步响应方式 C.正常平衡方式 D.异步平衡方式 13.下列关于虚电路子网的说法中错误的是 A.每个分组含有虚电路号 B.路由器要为每个连接建立表项 C.每个分组被独立的路由 D.资源可提前分配给每个虚电路 14.下列路由算法中，属于动态路由选择算法的是 A.最短路由选择算法 B.链路状态路由算法 C.泛射路由选择算法 D.基于流量路由选择 15.下列关于因特网互连层功能的表述中，错误的是 A.负责IP寻址 B.分割和组装数据包 C.路由选择 D.保证服务的可靠性 16.IP对输入数据报的处理分为主机对数据报的处理和 A.网桥对数据报的处理 B.交换机对数据报的处理 C.网关对数据报的处理 D.转发器对数据报的处理 17.简单网络管理协议SNMP所使用的端口号是 A.25 B.53 C.110 D.161 18.网络标识域为14位的IP地址类型为 A.A类 B.B类
OFDM 的基本原理 杜岩 （山东大学信息科学与工程学院济南 250100） 1. 引言 现代社会对通信的依赖和要求越来越高，于是设计和开发效率更高的通信系统就成了通信工程界不断追求的目标。通信系统的效率，说到底就是频谱利用率和功率利用率。特别是在无线通信的情况下，对这两个指标的要求往往更高，尤其是频谱利用率。由于空间可用频谱资源是有限的，而无线应用却越来越多，使得无线频谱的使用受到各国政府的严格管理并统一规划。于是，各种各样的具有较高频谱效率的通信技术不断被开发出来，OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing）是目前已知的频谱利用率最高的一种通信系统，它将数字调制、数字信号处理、多载波传输等技术有机结合在一起，使得它在系统的频谱利用率、功率利用率、系统复杂性方面综合起来有很强的竞争力，是支持未来移动通信特别是移动多媒体通信的主要技术之一。 OFDM是一种多载波传输技术，N个子载波把整个信道分割成N个子信道，N个子信道并行传输信息。OFDM系统有许多非常引人注目的优点。第一，OFDM具有非常高的频谱利用率。普通的FDM系统为了分离开各子信道的信号，需要在相邻的信道间设置一定的保护间隔（频带），以便接收端能用带通滤波器分离出相应子信道的信号，造成了频谱资源的浪费。OFDM系统各子信道间不但没有保护频带，而且相邻信道间信号的频谱的主瓣还相互重叠（见图1.5），但各子信道信号的频谱在频域上是相互正交的，各子载波在时域上是正交的，OFDM系统的各子信道信号的分离（解调）是靠这种正交性来完成的。另外，OFDM 的个子信道上还可以采用多进制调制（如频谱效率很高的QAM），进一步提高了OFDM系统的频谱效率。第二，实现比较简单。当子信道上采用QAM或MPSK调制方式时，调制过程可以用IFFT完成，解调过程可以用FFT完成，既不用多组振荡源，又不用带通滤波器组分离信号。第三，抗多径干扰能力强，抗衰落能力强。由于一般的OFDM系统均采用循环前缀（Cyclic Prefix，CP）方式，使得它在一定条件下可以完全消除信号的多径传播造成的码间干扰，完全消除多径传播对载波间正交性的破坏，因此OFDM系统具有很好的抗多径干扰能力。OFDM的子载波把整个信道划分成许多窄信道，尽管整个信道是有可能是极不平坦的衰落信道，但在各子信道上的衰落却是近似平坦的（见图1.6），这使得OFDM系统子信道的均衡特别简单，往往只需一个抽头的均衡器即可。 当然，与单载波系统比，OFDM也有一些困难问题需要解决。这些问题主要是：第一，同步问题。理论分析和实践都表明，OFDM系统对同步系统的精度要求更高，大的同步误差不仅造成输出信噪比的下降，还会破坏子载波间的正交性，造成载波间干扰，从而大大影响系统的性能，甚至使系统无法正常工作。第二，OFDM信号的峰值平均功率比（Peak-to-Average Power Ratio，PAPR）往往很大，使它对放大器的线性范围要求大，同时也降低了放大器的效率。OFDM在未来通信系统中的应用，特别是在未来移动多媒体通信中的应用，将取决于上述问题的解决程度。 OFDM技术已经或正在获得一些应用。例如，在广播应用中欧洲的ETSI（European Telecommunication Standard Institute，欧洲电信标准学会）已经制定了采用OFDM技术的数
229 2.以太网工作原理 以太网采用共享信道的方法，即多台主机共同一个信道进行数据传输。为了解决多个计算机的信道征用问题，以太网采用IEEE802.3标准规定的CSMA/CD（载波监听多路访问/冲突检测）协议，他是控制多个用户共用一条信道的协议，CSMA/CD的工作原理如下：（1）载波监听（先听后发） 使用CSMA/CD协议时，总线上各个节点都在监听总线，即检测总线上是否有别的节点发送数据。如果发现总线是空闲的，既没有检测到有信号正在传送，即可立即发送数据；如果监听到总线忙，即检测到总线上有数据正在传送，这时节点要持续等待直到监听到总线空闲时才能将数据发送出去，或等待一个随机时间，重新监听总线，一直到总线空闲再发送数据。载波监听也称作先听后发。 （2）冲突检测 当两个或两个以上的节点同时监听到总线空闲，开始发送数据时，就会发生碰撞冲突；传输延迟可能会使第一个节点发送的数据还没有到达目标节点时，另一个要发送的数据的节点就已经监听到总线空闲，并开始发送数据，这也会带至冲突的产生。当两个帧发生冲突时，两个传输的帧就会被破坏，被损坏帧继续传输毫无意义，而且信道无法被其他站点使用，对于有限的信道来讲，这是很大的浪费。如果每个发送节点边发送边监听，并在监听到冲突之后立即停止发送，就可以提高信道的利用率。当节点检测到纵向上发生冲突时，就立即取消传输数据，随后发送一个短的干扰信，一较强冲突信号，告诉网络上的所有的节点，总线已经发生了冲突。在阻塞信号发送后，等待一个随机事件，然后再将要发的数据发送一次。如果还有冲突，则重复监听、等待和重传操作。图6-30显示了采用CSMA/CD发送数据的工作流程。 CSMA/CD采用用户访问总线时间不确定的随机竞争方式，有结构简单、轻负载时时延小等特点，但当网络通信附在增大时，由于冲突增多，网络吞吐率下降、传输演示增长，网络性能会明显下降。 从以上分析可以看出，以太网的工作方式就像没有主持人的座谈会中，所有的参会者都通过一个共同的戒指来吗相互交谈。每个参加会议的人在讲话钱，都礼貌的等到别人把话讲完。如果两个客人同时开始讲话，那么他们都停下来，分别随即等待一段时间在开始讲话，
以太网网卡结构和工作原理 网络适配器又称网卡或网络接口卡（NIC），英文名NetworkInterfaceCard。它是使计算机联网的设备。平常所说的网卡就是将PC机和LAN连接的网络适配器。网卡（NIC）插在计算机主板插槽中，负责将用户要传递的数据转换为网络上其它设备能够识别的格式，通过网络介质传输。它的主要技术参数为带宽、总线方式、电气接口方式等。它的基本功能为：从并行到串行的数据转换，包的装配和拆装，网络存取控制，数据缓存和网络信号。目前主要是8位和16位网卡。 网卡必须具备两大技术：网卡驱动程序和I/O技术。驱动程序使网卡和网络操作系统兼容，实现PC机与网络的通信。I/O技术可以通过数据总线实现PC和网卡之间的通信。网卡是计算机网络中最基本的元素。在计算机局域网络中，如果有一台计算机没有网卡，那么这台计算机将不能和其他计算机通信，也就是说，这台计算机和网络是孤立的。 网卡的不同分类：根据网络技术的不同，网卡的分类也有所不同，如大家所熟知的ATM网卡、令牌环网卡和以太网网卡等。据统计，目前约有80％的局域网采用以太网技术。根据工作对象的不同务器的工作特点而专门设计的，价格较贵，但性能很好。就兼容网卡而言，目前，网卡一般分为普通工作站网卡和服务器专用网卡。服务器专用网卡是为了适应网络服种类较多，性能也有差异，可按以下的标准进行分类：按网卡所支持带宽的不同可分为10M网卡、100M网卡、 10/100M自适应网卡、1000M网卡几种；根据网卡总线类型的不同，主要分为ISA网卡、EISA网卡和PCI网卡三大类，其中ISA网卡和PCI网卡较常使用。ISA总线网卡的带宽一般为10M，PCI总线网卡的带宽从10M到1000M都有。同样是10M网卡，因为ISA总线为16位，而PCI总线为32位，所以PCI网卡要比ISA网卡快。 网卡的接口类型：根据传输介质的不同，网卡出现了AUI接口（粗缆接口）、BNC接口（细缆接口）和RJ-45接口（双绞线接口）三种接口类型。所以在选用网卡时，应注意网卡所支持的接口类型，否则可能不适用于你的网络。市面上常见的10M网卡主要有单口网卡（RJ-45接口或BNC接口）和双口网卡（RJ-45和BNC两种接口），带有AUI粗缆接口的网卡较少。而100M和1000M网卡一般为单口卡（RJ-45接口）。除网卡的接口外，我们在选用网卡时还常常要注意网卡是否支持无盘启动。必要时还要考虑网卡是否支持光纤连接。 网卡的选购：据统计，目前绝大多数的局域网采用以太网技术，因而重点以以太网网卡为例，讲一些选购网卡时应注意的问题。购买时应注意以下几个重点： 网卡的应用领域----目前，以太网网卡有10M、100M、10M/100M及千兆网卡。对于大数据量网络来说，服务器应该采用千兆以太网网卡，这种网卡多用于服务器与交换机之间的连接，以提高整体系统的响应速率。而10M、100M和 10M/100M网卡则属人们经常购买且常用的网络设备，这三种产品的价格相差不大。所谓10M/100M自适应是指网卡可以与远端网络设备（集线器或交换机）
课程 DA000004 以太网技术原理ISSUE 1.0
DA000004 以太网技术原理 ISSUE1.0 目录 目录 课程说明 (1) 课程介绍 (1) 课程目标 (1) 相关资料 (1) 第1章以太网基础 (2) 1.1 802.3的电缆 (4) 1.2 802.3的MAC子层协议 (5) 1.3 IEEE 802.2标准：逻辑链路控制（LLC） (6) 1.4 常用以太网连接方法 (7) 1.5 快速以太网简介 (8)
课程说明 课程介绍 本课程主要介绍以太网的相关标准和线缆课程目标 完成本课程的学习后，您应该能够： ●了解IEEE 802协议族 ●了解以太网中常用的线缆 相关资料 ●IEEE 802.2 ●IEEE 802.3 ●IEEE 802.3u ●IEEE 802.3z
第1章 以太网基础 以太网简介 以太网由Xerox 公司PARC 研究中心于1973年5月22日首次提出 x I c 以太网电缆 分接器 接口电缆 收发器 站点 控制器 终端器 接口 以太网系统的真正开端是在夏威夷岛上建造的用于无线电通信的ALOHA 系统。对于采用广播信道的网络而言，最为关键的一个设计问题就是如何给各个站点分配信道的使用权。 ALOHA 是夏威夷大学的Norman Abramson 和他的伙伴们发明的一种全新的动态信道分配方法，其基本思想很简单：用户只要有数据要发送，就让他们发送。由于广播的反馈性，发送方只要侦听信道就可以知道发出的数据是否被破坏，如果被破坏，发送方等待一段随机的时间再重发数据。区别于传统的静态信道访问方法如TDM （Time Division Multiplexing ）、FDM （Frequency Division Multiplexing ），ALOHA 可以很好的处理数据通信的突发性，提高信道的利用率。后来，为了尽量减少冲突的发生，在ALOHA 的基础上出现了很多的动态信道分配方法。其中在ALOHA 基础上加入了载波监听的CSMA/CD （Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection ）是最重要也是应用最为广泛的一种改进。第一个CSMA/CD 系统是由Xerox PARC 建造的一个2.94Mb/s 的系统。这也是第一个被称为以太网（Ethernet ）的系统。 1CSMA/CD 规定了一个想传输数据的节点必须执行如下步骤： (1) 监视信道直到其空闲。 (2) 传输数据，并监视信道看是否有冲突发生。 (3) 如果检测到冲突发生，停止传输，发出一个冲突产生信号，再等待一个 随机的时间，再回到第一步。这个随机的时间依如下规则选择：如果数
通信系统综合设计 报告 题目：OFDM系统原理及其实现 学部： 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 撰写日期：
目录 第一章................................................... 错误!未定义书签。 要求................................................. 错误!未定义书签。 系统基本原理及基本模块............................... 错误!未定义书签。 设计思路......................................... 错误!未定义书签。 系统基本模块..................................... 错误!未定义书签。第二章................................................... 错误!未定义书签。 编程思路及框架....................................... 错误!未定义书签。 信道编码映射..................................... 错误!未定义书签。 串并/并串变换.................................... 错误!未定义书签。 调制解调......................................... 错误!未定义书签。 添加/取出循环前缀................................ 错误!未定义书签。第三章................................................... 错误!未定义书签。 实验结果............................................ 错误!未定义书签。 码率计算：....................................... 错误!未定义书签。 试验结果......................................... 错误!未定义书签。总结..................................................... 错误!未定义书签。附录..................................................... 错误!未定义书签。 第一章 要求 仿真实现OFDM调制解调，在发射端，经串/并变换和IFFT变换，加上保护间隔（又称“循环前缀”），形成数字信号，通过信道到达接收端，结束端实现反变换，进行误码分析。
APS Automatic Protection Switching BDI Backward Defect Indication BEI Backward Error Indication BIAE Backward Incoming Alignment Error BIP-8 Bit Interleaved Parity-8 DAPI Destination Access Point Identi?er EXP Experimental FAS Frame Alignment Signal FEC Forward Error Correction FTFL Fault Type and Fault Location GCC General Communication Channel GMP Generic Mapping Procedure IAE Incoming Alignment Error JC Justi?cation Control JOH Justi?cation Overhead LLM Logical Lane Marker MFAS Multi-Frame Alignment Signal ODTU Optical channel Data Tributary Unit ODTUG Optical channel Data Tributary Unit Group ODU Optical channel Data Unit OH Overhead OMFI OPU Multi Frame Identi?er OPSM Optical Physical Section Multilane OPU Optical channel Payload Unit OTL Optical channel Transport Lane OTLCG Optical Transport Lane Carrier Group OTN Optical Transport Network OTU Optical channel Transport Unit PCC Protection Communication Channel PM Path Monitoring PMA Physical Media Attachment PMOH Performance Monitoring Overhead PSI Payload Structure Identi?er PT Payload Type RES Reserved SAPI Source Access Point Identi?er SM Section Monitoring SNC SubNetwork Connection SNC/I SNC protection with Inherent monitoring SNC/N SNC protection with Non-intrusive monit. SNC/S SNC protection with Sublayer monitoring STAT Status TC Tandem Connection TCM Tandem Connection Monitoging TCM ACT TCM Activation TCMOH Tandem Connection Monitoring Overhead TS Tributary Slot TTI Trail Trace Identi?er
OFDM的基本原理剖析 1 从FDM到OFDM 早期发展的无线网络或移动通信系统，是使用单载波调制(Single-carrier Modulation)技术，单载波调制是将要传送的信号(语音或数据)，隐藏在一个载波上，再藉由天线传送出去。信号若是隐藏于载波的振幅，则有AM、ASK调制系统；信号若是隐藏于载波的频率，则有FM、FSK调制系统；信号若是隐藏于载波的相位，则有PM、PSK调制系统。 使用单载波调制技术的通讯系统，若要增加传输的速率，所须使用载波的带宽必须更大，即传输的符元时间长度(Symbol Duration)越短，而符元时间的长短会影响抵抗通道延迟的能力。若载波使用较大的带宽传输时，相对的符元时间较短，这样的通讯系统只要受到一点干扰或是噪声较大时，就可能会有较大的误码率(Bit Error Ratio, BER)。 为降低解决以上的问题，因此发展出多载波调制(Multi-carrier Modulation)技术，其概念是将一个较大的带宽切割成一些较小的子通道(Subchannel)来传送信号，即是使用多个子载波(Subcarrier)传来送信号，利用这些较窄的子通道传送时，会使子通道内的每一个子载波的信道频率响应看似平坦，这就是分频多任务(Frequency Division Multiplexing, FDM)观念。 因为带宽是一个有限的资源，若频谱上载波可以重迭使用，那就可以提高频谱效率(Spectrum Efficiency,η)，所以有学者提出正交分频多任务(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)的技术架构。FDM与OFDM两者最大的差异，在OFDM系统架构中每个子信道上的子载波频率是互相正交，所以频谱上虽然重迭，
1.OFDM调制/解调 1.1.概述 1.1.1.OFDM调制基本原理 如图OFDM调制的过程就是将待发送的多个数据分别与多路子载波相乘合成基带复信号s(t)的过程，而OFDM解调的过程就是由复信号s(t)求解傅立叶系数的过程。复信号s(t)是时域信号，而傅立叶系数就是频域的数据。需要明确的是：对于OFDM调制来讲，输入的数据是频域数据，而输出是S(t)就是时域数据；对于OFDM解调来讲，输入的s(t)是时域信号，而输出的数据就是频域数据。当使用IDFT/DFT实现OFDM调制/解调的时候，IDFT的输入是频域数据，输出是时域数据；DFT的输入是时域数据，输出是频域数据。 基于快速离散傅里叶变换的产生和接收OFDM信号原理：在发射端，输入速率为Rb的二进制数据序列先进行串并变换，将串行数据转化成N个并行的数据并分配给N个不同的
子信道，此时子信道信号传输速率为Rb/N。N路数据经过编码映射成N个复数子符号Xk。(一个复数子符号对应速率为Rb的一路数据)随后编码映射输出信号被送入一个进行快速傅里叶逆变换IFFT的模块，此模块将频域内N个复数子符号Xk变换成时域中2N个实数样值Xk。（两个实数样值对应1个复数子符号，即对应速率为Rb的一路数据）由此原始数据就被OFDM按照频域数据进行处理。计算出的IFFT变换之样值，被一个循环前缀加到样值前，形成一个循环扩展的OFDM信息码字。此码字在此通过并串变换，然后按照串行方式通过D/A和低通滤波器输出基带信号，最后经过上变频输出OFDM信号。 1.1. 2.OFDM的优缺点 1.1. 2.1.OFDM优点 1.1. 2.1.1.频谱效率高 由于FFT处理使各个子载波可以部分重叠，因为理论上可以接近乃奎斯特极限。以OFDM 为基础的多址技术OFDMA（正交频分多址）可以实现小区内各用户之间的正交性，从而避免用户间干扰。这使OFDM系统可以实现很高的小区容量。 1.1. 2.1.2.带宽扩展性强 由于OFDM系统的信号带宽取决于使用的子载波数量，因此OFDM系统具有很好的带宽扩展性。小到几百kHz,大到几百MHz，都很容易实现。尤其是随着移动通信宽带化（将由5MHz增加到最大20MHz）,OFDM系统对大带宽的有效支持，称为其相对于单载波技术的“决定性优势”。 1.1. 2.1. 3.抗多径衰落 由于OFDM将宽带传输转化为很多子载波上的窄带传输，每个子载波上的信道可以看做水平衰落信道，从而大大降低了接收机均衡器的复杂度。相反，单载波信号的多径均衡的复杂度随着宽带的增大而急剧增加，很难支持较大的带宽（如20MHz）。
绝密★考试结束前 全国2014年4月高等教育自学考试 计算机网络原理试题 课程代码：04741 请考生按规定用笔将所有试题的答案涂、写在答题纸上。 选择题部分 注意事项： 1.答题前，考生务必将自己的考试课程名称、姓名、准考证号用黑色字迹的签字笔或钢笔填写在答题纸规定的位置上。 2.每小题选出答案后，用2B铅笔把答题纸上对应题目的答案标号涂黑。如需改动，用橡皮擦干净后，再选涂其他答案标号。不能答在试题卷上。 一、单项选择题(本大题共24小题，每小题1分，共24分) 在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题纸”的相应代码涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。 1.既可作为点—点线路通信子网又可作为广播信道通信子网的拓扑是 A.星形拓扑 B.网状形拓扑 C.树形拓扑 D.总线形拓扑 2.下列机构中，负责因特网RFC技术文件管理的是 A.ITU B.IETF C.ANSI D.ISO 3.按照网络的交换方式划分的网络类型中不包括 ．．． A.电路交换网 B.报文交换网 C.分组交换网 D.虚拟交换网 4.计算机网络各层次结构模型及其协议的集合称为 A.互联参考模型 B.网络概念框架 C.网络体系结构 D.网络结构描述 5.下列关于“面向连接服务”特点的叙述中错误 ．．的是 A.传输数据前建立连接 B.每个分组要带目的节点地址 C.收发数据的顺序不变 D.通信协议复杂通信效率不高 6.下列网络协议中提供不可靠的用户数据报传送服务的是 A.ARP B.TCP C.DNS D.UDP 7.TCP／IP参考模型中负责应用进程之间端—端通信的层次是 A.应用层 B.传输层 C.互连层 D.主机—网络层
以太网基本原理 1、M AC地址含义: MAC(Medium/MediaAccess Control, 介质访问控制)MAC地址就是烧录在网卡里的、MAC地址就是由48比特长(6字节),16进制的数字组成、0-23位就是由厂家自己分配、24-47位叫做组织唯一标志符(organizationally unique),也就就是说,在网络底层的物理传输过程中,就是通过物理地址来识别主机的,它一般也就是全球唯一的。MAC作用打个比方:计算机比作一个家,计算机之间的通信比作主人之间通过邮局寄信。 每家有一台固定电话,则电话号码就相当于ip地址,她家的具体地址“××门牌号”就相当于mac地址。邮局有ip与mac的对应表,并且时时更新。ip与mac一一对应,mac地址固定在网卡上,一般不可以更改。ip就是可以换的。如果您要寄信,在信封上写上ip就行,交给邮局,邮局负责送信。邮局通过ip到大概位置,再通过mac找到具体哪一家。那么邮局扮演的就是什么角色呢？就就是ARP(Address Resolution Protocol:地址解析协议)这个角色,负责将IP地址映射到MAC地址上来。 2、以太网: 一种允许多个网络设备(计算机,打印机,服务器,终端等)互相通讯的网络技术 在OSI七层网络模型中提供第1、2层的功能 以太网标准:IEEE802、 3 ?以太网包含了三个基本元素: –物理媒介:以铜线或光纤在网络终端间传递信号(光纤,双绞线,同轴缆) –帧结构:比特码的标准格式,用于在网络上传递用户数据
–媒体接入控制 (MAC): 每一网络终端内都有的一组规则,用以规范网络媒体的接入方式 以太网帧结构: 3、虚拟局域网的概念 (VLAN): 什么就是VLAN 就是一种通过将局域网内的设备逻辑地而不就是物理地划分成一个个网段从而实现虚拟工作组的技术。(802、1Q) (一个网络中最大能支持4096个VLAN ) 为什么用VLAN? 广播问题:(广播风暴) VLAN:隔离广播域 安全性: 随意接入 VLAN:需要通过鉴权(GVRP)才能接入VLAN VLAN本身的好处: 提高网络效率:不同VLAN的流量可以被隔离 允许物理距离很远的节点能共享相同的资源 配置灵活,容易改变LAN的成员 减少第三层(IP)的路由数量 每一个VLAN都包含一组有着相同需求的计算机工作站,与物理上形成的LAN有着相同的属性。但由于它就是逻辑地而不就是物理地划分,所以同一个VLAN内的各个工作站无须被放置在同一个物理空间里,即这些工作站不一定属于同一个物理LAN网段。一个VLAN内部的广播与单播流量都不会转发到其她VLAN中,从而有助于控制流量、减少设备投资、简化网络管理、提高网络的安全性。 Vlan帧格式: TPID:表示标记为VLAN ,TCI:表示标记控制信息(包括优先级,规范格式与VLAN ID 等) 4、TCP/IP的含义: TCP/IP协议并不完全符合OSI的七层参考模型。传统的开放式系统互连参考模型,就是一种通信协议的7层抽象的参考模型,其中每一层执行某一特定任务。该模型的目的就是使各种硬件在相同的层次上相互通信。这7层就是:物理层、数据链路层、
现代社会对通信的依赖和要求越来越高，于是设计和开发效率更高的通信系统成了通信工程界不断追求的目标。通信系统的效率，说到底是频谱利用率和功率利用率。特别是在无线通信的情况下，对两个指标的利用率更高，尤其是频谱利用率。于是，各种各样具有较高频谱效率的通信技术不断被开发出来，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用)是一种特殊的多载波调制技术，它利用载波间的正交性进一步提高频谱利用率，而且可以抗窄带干扰和抗多经衰落。OFDM通过多个正交的子载波将串行数据并行传输，可以增大码元的宽度，减少单个码元占用的频带，抵抗多径引起的频率选择性衰落，可以有效克服码间串扰，降低系统对均衡技术的要求，是支持未来移动通信，特别是移动多媒体通信的主要技术之一。 1 OFDM基本原理 一个完整的OFDM系统原理如图1所示。OFDM的基本思想是将串行数据，并行地调制在多个正交的子载波上，这样可以降低每个子载波的码元速率，增大码元的符号周期，提高系统的抗衰落和干扰能力，同时由于每个子载波的正交性，大大提高了频谱的利用率，所以非常适合移动场合中的高速传输。
在发送端，输入的高比特流通过调制映射产生调制信号，经过串并转换变成N条并行的低速子数据流，每N个并行数据构成一个OFDM符号。插入导频信号后经快速傅里叶反变换(IFFT)对每个OFDM符号的N个数据进行调制，变成时域信号为： 式中：m为频域上的离散点；n为时域上的离散点；N为载波数目。为了在接收端有效抑制码间干扰(InterSymbol Interference，ISI)，通常要在每一时域OFDM符号前加上保护间隔(Guard Interval，GI)。加保护间隔后的信号可表示为式(2)，最后信号经并／串变换及D／A 转换，由发送天线发送出去。
几种典型工业以太网技术比较
1 工业以太网总览 表1给出了常见的几种工业以太网及其管理组织。 表1-1 常见工业以太网及其管理组织列表 上述各种工业以太网管理组织的标识如图1所示。 图1-1 工业以太网管理组织标识 根据从站设备的实现方式，可将工业以太网分为三种类型： （1）类型A ——通用硬件、标准TCP/IP协议 Modbus/TCP、Ethernet/IP、PROFInet/CbA（版本1）采用这种方式。使用标准TCP /IP协议和通用以太网控制器，结构如图1-2所示。这种方式下，所有的实时数据（如过程数据）和非实时数据（如参数配置数据）均通过TCP/IP 协议传输。其优点是成本低廉，实现方便，完全兼容通用以太网。在具体实现中，某些产品可能更改/优化了TCP/IP协议以获得更好的性能，但其实时性始终受到底层结构的限制。
通用以太网控制器IP TCP/UDP IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-2 工业以太网类型A 结构 （2）类型B —— 通用硬件、自定义实时数据传输协议 Ethernet Powerlink 、PROFInet/RT （版本2）采用这种方式。采用通用以太网控制器，但不使用TCP/IP 协议来传输实时数据，而是定义了一种专用的包含实时层的实时数据传输协议，用来传输对实时性要求很高的数据，结构如图1-3所示。TCP/IP 协议栈可能依然存在，用来传输非实时数据，但是其对以太网的读取受到实时层（Timing-Layer ）的限制，以提高实时性能。这种结构的优点是实时性较强，硬件与通用以太网兼容。 通用以太网控制器 IT 应用 HTTP SNMP FTP … 图1-3 工业以太网类型B 结构 （3）类型C —— 专用硬件、自定义实时数据传输协议 EtherCAT 、SERCOS-III 、PROFInet/IRT （版本3）采用这种方式。这种方式在类型B 的基础上底层使用专有以太网控制器（至少在从站侧），以进一步
以太网的工作原理 收藏此信息打印该信息添加：用户发布来源：未知 在今天的商务世界中，可靠、高效地获取信息 已经成为实现竞争优势所必不可少的重要资产。文件柜和堆积如山的文件已经让位于以电子方式存储和管理信息的计算机。相距千里之遥的同事可以在瞬间共享信息，同一办公场所的数百位员工可以同时查看网络上的研究数据。 计算机网络技术是将这些元素粘合在一起的粘合剂。世界各地的公司通过公共互联网可以彼此共享信息并与其客户共享信息。全球计算机网络又称作“万维网”，借助它提供的服务，客户可以在网络上购买图书、衣服甚至是汽车，也可以将自己不再需要的上述物品放在网络上拍卖。 在本文中，我们将深入介绍网络的相关知识，尤其是以太网的网络标准，便于您理解所有计算机为何能够相连的幕后机制。 网络的作用
网络使得两台计算机能够相互发送和接收信息。我们并不总是能够意识到我们在频繁访问网络上的信息。互联网可以说是一个最显著的计算机网络例子，它将世界上数以百万计的计算机连接在一起，但是在我们每天获取信息时发挥作用的经常是一些较小型的网络。许多公共图书馆已经将它们的卡片目录换成了计算机终端，读者可以更快、更容易地搜索图书。机场设置了众多的显示屏，向旅客告知到港航班和离港航班的信息。许多零售店也使用专用计算机来处理POS事务。在上述情况下，都是网络将位于多个位置的不同设备连接在一起，便于人们访问某个共享的数据库。 在介绍以太网这样的网络标准细节之前，我们必须首先了解一些基本术语及其解释，它们描述了不同的网络技术及其相互间的差异——下面就让我们开始吧！ 局域网和广域网 我们可将网络技术划分为以下两组基本技术之一：局域网（L AN）技术，可在相对较近的距离内（通常在同一个建筑物内）将许多设备连接在一起。图书馆中用来显示图书信息的终端计算机便可连接到局域网上。广域网（WAN）技术，可将相距几十公里的设备连接在一起，但能够连接的设备数量较少。例如，如果两个位于城市两端的图书馆希望共享图书目