免费智能真题库 > 历年试卷 > 网络工程师 > 2019年上半年 网络工程师 上午试卷 综合知识
  第60题      
  知识点:   编码   快速以太网   物理层   编码技术   物理层标准   以太网
  关键词:   编码   快速以太网   物理层   以太网        章/节:   数据通信基础   局域网       

 
下面列出的4种快速以太网物理层标准中,采用4B5B编码技术的是( )。
 
 
  A.  100BASE-FX
 
  B.  100BASE-T4
 
  C.  100BASE-TX
 
  D.  100BASE-T2
 
 
 

 
  第14题    2022年下半年  
   62%
假设一个10Mb/s的适配器使用曼彻斯特编码向链路发送全为1的比特流,从适配器发出的信号每秒将有()个跳变。
  第16题    2012年上半年  
   15%
曼彻斯特编码的效率是(16) %, 4B/5B编码的效率是(17) %。
  第15题    2009年下半年  
   28%
下图表示了某个数据的两种编码,这两种编码分别是(15),该数据是(16)。
 
  第64题    2010年下半年  
   21%
下面列出的4种快速以太网物理层标准中,使用两对5类无屏蔽双绞线作为传输介质的是(64)。
  第11题    2011年上半年  
   14%
10Base-T以太网使用曼彻斯特编码,其编码效率为(11) %,在快速以太网中使用4B/5B编码,其编码效率为(12) %。
  第13题    2018年上半年  
   25%
快速以太网标准100BASE-FX采用的传输介质是( )。
 
  第62题    2022年下半年  
   39%
由IEEE制定的最早的STP标准是()。
  第60题    2009年上半年  
   27%
在快速以太网物理层标准中,使用两对5类无屏蔽双绞线的是(60)。
  第61题    2018年上半年  
   32%
下列快速以太网物理层标准中,使用5类无屏蔽双绞线作为传输介质的是( )。
   知识点讲解    
   · 编码    · 快速以太网    · 物理层    · 编码技术    · 物理层标准    · 以太网
 
       编码
        编码是指将量化后的样本值变成相应的二进制代码。通常,当量化级为N时,二进制位数为log2N
        例如,对声音数字化时,由于话音的最高频率是4kHz,所以采样速率是8kHz。对话音样本的量化用128个等级,因而每个样本用7位二进制数字表示。在数字信道上传输的速率是7×8000=56kb/s。
 
       快速以太网
        1995年,100Mb/s的快速以太网标准IEEE 802.3u正式颁布,这是基于10Base-T和10Base-F技术、在基本布线系统不变的情况下开发的高速局域网标准。
        快速以太网使用的集线器可以是共享型或交换型,也可以通过堆叠多个集线器扩大端口数量。互相连接的集线器起到了中继的作用,扩大了网络的跨距。快速以太网使用的中继器分为两类。I类中继器中包含编码/译码功能,它的延迟比II类中继器大。
        快速以太网的数据速率提高了10倍,而最小帧长没变,所以冲突时槽缩小为4.12μs。以太网计算冲突时槽的公式为
        
        式中,S为网络的跨距(最长传输距离);0.7C为0.7倍光速(信号传播速率);tphy为发送站物理层时延,由于发送站发送和接收两次,所以取其时延的两倍值。
        可得计算快速以太网跨距的计算公式为
        
 
       物理层
        IEEE 802.11定义了3种PLCP帧格式来对应3种不同的PMD子层通信技术。
        1)FHSS
        对应于FHSS通信的PLCP帧格式如下图所示。
        
        用于FHSS方式的PLCP帧
        SYNC是0和1的序列,共80比特作为同步信号。SFD的比特模式为0000110010111101,用作帧的起始符。PLW代表帧的长度,共12位,所以帧最大长度可以达到4096字节。PSF是分组信令字段,用来标识不同的数据速率。起始数据速率为1Mb/s,以0.5的步长递增。PSF=0000时,代表数据速率为1Mb/s;PSF为其他数值时,则在起始速率的基础上增加一定倍数的步长,例如PSF=0010,则1Mb/s+0.5Mb/s×2=2Mb/s。16位的CRC是为了保护PLCP头部所加的,它能纠正2比特错。MPDU代表MAC协议数据单元。
        2)DSSS
        下图所示为采用DSSS通信时的帧格式。
        
        用于DSSS方式的PLCP帧
        与前一种不同的字段解释如下:SFD字段的比特模式为1111001110100000。Signal字段表示数据速率,步长为100kb/s,比FHSS精确5倍。Service字段保留未用。Length字段指MPDU的长度。
        3)DFIR
        下图所示为采用漫反射红外线时的PLCP帧格式。
        
        用于DFIR方式的PLCP帧
        DFIR的SYNC比FHSS和DSSS的都短,因为采用光敏二极管检测信号不需要复杂的同步过程。Data rate字段=000,表示1Mb/s;Data rate字段=001,表示2Mb/s。DCLA是直流电平调节字段,通过发送32个时隙的脉冲序列来确定接收信号的电平。MPDU的长度不超过2500字节。
 
       编码技术
               编程规范
               在嵌入式软件开发过程中,遵守编程规范,养成良好的编程习惯,这是非常重要的,将直接影响到所编写代码的质量。
               编程规范主要涉及的三方面内容:
               .命名规则。从编译器的角度,一个合法的变量名由字母、数字和下画线三种字符组成,且第一个字符必须为字母或下画线。但是从程序员的角度,一个好的名字不仅要合法,还要载有足够的信息,做到“见名知意”,并且在语意清晰、不含歧义的前提下,尽可能地简短。
               .编码格式。在程序布局时,要使用缩进规则,例如变量的定义和可执行语句要缩进一级,当函数的参数过长时,也要缩进。另外,括弧的使用要整齐配对,要善于使用空格和空行来美化代码。例如,在二元运算符与其运算对象之间,要留有空格;在变量定义和代码之间要留有空行;在不同功能的代码段之间也要用空行隔开。
               .注释的书写。注释的典型内容包括:函数的功能描述;设计过程中的决策,如数据结构和算法的选择;错误的处理方式;复杂代码的设计思想等。在书写注释时要注意,注释的内容应该与相应的代码保持一致,同时要避免不必要的注释,过犹不及。
               性能优化
               由于嵌入式系统对实时性的要求较高,因此一般要求对代码的性能进行优化,使代码的执行速度越快越好。以算术运算为例,在编写代码时,需要仔细地选择和使用算术运算符。一般来说,整数的算术运算最快,其次是带有硬件支持的浮点运算,而用软件来实现的浮点运算是非常慢的。因此,在编码时要遵守以下准则:
               .尽量使用整数(char、short、int和long)的加法和减法。
               .如果没有硬件支持,尽量避免使用乘法。
               .尽量避免使用除法。
               .如果没有硬件支持,尽量避免使用浮点数。
               下图是一个例子,其中两段代码的功能完全一样,都是对一个结构体数组的各个元素进行初始化,但采用两种不同的方法来实现。下图(a)采用数组下标的方法,在定位第i个数组元素时,需要将i乘以结构体元素的大小,再加上数组的起始地址。下图(b)采用的是指针访问的方法,先把指针fp初始化为数组的起始地址,然后每访问完一个数组元素,就把fp加1,指向下一个元素。在一个奔腾4的PC上,将这两段代码分别重复10 700次,右边这段代码需要1ms,而左边这段代码需要2.13ms。
               
               算术运算性能优化的例子
 
       物理层标准
        物理层最常用的标准有EIA-232-E接口标准和RS-449接口标准。
               EIA-232-E
               EIA-232-E最早是1962年制定的标准RS-232。这里RS表示EIA一种“推荐标准”,232是个编号。在1969年修订为RS-232-C,C是标准RS-232以后的第三个修订版本。1987年1月,修订为EIA-232-D。1991年又修订为EIA-232-E。由于标准修改得并不多,因此,现在很多厂商仍用旧的名称,有时简称为EIA-232。
               EIA-232-E的传送距离最大约为15m,最高速率为20kb/s,并且EIA-232-E接口是为点对点(即只用一对收、发设备)通信而设计的。所以,EIA-232-E只适合于本地通信使用。
               通常,EIA-232-E接口以9个接脚(DB-9)或是25个接脚(DB-25)的型态出现,一般个人计算机(Personal Computer,PC)上会有两组EIA-232-E接口,分别称为COM1和COM2。
               RS-449
               RS-449是1977年由EIA发表的标准,规定了DTE和DCE之间的机械特性和电气特性。RS-449是想取代RS-232-C而开发的标准,但是几乎所有的数据通信设备厂家仍然采用原来的标准,所以RS-232-C仍然是最受欢迎的接口而被广泛采用。
               RS-449的连接器使用ISO规格的37引脚及9引脚的连接器,2次通道(返回字通道)电路以外的所有相互连接的电路都使用37引脚的连接器,而2次通道电路则采用9引脚连接器。
 
       以太网
        以太网是最早使用的局域网,也是目前使用最广泛的网络产品。以太网有10Mb/s、100Mb/s、1000Mb/s、10Gb/s等多种速率。
               以太网传输介质
               以太网比较常用的传输介质包括同轴电缆、双绞线和光纤三种,以IEEE 802.3委员会习惯用类似于10Base-T的方式进行命名。这种命名方式由三个部分组成:
               (1)10:表示速率,单位是Mb/s。
               (2)Base:表示传输机制,Base代表基带,Broad代表宽带。
               (3)T:传输介质,T表示双绞线、F表示光纤、数字代表铜缆的最大段长。
               传输介质的具体命名方案如下表所示,了解这些知识是十分必要的。
               
               以太网传输介质表
               
               以太网时隙
               时间被分为离散的区间称为时隙(Slot Time)。帧总是在时隙开始的一瞬间开始发送。一个时隙内可能发送0,1或多个帧,分别对应空闲时隙、成功发送和发生冲突的情况。
                      设置时隙理由
                      在以太网规则中,若发生冲突,则必须让网上每个主机都检测到。信号传播整个介质需要一定的时间。考虑极限情况,主机发送的帧很小,两冲突主机相距很远。在A发送的帧传播到B的前一刻,B开始发送帧。这样,当A的帧到达B时,B检测到了冲突,于是发送阻塞信号。B的阻塞信号还没有传输到A,A的帧已发送完毕,那么A就检测不到冲突,而误认为已发送成功,不再发送。由于信号的传播时延,检测到冲突需要一定的时间,所以发送的帧必须有一定的长度。这就是时隙需要解决的问题。
                      在最坏情况下,检测到冲突所需的时间
                      若A和B是网上相距最远的两个主机,设信号在A和B之间传播时延为τ,假定A在t时刻开始发送一帧,则这个帧在t+τ时刻到达B,若B在t+τ-ε时刻开始发送一帧,则B在t+τ时就会检测到冲突,并发出阻塞信号。阻塞信号将在t+2τ时到达A。所以A必须在t+2τ时仍在发送才可以检测到冲突,所以一帧的发送时间必须大于2τ
                      按照标准,10Mb/s以太网采用中继器时,连接最大长度为2500m,最多经过4个中继器,因此规定对于10Mb/s以太网规定一帧的最小发送时间必须为51.2μs。51.2μs也就是512位数据在10Mb/s以太网速率下的传播时间,常称为512位时。这个时间定义为以太网时隙。512位=64字节,因此以太网帧的最小长度为64字节。
                      冲突发生的时段
                      (1)冲突只能发生在主机发送帧的最初一段时间,即512位时的时段。
                      (2)当网上所有主机都检测到冲突后,就会停发帧。
                      (3)512位时是主机捕获信道的时间,如果某主机发送一个帧的512位时,而没有发生冲突,以后也就不会再发生冲突了。
               提高传统以太网带宽的途径
               以往被淘汰、传统的以太网是以10Mb/s速率半双工方式进行数据传输的。随着网络应用的迅速发展,网络的带宽限制已成为进一步提高网络性能的瓶颈。提高传统以太网带宽的方法主要有以下3种。
                      交换以太网
                      以太网使用的CSMA/CD是一种竞争式的介质访问控制协议,因此从本质上说它在网络负载较低时性能不错,但如果网络负载很大时,冲突会很常见,因此导致网络性能的大幅下降。为了解决这一瓶颈问题,“交换式以太网”应运而生,这种系统的核心是使用交换机代替集线器。交换机的特点是,其每个端口都分配到全部10Mb/s的以太网带宽。若交换机有8个端口或16个端口,那么它的带宽至少是共享型的8倍或16倍(这里不包括由于减少碰撞而获得的带宽)。
                      交换以太网能够大幅度的提高网络性能的主要原因是:
                      .减少了每个网段中的站点的数量;
                      .同时支持多个并发的通信连接。
                      网络交换机有三种交换机制:直通(Cut through)、存储转发(Store and forward)和碎片直通(Fragment free Cut through)。
                      交换式以太网具有几个优点:第一,它保留现有以太网的基础设施,保护了用户的投资;第二,提高了每个站点的平均拥有带宽和网络的整体带宽;第三,减少了冲突,提高了网络传输效率。
                      全双工以太网
                      全双工技术可以提供双倍于半双工操作的带宽,即每个方向都支持10Mb/s,这样就可以得到20Mb/s的以太网带宽。当然这还与网络流量的对称度有关。
                      全双工操作吸引人的另一个特点是它不需要改变原来10Base-T网络中的电缆布线,可以使用和10Base-T相同的双绞线布线系统,不同的是它使用一对双绞线进行发送,而使用另一对进行接收。这个方法是可行的,因为一般10Base-T布线是有冗余的(共4对双绞线)。
                      高速服务器连接
                      众多的工作站在访问服务器时可能会在服务器的连接处出现瓶颈,通过高速服务器连接可以解决这个问题。使用带有高速端口的交换机(如24个10Mb/s端口,1个100Mb/s或1000Mb/s高速端口),然后再把服务器接在高速端口上并使用全双工操作。这样服务器就可以实现与网络200Mb/s或2000Mb/s的连接。
               以太网的帧格式
               以太网帧的格式如下图所示,包含的字段有前导码、目的地址、源地址、数据类型、发送的数据,以及帧校验序列等。这些字段中除了数据字段是变长以外,其余字段的长度都是固定的。
               
               以太网的帧结构
               注:字段的长度以字节为单位
               前导码(P)字段占用8字节。
               目的地址(DA)字段和源地址(SA)字段都是占用6字节的长度。目的地址用于标识接收站点的地址,它可以是单个的地址,也可以是组地址或广播地址,当地址中最高字节的最低位设置为1时表示该地址是一个多播地址,用十六进制数可表示为01:00:00:00:00:00,假如全部48位(每字节8位,6字节即48位)都是1时,该地址表示是一个广播地址。源地址用于标识发送站点的地址。
               类型(Type)字段占用两字节,表示数据的类型,如0x0800表示其后的数据字段中的数据包是一个IP包,而0x0806表示ARP数据包,0x8035表示RARP数据包。
               数据(Data)字段占用46~1500个不等长的字节数。以太网要求最少要有46字节的数据,如果数据不够长度,必须在不足的空间插入填充字节来补充。
               帧校验序列(FCS)字段是32位(即4字节)的循环冗余码。
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