铁路通信原理知识点

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1、CH0:1、现代铁路信号系统，是集计划（管理）、控制、监测、维护为一体的综合化、集成化 的复杂系统、安全关键系统。2 、铁路信号关键技术故障安全技术3 、 CTCS 2系统限速 设置流程：a、调度中心向车站下达限速调度命令b、车站值班员签认限速调度命令c、向车 站列控中心传送限速调度信息d、列控中心选择限速报文并向应答器传送e、列车在经过有 源应答器时接收限速信息 4、基于固定闭塞的目标距离控制点连式5、基于移动闭塞的目 标距离控制，行车许可生成原理：列车的占用检查由车载设备自行计算；地面设备根据列车 发送的位置计算和给出行车许可；两车追踪，后车根据地面给出的限速信息向前搜索障碍点， 计算允许

2、速度。行车许可生成过程：在移动闭塞方式下，两车追踪的情况中，列车实时计算 自身的位置，并通知地面设备，地面设备将前车的位置连同本列车前方所有障碍点、限速点 等信息发送给本列车，可见前车的位置对于本列车来说等同于线路上其他障碍点，只是限速 为零，本列车从自身车头开始向前搜索，将所有障碍点的限速信息综合考虑，计算当前的允 许速度，进行速度监控。6、固定闭塞列控系统特点：依靠地面检查列车占用情况，两车追 踪时以前车为参考点向后顺序开放信号，为后续的列车生成行车许可。移动闭塞列控系统特 点：依靠列车自行实现精确定位并报告给地面，两车追踪时后车获取前方信息后向前计算行 车许可。7、移动闭塞列控系统运行过

3、程：列车实时计算自身的位置，并且依赖点式应答器 的定位信息实现精确定位，并通过无线传输发送到地面子系统，地面子系统将目标停车点（前 方列车尾部）连同其他线路上的障碍点信息（位置、限速等）发送给列车，车载子系统利用 这些信息进行相应的计算，将计算的允许速度通过人机界面通知司机，按照允许速度进行驾 驶。8、移动闭塞列控系统地面设备：增加了无线传输方式，地面设备没有轨道电路设备而 是增加了无线闭塞中心，车载子系统也不依靠信号行车。地车信息传输方式仍然采用的是点 -连式传输方式，包含连续式的无线传输，也包含点式的应答器等方式。9、CTCS-2级列控 系统：基于轨道电路和应答器传输列车运行许可信息，采用

4、目标距离模式曲线监控列车安全 运行的列车运行控制系统。10、轨道电路的基本特点：连续、容量小、单向、位置相关；点 式应答器的基本特点：点式、容量大、单向、位置相关；无线通信的基本特点：连续、大容 量、双向、位置无关11、CTCS-3级列控系统是基于GSM-R无线通信实现车地信息双向传输， 轨道电路实现列车占用检查，无线闭塞中心（RBC）生成行车许可，应答器实现列车定位， 同时具备CTCS-2级功能的列车运行控制系统。12、CTCS-3级列控系统控车原理：速度-距 离控制方式；C3行车许可包括：目标距离：距行车许可终点的距离，目标速度：通过行车 许可终点时的速度，线路数据：坡度、静态限速、线路条

5、件（过分相信息、等级转换点等）， 临时限速信息 13、基本原理：列控系统：保证列车间的安全间隔（相对位置）；轨道电路实 现列车（列车A）占用检查，以闭塞分区为单位，列车B报告当前位置（列车编号）等，无线 闭塞中心生成行车许可，通过无线向列车B传送行车许可（MA）14、CTCS-3级列控系统地面 设备一一无线闭塞中心（RBC）RBC主要功能：RBC根据从外部地面系统（联锁设备、相邻 RBC、临时限速服务器）接收到的信息（即股道占用、进路状态、临时限速等）以及与车载 设备交换的信息（位置报告）生成发送给列车的控制命令，主要是提供行车许可，使列车在 RBC 管辖范围内的线路上安全运行，完成列车间隔控

6、制和列车防护。CH1:1、现代轨道交通定义：利用轨道列车进行人员、货物运输的方式。分类：铁路（普速 铁路、高速铁路）、城市轨道交通（地铁、轻轨：单轨、直线电机、市郊铁路）、磁悬浮交通 （中低速磁浮、高速磁浮）2、CTCS0：为即有线的现状，由通用机车信号和运行监控记录装 置构成,CTCS1：由主体机车信号+加强型运行监控记录装置组成。面向160km/h以下的区段。 CTCS2：是基于轨道传输信息的列车运行控制系统。面向提速干线和高速新线，采用车-地一 体化设计，地面可不设通过信号机，机车乘务员凭车载信号行车CTCS3：是基于无线传输信 息并采用轨道电路等方式检查列车占用的列车控制CTCS4：是

7、基于无线传输信息的列车控制 系统，面向高速新线或特殊线路3、以上3种信号系统都包含：地面通信网络、车地移动通 信网络、车载通信网络；从通信的角度看，3 种信号系统大同小异，而高铁信号系统更为复 杂和全面。4、信号系统本质要求一故障安全7、铁路信号系统通过广泛运用3C （计算机、 通信、控制）技术，实现了以下5 个转变：由面向地面固定信号显示的控制到面向移动列车 的直接控制的转变；由只是对信号显示控制而不能控制列车执行与否的开环控制到列车必须 按要求执行信号命令的闭环控制；由车站分散控制到调度集中统一指挥控制的转变；由调度 单一指挥行车到行车指挥、进路控制和临时限速等综合操控的转变；由广播式简单

8、通信到点 对点和点对多点的多功能移动通信转变。8、铁路信号系统的各个组成部分通过通信和网络 等技术有机结合，实现地面控制与车上控制结合、本地控制与中央控制结合，构成一个以安 全设备为基础，集行车指挥、运行调整、列车运行速度自动控制、集中监测等功能为一体的 集中指挥、分散控制的综合性、闭环控制系统。基于GSM-R无线通信实现列控信息车一地之 间双向传输的铁路信号系统包括调度集中系统、车站计算机联锁系统、列车运行控制系统和 信号集中监测。调度集中系统（CTC）是由调度中心与所辖区段沿线信号室中的CTC站机共 同组成的系统。调度集中根据列车运行、沿线行车设备状态及维修作业情况的实时信息，按 照列车运

9、行计划统一指挥全区段的列车运行。计算机联锁系统是保证列车行车安全的基础设 备，主要任务是按一定程序和条件控制道岔、信号，建立列车或调车进路，实现与列车运行 和行车指挥等系统的结合，实现进路的人工或自动控制，显示区段占用和进路状态、信号开 放和道岔状态、遥控和站控等各种表示和声光报警。信号集中监测（CSM）系统设置在综合 维修工区，通过远程网络对分散在调度中心、车站和轨旁的信号设备的电气特性、工作状态、 操作过程等信息进行实时监测、记录及回放，并对检测的超标、故障等信息进行报警。9、 列车运行控制系统简称列控系统，由无线闭塞中心、列控中心、轨道电路、应答器、车载设 备等组成。列控系统是整个信号系

10、统的核心，确保与安全相关的所有功能，包括列车运行、 乘客和员工的安全。无线闭塞中心（RBC）根据联锁办理进路信息、轨道电路的状态信息和 列车的位置信息等生成行车许可（MA）,通过地-车信息传输系统将MA、线路参数和限速信 息等传输给车载设备；列控中心（TCC）控制轨道电路编码和有源应答器的发送报文；轨道 电路实现列车占用检查，并向车载设备传送轨道电路信息；应答器（包括有源应答器和无源 应答器）向车载设备传送线路参数和限速等信息；车载设备根据接收到的MA、线路参数和 限速信息计算连续速度-距离曲线，实时对列车进行控制，从而保证行车安全。10、轨道交 通信号系统通信特点：信号系统的设备分布在控制中

11、心、车站、轨旁和列车上，是一个分布 式、人工控制和自动控制相结合的远程控制系统。控制中心设备、车站设备、轨旁设备、车 载设备通过网络通道相互交换信息。信号系统中单一设备内部的模块之间、以及各个设备之 间需要通过相互传输控制命令、参数或者状态等信息，这些信息均为数据类型，通过数据电 路实现数据传输、交换、存储和处理 11、轨道交通信号系统通信技术应用形式：（1）地面 设备网络通信技术。信号系统地面设备使用的计算机网络主要是基于光纤和双绞线的局域网 和广域网。（2）车地移动通信技术。车地移动通信系统是实现地面设备对列车运行控制的关 键，是信号系统中所有功能完成的信息基础和保障。目前车地移动通信技术

12、主要有：基于应 答器的点式地对车单向传输方式（铁路、城轨）；基于轨道电路的连续式地对车单向传输方 式（铁路、城轨）；基于GSM-R的连续式地-车双向传输方式（高铁）；基于Wi-Fi的连续式 地-车双向传输方式（城轨CBTC）；基于38G毫米波的连续式地-车双向传输方式（高速磁浮）。（3）车载设备通信技术。目前车载设备采用的通信技术主要有异步串行通信、现场总线、 列车通信网络等三种。异步串行通信技术常用的物理层接口有 RS-422、RS-485、RS-232C， 数据链路层多采用面向字符的数据链路控制协议，以简化异步串行通信实现的复杂性。 现 场总线技术主要使用 ProfiBus 总线通信技术。

13、目前，国内列控车载设备使用的列车通信网 络一般仅局限于MVB总线通信技术。（4）安全通信技术。铁路信号系统的主要目标就是是保 证列车运行安全，因此铁路信号系统中的所有设备都属于安全相关设备。按照IEC61508中 的安全完善度等级的分类标准，我国的铁路信号设备可分为SIL 4级设备和SIL 2级设备。 SIL 4级的设备包括：联锁设备、道岔、轨道电路、列控车载设备（除DMI外）、列控中心、 无线闭塞中心、临时限速服务器、应答器等；SIL2级的设备产品包括调度集中、调度指挥 系统、信号集中监测、联锁操作终端、列控车载设备中的DMI等。为了确保安全相关设备之 间和内部信息传输的可靠性和安全性，需要

14、使用EN50159。12、中国高铁GSM-R无线网络。 GSM-R采用单网交织的冗余覆盖方案。由移动交换中心、基站控制器、基站、光传输设备、 移动终端、码型转换和速率适配单元等组成 13、轨道交通信号系统对通信的要求（1）实 时性要求信号系统各设备之间（包括车-地之间）所传输的控制信息和状态信息都有严格的 时效性，过时的信息不但毫无作用，而且会威胁到行车安全。（2）可靠性要求通信作为信 号系统之间的传输通道，必须满足高可靠性要求，以保证铁路信号系统不间断使用。（3）安 全性要求信号系统中传递的控制信息和状态信息关系到列车运行安全，铁路信号系统采用 的通信技术必须能保证信息数量的一致、内容的正确

15、和信息包的顺序，并抵御外部设备的恶 意攻击。信息传输造成的任何差错都不能产生危及行车安全的信息。（4）优先级要求信号 系统中的控制信息有不同的优先级，紧急命令具有最高优先级，应优先发送。铁路信号系统 采用的通信技术应能优先发送高优先级信息。14、现代铁路信号系统的组成：车载设备、轨 旁设备、车站设备、中心设备、综合维修工区。CH2a:1、通信：信源与信宿之间的信息传递；数字通信：在信道中采用数字信号传输离散化 处理的模拟信息；数据通信：数字信源之间的通信，一般是指计算机之间、或计算机/终端 之间的信息传输，更多地是指计算机数据的通信；信道：向通信的一方传送信息的线路，一 条通信线路往往包含多个

16、信道。信道通常分成模拟信道和数字信道；基带信号是将由不同电 压表示的数字信号1或0直接送到线路上传输，而频带信号则是将数字信号调制后形成的模 拟信号送到线路上传输。 2、数据传输介质：传输介质指传输信息的载体，分成有线介质、 无线介质。常见的有线传输介质主要有双绞线（对称电缆）及光纤等；常见的无线传输介质 主要有超短波及微波视距传播、卫星中继等。 3、双绞线是由一对相互绝缘的金属导线绞合 而成。双绞线广泛用于市话中继线、局域网和控制系统通信网中。双绞线分为屏蔽双绞线和 无屏蔽双绞线两种。屏蔽双绞线传输误码率约为10 6108,无屏蔽双绞线传输误码率约为 10 510 6。目前，常用的双绞线主要

17、有5类线、超5类线和6类线。五类线（CAT5）：最高 频率带宽为100MHz，最高传输率为100Mbps，用于语音传输和最高传输速率为100Mbps 的数据传输，主要用于100BASE T和1000BASE T网络，最大网段长为100m，采用RJ形式 的连接器。超五类线（CAT5e）：主要用于千兆位以太网（1000Mbps）。六类线（CAT6）：六 类布线的传输性能远远高于超五类标准，最适用于传输速率高于1Gbps的应用。4、光纤是 以华人科学家、 2009年诺贝尔物理学奖得主高锟提出的理论为基础， 1970年由美国康宁公 司首先研制成功。光纤不会受外界电磁波的干扰。同时本身也不释放能量，因此

18、外界也不易 窃取其数据。光纤还具有损耗低、线径细、重量轻、不怕腐蚀、节省有色金属等优点。光纤 的主要缺点是不易分接线路，可弯曲半径小也会增加安装施工的难度。光纤通信误码率可低 至 1010。光纤在进行通信时，首先在发送端经转换系统，将电信号转换成光信号，然后经 光纤送至接收端，再经转换系统，将光信号转成电信号，完成整个通信过程。 5、无线信道 通过电磁波在空气中传播，比较常用的有超短波和微波通信、卫星通信等，超短波信道误码 率一般小于104，微波信道和卫星通信误码率一般小于106。卫星通信系统由卫星和地球站 两部分组成，具有传输距离远、覆盖地域广、传播稳定可靠、传输容量大等突出的优点。用 于中

19、继通信的卫星有轨道为圆形的低轨道卫星、中轨道卫星、同步静止卫星和轨道为椭圆形 的低轨道卫星。 6、数据传输方式是指数据在信道上传递所采取的方式，分类：按数据传输 的流向及时间关系：单工、半双工、（全）双工；按数据代码传输的顺序：并行、串行；按 数据传输的同步关系：同步、异步。 7、单工通信：消息只能单方向传输的工作方式。半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收发的工作方式。全双工通信：通信双方 能够同时进行收发消息的工作方式。8、异步传输每次传送一个字符，因此也叫字符同步方 式，接收时钟不需要与发送时钟同步，除非时钟偏差超过50（这是不太可能的），不会引 起采样出错，异步通信方式简单

20、易实现，但传输效率较低；同步通信传输以字符块或位块为 单位进行，一块一般有几千个数据位。发送时钟和接收时钟必须同步。目前一般采用自同步 法，即从所接收的数据中提取时钟特征。除使双方时钟同步外，还必须在数据块前面加上前 文，数据块后面加上后文。9、串行传输是构成字符的二进制码元在一条信道上以位（码元） 为单位、按时间顺序逐位在信道上传输的方式。串行传输时，发送端按位发送，接收端逐位 接收，同时还要对所传输的字符加以确认，所以收发双方要采取同步措施，否则接收端将不 能正确区分出所传输的字符，失去通信的意义。串行传输速度慢，但是只需要一条传输信道， 线路投资少，易于顺序，是计算机通信采用的主要形式。

21、并行传输是构成字符的二进制码元 在并行信道上同时传输的方式。并行传输是一次传输一个字符，如微机内部总线上的数据码 或地址码，收发双方不存在同步问题，而且速度快。但是并行传输需要并行信道，所以线路 投资大，不适宜于远距离传输。10、目前，用于传输数字数据的线路有两类：一类是数字通 信线路，其上可以直接传输数字数据；另一类是模拟通信线路，这时要想传输数字数据，必 须经过调制和解调。因此，数字数据的传输有相应的两种方式：基带传输方式和频带传输方 式。11、数字数据以携带离散或连续消息转换成数字O或T信号形式在信道中传输，称为基 带传输。在基带传输中，传输信号的频率范围从0 到几兆赫，要求信道有较高的

22、频率特性。 一般需要选择专用的传输线路，必要时还需要对数字信号必须进行编码才能进行传输，常用 的编码方法有非归零码NRZ、HDB3码、曼彻斯特码（双相码）等等。基带传输由于信号频 率可以很低，甚至可能含有直流成份，因此也叫直流传输。传输线路的电容对传输信号的波 形影响很大，因此传输距离受到限制，一般不超过2.5km。当超过此距离时，需要通过转发 器增加功率和信号整型来延长距离。12、频带传输是指代表数据的二进制V或T通过调制解 调器，变换成具有一定频带范围的模拟数据信号进行传输。在数字频带传输中，数字调制可 以利用数字基带信号具有的特征（时间离散、幅度离散等）来控制正弦载波的振幅、频率和 相位

23、，就可以获得所谓的幅度键控、频移键控和相移键控。完成调制功能的设备叫调制器， 完成解调功能的设备叫解调器。在实际应用中调制技术和解调技术在一个设备中实现，这种 设备称为调制解调器。调制解调器提供了数字环境和模拟环境的接口。所以调制解调器又可 以看成是模拟通路的数据电路终接设备。 13、差错用误码率来衡量，差错控制的基本思想是 通过对信息序列作某种变换，使原来彼此独立、相关性很小的信息码元序列产生某种相关性， 从而在接收端有可能依据这种相关的规律来检查，进而识别或纠正传输信息序列的差错。纠 错编码方法大多是按照某种规律在用户信息序列中插入一定数量的新码元，这些新码元称为 监督码元。它们不受用户的

24、控制，最终也不送给接收用户，只是系统在传输过程中为了减少 传输差错而采用的一种处理过程。由于监督码元的加入，信道传输速率就要高于原始信息序 列速率，若信道所允许的传输速率一定的话，则为了引入纠错编码，就要降低用户输入的信 息速率。由此可见，通过抗干扰编码来提高传输的可靠性，是以牺牲传输的有效性（速率） 为代价换取的。 14、几种常用的简单差错控制编码（1）奇偶校验码：规则：发送端将所要 传输的数据码元分组，在每组数据后面附加一位监督位，使得该码组连同监督位在内的“1” 的个数为偶数（称为偶校验）或奇数（称为奇校验）。接收端按同样规律检查。只能发现单 个或奇数个错误，而不能检测出偶数个错误，也不

25、能纠错。设码组长度为n，表示为（ an-1an-2.a1aO ）， 其 中 前 n-l 位 为 信 息 码 元 ， 第 n 位 为 监 督 位 ， 则 ： （2）水平奇偶校验码：将经过奇偶监督编码的码元序列排成矩阵，每行为一组奇偶监督码， 但发送时则按列的顺序传输，接收端仍将码元排列成发送时的矩阵形式，然后按行进行奇偶 校验。由于行按进行奇偶校验，因此称为水平奇偶校验码。采用这种方法可以发现某一行上a a aa = 1n-1n 一210所有奇数个错误以及所有长度不大于方阵中行数的突发错误（3）水平垂直奇偶校验码：水 平垂直奇偶校验码，是将水平奇偶校验码推广到二维奇偶校验码，又称行列校验码和方阵

26、码。 方法：是对水平校验方阵中的每一列再进行奇偶校验。这种码比水平奇偶校验码有更强的检 错能力，它能发现某行或某列上的奇数个错误和长度不大于行数（或列数）的突发错误；还 有可能检测出偶数个错码，因为如果每行的监督位不能在本行检出偶数个错误时，则在列的 方向上有可能检出；还能纠正一些错码。15、循环冗余检验码：循环冗余检验（CRC）码是 一种循环码，只能检错而不能纠错oCRC码具有很强的检错能力，而且编码器及译码器都很 容易实现，因而在数据通信中得到广泛应用。常用CRC码有CRC16、CRC-CCITT和CRC 32码oCRC码检错能力：一般情况下，r位生成多项式产生的CRC码可检测出所有的双错

27、、 奇数位错和突发长度小于等于r的突发错以及（1-2-（r-i）的突发长度为r+1的突发错和（1-2-r） 的突发长度大于r+1的突发错。对于上述r=16的情况，就能检测出全部单错、双错、奇数 位错，全部16位或16位以下突发错误， 99.997%的17位突发错误以及99.998%的突发长度 大于17的突发错。这里，突发错误是指几乎是连续发生的一串错，突发长度就是指从出错 的第一位到出错的最后一位的长度（但是，中间并不一定每一位都错）。CH2b： 1、数据通信的基本概念：数据：预先约定的、具有某种含义的任何一个数字、字母 或符号以及它们的组合。数据通信：依照通信协议，利用数据传输技术在两个功能

28、单元之间 传递数据信息。数据通信可实现计算机与计算机、计算机与终端以及终端与终端之间的数据 信息传递。通常而言，数据通信是计算机与通信相结合而产生的一种通信方式和通信业务。 数据通信是一种把计算机技术和通信技术结合起来的新型通信方式。数据通信包括数据的传 输和数据传输前后的处理。2、数据通信系统是通过数据电路将分布在远地的数据终端设备 与计算机系统连接起来，实现数据传输、交换、存储和处理的系统。数据通信系统的基本构 成示意图：（DTE）数据终端设备(DCE )(DCE )数据 输入/ 输出 设备数据 电路 终结 设备传输信道数据 电路 终结 设备数据电路（DTE）中央计算机系统数据链路3、数据

29、终端设备：数据终端设备（DTE）由数据输入（产生数据的数据源）/输出设备（接 收数据的数据宿）和传输控制器组成。4、数据电路：数据电路由传输信道（传输数据）及 其两端的数据电路终接设备（DCE）组成。数据电路位于DTE与计算机系统之间，它的作用 是为数据通信提供数字传输信道。在数据电路两端收发的是二进制1或“0的数字数据信 号。数据传输电路要保证将DTE的数据信号送到计算机系统以及由计算机系统送回DTEo5、传输信道包括通信线路和通信设备。通信线路一般采用电缆、光缆、微波线路等；通信 设备可分为模拟通信设备和数字通信设备，从而使传输信道分为模拟传输信道和数字传输信 道。另外，传输信道中还包括通

30、过交换网的连接或是专用线路的固定连接。6、DCE是DTE 与传输信道的接口设备。发送方的DCE有两项功能：（1）将来自DTE的数据信号进行变换， 使之消除原数据信号内的直流分量，使信号功率谱与信道频带相适应，并采取措施消除数据信号序列中长串“1或长串“0码，因为数据信号序列中的长串“1和长串“0码不利于提 取定时信号而可能导致收发双方的失步；（2）当传输信道为模拟信道时，使来自 DTE 的基 带数据信号调制为载频信号，实现频谱搬移。7、调制解调器（Modem）是模拟信道最常见 的DCE，它是调制器和解调器的结合。当数据信号在数字信道上传输时，DCE变为数据服务 单元（DSU）。如果数据信号直接

31、在电缆中传输（即基带传输）这时DCE只需要实现数据信 号的变换功能。 8、中央计算机系统：中央计算机系统由通信控制器、主机及外围设备组成。 具有处理从数据终端设备输入的数据信息并将处理结果向相应的数据终端设备输出的功能。 通信控制器是数据电路和计算机系统的接口，控制与远程数据终端设备连接的全部通信信道， 接收远端DTE发来的数据信号，并向远端DTE发送数据信号。通信控制器的主要功能：（1） 对远程 DTE 一侧来说，是差错控制、终端的接续控制、确认控制、传输顺序控制和切断等 控制；（2）对计算机系统一侧来说，其功能是将线路上传来的串行比特信号变成并行比特信 号，或将计算机输出的并行比特信号变成

32、串行比特信号。（3）在远程 DTE 一侧有时也有类 似的通信控制功能，但一般作为一块通信控制板合并在 DTE 之中。主机又称中央处理机， 由中央处理单元（CPU）、主存储器、输入/输出设备以及其它外围设备组成。其主要功能是 进行数据处理。 9、数据链路是由控制装置和数据电路组成。控制装置包括 DTE 中的传输 控制器和中央计算机系统中的通信控制器。控制装置是按照双方事先约定的规程进行控制的。 一般来说，只有在建立起数据链路之后，通信双方才能真正有效地进行数据通信。10、数据 通信系统的主要技术指标：数据通信系统技术指标主要从数据传输的质量和数量来体现。质 量指信息传输的可靠性，一般用误码率来衡

33、量。数量指标包括两方面：信道的传输能力用 信道容量来衡量；信道上传输信息的速度相应的指标是数据传输速率。11、数据传输速率： 有两种度量单位： “波特率”和“比特率”。波特率又称为波形速率或码元速率。指数据通信系 统中，线路上每秒传送的波形个数。其单位是“波特”。设一个波形的持续周期为T，则波特 率B可以由下式给出：B = 1/T （波特）。比特率又称为信息速率，反映一个数据通信系统每 秒所传输的二进制位数，单位是每秒比特（位），以bit/s或bps表示。信息速率直接与波形 速率和一个波形所携带的信息量有关f因跑比特率S可以按下式计算： 12、误码率是衡量通信系统线路质量的一个重要参数。其定义

34、为：二进制符号在传输系统中 被传错的概率，近似等于被传错的二进制符号数与所传二进制符号总数的比值，即：误码率P =接收的错误比特数 误码率e -传输的总比特数 在计算机网络通信系统中，一般要求误码率低于10-9。 13、信道容量指信道能传输信息的最 大能力，用单位时间内最大可传送的比特数表示。14、数据通信网网络拓扑 （1）环型网络 将所有的节点连接形成一个闭合环路，任一节点送出的信号沿环单向传输，当网络上的节点 收到信号后，会对其做判断，若本身即是目的地节点，则接收此信号；若不是，则继续将信 号往下一个节点传送。环型网络中的每个节点有类似于中继器的功能，可将接收到的信息恢 复其原有的强度后，

35、再往下一节点传送，因此，信息在传送过程中，不会有衰减的现象。环 型网络应用的例子有： IEEE802.5 的令牌环及光纤环网。环型网络的优点：结构简单，传输 延迟确定；传输方向为单一方向，简化了信号传输路径，这样在高负载时，还可维持高速度 和宽频带的传输效率。缺点：只要任一节点故障，整个网络就会瘫痪。针对这一缺点，在某 些应用场所，可增加备用环路来提高系统的可靠性；如果要新添加或移动节点，都需要首先 停止整个网络的工作，将网络切断，然后插入新的节点或移动节点，这样会增加架设成本。 （2）星型网络将所有的工作站节点均连接至中央控制器（一般为服务器加上集线器 HUB、 交换机、路由器等），各节点呈

36、星型分布，每个节点都通过单独的通信线路与中心节点相连。 整个网络由中央控制器来管理控制，任何一对节点之间的通信必须通过中央控制器的交换才 能实现。星型网络应用的例子有： PBX、 IEEE 802.3以太网局域网。这类网络多采用双绞线作 为传输介质。优点：结构简单，容易实现；扩展性好，移动方便：增加新的节点时，只需要 从集线器或交换机等集中设备处新增一条连接线即可。同时，在一个节点出现故障后，也可 很方便的移除故障节点，易于维护；保密安全性较高。缺点：可靠性较低，因为一旦中央控 制器故障，整个网络通信便会完全瘫痪。其中央控制器往往相当复杂。尤其对于一个大型系统而言，该缺点尤其突出。（3）总线型

37、网络是利用总线作为所有节点的共同信道，其传输信 息的方向为双向，当要新增节点时，只要将节点接到最近的总线上即可。总线的端点必须连 接终端组件，以避免网络上回传末端产生的无用回音信号。总线型网络的应用实例有：IEEE802.4的令牌总线网、ARCNET网。优点：新增节点容易；任一节点故障，不会影响到整 个网络的运行。缺点：同一时刻只允许一次通信，其它用户必须等待 该通信完成后，才 可使用通信线路；保密性差（4）树型网络可以看成是星型网络的扩充。树型网络适用于汇 集信息的应用场合。节点按层次进行连接，信息交换主要在上下节点之间进行，同层节点之 间一般不进行数据交换或交换数据量很小。 15、数据通信

38、网交换技术：交换技术就是按照某 种方式动态分配传输线路资源所采用的技术。多用户之间进行数据通信时，为避免构成全网 状的网络结构，一般将各用户终端通过一个具有交换功能的网络连接起来，使任何接入该网 络的用户终端之前的数据通信均可通过网络适当的交换操作来实现 常用的交换技术有三种： 电路交换、报文交换和分组交换（包交换）（1）电路交换技术是面向连接的一种交换技术， 即必须经过“建立连接数据传输释放连接”三个步骤的连网方式。在用户双方进行通信 之前，需要预先为通信双方分配一条具有固定带宽的实际的通信电路，通信双方在通信过程 中将自始至终占用所分配的资源，直到通信结束后拆除该通信电路。在电路的建立和释

39、放过 程中都需要利用相关的信令协议。一般来说，公众电话网（PSTN网）和移动网（GSM网和 CDMA 网）采用的都是电路交换技术。 GSM-R 就是采用电路交换技术。电路交换的三个步 骤：建立连接：源节点发出呼叫请求，完成交换网中对所需节点逐个接续的过程，建立一条 由源节点到目的节点的传输通道；数据传输：此时专用的物理传输通道已建立完毕，通信双 方可双向交换数据；释放连接：由源节点或目标节点提出终止通信，发送释放请求，各节点 依次将建立的物理连接释放。电路交换必定是面向连接的。电路交换优点：实时性强；时延 小；交换设备成本较低 ，缺点：网络的带宽利用率不高，一旦电路被建立，不管通信双方 是否处

40、于通话状态，分配的电路都一直被占用。（2）报文交换不要求在两个通信节点之间建 立专用的通信电路，而是采用存储转发方式进行通信，以报文为传送单元。 报文交换网中 的用户进行通信时，发送节点把要发送的所有信息组织成一个数据包，称之为报文。报文是 逻辑上完整的信息段，由传输的数据和报头组成，报头中含有源地址和目标地址。节点根据 报头中的目标地址进行路径选择，使完整的报文在网络中按节点依次向前传送。每一个节点 接收整个报文，并检查目标节点地址，然后根据网络中的通信状况在适当的时候转发到下一 个节点。经过多次的“存储-转发”，最后到达目标节点，因而这样的交换方式又称为“存储 -转发”方式。由于需要缓存收

41、到的长报文，因此交换节点需要有足够大的存储空间。优缺 点：与电路交换相比，报文交换的优点是不建立专用的通信电路，线路空闲时可用于传送其 它通信对象的报文，因此线路利用率较高。但交换节点需要对收到的各路报文进行缓存和排 队，然后查找各自的下一节点，依次进行转发，因此会因为节点报文的排队等待而造成传输 延迟。在实际应用中，报文交换主要用于传输报文较短、实时性要求较低的通信业务，如公 用电报网、电子邮件系统等适合采用报文交换方式。（3）分组交换属于“存储-转发”和面 向无连接的交换方式，以更短、标准的“分组”为单位进行交换和传输。分组交换将需要传 送的数据按照一定的长度分割成许多小段数据，并在数据之

42、前增加相应的用于对数据进行选 路和校验等功能的头部字段，作为数据传送的基本单元，即分组。然后采用类似于报文交换 的存储转发机制，在各网络节点中依次传送分组。每个节点首先将前一节点送来的分组收下 并保存在缓冲区中，然后根据分组头部中的地址信息选择适当的链路将其发送至下一个节点， 这样在通信过程中可以根据用户的要求和网络的能力来动态分配带宽。最后，目的节点把收 到的所有分组进行组合，生成报文。优缺点：分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文 交换的数据传送效率高。分组交换分为数据报和虚电路两种方式。数据报方式中，每个分组 均带有全称网络地址（源地址、目标地址），可走不同的路径，例如：IP网络。虚电

43、路方式 是电路交换和分组交换的结合，分建立虚电路、沿建立的虚电路传输数据、拆除虚电路三个 阶段。16、三种交换技术的总结：电路交换方式对于语音通信是最优的一种交换方式。另外， 若要传送的数据量很大，且其传送时间远大于呼叫时间，则采用电路交换较为合适。但由于 数据通信具有很强的突发性，其峰值比特率和平均比特率相差较大，同时，数据通信对实时 性要求较低，但需要保证无差错传输。因此，电路交换具有较大的局限性。数据通信最适合 的交换方式是分组交换。而且，当端到端的数据通路有很多段的链路组成时，采用分组交换 传送数据较为合适。从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换 其中分组交换比

44、报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。在高带宽 的通信中更为经济、合理、可靠，是目前公认较好的一种交换技术18、国际标准化组织(ISO) /开放系统互连(OSI )网络体系结构(1)物理层处于 OSI 模型的最低层。物理层的主要功能是利用物理传输媒介为它的上一层 (数据链路层)提供物理连接，以便透明地传送比特流。 在物理层上所传数据的单位是比 特流。物理层要解决的是比特流在通信信道的传输问题。“透明”这一术语表示某一个实际 存在的事物看起来好像不存在一样。“透明地传送比特流”表示经过实际线路的传送后，比 特流没有发生变化，即这个实际电路对比特流来说是透明的。或者说，对于比特

45、流来说，这 个实际线路好像是看不见的。设计这一层时，主要考虑的是有关机械方面及电气方面的功能 和规程。它应保证当发送方发“1”码时，接收方也应收到“1”码，而不是“0”码。还要考虑 多少伏特的电压代表“1”码，多少伏特的电压代表“0”码等。同时，还要确定网络的有关设 备的连接需要多少引脚，每一引脚用作什么用途等问题(。2 数据链路层的功能是提供建立、 维持和释放数据链路连接的有关功能和规程。在物理层提供比特流传输服务的基础上，数据 链路层负责建立数据链路连接，传送以帧为单位的数据。每一帧中包括一定数量的数据信息 和一些必要的控制信息。这一层通过差错控制、流量控制等方法，使可能有差错的物理线路

46、变成无差错的数据链路，即从网络层向下看到的好像是一条无差错的链路。(3)网络层是 OSI 参考模型七层中最为复杂的一层。在网络层，数据的传送单位是分组(或称为包)。在 计算机通信网中进行通信的两个系统之间可能要经过多个节点和链路，也可能还要经过若干 个通信子网。网络层的功能是通过路由选择，使通信系统中的发送端的传输层传下来的分组 能够准确无误地找到接收端，并交付给其传输层。当一个通信子网中到达某个节点的分组过 多时，网络层要具有拥塞控制功能，以防止产生网络拥塞以至瘫痪的现象发生。网络层还有 一项任务，就是向网络工作人员提供每个用户通过网络发出的信息分组数，或者字符数，或 者比特数，以此作为收费

47、的依据。对于一个通信子网，它只包括物理层、数据链路层和网络 层这样的最低三层。(4)运输层是网络体系结构中最为关键的一层，也称为传输层或者传送 层等。运输层的功能是向高层屏蔽下层数据通信的细节，透明地传送报文，达到为用户提供 可靠的端到端的服务的目的。在传输层，数据的传送单位是报文。当报文较长时，先要把它 分割成若干个分组，然后再交给网络层进行传输。传输层要通过通信子网的特性，最佳地利 用网络资源，并以最可靠、最经济的方式为上一层建立运输连接，即为上一层提供一个可靠的端到端的服务。传输层只存在于端系统中（即主机中），所以有时这一层又称为主机-主机 层。（5）会话层也可称为会晤层或对话层。此层及

48、以上各层中，数据的传送单位一般都称为 报文。会话层可视为进入网络的接口。在用户之间建立一个连接，可视为一次会话。通过一 次会话，可以使两个系统之间传送文件。会话层的功能就是在两个互相通信的应用进程之间， 建立、组织和同步其会话，并管理数据的交换。会话层的另一功能是对会话连接进行管理和 控制。（6）表示层的主要功能是对两个通信系统中所交换信息的表示方式进行处理，其中包 括数据格式交换、数据加密与解密、数据压缩与恢复等功能。表示层的配置是独立的，它将 欲交换的数据从适合于某一用户的抽象语法，变换为适合于OSI系统内部使用的传送语法。 正是由于表示层提供的服务，才使得各应用进程间可以相互通信。（7）

49、应用层向终端用户提 供直接服务。应用层的功能是确定应用进程之间通信的性质，以满足用户的需要。同时应用 层还要负责用户信息的语义表示，并在两个通信用户之间进行语义匹配。开放系统互联管理 的主要内容是在各应用进程中进行数据传输所需连接的建立、维持、释放和数据记录等功能。 可以认为在OSI的七层模型中，所有其它各层的目的只是为了支持应用层。OSI的七层中低 三层（一至三层）是面向网络通信的，高三层（五至七层）是完全面向信息处理的，而第四 层是负责数据通信的最高层，介于面向通信的低三层与面向信息处理的高三层之间，起连接 作用。 20、网络连接器主要有中继器、网桥、路由器、交换机及网关。工作于物理层的设

50、备有中继器和集线器。用于连接物理特性相同的网段，这些网段只是位置 不同而已。中继器本质上是一个再生器，主要功能是接收一端电缆上的信号，增强信号的强 度，使信号可被正确地传到更远的地方。集线器的端口没有物理和逻辑地址。工作于逻辑链 路层的设备有网桥和二层交换机。用于连接同一逻辑网络中、物理层规范不同的网段，这些 网段的拓扑结构和其上的数据帧格式，都可以不同。网桥和二层交换机的端口具有物理地址， 但没有逻辑地址。工作于网络层的设备有路由器和三层交换机。用于连接不同的逻辑网络。 路由器的每一个端口都有唯一的物理地址和逻辑地址。工作于应用层的设备有网关。在传输 层及其以上实现网络互连，是最复杂的网络互

51、连设备，属于高层通信协议，用来解决不同类 型网络间的互联问题。网关既可以用于广域网互连，也可以用于局域网互连。严格地说，中 继器、集线器和网桥、二层交换机不能算是网络互联设备。因为他们只是扩大了网络范围（尤 其是中继器），网络本身仍然属于一个物理网络。而路由器和网关才算真正的网络互联设备。CH3a: 1、信号系统地面设备使用的计算机网络主要是基于光纤和双绞线的计算机局域网和 广域网。 3、计算机网络可按网络拓扑结构、网络涉辖范围和互联距离、网络数据传输和网 络系统的拥有者、不同的服务对象等不同标准进行种类划分。一般地，按网络覆盖范围可划 分为：局域网（LAN）。局域网的地理范围一般在10千米以

52、内，属于一个部门或一组群体组 建的小范围网，例如一个学校、一个单位或一个系统等。城域网（MAN）。其范围通常覆盖 一个城市或地区，距离从几十千米到上百千米。广域网（WAN）。广域网涉辖范围大，一般 从几十千米至几万千米，例如城市之间，一个国家或洲际网络，此时用于通信的传输装置和 介质一般由电信部门提供，能实现较大范围的资源共享。5、TCP/IP协议分层：TCP/IP是一 种因特网互联通信协议，其目的是将各种异构计算机网络或主机通过TCP/IP协议实现互联 互通。为了实现这一功能，TCP/IP采用分层体系结构，每一层完成特定的功能，各层之间相互独立，采用标准接口传送数据。数据流动可看作是从一层传

53、递到另一层，从一个协议传递 到另一个协议。数据从应用层向下传递到物理层，然后流经网络，数据到达目的地后，将通 过协议簇向上传递到目的应用程序。OSI/RM分层TCP/IP协议分层TCP/IP主要协议应用层应用层HTTP，FTP，telnet，DNS，SMTP，POP3表示层会话层传输层传输层TCP，UDP网络层网络层IP，ICMP，ARP，IGMP数据链路层网络接口层Ethernet，ATM，FDDI，FR物理层（1）应用层负责处理特定的应用程序。TCP/IP提供了大量的应用程序，下面几种是最为通 用的：WWW-国际互联网；Telnet-远程登录；FTP-文件传输协议；SMTP-用于电子邮件的

54、简 单邮件传输协议；SNMP-简单网络管理协议。（2）传输层的主要作用是为两台主机上的应用 程序提供端到端的通信。在TCP/IP协议族中有两个传输协议：TCP、UDP。TCP是一个可靠 的、面向连接的协议，它保障某一台主机的数据流准确无误的传递到网络上的另一台主机； UDP只负责将数据流从一台主机传递到网络中的另一台主机，但不保证是否能够到达，所以 说，它无连接、不可靠。（3）网络层也可称之为互联网层，其主要工作是处理分组的路由选 择。它的任务是允许主机将分组放到网络上，并且让每个分组独立地到达目的地。该层协议 包括了 IP协议、ICMP协议、IGMP协议。（4）TCP/IP网络接口层完成OS

55、I的数据链路层和物 理层功能，负责接收 IP 数据报，通过网络向外发送，或者从网络上接收物理帧，从中提出 IP数据报，向上层传送。在TCP/IP网络接口层，TCP/IP并没有定义任何特定的协议，它支持 所有标准的和专用的协议。6、网际协议IP： IP（Internet Protocol）定义相互通信的两个节 点之间网络层交互方式标准，这两个节点可以连接在同一个网络中，也可以分别位于物理/ 逻辑上不同的网络之中。IP的内容包括设备地址表示、控制与管理、设备间信息传输实现。 7、IP地址：每个连接在网络上的设备在IP层的唯一标识称为IP地址。IP数据包中含有发 送它的设备的IP地址（源IP地址）和

56、接收它的设备的IP地址（目的IP地址）。当前互联网 广泛使用的是RFC791中定义IP协议第4版本，即IPv4o IPv4协议规定每个互联网上的主机 和路由器都有一个32 位的 IP 地址，它包括网络号和主机号，这一编码组合是唯一的。把 IP 地址分成两部分的优点是使路由器中的路由表不会太大。路由器不必为每个目的主机维持一 个路由选择表项，而仅为每个网络维护一个路由选择表项，当进行路由时，只检查目的地址 的网络部分。8、IP地址结构分类：IPv4地址以用三个“隔开的四个小于256的十进制非 负整数表示，如“ 192.168.1.1” IPv4地址分为A、B、C、D、E五类。A类地址第一位为“0

57、”， 前8位代表网络号，其他24位代表网络上的主机号。在A类地址中，第一个字节的取值为 1126 （全“0”和全“1”除外），可容许有126个A类网络，每个网络可容纳224-2个主机节 点，用于少量的包含大量主机的网络。B类地址的前两位为“10,前16位代表网络号，其 他16位代表网络上的主机号。在B类地址中，第一个字节的取值为128191。可容许有 214个网络，每个网络可容纳216-2个主机节点。B类地址应用于中等规模的网络。C类地址 前3位为“110”，前24位代表网络号，其他8位代表网络上的主机号，在C类地址中，第 一个字节的取值为192223。可容许有221个网络，每个可容纳28-2

58、个主机节点。C类地址 应用于主机个数少的网络。D类地址的前4位为“1110”，为组播地址。组播IP地址的第一 个字节的取值为224239。E类地址的前5位为“11110”，未做具体定义，保留为将来使用。 第一个字节的取值为 240255o IP 地址中网络部分和主机部分的划分是通过掩码实现的， 如A类地址的网络掩码为255.0.0.0, B类为255.255.0.0, C类为255.255.255.0。私有IP地 址：Internet工程任务小组决定保留部分Internet地址空间供这些私有网络使用。这些地址 块不需要通过Internet路由，这意味着所有私有网络都可以使用相同的地址，只要它们

59、不彼 此相连就可以正常通信。保留给供私有网络使用有一些A类、B类和C类地址，这些私有地 址是在RFC 1918中定义的。9、用户数据报协议UDP： UDP是一个简单、面向数据报的传输 层协议：进程的每个输出操作都正好产生一个UDP数据报，并组装成一份待发送的IP数据 报。 UDP 协议特点： UDP 不提供可靠性：它把应用程序传给 IP 层的数据发送出去，但不保 证它们能到达目的地；UDP协议较适合于一次传输少量突发报文的应用；UDP报头可记录封 包源端与目的端的连接端口信息，让封包能够正确地到达目的端的应用程序。 UDP 与 IP 虽 然是在不同层运作，但都是以无连接方式来传送封包。无连接方

60、式使 UDP 的传送过程较简 单且传输效率较高；但相对可靠性较差，在传送过程中若发生问题，UDP并不具有确认、重 传等机制，而是必须依赖其上层的协议来处理此类问题。 UDP 报文格式： UDP 源/目的端口 号：用于寻找发端和收端应用进程，它们加上IP首部中的源端IP地址和目的端IP地址唯一 确定一个TCP连接。很多时候一个IP地址和一个端口号也称为一个Socket（后边会讲）。10、 传输控制协议 TCP： TCP 提供一种面向连接的、可靠的字节流服务。面向连接意味着两个使 用 TCP 的应用（通常是一个客户和一个服务器）在彼此交换数据之前必须先建立一个 TCP 连接。TCP保障可靠性的措施

61、：与UDP完全不同，应用数据被分割成TCP认为最适合发送 的数据块，应用程序产生的数据报长度将保持不变；由 TCP 传递给 IP 的信息单位称为报文 段或段，当TCP发出一个段后，它启动一个定时器，等待目的端确认收到这个报文段；如果 不能及时收到一个确认，将重发这个报文段，当TCP收到发自TCP连接另一端数据时，将发 送一个确认；这个确认不是立即发送，通常将推迟几分之一秒，TCP将保持它首部和数据的 检验和，这是一个端到端的检验和，目的是检测数据在传输过程中的任何变化，如果收到段 的检验和有差错，TCP将丢弃这个报文段且不确认收到此报文段（希望发端超时并重发）； 既然TCP报文段作为IP数据报

62、来传输，而IP数据报的到达可能会失序，因此TCP报文段的 到达也可能会失序，如果必要，TCP将对收到的数据进行重新排序，将收到的数据以正确的 顺序交给应用层；既然IP数据报会发生重复，TCP的接收端必须丢弃重复的数据；TCP还提 供流量控制，这将防止较快主机致使较慢主机的缓冲区溢出。11、局域网（LAN-Local Area Network）是将分散在有限地理范围内的多台计算机通过传输媒体连接起来的通信网络，通 过功能完善的网络软件，实现计算机之间相互通信和共享资源。局域网（LAN）具有以下特点： 地理分布范围较小，一般为数百米至数公里,可覆盖一幢大楼、一所校园或一个企业。数据 传输速率高，一

63、般为10、100Mbps,目前已出现速率高达1000Mbps甚至更高的局域网。误 码率低，一般在 10-1110-8。这是因为局域网通常采用短距离基带传输，可以使用高质量的 传输媒体，从而提高了数据传输质量。协议简单、结构灵活、建网成本低、周期短、便于管 理和扩充。局域网参考模型： IEEE 802 委员会给出的下图所示的局域网参考模型中只包括 OSI中的数据链路层及物理层。其中数据链路层细分为两个子层：逻辑链路控制层（LLC层） 及媒体访问控制层（MAC层）。12、IEEE802.3以太网:以太网采用载波监听多路访问/冲突检 测 CSMA/CD （Carrier Sense Multiple

64、 Access/Collision Detection）的共享访问方案。以太网标准拓 扑结构为总线型拓扑，但目前的快速和高速以太网为了最大程度减少冲突，最大程度提高网 络速度和使用效率，使用交换机来进行网络连接和组织，这样以太网的拓扑结构就成了星型， 但在逻辑上仍然使用总线型拓扑和 CSMA/CD 技术。 13、 CSMA/CD 特点：一个节点发送的帧 可以被多个节点接收。在欲发送帧前，必须对介质进行侦听，当确认其空闲时，才可以发送； 若在侦听中发现线路忙，则等待一个延时后再次侦听，若仍然忙，则继续延迟等待，一直到 可以发送为止，每次延时的时间不一致，由退避算法确定延时值；发送帧时，仍持续监测

65、信 道，一旦发现信道上发生了碰撞，则发送特殊阻塞信息强化冲突并立即停止发送数据，然后 在固定时间內等待随机时间再次发送，若依旧碰撞，则采用退避算法进行发送，退避算法保 证各节点延时时间不一致以减少碰撞；帧发送结束后，再持续2t的时间继续检监测信道， 如监测不到碰撞，可确认该帧已发送成,。这里的T指信道的最大传播时延。16、以太网交换机和路由器：以太网交换机是一种基于MAC （介质访问控制）地址识别、 完成以太网数据帧转发的网络设备，它根据帧头的目的MAC地址查找MAC地址表然后将该 数据帧从对应端口上转发出去，从而实现数据交换。交换机可分割冲突域，每个端口独立成 一个冲突域。通过交换机的过滤和

66、转发，可以有效的隔离广播风暴，减少误包和错包的出现， 避免共享冲突。目前常用的以太网交换机有二层交换机和三层交换机两种，分别工作于数据 链路层和网络层。目前，第二层交换机由于其价格低廉，并且其功能满足中小型网络互联的 需求，应用最为普遍。而在大中型网络中，第三层交换机已经成为基本配置设备。值得注意 的是，所有的交换机在协议层次上来说都是向下兼容的，都能够工作在第二层。以太网路由 器工作于网络层，能够在不同的网络之间转发数据包，并为数据转发智能地选择最佳路径， 如根据传输费用、转接延时、网络拥塞或源与目的站之间的距离还选择最佳路径。路由器的 优点在于接口类型丰富，支持的网络层功能强大，路由能力强大，适合用于大型的网络间的 路由，它的优势在于选择最佳路由，负荷分担，链路备份及和其他网