传输时延和传播时延(补充:频段,信道带宽,数据速率的区别,以及帧大小和帧长)

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简介: 传输时延和传播时延(补充:频段,信道带宽,数据速率的区别,以及帧大小和帧长)

先来看例题,看是否能区分


例题1:


在相隔400km的两地间通过电缆以4800b/s的速率传送3000比特长的数据包,从开始发送到接收完数据需要的时间是(13)。


(13)A.480ms B.607ms C.612ms D.627ms


【答案】D

【解析】

一个数据包从开始发送到接收完成的时间包含两部分:发送时间tf和传播延迟时间tp,根据题目要求可以计算如下。


对电缆信道:tp=400km/(200km/ms)=2ms,tf=3000bit/4800b/s=625ms,tp+tf=627ms.


进阶:


在相隔2000km的两地间通过电缆以4800b/s的速率传送3000比特长的数据包,从开始发送到接收完数据需要的时间是(19),如果用50Kb/s的卫星信道传送,则需要的时间是(20)。


(19)A.480ms B.645ms C.630ms D.635ms


(20)A.70ms B.330ms C.500ms D.600ms


【答案】D   B

【解析】


一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=3000b/4800b/s=625ms, tp+tf=635ms.


对卫星信道:tp=270ins, tf=3000b/50kb/s=60ms, tp+tf=270ms+60ms:=330ms.


注:电缆传播速率为 200km/ms,卫星信道的传播时延为270ins

例题2:


A、B是局域网上两个相距1km的站点, A 采用同步传输方式以 1Mb/s的速率 向 B 发送长度为 200,000 字节的文件。假定数据帧长为 128 比特,其中首部为 48 比特: 应答帧为 22 比特, A 在收到 B 的应答帧后发送下一帧。传送文件花费的时间为(15)s,有效的数据速率为(16)Mb/s(传播速率为200m/us)

(15)A.1.6    B.2.4    C.3.2    D.3.6

(16)A.0.2    B.0.5    C.0.7    D.0.8

【答案】C   B

【解析】

总时间的=传输时延+传播时延

先算总的传输时延:

一共200000*8=1600000位,数据帧是128位,那么一共1600000/(128-48)=20000帧。一帧的传输时延是128/1000000,那么总的传输时延是20000*128/1000000=2.56s,而由于是必须等待应答信号,所以应答信号的总传输时延是20000*22/1000000=0.44s。

再算总的传播时延:2*20000*1000/200000000=0.2s。所以总时延等于3.2s。

而算有效数据速率的话,1600000/X=3.2S,那么有效速率是0.5Mbps。


例题3:


在CSMA/CD以太网中,数据速率为100Mb/s,网段长2km,信号速率为200m/us,则此网络的最小帧长是(60)比特。


(60)A.1000 B.2000 C.10000 D.200000


【答案】B

【解析】


为了检测冲突:


传输时延>=2倍传播时延,即


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X/100000000>=2*2000/200000000


算出X=2000


不懂就来理解一下吧


1.传输速率(发送速率):是指主机或路由器往(向)数字信道上发送数据的速度,也称为数据率或比特,单位是比特每秒,b/s。


2.传播速率:传播速率是指电磁波在信道中传播的速度,单位是“米每秒”,即m/s,更常用的是千米每秒(km/s)。电磁波在光线中的传播速率约为:2*10^8m/s。


3.传输时延(Transmission Delay)又叫发送时延,是主机或路由器发送数据帧所需要的时间,也就是从数据帧的第一个比特算起,到该数据帧的最后一个比特发送完毕所需要的时间。计算公式:发送时延=数据帧长度/信道带宽。(理想情况下,传输速率=信道带宽,传输速率主要受信道带宽和频率的影响)


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看到这里,信道带宽和数据速率又有什么区别呢


先来说说频段:


无线通信使用的是电磁波,既然是波,那就有频率,通过将连续电磁波的频率划分为不同的 “段”,即是频段,即连续电磁波的频率范围。


举例:


通常无线路由器都会有两个频段:2.4GHz和5GHz。即两条不同的路,好比汽车在高速公路,地铁在地下轨道,各有千秋。


波长=波速 * 周期=波速/频率,所以频率越高,波长越短。


为什么2.4GHz穿墙能力强,5GHz传输快?


正是由于2.4GHz的频率较低,所以波长更长,更容易绕过障碍物继续传播。


家电、无线等设备多数使用的2.4G频段,无线环境更加拥挤,干扰较大,而5GHz的频宽较宽,设备较少,从而干扰也少。


信道


上面我们知道了划分频段,信道就是在频段基础上的更进一步的划分。为什么需要再划分呢?


目的是为了避免很多个设备之间的竞争


2.4G频段的信道划分


2.4G 频段的频带宽度有 83Mhz,被划分为 13 个信道,每个信道带宽 22Mhz,那就意味着这些信道必然有重叠的部分,以下是 2.4G 的信道图,选择(1、6、11)、(3、8、13)或者(1、5、9、13),可以看到这三组信道每一组的三个信道是不重叠的:




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5.8G频段信道划分


5.8G 频段被划分为 13 个信道,频段不连续,36-64 信道的频带范围是 5.150GHz-5.250GHz,149-165 信道的频带范围是 5.725GHz-5.845GHz。信道带宽可调,可选择 20Mhz 或者 40Mhz,


那就意味着这些信道必然有重叠的部分,以下是 5.8G 的信道图:


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在Wi-Fi频段被划分为14个信道


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既然是避免冲突,为什么不多划分很多信道呢?


首先,信道越多,那每个信道的宽度就很窄了,信道里边终端的冲突概率就变得更大了,如果想要避免或是减少冲突,那么则需要花费更多的时间来监测冲突,有问题的情况下,还需要重发数据包,那么速度肯定也提不上去。


信道带宽


一个信道中最大频率与最小频率的差,就叫做信道带宽,这个值体现了信道覆盖的频率范围的大小。


在Wi-Fi中,每个信道的带宽是22MHz。但是,实际使用中,有效的带宽是20MHz,其中有2MHz是隔离频带,起保护作用。


20MHz信道带宽对应的是65M带宽 ,它的特性是穿透性好 传输的距离远(100米左右)。


40MHz信道带宽对应的是150M带宽 ,它的穿透性差 传输的距离较近 (50米左右)。


很多路由器,可以开启信道的自动切换功能。


注:信号强度的其绝对值越小,说明信号越强。你也可以根据周围的环境中其他信号使用的信道和强度,选一个没有使用的信道、或者周围弱信号使用的信道。提升路由器的使用效率。


例题:


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解析:128个等级即2^7=128,需要用7位来表示,125us的周期是每秒变化8000次(1/125),则有7*8000=56000b/s=56Kb/s。


pcm是什么:


pcm:脉冲编码调制,是将模拟信号转化为数字信号的一种方法。

声音的转化的过程为:


先对连续的模拟信号按照固定频率周期性采样

将采样到的数据按照一定的精度进行量化,量化后的信号和采样后的信号差值叫做量化误差

将量化后的数据进行最后的编码存储,最终模拟信号变化为数字信号


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pcm属性、量化指标:


采样率: 单位时间内采样的次数,以Hz为单位,采样频率越高,对信号的还原度越高越高 采样位数: 一个采样信号的位数,也是对采样精度的变现

位深度:表示用多少个二进制位来描述采样数据,一般为16bit

字节序:表示PCM数据存储的字节序是大端存储(big-endian)还是小端存储(little-endian),通常为小端存储

声道数:表示PCM文件中包含的声道数,是单声道还是双声道,此外还有5.1声道等 比特率:没有压缩的音频数据的比特率 = 采样频率 * 采样精度 * 通道数

码率:压缩后的音频数据的比特率,等于 音频文件大小 / 时长。码率越大,压缩效率越低,音质越好,压缩后数据越大。常见的码率如下:


补充:


信道容量:根据香农公式一般形式,信道容量实际是单位时间内信道能可靠传输的信息量的最大值。也就是如同限速标志。

信道带宽与信道容量的关系:


数据传输速率:

传输速率在这里指的是数据传输的快慢,单位是比特/秒。影响它因素很多,主要是信道带宽和频率。带宽越大,传输速率越大。频率越高,传输速率越高。


传输速度的单位是每秒比特(bit/s)或每秒字节(Byte/s)。


有点像称重里面的公斤与斤、公里与里,这样的换算关系。


1字节=8比特,也就是1:8的关系。


通常所说的2M是指每秒2兆比特(即2Mbit/s),


而在计算机等用户终端上显示的通常是每秒字节数(Byte/s)。


2M对应每秒256k字节,扣除用于控制连接所占用的字节,用户电脑显示的就不到256k字节(256kB)。这就好比用户购买的是“里”,但电脑显示的是“公里”。


上面讲的是信息传输速率

信息传输速率:每秒传输二进制信息的位数,单位bit/s。

信号传输速率:单位时间传输码元的个数,单位Baud。

还有一篇讲码元速率,载波速率,比特率的关系的


ASK,FSK和PSK_dulu~dulu的博客-CSDN博客

ASK,PSK,FSK以及载波速率,码元速率和二进制数据速率(比特率)

https://blog.csdn.net/weixin_69884785/article/details/130549340


也来区分区分帧大小和帧长


帧大小:


每帧采样数,表示每一帧中采样点的个数,这是一个恒定值


帧长:


是压缩时每一帧的长度,包括帧头。它将填充的空位也计算在内。LayerI的一个空位长4字节,LayerII和LayerIII的空位是1字节。当读取MPEG文件时必须计算该值以便找到相邻的帧。


具体想要详细了解可看:http://t.csdn.cn/1T63p


4.传播时延是电磁波在信道中传播一定的距离所花费的时间。计算公式:传播时延=信道长度/电磁波在信道上的传播速率。电缆默认传播速度为2*10^8m/s


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并且在CSMA/CD检测冲突中,两者关系为:传输时延>=2倍传播时延

原因可以看这里的碰撞检测部分http://t.csdn.cn/HhN6W



总的来说,传输速率相当于把你的车开到高速公路的速率,而传播速率是你的车在高速公路上的速率。

现在再回过头看例题巩固一下吧!

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