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计算机网络 · 03-data-link

信道划分方式

重要度 ⭐⭐⭐⭐⭐ 计算机网络/数据链路层信道划分FDMATDMACDMAWDM
速查
介质访问控制(MAC)分三类:信道划分(静态分配)、随机访问(竞争)、轮询访问(轮流)。信道划分是把一条共享信道划分为多个子信道供各站点独占使用,四种方式按 频率 / 时间 / 码片 / 波长 四个维度划分。考试频率 ⭐⭐⭐⭐。

核心概念

介质访问控制(MAC)

多个设备共享同一信道时,需要决定哪个设备可以发送数据。介质访问控制协议分为三类:

  1. 信道划分:静态分配信道(本节)
  2. 随机访问:竞争使用信道
  3. 轮询访问:轮流使用信道

信道划分方式

将信道资源划分为多个子信道,分配给各站点独占使用。因为是静态预先分配,所以各站点之间不会发生冲突,但在空闲时资源会被浪费。

四种信道划分方式

1. 频分多路复用(FDM / FDMA)

将信道带宽划分为多个频段,每个站点分配一个频段,同一时刻所有站点并行传输。典型应用:FM 广播、有线电视、ADSL。

2. 时分多路复用(TDM / TDMA)

时间划分为等长的时隙,按 TDM 帧轮流分配,每个站点在一个周期中独占一个时隙。典型应用:T1/E1 线路、GSM。

3. 码分多路复用(CDM / CDMA)

每个站点分配一个唯一的码片序列(chip sequence),各站点同时、同频发送,靠码片区分:

  • 发送 1 → 发送码片序列
  • 发送 0 → 发送码片序列的反码
  • 不发送 → 不发

接收方用对应站点的码片做内积恢复数据。典型应用:3G/CDMA。

CDMA 码片性质

  • A·A = 1(自身内积为 1)
  • A·B = 0(不同站点内积为 0,即码片两两正交)
  • A·(−A) = −1(反码内积为 −1)
例:A = (+1 +1 +1 -1 +1 -1 -1 +1)
    B = (+1 -1 +1 +1 -1 -1 +1 +1)
    A·B = (1-1+1-1-1+1-1+1)/8 = 0/8 = 0  ✓

4. 波分多路复用(WDM / WDMA)

可理解为光纤中的频分复用:不同站点使用不同波长(颜色)的光,通过棱镜 / 分光器分路。典型应用:光纤骨干、海底光缆。带宽极大,但设备昂贵。

方式对比

方式划分维度优点缺点应用
FDM频率简单、成熟频率资源有限广播、ADSL
TDM时间简单、公平时隙空闲浪费T1/E1
CDM码片抗干扰强、容量大实现复杂3G/CDMA
WDM波长带宽极大设备昂贵光纤骨干

常见考法

考点说明
CDMA 码片计算给定码片序列,计算内积判断数据(1 / 0 / 无)
四种方式对比划分维度、优缺点、应用场景
FDM vs TDM频率划分(同时) vs 时间划分(轮流)
CDMA 正交性验证不同站点码片内积为 0,自身内积为 1

易错点

注意
  • CDMA 中每个站点的码片长度必须相同
  • CDMA 各站点码片必须两两正交(A·B = 0)
  • TDM 中每个站点的时隙是固定的,即使没有数据也要保留(利用率低)
  • FDM 中各频段之间需要保护频带(guard band)
  • CDMA 发送 0 是发反码,不是不发送

核心结论

必背
  1. 信道划分是静态分配:无冲突但空闲资源被浪费
  2. CDMA 是 408 考试重点,务必掌握码片内积计算
  3. FDM 与 TDM 是最基本的复用方式(频分 / 时分)
  4. 现代网络通常结合多种复用方式

记忆卡片

CDMA 码片的正交条件?
不同站点码片内积为 0,自身内积为 1
FDM 和 TDM 的核心区别?
FDM 按频率划分(同时传输);TDM 按时间划分(轮流传输)。
CDMA 发送 1 和 0 的区别?
发送 1 → 码片序列;发送 0 → 码片反码
信道划分的最大优缺点?
优:无冲突、公平;缺:利用率低(空闲时隙 / 频段浪费)。

图示 · 四种信道划分

FDM(频分) 按频率分频段(同时) TDM(时分) 按时隙轮流(A/B/C/D) CDMA(码分) A:+1+1+1-1 … B:+1-1+1+1 …(同频同时,靠码片区分) WDM(波分) 不同波长(光纤) 共同点 都把一个共享信道拆成多个子信道,各站点独占其一 → 无冲突
图:四种划分方式的核心区别在于"按什么维度拆分信道"——频率、时间、码片、波长。

交互动画 · 静态划分与动态划分逐步演示

相关知识点

random-access-protocol ethernet multiplexing

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