计算机网络 什么是复用？

复用是一种将多个数据流组合并通过单一媒介发送的技术。将数据流组合的过程被称为复用，用于复用的硬件被称为复用器。

复用通过使用一种称为多路复用器（MUX）的设备将n个输入线路组合成一个输出线路来实现。复用是一对多的关系，即n个输入线路和一个输出线路。

利用接收端的一种名为解复用器（DEMUX）的设备可以实现解复用。解复用器将一个信号分解为其组成信号（一个输入和n个输出）。因此，我们可以说解复用器采用一对多的方法。

为什么要进行复用？

• 传输媒介用于将信号从发送端发送到接收端。媒介一次只能传输一个信号。
• 如果有多个信号要共享同一个媒介，那么必须将媒介分割，使每个信号能够利用到一部分可用带宽。例如：如果有10个信号，媒介的带宽为100个单位，则每个信号共享10个单位的带宽。
• 当多个信号共享同一媒介时，存在碰撞的可能性。复用的概念用于避免这种碰撞。
• 传输服务非常昂贵。

复用的历史

• 复用技术广泛应用于电信领域，通过单根电线传输多个电话呼叫。
• 复用最早源于电报技术，起源于19世纪70年代，现在被广泛应用于通信领域。
• 1910年，乔治·欧文·斯奎尔开发了电话载波复用技术。

复用的概念

• ‘n’输入线通过多路复用器传输，多路复用器将信号组合形成复合信号。
• 复合信号通过分路器传输，并且分路器将信号分离为组分信号并将其传输到各自的目的地。

多路复用的优点：

• 可以通过单个介质发送多个信号。
• 可以有效地利用介质的带宽。

多路复用技术

多路复用技术可以分类为：

频分复用（FDM）

• 这是一种模拟技术。
• 频率分割复用（FDM） 是一种技术，将单个传输介质的可用带宽分成多个信道。

• 在上图中，一个单一的传输介质被细分为多个频率通道，并且每个频率通道被分配给不同的设备。设备1的频率通道范围是从1到5。
• 通过使用调制技术，输入信号被转化为频率带，然后通过复用器组合成复合信号。
• FDM的主要目的是将可用带宽细分为不同的频率通道，并将它们分配给不同的设备。
• 使用调制技术，输入信号被传输到频率带中，然后组合成复合信号。
• 用于调制信号的载波被称为 子载波 ，表示为f1，f2..fn。
• FDM 主要用于无线广播和电视网络。

FDM的优点：

• FDM用于模拟信号。
• FDM过程非常简单和易于调制。
• 大量的信号可以同时通过FDM发送。
• 不需要发送者和接收者之间的任何同步。

FDM的缺点：

• 只有在需要低速通道时才使用FDM技术。
• 它存在串扰问题。
• 需要大量的调制器。
• 需要高带宽通道。

FDM的应用：

• FDM常用于电视网络中。
• 它用于FM和AM广播。每个FM广播电台都有不同的频率，它们被复用以形成一个复合信号。复合信号通过空气传输。

波分复用（WDM）

• 波分复用与频分复用相同，不同的是光信号通过光纤传输。
• 波分复用用于光纤通信中，以增加单根光纤的容量。
• 它用于利用光纤电缆的高速率能力。
• 它是一种模拟复用技术。
• 来自不同源的光信号通过复用器组合到一起，形成一个更宽的光带。
• 在接收端，解复用器将信号分离发送到各自的目的地。
• 可以使用棱镜实现复用和解复用。
• 棱镜可以通过组合各种光信号形成复合信号的角色来充当复用器，然后将复合信号通过光纤电缆传输。
• 棱镜还可以执行反向操作，即解复用信号。

时分复用（Time Division Multiplexing）

• 它是一种数字技术。
• 在频分复用技术中，所有信号在不同的频率下同时运行，但在时分复用技术中，所有信号在相同的频率下以不同的时间运行。
• 在时分复用技术中，信道中可用的总时间被分配给不同的用户。因此，每个用户被分配一个不同的时间间隔，称为时隙，在该时隙内发送方传输数据。
• 用户在固定的时间内控制信道。
• 在时分复用技术中，数据不是同时传输，而是逐个传输。
• 在TDM中，信号以帧的形式传输。帧包含时间槽的一个周期，每个帧包含一个或多个专用于每个用户的时间槽。
• 它可以用于多路复用数字信号和模拟信号，但主要用于多路复用数字信号。

有两种类型的TDM：

• 同步TDM
• 异步TDM

同步TDM

• 同步TDM是一种在每个设备中预分配时间槽的技术。
• 在同步TDM中，每个设备都被分配一些时间槽，无论设备是否包含数据。
• 如果设备没有任何数据，则该时间槽将保持空白。
• 在同步TDM中，信号以帧的形式发送。时间槽以帧的形式组织。如果设备在特定的时间槽没有数据，则将发送空槽。
• 最流行的同步TDM包括T-1多路复用、ISDN多路复用和SONET多路复用。
• 如果有n个设备，则有n个时间槽。

同步时分多路复用（TDM）的概念

在上图中，实施了同步TDM技术。每个设备被分配了一些时隙。时隙传输是不管发送者是否有数据要发送的。

同步TDM的缺点：

• 通道的容量没有充分利用，因为空时隙也被传输，而这些时隙没有数据。在上图中，第一个帧完全填充，但在最后两个帧中，有一些时隙是空的。因此，我们可以说通道的容量没有被有效地利用。
• 传输介质的速度应大于输入线的总速度。同步TDM的替代方法是异步时分多路复用。

异步TDM

• 异步TDM也被称为统计TDM。
• 异步TDM是一种技术，其中时间槽不像同步TDM一样固定。时间槽仅分配给有数据要发送的设备。因此，我们可以说异步时分复用器只传输来自活动工作站的数据。
• 异步TDM技术动态地将时间槽分配给设备。
• 在异步TDM中，输入线的总速度可以超过通道的容量。
• 异步时分复用器接受传入的数据流并创建一个只包含数据而没有空槽的帧。
• 在异步TDM中，每个时隙包含一个地址部分，用于标识数据的来源。

• 同步时间分割多路复用（Synchronous TDM）和异步时间分割多路复用（Asynchronous TDM）之间的区别在于，在同步TDM中有许多时隙未被利用，但在异步TDM中，时隙得到充分利用。这导致传输时间更短，通道容量得到高效利用。
• 在同步TDM中，如果有n个发送设备，则有n个时隙。在异步TDM中，如果有n个发送设备，则有m个时隙，其中m小于n（m<n）。
• 帧中时隙的数量取决于输入线路数量的统计分析。

异步时间分割多路复用的概念

在上图中，有4个设备，但只有两个设备在发送数据，即A和C。因此，A和C的数据只通过传输线进行传输。

上图的帧可以表示为：

上图显示数据部分包含确定数据源的地址。