【计算机网络】物理层基本概念

物理层基本概念

物理层的接口特性

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性

定义接口的标准等

机械特性

定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。

电气特性

规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。

例：某网络在物理层规定，信号的电平用+10V~+15V表示二进制0，用-10V～-15V表示二进制1，电线长度限于15m以内

功能特性

指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。

规程特性

（过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

数据通信基础知识

信源

发送器——————与信源合称原系统

传输系统

接收器

信宿——————与接收器合成目的系统

数据通信的相关术语

通信的目的是传送消息(消息:语音、文字、图像、视频等)。

• 数据data:传送信息的实体,通常是有意义的符号序列。

• 信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。

  • 数字信号/离散信号:代表消息的参数的取值是离散的。

  • 模拟信号/连续信号:代表消息的参数的取值是连续的。

• 信源：产生和发送数据的源头。

• 信宿：接收数据的终点。

• 信道:信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质,因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

  • 按传输信号分：模拟信道（传输模拟信号）&数字信道（传输数字信号）
  • 按传输介质分：无线信道&有线信道

设计数据通信系统需要考虑的问题

1.采用单工通信/半双工/全双工通信方式？

2.采用串行通信/并行通信方式？

3.采用同步通信/异步通信方式？

三种通信方式

串行传输&并行传输

同步传输&异步传输

术语！

码元

码元是指用一个固定时长的信号波形(数字脉冲) ,代表不同离散数值的基本波形,是数字通信中数字信号的计量单位,这个时长内的信号称为k进制码元,而该时长称为码元宽度。

当码元的离散状态有M个时(M大于2) ,此时码元为M进制码元。1码元可以携带多个比特的信息量。例如,在使用二进制编码时,只有两种不同的码元,一种代表0状态,另一种代表1状态。

红色小线段代表码元，红色线段长度叫做码元宽度，一低一高代表二进制码元

左边这种是四进制码元

4进制码元。码元的离散状态有四个：00 01 10 11，可以表示四种不同信号

16进制码元：码元离散状态有16个：0000 0001 0010 0011 …… 1111 这16种。可以表示16种不同信号

数据传输速率的两种表示方法

速率也叫数据率,是指数据的传输速率,表示单位时间内传输的数据量。

可以用码元传输速率和信息传输速率表示。

• 码元传输速率:别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等,它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数(也可称为脉冲个数或信号变化的次数) ,单位是波特(Baud，有时候用B) 。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。（低电平变成低电平也算一种转变！！！！！）

• 信息传输速率:别名信息速率、比特率等,表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数(即比特数) ,单位是比特/秒（b/s）。

关系：若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M×n bit/s。

另外，B有时候是Baud，速率单位，有时候是Byte，存储单位

例1：

• 某一数字通信系统传输的是四进制码元,4s传输了8000个码元,求系统的码元传输速率是多少?

​ 2000Baud

• 信息传输速率是多少?

​ 每个Baud传输几个信息量？四进制，每个信息使用 两位 比特表示（00 01 10 11），

​ 所以一个Baud是两个比特。 这个可以用以下公式算出：

• 若另一通信系统传输的是十六进制码元,6s传输了7200个码元,求他的码元传输速率是多少?

​ 7200/6 = 1200Baud

• 信息传输速率是多少?

​ 16进制，每个信息使用4位比特表示（0000 0001 0010 0011 …… 1111 这16种）

​ 于是1200*4 = 4800b/s

• 并指出哪个系统传输速率快?

​ 那肯定是16进制快。主要还是看信息传输速率！

例2

已知八进制数字信号的传输速率为1600B。试问变换成二进制数字信号时的传输速率是多少？

首先计算信息传输速率：

然后二进制，因为二进制是每个码元只有一个比特，所以还是4800b/s。

例3

已知二进制数字信号的传输速率为2400b/s。试问变换成四进制数字信号时,传输速率为多少波特?

4进制，每个码元两位比特。所以直接除以2。答案是1200Baud

带宽

• 模拟信号系统中:当输入的信号频率高或低到一定程度,使得系统的输出功率成为输入功率的一半时(即-3dB)，

​ 最高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽,其单位为赫兹(Hz)。

• 数字设备中：表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率” /单位时间内通过链路的数量,常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。 单位是比特每秒(bps)。