计算机网络 物理层

1、物理层四大规程

物理层规程：用于物理层的协议。

物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：

• 机械特性
• 电气特性
• 功能特性
• 过程特性

数据在计算机内部多采用并行传输方式。但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般是串行传输（处于经济考虑），即逐个比特按照时间顺序传输。因此物理层还需要完成传输方式的转换。

 

2、通信基础知识

数据通信系统分为三大部分：

源系统（或发送端、发送方）：分为源点（源站或信源）和发送器

传输系统（或传输网络）

目的系统（或接收端、接收方）：分为接收器和终点（目的站或信宿）

通信的目的是传送消息，数据是运送消息的实体。

 

 

信道：信道和电路不等同。信道一般表示向某一个方向传送信息的媒体。一条信道往往包含一条发送信道和一条接收信道。从通信的双方信息交互的方式来看，分为三种基本方式：

单向通信（单工通信）

是两数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。

 

双向交替通信（半双工通信）

是两数据站之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行。

 

双向同时通信（全双工通信）：传输效率最高

是在两数据站之间，可以在两个方向上同时进行传输

 

编码与调制

我们要传输数据，但数据是不能直接传输的，必须转换成信号，即我们用信号来表示数据。

 

信号：根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为以下两大类：

• 模拟信号（连续信号）：代表消息的参数取值是连续的。
• 数字信号（离散信号）：代表消息的参数取值是离散的。

 

编码：用数字信号承载数字或模拟数据
调制：用模拟信号承载数字或模拟数据

 

码元： 在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

可见码元一般有两种，分别代表比特0与1，来表示数据。

 

常见的编码方式：

 

1. 不归零码：正电平为1；
2. 归零码：脉冲下沉为0；
3. 曼切斯特码：中心向上跳变为0； （看图就是0总是一种波形，1总是一种波形）；
4. 差分曼切斯特码：位边界有跳变为0；（0在边界总是跳变（0反））

 

 

常见调制方法

基本调制

基本调制方法有：调幅（AM），调频（FM），调相（PM）。

 

 

3、奈氏准则香农公式

香农公式：

1、数据的传输是：比特流

2、香农公式：信道的极限信息传输速率C：

C = W log₂(1+S/N) (bit/s)

W：信道的宽度（Hz）  S : 信道内信号平均功率  N： 信道内噪声功率

信噪比：(dB)=10log₁₀​(S/N)(dB)

• eg:当S/N = 1000时， snr(信噪比)=30;
  香农公式表明，信道的带宽或者信噪比越大，也就是W或者（snr）越大，C就越大，也就是信息的极限传输速率就越大
• 香农公式的意义：只要信息传输速率低于信道的极限传输速率，就一定存在某种办法来实现无差错传输。

 

 

奈式准则：

C = 2W∗log_2​M

记忆方式是：理想状态下，码元的传输速率受限制，码元最大传输速率为2W，同时转化为比特传输速率为log₂M，M代表的是点平的变化种类，也就是码元的种类。

      log₂M就是M种码元使用比特来表示需要几个比特位，最后得到的就是比特传输速率。

 

奈氏准则理想，香农定理有噪声（从公式中有信噪比看出）；奈氏准则针对码元；

 

 

4、常见有线传输介质

双绞线：无屏蔽双绞线UTP、屏蔽双绞线STP

光纤：多模光纤、单模光纤

光纤不仅具有通信容量非常大的优点，还具有以下其他一些的特点：

• 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
• 抗雷电和电磁干扰性能好
• 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
• 体积小，重量轻

同轴电缆：基带同轴电缆，宽带同轴电缆

 

5、复用技术（频分复用、时分复用、统计时分复用、波分复用、码分多址）

频分复用FDM：把各路信号分别搬移到适当的频率位置，使彼此不产生干扰，同样的时间占用不同的带宽资源。

时分复用TDM：（同步时分复用）将时间划分为一段段等长的时分复用帧。所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

统计时分复用STDM：（异步时分复用）一种改进的时分复用，它能明显提高信道的利用率。

集中器常使用这种统计时分复用。

复用器：使得可以用一个共享信道传送多路信道。
分用器：把告诉信道传送过来的数据进行分用。

波分复用（WDM）：光的频分复用

码分复用（CDM）： 是另一种共享信道的方法，当码分复用信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址CDMA。

 

 

6、宽带接入技术（ADSL\HFC\FFTx）

ADSL技术：非对称数字用户线ADSL技术是用数字技术对现有模拟电话的用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。

HFC网：光纤同轴混合网（HFC网）是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网。除可传送电视节目外，还能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。

FTTx技术：多种宽带光纤接入方式。只有光纤进入用户家门后，才把光信号转化为电信号。