计算机网络-物理层

物理层

通信基础

信道、信号、带宽、码元、波特速率、信源与信宿等基本概念

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  • 信道:信道是信号的传输媒介,是一条线路的逻辑部件。一条通信电路玩玩包含一条发生信道和一条接收信道。
    1. 单向通信(单工通信
    2. 双向交替通信(半双工通信
    3. 双向同时通信(全双工通信
  • 数据:信息的承载实体。
  • 信号:数据的电磁或电气表现。
  • 带宽:媒介中信号可使用的最高频率和最低频率之差,或者说是频带的宽度;另一个定义是信道中数据的传送速率。
  • 码元:在使用时间域(简称时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形。
  • 波特:单位时间内传输的码元数。
  • 比特率:单位时间内传输的比特数。
  • 信息传播过程简单地描述为:信源→信道→信宿。

奈奎斯特定理与香农定理

  • 奈奎斯特(Nyquist)无噪声下的码元速率极限值 $B$ 与信道带宽 $H$ 的关系:

    最大数据传输率 $B=2H\ (Baud)$

    $Band$ 波特:1波特表示数字通信系统每秒传输一个码原,码原可以是多进制的、可以表示多个比特的数据

    奈奎斯特公式–无噪信道传输能力公式:$C=2H\ log₂N \ (bps)$

    式中 $H$ 为信道的带宽,即信道传输上、下限频率的差值,单位为 $Hz$ ; $N$ 为一个码元所取的离散值个数。

  • 香农公式–带噪信道容量公式:

    $C=H\ log₂(1+S/N)\ (bps) $

    式中 $S$ 为信号功率,$N$ 为噪声功率,$S/N$ 为信噪比,通常把信噪比表示成 $10lg(S/N)$ 分贝 $(dB)$。

    给出的信噪比通常是多少分贝,需要注意 $S/N=10^{分贝/10}$ 的换算

编码与调制

编码:数据→数字信号;调制:数据→模拟信号

  • 数字数据编码为数字信号

    1. 不归零制:用一个相位表示 $1\ Bit$ 数据,正电平代表1,负电平代表0。
    2. 归零制:用一个相位表示 $1\ Bit$ 数据,正脉冲代表1,负脉冲代表0。
    3. 曼期特编码:用两个相位表示 $1\ Bit$ 数据,一相位高一相位低表示 $1$,反之表示 $0$
    4. 查分曼期特编码:用两个相位表示 $1\ Bit$ 数据,改变为 $1$,不变为 $0$

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  • 数字数据调制为模拟信号

    1. 调幅(AM)
    2. 调频(FM)
    3. 调相(PM)

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电路交换、报文交换与分组交换

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  • 电路交换:在通信之前要在通信双方之间建立一条被双方独占的物理通路( 由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成)
  • 报文交换:以报文为数据交换的单位,报文携带有目的地址、源地址等信息,在交换结点采用存储转发的传输方式。
  • 分组交换:仍采用存储转发方式,它将一个大的数据块分割成若千个小数据块,再加上- - 些必要的控制信息(如源地址、目的地址等),构成分组。网络结点根据控制信息把分组送到下一结点,下一结点接收到分组后,暂时保存下来并排队等待传输,然后根据分组控制信息选择它的下一个结点,直到到达目的结点。

数据报与虚电路

传输介质

双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质

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物理层接口的特性

  • 机械特性:定义物理连接的边界点,即接插装置。规定物理连接时所采用的规格、引线的数目、引脚数目和排列情况等。
  • 电气特性:线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。
  • 功能特性:指明某条线上出现的某-电平的电压表示何种意义。
  • 过程特性:指名对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

物理层设备

中继器

中继器的功能是对信号整形并放大再转发出去,来扩大网络的传输距离。由于中继器工作在物理层,所以它不能连接两个具有不同速率的局域网。中继器两端的网络部分是网段,而不是子网,使用中继器连接起来的几个网段仍然是一个局域网。

集线器

集线器是一个多端口中继器,它把一个端口接收到的信号向其他所有端口转发出去。