计算机网络-物理层
2020 年 12 月 24 日 207 1350 字 暂无评论

01.物理层的基本概念

  • 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——定义标准
  • 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、传输速率距离限制等。
  • 功能特性:指明某条线上出现的某一电平表示何种意义,接口部件的信号线用途。

02.数据通信基本知识

2.1典型的数据通信模型

2.2数据通信相关术语

  • 通信的目的是传送消息
  • 数据: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:代表消息的参数取值是离散的。
    • 模拟信号:代表消息的参数取值是连续的。
  • 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。

2.3三种通信方式

2.4两种数据传输方式

2.5码元

  • 定义:码元是指用一个固定时长信号波形(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。
  • 一个码元可以携带多个比特的信息量。

2.6速率、波特、带宽

  • 分为码元传输速率信息传输速率
  • 信息传输速率就是b/s,就是我们平常说的网速
  • 码元可以理解为几个比特的集合,所以信息传输速率(网速)=码元传输速率x码元所带信息量(多少比特)
  • 码元所带信息量(比特数)=log2(码元进制数)
  • 波特:用来一秒可以传输多少个码元。
  • 带宽:用来表示最高数据速率。

2.7奈氏准则和香农定理

  • 奈斯准则:在理想低通(无噪声,带宽受限)条件下,为了避免码间串扰,极限码元传输速率为2W Baud,W是信道带宽,单位是Hz。

  • 香农定理:在带宽受限且有噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限值。

2.8编码与调制

  • 编码

    • 将数据转化为数字信号
    • 数字数据(digtal data)通过 数字发送器(digit emitter)转化为 数字信号(digtal signal)。

  • 模拟数据(analog data)通过 PCM编码器(PCM coder) 转化为 数字信号 (digtal signal)。

  • 单极性不归零编码:只使用一个电压值,高电平表示1,低电平表示0。
  • 双极性不归零编码:用幅值相等的正负电平表示二进制数1和0。
  • 单极性归零编码:发送码1时高电平在整个码元期间只持续一段时间,其余时间返回零电平。
  • 双极性归零编码:正负零三个电平,信号本身携带同步信息。
  • 曼彻斯特编码:单极性编码的缺点是没有办法区分此时是没有信号,还是有信号,但是信号是0。

    • 这种编码方式是bit中间有信号,低-高跳转表示0,高-低跳转表示1,一个时钟周期只可以表示一个bit,并且必须通过两次采样才能得到一个bit。它能携带时钟信号,而且能区分此时是没有信号还是信号为0。
  • 差分曼彻斯特编码:抗干扰能力比曼彻斯特编码更强。bit与bit之间有信号跳变,表示下一个bit为0,bit与bit之间没有信号跳变,表示下一个bit为1。

  • 调制

    • 数据转化为模拟信号
    • 常用的调制方法:调频(AM),调频(FM),调相(PM)
  • 模拟数据(analog data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)。

  • 数字数据(digtal data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)。

03.物理层传输介质

  • 传输介质分为导向性传输介质和非导向性传输介质

3.1常见的导向性传输介质

3.1.1双绞线

  • 根据有无屏蔽层分为屏蔽双绞线(STP)和无屏蔽双绞线(UTP)。

3.1.2 同轴电缆(Coaxial Cable)

3.1.3 光纤(Optical fiber)

  • 根据入射角不同,又分为单模光纤和多模光纤。

  • 光纤的特点

    • 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,质量轻

3.2非导向性传输介质

04.物理层设备

4.1中继器(RP repeater)

注释:5-4-3规则是为了限制中继器使用次数的,理由可见图。

5是指不能超过5个网段。

4是指在这些网段中的物理层网络设备(中继器,集线器)最多不超过4个。

3是指这些网段中最多只有三个网段挂有计算机。

4.2集线器(Hub)


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