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计算机网络 （第二章 物理层）

时间：2024-09-11 14:52:11浏览次数：12  
标签：码元 log 信号 计算机网络 传输 信道 物理层 第二章

计算机网络（第二章 物理层）

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前言

为了期末考试复习方便，以及对自己的学习进行监督，写下这一系列有关计算机网络的知识。文章内容大都是来自王道考研课以及老师上课所讲加上个人理解。

文章目录

一、物理层基本概念

  • 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是具体的传输媒体。
  • 现有的计算机网络硬件设备和传输媒体种类繁多，通信手段也有许多不同的方式。
  • 作用：尽可能屏蔽这些传输媒体和通信手段的差异。
  • 协议：物理层主机与传输介质接口特性
  • 主要任务：规定接口特性
    （1）机械特征：定义物理连接的特性，指明接口所用接线器的形状、尺寸、引脚数和排列等等；
    （2）电气特征：指明接口电缆上各条线出现的电压范围；
    （3）功能特征：指明某条线上出现某一电平的电压的意义；
    （4）过程特征：指明对于不同功能的各种可能事件出现顺序；

二、数据通信基本知识

1. 通信系统模型（信源、信道、信宿）

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  • 常用术语
    （1）数据：运载信息的载体
    （2）信号：数据的电气或电磁表现
    （3）码元：一个“信号周期”内可能出现几种信号，每一类信号就是一个码元
    （4）比特率：每秒传输几个比特，单位：bit/s 、b/s 、 bps
    （5）波特率：每秒传输几个码元，单位：码元/秒 、波特

· 若一个周期可能出现 k k k种信号，就是 k k k进制码元，1码元携带数据： log ⁡ 2 k \log_{2}k log2​k
· R b Rb Rb（比特率）、 R B R_B RB​（波特率）、 V V V（信号的状态数）
R b = R B ∗ log ⁡ 2 V R_b =R_B* \log_{2}V Rb​=RB​∗log2​V

2. 信道基本概念

  • 信道：一般用来表示向某一个方向传送信息的载体
  • 单工通信：只能有一个方向的通信，没有反方向的交互 eg：广播
  • 半双工通信：通信的双方都可以发送信息。eg：对讲机
  • 全双工通信：通信双方可以同时发送、接收信息。
  • 基带信号（基本频带信号）：来自信源的信号。（低频成分较多，要传输必须进行调制）

3. 编码、调制

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  • 编码（基带调制）：把数字信号转换为另一种数字信号（变换后的信号仍然是基带信号）
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    Tips:
    中归零：每个信号周期中间让信号值归零
    （归零的作用：让数据发送方和接收方作为时钟来使用；时钟信号的作用：让数据的发送方和接收方保持相同的节奏）
    跳0不跳1看起点，中不变：看起点是否发生信号跳变，不跳为1；信号周期中间保持不变
    （曼彻斯特）上0下1：周期中间上跳为0，下跳为1；
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  • 调制
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·调幅、调频、调相，若信号波有 k k k种振幅，频率、相位（依次对应），则1码元= log ⁡ 2 k \log_{2}k log2​k bit

·正交幅度调制，若有 m m m种振幅， n n n种相位，则1码元= log ⁡ 2 m n \log_{2}mn log2​mn bit

4.信道的极限容量

  • 信道带宽：信道允许通过的信号频带范围（HZ）
  • 噪声：对信道产生干扰，影响信道的数据传输效果

（1）奈奎斯特定理

  • 没有噪声，带宽有限的信道（理想低通信道）
  • 极限波特率 = 2W（单位：波特，码元/秒）
  • 极限比特率 = 2W log ⁡ 2 k \log_{2}k log2​k (b/s)
  • 若一个码元有 k k k种状态
  • W 是信道的频率带宽（单位：HZ）
  • 码元上限
说明：
·如果波特率太高，会导致“码间串扰”，即接收方无法识别码元
·带宽越大，信道传输码元能力越强
·奈奎斯特定理并没有随一个码元最多可以携带多少比特做出解释
Tips：码间串扰
  • 码间串扰，简称ISI，接收端收到的信号波形失去了码元间的清晰界限

（2）香农定理

  • 有噪声、带宽有限的信道
  • 极限比特率 = W log ⁡ 2 ( 1 + S / N ) \log_{2}(1+S/N) log2​(1+S/N) (b/s)
  • 比特上限

·S/N（信噪比） = 信号的功率/噪声的功率
·信噪比越高，噪声对数据传输的影响越小
·无单位

·信噪比 = 10 log ⁡ 10 S / N \log_{10}S/N log10​S/N
·单位：dB（分贝）
Tips：常用这两个公式做转化

说明：
·提升信道带宽、加强信号功率、降低噪声功率，都可以日高信道的极限比特率
·结合奈奎斯特定理，可知，在带宽、信噪比确定的信道上，一个码元可以携带的比特数是有上限的

三、物理层下面的传输媒体

1.导向型传输介质

  • 双绞线

  • 同轴电缆

  • 光纤
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Tips（命名规则）

  • 速度 + Base +介质信息
  • 10Base5 ： 10Mbps，同轴电缆，最远传输距离500m
  • 10BaseF* ： 10Mbps，光纤。*可以是其他信息
  • 10BaseT* ：10Mbps，双绞线。*可以是其他信息

2.非导向型传输介质

  • 无线电波
  • 微波通信
  • 其他
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四、物理层设备

输送距离过长，数据会失真

  • 中继器
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  • 集线器

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！：集线器不能“隔离”冲突域
！：以太网交换机可以“隔离”冲突域

Tips

  • 集线器、中继器不能无限串联
    eg：10Base5 的 5-4-3 原则：使用集线器（中继器）连接10Base5网段时，最多只能串联 5 个网段，4 台集线器（或中继器），只有 3 个网段可以挂接计算机。

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  • 集线器 连接的网络，物理上是星型拓扑，逻辑上是总线型拓扑
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  • 集线器 连接的个网段“共享带宽”

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  • 在这里插入图片描述

五、信道复用技术

  • 复用是通信技术中的基本概念，它允许用户使用一个共享信道进行通信
  • 作用：提高信道利用率
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1.频分复用、时分复用、统计时分复用

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2.波分复用

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3.码分复用

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六、数字传输系统

1.脉码调制PCM

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2.旧数字传输系统局限

  • 速率标准不统一

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  • 不是同步传输

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3.公布光纤网 SONET

  • 同步光纤网的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟
  • SONET为光纤传输系统定义了同步传输线路速率等级结构

·对电信信号，称为第1级同步传送信号 STS-1(SynchronousTransport Signal)，其传输速率是 51.84 Mbit/s。
·对光信号，则称为第1级光载波 0C-1(0C 表示Optical
Carrier)

  • 现已定义了从 51.84 Mbit/s（OC-1）一直到 9953.280 Mbit/s（OC-192/STS-192）的标准

4.同步数字系列 SDH

  • ITU-T以美国标准 SONET为基础，制定出国际标准同步数字系列 SDH
  • 一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词
  • 其主要不同点：SDH的基本速率为 155.52 Mbit/s，称为第一级同步传递模块，即STM-1，相当于 SONET 体系中的 OC-3速率

七、宽带接入技术

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标签：码元,log,信号,计算机网络,传输,信道,物理层,第二章
From： https://blog.csdn.net/m0_74377334/article/details/141966485

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