计算机网络学习笔记（二）

二，物理层

2.1 物理层的基本概念

1. 物理层的主要任务为：确定传输媒体的接口的一些特性

   • 机械特性
   • 电气特性
   • 功能特性
   • 过程特性
   • 注：数据在计算机内多采用并行传输，在通信线路上一般采用串行传输（出于经济考虑），物理层还要实现传输方式的转换

2.2 数据通信的基础知识

1. 数据通信系统可划分为三部分

   • 源系统（或发送端，发送方）：一般包含源点，发送器（调制器）
   • 传输系统（或传输网络）
   • 目的系统（或接收端，接收方）：一般包含接收器（解制器），终点

1. 常用术语介绍

   • 通信的目的是传送消息，数据是运送消息的实体，信号是数据的电气或电磁的表现
   • 信号分为：模拟信号（或连续信号），数字信号（离散信号）
   • 码元：代表不同离散数值的基本波形
   • 一个码元携带的信息不是固定的，而是由调制方式和编码方式实现的，在实用二进制编码时，0和1表示两种状态

2. 信道的几个基本概念

   • 信道一般表示向某一个方向传送信息的媒体，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道

   • 三种基本信息交互方式：

     • 单向通信（单工通信）
     • 双向交替通信（半双工通信）
     • 双向同时通信（全双工通信）

   • 基带信号：来自源的信号如计算机输出的数据信号；往往包含较多低频成分和直流成分，信道并不能传送这些分量，需要经过调制

     • 基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使之与信道特性相适应，变换后仍是基带信号
     • 带通调制：调频，调幅，调相等方法，变换成带通信号

3. 信道的极限容量

   • 信道能通过的频率范围（若频带越宽，码元传输速率上限越高而不出现码间干扰）

     • 奈氏准则表明：在任何信道中，没有信号干扰时，码元的传输速率有上限

   • 信噪比（信号的平均功率与噪声的平均功率之比）

     • 信噪比（dB）= 10 log₁₀(S/N) （dB）
     • 香农公式表明：考虑信号干扰时，若信道的带宽或信道的信噪比越大则信息的极限传输速率越高

       C = W log₂(1+S/N) （bit/s）

   • 提高信息的传输数率的另一个方法：用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量

2.3 物理层下的传输媒体

1. 导引型传输媒体

   • 双绞线
   • 同轴电缆
   • 光纤（单模光纤，多模光纤）

2. 非引导型传输媒体（自由空间传播）

   • 短波通信（主要靠电离层的反射）
   • 无线电微波通信（地面微波接力通信和卫星通信）

2.4 信道复用技术

1. 复用技术

   • 频分复用：所有用户占用不同的带宽资源 复用器和分用器
   • 时分复用：所有用户不同时间占用同样的频带宽度 复用器和分用器
   • 统计时分复用（异步时分复用）：按需动态分配 集中器（智能复用器）
   • 波分复用（光的频分复用）：光复用器，光分用器，掺铒光纤放大器
   • 码分复用（码分多址）