计算机网络谢希仁第七版知识点整理 第二章 物理层
物理层
物理层设备的功能：信号的整形、放大
设备：中继器 两端联网方式要相同
集线器 广播域 冲突域
1.物理层的主要任务 确定与传输媒体的接口的一些特性。
机械特性 ：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
过程特性 ：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
数据在通信线路上一般都是串行传输
- 物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异。
- 物理层要解决的主要问题：
（1物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体，通信手段的不同，使数据链路层感觉不到这些差异，只考虑完成本层的协议和服务。（2）给其服务用户（数据链路层）在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流（一般为串行按顺序传输的比特流）的能力，为此，物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。（3）在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路
- 一个数据通信系统包括三大部分：源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。
- 源系统一般包含两部分 ：源点（信源或源站）和 发送器
目的系统包括：接收器和终点（目的站或者信宿）
调制解调器：信号转换离散<-->模拟
- 数据 (data) —— 运送消息的实体。
信号 (signal) —— 数据的电气的或电磁的表现。
模拟信号 (analogous signal) —— 代表消息的参数的取值是连续的。
数字信号 (digital signal) —— 代表消息的参数的取值是离散的。
码元 (code) —— 在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形，两种1或者0
单工通信：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
半双工通信：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。
全双工通信：即通信的双方可以同时发送和接收信息。
- 基带信号（即基本频带信号）—— 来自信源的信号。
- 调制分为两大类：
基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码 (coding)。
带通调制：使用载波 (carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道） 。
带通信号 ：经过载波调制后的信号。
8. 常用编码方式 曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。
不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0。
归零制：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。
曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义。
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差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边界没有跳变代表 1。
- 最基本的二元制调制方法有以下几种：
调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。
调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。
调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化
- 限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：
信道能够通过的频率范围和信噪比
奈氏准则。他给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值
理想情况下带宽的2倍
信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N，并用分贝 (dB) 作为度量单位。即：
信噪比(dB) = 10 log10(S/N) (dB)
例如，当 S/N = 10 时，信噪比为 10 dB，而当 S/N = 1000时，信噪比为 30 dB。
香农公式
信道的极限信息传输速率 C 可表达为：
C = W log2(1+S/N) (bit/s)
其中： W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；S 为信道内所传信号的平均功率；
N 为信道内部的高斯噪声功率。
信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
这就是：用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。
码元传输速率受奈氏准则的限制，信息传输速率受香农公式的限制
- 物理层下面的传输媒体 即导引型传输媒体和非导引型传输媒体。
在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播。
非导引型传输媒体就是指自由空间。在非导引型传输媒体中，电磁波的传输常称为无线传输。
- 双绞线最常用的传输媒体。
模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里。
屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)带金属屏蔽层
无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
12.同轴电缆
同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。
同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。
50 同轴电缆 —— LAN / 数字传输常用
75 同轴电缆 —— 有线电视 / 模拟传输常用
反转线：两个排头完全相反
交叉线：两个排头不同
直通线：两个排头相同
T568A 绿白 绿色 橙白 蓝 蓝白 橙色 棕白 棕色
T568B 橙白 橙色 绿白 蓝 蓝白 绿色 棕白 棕色
- 光缆
光纤是光纤通信的传输媒体。 多模光纤 单模光纤
微波在空间主要是直线传播。 传统微波通信有两种方式：地面微波接力通信，卫星通信
短波通信（即高频通信）主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差，传输速率低
13.频分复用、时分复用，波分复用 码分复用
①频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）
②时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。
TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。
时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
③波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号
④码分复用 不同规格化为0，自己规格化为1，和反码规格化内积= -1
每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片 (chip)。
每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列，如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。
如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。
例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。
发送比特 1 时，就发送序列 00011011，
发送比特 0 时，就发送序列 11100100。按惯例将，码片中的0写为-1,1写为+1
S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
14. 扩频通信通常有两大类：
一种是直接序列扩频DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)另一种是跳频扩频FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)。
15.北美的 24 路 PCM（简称为 T1），而 T1 的速率是 1.544 Mbit/s。
欧洲的 30 路 PCM（简称为 E1），E1 的速率是 2.048 Mbit/s