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

  1. 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。
  2. 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

  1. 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)。
  2. 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

  1. 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。

  1. 基带信号(即基本频带信号)—— 来自信源的信号。
  2. 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。

 

计算机网络谢希仁第七版知识点整理 第二章 物理层_第1张图片
计算机网络谢希仁第七版知识点整理 第二章 物理层_第2张图片

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。

  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

  1. 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       

  1. 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。

  1. 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

  1. 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

 

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