【计算机网络】第二章知识点汇总

重点：
一、二.1基本概念和术语
二.4 基带信号编码（画图）
二.6 香农公式的计算
四.信道复用技术

一.物理层基本概念

1.机械特性：接口所用的接线器形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
2.电气特性：在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
3.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
4.过程特性：指明对不同功能的各种可能事件的出现顺序

二.数据通信基础知识

1.几个术语
①信息：如图像、声音
②数据：运送消息的实体
③信号：数据的电气的或电磁的表现。
④模拟的：代表消息的参数的取值是连续的
⑤数字的：代表消息的参数的取值是离散的
⑥码元：在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号的时候，代表不同离散数值的基本波形
⑦单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信而设有反方向的交互（无线电广播、无线电视广播）
⑧双向交替通信（半双工通信）：通信双方都可以发送信息，单不可以双方同时发送
⑨双向同时通信（全双工通信）：通信的双方可以同时发送和接收信息
⑩基带信号：来自信源的信号，像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号
⑪带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输
⑫波特率：码元传输速率的单位，码元传输速率为n波特的含义是：每秒传送n个码元
注：波特率和比特率是两个不同的传输速率概念，例如：一个码元携带4bit的信息，一个标准电话线路的带通宽度W=2400Hz，那么信息的传输速率v2=2400Baud，对应比特率为2400Hz × 4bit = 9600 b/s
⑬正交振幅调制QAM：为了达到更高的速率，必须采用多元制的振幅相位混合调制，将复数调制符号（I,Q）对应实部和虚部，然后再将两个分量采用幅度调制，分别对应调制在相互正交的两个载波cos(wt)和sin(wt)上。

2.数字通信系统模型

3.模拟信号与数字信号的转换

4.基带信号编码（会画图）

5.信道的极限容量
任何实际信道都是不理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形失真就越严重。

6.限制码元在信道上传输速率的因素
（1）信道能通过的频率范围
奈奎斯特的奈氏准则：理想条件下避免码间串扰（在传输时，信号受到衰减，在接收端接收到的波形前沿和后沿不再陡峭，失去了码元间的清晰界限），码元的传输速率上限值。
（2）信噪比
香农用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。
信道的极限信息传输速率C可以表达为：香农公式

其中，W为信道带宽（Hz），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。
信噪比SNR可以表达为：

香农公式表明，信道带宽或信道中的信噪比越大，则信息极限传输速率就越高。只要信息传输速率低于信道的极限传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错传输。

注：对于频带宽度已经确定的信道，如果信噪比不能提高，并且码元传输速率也到了上限值，还可以用编码的方法让一个码元携带更多比特的信息论，来提高信息传输速率。

三.物理层下的传输媒体

1.物理层下的传输媒体指的是在发送器和接收器之间的通路，分为导向传输媒体和非导向传输媒体。

2.导向传输媒体：
（1）双绞线：使用双绞线最对的地方是电话线，数字信号、模拟信号都可以传输，当传输距离较远的时候需要增加中继器。
注：物理层两个重要标准：EIA-232-E标准：串行通信标准；T568B：双绞线打线标准。

（2）同轴电缆：早先以太网使用的同轴电缆，利用差分曼彻斯特编码。
注：宽带信号是在计算机网络中，采用频分复用和模拟传输技术的同轴电缆网络

（3）光纤通信
①工作原理：光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射
②多模光纤：许多条不同角度入射的光线在同一条光纤中传输，因为其传输的光会逐渐展宽，因此只适合短距离传输
③单模光纤：光的直径减小到只有一个光的波长，在2.5Gb/s的高速下可以传输数十公里而不使用中继器（长距离）

（4）光缆传输：利用发光二极管

3.非导向传输媒体
（1）短波通信：靠电离层反射，但短波通信质量差，用于低速传输
（2）微波：在空间直线传播；地面微波接力通信、卫星通信

四.信道复用技术

1.频分复用（FDM）:用户在分配到一定频带后，在通信过程中始终占用此频带。频分复用的用户在同样的时间里占用的是不同的带宽资源。

2.时分复用（TDM）：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，时隙周期性出现，周期为TMD帧的长度，是用户在不同时间占用同样的频带宽度。但时分复用可能造成线路资源的浪费。

3.统计时分复用（STDM）：异步时分复用。
原理：数据随时发往集中器输入缓存，集中器按顺序依次扫描输入缓存，将数据放入STDM帧，跳过没有数据的缓存，一个帧数据满了就发送出去，不再固定分配时隙而是动态分配，每个用户所占时隙不是周期性出现。
缺点：集中器可能溢出、每个发送时隙前要传送用户地址。

4.波分复用（WDM）：
一根光纤复用两路光载波信号（波分复用）
一根光纤复用80路或更多（密集波分复用DWDM）

5.码分复用（CDM）
（1）有很强的抗干扰能力，类似于白噪声（雪花音），不易于被敌人发现。
（2）码片：每一个比特时间划分为m个短的间隔
（3）每个站被指派一个唯一的m bit码片序列
注：发送比特1时，发送自己的mbit码片，发送比特0时，则发送码片序列的二进制反码
（4）码分多址（CDMA）的特点：序列必须各不相同，而且还必须正交，在实用的系统中使用的是伪随机码序列。
（5）S表示站S的码片向量，T表示其他任何站的码片向量，那么码片序列正交即：S和T的规格化内积都是0，特别的，如果S·T=0，则S·非T=0。S·S=1，S·非S=-1。
（6）工作原理：

五.数字传输系统

1.基本的信号调制方法
(1) 调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化
(2) 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化
(3) 调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化

2.脉码调制PCM体制：对模拟信号进行采样量化（编码）的过程
（1）北美24路PCM，简称为T1，1.554Mb/s
（2）欧洲30路PCM，简称为E1，2.048Mb/s，我国采用此标准
（3）标准语音电话编码的速率是64kb/s，每秒采样8000个离散脉冲信号

3.同步光纤网SONET和同步数字系列SDH
（1）同步光纤网：四个光接口层为光子层、段层、线路层、路径层。
（2）同步数字系列：一般可以认为SDH与SONET是同义词

六.带宽接入技术

1.xDSL技术：数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务，把0-4KHz的低端频谱留给传统电话使用，而把高端频谱留给上网用户。

介绍xDSL中一类：
（1）ADSL：非对称数字用户线
①特点：上行和下行带宽不对称，在用户线两端各安装一个ADSL调制解调器。我国采用离散多音调DMT调制技术。多音调就是多载波、多子信道的意思。
②极限传输距离：极限传输距离与数据率以及用户线的线径有关（用户线越细，信号传输时的衰减就越大），最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。
③数据率：不能保证固定的数据率，对于质量很差的用户线甚至无法开通ADSL，通常下行数据率在32kb/s到6.4Mb/s之间，而上行数据率在32kb/s到640kb/s之间。
④组成：
数字用户线接入复用器DSLAM
接入端接单元ATU：ATU-C端局，ATU-R远端
电话分离器PS

（2）DMT技术：把40KHz以上一直到1.1MHz的高端频谱划分许多子信道，其中25个用于上行信道，249个用于下行信道。相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。

（3）第二代ADSL：采用了无缝速率自适应技术SRA。

参考材料：《计算机网络》第七版——谢希仁