《计算机网络》第2章 物理层

1.物理层的功能

在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。

物理层的四个重要特性

机械特性、电气特性、功能特性、规程特性

 

2.了解傅立叶分析

傅立叶级数:任何正常周期为T的函数g(t),都可由(无限个)正弦和余弦函数合成:

  

其中,f=1/T是基频,an和bn称为n次谐波的正弦振幅和余弦振幅。

谐波数越高,传输质量越好

当一个信号的所有频率成分是某一个频率的整数倍时,该频率被称为基本频率

信号的周期等于基本频率信号的周期。

带宽(电气工程上的):传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围

两个关于介质最大传输速率的经典定律:

 

3.掌握乃奎斯特定理

在无噪声信道中,当带宽为B Hz,信号电平为V级,则:


其中: V为信号的电平级数,在二进制中,仅为0、1两级。即:以每秒高于2B次的速率对线路采样是无意义的,因为高频分量已被滤掉,无法再恢复。

 

4.掌握香农定理

在噪声信道中,带宽为B Hz,信噪比为S/N,则:

 

很多情况下噪声用分贝(dB) 表示:

 

如:噪声为30dB(分贝),则信噪比为S/N=1000

 

5.掌握重要的传输介质的特性

传输介质:

  • 磁介质,如磁带
  • 双绞线
    • 非屏蔽双绞线
    • 屏蔽双绞线
  • 同轴电缆
  • 电力线
  • 光纤

双绞线:

由两根具有绝缘层的铜导线按一定密度,逆时针方向绞合而成

绞距(扭距):一般地,绞距越紧(小),对不同电流产生干扰波的抵消效果越好,传输性能越好

非屏蔽双绞线(前6类):

优点:成本低、尺寸小、易于安装

缺点:易受干扰、 传输距离性能受到绞距影响

屏蔽双绞线:

每对双绞线外加一个屏蔽层,整个线缆外再加一个屏蔽层

同轴电缆

由中心导体、绝缘材料层、网状导体、外部绝缘料4层组成

比UTP更好地屏蔽特性和更大的带宽

基带同轴电缆:50Ω,用于数字传输(屏蔽层为铜);

宽带同轴电缆:75Ω,用于模拟传输和有线电视传输(屏蔽层为铝)

光纤

由极细的玻璃纤维构成,把光封闭在其中并沿轴向进行传播;

优点:重量轻、损耗低、不受电磁辐射干扰、传输频带宽、通信容量大

缺点:昂贵、易断裂

P78单模:以单一模式传输,激光产生的单束光,纤心细、高带宽、长距离,运行波长为850nm或1300nm;

P78多模:以多个模式同时传输,LED产生的多束光,纤心粗、低带宽、短距离,运行波长为1310nm或1550nm 。

 

6.掌握几种调制方法

调制机制使用信号来传输比特,比特与它们代表的信号之间的转换过程

  • 基带传输:直接将数据比特转化为信号
  • 通带传输:通过调节信号的振幅、相位或频率来传输比特

基带传输:

(比特流、不归零、不归零逆转、曼切斯特、二级编码)

《计算机网络》第2章 物理层_第1张图片

通带传输:

 《计算机网络》第2章 物理层_第2张图片

  • 波特率:每秒钟信号变化的次数
    • 符号率、采样率
  • 比特率(位传输率、数据传输速率)与波特率的关系

其中:C:比特率; B:波特率; n:调制电平数或线路的状态数,为2的幂次方(P99,有例外)。

 

信号星座

把上述调制模式综合起来使用,以便使每个符号传输更多的比特。

《计算机网络》第2章 物理层_第3张图片

 

7.掌握干线复用技术

复用技术:让多用户共享同一根信道

频分复用(FDM)

利用通带传输的优势使多个用户共享一个信道。将频谱分为几个频段,每个用户完全拥有其中的一个频段来发送自己的信号。

《计算机网络》第2章 物理层_第4张图片

   如图,为每个语音信道分配4000Hz的带宽。当3个通道复用在一起的时候,每个语音信道的频率得到不同程度的提升,然后,把它们合并在一起,之所以能够呼和多个信道,是因为没有两个信道占据相同的频谱。滤波器只需滤出对应频率段的数据波就可以

时分复用(TDM)

用户以循环方式轮流工作,每个用户周期性地获得整个带宽非常短的一个时间。

《计算机网络》第2章 物理层_第5张图片

码分复用(CDM)

每个用户拥有一个唯一码片序列,码片是正交的,能够同时传输。

CDM方法能够容忍干扰,而且允许来自不同用户的多个信号共享相同的频带。由于CDM技术常用与第二个目的(共享相同的频带),所以它称为码分多址(CDMA)

广泛用于3G网通信

 

8.了解物理层设备

被动部件/设备:接线板/插头/插座/电缆

主动部件/设备:转发器/中继器/集线器

 

9.掌握冲突

两个节点发出的帧在物理介质上相遇

冲突域:数据包产生和冲突的网络区域,即指共享媒质区

 

中继器集线器无法隔离冲突域,交换机路由器可以隔离冲突域

 

10.了解电话系统

公用电话交换网络(PSTN)

PSTN的主要构成:

  • 本地回路(Local loops)
    • 模拟线路,进入千家万户和业务部门
  • 干线(Trunks)
    • 数字光纤,连接交换局
  • 交换局(Switching offices)
    • 话音接驳干线的场所

 

11.了解调制解调器

调制解调器: 调制解调器是执行数字比特流和模拟信号流之间转换的设备.

两台计算机通过一条语音级电话线发送比特要用到调制解调器.

 

12.了解E1和T1

时分多路复用技术(用于电话网络)

T1 TDM 支持1.544 Mbps通信链路,将它划分为24个时隙,每间隔为64 kbps 美国标准

E1 TDM 支持2.048 Mbps通信链路,将它划分为32个时隙,每间隔为64 kbps 欧洲标准

 

13.了解SONET和SDH

同步光网络SONET是ANSIS制定的在光介质上进行同步数据传输的标准。

同步数字序列SDH是国际标准组织制定的在光介质上进行同步数据传输的。

 

14.理解SONET帧构成及标准速率计算

SONET帧结构:

9(行) x 90(列) = 810字节

头3列 用于系统管理信息

头9行包括各种传输开销:跨越不同链接,指定语音信道,连接帧等的开销。

其余的87 列包括用户数据,即同步载荷封包 SPE (Synchronous Payload Envelope).,其中的第1列又用于路径开销。

STS-1:8000*810*8=51.85Mbps

STS-N 帧是由N个STS-1基本帧构成的

对应于STS-N的光纤载波称为OC-N

计算复用后的传输速率:

例如:OC-1

总传输速率:8 x (9 x 90)x 8000 = 51.84M b/s

SPE: 8 x (9 x 87)x 8000 = 50.112M b/s

用户数据: 8 x (9 x 86)x 8000 = 49.536M b/s

 

15.掌握电路交换、分组交换、报文交换及其比较

  • 电路交换:在数据传输前,必须建立一条端到端的通路,称为连接。其中可能穿越多个交换局,每个交换局都必须提供连接。
  • 报文交换:无论数据传输过程要跨越多少个交换局,只要下一站空闲,该数据即送至下一站。无需提前建立连接
  • 分组交换:限制分组大小。允许分组存储在交换局的内存里,容错率更强。

比较

《计算机网络》第2章 物理层_第6张图片

你可能感兴趣的:(计算机网络,计算机网络)