计算机网络之物理层基本概念

基本概念

数据：传送信息的实体

信号：数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中存在形式

数据传输方式：串行方式（通常是远距离） 并行方式

码元：二进制时，两种码元0或1

信源：产生和发送数据的源头

信宿：接收数据的终点

信道：信号的传输媒介（发送信号、接收信道）

基带信号：将数字信号1、0直接用两种不同的电压表示

宽带信号：将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号

通信双方交互方式看分为三种基本方式

1. 单工通信：只有一个方向，仅需一条信道，如无线电视广播、电视广播
2. 半双工通信：双方都可以发送或者接收信息，都不可同时，此时需要两条信道
3. 全双工通信：可以同时发送接收信息，也需要两条信道

速率：也称数据率

码元传输速率：（码元速率，波形速率）单位时间数字通信系统所传输的码元个数，单位波特

信息传输速率：（信息速率、比特率），单位时间数字通信系统所传输的二进制码元个数，单位比特/秒

奈奎斯特定理：奈氏准则，理想低通（无噪声，带宽有限）的信道中，极限码元传输率为2W波特，其中W是理想低通信道的带宽，单位HZ

1. 码元传输速率有上限
2. 信道频带越宽，可用更高速率进行码元的有效传输
3. 给出码元传输速率的限制，并未对信息传输速率给限制

香农定理有公式

给出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率

1. 信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高
2. 对一定的传输带宽和信噪比，信息传输速率上限是确定的
3. 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就能找到某种方法来实现无差错传输
4. 香农定理给的是极限信息传输速率

编码与调制

调制：数据变化为模拟信号（调制器）； 模拟数据通过放大器调制成模拟信号传输

编码：数据变换为数字信号（数字发送器）模拟信号通过PCM编码器转换为数字信号

编码方式（聚体用什么样的数字信号表示0/1）

数字数据编码为数字信号

1. 非归零编码
2. 曼彻斯特
3. 差分曼彻斯特 笔记画图

数字数据调制为模拟信号

基本调制方法：调幅 调频 调相

存储转发交换方式：电路交换、报文交换、分组交换

电路交换：进行数据传输前，两节点之间必须先建立一条专用（双方独占）的物理通信路径，可能经过许多中间结点。分三个阶段，连接建立、数据传输、连接释放独占资源，用户始终占用端到端的固定传输带宽。

优点：

1. 通信时延小
2. 有序传输
3. 没有冲突
4. 适用范围广
5. 实时性强
6. 控制简单

缺点：

1. 建立连接时间长
2. 线路独占
3. 灵活性差
4. 难以规格化

报文交换

数据交换单位是报文，报文携带有目标地址、源地址，在交换结点采用存储转发的传输方式。

优点：

1. 无需建立连接
2. 动态分配线路
3. 提高线路可靠化
4. 提高线路利用率
5. 提供多目标服务

缺点：

1. 由于数据进入交换结点要经历存储转发，会引起转发时延
2. 对报文大小没有限制，要求网络结点有较大缓存空间

分组交换

也采用存储转发，但解决报文交换中大报文的问题，限制了每次传送数据块的大小上限

优点：

1. 无建立时延
2. 线路利用率高
3. 简化存储管理
4. 加速传输
5. 减少了出错概率和重发数据量

缺点：

1. 存在传输时延
2. 需要传输额外的信息量
3. 当分组采用数据报服务时，可能会出现失序、丢失或重复分组

若采用虚电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程

三种方式比较

电路交换：要传送的数据量很大且其传送时间远大于呼叫时间时

分组交换：端到端的通路由多段链路组成

从提高整个网络的信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适用于计算机之间的突发式数据通信

数据报与虚电路比较

	数据报服务	虚电路服务
连接的建立	不需要	必须有
目的地址	每个分组都有完整的目的地址	仅在建立连接使用，之后每个分组使用长度较短的虚电路号
路由选择	每个分组独立进行路由选择和转发	属于同一条虚电路的分组按照同一路由转发
分组顺序	不保证分组的有序到达	保证分组的有序到达
可靠性	不保证可靠通信，由用户主机保证	由网络保证
对网络故障的适用性	出故障的结点丢失分组，其他分组路径选择发生变化时可以正常传输	所有经过故障结点的虚电路均不能正常工作
差错控制和流量控制	用户主机流量控制，不保证数据报可靠性	可由分组交换网负责，也可由主机负责