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【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层

系列文章目录

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层

【学习笔记】计算机网络——第三章 数据链路层

【学习笔记】计算机网络——第四章 网络层

【学习笔记】计算机网络——第五章 应用层

【学习笔记】计算机网络——传输层

文章目录

  • 系列文章目录
  • 前言
  • 第二章重点
  • 物理层
  • 数据通信
    • 相关术语
    • 三种通信方式
    • 两种数据传输方式
    • 码元
    • 速率
    • 练习题
  • 奎氏准则
    • 失真
    • 香农定理（有噪声）
      • 信噪比
      • 香农定理
  • 编码与调制
    • 数字数据编码为数字信号
    • 数字数据调制为模拟信号
    • 模拟数据编码为数字信号
      • 抽样
      • 量化
      • 编码
    • 模拟数据调制为模拟信号
  • 物理层传输介质
    • 双绞线
    • 同轴电缆
    • 光纤
    • 导向性传播
  • 物理层设备
    • 中继器
    • 集线器

前言

本文作为王道考研——计算机网络的学习笔记，笔者在学习的过程中对相关重点进行总结。

第二章重点

通信基础
两个公式 lim
看图说话
传输介质
物理层设备

物理层

传输数据比特流（不是指具体的传输媒体）
主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性

  1. 机械特性
    规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况
  2. 电气特性
    规定传输二进制时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制
  3. 功能特性
    电平表示何种意义
  4. 规程特性
    定义各条物理线路的工作规程和时序关系

数据通信

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第1张图片

相关术语

数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
信号：数据的电气，电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。
数字信号——离散
模拟信号——连续
信源：产生和发送数据的源头
信宿：接受数据的终点
信道：信号的传输媒介

三种通信方式

单工通信
半双工通信——不能同时发或者同时接收
全双工通信

两种数据传输方式

串行传输——速度慢，费用低，适合远距离
并行传输——速度快，费用高，适合近距离

码元

是指用一个固定时长的信号波形，代表不同离散数值的基本波形
一个比特可以携带多个比特的信息量
K进制码元——4进制码元——>码元的离散状态有4个——>4种高低不同的信号波形

速率

数据率，也指数据传输的速率，表示单位时间内传输的数据量

  • 码元传输速率：1s传输多少个码元，单位波特
  • 信息传输速率：1s传输多少个比特

练习题

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第2张图片

奎氏准则

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第3张图片
【例】【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第4张图片

失真

影响因素：1.码元速率2.信号传输距离3.噪声干扰4.传输媒体质量
码间串扰：频率太高，接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰的界限

香农定理（有噪声）

信噪比

信号的平均功率/噪声的平均功率，常记为S/N，并用分贝db作为度量单位
在这里插入图片描述

香农定理

在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限
【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第5张图片

【例】
在这里插入图片描述

编码与调制

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第6张图片
【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第7张图片

数字数据编码为数字信号

  • 非归零制
  • 曼彻斯特编码
  • 差分曼彻斯特编码
  • PCM脉码调制

数字数据调制为模拟信号

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第8张图片

模拟数据编码为数字信号

抽样

对模拟信号周期性地扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号
为了使所得离散信号能无失真地代表被抽样的模拟数据，要使用采样定理进行采样：f采样 >= 2*f信号最高频率

量化

把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值，并取整数，这就把连续的电平幅值转换为离散的数字量

编码

把量化的结果转换为与之对应的二进制编码

模拟数据调制为模拟信号

为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源。

物理层传输介质

数据传输系统中在发送设备和接受设备之间的物理通路

双绞线

绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰
【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第9张图片

同轴电缆

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第10张图片

光纤

传递光脉冲，带宽大，通信量大
【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第11张图片
【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第12张图片

导向性传播

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第13张图片

物理层设备

中继器

功能：再生数字信号
中继器两端：

  • 不能发现错误
  • 可以连相同媒体，也可以连接不同媒体
  • 一定要是同一个协议
  • 5-4-3规则
  1. 只能有不超过5个网段
  2. 最多只能有4个物理层设备
  3. 只有三个段可以挂接计算机

集线器

多口的中继器
功能：信号再生+放大

【学习笔记】计算机网络——第二章 物理层_第14张图片

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