计算机网络——物理层

物理层是是参考模型的最低层(并不是具体的物理媒介)。

物理层利用传输介质为通信的主机之间建立、管理和释放物理连接,实现比特流的透明传输为数据链路层提供数据传输服务。(透明传输:数据链路层不知道物理层是用什么方法来传输比特0和1的,它只管享受物理层提供的比特流传输服务就好)。

物理层的数据传输单位是比特。


设计目的:

        屏蔽物理层采用的传输介质、通信设备和技术的差异进行透明传输,为数据链路层提供数据传输服务。

基本服务功能:

        实现主机之间的比特序列传输。


概念引入(记住,对后面的理解很重要):

        1. 信息。组建计算机网络的目的:信息共享

        2. 数据。计算机存储与处理的是二进制代码。

        3. 信号。信息是消息的载体。二进制代码0、1比特序列必须变换成用不同的电平或频率变化的信号之后,才能够通过传输介质传输。

信息、数据和信号的关系:

计算机网络——物理层_第1张图片

分析图:

        1. 会话双方交换的是信息。

        2. 计算机将信息处理成二进制0、1比特流数据。

        3. 通过调制解调器将数据变成信号,在物理层之间通过传输介质传播。


数据通信:

计网使用的通信线路分为:

        点对点线路:两个通信主机之间 。

        广播线路:公共线路连接多个通信主机(总线型、星型......),有线/无线。

数据通信方式:

       信源/源主机/发送端/发送主机:发送数据的一方。

       信宿/目的主机/接收端/接收主机:接收数据的一方。

数据传输类型:

       模拟信号:电平幅度连续变化的电信号。

       数字信号:0、1比特序列电压跳变的脉冲信号。

计算机网络——物理层_第2张图片

数据通信方式:

       1)串行传输和并行传输

       串行传输:建立1条通信信道传输比特流。

       并行传输:建立n条通信信道传输比特流。

 计算机网络——物理层_第3张图片

        并行传输的速度是串行传输的n倍,但是成本高,通常用于短程高热点区域。

        串行传输一般用在远程通信。

       2)同步传输和异步传输

同步:时间基准上保持一致的过程。(理解成打电话,双方必须同时在线)

同步中存在的问题:位同步和字符同步

位同步(定时的因素):

    目的:使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步。(在正确的时刻正确地接收每个比特位)

    解决方法:

外同步:在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线。(校准时钟)
内同步:发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输。(例如曼彻斯特编码)

字符同步:

    目的:以字符为边界实现字符的同步接收。(知道什么时候开始,什么时候结束)

    解决方法:

同步传输:发送方和接收方的时钟是统一的、字符与字符间的传输是同步无间隔的。

        同步传输将字符组织成 ,数据以组/块/帧的形式发送,连续发送

        传输是全双工类型。每组前都有同步字符SYN(1个或多个),发送者和接收者之间强制性同步。

异步传输:不要求发送方和接收方的时钟完全一样,字符与字符间的传输是异步的。

        异步传输中数据以字节或字符的形式单独发送,字符之间的时间间隔可以是任意的。

        传输是半双工类型。

        同步传输的传输效率高,更适用于高速数据传输。

        不管是同步还是异步,字符的发送时间和接受时间要一样。

        同步异步最大的不同是:异步传输时,间隙可以不同步。

       3)单工、半双工、全双工

        单工:   信号单向传输。

        半双工:信号双向传输,但交替进行。

        全双工:信号同时双向传输。

        计算机网络——物理层_第4张图片


通过上面的介绍我们已经知道数据传输类型有模拟信号和数字信号。

那么我们该如何将两者进行转换呢?下面来解决这个问题。

概念:

        1.调制:发送端将数字信号(0、1比特流)变换成模拟信号(信号)的过程。

                我们使用调制器实现调制功能。

        2.解调:接收端将模拟信号(信号)变换成数字信号(0、1比特流)的过程。

                我们使用解调器实现解调功能。

        调制解调器:同时具备调制与解调功能的设备。


调制/解调的各种方式:

频带传输技术(通过调制解调器搬移信号频谱的传输):

        真正衡量数据传输系统的信息传输效率的是:频带利用率。

模拟数字信号的编码方法:

1.移键控(振幅):

        改变载波信号振幅来表示数字信号1、0。

        计算机网络——物理层_第5张图片

        模拟信号有波形时为1,无波形时为0.

        特点:实现容易,技术简单,但是抗干扰能力较差。 

2.移键控(频率)(常用方法):

        通过改变载波信号角频率来表示数字信号1、0。

        计算机网络——物理层_第6张图片

        特定的信号波形来表示0,1。

        特点:实现容易,技术简单,但是抗干扰能力较强。 

 3.移键控(相位):

1)绝对调相

        通过改变载波信号相位来表示数字信号1、0。

        计算机网络——物理层_第7张图片

        特定的信号波形来表示0,1。  相位 φ 为0时表示1, φ 为 π 时表示0。

2)相对调相:

        判断方法:如果在两个数字(bit)信号交换处,下一个信号为0,波形不变。

                如果在两个数字(bit)信号交换处,下一个信号为1,波形改变。( 相位φ + π)

3)多相调制:

        八相调制: 相位改变一次,可以传输 3 位比特信号。

        2^{n}相调制:相位改变一次,可以传输 n 位比特信号。

计算机网络——物理层_第8张图片


基带的传输技术(在数字信道上直接传送基带信号的方法):

        基带信号:矩形脉冲信号(数字信号)

数字数据编码方法:

1)非归零码NRZ  (非归零指 信号中的 0 和 1 个数不相等):

        低电平表示 0 ,高电平表示 1 

        缺点:无法判断一位的开始与结束,收发双方不能保持同步。

2)曼彻斯特码自含时钟编码,无需另外发同步信号):

        曼彻斯特码的编码规则:

        1)将每bit的周期T分为前 \frac{T}{2} 和 后 \frac{T}{2} 。 

        2)前 \frac{T}{2} 传送该bit位反码, 后 \frac{T}{2} 传送该bit位原码。  (可知看后\frac{T}{2}就知道传输的bit是0还是1了

        缺点:传输效率低。

3)差分曼彻斯特码:

        判断对应的bit方法:

        第一个 bit 根据曼彻斯特码的规则判断。

        后面的 bit 看每比特开始处是否发生跳变?   发生跳变0    不发生跳变1

计算机网络——物理层_第9张图片


波特率:

波特率并不是比特率,只是有时候数值相同。

        比特率(传输速率) 是单位时间内传输了多少 「 位 」 (二进制比特数),单位是bit/s。 是bit传输的速率。

        波特率 是单位时间内传输了多少 「 符号 」 (1个符号 看成是 N位bit)。  是码元传输的速率。

例题:传输01001111这串信号,比特率是8b/s(一秒传8位),如果我们四位四位来看(一个符号4位),波特率是多少呢?(也就是每秒能传多少个符号呢)。

答案:一个符号4位,一秒能传8位,所以一秒传2个符号。2 = 8 / 4。

波特率和比特率之间的关系:

        设比特率S(b/s)   波特率B(baud)  k为多相调制的相数(1个符号看成几位bit)

        S = B\cdot log_{2}(k)

计算信道容量的理论公式:

        设C为信道容量(bps)     B为带宽(Hz)     S/N为信噪比        S接收信号功率     N噪声功率

        香农公式:C = B\cdot log_{2}(1+\frac{S}{N})

辨析换算关系:

计算机网络——物理层_第10张图片


多路复用

你可能感兴趣的:(计算机网络,网络)