计算机网络第二章

目录

基本术语

通信方式

传输方式

连接方式

信道的极限容量

传输速率

协议内容

数字通信

调制

传输媒介（传输介质）

导向传输媒体：

        双绞线：

        同轴电缆

        光缆

非导向传输媒体：

短波传输（无线电波）：

地面微波

光波传输

总结

信道复用技术

频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）

波分复用WDM

时分复用（Time Division Multiplexing）

统计时分复用STDM

码分复用CDM（Code Division Multiplexing）

码片序列（chip sequence）

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物理层：网络体系中的最底层

ps：网络层不是链接计算机的具体物理设备或负责信号传输的具体媒体

功能：在两个相邻节点（两个相邻机器）之间传输二进制比特流

基本术语

信息（information）：对客观事物属性的认识

数据（data）：反映客观事物属性的记录，是信息的具体表现形式，携带的内容就是信息

信号：数据的电气或电磁的表现

模拟信号：信号的参量取值连续（不可数，无穷多）

数字信号：信号的某一参量取值离散（仅可能取有限个值）

离散：某一参量是离散变化的，不一定在时间上是离散的

模拟通信：用模拟信号来传送数据

数字通信：用数字信号来传送数据

两个信号可以相互转换（步骤：抽样，量化，编码）

基带信号：原始信号，频率低，只能近距离传输

带通信号：基带信号变换后适合在信道中传输的信号

通信方式

        单向通信/单工通信:只能有一个方向的通信

        双向交替通信/双向交替通信:不能双方同时发送

        双向同时通信/全双工通信:可以双方同时发送和接收,起码有两个信道

传输方式

串行传输:在一个信道上按位依次传输

并行传输:在多个信道上同时传输

异步传输:以字符为单位,在字符前后加上开始位和结束位

同步传输:以帧作为整体传输,双方要进行位同步和帧同步(时钟要一致),无时间间隔

连接方式

点到点传输

点到多点传输(广播传输)

信道的极限容量

 失真原因:延迟变形,衰减,噪声

解决方法:用傅里叶分解

带宽:信号的绝大部分能量集中的频率范围

同一个传输介质,频率越高,变形越严重

传输速率

码元:一个信号

码元传输速率\信号传输速率\波特率(B):每秒传输的码元数

信息传输效率\波特率(S):每秒传输比特

V 为不同码元的个数

奈奎斯特准则:

 香农公式

协议内容

        机械特性：物理接口的问题

        电气特性：信号线的电气连接和电路特性

        过程特性：不同功能的各种可能事件的出现顺序

        功能：接线器的每一个引脚的作用

数字通信

信源编码：用尽可能少的信号来修饰信息

调制

        用调制信号(基带信号)去控制载波传输,调制后称为已调信号

        解调:从已调信号恢复成调制信号

        目的:减小天线尺寸,实现多路复用,提高抗干扰,抗衰减能力

        方法:

                二元数字调制:只有两种变化状态。类型：2ASK(改变振幅)，2FSK(改变频率)，2PSK(改变相位)

                多进制数字调制：一个码元携带更多比特

                QAM

信源译码：与信源编码相反

信道编码：增加信号的抗干扰能力

信道译码：与信道编码相反

数字调制：改变基带信号（一般频率调高，为了传得更远）

传输媒介（传输介质）

        引导类：比如铜线

        非引导类：比如电磁波。

导向传输媒体：

        双绞线：

距离几到十几公里，可分为屏蔽双绞线（STP，Shielded Twisted Pair），无屏蔽双绞线（UTP，Unshielded Twisted Pair），前者效果更好。

                特点：1.结构简单，容易安装。2.有一定的传输速率。3.信号随距离衰减较大，距离受限。4.有辐射，容易被窃听。

                应用场合：室内网络终端，星型或总线型的网络结构。

        同轴电缆

分为基带同轴电缆（50欧姆，用来传输基带信号，距离可达1km，传输速率为10Mb/s），宽带同轴电缆（75欧姆，用来传送频分复用的宽带信号，频率高达300-400MHz，距离达100km）

特点：1.频带较宽，传输率较高。2.损耗较低，传输距离较远。3.辐射低，保密性好，抗干扰能力强。4.可实现多路复用传输。 

应用场合：局域网发展初期，有线电视网，用于多路复用传输和各种拓扑结构

        光缆

 原理：光的全反射

多模光纤：可以有多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输

单模光纤：只有一个光在里面传播

特点：1.带宽高，通信容量大。2.底衰减，传输距离远。3.安全性高。4.不受电源震荡、电磁干扰、电源故障影响。5.体积小、重量轻。

非导向传输媒体：

短波传输（无线电波）：

波长为100m-10m的电磁波。可沿地球表面以地波形式传播，或以天波的形式靠大气层中的电离层反射传播。

主要指标：通信质量（模拟通信用信噪比，数字通信用差错率）和可通率（通信线路接收端的信噪比高于可接受的最低信噪比的时间百分比）

特点：1.通信距离远。2.所需发射功率低。3.可靠性低。4.通信质量差。

地面微波

对流层的视距范围内，以波长1m-1nm的电磁波进行信息传输

工作特点：多路复用，射频工作，中继接力

特点：1.频带宽，容量大。2.可靠性与稳定性高。3.易制成高增益、方向性强的天线，通信效果好。4.点对点通信，具有较大的灵活性。5.中继站选点较复杂。6.容易受自然环境影响。7.属于暴露式通信，保密性差。

光波传输

用光线传播。

按光源特性分：激光通信和非激光通信

按传输媒体分：大气激光通信（1.抗干扰。2.设备轻便，保密性和机动性强。3.使用时收发天线相互对准较为困难，通信距离限于视距范围。4.容易受气候影响）和光纤通信

按传输波段分：可见光通信（1.导向性好，保密性高。2.速度快。3.抗干扰。4.多功能合一。），红外线通信（短距离通信，如遥控器。1.具有方向性、便宜，易于制造等特点。2.透过性较差，传输距离受影响），紫外线通信

总结

信道复用技术

频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）

例子：公路划分车道

 所有用户在同样的时间占用不同的频率宽带资源

特点：1.技术成熟，使用方便。2.不灵活。

波分复用WDM

波分复用就是光的频分复用

时分复用（Time Division Multiplexing）

通信介质的带宽不进行划分，将时间划分为时间片。

每一对通信用户分时隙，并在通信过程中始终占用。ps：每一对用户的时隙周期性出现，一个周期叫做一个TDM帧。

用户只能在自己的时隙到来才能放松信号，并占据通信介质的全部宽带。

统计时分复用STDM

为避免资源浪费，将时分复用改进，产生统计时分复用STDM。

STDM帧按需动态分配时隙，每个时隙必须有用户的地址信息。

码分复用CDM（Code Division Multiplexing）

更常用的名词是码分多址CDMA（Code Division Multiplexing Access）

每个用户的码型不同，彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，保密性好。

码片序列（chip sequence）

码片：每一个比特时间划分为m个间隔，叫做码片。

每个站被指派一个唯一的m bit码片序列。

码片必须正交，两个不同站的码片序列内积都是0。

一个码片和自己的规格化内积都是1，和自己的反码是-1。