【计算机网络 第五版】阅读笔记之二：物理层

第二章：物理层

1.物理层特性：

(1)机械：指明接口所用的接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等

(2)电气：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围

(3)功能：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义

(4)过程：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

2.传输媒体：导向传输媒体和非导向传输媒体

(1)导向传输媒体：双绞线，同轴电缆，光缆

(2)非导向传输媒体：无线电波通信，短波通信(电离层的反射)

3.通信系统：分为源系统，传输系统，目的系统

(1)源系统：包括源点和发送器，前者负责产生要传输的数据，后者负责对比特流数据进行编码后发送到传输线路上(调制器)。

(2)传输系统：简单的传输线或者复杂的传输网络

(3)目的系统：包括接收器和终点。前者负责接收传输来的数据并转换成能够被目的设备处理的信号，后者负责从接收器获取数据并把信息输出。

4.通信方式：

(1)单向通信：单工通信，只能从一方发送另一方接受，没有反方向的交互

(2)双向交替通信：半双工通信，双方都可以发送消息，但是不能同时发送

(3)双向同时通信：全双工通信，双方可以同时发送和接受消息

5.调制：分为基带调制和带通调制，基带调制仅仅对基带信号的波形进行变换，带通调制利用载波进行调制。

Q：为什么要调制？

A：信源的基带信号包含太多低频成分，甚至有直流成分，而信道并不能传输这种低频或直流分量，故需要调制。

带通调制有以下三种方式：

(1)调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化,例如：高幅值表示为1，低幅值表示为0

(2)调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化，例如，高频信号表示为1，低频信号表示为0

(3)调相(PM)：载波的初始相位随基带信号而变化，例如：发生相位变化表示为1，否则表示为0

6.信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比，S/N，单位dB分贝。

信噪比=10lg(S/N)

香农公式：

C=Wlog(1+S/N)(b/s)

式中C代表极限传输速率(b/s)，W为信道的带宽(HZ)，S为信道内所传的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率

习题2-08 假定要用3kHZ带宽的电话信道传送64KB/S的数据(无差错传输)，试问这个信道应该具有多高的信噪比，(分别用比值和分贝来表示？这个问题说明了什么？)

答案：由香农公式算出S/N = 3767910.675 ，再由信噪比公式算出S/N = 65.7dB。说明这是个信噪比很高的信道。

7.信道复用技术

(1) 频分复用(FDM)：每个用户都分配有自己的频带，通信过程中至始至终都占用这个频带。频分复用的用户在同样的时间占用不同的频带宽度。

(2) 时分复用(TDM)：将提供给整个信道传输信息的时间划分为若干个时分复用帧(TDM),每一个用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙进行数据传输。时分复用的所有用户在不同的时间占用相同的频带宽度。

tip:时分复用时固定分配时隙，往往会降低线路利用率

(3) 统计时分复用(STDM)：时分复用的改进。利用集中器对各个用户的数据进行缓存和按需动态分配时隙，然后发送出去。此种方法可以明显提高线路的利用率。

(4) 波分复用(WDM)：相当于光的频分复用，按波长来分配给用户

(5) 密集波分复用(DWDM)：光载波的间隔小，分配密集

(6) 码分复用(CDM)：共享信道，靠不同的编码来区分各路原始信号

码片：每一个比特时间划分为m个短的间隔。如：8bit码片序列10010010，则1表示为10010010,0表示为01101101,码片序列按照惯例改为(+1 -1 -1 +1 -1 -1 +1 -1)

(7) 码分多址(CDMA)：给每一个站分配的码片序列既要各不相同又要互相正交

每个站选取自己的码片序列，A站选取(+1 -1 -1 +1)，B站选取(-1 -1 +1 +1)，必须要严格正交。

习题2-16 共有4个站进行码分多址CDMA通信。4个站的码片序列为：

A：（-1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1） B：（-1 –1 +1 -1 +1 +1 +1 -1）

C：（-1 +1 –1 +1 +1 +1 -1 -1） D：（-1 +1 –1 –1 -1 –1 +1 -1）

现收到这样的码片序列：（-1 +1 –3 +1 -1 –3 +1 +1）。问哪个站发送数据了？发送数据的站发送的1还是0？

答案：S*A = (1-1+3+1-1+3+1+1)/8=1，A发送1；
S*B = (1-1-3-1-1-3+1-1)/8=-1，B发送0
S*C = (1+1+3+1-1-3-1-1)/8=0，C没有发送数据；
S*D = (1+1+3-1+1+3+1-1)/8=1，D发送1