韩立刚《计算机网络》| 第2章 物理层
2.1 物理层含义
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体
2.2 特性
- 机械特性:接口形状,大小,引线数目
- 电气特性:电压范围(-5V到+5V)
- 功能特性:如规定-5V表示0,+5V表示1
- 过程特性:规程特性,规定建立连接时各个相关部件的工作步骤
2.3 数据通信基础知识
- 数据——运送消息的实体
- 信号——数据的电气或电磁的表现
(1)模拟信号——消息的参数的取值是连续的
(2)数字信号——消息的参数的取值是离散的 - 码元——在使用时间域的波形表示数字信号时,则代表不同离散数值的基本波形
- 信道——一般表示向一个方向传送信息的载体
-
通信
(1) 单向通信(单工)
(2)双向交替通信(半双工)
(3) 双向同时通信(全双工) - 基带信号——来自信源的信号
- 带通信号——把基带信号进行载波调制后的信号
- 调制方法
(1)调幅
(2)调频
(3)调相 - 常用编码
(1)单极性不归零码
(2)双极性不归零码
(3)双极性归零码
(4)曼彻斯特编码
bit中间低到高为0,高到低为1
(5)差分曼彻斯特编码
bit与bit间有跳变表示下一个bit为0,无跳变表示1
2.4 信道的极限容量
奈氏准则
在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,否则就会出现码间串扰的问题
理想低通信道的最高码元传输速率=2WBau
W——理想低通信道的带宽 HZ
Baud——波特,是码元传输速率的单位
例如果一个码元含有3个Bit信息量,则1波特=3Bit/s
信噪比(S/N)
香农公式(C:信道极限速率)
C = W log2(1 + S/N) b/s
W:信道带宽(HZ)
S:信道内所传信号平均速率
N:信道内部高斯噪声速率
2.5 物理层下面的传输媒体
导向传输媒体
(1)双绞线
屏蔽双绞线(STP)
无屏蔽双绞线(UTP)
(2)同轴电缆
50Ω同轴电缆——用于数字传输
70Ω同轴电缆——用于模拟传输
(3)光缆
单模光纤(细;传播特性好)
多模光纤(粗)
非导向传输媒体
(1)短波通信——靠电离层的反射
(2)微波——直线传播
- 地面微波接力通信
- 卫星通信
物理层设备
集线器——信号放大和重发
最大传输距离:100m
集线器是一个大的冲突域
2.6 信道复用技术
频分复用(FDM)
用户在分配到一定的频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带
所有用户在同样时间占用不同带宽(频率带宽)资源
时分复用(TDM)
所有用户不同时间占用同样的频带宽度
缺点:可能带来线路资源浪费
统计时分复用(STDM)
数据帧加上标记
波分复用(WDM)
光的频分复用
码分复用(CDM)
码分多址(CDMA)
规格化内积(S · T = 1/n【(Si Ti)累加】)
- 任何一个码片向量和该码片自己规格化内积为1
- 一个码片向量和该码片反码的向量规格化内积为-1
接收端
- 规格化内积为0 没接收到信息
- 规格化内积为1 接收到1
- 规格化内积为-1 接收到0
2.7 数字传输系统
脉码调制(PCM)
最初是为了在电话局之间的中继线上传输多路电话
2.8 宽带接入技术
-
xDSL(包括ADSL、RADSL、VDSL等)
把0~4kHz低端频谱留给传统电话使用,而把原来没有利用的高端频谱留给用户上网使用 -
光纤同轴混合网HFC
在有线电视网CATV的基础上开发的宽带接入网 -
FTTx技术(光纤到x)