第二章-物理层
1.物理层的概念
物理层考虑的是怎样在传输媒体上传输比特流,而不是具体的传输媒体。
2.数据通信相关术语
数据:运送消息的实体
信号:数据的电气或电磁表现
模拟信号-代表消息的参数取值是连续的。
数字信号-代表消息的参数取值是离散的。
码元:用一个固定时长的信号波形表示一位k进制数字,代表不同离散数值的基本波形。该固定时长叫码元长度。1码元可以携带nbit的信息量。
信道:向一个方向传送信息的媒体。
单工通信(广播电视台)、半双工通信(对讲机)、全双工通信
基带信号:来自信源的信号
带通信号:基带信号通过调制变成的高频信号。
调制放法:调幅、调频、调相
3.常用编码
单极性不归零码:0和1
双极性不归零码:1和-1
曼彻斯特编码:bit中间由高-低为1,bit中间由低-高为0。
差分曼彻斯特编码:bit中间有信号跳变,bit与bit之间也有信号跳变表示下一个为0,bit与bit之间无信号跳变表示下一个bit为1。
4.速率与带宽、波特与比特
速率指数据的传输速率,可用码元传输速率和信息传输速率表示。
1)码元传输速率:单位波特。
2)信息传输速率:单位比特。
波特与比特在数量上存在关系:若一个码元携带n bit的信息量,M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M*n bit。
带宽指信道的最高数据率。
5.奈奎斯特定理(奈氏准则)
理想低通信道下的极限数据传输率=2*W*logV
其中W指理想低通信道的带宽,单位为Hz,V指每个码元离散电平的数目。
注意:奈氏准则只对码元传输速率有限制,但对信息传输速率没有限制。
6.香农公式(带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道)
信道的极限信息数据传输速率= W*log(1+S/N)
S指信道所传输信号的平均功率,N指信道内部的高斯噪声功率。S/N为信噪比。
注意:极限信息传输速率有极限。
奈氏准则和香农公式的使用范围如下:
7.物理层下面的传输媒体
双绞线:屏蔽双绞线STP、非屏蔽双绞线UTP
同轴电缆:50兆同轴电缆,用于数字传输,也叫基带同轴传输。
75兆同轴电缆,用于模拟传输,也叫宽带同轴传输。
光纤:多模光纤只适合于近距离传输,单模光纤适合远距离传输。
2)非导向传输媒体
电磁波、微波、红外线、激光。
8.物理层设备
1)中继器(转发器)
将信号整形并放大后转发出去,可以扩大网络规模。有两个端口,一个输入数据一个发送数据。
中继器没有存储转发功能,所以中继器不能连接速率不同的两个网段,中继器两端的网段一定要是同一协议。
“5-4-3规则”:用四个中继器串联的5段通信介质中只有三个段可以连接计算机,其余两个段只能用作扩展通信范围的链路段。
2)集线器(Hub)
实际上是多端口的中继器。从Hub的工作方式看,它在网络中只起到信号放大和转发作用,目的是扩大网络传输范围,,而不具备信号的定向传送能力,即信号的传输方向是固定的。Hub只能在半双工下工作。
9.信道复用技术
多个信号同时使用同一信道的技术
有频分复用(FDM)、时分复用(TDM)、波分复用(WDM)、码分复用(CDM)