计算机网络(二)

  • 物理层基本概念
  • 数据通信的基础知识
  • 物理层下面的传输媒体
  • 物理层设备

物理层基本概念

  • 任务

物理层主要任务是确定与传输媒体接口有关的一些特性,即定义标准

  • 特性
  1. 机械特性:物理连接特性,规定规格、接口形状、引线数目、引脚数量等。
  2. 电气特性:线路所信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率、距离限制等。
  3. 功能特性:指明某条线上出现的某一电平表示何种意义,接口部件的信号线的用途。
  4. 过程特性:各条物理线路的工作规程和时序关系。

数据通信的基本知识

  • 模型

源系统 + 传输系统 + 目的系统

  • 术语

数据、信号(数据的电气表现)、信源、信宿(接收数据的终点)、信道(信号传输媒介)。

  • 通信方式

单工通信、半双工通信、全双工通信。

  • 数据传输方式

串行传输(速度慢,费用低,适合远距离)、并行传输(速度快,费用高,适合近距离)。

  • 码元

固定时长的信号波形,离散状态有M个时,此码元为M进制码元。1码元可以携带多个比特的信息量

  • 速率、波特、带宽

码元传输速率:1s传输多少个码元,单位是波特(Baud)。

信息传输速率:1s传输多少个比特,单位是比特每秒(b/s)。

如果一个码元携带 n bit的信息量,M Baud的码元传输速率对应信息传输速率为 M*n bit/s。

带宽:单位时间最高数据率,常用来表示网络通信线路传输数据的能力,单位是b/s。

  • 奈奎斯特定理(针对码间串扰)

在理想低通(无噪声,带宽受限)条件下,为了避免码间串扰,极限码元传输速率为 2W Baud,W是带宽(单位Hz)。

奈奎斯特定理限制了码元传输速率,但没有限制信息传输速率。所以为了提高数据的传输速率,必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量,一般使用多元制的调制方法。

易混:理想低通信道下的极限数据传输率 = 2W \log_2 V (b/s)。W是带宽(Hz),V是几种码元。

  • 香农定理(针对噪声)

在带宽受限且有噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限值。

信道的极限数据传输速率 = W \log_2(1+S/N)

W是带宽(Hz),S/N是信噪比。

信噪比(dB) = 10 \log_{10}\frac{S}{N}

\frac{S}{N} = \frac{信号的平均功率}{噪声的平均功率}

若信道带宽W或信噪比S/N没有上限(不可能),则信道的极限信息传输速率就没有上限。

  • 基带信号与宽带信号

基带信号:来自信源的信号,直接表达了要传输的信息,在数字信道上传输(基带传输)。用于近距离传输。

宽带信号:基带信号经载波调制后形成的频分复用模拟信号,信号的频率范围变得更高,在模拟信道上传输(宽带传输)。用于远距离传输。

  • 几种编码

非归零编码(NRZ)、归零编码(RZ)、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码。

  • 调制(数字信号 -> 模拟信号)

调幅、调频、调相、调幅+调相。

  • 编码(模拟信号 -> 数字信号)

采样( f_{采样} \geq f_{信号最高频率} )、量化、编码。

物理层下面的传输媒体

  • 导向性传输介质:双绞线、同轴电缆、光纤。
  • 非导向性传输介质:无线电波、微博、红外线、激光。

物理层设备

中继器、集线器(多口中继器):再生,放大信号。

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About the Author: 雪球

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