计算机网络(谢希仁第八版)第二章:物理层
1.物理层基本概念
物理层协议又被称为规程
物理层协议数据单元==>==比特流==
特性(了解):
(1)机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。 (2)电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。 (3)功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。 (4)过程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
数据在计算机内部采用并行传输,在通信线路(传输媒体)采用串行传输
2.数据通信的基础知识
1.通信模型:
==源系统—>传输系统—>目的系统==
- 消息:文字、图像等,数据是运送消息的实体,是有意义的符号序列。
- 信号:数据的电气或电磁表现。 模拟信号(analogous signal):(连续)
数字信号(digital signal):(离散)
码元:在使用时间域(或简称为时域)的波形表示数字信号时,代表不同离散数值的基本波形就称为码元。在使用二进制编码时,只有两种不同的码元,一种代表0状态而另一种代表1状态。
2.信道
(1)单向通信(单工通信):只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。 (2)双向交替通信(半双工通信):通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。这种通信方式是一方发送另一方接收,过一段时间后可以再反过来。 (3)双向同时通信(全双工通信):通信的双方可以同时发送和接收信息。
(1)、常用编码方式:
不归零制:正电平代表1,负电平代表0。
归零制:正脉冲代表1,负脉冲代表0。
曼彻斯特编码;位周期中心的向上跳变代表0,位周期中心的向下跳变代表1。也可反过来定义。
差分曼彻斯特编码:在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变表0,位开始边界没有跳变表1。
(2)、基本的带通调制方法
调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而变化。例如,0或1分别对应于无载波或有载波输出。
调频(FM):载波的频率随基带数字信号而变化。例如,0或1分别对应于频率f1或f2。
调相(PM):载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如,0或1分别对应于相位0度或180度。
3.信道的极限容量
==信噪比==:信号的平均功率和噪声的平均功率之比,记为S/N 单位为分贝时:
==奈氏准则==: 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。
公式:理想低通信道下的极限数据传输率=2W(b/s)
W为信道带宽(Hz)。
==香农公式==: 信道的极限信息传输速率
- W为信道的带宽(以Hz为单位),S为信道内所传信号的平均功率,N为信道内部的高斯噪声功率。3.物理层下面的传输媒体 1.导引型传输媒体(有线)
==双绞线==: 广泛用于局域网内
> 屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted Pair)
> 无屏蔽双绞线UTP(Unshielded Twisted Pair)
==同轴电缆==: 主要用在有线电视网的居民小区 ==光缆(光纤)==: 远距离传输
(1)传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济。
(2)抗雷电和电磁干扰性能好。
(3)无串音干扰,保密性好,不易被窃听或截取数据。
(4)体积小,重量轻。
2.非导引型传输媒体(无线)
移动通信
4.信道复用技术
1.频分复用、时分复用和统计时分复用
复用器和分用器:=>
==频分复用==FDM(Frequency Division Multiplexing)最简单,如下图(a)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。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率)。
==时分复用==TDM(Time Division Multiplexing)是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。如下图(b)。
【—>】但时分复用面临着信道资源浪费的问题:
于是就有了现在的==统计时分复用==STDM(Statistic TDM)是一种改进的时分复用,它能明显地提高信道的利用率。如下图的动态分配时隙,每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存,然后集中器按顺序依次扫描输入缓存,把缓存中的输入数据放入STDM帧中。对没有数据的缓存就跳过去。当一个帧的数据放满了,就发送出去。
此TDM帧和STDM帧是在物理层传送的比特流中所划分的帧非数据链路层的“帧” 2.波分复用和码分复用 ==波分复用==WDM(Wavelength Division Multiplexing)就是光的频分复用,即使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号。随着技术发展,一根光纤上复用的光载波信号的路数越来越多,就出现了密集波分复用DWDM(Dense Wavelength Division Multiplexing)
==码分复用==CDM(Code Division Multiplexing),实际上,人们更常用的名词是<码分多址>CDMA(Code Division Multiple Access) 两个不同站的码片序列正交,就是向量S和T的规格化内积(inner product)都是==0==,向量S和各站码片反码的向量的内积也是==0==:
任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是==1==:
码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是–1。从上式可以看出,因为求和的各项都变成了–1。 ==>当两个码片向量内积的结果 = -1,发送0 = 0, 不发送 = 1, 发送1
5.数字传输系统
pass
6.宽带接入技术
1.ADSL技术
非对称数字用户线ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)
2.光纤同轴混合网(HFC网)
3.FTTx技术
光纤到户FTTH(Fiber To The Home) 多种宽带光纤接入方式,称为FTTx,表示Fiber ToThe…。这里字母x可代表不同的光纤接入地点。
====================================本书索引 计算机网络(谢希仁第八版)第一章:概述 计算机网络(谢希仁第八版)第二章:物理层 计算机网络(谢希仁第八版)第三章:数据链路层 计算机网络(谢希仁第八版)第四章:网络层
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