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【计算机网络期末复习】第二章 物理层

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第二章 物理层

考点

  • 正交振幅调制QAM不会涉及太多考点
  • 香农公式和奈氏准则需要知道是什么
  • 传输媒体需要知道是什么
  • 几个复用的方法、名字及原理需要知道,码分复用CDMA比较重要,可能会有计算
  • ADSL需要知道是什么

1. 物理层概述及通信基础

1.1 物理层概述

物理层: 在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,确定与传输媒体接口有关的一些特性。

它包含四个特性,分别是机械特性、电气特性、功能特性和规程特性(巧记:械气功程)

1.2 通信基础

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码元是指用一个固定时长信号波形(数字脉冲),代表不同离散数值的基本波形,是数字通信中数字信号的计量单位,这个时长内的信号称为k进制码元,而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时(M大于2),此时码元为M进制码元。

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码元传输速率(波特率),是单位时间内传输的码元个数,单位是波特Baud(B)。

消息: 通信的目的是传送消息,如语音、文字、图像、视频等。

数据: 数据是运送消息的实体。0/1

信号: 信号时数据的电气或电磁的表现。

信道: 表示向某一个方向传送信息的媒体。

  • 单工通信:广播
  • 半双工通信:对讲机
  • 全双工通信:打电话

基带信号: 来自信源的信号。

  • 编码(基带调制):变成数字信号
  • 带通调制:变成模拟信号(带通信号)

1.3 编码与调制

常用编码方式:

  • 归零编码:高1低0,后半段归零
  • 非归零编码:高1低0,后半段不归零
  • 曼彻斯特编码:前高后低->1/0;前低后高->0/1
  • 差分曼彻斯特编码:起始位置发生了跳变为0,不变为1

常用带通调制方式:

  • 调幅(AM)
  • 调频(FM)
  • 调相(PM)

1.4 极限数据传输率

奈氏准则: 在理想低通(无噪声,带宽受限)条件下,极限码元传输速率为2WBaud,W是信道带宽,单位是Hz,V是每个码元离散电平的数目(即有多少种码元)。

理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2V(b/s)

香农定理: 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=Wlog2(1+S/N)(b/s)

信噪比(dB)=10log10(S/N)

1.5 信道复用技术

多路复用技术:把多个信号组合在一条物理信道上进行传输,使得多个计算机或终端设备共享信道资源,提高信道利用率。把一条广播信道,逻辑上分成几条用于两个节点之间通信的互不干扰的子信道,实际就是把广播信道转变为点对点信道

静态划分信道(信道划分介质访问控制):

  • 频分多路复用FDM

  • 时分多路复用TDM

    统计时分复用STDM: 只要有信息就直接发送,不管发送方是谁

  • 波分多路复用WDM: 波分多路复用就是光的频分多路复用,在一根光纤中传输多种不同波长(频率)的光信号,由于波长(频率)不同,所以各路光信号互不干扰,最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来

  • 码分多路复用CDM

2. 传输介质及物理层设备

2.1 传输介质

导引型:

  • 双绞线

    • 屏蔽双绞线
    • 非屏蔽双绞线
  • 同轴电缆

  • 光纤: 光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽

    • 单模光纤
    • 多模光纤

非导引型:

  • 无线电波(信号向所有方向传播): 较强穿透能力,可传远距离,广泛用于通信领域(如手机通信)。
  • 微波(信号固定方向传播): 微波通信频率较高、频段范围宽,因此数据率很高。
    • 地面微波接力通信
    • 卫星通信
  • 红外线、激光(信号固定方向传播): 把要传输的信号分别转换为各自的信号格式,即红外光信号和激光信号,再在空间中传播。

2.2 物理层设备

物理层设备:中继器、集线器

链路层设备:网桥、交换机

网络层设备:路由器

2.3 宽带接入技术(有线)

宽带接入方法:

  • 非对称数字用户线ADSL
    • 媒体:双绞线(原电话线进行改造)
  • 光纤同轴混合网HFC
    • 媒体:光纤+同轴电缆(原有线电视网进行改造)
  • 光纤到…FFTx
    • 媒体:光纤

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