【计网】物理层学习笔记

【计网】物理层

物理层概述

物理层要实现的功能

在各种传输媒体上传输比特0和1，进而为上面的数据链路层提供透明传输比特流的作用。

物理层接口特性

物理层之下的传输媒体

传输媒体是计网设备之间的物理通路，也称为传输介质。

传输媒体并不包含在计算机网络体系结构中。

导向型传输媒体

同轴电缆

基带同轴电缆：用于数字传输，在早期局域网中广泛使用。

宽带同轴电缆：用于模拟传输，目前主要用于有线电视的入户线。

同轴电缆价格较贵且布线不够灵活和方便。随着技术的发展和集线器的出现在局域网领域基本上都采用
双绞线作为传输媒体,

双绞线

光纤

通信容量非常大

抗雷电和电磁干扰性能

传输损耗小，中继距离长

无串音干扰，保密性好

体积小，重量轻

非导向型传输媒体

无线电波，微波，红外线，激光，可见光

传输方式

串行传输和并行传输

并行传输往往作用于近距离传输

串行传输往往是远距离传输

同步传输和异步传输

单向通信、双向交替通信和双向同时通信

编码与调制

编码与调制的基本概念

码元

在使用时间域的波形表示信号时，代表不同离散数值的基本波形称为码元

常用编码方式

在每个码元的中间时刻信号都会回归到零电平。接收方只要在信号归零后采样即可。归零编码相当于将时钟信号用“归零”的方式编码在了数据之内。

码元中间时刻的电平跳变既表示时钟信号，也表示数据正跳变表示1还是0，负跳变表示0还是1，可以自行定义。

码元中间时刻的电平跳变仅表示时钟信号，而不表示数据。数据的表示在于每一个码元开始处是否有电平跳变:无跳变表示1，有跳变表示0。

在传输大量连续1或连续0的情况下，差分曼彻斯特编码信号比曼彻斯特编码信号的变化少。在噪声干扰环境下，检测有无跳变比检测跳变方向更不容易出错，因此差分曼彻斯特编码信号比曼彻斯特编码信号更易于检测。

在传输介质接线错误导致高低电平翻转的情况下，差分曼彻斯特编码仍然有效。

基本的带通调制方法和混合调制方法

使用基本调制方法，1个码元只能包含1个比特信息。如何才能使1个码元包含更多个比特信息呢?

信道的极限容量

造成信号失真的主要因素

码元的传输速率：传输速率越高，信号经过传输后的失真就越严重。

信号的传输距离：传输距离越远，信号经过传输后的失真就越严重。

噪声干扰：噪声干扰越大，信号经过传输后的失真就越严重，

传输媒体的质量：传输媒体质量越差，信号经过传输后的失真就越严重。

奈氏准则

使用奈氏准则给出的公式，就可以根据信道的频率带宽，计算出信道的最高码元传输速率
只要码元传输速率不超过根据奈氏准则计算出的上限，就可以避免码间串扰。

奈氏准则给出的是理想低通信道的最高码元传输速率，它和实际信道有较大的差别。

因此一个实际的信道所能传输的最高码元传输速率，要明显低于奈氏准则给出的上限值。

香农公式

信道的频率带宽W或信道中的信噪比S/N越大，信道的极限信息传输速率C就越高。

实际信道不可能无限制地提高频率带宽W或信道中的信噪比SIN。

实际信道中能够达到的信息传输速率，要比香农公式给出的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中，信号还要受到其他一些损伤，例如各种脉冲干扰和信号衰减等，这些因素在香农公式中并未考虑。

信道复用技术

信道复用技术基本原理

复用(Multiplexing)就是在一条传输媒体上同时传输多路用户的信号,当一条传输媒体的传输容量大于多条信道传输的总容量时，就可以通过复用技术，在这条传输媒体上建立多条通信信道，以便充分利用传输媒体的带宽。

尽管实现信道复用会增加通信成本(需要复用器、分用器以及费用较高的大容量共享信道)，但如果复用的信道数量较大，还是比较划算的。

频分复用FDM

时分复用TDM

波分复用WDM

码分复用CDM

频分复用FDM

频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源发送数据。

时分复用TDM

时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带。

波分复用WDM

根据频分复用的设计思想，可在一根光纤上同时传输多个频率(波长)相近的光载波信号，实现基于光纤的频分复用技术。

目前可以在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号。因此，这种复用技术也称为密集波分复用DWDM。