计算机网络 第二章

第二章 物理层

1.物理层的基本概念

1.物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

2.物理层的主要任务描述为：确定传输媒体的接口的一些特性，即：

• 机械特性：接口形状、大小、引线数目
• 电气特性：电压范围(-5V到+5V)
• 功能特性：-5V表示0，+5V表示1
• 过程特性：即规程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤，

2.数据通信的基础知识

1.数据通信模型：

2.相关术语：

• 通信的目的–传输信息
• 数据–传送消息的实体
• 信号–数据的电气或电磁的表现
  • 模拟信号–消息的参数的取值是连续的
  • 数字信号–消息的参数的取值是离散的
• 码元–在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就是码元。（010101:1是一个码元，0也是一个码元）在数字通信中常常用时间间隔相同的符号表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元（最大值为1，最小值为0）。这个间隔长度称为码元长度。1码元可以携带nbit的信息量。(若1码元携带3bit信息量，则最大值为111，最小值为000；若1码元携带4bit信息量，则最大值为1111，最小值为0000。)

3.信道：向一个方向传送信息的媒体。

• 单向通信(单工通信)–只能有一个方向的通信。
• 双向交替通信(半双工通信)–通信的双方都可以发送信息，但不能同时发送（也不能同时接收）。
• 双向同时通信(全双工通信)–通信双方可以同时发送和接收信息。

4.基带信号和带通信号：

• 基带信号：来自信号源的信号，直接表达要传输的信息的信号。–近距离传输

• 带通信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输的信号。–远距离传输

• 基带信号调制为带通信号的方法：调幅、调频、调相(0–>1：正玄波变余弦波)。
  

5.常用编码：

• 单极性不归零码、双极性不归零码、单极性归零码、双极性归零码。
  

• 曼彻斯特编码：一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit，但它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输。
  

• 差分曼彻斯特编码：与曼彻斯特编码相同，但抗干扰性能强于曼彻斯特编码。
  

6.信道的极限容量：

7.信噪比(S/N)：信道的极限信息传输速率C可表达为

8.奈氏准则和香浓公式的应用范围：

• 奈氏准则(没有信号干扰的情况下，码元的传输速率有上限)–模拟信号
• 香浓公式(有信号干扰的情况下，无差错传输速率为C=W log2(1+S/N）b/s)–模拟信号+数字信号
  

3.物理层下面的传输媒体

1.导向传输媒体：电磁波沿着固体媒体传播。

1.固体媒体分类：

• 双绞线

  • 屏蔽双绞线STP
  • 无屏蔽双绞线UTP

• 同轴电缆

  • 50Ω同轴电缆：数字传输，即基带同轴电缆。
  • 75Ω同轴电缆：模拟传输，即宽带同轴电缆。

• 光缆
  
  2.网线：

• 直通线：双绞线夹线顺序是两边一致，统一是 1:橙白 2:橙 3:绿白 4:蓝 5:蓝白 6:绿 7:棕白 8:棕。100M网线的做线标准，即568B标准。

  直通线应用：

  • 主机到交换机或集线器
  • 路由器到交换机或集线器
    

• 交叉线（交叉电缆）应用：

  • 交换机到交换机
  • 集线器到集线器
  • 主机到主机
  • 集线器到交换机
  • 路由器直连到主机
    
    

3.光线在光纤中的折射

4.光纤的工作原理：

• 多模光纤：可以传播多个电磁波模式，光纤纤芯粗。

• 单模光纤：只能传播一种电磁波模式，光纤纤芯细，其传播性好，带宽可达10GHZ，用于有线电视网络中，1根可传输60套PAL-D电视节目。
  

2.非导向传播媒体:自由空间，其中的电磁波传输被称为无线传输。

1.分类：

• 短波通信：主要靠电离层的反射，通信质量较差。
• 微波通信：直线传播，
  • 地面微波接力通信
  • 卫星通信

2.电信领域使用的电磁波的频谱

3.物理层设备

1.集线器：在网络中只起到信号放大和重发作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力。

• 最大传输距离：100米
• 集线器是个大的冲突域：若一个集线器连接有A\B\C\D\E五台计算机，则A向B发送的数据包的同时，D和E就无法通信，直到A和B通信结束。
• 不安全性：若一个集线器连接有A\B\C\D\E五台计算机，则A向B发送的包，其他四台都能接收到，只是C\D\E发现接收的MAC地址不是自己的，不处理罢了。但通过抓包软件便可抓到。

4.信道复用技术

1.复用：通信技术中的基本概念。

2.频分复用技术(FDM)：用户分到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。不同用户在同一时间占用不同的带宽资源(此带宽指频率带宽，而不是数据的发送速率)

• Channel：信道
  

• 实际应用示意图：

  • 发送方
    

  • 接收方–Filter:调制解调器
    
    
    

3.时分复用技术(TDM)：将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每个用户在不同时间占用同样的频带宽度。每个用户在TDM帧中占有固定序号的时隙。TDM信号即等时信号。

• 实际应用
  
  

• 数据放置示意图：
  

• 实现机制：
  

• 时分复用技术可能会造成线路资源的浪费：
  

• 统计时分复用技术：
  

4.波分复用技术(WDM)：光的频分复用。

5.数字传输系统

1.脉码调制体制(PCM):为了在电话局之间的中继线上传送多路的电话。PCM的国际标准有2种：

• E1标准，欧洲的30路PCM，速率2.048Mb/s。
• T1标准，北美的24路PCM，速率1.544Mb/s。

2.手机通话信号转换示意图：每个柱体代表一个码元，1个码元用8位二进制表示，手机1秒钟采样8000次，即1秒钟产生8000乘以8=64Kb的带宽。

3.带宽：

• E1，时分复用技术的带宽，1路的带宽是64K，则32路的带宽是2.048Mb/s。
  

• T1,24路乘以64K+8K的控制链路=1.544Mb/s。
  

6.宽带接入技术

1.ADSL：

1.ADSL的特点：上行和下行宽带做成不对称的。ADSL在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器。我国采用的方案：离散多音调制技术（DMT）

2.DMT调制技术：把40KHz到1.1MHz的高端频谱划分为许多字信道，每个子信道占据4KHz带宽，每个频率占用一个子信道。

• 语音用单独的一个信道；
• 上传占用25个子信道；
• 下载占用249个子信道。

DMT技术示意图

DMT技术频谱分布图

3.ADSL的组成

2.光纤同轴混合网(HFC)

1.HFC网：在有线电视网（CATV）的基础上开发的一种居民宽带接入网。现有的CATV网是属性拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而HFC网则需要对CATV网进行改造。

2.HFC提供的服务：CATV、电话、数据和其他宽带交互型业务。

3.HFC的主要特点：

• 主干线采用光纤，并使用模拟光纤技术。模拟光纤从头端连接到光纤结点，即光分配结点。在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下为同轴电缆。

• HFC网采用结点体系结构

  • 光纤：25KM
  • 同轴电缆：2-3KM
    

• HFC网具有比CATV网更宽的频谱，且具有双向传输功能。
  

• 每个家庭必须要安装一个用户接口盒。

  Filter: 用户接口盒、Cable modem:调制解调器
  

4.HFC网的最大优点：

• 具有很宽的频带
• 能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。

3.FTTx技术

1.FTTx(光纤到…):一种实现宽带居民接入网的方案。x可代表不同的意思。

• FTTH：光纤到家（带宽为155Mb/s）。
• FTTB：光纤到大楼，光纤进入大楼后转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。
• FTTC：光纤到路边，从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体(155Mb/s)。

来源：CSDN

作者：蓝焰鱼

链接：https://blog.csdn.net/weixin_43488742/article/details/103484554