目錄

通信基礎(chǔ)
基本概念
奈奎斯特(Nyquist)定理
香農(nóng)(Shannon)定理
編碼與調(diào)制
交換方式
分組交換
數(shù)據(jù)報(bào)
虛電路

傳輸介質(zhì)
導(dǎo)向傳輸介質(zhì)
非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)
接口特性

物理層設(shè)備
中繼器
集線器(Hub)

通信基礎(chǔ)

信道上傳送的信號(hào)可分為：

基帶信號(hào)：將數(shù)字信號(hào)1和0直接用兩種不同的電壓表示，然后送到數(shù)字信道上傳輸（稱(chēng)為基帶傳輸）
寬帶信號(hào)：將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成頻分復(fù)用模擬信號(hào)，然后傳送到模擬信道上取傳輸（稱(chēng)為寬帶傳輸）

從通信雙方信息的交互方式看，可分為三種基本方式：

單工通信：單向交互
半雙工通信：雙向交互，但不能同時(shí)雙向交互
全雙工通信：雙向交互，但能同時(shí)雙向交互

數(shù)據(jù)傳輸分串行傳輸方式與并行傳輸方式：

串行傳輸方式：

是指一個(gè)一個(gè)的比特按照實(shí)際順序傳輸（出于經(jīng)濟(jì)上的考慮，遠(yuǎn)距離通信通常采用串行傳輸）
物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是位
特點(diǎn)：距離長(zhǎng)、速度慢

并行傳輸方式：

是指多個(gè)比特通過(guò)多條通信信道同時(shí)傳輸。
物理數(shù)據(jù)服務(wù)單元是N位，N為并行連接的物理通道數(shù)

特點(diǎn)：距離短、速度快

所以在計(jì)算機(jī)內(nèi)部（距離短）傳輸應(yīng)選擇并行傳輸

通信方式：

同步傳輸：發(fā)送方和接收方的數(shù)據(jù)保持一致。發(fā)送方邊發(fā)，接收方邊接。
異步傳輸：并不要求發(fā)送方和接收方的時(shí)鐘完全一樣。發(fā)送方可以在任何時(shí)刻發(fā)送這些比特組，而接收方從不知道它們會(huì)在什么時(shí)候到達(dá)。

基本概念

數(shù)據(jù)：信息的承載實(shí)體。
信號(hào)：數(shù)據(jù)的電磁或電氣表現(xiàn)。
碼元：在使用時(shí)間域的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，代表不同離散數(shù)值的基本波形。（波形）（編碼的元，元即最小的組成部分）（信號(hào)波形）（數(shù)字脈沖）
碼元個(gè)數(shù)：脈沖個(gè)數(shù) 或 信號(hào)變化的次數(shù)

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信道：向某一個(gè)方向傳遞信息的載體。
信息傳播過(guò)程簡(jiǎn)單地描述為：信源→信道→信宿

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速率：也稱(chēng)數(shù)據(jù)率

碼元傳輸速率：又稱(chēng)波特率、調(diào)制速率、碼元速率、波形速率或符號(hào)速率等，單位是波特(Baud)表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)?strong>碼元數(shù)
信息傳輸速率：又稱(chēng)信息速率、比特率等，單位是比特/秒(bit/s)，表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)?strong>比特數(shù)

帶寬：

媒介中信號(hào)可使用的最高頻率和最低頻率之差，或者說(shuō)是頻帶的寬度；
另一個(gè)含義是信道中數(shù)據(jù)的傳送速率

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利用率

信道利用率：
指出某信道有百分之幾的實(shí)際是被利用的（有數(shù)據(jù)通過(guò)）。完全空閑的信道的利用率是0

注意：信道利用率并非越高越好。當(dāng)某信道的利用率增大時(shí)，該信道引起的時(shí)延也就迅速增加。

網(wǎng)絡(luò)利用率：
是全網(wǎng)絡(luò)的信道利用率的加權(quán)平均值。

奈奎斯特(Nyquist)定理

奈奎斯特(Nyquist)定理又稱(chēng)奈氏準(zhǔn)則，它指出在理想低通（沒(méi)有噪聲、帶寬有限）的信道中的極限數(shù)據(jù)率。

無(wú)噪聲下的碼元速率極限值B與信道帶寬W的關(guān)系：極限碼元傳輸率B為2W波特
[B=2*W(Baud)]

奈奎斯特公式-無(wú)噪信道傳輸能力公式：

定義：
[C=2Wlog_2V(單位為b/s)]
其中，C為理想低通信道下的極限數(shù)據(jù)傳輸率；W為理想低通信道的帶寬（即 信道傳輸上、下限頻率的差值，單位為Hz）；V為一個(gè)碼元所取的離散值個(gè)數(shù)（即 量化等級(jí)）（即 每個(gè)碼元的取值個(gè)數(shù)，有多少種不同的碼元，比如有16中不同的碼元，則需要4位二進(jìn)制位，因此數(shù)據(jù)傳輸率是碼元傳輸率的4倍）

我們可以采用調(diào)幅調(diào)制計(jì)數(shù)，調(diào)整振幅，來(lái)增加碼元離散值個(gè)數(shù)。

波特率與數(shù)據(jù)傳輸速率直接的關(guān)系：
[C=Blog_2V(單位為b/s)]
其中，B為極限碼元傳輸率（即 波特率）

香農(nóng)(Shannon)定理

香農(nóng)(Shannon)定理給出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限數(shù)據(jù)傳輸率，當(dāng)用此速率進(jìn)行傳輸時(shí)，可以做到不產(chǎn)生誤差。

信噪比：

噪聲是隨機(jī)產(chǎn)生的，它的瞬時(shí)值有時(shí)會(huì)很大。
噪聲會(huì)使接收端對(duì)碼元的判決產(chǎn)生錯(cuò)誤。
信噪比就是信號(hào)的平均功率和噪聲的平均功率之比。常記為S/N，并用分貝(dB)作為度量單位。即：
[信噪比(dB)=10log_{10}(S/N)(dB)]
例如，當(dāng)S/N=10時(shí)，信噪比為10dB，而當(dāng)S/N=1000時(shí)，信噪比為30dB。

香農(nóng)公式-帶噪信道容量公式：
[C=Wlog_2(1+S/N)(單位為b/s)]
其中，C為信道的極限數(shù)據(jù)傳輸率，W為信道的帶寬，S為信道所傳輸信號(hào)的平均功率，N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。S/N為信噪比，通常把信噪比表示為10lg(S/N)分貝(dB)

注意：兩個(gè)理論上限不可逾越，只能取兩者最小值。

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例子：

帶寬6MHz，量化等級(jí)為4（即 一個(gè)碼元的離散值個(gè)數(shù)），無(wú)噪聲，最大數(shù)據(jù)傳輸率多大？
C=2Wlog_2N(bps) = 2*6*log4=24Mbps

帶寬3KHz，信噪比20dB,二進(jìn)制，最大數(shù)據(jù)傳輸率
香農(nóng)：C=Blog(1+S/N)=3*log(1+100)=20Kbps
奈奎斯特：C=2BlogV=2*3*log2=6Kbps
兩個(gè)理論上限不可逾越，只能取兩者最小值：C=6Kbps

注意：這里有噪聲的香農(nóng)比沒(méi)噪聲的奈奎斯特還要大，只是說(shuō)明當(dāng)提高碼元離散值個(gè)數(shù)V（不用二進(jìn)制，用更高的進(jìn)制，如16，奈奎斯特就可以趕上香農(nóng)）

編碼與調(diào)制

連續(xù)變化的數(shù)據(jù)（或信號(hào)）稱(chēng)為模擬數(shù)據(jù)（或模擬信號(hào)）
取值僅允許為有限的幾個(gè)離散數(shù)值的數(shù)據(jù)（或信號(hào)）稱(chēng)為數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)（或數(shù)字信號(hào)）

數(shù)據(jù)無(wú)論是數(shù)字的還是模擬的，為了傳輸?shù)哪康亩急仨氜D(zhuǎn)變成信號(hào)。

基本概念：
把數(shù)據(jù)變換為模擬信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為調(diào)制；把數(shù)據(jù)變換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為編碼。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)：

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼用于基帶傳輸中，即 在基本不改變數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)信號(hào)頻率的情況下，直接傳輸數(shù)字信號(hào)。

非歸零編碼：
正電平代表1，負(fù)電平代表0。
曼徹斯特編碼：（以太網(wǎng)）（一個(gè)比特需要兩個(gè)碼元，即 波特率是數(shù)據(jù)率的兩倍）（計(jì)算方法：時(shí)間=波特/波特率=比特/比特率）
位周期中心的向上跳變代表0，位周期中心的向下跳變代表1。但也可反過(guò)來(lái)定義。
差分曼徹斯特編碼：
在每一位的中心處始終都有跳變。位開(kāi)始邊界有跳變代表0，而位開(kāi)始邊界沒(méi)有跳變代表1。
4B/5B編碼：（每4個(gè)比特組需要5個(gè)碼元，即 4/比特率=5/波特率，波特率=5/4*比特率）
將欲發(fā)送數(shù)據(jù)流的每4位作為一組，然后按照4B/5B編碼規(guī)則將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的5位碼。5位碼共32種組合，當(dāng)只采用其中的16種不同的4位碼，其他的16種作為控制碼（幀的開(kāi)始和結(jié)束、線路的狀態(tài)信息等）或保留。
總結(jié)：

從信號(hào)波形中可以看出，曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼產(chǎn)生的頻率比非歸零編碼高。

從自同步能力來(lái)看，非歸零編碼不能從信號(hào)波形本身中提取信號(hào)時(shí)鐘頻率（這叫做沒(méi)有自同步能力），而曼徹斯特編碼和差分曼徹斯特編碼具有自同步能力。（比如，一段很長(zhǎng)的直線信號(hào)，當(dāng)中有多少個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)，非歸零編碼很難同步看出，而具有自同步能力則可以看有多少個(gè)跳變，從而知道多少個(gè)數(shù)據(jù)）

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注意：碼元和比特沒(méi)有固定的比例關(guān)系。
曼徹斯特編碼：兩個(gè)碼元表示一個(gè)比特。
4相DPSK調(diào)制：用4種相位不同的碼元來(lái)表示二進(jìn)制比特信息，這樣每個(gè)碼元可以表示2比特信息。
碼元存在8種狀態(tài)：即 一個(gè)碼元可以表示三個(gè)比特。

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)：

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)在發(fā)送端將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，而在接收端將模擬信號(hào)還原為數(shù)字信號(hào)，分別對(duì)應(yīng)于調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制和解調(diào)過(guò)程。

幅移鍵控(ASK)
頻移鍵控(FSK)
相移鍵控(PSK)
正交振幅調(diào)制(QAM)

模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號(hào)：

這種編碼方式最典型的例子是常用于對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行編碼的脈碼調(diào)制(PCM)（即 脈沖編碼調(diào)制）。主要包括三個(gè)步驟，即采樣、量化、編碼

模擬數(shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號(hào)：

為了實(shí)現(xiàn)傳輸?shù)挠行裕赡苄枰^高的頻率。這種調(diào)制方式還可以使用頻分復(fù)用(FDM)技術(shù)，充分利用帶寬資源。
電話機(jī)和本地局交換機(jī)采用模擬信號(hào)傳輸模擬數(shù)據(jù)的編碼方式；模擬的聲音數(shù)據(jù)是加載到模擬的載波信號(hào)中傳輸?shù)摹?/p>

交換方式

電路交換：

通信雙方在通信之前先建立一條專(zhuān)用（雙方獨(dú)占）的物理通信連接，然后再建立的連接上傳輸數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)傳輸完后釋放連接。

面向連接
三個(gè)階段：連接建立、數(shù)據(jù)傳輸和連接釋放。
在通訊過(guò)程中，通信的雙方始終占用端到端的固定傳輸帶寬。
優(yōu)點(diǎn)：

通信時(shí)延小（像電話一樣，比特流直達(dá)終點(diǎn)）
有序傳輸
實(shí)時(shí)性強(qiáng)
沒(méi)有沖突
適用范圍廣
控制簡(jiǎn)單

缺點(diǎn)：

建立連接時(shí)間長(zhǎng)
線路獨(dú)占
靈活性差
難以規(guī)格化
不具備差錯(cuò)控制的能力，無(wú)法糾正傳輸過(guò)程中發(fā)生的數(shù)據(jù)差錯(cuò)

適用性：

適用于實(shí)時(shí)通信的應(yīng)用（電話通信就是采用電路交換的通信）

注意：電路建立后，除源節(jié)點(diǎn)和目的節(jié)點(diǎn)外，電路上的任何節(jié)點(diǎn)都采取“直通方式”接受數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)，即 不會(huì)存在存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)所耗費(fèi)的時(shí)間。

報(bào)文交換：（等待整個(gè)報(bào)文全部到達(dá)，存儲(chǔ)完后，才能繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)）

數(shù)據(jù)交換的單位是報(bào)文，報(bào)文攜帶有目標(biāo)地址、源地址等信息。報(bào)文交換在交換結(jié)點(diǎn)采用的是存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的傳輸方式。
與電路交換一樣，都是發(fā)整個(gè)報(bào)文
但是電路交換是從一個(gè)固定的路傳輸；
而報(bào)文交換的路徑并不固定，可以視情況改變。
所以分組交換不僅僅是把報(bào)文交換的報(bào)文劃分成更小的分組了，而且實(shí)現(xiàn)了流水線的交換。（畢竟報(bào)文交換需要等待整個(gè)報(bào)文數(shù)據(jù)全部到達(dá)才能轉(zhuǎn)發(fā)）

注意：此處討論的都是針對(duì)一個(gè)報(bào)文數(shù)據(jù)而言的。如果針對(duì)多個(gè)報(bào)文數(shù)據(jù)，那報(bào)文交換也能算流水線。

無(wú)連接
報(bào)文的大小不固定
節(jié)點(diǎn)先接收?qǐng)?bào)文，進(jìn)行存儲(chǔ)，然后根據(jù)線路的情況決定通過(guò)線路先其他節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)
優(yōu)點(diǎn)：

無(wú)須建立連接
動(dòng)態(tài)分配線路
提高線路可靠性
提高線路利用率
提供多目標(biāo)服務(wù)

缺點(diǎn)：

節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)需要一定的時(shí)延。（包括接受報(bào)文、檢驗(yàn)正確性、排隊(duì)、發(fā)送時(shí)間等）

分組交換：（不需要等待分組全部到達(dá)后再轉(zhuǎn)發(fā)，可以到達(dá)一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)一個(gè)）（流水線）

分組交換也采用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式。

連接性：

面向連接的虛電路分組交換
無(wú)連接的數(shù)據(jù)報(bào)分組交換

分組長(zhǎng)度固定，且比報(bào)文小得多
節(jié)點(diǎn)時(shí)延比較小，差錯(cuò)重傳的數(shù)據(jù)量小
優(yōu)點(diǎn)：

無(wú)建立時(shí)延
線路利用率高
簡(jiǎn)化了存儲(chǔ)管理
加速傳輸
減少了出錯(cuò)概率和重發(fā)數(shù)據(jù)量

缺點(diǎn)：

存在傳輸時(shí)延
需要傳輸額外的信息量

當(dāng)分組交換采用數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)失序、丟失或重復(fù)分組，分組到達(dá)目的地時(shí)，要對(duì)分組按編號(hào)進(jìn)行排序等工作。

注意：分組交換對(duì)報(bào)文交換的主要改進(jìn)是減少了傳輸時(shí)延。（報(bào)文太長(zhǎng)了，存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)要太長(zhǎng)時(shí)間）

總結(jié)：

要傳送的數(shù)據(jù)量很大且其傳送時(shí)間遠(yuǎn)大于呼叫時(shí)間時(shí)，采用電路交換較為合適。
端到端的通路由多段鏈路組成時(shí)，采用分組交換傳送數(shù)據(jù)較為合適。
從提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的信道利用率上看，報(bào)文交換和分組交換優(yōu)于電路交換，其中分組交換比報(bào)文交換的時(shí)延小，尤其適合于計(jì)算機(jī)之間的突發(fā)式數(shù)據(jù)通信。
為了使數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸時(shí)延最小，采用電路交換較為合適。

為保證數(shù)據(jù)無(wú)差錯(cuò)地傳輸，不應(yīng)選用的交換方式是電路交換。

電路交換方式的優(yōu)點(diǎn)

在出錯(cuò)率很高的傳輸系統(tǒng)中，選用數(shù)據(jù)報(bào)方式更合適。

注意：是傳輸系統(tǒng)出錯(cuò)率高，指的是易出現(xiàn)結(jié)點(diǎn)故障。而不是本身傳輸出錯(cuò)率高（不是誤碼率高），要提高可靠性。
注意：
電路交換：通常是在物理層，譬如打電話等。此時(shí)整個(gè)物理線路的帶寬是由該通訊獨(dú)占的。
虛電路交換：在一條物理線路上虛擬出多個(gè)邏輯的通道，此時(shí)該物理線路上可以有多條通訊量，每條通訊獨(dú)占一條虛擬電路。多個(gè)虛擬電路通過(guò)時(shí)分/頻分等多路復(fù)用方式復(fù)用到一條物理鏈路上。

計(jì)算方法：

電路交換所需時(shí)間=建立連接時(shí)間+傳輸所有數(shù)據(jù)所需時(shí)間
報(bào)文交換所需時(shí)間=傳輸所有數(shù)據(jù)到下一個(gè)路由器的所需時(shí)間（存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)）+...直到到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)
分組交換所需時(shí)間=傳輸所有數(shù)據(jù)到下一個(gè)路由器的所需時(shí)間（存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)）+最后一個(gè)分組經(jīng)過(guò)路由器到目的地址的所需時(shí)間（即 一個(gè)流水線，直到最后一個(gè)分組到達(dá)路由器后，數(shù)據(jù)才完整傳輸完畢）（時(shí)序法）
時(shí)序法：

首先計(jì)算所有分組的發(fā)送時(shí)間
再計(jì)算最后一個(gè)分組傳輸完的時(shí)間

前面分組在計(jì)算最后一個(gè)時(shí)間的時(shí)候都并行的計(jì)算完了

（發(fā)送流程：左邊未發(fā)送，右邊已發(fā)送）（流水線）（前面分組在計(jì)算最后一個(gè)時(shí)間的時(shí)候都并行的計(jì)算完了）
❤❤❤❤|~~~~~~~~~|（初始狀態(tài)）
→|❤❤❤❤~~~~~~~~~|（所有分組的發(fā)送時(shí)間）
→|~~~~~~~~~|❤❤❤❤（最后一個(gè)分組傳輸完的時(shí)間）

電路交換，報(bào)文交換，分組交換之間的區(qū)別以及聯(lián)系：

	電路交換	報(bào)文交換	分組交換
建立被雙方獨(dú)占物理通路（建立連接）	需要	不要求	不要求
數(shù)據(jù)交換單位	比特流	報(bào)文	分組
傳輸方式	比特流直接到達(dá)	存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)	存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)
每個(gè)分組沿著規(guī)定路徑	是	不是	不是
分組按序到達(dá)	是	不是	不是
優(yōu)點(diǎn)	通信時(shí)延小； 實(shí)時(shí)性強(qiáng)； 適用范圍廣； 控制簡(jiǎn)單； 避免沖突。	無(wú)需建立連接； 動(dòng)態(tài)分配路線； 可靠性高； 線路利用率高； 可提供多目標(biāo)服務(wù)。	加速傳輸； 簡(jiǎn)化存儲(chǔ)管理； 減少出錯(cuò)幾率和重發(fā)數(shù)據(jù)量。
缺點(diǎn)	建立連接時(shí)間長(zhǎng)； 信道利用率低； 缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)； 靈活性差。	由于存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)方式導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延； 對(duì)報(bào)文大小沒(méi)有控制，需要較大的存儲(chǔ)緩存空間。	存在傳輸時(shí)延； 工作量大，可能出現(xiàn)分組失序，丟失等情況。

分組交換

區(qū)別	數(shù)據(jù)報(bào)服務(wù)	虛電路服務(wù)
連接的建立	不需要	必須有
目的地址	每個(gè)分組都有完整的目的地址	僅在建立連接階段使用，之后每個(gè)分組使用長(zhǎng)度較短的虛電路號(hào)
路由選擇	每個(gè)分組獨(dú)立地進(jìn)行路由選擇和轉(zhuǎn)發(fā)	屬于同一條虛電路的分組按照同一路由轉(zhuǎn)發(fā)
分組順序	不保證分組的有序到達(dá)	保證分組的有序到達(dá)
可靠性	不保證可靠通信，可靠性由用戶主機(jī)來(lái)保證	可靠性由網(wǎng)絡(luò)保證
對(duì)網(wǎng)絡(luò)故障的適應(yīng)性	出故障的結(jié)點(diǎn)丟失分組，其他分組路徑選擇發(fā)生變化時(shí)可以正常傳輸	所有經(jīng)過(guò)故障結(jié)點(diǎn)的虛電路均不能正常工作
差錯(cuò)處理和流量控制	由用戶主機(jī)進(jìn)行流量控制，不保證數(shù)據(jù)報(bào)的可靠性	可由分組交換網(wǎng)負(fù)責(zé)，也可由用戶主機(jī)負(fù)責(zé)

數(shù)據(jù)報(bào)

簡(jiǎn)單靈活、無(wú)連接、盡最大努力交付
不同的分組可以走不同的路徑，也可以按不同的順序到達(dá)目的地
所傳送的分組可能出錯(cuò)、丟失、重復(fù)和失序（不按序到達(dá)終點(diǎn)）當(dāng)然也不保證分組傳送的時(shí)限
特點(diǎn)：

發(fā)送分組前不需要建立連接
網(wǎng)絡(luò)盡最大努力交付
發(fā)送的分組中要包括發(fā)送端和接收端的完整地址，以便可以獨(dú)立傳輸
分組在交換結(jié)點(diǎn)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，需要排隊(duì)等候處理，這會(huì)帶來(lái)一定的時(shí)延。交換結(jié)點(diǎn)還可根據(jù)情況丟棄部分分組。
網(wǎng)絡(luò)具有冗余路徑，當(dāng)某一結(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，可相應(yīng)的更新轉(zhuǎn)發(fā)表，找另一條路
存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的時(shí)延一般較小，提高了網(wǎng)絡(luò)的吞吐量
收發(fā)雙方不獨(dú)占某一鏈路，資源利用率較高

虛電路

虛電路方式試圖將數(shù)據(jù)報(bào)方式與電路交換方式結(jié)合起來(lái)，充分發(fā)揮兩種方法的優(yōu)點(diǎn)，以達(dá)到最佳的數(shù)據(jù)交換效果。
虛電路只是邏輯上占用這個(gè)電路，其他的虛電路也能一起用這條物理路徑。

注意：虛電路之所以是“虛”的，是因?yàn)?strong>這條電路不是專(zhuān)用的（而電路交換是專(zhuān)用的），每個(gè)結(jié)點(diǎn)到其他結(jié)點(diǎn)之間的鏈路能同時(shí)有若干虛電路通過(guò)，也可能同時(shí)與多個(gè)節(jié)點(diǎn)之間建立虛電路。
每條虛電路支持特定的兩個(gè)端系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)傳輸，兩個(gè)端系統(tǒng)之間也可以有多條虛電路為不同的進(jìn)程服務(wù)，這些虛電路的實(shí)際路由可能相同也可能不同。

面向連接、可靠
所發(fā)送的分組無(wú)差錯(cuò)按序到達(dá)終點(diǎn)，不丟失、不重復(fù)
步驟：虛電路建立、數(shù)據(jù)傳輸與虛電路釋放
在發(fā)送方和接受方建立一條邏輯連接的虛電路，并且連接一旦建立，就固定了虛電路所對(duì)應(yīng)的物理路徑。
特點(diǎn)：

建立和拆除需要時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)
路由選擇體現(xiàn)在連接建立階段，連接建立后，就確定了傳輸路徑
當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的某個(gè)結(jié)點(diǎn)或某條鏈路出現(xiàn)故障而徹底失效時(shí)，所有經(jīng)過(guò)該結(jié)點(diǎn)或該鏈路的虛電路將遭到破壞
分組收不并不包含目的地址，而包含虛電路標(biāo)識(shí)符，相對(duì)數(shù)據(jù)報(bào)方式開(kāi)銷(xiāo)小。

適用性：
由于建立和拆除需要時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，對(duì)交互式應(yīng)用和小量短分組情況顯得很浪費(fèi)，當(dāng)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間、頻繁的數(shù)據(jù)交換效率較高。

傳輸介質(zhì)

導(dǎo)向傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)也稱(chēng)傳輸媒體，它是發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的物理通路。可分為導(dǎo)向傳輸介質(zhì)（有線）和非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)（無(wú)線）。

雙絞線：

特點(diǎn)：

價(jià)格便宜，在最常用的傳輸介質(zhì)之一
雙絞線的帶寬取決于銅線的粗細(xì)和傳輸?shù)木嚯x
模擬傳輸和數(shù)字傳輸都可以使用雙絞線
通信距離：一般為幾千米到數(shù)十千米

適用性：
在局域網(wǎng)和傳統(tǒng)電話網(wǎng)中普遍使用
分類(lèi)：

屏蔽雙絞線STP(Shielded Twisted Pair)（帶金屬屏蔽層）
無(wú)屏蔽雙絞線UTP(Unshielded Twisted Pair)

同軸電纜：

特點(diǎn)：

具有良好的抗干擾特性
同軸電纜的帶寬取決于電纜的質(zhì)量

適用性：

被廣泛用于傳輸較高速率的數(shù)據(jù)

分類(lèi)：

50Ω同軸電纜：LAN/數(shù)字傳輸常用
75Ω同軸電纜：有線電視/模擬傳輸常用

光纜：

特點(diǎn)：

光纖是光纖通信的傳輸媒體
由于可見(jiàn)光的頻率非常高，約為(10^8)MHz的量級(jí)，因此一個(gè)光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于目前其他各種傳輸媒體的帶寬。

分類(lèi)：

多模光纖：可以存在多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。但光脈沖在多模光纖中傳輸時(shí)會(huì)逐漸變寬，造成失真（故只適合于近距離傳輸）
單模光纖：若光纖的直徑減小到只有一個(gè)光的波長(zhǎng)，則光纖就像一根波導(dǎo)那樣，它可使光線一直向前傳播，而不會(huì)產(chǎn)生多次反射。衰減較小（適合于遠(yuǎn)距離傳輸）

非導(dǎo)向傳輸介質(zhì)

無(wú)線傳輸介質(zhì)

無(wú)線電波：

無(wú)線電波使信號(hào)向所有方向散播
適用性：
具有較強(qiáng)的穿透能力，可以傳輸很長(zhǎng)的距離，被廣泛應(yīng)用于通信領(lǐng)域，如無(wú)線手機(jī)通信、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的無(wú)線局域網(wǎng)(WLAN)等。

微波、紅外線和激光：

信號(hào)是沿直線傳播的

衛(wèi)星通信：

優(yōu)點(diǎn)：
通信容量大、距離遠(yuǎn)、覆蓋廣
缺點(diǎn)：
端到端傳輸時(shí)延長(zhǎng)

接口特性

物理層應(yīng)盡可能屏蔽各種物理設(shè)備的差異，主要任務(wù)為確定與傳輸媒體的接口有關(guān)的一些特性。

機(jī)械特性：指明接口所用的接線器的形狀和尺寸、引線的數(shù)目和排列等等
電氣特性：指明在接口電腦的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍
功能特性：指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義
過(guò)程特性：也稱(chēng)規(guī)程特性，只要定義各條物理線路的工作規(guī)程和時(shí)序關(guān)系

物理層設(shè)備

中繼器

中繼器是局域網(wǎng)環(huán)境下用來(lái)擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的最簡(jiǎn)單、最廉價(jià)的互聯(lián)設(shè)備。使用中繼器連接的幾個(gè)網(wǎng)段仍然是一個(gè)局域網(wǎng)。
連接線路、對(duì)信號(hào)整形放大
網(wǎng)段（network segment）一般指一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中使用同一物理層設(shè)備（傳輸介質(zhì)，中繼器，集線器等）能夠直接通訊的那一部分。

基本概念：

中繼器又稱(chēng)轉(zhuǎn)發(fā)器，主要功能是將信號(hào)整形并放大再轉(zhuǎn)發(fā)出去，以消除信號(hào)經(jīng)過(guò)一長(zhǎng)段電纜后，應(yīng)噪聲或其他原因而造成的失真和衰減，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)木嚯x。
其原理是信號(hào)再生（而非簡(jiǎn)單地將衰減的信號(hào)放大）

中繼器有兩個(gè)端口，數(shù)據(jù)從一個(gè)端口輸入，再?gòu)牧硪粋€(gè)端口發(fā)出。端口僅作用于信號(hào)的電氣部分，而不管數(shù)據(jù)中是否有錯(cuò)誤數(shù)據(jù)或不適合網(wǎng)段的數(shù)據(jù)。

放大器和中繼器都起放大作用
放大器放大的是模擬信號(hào)，原理是將衰減的信號(hào)放大（對(duì)信號(hào)不加處理的放大）
中繼器放大的是數(shù)字信號(hào)，原理是將衰減的信號(hào)整形再生

5-4-3規(guī)則：
在采用粗同軸電纜的10BASE5以太網(wǎng)規(guī)范中，互相串聯(lián)的中繼器個(gè)數(shù)不能超過(guò)4個(gè)，而且用4個(gè)中繼器串聯(lián)的5段通信介質(zhì)中只有3段可以掛接計(jì)算機(jī)，其余兩段只能用作擴(kuò)展通信范圍的鏈路段，不能掛接計(jì)算機(jī)。

注意：如果某個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，那么可以認(rèn)為它能連接兩個(gè)不同的協(xié)議，否則不能。
中繼器是沒(méi)有存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能的，因此它不能連接兩個(gè)速率不同的網(wǎng)段，中繼器兩端的網(wǎng)段一定要使用同一個(gè)協(xié)議。

集線器(Hub)

基本概念：

集線器(Hub)實(shí)質(zhì)上是一個(gè)多端口的中繼器，它也工作在物理層。
用多個(gè)集線器可連成更大的局域網(wǎng)
半雙工狀態(tài)

優(yōu)點(diǎn)：
使原來(lái)屬于不同沖突域的局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行跨沖突域的通信。擴(kuò)大了局域網(wǎng)覆蓋的地理范圍。

缺點(diǎn)：
沖突域增大了，但總的吞吐量反而減小。（如果同時(shí)又兩個(gè)或多個(gè)端口輸入，那么輸出時(shí)會(huì)發(fā)生沖突，導(dǎo)致這些數(shù)據(jù)都無(wú)效）

注意：多臺(tái)計(jì)算機(jī)必會(huì)發(fā)生同時(shí)通信的情形，因此集線器不能分割沖突域，所有集線器的端口都屬于一個(gè)沖突域。
集線器在一個(gè)時(shí)鐘周期中只能傳輸一組信息，如果一臺(tái)集線器連接的機(jī)器較多，且多臺(tái)機(jī)器經(jīng)常需要同時(shí)通信，那么將導(dǎo)致信息碰撞，使得集線器的工作效率很差。

補(bǔ)充：

光纖到戶(Fibre (Fiber) To The Home, FTTH)：光纖
非對(duì)稱(chēng)數(shù)字用戶線路(Asymmetric Digital Subscriber Line, ADSL)：電話線
混合光纖同軸電纜(Hybrid Fiber－Coaxial, HFC)：有線電視

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【计算机网络】物理层的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。

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