物理層的基本概念

為什么需要物理層

• 通信需要通路：光、電、無線
• 通路連接方式
• 數(shù)據(jù)在通路上的表現(xiàn)形式：數(shù)據(jù)如何轉(zhuǎn)變成通路上需要的形式、數(shù)據(jù)傳輸速率
• 通路共享
• 通路傳送數(shù)據(jù)的規(guī)則

物理層的功能

物理層不包含物理媒介，而是確定與傳輸媒體的接口特性。

• 機械特性
• 電器特性
• 功能特性
• 過程特性

主要功能：解決計算機間比特傳輸問題，即透明地傳送比特流，關(guān)心的是點到點的問題。

透明傳輸：指不管所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是什么樣的比特組合，都能夠在鏈路上傳輸。要盡可能地屏蔽掉不同傳輸媒體和通信手段的差異。

常用物理層相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：RJ45

數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)

一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括三大部分：源系統(tǒng)（或發(fā)送端、發(fā)送方）、傳輸系統(tǒng)（或傳輸網(wǎng)絡(luò)）和目的系統(tǒng)（或接收端、接收方）

通信的目的是傳送消息

• 信號：數(shù)據(jù)的電氣的或電磁的表現(xiàn)

模擬信號：代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的 數(shù)字信號：代表消息的參數(shù)的取值是離散的

• 信源：產(chǎn)生和發(fā)送數(shù)據(jù)的源頭
• 信宿：接收數(shù)據(jù)的終點
• 信道：信號傳輸?shù)耐ǖ?#xff08;傳輸媒介），一般來表示向某一個方向傳送信息的介質(zhì)，一端是發(fā)送信道，另一端是接收信道。一條傳輸介質(zhì)上可以有多條信道（多路復(fù)用）
  

三種通信方式

基帶信號

基帶信號：信源發(fā)出的沒有經(jīng)過調(diào)制的原始信號（直接表達了要傳輸?shù)男畔⒌男盘?#xff09;。
基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量。因此必須對基帶信號進行調(diào)制

• 由模擬信號源產(chǎn)生的信號稱為模型基帶信號
• 由計算機產(chǎn)生的二進制信號稱為數(shù)字基帶信號
• 無特別說明，一般指的是數(shù)字基帶信號
  

編碼與調(diào)制

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號

• 非歸零編碼：正電平代表1，負電平代表0
• 歸零編碼：正脈沖代表1，負脈沖代表0
• 曼徹斯特編碼：從高到低跳變是表示1，從低到高跳變表示是0
• 差分曼徹斯特編碼：在每一位的中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變代表0，位開始邊界沒有跳變代表1
  
  

碼元的概念

在使用時間域的波形表示數(shù)字信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形。
1碼元可以攜帶多個比特的信息量。
當(dāng)碼元的離散狀態(tài)有M個時，此時碼元稱為M進制碼元。

信道極限容量

任何實際的信道都不是理想的，在傳輸信號時會產(chǎn)生各種失真以及帶來多種干擾。
失真的原因：

• 碼元傳輸速率高
• 信道傳輸?shù)木嚯x遠
• 傳輸媒體質(zhì)量越差
• 噪音干擾
  
  碼間串?dāng)_：接收端收到的信號波形失去了碼元之間的清晰界限的現(xiàn)象

信道帶寬

信道能夠通過的頻率范圍

信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不是出現(xiàn)碼間串?dāng)_

奈氏準(zhǔn)則

在假定的理想低通條件（無噪音、帶寬受限）下，為了避免碼間串?dāng)_

碼元的傳輸速率的上限值 = 2W Baud(波特) W是最信道的帶寬，單位是Hz

信噪比

噪聲存在于所有的電子設(shè)備和通信信道中 噪音是隨機產(chǎn)生的，它的瞬間值有時會很大。
因此噪音會使接收端對碼元的判決產(chǎn)生錯誤。
但噪音的影響是相對的。如果信號相對較強，那么噪音的影響就相對較小

香農(nóng)定理

• 信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高
• 只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種方法來實現(xiàn)無差錯的傳輸
• 若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限，則信道的極限信息傳輸速率C也就沒有上限
• 實際上信道上能夠達到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少
  
  可以用編碼的方法讓每一個碼元攜帶更多比特的信息量

傳輸媒體

傳輸介質(zhì)

• 信道是傳輸系統(tǒng)的邏輯通路
• 傳輸介質(zhì)也稱傳輸媒體/傳輸媒介，是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備的物理通路

導(dǎo)引型傳輸媒體

• 雙絞線
• 同軸電纜：最適合于單工，屬于半雙工
• 光纜

屏蔽雙絞線STP：帶金屬屏蔽層
無屏蔽雙絞線UTP

絞合的作用：

減少對相鄰導(dǎo)線的電磁干擾

信道復(fù)用技術(shù)

• 頻分多路復(fù)用
• 時分多路復(fù)用
• 波分多路復(fù)用
• 碼分多路復(fù)用

多路復(fù)用技術(shù)

把多個信號組合在一條物理信道上進行傳輸，使得多個計算機或終端設(shè)備共享信道資源，提高信道利用率

頻分多路復(fù)用

將整個帶寬分為多份，用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶。頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源
（這里的帶寬是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率）

頻分復(fù)用技術(shù)的特點：

所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ?/p>

時分復(fù)用TDM

時分復(fù)用則是將時間劃分為一段段等長的時分復(fù)用幀，每一個用戶在每一個TDM幀占用固定序號的時隙；每一個用戶所占用的時隙是周期性出現(xiàn)（周期即TDM幀的長度），TDM信號也稱為等時信號。時分復(fù)用的所有用戶是在不同的時間占用同樣的頻帶寬度。

由于計算機數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)，使用時分復(fù)用系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，子信道的利用率一般是不高

統(tǒng)計時分復(fù)用STDM

數(shù)據(jù)發(fā)往復(fù)用器，復(fù)用器按順序掃描。把復(fù)用器中的數(shù)據(jù)放入STDM幀中，一個STDM幀滿了就發(fā)出。STDM不是固定分配時隙。而是按需動態(tài)分配時隙。

注：STDM幀的時隙數(shù)小于終端數(shù)，并且有站標(biāo)識開銷

波分復(fù)用WDM

碼分復(fù)用CDM

碼分多址是碼分復(fù)用的一種方式，各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統(tǒng)發(fā)送的信號有很強的抗干擾能力。

碼片序列
每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片。
每一個站被指派一個唯一的m bit碼片序列

• 如發(fā)送比特1，則發(fā)送自己的m bit碼片序列
• 如發(fā)送比特0，則發(fā)送該碼片序列的二進制反碼
  

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算机网络复习_物理层的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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