目录计算机网络期末复习笔记并不犯困版大白话版-CSDN博客前期理解物理层是网络体系结构中的最底层为数据链路层提供服务。主要讲几个内容物理层的作用把比特流变成电信号、光信号、无线信号等送进介质中传输它主要是考虑如何能在连接计算机的各种传输介质上传输数据比特流而不是考虑具体的传输介质和通信方式。物理层的主要任务: 规定 “插头长什么样、每根线干什么、电平怎么表示、通信步骤怎么走”。确定与 传输介质 接口的一些特性-机械特性(跟接口所用的接线器有关)电气特性(电压范围)功能特性(电压的意义)过程规程特性(过程顺序)物理层关键词接口信号传输介质编码/调制速率容量一、数据通信系统模型•发送器——编码、调制•接收器——解码、解调数据通信常用术语•消息和数据、信号——数据是运送消息的实体载体信号 (signal)是数据的电气的或电磁的表现。•模拟信号和数字信号•波特率、比特率•信道单工、半双工、全双工通信•基带信号和带通信号二、编码调制编码 直接把 0/1 画成波形调制 用载波去装载信息2.1编码基带调制主要用于基带传输适合近距离把比特直接映射成电信号波形不归零编码用电平直接表示 0 和 1简单但容易出现同步问题归零编码每个比特结束后回到 0便于分隔但效率低曼彻斯特编码位中心跳变有自同步能力考试常考中间跳变表示时钟信息差分曼彻斯特编码利用 位开始边界 是否跳变来表示0或1也有自同步能力2.2调制主要用于带通传输适合远距离用高频载波承载信息调制部分的逻辑调制不是“随便换个波形”而是在载波上改变某个参数调幅改振幅调频改频率调相改相位正交振幅调制 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)振幅和相位一起改目的提高传输效率这里的逻辑线是为了提高每个码元能携带的信息量就让一个码元对应多个比特。所以调制部分和“速率”直接有关。三、比特率、波特率、信号状态数比特率Rbit/s波特率B每秒传多少个码元信号状态数M一个码元有多少种可能状态关系每码元携带的比特数 (n) log2( M 信号状态数)R 比特率 B 波特率 × n 每码元比特数-R 比特率 B 波特率 × log2( M 信号状态数 )提高信道速率的一种办法就是提高每个码元携带的 bit 数。例题例题2011统考真题】若某通信链路的数据传输速率为2400b/ s ,采用4相位调制,则该链路的波特率是( )。A .600Baud B .1200Baud C .4800Baud D .9600Baud题目已知数据传输速率 (R) 2400 \text{ b/s}调制方式 4 相位调制一个码元的状态数 M 4计算过程码元携带的比特数 (n)n \log_2(M)n \log_2(4) 2 \text{ bits/baud}每个码元需要携带2比特一个比特有0/1两种表示-所以才能确保一个码元能4个状态1 个比特只有 2^1 2 种状态即 0 或 1。2 个比特组合起来有 2^2 4 种状态即 00, 01, 10, 11。波特率 (B)B R / n将数据传输速率代入公式B 2400 \text{ b/s} / 2 1200 \text{ Baud}。四、信道极限容量因为现实中的信道不是理想的速率不是无限的。限制信道速度的两个因素带宽信噪比于是出现两个公式它们分别适用于不同前提没噪声先看奈奎斯特有噪声先看香农1. 奈奎斯特公式奈氏准则(奈奎斯特定理)在假定的理想条件无噪音情况下信道的极限信息传输速率C为C 2Wlog2N(bit/s)其中W为信道的带宽以 Hz 为单位N为信号电平个数讨论的是带宽有限时码元速率上限是多少带宽越大信号状态数越多可传速率越高2. 香农公式在高斯白噪声干扰下信道的极限信息传输速率C为CWlog2(1S/N) (bit/s)其中W为信道的带宽以 Hz 为单位S为信道内所传信号的平均功率N为信道内部的高斯噪声功率。讨论的是在噪声条件下信道理论最大容量是多少信噪比越高容量越大五、传输介质这一部分其实是在回答“信号跑在哪儿”介质主要分两大类有线介质双绞线•接口类型RJ-45•分类UTP非屏蔽双绞线和STP屏蔽双绞线•标准EIA/TIA-568B•绞合线类别3类10Mbps100m、5类100Mbps100m、超5类1Gbps100m、6类10Gbps55m、6A类10Gbps100m……无论是哪种类别的双绞线衰减都随频率的升高而增大。双绞线的最高速率还与数字信号的编码方法有很大的关系。双绞线的制作直通线和交叉线的区别同轴电缆•分类同轴粗缆 和 同轴细缆•接口类型同轴粗缆是AUI同轴细缆是BNC•同轴电缆因为布线困难在现在的计算机网络中被双绞线取代在有线电视网中还可以看到同轴电缆。光纤•分类单模光纤 和 多模光纤•常用的三个波段的中心850 nm1300 nm1550 nm所有这三个波段都具有25000~30000 GHz 的带宽通信容量非常大。•传输距离多模光纤可以传输在几百米之类单模光纤可以传到几十公里甚至可达100公里。•光纤通信系统的组成1发送端要有光源在电脉冲的作用下能产生出光脉冲。2光源发光二极管半导体激光器等。3接收端要有光检测器利用光电二极管做成在检测到光脉冲时还原出电脉冲。无线介质各种无线频段六、复用当一条传输系统里有很多用户、很多信号时不能一人一根线无限铺所以要把多路信号放到同一条链路里传输。这就是复用。复用的本质是“共享同一条物理资源但通过不同维度把多路信号区分开”。四种复用分别是时分复用 TDMTime Division Multiplexing不同时间段给不同用户频分复用 FDMFrequency Division Multiplexing不同频率给不同用户码分复用 CDMCode Division Multiplexing不同码片序列区分用户波分复用 WDMWavelength Division Multiplexing**不同波长的光同时传输七、宽带接入技术其实是在讲“物理层怎么接入家庭和用户”。1. ADSL走电话线上下行不对称下行通常更快属于早期宽带接入方案2. 光纤同轴混合网HFC网光纤 同轴电缆混合主干用光纤用户接入用同轴3. FTTx技术Fiber to The ……光纤到各种位置FTTCcurb路边、FTTZzone小区、FTTBbuilding大楼、FTTFfloor楼层、FTTO(office办公室、FTTHhome家、FTTDdesk桌面……比如到楼、到户、到桌面等目标是让光纤尽量靠近用户4. 无源光网络 PON (Passive Optical Network)无源光网络不需要在中间节点供电常见于光纤接入都是 PON 的典型形式EPON 更兼容以太网GPON 更强调多业务和 QoS1.EPON以太网无源光网络 EPON (Ethernet PON)在链路层使用以太网协议利用 PON 的拓扑结构实现以太网的接入。与现有以太网的兼容性好并且成本低扩展性强管理方便。2.GPON吉比特无源光网络 GPON (Gigabit PON)采用通用封装方法 GEM (Generic Encapsulation Method)可承载多业务且对各种业务类型都能够提供服务质量保证总体性能比EPON好。成本稍高。八、总结物理层要解决的是把比特流变成适合介质传输的信号。为了让接口统一要规定机械、电气、功能、过程四个特性为了把比特传过去要用编码或调制为了评价传输能力要看带宽和信噪比对应奈奎斯特和香农公式为了选择传输路径要了解双绞线、同轴电缆、光纤等介质为了让一条链路承载多路通信要用 TDM、FDM、CDM、WDM为了让用户接入网络要有 ADSL、HFC、FTTx、PON 等宽带接入技术。