读书笔记：计算机网络第二章：物理层

这是我在Coursera上的学习笔记。课程名称为《Computer Networks》，出自University of Washington。

由于计算机网络才诞生不久，目前正在以高速在发展，所以有些旧的教材可能都已经跟不上时代了。这门课程在2013年左右录制，知识相对还是比较新的。覆盖了计算机网络中的各个协议层，从物理层到应用层都讲得非常仔细。学完这门课程之后对计算机网络会有比较深刻的了解。

本章详细讲解了物理层，讲解了比特流如何通过各种介质进行传播。

• 基本概述
  • 物理层的功能
    • 专注比特信号是如何传输的，包括模拟信号和数字信号
  • 话题
    • 媒体属性：有线、光纤、无线
    • 影响因素：带宽、衰减、噪音
    • modulation schemes：比特的表示、噪音
    • 基本极限：Nyquist极限、香农极限
  • 简单连接模型
    • 速度
    • 延迟
    • 是否广播、错误率
  • 消息延迟
    • 传输延迟：将消息写进媒介的时间
    • 传播延迟：消息从媒介的一端到另一端所用的时间
  • 数据的长度单位
    • KB MB GB
  • 延迟举例
    • 拨号上网，延迟D=5ms，传播速率R=56kbps，消息长度M=1250bytes。最后计算出延迟L=5ms+1250*8/(56*10^3)=184ms。主要是信道延迟
    • 国家之间传输，延迟D=50ms，传输速率R=10Mbps，消息长度M=1250bytes。最后计算出延迟为51ms。主要是传输延迟。
    • 长的连接或的小的带宽都会造成延迟，一般情况下只有一种原因占主要部分
  • 带宽延迟积
    • 消息是有长度的
    • 带宽延时积=带宽*延时
    • 带宽延时积举例
      • 家庭光纤，跨国，R=40Mbps，D=50ms。最后计算出带宽延时积=250KB，也就是说一条电线上保存着250KB的数据！

• 媒介

  • 类型

    • 有线、光纤、无线

  • 有线

    • 5类UTP双绞线：常见的以太网电线。绞线是为了减少噪音

    • 同轴电缆：这种哦线有更好的保护措施和更好的性能

  • 光纤

    • 光线是又长、又细、又纯净的玻璃

    • 有非常巨大的带宽

    • 分为多膜和单膜。单膜的性能更好

  • 无线

    • 所有的无线信号都是广播的

    • 邻近的设备同时通信时会相互干扰

    • 无线举例：3G  ISM（802.11b/g/n）   Wifi（802.11a/g/n

• 信号

  • 话题

    • 信号传输的时候发生了什么

  • 频率的表示方法

    • 用三角函数

  • 低带宽带来的影响

    • 让脉冲变得更加圆滑，增加了判断0或1的难度，导致传输速度变慢

  • 在电线中传输

    • 信号会延迟。传输速度大约为2/3光速

    • 信号会衰减

    • 高频信号会被吸收

    • 噪音会增多

    • 带宽可以理解为两种，一种是电子工程中的带宽，一种是网络工程中的带宽。两种这两种带宽的单位不同。电子工程中的带宽用Hz作为单位，而网络工程中的带宽用Mbps为单位

  • 在光纤中传输

    • 比特流通过三原色进行传输

    • 信号衰减程度非常低

  • 在无线中传输

    • 将信号调幅后发送

    • 传播速度是光速

    • 信号衰减速度很快，大于1/dist^2

    • 相同频率的无线传输之间会相互干扰

    • 从信号干扰衍生出了空间重用率的概念。只要不相互干扰，无线的频率是可以重用的

    • 无线传输还受到其他因素的影响。无线在空间中的传播是非常复杂的，和物理环境有关

    • 某些效果只出现在特定的频率中，比如微波的衍射性能强，可以绕过障碍物进行传播。比如802.11、3G

  • 无线的多路传播

    • 微波具有衍射特性和反射特性

    • 有些波是直接到达设备的，有些波经过反射到达了设备。两个波会叠加，有时候能增强信号，有时候削弱信号