计算机网络-物理层

原创于 2024-08-22 08:50:11 发布 · 1k 阅读

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物理层

基本概念

物理层考虑怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流

物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么

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物理层协议主要任务

机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

物理层下面的传输媒体

导引型传输媒体

同轴电缆：

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双绞线：

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光纤：

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电力线：

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非导引型传输媒体

无线电波与微波：

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红外线

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可见光

传输方式

串行传输并行传输

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计算机内部常采用并行传输

同步传输异步传输

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单向通信(单工) 双向交替通信(半双工) 双向同时通信(全双工)

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编码与调制

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信道的极限容量

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奈氏准则

为了避免码间串扰，码元传输速率是有上限的

理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W Baud = 2W 码元/秒

理想带通信道的最高码元传输速率 = W Baud = W 码元/秒

W：信道带宽（单位为Hz）

Baud：波特，即码元/秒

码元传输速率又称为波特率、调制速率、波形速率或符号速率。它与比特率有一定关系：
- 当一个码元只携带1比特的信息量时，则波特率（码元/秒）与比特率（比特/秒）在数值上相等
- 当一个码元只携带n比特的信息量时，则波特率（码元/秒）转换为比特率（比特/秒）时，数值要乘以n
要提高信息传输速率（比特率），就必须设法使每一个码元能携带更多个比特的信息量。这需要采用多元制。

香农公式

带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率
$\times log_2(1+{S\over N})$
c：信道的极限信息传输速率

w：信道带宽

s：信道内所传信号的平均功率

N：信道内的高斯噪声功率

S/N：信噪比，使用分贝作为度量单位

信道带宽或信道中信噪比越大，信息的极限传输速率越高
在实际信道上能达到的信息传输速率要比该公式的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中，信号还要受到其他一些损伤
在信道带宽一定的情况下根据奈氏准则和香农公式，要想提高信息的传输速率就必须采用多元制和努力提高信道中的信噪比

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