计算机网络_学习笔记第二章物理层

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本文介绍了数据通信的基础概念，包括物理层特性、数据通信系统的组成、信号类型、传输媒体及复用技术等内容。

（本文为hcbbt个人收集总结，方便以后复习与查阅。点此见学习笔记索引）

物理层特性：机械、电气、功能、过程
数据通信系统可划分为：源系统，传输系统，目的系统
码元：用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为(二进制)码元。间隔被称为码元长度。
通信方式：单向（单工）、双向交替（半双工）、双向同时（全双工）
来自信源的信号成为基带信号，基带信号经过载波调制变成带通信号。
基本二元调整方法：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)
模拟（连续）信号：消息的参数的取值是连续的。数字（离散）信号：取值是离散的。
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
限制码元在信道上的传输速率的因素有两个：
1. 信道能够通过的频率范围——信道的频带越宽，即能够通过的高频分量越多，则可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。
2. 信噪比——信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率也就越高。
信噪比：信号的平均功率与噪声的平均功率的比值。
- - 信噪比(dB) = 10 log10(S/N) (dB)
香农公式，信道的极限信息传输速率C：
1. - C=W log2(1+S/N) (b/s)
  - W为信道带宽(Hz)，S是信号功率，N是噪声功率
传输媒体包括导向传输媒体和非导向传输媒体：
- 导向：
1. - 双绞线包括屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)和无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
  - 同轴电缆
  - 光缆，光纤通常由低折射率的包层和高折射率的纤芯构成。光线在纤芯中传输的方式是不断地全反射。分为单模光纤（成本高衰耗小）和多模光纤（适合近距离传输）。通常将一段段点到点的链路串接起来构成环路，通过T形接口连接到计算机。
  - 架空明线
- 非导向：
- - 无线传输所使用的频段很广
  - 短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差
  - 微波在空间主要是直线传播，传统主要两种方式：地面微波接力通信（容量大）和卫星通信（传播时延大）
频分复用FDM (Frequency Division Multiplexing)：所有用户在同样的时间占用不同的频率带宽资源。
时分复用TDM(Time Division Multiplexing)则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。
- 每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
- 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。
- TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。
统计时分复用 STDM(Statistic TDM)是改进的时分复用，明显地提高信道的利用率。
波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)：光的频分复用
码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)常用的名词是码分多址 CDMA：有很强的抗干扰能力。每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)
同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) 的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。
SONET 标准定义了四个光接口层：
1. 光子层(Photonic Layer)：处理跨越光缆的比特传送。
2. 段层(Section Layer)：在光缆上传送 STS-N 帧。
3. 线路层(Line Layer)：负责路径层的同步和复用。
4. 路径层(Path Layer)：处理路径端接设备 PTE (Path Terminating Element)之间的业务的传输。
xDSL(数字用户线Digital Subscriber Line)技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。ADSL (Asymmetric DSL)：非对称数字用户线。
光纤同轴混合网 HFC (Hybrid Fiber Coax)在模拟光纤中采用光的振幅调制 AM。
FTTx（光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案：光纤到家 FTTH、光纤到大楼 FTTB、光纤到路边 FTTC。