计算机网络第二章(谢希仁)

物理层

2.1 物理层的基本概念

1. 解决问题： 在各种线路上如何传送比特流
2. 主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性。(传输媒体不是指的是具体的传输媒体)
   主要如下：

2.2 数据通信的基础知识

1. 典型的数据通信模型

2. 相关术语

1. 通信的目的是传送消息。
2. 数据：运送消息的实体(也就是说的有意义的符号序列)
3. 信号：数据的电气或电磁的表现。
   

2.2.1 信道基本概念

2.2.2 信道：指的就是发送信息的道路(通道)

信道	例子
单向通信(单工通信)	电视广播台
双向交替通信(半双工通信)	对讲机
双向同时通信(全双工通信)	打电话

2.2.3 基带信号和带通信号

信号	例子
基带信号(没有经过处理的信号)	说话的声波
带通信号 把基带信号进行调制，让其传播的更远。	打电话

因此如果传输不远的话，会采用基带传输，因为在近距离范围内基带信号衰减不大，信号内容不会变化，例如：计算机到监视器、打印机。

2.2.4 几种基本上的调制方法

2.2.5 常用编码

编码	解释
单极性不归零码	用一种电压来表示 有电压值就为1，否则为 0，假如如果有两个两个1的话 不会归0 一直连续的都是1
双极性不归零码	用两种电压来表示，不归0的话，最后不会回到0
双极性归零码	用一种电压来表示 有电压值就为1，否则为 0，变化之后是不是会回到电压值为0
曼彻斯特编码	不管是0还是1 中点电压会有跳变
差分曼彻斯特编码	比曼彻斯特编码的抗干扰能力强 在曼彻斯特编码的基础上面加了 bit与bit之间也有信号跳变 表示下一个为0，如果没有，则表示下一个为1

2.2.6 信道的极限容量

有失真，但可识别

失真大，无法识别

奈氏准则：

1924年，奈奎斯特(Nyquist)就推导出了著名的奈氏准则。给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。

在任何的信道中，码元的传输速率都是有上限的，到达一定程度的话，会出现码间串扰的现象，最后识别不出来。

理想低通信道的最高码元传输速率 = 2W波特
因此，极限数据传输速率=2WlogV(V是几种码元)

低通信道指的是(没有噪声，带宽有限)

香农定理

考虑到了噪音的干扰

2.3 物理层下面的传输媒体

导向传输媒体(电测波沿着固体媒体传播)

2.3.1 双绞线

2.3.2 同轴电缆

2.3.3 光缆

光缆，又称光纤缆线，是由一束光纤组成的集合体，它不仅包括光纤本身，还包括用于保护光纤的外层结构，如塑料护套等。简而言之，光纤是光缆的组成部分，而光缆是光纤的集合体。

单模光纤的传播特性好，具有很高的传输速率。

非导向传输媒体

非导向传输媒体就是指的自由空间。
比如：短波通信、地面微波接力通信、卫星通信。

物理层设备—集线器

1. 工作特点: 它在网络中只起到信号放大和重发(指的是从所有的口转发)作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力
2. 最大传输距离:100m
3. 集线器是一个大的冲突域
   用集线器连接的是半双工的
   

2.4 信道复用技术

在信道上面传送数据少，没有把带宽充分利用，所以就想到复用技术。

频分复用 FDM(Frequency Division Mulitiplexing)

Modulator是对信号进行调制。

使用分离器，把各种信号分离出来。

时分复用

分为时间段进行传送数据，接收的时间按照顺序取出，用户多的话，给每个人分的时间就会变少，速度就会变慢。
MUX指的就是复用器
时分复用可能会造成链路资源的浪费。



统计时分复用 解决了浪费链路资源。

波分复用

如果光速不变的情况下，可以根据频率来确定波长。
所以波分复用其实也就是光的频分复用。

码分复用(重点)

任何码片向量和该码片向量的规格化内积都是1。(计算完了内积之后，要除以m)
每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片。
1bit可以对应多个码片。

一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1。

其他码片的话和该码片要正交，也就是说向量们在不同的维度。

1个码片 现在要用m的比特来，如果用户特别多的话，就需要更多来进行表示，会造成浪费。
码分复用的话系统，发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

2.5 数字传输系统

脉码调制 PCM 体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路电话。
由于历史上的原因，PCM 有两个互不兼容的国际标准，即北美的 24路 PCM (简称为 T1)和欧洲的 30 路 PCM(简称为 E1)。我国采用的是欧洲的 E1 标准。
E1 的速率是 2.048 Mb/s，而 T1 的速率是 1.544 Mb/s。当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。

2.6 宽带接入技术(把计算机接入到Internet上去)

ADSL技术

用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，然后接入到网络中。

光纤同轴混合网HFC

HFC网是在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的
一种居民宽带接入网。
HFC不仅能让电视上网，还能让用户通过电视或其他设备访问互联网，享受高速数据传输和其他多媒体服务。

FFTx技术

补充

物理层设备

中继器

1. 原因：由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。
2. 原理：通过再生数字信号， 把数字信号进行整合， 然后进行还原，实现一个放大的效果。
3. 样子：
4. 两端：两端的网络部分是网段，而不是子网，适用于完全相同的两类网络的互连，且两个网段速率要相同。两端的话可以连接相同媒体，也可以连接不同媒体，中继器的两端的网段一定要是同一个协议。
5. 5-4-3规则:网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，因而中继器只能在规定的范围内进行，否则会网络故障。(最多不能有5个网段，最多有四个物理层设备，只有3个端可以连接计算机)

集线器(多口的中继器)

1. 集线器的功能: 对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有(除输入端口外)处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备。
2. 样子：
3. 集线器不能分割冲突域。