计算机网络第二章 物理层

本章最重要的内容:

  1. 物理层的任务
  2. 几种常用的信道复用技术
  3. 几种常用的宽带接入技术,主要是 ADSL 和 FTTx

2.1 物理层的基本概念

物理层关注的是如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据流。物理层的任务是尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段间的差异,使链路层感受不到这种差异。

用于物理层的协议也叫做规程。

作用:尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段之间的差异。

物理层的主要任务:确定与传输媒体的接口有关的一些特性:

  1. 机械特性:指明接口所用接线器的形状、尺寸等机械特性。
  2. 电气特性:指明接口电缆的各条线上的电压的范围。
  3. 功能特性:指明电线上某一电平的电压的意义。
  4. 过程特性:指明不同功能的各种可能事件的出现顺序。

数据在计算机内部一般是并行传输,但在通信线路上是串行传输,所以物理层还要完成传输方式的转换。

物理层协议很多,因为物理连接的方式很多,传输媒体的种类也很多。

2.2 数据通信的基础知识

2.2.1 数据通信系统的模型

一个数据通信系统可划分为源系统、传输系统、目的系统,或称为发送端、传输网络、接收端。

源系统包括源点和发送器。典型的发送器是调制器。

目的系统包括接收器和终点。典型的接收器是解调器。

通信的目的是传送消息,数据是运送消息的实体,信号是数据的电气或电磁的表现。

信号可分为模拟信号和数字信号。

2.2.2 有关信道的几个基本概念

信道不等于电路,信道表示向某一方向传送信息的媒体,一条通信电路通常包含一条发送信道和一条接受信道。

通信方式

信息交互有以下三种基本方式:

  1. 单向通信,又称单工通信。如有线电广播等。需要一条信道。
  2. 双向交替通信,又称半双工通信。需要两条信道。
  3. 双向同时通信ÿ
### 关于计算机网络第二章物理层的思维导图 以下是针对计算机网络第二章——物理层的内容整理成的思维导图框架。此部分内容通常涉及信号传输基础、信道特性以及数据通信中的关键技术。 #### 1. **物理层概述** 物理层主要功能是定义与传输介质有关的电气、机械、过程和功能性特性,确保比特流能够在网络中可靠传输[^2]。 #### 2. **信号表示** - 数字信号与模拟信号的区别及其转换方法。 - 基带信号与宽带信号的概念及应用场景。 - 不同编码方式(如NRZ, Manchester等)的特点及优劣分析[^3]。 #### 3. **数据传输模式** - 单工、半双工和全双工的工作机制描述。 - 同步传输与异步传输的核心差异说明。 #### 4. **信道容量计算** 利用香农定理 \( C = B \log_2(1 + S/N) \),解释如何通过增加带宽或提高信噪比来提升信道容量[^1]。 ```python def shannon_capacity(bandwidth, snr): """ Calculate the Shannon capacity of a communication channel. :param bandwidth: Channel bandwidth in Hz. :param snr: Signal-to-noise ratio (linear scale). :return: Maximum achievable data rate in bits per second. """ import math return bandwidth * math.log2(1 + snr) # Example usage: bandwidth = 10e6 # Bandwidth in Hz snr = 20 # SNR linear value capacity = shannon_capacity(bandwidth, snr) print(f"Theoretical maximum throughput: {capacity:.2f} bps") ``` #### 5. **噪声影响** - 随机噪声对信号质量的影响评估。 - 抑制干扰的技术手段列举,比如屏蔽技术、差分驱动等。 #### 6. **多路复用技术** - 频分多路复用(FDM)、时分多路复用(TDM)及时分多址接入(TDMA)的基本原理比较。 - 波分多路复用(WDM)的应用场景介绍。 #### 7. **传播延迟与时延失真** - 数据包在网络上传输过程中经历的各种延迟类型解析。 - 如何减少由于距离造成的显著时间滞后问题探讨。 ---
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