【考研计网：基础版】第二章：物理层

最新推荐文章于 2024-12-18 15:05:49 发布

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本文介绍了通信基础概念，如信道、信号等，并详细解释了奈奎斯特定理和香农定理。同时，文章对比了电路交换、报文交换和分组交换的特点，并阐述了数据报和虚电路的工作原理。此外，还介绍了常见的传输介质和物理层设备。

本章纲要

通信基础
（1）信道，信号，带宽，码元，速率，波特，信源，信宿等概念
（2）奈选斯特定理和香浓定理
（3）电路交换，报文交换，分组交换
（4）数据报和虚电路
传输介质和物理层设备
（1）双绞线，同轴电缆，光纤和无线传输介质
（2）物理层接口的特性
（3）中继器和集线器

物理层考虑的是怎样才能在连接各个计算机的传输媒体上传输数据的<比特流>.
关注奈全斯特定理和香农定理的应用，数据交换方式，编码和调制技术，电路交换，报文交换，分组交换

1. 通信基础

数据是实体，信号是电磁表现，连续变化的信号叫模拟信号，用有限离散的信号叫数字信号。

串行传输（一个个比特按照时间顺序传输，远距离通信使用的是串行传输）
并行传输（多个比特通过多条信道同时传输）

码元： 一个固定时长的信号波形，表示一个k进制的数字。二进制编码只有两种码元，一个是0，一个1

信源、信道、信宿：出发点，媒介，目的地

一条通信线路包含一条发送信道和接收信道

信道传输的信号分为数字信号和模拟信号，因此有数字信道和模拟信道。信道也分为有线信道和无线信道。基带信号就是1、0电压，我们叫做基带传输，宽带信号是把基带信号进行调制之后形成模拟信号再进行宽带传输。

单工通信：单方向的，仅需要一条信道，比如无线电广播，电视广播

半双工：双方不能同时接收和发送，需要两条信道

全双工：双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道

信道的极限容量：指的是信道的最高码元传输速率或者信道的极限信息传输速率

速率，波特，带宽：

速率：数据率，区分两种：码元传输速率和信息传输速率

码元传输速率，我们的单位是波特baud，1波特表示baud/s，1s传输一个码元，和比特无关，码元速率和进制数无关
信息传输速率：也叫比特率，bit/s

需要搞清楚比特和波特两个概念，码元传输速率也叫调制速率、波形速率、符号速率

假如一个码元携带n bit的信息，M band的码元传输速率对应的信息传输速率为M*n bit/s

带宽，表示的是单位时间内从某点到某点所能通过的最高数据率，单位bit/s

1.1 奈奎斯特定理和香农定理

这两个定理都是为了讲清楚数据传输率（码元传输率和信息传输率的在物理上的限制）

奈奎斯特定理指出了这样一件事情：

在理想低通的信道中，极限的码元传输速率为2W baud，W是带宽，单位是Hz，V表示码元离散电平的数量（就是码元的种数量）（16种码元，则需要4个二进制位，则数据传输速率是码元传输速率的4倍）

由此我们得出公式：极限数据传输率= $2W log_2{V} (b/s)$

在奈氏准则当中，我们得知：码元传输速率是有上限的，假如我们的传输速率超过了这个上线，就会有码间串扰问题（就是指接收端接收到的信号波形失去对码元之间清晰界限的认知能力）

1.2 编码和调制

我们把数据变成模拟信号的是调制，把数据变成数字信号的称为编码。

1.2.1 编码

非归零编码：就是用H和L来代表两个二进制数字。

曼彻斯特编码：用两个电平来表示一个码元，比如：一高一低表示1，一低一高表示0，然后间隔一个电平跳变。

差分曼彻斯特：差分曼彻斯特编码用于局域网传输。当前半个码元电平和上一个码元后半电平一样表示1，相反则表示0。这样抗干扰性更强。

4B/5B编码…

1.2.2 调制

幅移（ASK）：利用改变载波信号的振幅来控制表示1和0。抗干扰能力差
频移（FSK）：利用改变频率。抗干扰能力强。应用广泛
相移（PSK）：利用改变相位来代表。

在这里插入图片描述

1.3 电路交换、报文交换、分组交换

1.3.1 电路交换

进行数据交换的时候需要建立专用的物理通信路径。分为三个阶段：建立连接，数据传输，连接释放。

优点：通信时延较小，有序传输，没有冲突，同时适用于模拟信号和数字信号。
缺点：建立连接的时间很长

1.3.2 报文交换

数据交换的单位是报文，报文带有目标地址和源地址的信息，在交换节点采用的是存储转发的传输方式。

优点：无需建立连接，提供多目标服务，线路的可靠性，动态分配线路

缺点：对于报文的大小没有限制

1.3.3 分组交换

是报文交换的改进版，并且对于分组数据的大小和缓冲区的固定有一定的规定。

缺点：存在传输时延，但比报文的传输时延少

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1.4 数据报和虚电路

虚电路：面向连接。数据报：无连接。

这两种的服务方式都由网络层提供，他们都是分组交换。

1.4.1 数据报

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我们发送数据的走的路线完全由我们的数据到达的节点来进行决定的。

1.4.2 虚电路

我们在发送之前，先建立一条虚拟的数据链路

在这里插入图片描述

	数据报	虚电路
连接的建立	无	有
目的地址	每个分组有完整的目的地址	仅在连接阶段有
路由选择	分组数据独立进行路由选择	固定的
分组顺序	不保证分组数据有序到达	保证有序到达
可靠性	不保证可靠通信	可靠性由网络整体决定
差错处理和流量控制	用户主机，不保证数据可靠性	由分组交换网负责，也可由用户主机负责