《计算机网络》第六版 第二章物理层知识点总结

• 物理层的主要任务
  * 物理层特性：机械、电气、功能、过程

  • 传输媒体

    • 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)
      2.同轴电缆
      3.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。
      4.架空明线

    • 非导向：

      1.无线传输所使用的频段很广
      2.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
      3.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）

    • 信道的基本概念
      • 信道：表示向某一方向传送信息的媒体
      • 信息交互的方式
      1. 单向通信(单工通信)：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互；只需要一条信道
      2. 双向交替通信(半双工通信)：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送，而是一方发送另一方接收，一段时间后可以反过来；两条信道
      3. 双向同时通信(全双工通信)：通信双方可以同时发送和接收信息；两条信道；传输效率最高

  • 数据通信基本概念：通信方式、调制技术

    1.数据通信系统可划分为：源系统，传输系统，目的系统
    2.通信方式：单向（单工）、双向交替（半双工）、双向同时（全双工）
    3.基本二元调整方法：调幅(AM)、调频(FM)、调相(PM)
    4.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。
    5.调制技术:基带调制 频带调制
    1.基带信号：来自信源的信号；如计算机输出的代表文字或图像的数据信号都是基带信号
    2. 基带调制(编码)：仅对基带信号的波形进行变换，使其能与信道特性相适应，变换后的信号仍是基带信号
    3. 带通调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率范围移到较高频段，并转换为模拟信号，变换后的信号称为带通信号

  • 编码方式

    • 不归零制：正电平代表1，负电平代表0
    • 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0
    • 曼切斯特编码：位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1；也可反过来定义
    • 差分曼切斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，位开始边界没有跳变代表1
      

  • 调制技术

    • 调幅：载波的振幅随基带数字信号而变化；如0或1分别对应无载波或有载波输出
    • 调频：载波的频率随基带数字信号而变化；如0或1分别对应频率f1或f2
    • 调相：载波的初始相位随基带数字信号而变化；如0或1分别对应于相位0度或180度
      

  • 信道极限容量

    • 影响码元传输速率的因素

      信道极限信息传输速率 信噪比

    • 码间串扰：信号中高频分类受到衰减，在接收端收到的波形前沿和后沿不那么陡峭，每个码元所占时间界限不明确，失去了码元间的清晰界限的现象
    • 奈氏准则：在任何信道，码元传输的速率是有上限的，超过上限就会出现严重的码间串扰，使接收端对码元无法识别
    • 信道极限信息传输速率：香农公式
    • 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。
    • 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:

      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

    • 香农公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高
    • 香农公式的意义：只要信息传输速率低于信道的极限速率，就一定存在某种方法来实现无差错的传输

  • 信道复用技术–频分复用、时分复用、波分复用

    • 复用：允许用户使用一个共享的信道进行通信，降低成本，提高利用率

    • 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）。
      1. 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。
      2. 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）。
      3. TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。
      4. 所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度

    • 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。

      • 某用户占用的时隙不是周期性出现的，因此统计