计算机网络-02-第二章-期末考试版

最新推荐文章于 2025-04-23 20:29:15 发布

三年工作经验的应届毕业生

最新推荐文章于 2025-04-23 20:29:15 发布

阅读量476

点赞数

分类专栏：计算机网络文章标签：计算机网络

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_45833995/article/details/117629531

版权

计算机网络专栏收录该内容

2 篇文章

订阅专栏

本文深入解析了物理层原理，涉及通信基础、传输介质选择、物理层设备如中继器，以及数据通信术语、编码调制、传输方式和速率限制。重点讲解了奈氏准则和香农定理在信号传输中的作用，以及编码方法如曼彻斯特编码和带宽利用。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

第一章链接

1,第二章涉及知识

通信基础
两个公式lim
看图说话
传输介质
物理层设备

2,物理层基本概念

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体
物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性 ->定义标准
机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格，接口形状，引线数目，引脚数量和排列情况
电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围，阻抗匹配，传输速率和距离限制
- 某网络在物理层规定，信号的电平用+10V_{+15V表示二进制0，用-10V} -15V表示二进制1，电线长度限于15m以内
规程特性：（过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系
- 描述一个物理层接口引脚处于高电平的含义时

3,数据通信基础知识

在这里插入图片描述

4,数据通信相关术语

通信的目的传送信息
数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。
信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。
- 数字信号：代表消息的参数是离散的
- 模拟信号：代表消息的参数取值是连续的
信源：产生和发送数据的源头
信宿：接受数据的终点
信道：信号的传输媒介。一般用来表示向一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道
- 信道按传输信号分类
  - 模拟信道（传送模拟信号）
  - 数字信道（传送数字信号）
- 信道按传输介质分类
  - 无线信道 --无线电波，不需要物理介质
  - 有线信道 --光纤信道

5,三种通信方式

从通信双方信息的交互方式来看，可以有三种基本方式：
- 单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道
- 半双工信道：通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道
- 全双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道

6,两种数据传输方式

传输方式
- 串行传输：速度慢，费用低，适合远距离
- 并行传输：速度快，费用高，适合近距离 --用于计算机内部数据传输（电脑上的并口引脚）

7,码元，波特，速率，带宽

码元
- 码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时（M大于2），此时码元为M进制码元。
- 1码元可以携带多个比特的信息量。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。
- k进制码元-----4进制码元----->码元的离散状态有4个—>4种高低不同的信号波形 00 01 10 11
速率
- 速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。注意：传播速率和传输速率是不一样的概念，传播速率是指电磁波在链路上的速度，传输速率是指与设备接口之间数据的传输的速率
- 码元传输速率：别名码元速率，波形速率，调制速率，符号速率等，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次数），单位是波特。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的，但码元速率和进制数无关。1 Baud=1 码元/s 1s传输多少个码元
- 信息传输速率：别名信息速率，比特率，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数）单位是比特/秒（b/s） 1s传输多少个比特
- 码元传输速率和信息传输速率的关系
  - 若一个码元携带n bit的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M x n bit/s
- 带宽：表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的”最高数据率“，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力，单位是b/s

8,奈氏准则和香农定理

失真
- 含义：失去真实性 --分两种情况
  - 有失真但可识别
  - 失真大无法识别
- 影响失真程度的因素（前三种正相关，最后一种负相关）
  - 码元传输速率
  - 信号传输距离
  - 噪声干扰
  - 传输媒体质量
- 失真的一种现象----码间串扰
  - 信号带宽是信道能通过的最高频率和最低频率之差
  - 码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象
  - 频率越大，代表码元传输速率越大
奈氏准则（奈奎斯特定理）码元极限传输速率
- 奈氏准则：在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud, W是信道带宽，单位是Hz。
- 极限数据率
  - 理想低通信道下的极限数据传输率=2W log2 V (b/s)
  - W 是带宽，V是几种码元/码元的离散电平数目/几进制码元
- 在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的完全正确识别成为不可能
- 码元的频带越宽（即能通过的信号高频分量越多），就可以用更高的速率进行码元的有效传输
- 奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制
- 由于码元的传输速率受奈氏准则的制约，所有要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方法
香农定理比特极限传输速率
- 噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声随机产生，它的瞬时值有时会很大，因此噪声比会使接收端对码元的判决产生错误。但是噪声的影响是相对的，若信号较强，那么噪声影响相对较小。因此，噪声比就很重要。
- 练习题
Nice和香浓 😄

9,编码&调制

基带信号和宽带信号
编码与调制
- 数字数据：计算机内部的数据
- 模拟数据：人发出的声音
数字数据编码为数字信号
- 非归零编码：高1低0 编码容易实现，但没有检错功能，且无法判断一个码元的开始和结束，以至于收发双方难以保持同步缺点：假设用户发的数据全部是1或者0，就无法判断，需建立一个信道传送时间周期达到同步
  - 同步：个人对于同步的理解：我发送了一个比特，对方就知道我发送了一个比特，我发送了两个比特，对方就知道我发送了两个比特
- 曼彻斯特编码：将一个码元分为两个相等的间隔，前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1；码元0则正好相反。也可以采用相反的规定。该编码的特点是在每一个码元的中间出现电平跳变，位中间的跳变即作时钟信号（可用于同步），又作数据信号，但它所占的频带宽度是原始的基带宽度的两倍。所以数据传输速率只有调制速率的1/2. （同时具带时钟信号和数据信号）
  - 调制速率就是码元传输速率或者脉冲变化速率，正常情况（二进制码元）下一个码元对于一个比特，这个编码就是一个比特对于两个码元
- 差分曼彻斯特编码同1异0，常用于局域网传输，其规则是：若码元为1，则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同，若为0，则相反。该编码的特点是，在每一个码元的中间，都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性强于曼彻斯特编码（同时具带时钟信号和数据信号）
- 归零编码：信号电平在一个码元之内都要恢复到零的这种编码的编码方式注意：数据全部为1可以接受判断，0就不行
- 反向不归零编码：信号电平翻转表示0，信号电平不变表示1 注意：数据全部为0就可以判断接受，1就不行
- 4B/5B编码了解即可
- 二进制数据 1 0 0 1 1 0 1 0
*
数字数据调制为模拟信号
- 数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程
  *
模拟数据编码为数字信号