计算机网络学习--物理层

第一章 概述

第二章 物理层

第三章 数据链路层

第四章 网络层

第五章 传输层

第六章 应用层

第二章 物理层

2.1、基本概念

• 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
• 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
• 功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
• 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.2、基础知识

术语：

• 数据(data)——运送消息的实体。
• 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。
• 模拟的(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。
• 数字的(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。
• 码元(code)——时间间隔相同的符号表示的二进制数据，如：时间间隔相同的符号表示一位二进制数，即为二进制码元。

基带(baseband)信号和带通(band pass)信号

• 基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。如：说的话不能直接传输
• 带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。 如：将说的话转换后才可以在信道上传输

基带信号的调制方法

• 调幅(AM)：载波的振幅(高低)随基带数字信号而变化。
• 调频(FM)：载波的频率(高低变化的频率)随基带数字信号而变化。
• 调相(PM) ：载波的初始相位(起点的位置)随基带数字信号而变化。

信道的极限容量

奈氏准则：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(说话的速度需要有上限，否则就听不清了)

信噪比

香农公式

​ 信道的极限信息传输速率 C 可表达为

2.3、导向传输媒体(线)

• 双绞线
  • 屏蔽双绞线 STP (Shielded Twisted Pair)
  • 无屏蔽双绞线 UTP (Unshielded Twisted Pair)
• 同轴电缆
  • 50Ω 同轴电缆 数字信号传输(网络)
  • 75Ω 同轴电缆 模拟信号传输(电视)
• 光缆

2.4、非导向传输媒体(无线)

• 无线传输所使用的频段很广。
• 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。
• 微波在空间主要是直线传播。
  • 地面微波接力通信
  • 卫星通信

2.5、信道复用技术

2.5.1、频分复用FDM

用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。

2.5.2、时分复用TDM

时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

理想状态下的时分复用

时分复用可能造成的浪费问题

统计时分复用STDM

即为给数据添加标识，在帧满后就发送

2.5.3、波分复用WDM

波分复用就是光的频分复用

2.5.4、码分复用 CDM

码分多址：CDMA(电信手机)

• 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。

• 每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。
  • 如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。
  • 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码

例如：

• S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

- 发送比特 1 时，就发送序列 00011011，
- 发送比特 0 时，就发送序列 11100100。S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)

• 每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相___正交___(orthogonal)。

正交：若内积空间中两向量的内积为0，则称它们是正交的。

令向量 S 为(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)

​ 向量 T 为(–1 –1 +1 –1 +1 +1 +1 –1)。

把向量 S 和 T 的各分量值代入(2-3)式就可看出这两个码片序列是正交的

• 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1
• 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1

2.6、宽带接入技术

2.6.1、xDSL技术

• xDSL 技术就把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。

上行和下行带宽做成不对称的

2.6.2、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 网将原 CATV 网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术

2.6.3、FTTx 技术

• 光纤到家 FTTH (Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。
• 光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。
• 光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)：从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。