计算机网络第二部分--物理层

其他章节笔记
计算机网络概述第一部分
 计算机网络第二部分–物理层
 计算机网络第三部分–数据链路层
 计算机网络第四部分–网络层
 计算机网络第五部分–传输层
 计算机网络第六部分–应用层

1.基本概念

1.1物理层解决了什么？

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。

1.2物理层的主要任务

确定与传输媒体接口有关的一些特性，即定义标准。

特性	内容
机械特性	定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的的规格，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等。
功能特性	指明某条线上出现的某一电平表示何种含义，接部件的信号线的用途。
规程特性	（也称过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

2.数据通信基本知识

2.1一个数据通信例子

2.2相关术语

通信的目的是传送消息。

术语名	解释
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。其中信号分为数字信号和模拟信号，数字信号表示消息的参数取值是离散的；模拟信号表示消息的取值是连续的。
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。一般用来表示向某一方向传送信息的介质，因此一条通信线路上往往包含一条发送信道和一条接受信道。

信道按传输信号可以划分为模拟信号（传送模拟信号）数字信号（传送数字信号）。
按照传输介质可分为无线信道和有线信道。

2.3三种通信方式

名称	英文	定义	需要信道条数
单工通信	Simplex	只能一个发一个收	一条
半双工通信	Half-duplex	都可以发或者收，但是同一时间只能进行一个	两条
全双工通信	duplex	都可以同时收发数据	两条

2.4 两种数据传输方式

传输方式	特点
串行传输	速度慢，省钱，适合远距离
并行传输	速度快，耗钱，适合近距离

传输方式对比

2.5 码元（Symbol）

定义：码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表离散数值的基本波形。当有多个离散状态时，成为M进制码元。
一码元可以携带多个比特的信息。

2.6 波特（Baud）

一种单位，用来指一秒可以传输多少个码元。

2.7速率

分为码元传输速率和信息传输速率
信息传输速率就是b/s，就是我们平常说的网速。
码元可以理解为几个比特的集合，所以信息传输速率（网速）=码元传输速率*码元所带的信息量（多少比特，也即码元的进制）

2.8带宽（Band Width）

用来表示最高数据率

2.9奈氏准则（Nyquist）

是在理想状态下得出的结论
奈氏准则

香农公式（Shannon）

是在有噪声的信道中得出的结论

香农定理：在宽带受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值。
从香农定理中我们可以得出下面推论：
（1）信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
（2）对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。
（3）只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输。
（4）香农定理得出的为极限信息传输速率，实际信道能达到传输速率要比他低不少。
（5）从香农定理可以，若信道带宽W和信噪比S/N没有上线（不可能），那么信道的极限传输速率也就没有上线。

2.11基带信号和宽带/带通信号（Base band，Pass band）

计算机网络中用的基带信号是指数字信号，一般不指模拟信号
信道上传送的信号

2.12编码

将数据转化为数字信号
数字数据（Digtal data）通过数字发送器（Digital emitter）转化为数字信号（Digital signal）
数字数据转数字信号
模拟数据（analog data）通过PCM编码器（PCM coder）转化为数字信号（Digtal signal）
模拟数据转数字信号

单极性不归零编码：只适用一个电压值，高电压表示1，低电压表示0.

双极性不归零编码：用幅值相等的正负电平表示二进制1和0.

单极性归零编码：发送码1时高电平在整个码元期间只持续一段时间，其余时间返回零电平。

双极性归零编码：正负零三个电平，信号本身携带同步信息。

曼彻斯特编码：单极性编码的缺点是没有办法区分此时是没有信号，还是有信号，但是0这种编码方式是bit中间有信号，低->高表示0，高->低表示1，一个时钟周期只可以表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit。他们携带时钟信号，而且能区分此时没有信号还是信号为0.

差分曼彻斯特编码：抗干扰能力比曼彻斯特编码更强。当bit与bit之间有信号的跳变，表示下个bit为0；bit与bit之间没有信号转变，表示下个bit为1。

曼彻斯特编码

调制：数据转化为模拟信号（了解）

常用的调制方法：调制（AM），调频（FM），调相（PM）
数据信号转模拟信号
模拟数据（analog data）通过调制器（modulator）转化为模拟信号（analog signal0）
模拟数据转模拟信号
数字数据（digtal data）通过调制器（modulator）转化为模拟信号（analog signal）
数字数据转模拟信号