计算机网络 | 2.物理层

ops/2024/12/19 6:34:58/

物理层内容全部为通信原理的内容

1.物理层的基本概念

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。 物理层的主要任务描述为:确定与传输媒体的接口的一些特性。

  • 机械特性:例接口特性形状、大小、引线数目等
  • 电气特性:例规定电压范围(-5V到+5V)
  • 功能特性:例规定-5V表示0,+5V表示1
  • 过程特性:也称规程特性,规定建立连接时各个相关部件的工作步骤

2.数据通信的基础知识

(1)典型的数据通信模型:

物理层_数据通信模型

(2)相关术语

通信的目的是传送消息。

  • 数据(data)————运送消息的实体。
  • 信号(signal)————传输的电气的或电磁的表现。
  • “模拟信号”————代表消息的参数的取值是连续的。
  • “数字信号”————代表消息的参数的取值是连续的。
  • 码元(code)————在使用时间域的波形表示数字信号时,则代表不同离散数值的基本波形就成为码元。
  • 单项通信(单工通信)————只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。(电视台、广播)
  • 双向交替通信(半双工通信)————通信双方都可以发送消息,但不同双方同时发送。(对讲机)
  • 双向同时通信(全双工通信)————通信双方可以同时发送和接受消息。(电话)
  • 基带信号(基本频带信号)————来自信源的信号。(比如语音为4K)
  • 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进行通信)
  • 调幅(AM)————载波的振幅随基带数字信号而变化。
  • 调频(FM)————载波的频率随基带数字信号而变化。
  • 调相(PM)————载波的初始相位随基带数字信号而变化。
  • 单极性不归零码
  • 双极性不归零码
  • 单极性归零码
  • 双极性归零码

    极性码

  • 奈奎斯特准则:在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元的传输速率的上限值。(任何信道中,码元传输的速率都是有上限的)
    理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaud.其中,W是理想低通信道的带宽,Baud是码元传输速率的单位。
  • 信噪比————香农
    信道的极限信息传输速率C可表示为:

C=Wlog2(1+S/N)Wlog2(1+S/N)b/s

其中,W为信道的带宽(以Hz为单位) S为信道内所传信号的平均功率 N为信道内部的高斯噪声功率 * 码元传输速率受奈式准则的限制,作用于发送器及接收器之间;而信息传输速率受香农公式的限制,作用于输入数据和输出数据之间(发送器前和接收器后)。

3.物理层下面的传输媒体

电磁波

(1)导向传输媒体(电磁波沿着固体媒体传播)

  • 双绞线
  • 同轴电缆
  • 光缆(光纤,单模和多模)

(2)非导向传输媒体(自由空间)

  • 短波通信(靠电离层反射,通信质量较差)
  • 微波(主要是直线传播,地球是圆的,故需要多个塔)

(3)物理层设备————集线器

它在网络中只起到信号放大和重发的作用,其目的是扩大网络的传输范围,而不具备信号的定向传输能力。 最大传输距离:100m.

4.信道复用技术

复用是通信技术种的基本概念。(不详细介绍,详细了解请阅读通信原理)

(1)频分复用技术FDM

所有用户在相同的时间占用不同的带宽资源。

(2)时分复用技术TDM

将时间划分为一段段等长的时分复用帧,每一个时分复用的用户在每一个TMD帧中占用固定序号的时隙,每一个用户所占用的时隙周期性地出现。(时分复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度)

(3)码分复用技术CDMA

常用的是码分多址CDMA。
不同用户使用特殊挑选的不同码型,因此彼此不会造成干扰。码型为正交码(方便解码),通信原理中介绍的两种常用码型为瑞德麦彻码和沃尔什码,此外需要熟悉m序列的产生与性质。

5.宽带接入技术

(1)xDSL

用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造
 

xDSL


打电话的语音信号的频率通常在4K以内,而电话线可通过超过1MHz的频率,故把低频留给电话使用,高频接入Internet网,具体划分为上行(上传)和下行(下载)。

(2)光纤同轴混合网HFC

通过改造有线电视连接到Internet。

(3)FTTx技术

  • 光纤到家FTTH:光纤一直铺设到用户家庭。
  • 光纤到大楼FTTB: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个用户。
  • 光纤到路边FTTC:从路边到各个用户可使用星型结构双绞线作为传输媒体。

http://www.ppmy.cn/ops/143104.html

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