计算机网络杂记-02

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本文主要介绍了计算机网络中的物理层。

网络体系中的物理层

物理层的作用是：通过物理媒体传输比特流。

物理层协议的主要任务

  • 机械特性：规定了物理连接器的形状、引脚数目、引脚的用途、固定器件的位置等。

  • 电气特性：规定了电压的高低、电平的定义、接口的电流等。

  • 功能特性：规定了接口的功能，如何检测和控制数据的流动，如何检测和控制数据的流动，如何检测和控制错误，如何同步等。

  • 过程特性：规定了通信的建立和拆除的步骤，如何管理通信线路等。

传输媒体

传输媒体分为两大类：导引型传输媒体和非导引型传输媒体。

导引型传输媒体

又称为有线传输媒体，是指能够传输电磁波的传输媒体。如双绞线、同轴电缆、光纤等。

  1. 双绞线双绞线是一种双股绝缘导线，两股导线以一定的规则绞合在一起，用来传输信号。

  2. 同轴电缆同轴电缆是一种中心导线被绝缘层包围，绝缘层外面又有一层金属网的传输媒体。

  3. 光纤光纤是一种以光的形式传输信号的传输媒体。

非导引型传输媒体

又称为无线传输媒体，是指能够传输电磁波的传输媒体。如无线电波、微波、红外线等。

传输方式

传输方式分为两大类：串行传输和并行传输。

串行传输

串行传输是指在传输数据时，每次只传输一位数据。串行传输的优点是：传输距离远，传输速率高，传输线路简单。

并行传输

并行传输是指在传输数据时，每次传输多位数据。并行传输的优点是：传输速率高，传输效率高。

此外，还有同步传输和异步传输。

同步传输

同步传输是指在传输数据时，发送方和接收方的时钟信号是同步的。

异步传输

异步传输是指在传输数据时，发送方和接收方的时钟信号是异步的。

单工传输、半双工传输和全双工传输。

这些传输方式的区别在于：传输方向、传输速率、传输效率、传输距离、传输线路复杂程度。

单工传输是指在传输数据时，数据只能单向传输。如广播电台。

半双工传输是指在传输数据时，数据可以双向传输，但是不能同时双向传输。如对讲机。

全双工传输是指在传输数据时，数据可以双向传输，而且可以同时双向传输。如电话机。

编码与调制

编码是指将数字信号转换为模拟信号的过程。

调制是指将数字信号转换为模拟信号的过程。

我们使用一个树状图来表示编码和调制的过程。

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消息
↓ 运送消息的实体
数据
↓ 数据的电磁形式
信号
↓ 信源发出的原始电信号
基带信号
|-------------------|
↓                   ↓
数字信号            模拟信号
|-----|            |-----|
↓     ↓            ↓     ↓
编码  调制          编码  调制

  • 码元：是指数字信号中的一个离散值。

传输媒体与信道不能直接划等号，信道是指传输媒体的一部分。

常用编码

  • 非归零编码非归零编码是指在传输数据时，每个码元的电平都有一个基准电平，码元的电平要么是高于基准电平，要么是低于基准电平。

  • 归零编码归零编码是指在传输数据时，每个码元的电平都有一个基准电平，码元的电平要么是高于基准电平，要么是低于基准电平，但是每个码元的电平都会回到基准电平。

  • 曼彻斯特编码曼彻斯特编码是指在传输数据时，每个码元的电平都有一个基准电平，码元的电平要么是高于基准电平，要么是低于基准电平，但是每个码元的电平都会回到基准电平，而且每个码元的中间都会有一个电平跳变。

  • 差分曼彻斯特编码差分曼彻斯特编码是指在传输数据时，每个码元的电平都有一个基准电平，码元的电平要么是高于基准电平，要么是低于基准电平，但是每个码元的电平都会回到基准电平，而且每个码元的中间都会有一个电平跳变，而且每个码元的中间都会有一个电平跳变，而且每个码元的中间都会有一个电平跳变，而且每个码元的中间都会有一个电平跳变。

基本调制方法

  • 调幅 AM
    调幅是指在传输数据时，通过改变信号的幅度来传输数据。

  • 调频 FM
    调频是指在传输数据时，通过改变信号的频率来传输数据。

  • 调相 PM
    调相是指在传输数据时，通过改变信号的相位来传输数据。

  • 数字基带调制数字基带调制是指在传输数据时，通过改变信号的幅度、频率、相位来传输数据。

混合调制

混合调制是指在传输数据时，通过改变信号的幅度、频率、相位来传输数据。

通常情况下，相位和振幅可以结合在一起，称为正交相幅调制 QAM。

  • QAM-16

    • 12种相位
    • 每种相位有 1/2 种振幅
    • 可以调出 16 种码元，每种码元可以表示 4 个比特
    • 码元与 4 个比特的对应关系采用格雷码
    • 任意两个相邻码元只有一个比特不同

信道的极限容量

信道的极限容量是指在单位时间内，信道所能传输的最大数据量。

码间串扰是指在传输数据时，由于信号的干扰，导致接收方无法正确识别发送方发送的信号。

失真的因素

  • 码元传输速率

  • 信号传输距离

  • 噪声干扰

  • 传输媒体质量

奈氏准则

奈氏准则是指在传输数据时，信道的极限容量与信道的带宽和信噪比有关。

理想低通信道的最高码元传输速率 = 2 * 带宽 * log2V
理想带通信道的最高码元传输速率 = 带宽 * log2V

香农定理

香农定理是指在传输数据时，信道的极限容量与信道的带宽和信噪比有关。

c = W * log2(1 + S/N)单位：比特/秒

其中，c 是信道的极限容量，W 是信道的带宽，S 是信道的信号功率，N 是信道的噪声功率。