计算机网络（物理层）

我承认我很傻

物理层


纲领
1. 根本观点
2. 数据通讯根底常识
3. 码元、速度、波特、带宽
4. 两个定理
5. 编码&体例
6. 物理层传输介量
7. 物理层装备

 

• 物理层根本观点
  
  
  • 界说，物理层处理怎样正在毗连各类计较机的传输媒体上，传输数据比特流，而没有是指具体的传输载体
    
  • 次要使命，肯定取传输媒体接心有闭的几个特征
    
    
    • 机器特征，界说物理毗连的特征，划定物理毗连时所接纳的规格，接心外形，引线数量，引足数目等
      
    • 电气鼓鼓特征，划定传输两进造位时，线路上旌旗灯号的电压范畴，阻抗婚配，传输速度战间隔限定等
      
    • 功用特征，指明某条线呈现的某一电仄暗示何种意义，接心部件的旌旗灯号线的用处
      
    • 规程特征，界说各条物理线路的事情规程战时序干系
      
    
    
  
  
• 数据通讯根底常识
  
  
  • 数据通讯相干术语
    
    
    • 通讯的目标是传收动静
      
    • 数据，既能够是模仿的也能够是数字的，传收疑息的真体，凡是是故意义的标记序列，好比0101
      
    • 旌旗灯号，数据的电气鼓鼓/电磁的表示，是数据正在传输过程当中的存正在情势，好比火跟冰（数字数据对应数字旌旗灯号，模仿数据对应模仿旌旗灯号）
      
      
      • 数字旌旗灯号，离集
        
      • 模仿旌旗灯号，持续
        
      
      
    • 疑源，发生战收收数据的泉源
      
    • 疑宿，领受数据的尽头
      
    • 疑讲，旌旗灯号的传输序言。一条通讯通讯线路常常包罗收收疑讲战领受疑讲
      
      
      • 按传输旌旗灯号分类，有模仿疑讲、数字疑讲
        
      • 按传输介量分类，有没有线疑讲、有线疑讲
        
      
      
    
    
  • 三种通讯方法（从通讯单方疑息的交互方法看）
    
    
    • 单工通讯，只要一条疑讲
      
    • 半单工通讯，有两个标的目的，需求两条疑讲
      
    • 齐单工通讯，也需求两条疑讲
      
    
    
  • 两种数据传输方法
    
    
    • 串止传输，速率缓，用度低，合适近间隔
      
    • 并止传输，速率快，用度下（耗损疑讲资本多），合适远间隔(用于计较机内乱部数据传输，能够看到隐卡接心有许多小孔，并止传输)
      
    
    
  
  
• 码元、速度、波特、带宽
  
  
  • 码元，是指用一个牢固时少的旌旗灯号波形（数字脉冲），代表差别的离集数值的根本波形，是数字通讯中数字旌旗灯号的计量单元，那个牢固时少内乱的旌旗灯号称为k进造码元，而该牢固时少称为码元宽度。
    
    
    • 1个码元能够照顾多个（两进造码元，1个比特；四进造码元，2个比特）比特的疑息量。例如，正在利用两进造编码时，只要两种差别的码元，一种代表0形态，另外一种代表1形态
      
    • 4进造码元-》码元的离集形态有4个-》4种上下差别的旌旗灯号波形-》00、01、10、11-》1个码元照顾2个比特的疑息量
      
    
    
  • 速度、波特、带宽（皆是指主机收收到链路上）
    
    
    • 速度，也叫数据率，是指数据的传输速度（从主机收收到链路上的收收速度，跟传布速度有着大相径庭），暗示单元工夫内乱传输的数据量。能够用码元传输率战疑息传输率暗示
      
      
      • 码元传输率，别号码元速度，波形速度等，暗示1s工夫内乱传输几个码元，单元是波特（波特也是个速度，码元个数/s）。码元速度取进造数无闭，例如1秒工夫内乱收收了5个两进造码元，跟1秒工夫内乱收收了5个4进造码元，码元速度是一样的
        
      • 疑息传输速度，别号比特率等，暗示1秒工夫内乱传输几个比特
        
      • 二者干系，一个码元照顾n bit疑息量，那末疑息传输速度=M波特（码元传输速度）* n bit/s
        
      
      
    • 带宽，暗示1秒工夫内乱，从收集中的某一面到另外一面所能经由过程的最下数据率（幻想形态下），单元 b/s
      
    
    
  
  
• 奈奎斯特定理，喷鼻农定理
  
  
  • 得实，影响旌旗灯号波形得实水平的身分，码元传输速度、旌旗灯号传输间隔、噪声滋扰、传输媒体量量
    
  • 旌旗灯号带宽，是疑讲能经由过程的最下频次战最低频次之好，单元是赫兹。赫兹，指一秒能够震惊的次数。
    
  • 得实的一种征象——码间串扰（奈奎斯特定理便是处理那个成绩），是指正在领受端支到的旌旗灯号波形曾经落空了码元之间明晰鸿沟的征象。好比当码元传输速度太年夜的时分，领受端分没有浑0战1的旌旗灯号波形鸿沟，码元取码元之间的鸿沟太特么远了，目炫，hahahah
    
  • 奈奎斯特定理，为了不码间串扰，正在无噪声，带宽受限前提下，极限码元传输速度=2W Baud，W是疑讲带宽，单元是hz（只要正在那两条公式，带宽的单元才是Hz）
    
    
    • 极限数据率=2W log2N (b/s) ，N代表几种码元， log2N代表一个码元照顾几比特，2W是波特率
      
    • 奈氏定理一，正在任何疑讲，码元传输速度皆是有上限，超越此上限会呈现码间串扰的成绩
      
    • 奈氏定理两，疑讲的频带越宽，即W越年夜，码元传输速度越年夜，就能够用更下的速度停止码元的有用传输
      
    • 奈氏定理三，奈氏原则给出的是码元传输速度的限定，但并出有对疑息传输速度给出限定
      
    • 奈氏定理四，要进步疑息传输速度，便必需想法使每一个码元照顾更多的比特，那便需求接纳多元造的调造办法
      
    
    
  • 喷鼻农定理，对疑息传输速度上限有限定，(实在也便是对一个码元照顾多个个比特有限定，究竟结果2种波形战4种波形，必定是2种波形好辨认20200926)。噪声存正在一切电子装备战通讯疑讲中，因为噪声随机发生，它的瞬时价偶然会很年夜，因而噪声会使领受端对码元的讯断发生毛病。值得留意的是，噪声的影响是相对的，当旌旗灯号很强的时分，那末噪声的影响便较小。因而疑噪比很主要（决议了领受端可否一般讯断码元）
    
    
    • 疑噪比=旌旗灯号均匀功率/噪声的均匀功率，经常记为S/N，并用分贝db做为襟怀单元，即疑噪比（db）= 10ln（S/N） （只是换一种看法暗示，相称于科教计数法，数值等价）
      
    • 喷鼻农定理，正在带宽受限且有噪声的疑讲中，为了没有发生偏差，疑息的数据传输率有上限值。疑讲的极限数据传输速度=W log2(1+S/N) (b/s)，（S/N-》疑噪比，W-》带宽Hz）
      
      
      • 推论一，疑讲的带宽大概疑讲中的疑噪比越年夜，则疑息的极限传输速度便越下
        
      • 对必然的传输带宽战必然的疑噪比，疑息传输速度的上限也便肯定了
        
      • 只需疑息传输速度低于疑讲的极限传输速度，便必然可以找到某种办法去完成无不对的传输
        
      • 喷鼻农定理得出的是极限疑息传输速度，实践疑讲要比它小许多
        
      • 从喷鼻农定理能够看出，若疑讲带宽W战疑噪比S/N出有上限（固然道不成能），那末疑讲的极限疑息传输速度也便出有上限
        
      
      
    
    
  • nice原则战喷鼻浓怎样出题，假如标题问题中提到有噪声，必定只能用喷鼻农定理；假如标题问题中给出了码元传输速度（如M进造旌旗灯号），便用nice原则；假如同时给出码元传输速度，疑噪比，那末两个定理我们皆要算一遍，与其最小值，做为我们理想糊口的最年夜值。。。
    
  
  
• 编码&调造
  
  
  • 疑讲，旌旗灯号的传输序言。一条通讯通讯线路常常包罗收收疑讲战领受疑讲
    
    
    • 按传输旌旗灯号分类，有模仿疑讲（传收模仿旌旗灯号）、数字疑讲（传收数字旌旗灯号）
      
    • 按传输介量分类，有没有线疑讲、有线疑讲
      
    
    
  • 疑讲上传收的旌旗灯号
    
    
    • 基带旌旗灯号，去自大源的旌旗灯号皆是基带旌旗灯号，好比计较机的图象（数字旌旗灯号），我们语言的声波（模仿旌旗灯号）便是基带旌旗灯号。将数字旌旗灯号0战1间接用两种差别的电压暗示，再收到数字疑讲上传输，这类传输历程也叫基带传输
      
    • 宽带旌旗灯号，将基带旌旗灯号停止调造后构成模仿旌旗灯号，正在传收到模仿疑讲上来传输，那一传输历程也叫宽带传输
      
    • 两种旌旗灯号区分
      
      
      • 正在传输间隔较远时，计较机收集接纳的是基带传输方法（远间隔衰加小，从而旌旗灯号内乱容不容易发作变化）
        
      • 正在传输间隔较近时，计较机收集接纳的是宽带传输方法（近间隔衰加年夜，经由过程载波调造使得旌旗灯号变年夜，最初可以过滤出去基带旌旗灯号）
        
      
      
    
    
  • 编码取调造（数字数据战模仿数据的区分是啥？借没有明白。数字数据是指0101？模仿数字是指音频？）
    
    
    • 数字数据，经由过程数字收收器转换成数字旌旗灯号（编码）主要
      
      
      • 非回整编码
        
        
        • 用低电仄暗示0，下电仄暗示1；大概反过去
          
        • 缺陷是没法判定一个码元的开端战完毕，试念我局部收0，便是一根曲线，领受圆怎样明白我收了几个0（能够别的减一个甚么鬼让领受圆明白它的周期，从而计较出它有几个0），以是道支举事以连结同步
          
        
        
      • 曼彻斯特编码(主要)
        
        
        • 两进造中，我们是一个数字脉冲代表一个比特，可是它没有是，它是两个脉冲代表一个比特，以是数据/疑息传输率只要调造速度/脉冲速度/码元速度的1/2
          
        • 每一个码元中心城市有一次电仄的跳转（能够完成自同步）
          
        
        
      • 好分曼彻斯特编码
        
        
        • 同1同0，且抗滋扰性强于曼彻斯特编码，由于它的编码更庞大
          
        • 1是下电仄，0是低电仄，关于1个码元有2个旌旗灯号周期那类，1是先下电仄后低电仄
          
        • 同1同0的意义，当码元是1，那末跟上一个码元的后半个码元不异，当码元是0，那末跟上一个码元的后半个码元的电仄相反
          
        • 每一个码元中心城市有一次电仄的跳转，能够完成自同步
          
        
        
      • 回整编码
        
      • 反背没有回整编码
        
      • 4B/5B编码
        
        
        • 比特流中插进分外的比特以突破连续串的0大概1，便是用5个比特去编码4个比特的数据，然后再传给领受圆，因而称为4B/5B，编码服从为80%
          
        • 只接纳16种对应16种差别的4位码，其他的16位做为掌握码（好比帧的开端、完毕、线路的形态）
          
        
        
      
      
    • 数字数据，经由过程调造器转换成模仿旌旗灯号（调造）主要
      
      
      • 数字数据调造妙技，正在收收真个将数字旌旗灯号转换成模仿旌旗灯号，正在领受端将模仿旌旗灯号复原数字旌旗灯号，别离对应调造解调器的调造息争调历程
        
      • 数字数据露有太多低频，以是疑讲没有会让它过去
        
        
        • 把矮个子酿成年夜个子（调幅、调频、调相）
          
          
          • 调幅，有调幅1，无调幅0（两进造举例）
            
          • 调频，疏暗示0，稀暗示1（两进造举例）
            
          • 调相，余弦波0，正弦波1（两进造举例）
            
          • 调幅+调相(QAM)
            
          
          
        • 换套西拆
          
        
        
      
      
    • 模仿数据，经由过程PCM编码器转换成数字旌旗灯号（编码）
      
      
      • 典范栗子，对音频数字化，脉冲编码调造
        
      • 3个步调，采样、量化、编码
        
        
        • 采样，对模仿旌旗灯号周期性扫描，把工夫上持续的旌旗灯号酿成工夫上离集的旌旗灯号，我们为了所获得的离集旌旗灯号可以无得实天代表被抽样的模仿数据（便是怎样明白我们抽样的是a波形仍是b波形），要利用采样定理停止采样：f(采样频次)>=2f(旌旗灯号最下频次/带宽最下频次)
          
        • 量化，把抽样获得的电仄幅值转化为对应的数字值，并与整数
          
        • 编码，把量化的成果转换为取之对应的两进造编码
          
        
        
      
      
    • 模仿数据，经由过程放年夜器调造器转换成模仿旌旗灯号（调造）
      
      
      • 好比发话器声波，需求较下的频次，不然频次太低传没有到领受端
        
      • 频分复用旌旗灯号
        
      • 充分操纵带宽
        
      
      
    
    
  
  
• 物理层传输介量
  
  
  • 导背性传输介量
    
    
    • 单绞线
      
      
      • 屏障单绞线
        
      • 非屏障单绞线
        
      
      
    • 同轴电缆
      
    • 光纤
      
      
      • 多模光纤
        
      • 单模光纤
        
      
      
    
    
  • 非导背性传输介量
    
    
    • 无线电波（随便标的目的，脚机，局域网）
      
    • 微波（牢固标的目的）
      
      
      • 空中微波接力通讯
        
      • 卫星通讯（误码率下，本钱下）
        
      • 牢固格局
        
      
      
    • 白中线、激光（牢固标的目的，要转成各自的格局传输）
      
    
    
  
  
• 物理层装备
  
  
  • 中继器
    
    
    • 降生缘故原由，旌旗灯号传输过程当中会衰加
      
    • 功用，再死数字旌旗灯号
      
    • 中继器的两头是网段，而没有是子网；两头的收集要完整不异，两个网段的速度也要不异，两头的网段必然如果同个和谈（中继器没有会跟链路层战收集层一样存储转收，由于它是个年夜愚瓜）
      
    • 简朴了解成网线没有过分吧，不过它会再死数字旌旗灯号
      
    
    
  • 散线器（多心中继器）
    
    
    • 再死、放年夜旌旗灯号
      
    • 星型拓扑
      
    • 播送，没有具有旌旗灯号的定背传收才能，是一个同享式装备
      
    • 由于是播送，以是有抵触有碰碰，它是个年夜的抵触域
      
    • 连正在散线器上的事情主机中分带宽(每一个主机同时事情的话)
      
    
    
  
  

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