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计算机网络物理层
【1】物理层的基本概念
- 物理层的基本任务：
物理层决定了在各个连接的计算机之间如何传输数据
注意：物理层并不是字面意义上的决定传输媒体是啥，而是决定如何传输数据
- 数据通信模型：
（1）数据通信3大部分：源系统（发送方）、传输系统、目的系统（接收方）
（2）信道：传输信息的媒体
（3）单向通信（单工通信）：一方只能发送，一方只能接收
（4）双向交替通信（半双工）：同一时间只能一方发送一方接收，角色可以转换，例如：对讲机
（5）双向同时通信（双工）：双方可以同时发送和接收信息
【2】物理层的主要任务
- 物理层的主要任务：
确定发送方和接收方与传输媒体之间接口的特性
（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数量以及排列、固定和锁定装置
（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线路上出现的电压范围。4-6V：“0”；-4~-6V：“1”
（3）功能特性：指明某条线路上出现的电压值的含义
（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事物的出现顺序
【3】信噪比和香农公式
- 任何实际的信道都是不理想的，传输信号会产生各种失真和干扰
- 码元传输速率越快，信号传输的距离越远，传输媒体质量越差，失真越严重
- 限制码元在信道上传输速率的因素：
（1）信道允许的频率范围：信道的频带越宽，信号允许的高频分量越多，码元的传输速率就会越快，也会减少出现码间串扰
（2）信噪比：噪声都是随机产生的，故瞬时值都会很大，较大的噪声会造成接收端对码元的判断出错。如果信号强度远大于噪声强度，则影响就会减小
信噪比 = 信号平均功率 / 噪声平均功率
- 香农公式： C=W*log₂（1+S/N) （bit/s)
（1）C：信道的极限传输速率
（2）W：信道带宽（Hz）
（3）S：信道内传输信号的平均功率
（4）N：信道内的高斯噪声功率
实际应用中很难达到香农公式计算值
- 提高信息传输速率的措施：
（1）提高信道带宽
（2）提高信噪比
（3）提高码元的传输速率
（4）让每一个码元携带更多的比特信息
【4】传输媒介
- 传输媒介分类：
（1）导引型传输媒介：顾名思义，电磁波被引导着沿着固体媒介传播，例如：光纤，铜线
（2）非导引型传输媒介：自由空间，无线传播
【4.1】导引型传输媒介
- 双绞线：
（1）常用的网线、模拟信号传输和数字信号传输都可以使用双绞线，通信距离一般几十公里内
（2）常用的UTP是5类线
- 同轴电缆：
（1）同轴电缆较好的抗干扰性，被广泛应用于较高速率的数据
（2）同轴电缆的带宽取决于电缆质量
（3）50欧姆同轴电缆：常用于局域网LAN和数字信号传输
（4）70欧姆同轴电缆：常用于有线电视和模拟信号传输
- 光缆：
（1）光纤是光纤通信的传输媒体，由于可见光的频率很高，故光纤通信的带宽远远大于目前其他系统
（2）只要从光纤中射到纤芯表面的光线入射角大于某个临界值，就可以产生全反射
光纤的优点：
（1）通信容量非常大
（2）传输损耗小，中继距离长
（3）抗雷电和电磁干扰性能好
（4）无串音干扰，保密性好
（5）体积小，重量轻
【4.2】非导引型传输媒介
- 短波通信（高频通信）：
主要靠电离层反射，通信质量较差，传输速率比较慢
- 微波：
微波在空间中主要是直线传播
传统微波通信主要有两种方式：
（1）地面微波接力通信
（2）卫星通信
【5】复用技术
- 复用（Multiplexing）：
允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高通道利用率
【5.1】频分复用FDM
将整个带宽分成多份，用户在分配到一定频带后，自始自终都占用这个频带
【5.2】时分复用TDM
- 将时间划分为一段段等长的时分复用帧，每一个用户在一个帧中占用相同的固定的序号的时隙
- 每一个用户占用的时隙周期性的出现（周期=TDM帧长）
- 时分复用用户是在不同时间占用同样的频带宽度
- 时分复用的不足：
由于数据突发性，用户对分配到的子信道利用率不高。例如：某个用户无数据发送，但那个时隙还是会分配给他
【6】宽带接入技术
- ADSL技术
- 光纤同轴混合网HFC
- FTTX技术
有线宽带接入和无线宽带接入
【6.1】ADSL技术
非对称数字用户线 （Asymmertic Digital Subcriber Line）
- 用数字技术对现有的模拟电话用户先线进行改造，使其可以承载宽带业务
- ADSL将0~4Hz的低频谱段留给传统电话使用，高频段留给用户上网
- ADSL所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关
- ADSL技术特点：
（1）上行和下行带宽做成不对称的
（2）ADSL在用户线的两端各安装一个调制解调器
（3）ADSL采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的频率
【6.2】光纤同轴混合网HFC
- HFC（Hybird Fiber Coax）是在目前覆盖范围最广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带节入网
- HFC网将CATV网中的同轴电缆主干部分改换成光纤
前面采用光纤，后面采用同轴电缆作用户线
【6.3】FFX技术（Fiber to Fiber）
- 光纤到户 FTTH（Fiber to the home）
- 光纤到楼 FTTB （Fiber to the Building）