Recopilación de puntos de conocimiento en el Capítulo 5 (Capa física) de Redes de computadoras (7.a edición)

Red de computadoras

参考书目：《计算机网络（第7版）》：谢希仁——电子工业出版社 《精通Windows Sockets网络开发--基于Visual C++实现》：孙海民——人民邮电出版社

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1. Conceptos básicos

Concepto de capa física
       La capa física no es el medio físico (medio de transmisión), sino que el medio de transmisión se encuentra debajo de la capa física.
El papel de la capa física
       Transmisión transparente de flujos de bits
Las tareas de la capa física

• Determinar las características asociadas con la interfaz a la que se transmiten los medios.
  • Propiedades mecánicas
  • Características electricas
  • Características
  • características del proceso
• Conversión del modo de transmisión: serie <–> paralelo

Modelo de sistema de comunicación de datos.

Términos y conceptos relacionados

• Datos: la entidad que transporta el mensaje o la representación simbólica del mensaje.

• señal: una representación eléctrica o electromagnética de datos

• Señal analoga

  • La señal que representa el mensaje es continua en el dominio del tiempo y la amplitud (valor)
    

• señal digital

  • La señal que representa el mensaje es discreta en el dominio del tiempo y en la amplitud (valor).
  • El valor solo puede ser unos pocos valores discretos.
    

• Código: unidad de codificación de señales en el eje del tiempo, que representa formas de onda básicas de diferentes valores discretos.

forma de comunicacion

• Canal: el canal de la señal.
  • Sentido estricto: medio físico que transmite señales en una determinada dirección, incluidos los canales de envío y recepción.
  • En términos generales: todo el camino por el que pasa la señal, incluidos los medios de transmisión y los equipos de comunicación.
• Si ambas partes comunicantes pueden transmitir datos al mismo tiempo
  • Comunicación unidireccional (comunicación simplex): solo puede haber comunicación en una dirección y no interacción en la dirección opuesta.
  • Comunicación alterna bidireccional (comunicación semidúplex): ambas partes de la comunicación pueden enviar información, pero ambas partes no pueden enviar información al mismo tiempo (por supuesto, no pueden recibirla al mismo tiempo).
  • Comunicación simultánea bidireccional (comunicación full-duplex): ambas partes de la comunicación pueden enviar y recibir información al mismo tiempo.

Sincronizar

• Durante el proceso de comunicación, tanto el remitente como el receptor están sincronizados entre sí en el tiempo.
  • Transmisión asincrónica: cada carácter se transmite por separado y se inserta información de sincronización entre los caracteres. Este método también se denomina tipo start-stop, es decir, el bit de inicio y el bit de parada se insertan antes y después de todos los bits que componen un carácter.
  • Transmisión síncrona: antes de enviar datos, envíe una cadena de caracteres de sincronización SYN (codificados como 0010110), siempre que el receptor detecte más de dos caracteres SYN, puede confirmar que ha entrado en el estado de sincronización y que está listo para recibir datos.

modulación

• Modulación de banda base (señal de banda base: la señal de la fuente)
• Modulación de paso de banda (señal de paso de banda, es decir, solo un cierto rango de frecuencia puede pasar a través del canal)

Método de modulación básico

• Carrier: modula la señal de alta frecuencia anterior
  • Los tres parámetros de amplitud, frecuencia y fase se pueden cambiar según las señales de sonido, música o imágenes, etc., y se pueden modular para que las señales de alta frecuencia vayan acompañadas de información digital de banda base.
• Modulación de amplitud (AM)
  • La amplitud de la portadora cambia con la señal digital de banda base.
• FM
  • La frecuencia de la portadora cambia con la señal digital de banda base.
• Modulación de fase (PM)
  • La fase inicial de la portadora cambia con la señal digital de banda base.

2. Medios de transmisión

medios de transmisión
       La ruta física entre el transmisor y el receptor en un sistema de comunicaciones de datos.

• Medios de transmisión orientados
  • par trenzado
    • Par trenzado blindado STP
    • Par trenzado no blindado UTP
  • cable coaxial
    • cable coaxial de 50 ohmios
    • cable coaxial de 75 ohmios
  • Cable óptico
• medios de transmisión no guiados
  • La transmisión inalámbrica utiliza una amplia gama de bandas de frecuencia.
  • La comunicación de onda corta (alta frecuencia) se basa principalmente en la reflexión de la ionosfera, pero la calidad de la comunicación de los canales de onda corta es deficiente.
  • Las microondas (frecuencia ultraalta) se propagan principalmente en línea recta en el espacio.
    • Comunicación terrestre por relé de microondas.
    • Comunicaciones por satélite

3. Tecnología de multiplexación de canales

Un mecanismo para reutilizar
       un canal común compartido por múltiples usuarios.

• Multiplexación por división de frecuencia (FDM)

  • La banda de transmisión se divide en N partes y a cada usuario se le asigna una de las bandas de frecuencia.
  • Cada usuario ocupa la misma banda de frecuencia durante todo el proceso de comunicación.
  • Todos los usuarios ocupan diferentes recursos de ancho de banda al mismo tiempo.

• Multiplexación por división de tiempo (TDM)

  • Dividir un canal de transmisión por tiempo.

  • Trama de multiplexación por división de tiempo (trama TDM), cada usuario de multiplexación por división de tiempo ocupa un número fijo de intervalos de tiempo en cada trama TDM.

  • Todos los usuarios de multiplexación por división de tiempo ocupan completamente el mismo ancho de banda de frecuencia en diferentes momentos.

  • El intervalo de tiempo ocupado por cada usuario aparece periódicamente (el período es la duración de la trama TDM)

    注：时分复用可能会造成线路资源的浪费
    1.分配给每个用户的时隙是固定的，即使当时没有数据发送，也不能供其他用户使用，时隙数=用户数
    2.由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的
    

• Multiplexación estadística por división de tiempo (STDM)
  

• Multiplexación por división de código (CDM)

  • CDMA (Acceso múltiple por división de código)
  • Chip: divide el tiempo de un bit en m intervalos cortos
    • Si se envía el bit 1, se envía su propia secuencia de chip de m bits.
    • Si se envía el bit 0, se envía el complemento a uno de la secuencia del chip.
    • Secuencia de chips de la estación S: (–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
  • Fuerte capacidad antiinterferencia

4. Sistema de transmisión digital

       El sistema de modulación de código de impulsos (PCM) del sistema de transmisión digital se diseñó originalmente para transmitir múltiples llamadas telefónicas en líneas troncales entre centrales telefónicas.
Proceso de conversión PCM
       señal analógica——>señal digital

• Muestreo——>Cuantización——>Codificación
• Frecuencia de muestreo: 8 KHz; período de muestreo: 125us

Desventajas del PCM

• Los estándares de tarifas no son uniformes
• No es una transferencia sincrónica

5. Tecnología de acceso a banda ancha

Concepto de tecnología de acceso de banda ancha

• Utilizar la tecnología digital para transformar las líneas de suscriptores de telefonía analógica existentes para que puedan transportar servicios de banda ancha.
• Espectro de gama baja de 0 ~ 4 kHz: utilizado por teléfonos tradicionales
• El espectro de alta gama 4k-1,1MHz que no se utilizaba antes – accede a Internet
• Línea de abonado digital DSL (Línea de abonado digital)
  • xDSL representa diferentes soluciones de banda ancha implementadas en líneas de abonados digitales

Varios tipos de xDSL

• ADSL (Línea de Abonado Digital Asimétrica): Línea de Abonado Digital Asimétrica.
• RADSL (DSL de velocidad adaptable): DSL de velocidad adaptable es un subconjunto de ADSL que puede ajustar automáticamente la velocidad de la línea.
• HDSL (DSL de alta velocidad): Línea de abonado digital de alta velocidad.
• SDSL (DSL de línea única): línea de abonado digital de 1 par.
• VDSL (DSL de muy alta velocidad): Línea de abonado digital de muy alta velocidad.
• DSL: Línea de Abonado Digital de Servicios Integrados mediante RDSI.

Características del ADSL

• Asimetría del ancho de banda ascendente y descendente
  • Upstream: del usuario al ISP
  • Downstream: del ISP al usuario
• ADSL Instale un módem ADSL en cada extremo de la línea de abonado (cable de cobre).
• Tecnología de modulación Discrete Multi-Tone DMT (Discrete Multi-Tone)
  • "Múltiples portadoras" o "múltiples subcanales": multiplexación por división de frecuencia
  • 4k-1,1MHz: 25 canales de enlace ascendente; 249 canales de enlace descendente

tarifa de datos ADSL

• La tecnología de modulación adaptativa se utiliza para permitir que las líneas de abonado transmitan la velocidad de datos más alta posible.
  • Cuando se inicia ADSL, los módems ADSL en ambos extremos de la línea de abonado prueban las frecuencias disponibles, la interferencia sufrida por cada subcanal y prueban la calidad de transmisión de la señal en cada frecuencia.
• ADSL no garantiza una tarifa de datos fija
  • Normalmente, la velocidad de datos descendente está entre 32 kb/s y 6,4 Mb/s, mientras que la velocidad de datos ascendente está entre 32 kb/s y 640 kb/s.

Composición ADSL

• Multiplexor de acceso a línea de abonado digital DSLAM (multiplexor de acceso DSL)
• Unidad de terminación de acceso ATU (Unidad de terminación de acceso)
• ATU-C (C significa Oficina Central)
• ATU-R (R significa Remoto)
• Divisor de POTS PS (Divisor de POTS)

Red híbrida de fibra coaxial HFC

• Basado en la red de televisión por cable CATV
  • Además de transmitir CATV, la red HFC también proporciona telefonía, datos y otros servicios interactivos de banda ancha.
• Red de televisión por cable
  • Red de cable coaxial con topología de árbol.
  • Tecnología analógica
  • multiplexación por división de frecuencia
  • Transmisión unidireccional de programas de televisión.
• La red HFC necesita transformar la red CATV
  • Reemplace la red troncal del cable coaxial en la red CATV original con fibra óptica y utilice tecnología de fibra óptica simulada.
  • La AM se modula utilizando la amplitud de la luz en fibra óptica simulada.
  • La fibra óptica simulada se conecta desde el extremo de la cabecera al nodo de fibra, es decir, el nodo de distribución óptica ODN (Nodo de distribución óptica). Las señales ópticas se convierten en señales eléctricas en las uniones de fibra óptica.
  • Debajo de la unión de fibra óptica se encuentra el cable coaxial.

La red HFC adopta una arquitectura de nodo

• La red HFC tiene un espectro más amplio que la red CATV y tiene capacidades de transmisión bidireccional.
• Cada vivienda deberá instalar una User Interface Box UIB (User Interface Box
  • Utilice un cable coaxial para conectarse a un decodificador y luego al televisor del usuario.
  • Utilice un cable de par trenzado para conectarse al teléfono del usuario.
  • Utilice un módem por cable para conectarse a la computadora del usuario.

tecnología fttx

• FTTx (fibra a...) también es una solución para lograr una red de acceso residencial de banda ancha. Aquí la letra x puede significar cosas diferentes.
  • Fibra hasta el Hogar FTTH (Fiber To The Home): El tendido de fibra óptica hasta el domicilio de los usuarios puede ser la última solución para las redes de acceso residencial.
  • Fibra hasta el edificio (FTTB): una vez que la fibra óptica ingresa al edificio, se convierte en señales eléctricas y luego se distribuye a cada usuario mediante cables o pares trenzados.
  • Fibra hasta la acera (FTTC): desde la carretera hasta cada usuario, se puede utilizar un par trenzado en forma de estrella como medio de transmisión.