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计算机网络笔记第二章

物理层基本概念

物理层要干的事
- 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
- 确定传输媒体接口有关的一些特性-》定义标准
物理层特性
- 机械特性
  - 规格
  - 接口形状
  - 引线数目
  - 引脚数量
  - 排列情况
- 电气特性
  - 电压范围
  - 阻抗匹配
  - 传输速率
  - 距离限制
- 功能特性
  - 指明某一电平表示何种意义
  - 接口不见的信号线的用途
- 规程特性
  - 规定各条物理线路的工作规程和时序关系

数据通信基础知识
- 调制解调器
  - 转换数字信号和模拟信号
  - 可以作为发送器和接收器
- 信源
  - 发送信息的源头
- 信宿
  - 信息的终点
- 数据
  - 传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
- 信号
  - 数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式
  - 数字信号
    - 代表消息的参数取值是离散的
  - 模拟信号
    - 代表消息的参数取值是连续的
- 信道
  - 信号的传输媒介。
  - 一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道
- 三种通信方式
  - 单工通信
    - 只有一个方向的通信而没有反方向的交互
    - 仅需要一条信道
  - 半双工通信
    - 通信的双方都可以发送或接收信息，但不能同时发送和接收
    - 需要两条信道
  - 全双工
    - 通信双方可以同时发送和收受信息
    - 需要两条信道
- 两种数据传输方式
  - 串行传输
    - 速度慢，费用低，适合远距离
  - 并行传输
  - 速度快，费用高，适合近距离
- 码元
  - 指一个固定时长的信号波形（数字脉冲）
  - 代表不同离散数值的基本波形
  - 是数字通信中数字信号的计量单位
  - 1码元可以携带多个比特的信息量
  - 传输k种离散状态的码元叫做k进制码元

码元宽度
- 四进制码元

 - 4进制码元波形 ![](https://img2020.cnblogs.com/blog/1953956/202003/1953956-20200303080121731-1619385148.png)


 - 码元速率和进制数无关

速率
- 数据的传输速率
- 表示单位时间内传输的数据量
- 可以用
  - 码元传输速率
    - 码元速率
    - 波形速率
    - 调制速率
    - 符号速率
    - 单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（可称为脉冲个数或信号变化的次数）
    - 单位是波特Baud
    - 1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元
  - 信息传输速率
    - 别名信息速率
    - 比特率
    - 表示单位时间内数字传输系统传输的二进制码元个数（即比特数）
    - 单位是比特/秒（bit/s）
  - 表示
  - 若一个码元携带mbit信息量，则nBaud的码元传输速率所对应的信息传输速率为mxnbit/s
带宽
- 某点到零一点所能通过的“最高数据率”
- 单位是b/s
- 理想状态
- 2000Baud 8000bit/s 1200Baud 23200bit/s 第二个
- 2000Baud 4000bit/s 1200Baud 4800bit/s 第二个
- m进制码元携带的比特为log₂（m）个不是m个
信道上传送信号
- 基带信号
  - 数字1 0 以不同的电压表示
  - 再送到数字信道上去传输（基带传输）
  - 来自信源的信号都属于基带信号
- 带宽信号
  - 将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，在传送到模拟信道上去传输（宽带传输）
- 距离近时，信号的衰减不大，可使用基带传输
- 距离远时，可使用带宽传输
编码与调制
- 编码方式
  - 归零编码
    - 一个码元中，前半段为正常，后半段归零
  - 反向不归零
    - 遇到0改变， 1不变，照着前一个
    - 对全为1不太行
  - 曼彻斯特编码
    - 前高后低为1，前低后高为0
    - 看题目定义
    - 也可以换
  - 差分曼彻斯特编码
    - 同1异0
    - 抗干扰强于曼特斯特编码
  - 4B/5B编码
数字数据调制为模拟信号
- 4x1200

两个公式limit
- 失真
  - 现实中信息受到干扰产生变化
  - 有的可以识别有的不能了
  - 影响失真程度的因素
    - 码元传输速率
    - 信号传输距离
    - 噪声干扰
    - 传输媒体质量
  - 失真现象
    - 码间串扰
      - 接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象
      - 信道带宽是信道能通过的最高频率和最低频率之差
      - 3300Hz-300Hz = 3000Hz
- 奈氏准则（奈奎斯特定理）内忧
  - 在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下
  - 为了避免码间串扰
  - 极限码元传输速率为2W Baud， W是信道带宽，单位是Hz（只有在这两个公式才用带宽）
  - 极限数据率
  - 限制码元传输速率上限(不产生码间串扰)
  - 理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog₂V(b/s) V为几种码元/码元的离散电平数目
  - 信道的频带越宽，就可以用更高的速率进行码元的有效传输
  - 没有对比特率进行限制
  - 在奈氏准则下，要提高数据的传输速率，就必须使用多元制调制方法
  - 3kHz * log （4 * 4） = 24 kb/s
- 香农定理外患
  - 对极限比特传输速率进行限制
  - 噪声存在于所有的电子设备和通信信道中
  - 噪声会影响接收端对码元的判决
  - 所以使用信噪比
    - 信噪比 = 信号平均功率 / 噪声的平均功率
    - 记为S/N
    - 并用dB 作为度量单位
    - 即信噪比（dB） = 10log₁₀(S/N)
  - 使用条件
    - 在带宽受限
    - 有噪声的信道
  - 为了不产生误差
    - 信息的传输速率有上限值
    - 信道的极限数据传输速率 = Wlog₂(1+S/N) (b/s)
    - W为带宽，单位为Hz
    - S/N为信噪比
  - 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高
  - 对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率就确定了
  - 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输
  - 香农定理得出的极限信息传输率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少
  - W = 3kHz
  - 30dB = 10log₁₀(1+S/N)
  - S/N = 10³ = 1000
  - 最大数据传输速率为: 3kHz * log₂(1 + S/N) 约等于 30kb/s 2¹⁰ 约等于1001
- 奈氏：2Wlog₂V
- 香农
  - 信噪比 = 10log₁₀S/N
    - 要想提高数据率，就要提高带宽/采用更好的编码技术
  - 极限数据传输速率 = Wlog₂(1+S/N)
    - 要想提高数据率，就要提高带宽/信噪比
    - S/N = 127
    - 最大数据速率 = 4kHz * log₂(1+127) = 28kb/s
    - 2 * 4kHzlog₂2 = 8kb/s
    - 所以是8kb/s
传输介质
- 无线信道
- 有线信道