ch02 Physical Layer-01
1. 物理层要解决哪些问题?物理层的主要特点是什么?
解答:
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是具体的传输媒体。
物理层考虑的问题是如何在传输媒体上传输数据比特流
物理层的任务就是透明地传送比特流
注：
- 物理层不考虑具体的传输媒体
- 也有人把传输媒体当作第0层
物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉网络中的硬件设备和传输媒体上的差异,使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异,这样就可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务, 而不必考虑网络具体的传输媒体是什么
现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常繁多,而通信手段也有许多不同方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异,使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异,这样就可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务, 而不必考虑网络具体的传输媒体是什么
在物理层上所传数据的单位是比特。物理层的任务就是透明地传送比特流。也就是说, 发送方发送1(或0)时,接收方应当收到1(或0)而不是0(或1)。因此物理层要考虑用多大的电压代表“1”或“0”以及接收方如何识别出发送方所发送的比特。物理层还要确定连接电缆的插头应当有多少根引脚以及各条引脚应如何连接。当然,哪几个比特代表什么意思,则不是物理层所要管的。传递信息所利用的一些传输媒体,如双绞线、同轴电缆、光缆无线信道等,并不在物理层协议之内而是在物理层协议的下面。因此也有人把传输媒体当作第0层。
2. 试解释以下名词:数据,信号,模拟数据,模拟信号,基带信号,带通信号数字数据,数字信号,码元,单工通信,半双工通信,全双工通信,串行传输并行传输。
解答:
各名词含义如下:
数据:是运送消息的实体
信号:是数据的电气的或电磁的表现。
模拟数据:即连续数据,即数据的变化是连续的。例如,我们人说话的声音数据(声波) 就是连续变化的
模拟信号:即连续信号,其特点是代表消息的参数的取值是连续的。当我们打电话时模拟数据(声波)通过电话机的话筒后,变成了连续变化的电信号(模拟信号)。
基带信号:即来自信源的信号,也就是基本频带信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
带通信号:把基带信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号。这种信号仪在一段频率范围内(即频带)能够通过信道数字数据:即离散数据,即数据的变化是不连续的(离散的)。例如,计算机键盘输出的就是数字数据。但在经过调制解调器后,就转换成为模拟信号(连续信号)了数字信号:即离散信号,其特点是代表消息的参数的取值是离散的。
码元:码(code)是信号元素和字符之间的事先约定好的转换。例如,A的ASCI码的表示就是10000,而这里的每一个二进制数字(1或0)都可称为码元( code element)。码元实际上就是码所包含的元素。上面的例子说明了A的ASCI1码包含有7个码元。在采用最简单的二进制编码时,一个码元就是一个比特。但在比较复杂的编码中,一个码元可以包含多个比特
单工通信:又称为单向通信,即只能有一个方向的通信、而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
半双工通信:又称为双向交替通信,即通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。这种通信方式是一方发送另一方接收,过一段时间后再反过来。
全双工通信:又称为双向同时通信,即通信的双方可以同时发送和接收信息串行传输:数据在传输时是逐个比特按照时间顺序依次传输的。
并行传输:数据在传输时采用了n个并行的信道。在每一个信道上,数据仍然是串行传输的,即逐个比特按照时间顺序依次传输。但把这n个信道一起观察时,就可看出,数据的传输是每次n个比特。
3. 香农公式
§1948年，香农(Shannon)用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。
§信道的极限信息传输速率 C = W log2(1+S/N) bit/s
•W 为信道的带宽（以 Hz 为单位）；
•S 为信道内所传信号的平均功率；
•N 为信道内部的高斯噪声功率。
§信噪比
•信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N。以分贝为单位：dB=10log10(S/N)
4. 为什么要使用信道复用技术?常用的信道复用技术有哪些?
解答:
许多用户通过复用技术就可以共同使用一个共享信道来进行通信。
虽然复用要付出一定代价(共亨信道由于带宽较大因而费用也较高,再加上复用器和分用器也要增加成本), 但如果复用的信道数量较大,那么总的来看在经济上还是合算的
常用的复用技术有:
频分复用
时分复用(包括统计时分复用)
波分复用(包括密集波分复用和稀疏波分复用)
码分复用(即码分多址)。
5. 试写出下列英文缩写的全文,并进行简单的解释。FDM, TDM, STDM, WDM, DWDM, CDMA, SONET, SDH, STM-1, OC-48
解答:
简单解释如下
FDM( Frequency Division Multiplexing)频分复用:给每个信号分配唯一的载波频率并通过单一媒体来传输多个独立信号的方法。组合多个信号的硬件称为复用器:分离这些信号的硬件称为分用器
TDM( Time Division Multiplexing)时分复用:把多个信号复用到单个硬件传输信道,它允许每个信号在一个很短的时间使用信道,接着再让下一个信号使用
STDM( Statistic TDM)统计时分复用:又称为异步时分复用,是一种改进的时分复用它能明显地提高信道的利用率。STDM帧不是固定分配时隙,而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率
WDM( Wavelength Division Multiplexing)波分复用:就是光的频分复用。人们借用传统的载波电话的频分复用的概念,就能做到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近的光载波信号。这样就使光纤的传输能力成倍地提高了。由于光载波的频率很高,因此习惯上用波长而不用频率来表示所使用的光载波。
DWDM( Dense WDM)密集波分复用:是波分复用的一种具体表现形式。DWDM的波长间隔很小,不到2nm,甚至小于0.8nm。因此现在可以把几十路甚至一百多路的光载波信号复用到一根光纤中来传输。由于DWDM的普及应用,现在人们谈论的WDM系统几乎全都是DWDM系统。
CDMA( Code Division Multiplex Access)码分多址:即码分复用,也是一种共享信道的方法。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型,各用户之间并不会造成干扰,因此这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力
SONET( Synchronous Optical Network)同步光纤网:美国在1988年首先推出了一个数字传输标准。整个的同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。 SONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构,其传输速率以51.84 Mbit/s为基础倍增上去。当这个倍数是768时,传输速率就近似为40 Gbit/s。
SDH( Synchronous Digital Hierarchy)同步数字系列:ITU-T以美国标准 SONET为基础制定出的国际标准。但SDH的基本速率为155.52 Mbit/s,称为STM-1。
STM-1( Synchronous Transfer Module--l)第1级同步传递模块:通过光纤传输数据的一系列标准。SDH标准规定第1级同步传递模块(即STM-1)的传输速率是155.52 Mbit/s,然后把n倍的速率记为STM-n。
OC-48( Optical Carrier-48):OC( Optical Carrier)的意思就是光载波,是 SONET标准的表示方法。此标准规定第1级光载波(即OC-1)的传输速率是51.84 Mbits,然后把n倍的速率记为OC-n。例如,OC-48的比特率是48倍的OC-1速率,即2488.32 Mbit/s,一般就写为2.5 Gbits。
6. 转发器/中继器/放大器(Repeater)
转发器（Repeater）又被称为中继器或放大器
-
执行物理层协议，负责第一层（物理层）的数据中继
-
它的作用是放大信号，补偿信号衰减，支持远距离的通信。
-
用于 互连两个相同类型的网段，主 要功能是延伸网段和改变传输媒体，从而实现信息位的转发。
-
它本身不执行信号的过滤功能。
