计算机网络基础-2-物理层

计算机网络基础-1-概述 

物理层 

一、物理层概述

      物理层思量的是怎样才能在毗邻种种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是详细的传输媒体。物理层的作用是要尽可能地屏

    蔽掉差别传输媒体和通讯手段。用于物理层的协议也常称为物理层规程。

    物理层主要任务:确定与传输媒体的接口的一些特征

        机械特征:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、牢固和锁定装置等。

        电气特征:指明在接口电缆的各条线上泛起的电压的局限。

        功效特征:指明某条线上泛起的某一电平的电压示意何种意义。

        历程特征:指明对于差别功效的种种可能事宜的泛起顺序。

二、数据通讯的基础知识

    数据通讯系统模子:一个数据通讯系统包罗三大部分:源系统(发送端、发送方)、传输系统(传输网络)、目的系统(吸收端、吸收方)

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    常用术语: 数据:运送新闻的实体

             信号:数据的电气的或电磁的显示

             模拟信号:代表新闻的参数的取值是延续的

             数字信号:代表新闻的参数的取值是离散的

             码元:在使用时间域的波形示意数字信号时,代表差别离散数值的基本波形

             信道:一样平常用来示意某一个偏向传输信息的媒体

             单向通讯(单工通讯):只能有一个偏向的通讯而没有反偏向的交互。

             双向交替通讯(半双工通讯):通讯的双方都可以发送新闻,但不能双方同时发送

             双向同时通讯(全双工通讯):通讯的双方可以同时发送和吸收新闻。

          基带信号(基本频带信号):来自信源的信号。像计算机输出的代表种种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号往往包罗有较多

                    的低频身分,甚至有直流身分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。因此必须对基带信号举行调制。

          调制分类:基带调制:仅对基带信号的波形举行变换,使它能够与信道特征相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种历程成为编码。

               带通调制:使用载波举行调制,把基带信号的频率局限搬迁到较高的频段,并转换为模拟信号,这样就能够更好地在模拟信道中传

                  输(即仅在一段频率局限内能够通过信道)。带通讯号指的是经由载波调制后的信号。

          基带调制常用编码方式不归零制:正电平代表1,负电平代表0

                     归零制:正脉冲代表1,负脉冲代表0

                     曼彻斯特编码:位周期中央的向上跳变代表0,位周期中央的向下跳代表1,但也可放过来界说。

                     差分曼彻斯特编码:在每一位的中央处始终都有跳变。位最先界限有跳变代表0,而位最先界限没有跳变代表1。

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                 注重:从信号波形可以看出,曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码发生的信号频率比不归零制高。从自同步能力来看,不归零制

                  不能从信号波形自己中提取信号时钟频率(即没有自同步能力),而曼彻斯特和差分曼彻斯特具有自同步能力

          带通调制调制方式:基带信号往往包罗有较多的低频身分,甚至有直流身分,而许多信道并不能传输这种低频分量或直流分量。为了解决这一

                 问题,就必须对基带信号举行调制。

                   最基本的二元制调制方式有以下几种:调幅(AM):载波的振幅随基带数字信号而转变

                                    调频(FM):载波的频率随基带数字信号而转变

                                    调相(PM):载波的初始相位随基带数字信号而转变

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          信道的极限容量:任何现实的信道都不是理想的,在传输信号时会发生种种失真以及带来多种滋扰。若是码元传输的速率越高,或信号传输的

                距离越远,或传输媒体的质量越差,在信道的输出端的波形的失真就越严重。从概念上讲,限制码元在信道上的传输速率的因素

                有以下两个:信道能够通过的频率局限(详细的信道所能通过的的频率局限总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过,在

                        任何信道中,码元传输的速率是有上限的,否则就会泛起码间串扰的问题,)

                      信噪比(噪声存在于所有的电子设备和通讯信道中,噪声是随机发生的,它的瞬间值有时会很大,但噪声的影响是相

                        对的,若是信号相对较强,那么噪声的影响相对较小。

                          信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为S/N,并用分贝dB作为器量单元。记:

                               信噪比(dB) = 10log10(S/N)  (dB)

                         例如:当S/N=10时,信噪比为10dB,而当S/N=1000时,信噪比为30dB。)

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【Java8新特性】关于Java8的Stream API,看这一篇就够了!!

                      香农公式:香农用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声滋扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

                        信道的极限传输速率C可表达为:

                                  C = W log2(1+S/N)  (bit/s)

                        (W代表信道的带宽,单元为Hz。S为信道内所传输信号的平均功率。N为信道内部的高斯白噪声功率)

三、物理层下的传输媒体

    传输媒体也称传输介质或传输前言,它就是数据传输系统中在发送器和吸收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类,即导引型传输媒体和非导引型传

  输媒体。在导引型传输媒体中,电磁波被导引沿着固体媒体(铜线和光纤)流传。在导引型传输媒体中,电磁波的传输常称为无线传输。

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    1.导引型传输媒体

        (1)双绞线:最常用的传输媒体。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线,通讯距离一样平常为几到几十公里。

             屏障双绞线STP和无屏障双绞线UTP的区别:有无带有金属屏障层。

             3类线和5类线的区别:绞合度差别。绞合度越高,抗滋扰能力越强,传输速率越高

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        (2)同轴电缆:同轴电缆具有很好的抗滋扰特征,被普遍用于传输较高速率的数据,同轴电缆的带宽取决于电缆的质量

              50Ω同轴电缆常用于LAN / 数字传输,70Ω同轴电缆常用于有线电视 / 模拟传输

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        (3)光缆:光纤是光纤通讯的传输媒体,由于可见光的频率异常高,约为108MHz的量级,因此一个光纤通讯系统的传输带宽远远大于现在其他

          种种传输媒体的带宽。

            多模光纤:可以存在差别入射角度的光线在一条光纤中传输。这种光纤就称为多模光纤。

            单模光纤:若光纤的直径减小到只有一个光的波长,则光纤就像一根波导那样,它可使光线一直向前流传,而不会发生多次全反射。

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            光纤优点:通讯容量异常大;传输消耗小,中继距离长;抗雷电和电磁滋扰性能好;无串音滋扰,保密性好;体积小,重量轻。

    2.非导引型传输媒体:将自由空间称为“非导引型传输媒体”,无线传输所使用的频段很广

        (1)短波通讯:(即高频通讯)主要是靠电离层的反射,但短波信道的通讯质量较差,通讯速率低。

        (2)微波通讯:微波在空间中主要是直线流传。传统的微波通讯有地面微波接力通讯和卫星通讯。

四、信道复用手艺

    复用是通讯手艺的基本概念。它允许用户使用一个共享信道举行通讯,降低成本,提高利用率。

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    信道复用手艺分为频分复用、时分复用和统计时分复用、波分复用、码分复用。

    1.频分复用(FDM):将整个带宽分为多份,用户在分配到一定的频带后,在通讯历程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用

        差别的带宽资源(注重:此处的带宽是频率带宽而不是数据的发送速率)

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    2.时分复用(TDM):将时间划分一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用牢固序号的时隙。每个用户所占用的时

        隙是周期性泛起的(其周期就是TDM帧的长度)。TDM信号也称为等时信号。时分复用的所有用户是在差别的时间占用同样的频带宽度。使用时分

        复用帧系统传送计算机数据时,由于计算机数据的突发性子,用户对分配到的子信道的利用率一样平常是不高的。时分复用可能造成线路资源虚耗。

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    3.统计时分复用(STDM):提高了时分复用TDM的线路利用率

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    4.波分复用(WDM):波分复用就是将光的频分复用。使用一根光纤同时传输多个光载波信号。

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    5.码分复用(CDMA):常用名词码分多址,各用户使用经由特殊挑选的差别码型,因此相互不会造成滋扰。这种系统发送的信号有很强的抗滋扰能力,其

           频谱类似白噪声,不易被敌人发现。每一个比特时间划分m个短的距离,称为码片。每个站被指派一个唯一的m bit码片序列,例如:发送

           比特1,则发送自己的mbit的码片,发送比特0,则发送自己该码片的二进制反码。

              码片序列本质上实现了扩频,假定S站要发送信息的数据率为b bit/s,由于每一个比特要转换成m个比特的码片,因此S站现实上发送

           的数据率提高到mb bit/s,同时S站所占用的频带宽度也提高到原来数值的m倍。这种通讯方式是扩频通讯中的一种。扩频通讯通常有两大类,

           一种为直接序列扩频DSSS,码片序列就是这一类,另一种是跳频扩频FHSS。

              CDMA的特点是每个站分配的码片序列必须各不相同,而且还必须相互正交,在现实的系统中使用的伪随机码序列。码片序列的正

           交关系可形貌为:

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              CDMA原理:

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