计算机网络_二

前言：

这是本人用于记录自己学习计网的学习笔记，可能计录的内容不够全面充分，如果能对你产生帮助，我很荣幸。学习的内容来自于B站的视频课程深入浅出计算机网络 微课视频。

二、物理层

2.1 物理层概述

物理层要实现的功能

就是在各种传输媒体上传输比特0和1，为上层数据链路层提供透明传输比特流的服务。
透明传输比特流的定义：

物理层接口特性

各个特性具体如图：

电气特性示例：

功能特性示例：

练习题

2.2 物理层下面的传输媒体

传输媒体的分类

PS：如果一定要将传输媒体分入五层计算机网络体系结构中的话，其应当划为第0层，位于物理层之下。

导向型传输媒体

• 同轴电缆：
  

• 双绞线：
  

  • 常见的双绞线分类：
    
    目前超五类双绞线即可满足日常生活的应用。

• 光纤：
  

  • 光纤构造与传输原理：
    
    

  • 多模光纤与单模光纤：
    
    
    多模光纤会因为光的色散导致脉冲展宽造成信号失真。单模光纤不会产生脉冲展宽但是制造成本以及对光源的要求比多模光纤要高。

  • 光纤的具体信息：
    
    

  • 光缆：
    实际应用中会将光纤做为结实的光缆。
    

  • 优点与缺点：
    

非导向型传输媒体

无线通信可使用的频段：


要使用某一波段的无线电频谱进行通信，通常必须得到本国相关机构的许可证。

• 无线电波
  

• 微波

  • 地面微波接力通信
    
  • 卫星通信
    
    在赤道上放置互成120°的人造通信卫星。
    
    中低轨道卫星并非相对静止。

• 红外线
  

• 激光

  • 大气激光通信：
    利用大气作为传输媒体的激光通信。
  • 光纤通信
    利用光纤传输光信号的传输方式。

• 可见光
  目前的一大研究热点。

2.3 传输方式

串行传输与并行传输

若比特在单条数据传输线路上的数据传输速率相同，则并行传输的数据传输速率是串行传输的数据传输速率的n倍，n取决于数据传输线路的数量（数据总线宽度），常用的有8位、16位、32位以及64位。

并行传输仅用于短距离传输，例如计算机内部的数据传输。远距离传输一般采用串行传输。

同步传输与异步传输

同步传输：

异步传输：

单向通信、双向交替通信和双向同时通信

单向通信只需要一条信道，而双向交替通信和双向同时通信需要两条，每个方向各一条。
注意，单工电台中的单工表示的是双向交替通信，并不表示单向通信。

2.4 编码与调制

编码与调制的基本概念

基带调制是对数字基带信号的波形进行变换，使其能够与信道特性相适应。基带调制后的信号依旧是数字基带信号（形式不同罢了）。
带通调制是将数字基带信号的频率范围挪到较高的频段并转换为模拟信号。

常用编码方式

总览：

• 双极性不归零编码：信号在每个码元期间不会回归到0电平。
  
• 双极性归零编码：信号在每个码元期间会回归到0电平。
  
• 曼彻斯特编码：在每个码元的中间时刻电平都会发生跳变。
  
• 差分曼彻斯特编码：在每个码元的中间时刻电平都会发生跳变，但是跳变仅表示时钟信号。
  
  
• 练习：
  
  

基本的带通调制方法和混合调制方法

• 基本的带通调制方法：
  
  采用混合调制方法就可以包含更多的比特信息。
• 混合调制方法
  
  
  • 示例：
    
    
    
    
    每个码元与4个比特的对应关系不能随便定义。
    

2.5 信道的极限容量

造成信号失真的主要因素

任何信道都不是理想的，信号在信道上传输的时候都不可避免会产生失真。

主要因素：

码元传输速率与信号失真的关系：

奈氏准则

香农公式

由奈氏准则与香农公式可知：

练习

2.6 信道复用技术

信道复用技术的基本原理

常见的信道复用技术

总览：

• 频分复用FDM
  
• 时分复用TDM
  
• 波分复用WDM
  
  
• 码分复用CDM
  
  
  
  
  公式推导：
  
  举例说明CDMA的基本工作原理：
  
  
  
  
  
  • 练习：