计算机网络第2章物理层

文章目录

通信基础基本概念
信道的极限容量
编码与调制
- 常用的编码方法
- 常用的调制方法
传输介质
- 双绞线
- 同轴电缆
- 光纤
- 以太网对有限传输介质的命名规则
- 无线传输介质
- 物理层接口的特性
物理层设备
- 中继器
- 集线器
- 一些特性

物理层任务：实现相邻节点之间比特（0或1）的传输。

通信基础基本概念

信源：信号的来源（即数据的发送方）
信宿：信号的“归宿”（即数据的接收方）
数据：即信息的实体（如：文字、声音、图像），在计算机内部数据通常是二进制
信号：数据的载体
- 数字信号：信号值是离散的
- 模拟信号：信号值是连续的
信道：信号的通道

注：一条物理线路通常包含两条通道，即发送通道、接收通道
码元：每个信号就是一个码元
注：在一个信号周期内，可能出现4种信号，每种信号对应一个4进制数（2bit）。
- 如果一个码元（即一个信号）可能有4种状态，那么可以称其为4进制码元（一个码元携带2bit数据）
- 如果一个码元（即一个信号）可能有8种状态，那么可以称其为8进制码元（一个码元携带3bit数据）
一个码元可以携带多少比特数据？

如果一个周期内可能出现K种信号，则 1码元 = log₂K bit
码元宽度：信号周期

1个信号周期内有更多的信号优缺点

优点：每个信号周期可以传输更多的信息。换句话说，每个码元可以携带更多信息。

缺点：需要加强信号功率，并且对信道的要求更高。
速率
- 波特率：每秒传输几个码元。
  
  单位：码元/秒，或波特（Baud）
- 比特率：每秒传输几个比特
  
  单位：bit/s，或b/s,bps

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信道的极限容量

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编码与调制

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常用的编码方法

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如何判断是曼彻斯特or差分曼彻斯特？

两种编码都是“中必变”，如果中间跳变方向和二进制能够一一对应，就是曼彻斯特。

常用的调制方法

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以太网默认使用曼彻斯特编码

传输介质

transmission medium 也可译为“传输媒体”

常用的传输介质

导向型：信号朝固定方向传播。如双绞线、同轴电缆、光纤
非导向型：信号朝四面八方传播。如无线传输介质

双绞线

主要构成：两根导线相互绞合而成
- 有屏蔽层 = 屏蔽双绞线（STP）
- 没有屏蔽层 = 非屏蔽双绞线（UTP）
抗干扰能力：较好。绞合、屏蔽层可以提升抗电磁干扰能力。抗噪声
代表应用：近些年的局域网、早期电话线

提高绞合度、增加屏蔽层的意义

抗电磁干扰能力强
信道噪声功率低
信道极限速率高

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同轴电缆

主要构成：内导体（用于传输信号）+外导体屏蔽层（用于抗电磁干扰）
抗干扰能力：好。屏蔽层带来良好的抗干扰性
代表应用：早期局域网、早期有线电视

内导体越粗，电阻最低，传输过程中信号衰减减少，传输距离越长

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光纤

主要构成
- 纤芯（高折射率）+包层（低折射率）
- 利用光的全反射特性，在纤芯内传输光脉冲信号
分类
- 单模光纤：只有一条光线在一根光纤中传输，适合长距离传输，信号传输损耗小
- 多模光纤：多条光线在一根光纤中传输，适合近距离传输，远距离传输光信号容易失真
抗干扰能力：非常好。光信号对电磁干扰不敏感
其他优点：信号传输损耗小，长距离传输时中继器少；很细很省布线空间

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以太网对有限传输介质的命名规则

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无线传输介质

无线电波
- 特点：穿透能力强、传输距离长、信号指向性弱
- 如：手机信号、WiFi
微波通信
- 特点：频率带宽高、信号指向性强、保密性差（容易被窃听）
- 如：卫星通信（卫星作为信号中继器，传播时延较大）
其他：红外线通信、激光通信等：信号指向性强

本质上都是用电磁波。电磁波的公式：C=λF，C为光速，λ为波长，F为频率

电磁波频率、波长成反比关系
频率越高，数据传输能力越强
波长越短，信号指向性越强，信号越趋于直线传播
波长越长，绕射性越好，也就是信号穿墙能力越强

结论：长波更适合长距离、非直线通信。短波更适合短距离、告诉通信，若用于长距离通信需建立中继站；短波信号指向性强，要求信号接收器对准信号源