【计网】物理层
物理层概述
物理层要实现的功能
在各种传输媒体上传输比特0和1,进而为上面的数据链路层提供透明传输比特流的作用。
物理层接口特性
物理层之下的传输媒体
传输媒体是计网设备之间的物理通路,也称为传输介质。
传输媒体并不包含在计算机网络体系结构中。
导向型传输媒体
同轴电缆
基带同轴电缆:用于数字传输,在早期局域网中广泛使用。
宽带同轴电缆:用于模拟传输,目前主要用于有线电视的入户线。
同轴电缆价格较贵且布线不够灵活和方便。随着技术的发展和集线器的出现在局域网领域基本上都采用
双绞线作为传输媒体,
双绞线
光纤
通信容量非常大
抗雷电和电磁干扰性能
传输损耗小,中继距离长
无串音干扰,保密性好
体积小,重量轻
非导向型传输媒体
无线电波,微波,红外线,激光,可见光
传输方式
串行传输和并行传输
并行传输往往作用于近距离传输
串行传输往往是远距离传输
同步传输和异步传输
单向通信、双向交替通信和双向同时通信
编码与调制
编码与调制的基本概念
码元
在使用时间域的波形表示信号时,代表不同离散数值的基本波形称为码元
常用编码方式
在每个码元的中间时刻信号都会回归到零电平。接收方只要在信号归零后采样即可。归零编码相当于将时钟信号用“归零”的方式编码在了数据之内。
码元中间时刻的电平跳变既表示时钟信号,也表示数据正跳变表示1还是0,负跳变表示0还是1,可以自行定义。
码元中间时刻的电平跳变仅表示时钟信号,而不表示数据。数据的表示在于每一个码元开始处是否有电平跳变:无跳变表示1,有跳变表示0。
在传输大量连续1或连续0的情况下,差分曼彻斯特编码信号比曼彻斯特编码信号的变化少。在噪声干扰环境下,检测有无跳变比检测跳变方向更不容易出错,因此差分曼彻斯特编码信号比曼彻斯特编码信号更易于检测。
在传输介质接线错误导致高低电平翻转的情况下,差分曼彻斯特编码仍然有效。
基本的带通调制方法和混合调制方法
使用基本调制方法,1个码元只能包含1个比特信息。如何才能使1个码元包含更多个比特信息呢?
信道的极限容量
造成信号失真的主要因素
码元的传输速率:传输速率越高,信号经过传输后的失真就越严重。
信号的传输距离:传输距离越远,信号经过传输后的失真就越严重。
噪声干扰:噪声干扰越大,信号经过传输后的失真就越严重,
传输媒体的质量:传输媒体质量越差,信号经过传输后的失真就越严重。
奈氏准则
使用奈氏准则给出的公式,就可以根据信道的频率带宽,计算出信道的最高码元传输速率
只要码元传输速率不超过根据奈氏准则计算出的上限,就可以避免码间串扰。奈氏准则给出的是理想低通信道的最高码元传输速率,它和实际信道有较大的差别。
因此一个实际的信道所能传输的最高码元传输速率,要明显低于奈氏准则给出的上限值。
香农公式
信道的频率带宽W或信道中的信噪比S/N越大,信道的极限信息传输速率C就越高。
实际信道不可能无限制地提高频率带宽W或信道中的信噪比SIN。
实际信道中能够达到的信息传输速率,要比香农公式给出的极限传输速率低不少。这是因为在实际信道中,信号还要受到其他一些损伤,例如各种脉冲干扰和信号衰减等,这些因素在香农公式中并未考虑。
信道复用技术
信道复用技术基本原理
复用(Multiplexing)就是在一条传输媒体上同时传输多路用户的信号,当一条传输媒体的传输容量大于多条信道传输的总容量时,就可以通过复用技术,在这条传输媒体上建立多条通信信道,以便充分利用传输媒体的带宽。
尽管实现信道复用会增加通信成本(需要复用器、分用器以及费用较高的大容量共享信道),但如果复用的信道数量较大,还是比较划算的。
频分复用FDM
时分复用TDM
波分复用WDM
码分复用CDM
频分复用FDM
频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源发送数据。
时分复用TDM
时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带。
波分复用WDM
根据频分复用的设计思想,可在一根光纤上同时传输多个频率(波长)相近的光载波信号,实现基于光纤的频分复用技术。
目前可以在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号。因此,这种复用技术也称为密集波分复用DWDM。