考研408 | 【计算机网络】物理层

导图：

一、通信基础

基本概念：

物理层接口特性：物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。

物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性

典型的数据通信模型

数据通信相关术语：

数据通信指在不同计算机之间传输表示信息的二进制0、1序列的过程。

通信的目的是传送消息（消息：语音、文字、图像、视频等）。

数据data:传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。

三种通信方式：

1.单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。

2.半双工通信/双向交替通信：通信的双方都可以发送或接收消息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。

3.全双工通信/双向同时通信：通信双方可以同时发送和接收消息，也需要两条信道。

数据传输方式：

码元：

指用一个固定时长的信息波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，整个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时（M大于2），此时码元为M进制码元。

1码元可以携带多个比特的信息量，例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态，另一种代表1状态。

题目：

带宽：

失真：

奈式准则（奈奎斯特定理）

在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud。W是信道带宽，单位为Hz。

1.在任何信道中，码元传输的速率是有上限的。若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的完全识别成为不可能。

2.信道的频带越宽（即能通过的信号高频分量越多），就可以用更高的速率进行码元的有效传输。

3.奈式准则给出了码元传输速率的限制，但并没有对信息传输速率给出限制。

4.由于码元的传输速率受奈式准则的制约，所以要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量，这就需要采用多元制的调制方法。

题目：

香农定理

信噪比=信号的平均功率/噪声的平均功率，常记为S/N，并用分贝（dB)作为度量单位：

1.信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

2.对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了。

3.只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定能找到某种方法来实现无差错的传输。

4.香农定理得出的为极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少。

5.从香农定理可以看出，若信道带宽W或信噪比S/N没有上限（不可能），那么信道的极限信息传输速率也就没有上限。

题目：

奈式准则和香农定理的区别：

题目：

基带信号和宽带信号

信道：信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一个发送信道和一条接收信道。

在传输距离较近时，计算机网络采用基带传输方式（近距离衰减少，从而信号内容不易发生变化）

在传输距离较远时，计算机网络采用宽度传输方式（远距离衰减大，即使信号变化大也能最后过滤出来基带信号）

编码与调制

编码：数据---->数字信号

调制：数据---->模拟信号

数字数据编码为数字信号

数字数据调制为模拟信号

数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号，而在接收端将模拟信号还原成数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程。

题目：

解答：

模拟数据编码为数字信号

计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列（即实现音频数字化）。

模拟数据调制为模拟信号

为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源。在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式；模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。

总结：

数据交换方式：

why要进行数据交换？

电路交换

原理：在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，这条线路一直保存。

电路交换的优缺点：

报文交换

报文：是物理中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短很不一致，长度不限且可变。

报文交换的优缺点：

分组交换

分组：大多数计算机网络都不能连续地传送任意长的数据，所以实际上网络系统把数据分割成小块，然后逐块地发送，这种小块就称作分组。

分组交换的优缺点：

分组交换：1.数据报方式；2.虚电路方式

数据报方式：

特点：

1.数据报方式为网络层提供无连接服务。发送方可随时发送分组，网络中的结点可随时接收分组。

2.同一报文的不同分组达到目的结点时可能发生乱序、重复和丢失。

3.每个分组在传输过程中都必须携带源地址和目的地址，以及分组号。

4.分组在交换结点存储转发时，需要排队等候处理，这会带来一定的时延。当通过交换结点的通信量较大或网络发送拥堵时，这种时延会大大增加，交换结点还可根据情况丢弃部分分组。

5.网络具有冗余路径，当某一交换结点或一段链路出现故障时，可相应地更新转发表，寻找另一条路径转发分组，对故障的适应能力强，适用于突发性通信，不适于长报文、会话式通信。

虚电路方式

特点：

1.虚电路方式为网络层提供连接服务。源节点和目的结点之间建立一条逻辑连接，而非实际物理连接。

2.一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，分组不需要携带源地址、目的地址等信息，包含虚电路号，相对数据报方式开销小，同一报文的不同分组到达目的结点时不会乱序、重复或丢失。

3.分组通过虚电路上的每个节点时，节点只进行差错检测，不需要进行路由选择。

4.每个节点可能与多个节点之间建立多条虚电路，每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输，可以对两个数据端点的流量进行控制，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务。

5.致命弱点：当网络中的某个结点或某条链路出现故障而彻底失败时，则所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏。