计算机网络物理层

计算机网络物理层的思维导图，在网络体系的最低层，通过传输媒体、传输数据比特流，以屏蔽不同传输媒体的差异性。

物理层（信号和介质）

• 基本概念：
  • 在网络体系的最低层，通过传输媒体、传输数据比特流，以屏蔽不同传输媒体的差异性。
  • 物理层协议（规程）：机械、电气、功能、过程（书 p 44）
    • 机械：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。
    • 电气：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
    • 功能：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
    • 过程：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
• 通信
  • 通信模型（p43）
    • 术语：消息、数据、信号、码元、信道、基带信号、调制
  • 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：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义。
    • 差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边界没有跳变代表 1。
  • 调制方式
  • 信道极限容量
    • 信道带宽=
      • Nyquist定理：存在极值
    • Shannon定理：存在限速
• 传输技术
  • 引导型传输媒体
    • 双绞线：绞合度越大，传输速度越大，Hz越大，衰减越厉害
      • UTP:无屏蔽
      • STP：有屏蔽
    • 同轴电缆
    • 光纤、光缆
      • 优点
      • (1) 通信容量非常大 (2) 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。 (3) 抗雷电和电磁干扰性能好。 (4) 无串音干扰，保密性好，不易被窃听或截取数据。 (5) 体积小，重量轻。
  • 非引导型传输媒体
    • 优点：便捷
    • 缺点：不可靠
    • 无线电微波通信
      • 范围：300MHz——300GHz
      • 多径效应
      • 误码率
    • 微波接力：接收、放大、发送
    • 卫星通信
    • 红外通信
• 信通复用技术
  • 复用：FDM 频分 WDM 波分 TDM 时分 CDM 码分
    • FDM：将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
    • TDM：将时间划分为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 帧中占用固定序号的时隙。 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）的。
    • STDM
    • WDM ：光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
    • CDM: 每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。
• 数字传输系统
  • 早期，电话网长途干线采用频分复用 FDM 的模拟传输方式。
  • 目前，大都采用时分复用 PCM 的数字传输方式。
  • 现代电信网业务括话音、视频、图像和各种数据业务。因此需要一种能承载来自其他各种业务网络数据的传输网络。
• 宽带接入系统
  • 宽带：
    • 美国联邦通信委员会 FCC 定义：宽带下行速率达 25 Mbit/s，宽带上行速率达 3 Mbit/s。
  • ADSL技术（非对称数字用户线）：用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。
    • DMT技术 0—4k电话 4k——1M宽带
    • xDSL
    • SDSL (Symmetric DSL)：对称数字用户线 HDSL (High speed DSL)：高速数字用户线 VDSL (Very high speed DSL)：甚高速数字用户线 Giga DSL：超高速数字用户线
  • 子主题
  • HFC网（光纤同轴混合网）
    • 网基于有线电视网 CATV 网。改造：把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤
  • FTTx（光纤到户）代表多种宽带光纤接入方式。
    • ODN：位于光纤干线和广大用户之间。无源的光配线网常称为无源光网络 PON (Passive Optical Network)。