导图社区 物理层-通信基础
物理层的主要功能是为数据端设备提供传送数据通路、传输数据，数据通信的目的是传送消息，这个传送消息的实体就叫做数据，它通常是有意义的符号序列。
物理层的传输介质包括物理层接口特性和物理层设备，它的功能特性是不会出现数字，和电气特性一般有数字刚好相反，物理层设备的集线器本质是多端口的中继器。
计算机网络是互联的自洽的计算机系统的集合，由组成，工作方式，功能组成，可以数据通信，资源共享，分布式处理，提高可靠性，负载均衡。
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第2章-物理层-通信基础
通信基础
基本概念
数据通信
数据通信模型
信息-->数字信号(计算机理解)-->模拟信号(物理线路传输)-->数字信号-->信息

相关术语
数据：传送信息的实体，有意义的符号序列
信号：数据的电气/电磁的表现，数据传输过程中的存在形式。
基带信号
来自信源的信号，在数字信道上传输(基带传输，近距离使用)
宽带信号
基带信号经过载波调制后，于模拟信道上传输(宽带传输)
信源、信宿：发送数据的源头和终点
信道：信号的传输媒介
通信、传输方式
通信方式：单工、半双工、全双工
传输方式：串行、并行
同步、异步
同步：传送数据时，需先送出1个或多个同步字符。整批发送。 异步：发送方任何时刻发送，但加一个起始位和终止位。分片发送
术语
书P32
奈氏准则 香农定理
失真
接收端收到的信号波形码元间的清晰界限变差
严重:码间串扰，无法区别不同码元
影响：码元传输速率，信号传输距离，噪声干扰
奈氏准则
理想信道中，极限码元传输率为2W波特（否则码间串扰）
W为信道的带宽Hz，最高频率-最低频率
极限数据传输率
eg.V=16，表示有16个不同码元。需要用4个bit表示，所以是Log2（16）
香农定理
带宽受限且有高斯白噪音干扰的信道的极限数据传输率
信噪比(dB)=10log10(S/N)
信道的极限数据传输速率=Wlog2(1+S/N)(b/s)
W:带宽Hz
S:信道所传信号的平均功率
N:是信道内的高斯噪声
意义
所以带宽或者信噪比越大，信息的极限传输速率就越高
只要信息传输速率低于信道的极限传输速率-->能找到方法来无差错传输
香农得到的为极限，实际低于其不少。
两者区别与适用
奈氏
带宽受限，无噪声条件下：避免码间串扰，码元传输速率上限2W Baud
提高数据传输率
设法使V更高：多元制调制方法/更好的编码技术
二进制信号：V=2 四进制：V=4
提高带宽
香浓
带宽受限有噪声条件下信息传输速率
提高信噪比
选择
有噪声：香浓
有V(码元数量)：奈氏
两者都有：都算，取较小值
数据交换
电路交换
两个结点之间有一条专用物理连接线路
阶段
建立电路-->通信-->释放电路
特点
独占资源(通信中，电路一直由其占用)
适合实时性要求高的大量数据传输
优缺点
P36
存储转发方式
报文交换
报文：站点一次性要发送的数据块，长度不限且可变。携带有目的地址，原地址等信息
存储转发
每个结点收下报文，检查差错
利用路由信息，传送给下一个结点
优点
无须建立连接
动态分配线路
可靠性提高
某条路出故障，可换路
利用率提高
没有独占线路
提供多目标服务
一个报文可同时发送给多个目的地址
缺点
存储转发增加转发时延
报文大小没有限制，中间结点需要有缓存空间
分组交换(Packet Exchanging)
解决报文中，报文大小没有限制的问题
分组：与报文相比，限制所传输的数据单位长度：128B。(小数据块+控制信息）
存储转发，发送结点分组，接受结点组装
报文的所有优点
简化了存储管理
相比报文，大小固定，中间结点更好管理
加速传输
相比报文，缓冲区不足而等待发送的时间减少；不同分组可并行传输
减少出错概率和重发数据量
分组较小，出错概率减少
传输时延：相比电路交换
通信效率降低：每个分组有额外的信息
失序，丢失，重复分组的可能性
分类
数据报
虚电路
交换方式比较
信道利用率
报文交换和分组交换优于电路交换
适用场景
分组交换
突发式数据通信
端到端间多段链路组成时
传送数据大，传送时间>>呼叫时间
数据报与虚电路
分组交换的两种方式
报文拆成的若干带有序号的数据单元(序号+地址+信息)
转发方式即存储转发方式，即传统分组交换方式。但是有确认收到(ACK)
(P39)
可能失序
数据报方式与电路交换方式结合
模拟的电路，即由中间固定结点组成的电路，不是真正的物理链路。数据的传输是双向的
虚:电路不是专用的，每个结点到其他结点之间的链路能同时有若干虚电路通过。
每个虚电路：特定两端之间。 两端之间：可有多个虚电路
数据分组
分组号+虚电路号(区别于其他虚电路的分组)+校验控制信息+数据
过程
虚电路建立、数据传输、数据释放
P40 图2.6
链接建立和释放耗时
某个结点故障，经过该结点所有线路废掉
提供可靠的通信功能
依次发送，保证每个分组正确且有序的到达
首部没有目的地址，而是虚电路号
开销较小
两者比较
P41表2.1
编码和调制
编码
数据变换为数字信号
数字数据-->数字信号(P34，图)
归零编码
每个时钟周期中间均跳变至低电平
归零占用带宽，传输效率受到影响
非归零编码NRZ
高1低0，不归零，一直传数据
没有检错功能，无法判断一个码元的开始和结束，收发双方难以同步
反向非归零编码
遇见0则翻转信号，1则信号不变
曼彻斯特编码
一个码元分为两部分：1为前高后低，0为前低后高。中间跳转-->时钟信号
缺点：所占频带宽度是原始基带宽度的2倍
传输速率仅为调制速率的1/2
差分曼彻斯特
码元为1，前半个码元电平与上一个码元后半个码元电平相同，中间跳转：前同后异。0则相反：前异后同。
每个码元中间都有一次电平跳转，可实现自同步，抗干扰性好
4B/5B
插入额外的比特来打破一连串0or1：5个bit来编码4bit的数据
效率为80%
模拟数据-->数字信号
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(音频数字化)
采样定理
eg:PCM(对音频信号进行编码的脉码调制)
P36：采样、量化、编码
调制
数据变换为模拟信号
数字数据-->模拟信号
幅移、频移、相移键控(A,F,PSK)
改变对应的振幅、频率、相位来表示1和0
正交振幅调制(QAM)
频率相同前提下，将ASK(调幅)和PSK(调相)结合起来，形成叠加信号。
ps：4个相位，每个相位4种振幅的QAM调制技术：16种码元
模拟数据也可-->模拟信号
