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CN 第二章 物理层
本人2023年研究生招生考试408分数129，将王道知识体系下的计网物理层重要考点第二章 物理层整理于此
编辑于2023-05-22 00:17:46 浙江省- 计算机网络
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物理层
传输介质
定义
计网结构中的第0层，在物理层之下
发送方和接收方间的物理通路
分类
有线传输介质
双绞线
非屏蔽UTP
两根绞合的铜导线组成
绞合减少导线之间的电磁干扰
屏蔽STP
UTP外面加上金属丝编成的屏蔽层
同轴电缆
内导体、绝缘层、屏蔽层、塑料外层
比双绞线抗干扰性强，传输距离远
光纤
特点
使用光脉冲，由实心纤芯和包层组成
不受电磁干扰影响
带宽最大，距离最长
单模光纤
横向模式直接传输，没有反射
适合远距离
光源：激光
多模光纤
利用光的全反射将入射角不同的多条光线在一根光纤中传输
适合近距离
光源：发光二极管
无线传输介质
无线电波
信号朝所有方向传播
微波
用于卫星通信
实现广播通信和多址通信
误码率高
红外线、激光
把传输信号转换成各自的信号格式再传播
信号向固定方向传播（直线传播）
物理接口特性
机械
电气
电压范围
功能
电平意义和信号线用途
规程
完成某功能的事件发生顺序
物理层设备
中继器
信号整形再生，而非简单放大
连接同一网络的不同网段，网段速率相同
两端可以连接不同传输介质
一个输入端口和一个输出端口
集线器
多端口中继器
将收到信号转发到其他所有端口
如果同时有两个及以上端口输入，则发生冲突使输入数据无效
半双工
没有定向传输能力
集线器多端口同时工作时平分带宽
基本概念
定义
数据
信号
数据的电气表现
分类
模拟信号：连续变化
数字信号：离散值
k进制码元
一个固定时长的信号波，码元宽度即信号波时长
1码元有logk比特信息量
传输
信源和信宿
信道
一条通信线路包括发送信道和接收信道
分类
数字信道
基带信号
数字信号的另一种表示，直接来自信源
传输基带信号（基带传输），传输距离远使用
模拟信道
宽带信号
基带信号调制后的频分复用模拟信号
传输宽带信号（宽带传输、频带传输），传输距离近使用
速率
码元传输速率（波特率）
单位之间内传输的码元个数
与码元进制无关
信息传输速率
码元传输速率*一码元携带信息量
定理
奈奎斯特
码间串扰问题
高频信号在传输中衰减
收到的码元之间的界限不清晰
理想低通信道下的极限数据传输速率=2WlogV(bit/s)
理想低通
没有噪声
低于最高频率的信号可以通过信道（带宽受限）
W：理想低通信道带宽
V：码元进制
香农
有噪声、带宽受限
信道的极限数据传输速率=Wlog(1+S/N)
W：信道带宽
S/N：信噪比（信号平均功率/噪声平均功率）
分贝数=10log10(S/N)
编码与调制：数据®信号
编码
数字数据®数字信号：数字发送器
归零编码RZ
高电平为1，低电平为0
时钟周期中间回到低电平
可传递时钟信号用于同步
非归零编码NRZ
高电平为1，低电平为0（朴素方式）
一个时钟周期全部传输信号
反向非归零编码NRZI
NRZ的反向（与前一个电平相同为1，翻转为0）
能传递时钟信号，带宽无损失
曼彻斯特编码
一个码元分成两个间隔，中间跳变
前高后低：1
前低后高：0
以太网编码方式
2波特携带1比特信息
可传递时钟信号
差分曼彻斯特编码
首位bit不是和曼彻斯特一样，而是无法确定
一个码元分成两个间隔，中间跳变
1：前半段和前面时钟周期后半段相同
0：相反
可传递时钟信号
都能传递时钟信号
模拟数据®数字信号：PCM编码器
采样
把模拟信号变成时间上离散的信号
采样频率³2*最大频率
量化
把分离的电平幅值转换成数字
编码
把量化的数字编码
调制
数字数据®模拟信号：调制器
调幅ASK
抗干扰能力差
调频FSK
抗干扰能力强
调相PSK
0：正弦波
1：余弦波
调幅+调相
m个相位，每个相位n种振幅
码元进制mn
模拟数据®模拟信号：放大器调制器
交换
电路交换
优点
数据顺序传输，不会失序
适用数据信号和模拟信号
缺点
源和目的建立物理连接
固定占有通信线路
建立连接耗时长
不能多目标
无法差错检验
报文交换
优点
无需建立连接
没有建立连接时延
不会固定占有通信线路
可以多目标
缺点
存储转发有时延
转发结点需要缓冲空间
只适用数字信号
分组交换
特点
交换单位为分组，比报文交换的报文小
传输时延小于报文交换
数据报方式的分组可能失序，需要额外信息量
数据报
分组首部
源地址
目的地址
分组号
虚电路
数据传输前建立的逻辑连接
结点可能同时与多个结点间存在虚电路
同一对结点间可能多条虚电路（每条虚电路物理路径可能相同或不同）
虚电路建立后对应物理路径确定
传输阶段的分组首部无目的地址，有虚电路号，开销更小
设备是否能连接不同协议
设备是否具有存储转发功能
物理层设备没有存储功能，两端连接同一协议，网段速率相同
计网只有这两个公式中带宽为赫兹