导图社区 计算机网络第二章物理层
计算机网络部分详细思维导图，汇总了通信基础、传输介质、设备知识，本图适合计算机相关专业期末复习，考研学习等。
计算机网络部分详细思维导图，网络应用模型分为C/S模型和P2P模型，本图适合计算机相关专业期末复习，考研学习等。
计算机网络部分详细思维导图，传输层提供端到端的通信（进程与进程），本图适合计算机相关专业期末复习，考研学习等。
计算机网络部分详细思维导图，网络互联是通过路由器进行网络互联和路由选择，异构网络的链路层和物理层均不同，本图适合计算机相关专业期末复习，考研学习等。
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第二章-物理层
1. 通信基础
I. 重要概念
i. 数据（信号）
数字数据（信号）
离散变化
模拟数据（信号）
连续变化
数据传输方式
串行传输
一位一位的传
远距离传输
并行传输
多个比特通过多个信道传输
计算机内部
ii. 码元
用一个数字脉冲来表示一位k进制数字
代表不同离散数值的基本波形
1码元可以携带多个比特信息量
2^k进制码元-->k个比特
iii. 信道
按传输信号分
模拟信道
模拟信号
数字信道
数字信号
两种传输
基带传输
基带信号直接在数字信道上传输传输01
宽带传输
宽带信号将基带信号调制成频分复用的模拟信号
然后在模拟信道上传输
三种通信方式
单工
始终只有一方发送数据
举例
无线电广播
电视广播
半双工
某一时段只能一方发送，另一方接收
对讲机
全双工
任何时刻双方可同时收发消息
电话
iv. 极限容量
最高码元传输速率（Baud）或信道极限信息传输速率（bit/s）
v. 速率
码元速率
单位时间内传输的码元个数
单位
Baud
1Baud表示一秒传输一个码元
信息速率（比特率）
若一个码元携带n比特的信息量则：
比特率=n*码元速率
II. 重要定理
来奎斯特定理
i. 条件
理想低通（没有噪声，带宽有限）
ii. 公式
极限传输速率=2W*log2(V)
单位：bps
W-信道带宽
V-码元的离散电平数（物理状态数）
iii. 结论
1. 超过极限速率，就会出现严重码间窜扰
2. 从提高带宽入手提高极限速率
3. 让一个码元携带更多的比特信息
香农定理
带宽受限且有噪声干扰
极限传输速率=W*log2（1+S/N）
S-传输信号的平均功率
N-噪声功率
S/N-信噪比
若以分贝给出的信噪比
信噪比=10*lg（S/N）
反解出S/N
若以百分数形式给出
信噪比=S/N
iii. 注意事项
若题目既给出了码元携带的比特数，又给出了信噪比
同时用香农公式和来奎斯特公式计算
极限速率取二者中最小值
III. 编码和调制
编码
将数据（不管是数字数据还是模拟数据）变换成数字数据
调制
将数据（不管是数字数据还是模拟数据）变换成模拟数据
编码方式
i. 数字数据编码为数字信号
用什么样的数字信号表示01就是编码
归零编码（RZ）
每个时钟周期（码元）结束时均归零
非归零编码（NRZ）
习惯上的01表示的高低电平
反向非归零编码（NRZI）
相对于上个时钟周期结尾，翻转表示0未变表示1
USB2.0使用
曼彻斯特编码（ME）
每个时钟周期内前高后低表示0/1，前低后高表示1/0
码元速率=2*比特速率
以太网使用
差分曼彻斯特编码
当前周期的前半部分与上一周期的后半部分比较，变1/0,不变0/1
常用于局域网
4B/5B编码
数据流四位一组，然后按4B/5B规则转换成相应的五位码
蓝色表示有自动同步机制
ii. 数字数据编码为模拟信号
幅移键控（调振幅）
频移键控（调频率）
相移键控（调相位）
正交振幅调制（调幅调相）
若波特率为B，采用m个相位，每个相位有n个振幅，则
比特率=B*log2（mn）
iii. 模拟数据编码为数字信号
脉码调制（PCM）
常用于对音频信号进行编码
主要步骤
i. 采样
采样定理
若原始信号中最大频率为f，则采样频率f'≥2f
ii. 量化
iii. 编码
iv. 模拟数据调制为模拟信号
需要较高频率
可使用频分复用技术
电话机
本地交换机
模拟的声音数据
IV. 三种主要交换方式
i. 电路交换
两节点间建立专门的物理通信路径，通信期间一直被占用
阶段
连接建立
数据传输
连接释放
ii. 报文交换
报文携有目的地址，源地址等信息
采用存储转发的方式
以整个报文段为单位转发
只适用于数字信号
主要使用在早期电报通信中
iii. 分组交换
将大报文划分为许多小的数据块，再加上必要的控制信息（源和目的地址，编号），构成分组传输
采用存储转发
到一个小包就转发一个
分组不一定按序到达
缺点
1. 传输额外信息
2. 数据报服务下不可靠
分类
i. 数据报
特点
1. 不需要建立连接，随时发送，随时接收
2. 不可靠
尽最大努力交付
3. 分组包括源端和目的端完整地址
4. 有冗余路径
适应故障能力强
ii. 虚电路
发送前在源端和目的端建立一条逻辑上的虚电路，一旦建立，就固定了传输的物理路径
1. 结合了电路交换方式
包括虚电路的建立，数据传输和虚电路释放
每次建立时都需要虚电路号
因此不需要有目的地址
分组必须携带虚电路号以区别其它虚电路上的分组
全双工通信
提供可靠地通信服务
分组正确按序到达
2. 结合了分组交换方式
3. 致命缺点
虚电路上任一节点损坏或链路故障，虚电路将被破坏
适应性差
iii. 是否有确认与网络层提供的两种服务没有关系
2. 传输介质
有线传输介质
双绞线
绞合可减少相邻导线的电磁干扰
屏蔽双绞线（STP）
非屏蔽双绞线（UTP）
同轴电缆
50Ω
基带信号
75Ω
宽带信号
光纤
多模光纤
i. 光源
发光二极管
ii. 原理
全反射
iii. 适合
近距离传输
单模光纤
激光二极管
直线传播
iv. 特点
纤芯很细
无限传输介质
1. 无线电波
所有方向扩散
2. 微波
直线
卫星通信
受气候影响，误码率高，成本高等
3. 红外线
4. 激光
接口特性
1. 机械特性
指明接口形状，尺寸，引脚数目和排列，接插装置的标准化定义
2. 电气特性
线路上信号的电压高低，阻抗匹配，传输速率，距离限制
3. 功能特性
某一电平的电压表示何种意义，接口部件的信号线用途
4. 规程特性
各功能事件的出现顺序
3. 设备
1. 中继器
又称转发器
信号整形再生
放大器放大的是电压和功率
5-4-3规则
（在粗同轴电缆的10BASE5以太网中）互相串联的中继器不超过4个
4个中继器串联的5段通信介质中
只有3段可以使用，其他两段用作扩展
无存储转发功能
所以两端不能连接速率不等的网段
两端必须使用相同的协议
（本层及本层以下协议一下必须相同）
通常只有两个端口
2. 集线器
即多端口的中继器
只起信号转发和放大作用
扩大传输距离
一次只能一个端口工作
半双工通信
某端口接收到数据后，转发到其他所有端口（除输入端口）
集线器连接的是一个冲突域
各端口平分总带宽
（交换机每个端口独占总带宽）
