计算机网络【二】物理层基础知识

计算机网络的性能

速率：连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率，也成为data rate 或bit rate，单位是b/s,kb/s,Mb/s,Gb/s。
我们平时所讲的宽带的速度是以字为单位的，但是实际中应用一般显示的是字节，一般是8~10倍的转换。
带宽：数据通信领域中，数字信道能传送的最高数据率
吞吐量：在单位时间内通过某个网络的数据量
时延：即延迟。数据从一端传送到另一端所需要的时间。包括：发送时延（带宽大小影响发送时延）、传播时延（传播时延一般比较固定）、处理时延、排队时延
发送时延 = 数据块长度（比特）/ 信道带宽（比特/s）
带宽决定的是信号在数据线路上的长度
光纤发送时延很小（带宽大），铜线发送时延会较大。（主要因为电信号带宽过大会导致接收方无法识别）
光纤的传播时延比铜线大（光纤传播速度20.5万公里/s，铜线23.1万公里/s）
时延带宽积：传播时延 * 带宽实际意义指的是计算机通信时有多少数据在线路上
往返时间：从发送方发送数据开始，到发送方收到接收方确认

ipconfig 查询网络信息
ping IP地址，发送信号得到往返时间

如果往返时间超过200ms就会展示请求超时
如果ping同一个局域网里面的计算机互相ping的时候往返时间过长，可能网络有某方面的问题，可能是某一太计算机正在上传数据导致网络阻塞。

网络利用率：
- 信道利用率：有数据通过的时间/数据通过时间（单位时间中数据通过时间的百分比）
- 网络利用率：所有的信道利用率加权平均值。
  D表示网络当前的时延，D0表示网络空闲时的时延，U表示信道利用率 D=D0/(1-u)

物理层的基本概念

物理层：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。

物理层的主要任务描述为：确定传输媒体接口的一些特性：

机械特性：接口形状，大小，引线数目
电气特性：规定电压范围（例如-5V到+5V）
功能特性：规定高低点位代表什么
过程特性：也称作规程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤

数据通信基础

数字信号：用01表示的信号
模拟信号：使用波传递信号，抗干扰能力强，适合远距离传输

网卡发送的是数字信号
同一个局域网内部的通信是数字信号通信，不会由调制解调器变成模拟信号。即通过交换机通信没有经过传输系统。

基础知识

基带信号：基本频带信号，来自信号源的信号。
带通信号：把基带信号经过载波调制后把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。（即尽在一段频率范围内能够通过信道）
在传输距离较近的时候计算机网络都采用基带传输的方式。

在传输距离较远的时候需要进行调制。

调制方法：

调幅（AM）:载波的振幅随基带数字信号而改变
调频（FM）:载波的频率随基带数字信号而改变
调相（PM）:载波的初始相位随基带数字信号而改变

常用数字信号编码

单极性不归零码：只是用一个电压值，高电平表示1，没电压表示0
双极性不归零码：用正电平和负电平分别表示1和0，正负幅值相等
单极性归零码（RZ）：以高电平和零电平分别表示二进制1和0，而且在发送码1时高电平在整个码元期间T只持续一段时间，其余时间返回零电平
双极性归零码：正负零三个电平，信号本身携带同步信息（详见下面的例子）
曼彻赫斯特编码：低信号跳变为高信号表示0，高信号跳变为低信号表示1。一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit，但是它能携带时钟信号，且可表示没有数据传输。
差分曼彻斯特编码：bit中间一定有信号跳变，如果两个bit之间有信号跳变表示0，如果没有表示1。差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码相同，但抗干扰能力强于曼彻斯特编码。

信道极限容量

奈氏准则：给出了在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。

在任何信道中，码元传输速率是有上限的，否则就会出现码间串扰的问题，使得接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更好的传输速率传送码元而不出现码间串扰。

当传输速率过快（带宽过大），即使是没有电磁干扰，在线路上的码元间的距离过小以至于识别成为不可能就叫做码间串扰。

信噪比

香农（Shannon)用信息论的理论推导除了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

香农定理：信道的极限信息传输速率C=Wlog(1+S/N) b/s
W是信道的带宽（Hz)
S是信道内所传信号的平均功率
N是信道内部的高斯噪声功率

香农定理的意义在于当有噪声的时候为了得到准确无差错的信息我们必须降低传输速率。

只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率就一定可以找到某种方法来实现无差别的传输

实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少，香农极限传输速率是一个理论值

奈奎斯特定理和香农定理的应用范围

香农公式既适用于数字信号又适用于模拟信号，奈氏准则只适用于模拟信号。