一、物理层的基本概念

物质基础、物理通讯

1.规程：用于物理层的协议—— Design

物理层协议 = 物理层规程

2.主要任务：提供透明的比特流传输

——> 确定与传输媒体的接口有关的4个特性

（1）机械特性：物理元件属性。

（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围；在元件、帧、引线中通过电流...

（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义；一堆引脚各有其用。

（4）过程特性：对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

——>完成传输方式的转换

数据传输 ——> 在计算机内部，多采用“并行传输方式”；

——> 在通信线路（传输媒体）上，一般采用“串行传输”。

二、数据通信的基础知识

1.数据通信系统模型

2.几个常用术语

（1）通信的目的：传送消息——语音、文字、图像、视频...

（2）数据：运送消息的实体（载体）——有意义的符号列

（3）信号：数据的电气或电磁的表现（数据的另一种形式）

根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号分为两大类：

模拟信号可以刻画到细节，毕竟其信号图像呈现连续状态。

（4）码元

传递数据信息过程中的传输单位 / 承载信息量的基本信号单位 / 代表不同离散值的基本波形
码元单位：波特
定义1：在使用时间域（时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
定义2：在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为(二进制）码元。而这个间隔被称为码元长度。值得注意的是当码元的离散状态有大于2个时（如M大于2个），此时码元为M进制码元。
信息位：在数据传输中,由数据源产生的用来表示信息的数位。
信息位单位：比特

（5）信道！= 电路

function：表示向某一个方向传送信息的媒体
一条通信电路 = 一条发送信道 + 一条接收信道

根据通信双方的交互方式来看，分为3种基本方式：

【1】单向通信 / 单工通信

【2】双向交替通信 / 半双工通信

【3】双向同时通信 / 全双工通信

（6）基带信号（基本频带信号）

来自信源的信号。
包含低频成分、直流成分（然而，许多信道不能传输这种低频分量或直流分量）

（7）调制

——> 解决许多信道不能传输低频分量或直流分量的问题

（8）常用编码方式

不归零编码

正电平：1 + 负电平：0

归零编码

正脉冲：1 + 负脉冲：0

曼彻斯特编码

位周期中心，向上跳变：0 + 向下跳变：1

差分曼彻斯特编码

每一位中心始终有跳变。位开始边界有跳变：0 + 位开始边界无跳变：1

PS： 不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率——无自同步能力，而曼彻斯特编码具有自同步能力。

（9）基本的带通调制方法

【1】调幅（AM）

载波的振幅随基带数字信号而变化。

【2】调频（FM）

载波的频率随基带信号而变化。

【3】调相（PM）

载波的初始相位随基带信号而变化。（相位0度或180度）

【4】正交振幅调制（QAM）

为了达到更高的信息传输速率，采用更为复杂的多元制的振幅相位混合调制方法。

（10）

3.信道的极限容量

物理带宽：信息传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围；
数字带宽：单位时间内流经的信息总量；
数字通信的优点：信号在信道的传输过程中不可避免会失真，只要在接收端失真的波形中识别出来原来的信号，那么这种失真对通信质量没有影响。

限制码元在信道上的传输速率的两个因素：

（1）信道能够通过的频率范围

有限
信号中许多高频分量不能通过信道
码间串扰：在接收端收到的信号波形失去了码元之间的清晰界限。
在任何信道中，码元传输的速率有上限，若超出此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使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——能通过的信号高频分量越多，那么可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰现象。

（2）信噪比

噪声具有随机性（随机产生，瞬时值不确定）、相对性（信号相对较强—噪声影响较小）
噪声会影响接收端对码元0或1的判决

【1】信噪比公式

S：信号平均功率； N：噪声平均功率；

【2】奈奎斯特定理——理想信道的最大传输速率

【3】香农定理——噪声信道的最大传输速率

指出了信息传输速率的上限
信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的传输速率就越高。
产生意义：只要信息传输速率低于信道的极限传输速率，就一定存在某种办法实现无差错的传输。
但是未给出实现无差错传输的办法。

【4】其他方式提高信息传输速率

信道带宽已确定，信噪比最大，码元传输速率达上限 ——> 用编码的方式让每个码元携带更多比特的信息量 ——> 提高信息传输速率

三、物理层下面的传输媒体

1.导引型传输媒体（双绞线、同轴电缆、光缆）

（1）双绞线 / 双扭线

构成双绞线的方法——绞合：可减少对相邻导线的电磁干扰
模拟传输：距离太长时就需要加放大器将衰减了的信号放大到合适的数值。
数字传输：加上中继器对失真了的数字信号进行整形。
导线越粗，通信距离越远，导线价格也越高。
屏蔽双绞线STP
无屏蔽双绞线UTP
无论是哪种双绞线，信号衰减都随频率的升高而增大。
信号应有足够大的振幅，以便在噪声干扰下能够在接收端被正确的检测出来。

EIA （Electronic Industries Association）：美国电子工业协会

TIA（Telecommunication Industries Association）：电信行业协会

（2）同轴电缆

同轴电缆的带宽取决于电缆的质量

（3）光缆

光缆：光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。
由包层（较纤芯有较低的折射率）和纤芯（光波在其中传导）构成双层通信圆柱体。
光纤通信：利用光导纤维传递光脉冲来进行通信。
光纤通信的传输媒体：光纤
架空明线（铜线或铁线）：在电线杆上架设的互相绝缘的明线。（安装简单，但通信质量差，受气候环境影响大，许多国家已停止铺设架空明线）
多模光纤：可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传播。
单模光纤：可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。

光纤的优点：

【1】体积小，重量轻

【2】通信容量大

【3】传输损耗小，中继距离长，远距离传输特别经济

【4】抗雷电和电磁干扰性能好

【5】保密性好，无串音干扰，不易被窃听和截取数据

2.非导引型传输媒体

（1）无线传输

可使用的频段很广
波段：低频、中频、高频；甚高频、特高频、超高频、极高频。

（2）短波通信（高频通信）

（3）无线电微波通信

传统的两种方式：地面微波接力通信、卫星通信（具有较大*-9的传播时延）

“卫星信道的传播时延较大” ！= “卫星信道的传送数据的时延较大”

主要靠电离层反射
多径效应（电离层反射造成）：同一个信号经过不同的反射路径到达同一个接收点，但各反射路径的衰减和时延都不同，使得最后得到的合成信号失真很大。+ 电离层不稳定所产生的衰落现象 ——> 短波信道通信质量差

四、信道复用技术

信道复用技术——提高网络资源利用率

1.频分复用、时分复用、统计时分复用

在进行通信时，复用器和分用器成对使用。

（1）频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）

频分复用：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。
所有用户在同样时间占用不同的带宽资源。

（2）时分复用TDM（Time Division Multiplexing）

TDM帧：时分复用帧
时分复用TDM：将时间划分为一段段等长的时分复用帧。
TDM信号：等时信号
ABCD为4个用户，每一个用户所占用的时隙周期性地出现。
周期长度= TDM帧长度
时分复用的所有用户是在不同的时间使用同样的频带宽度。
时隙宽度非常窄的脉冲信号所占的频带范围也是非常宽的。
时分复用可能会造成线路资源的浪费

PS：两种方法技术比较成熟，但是不够灵活，时分复用更有利于数字信号的传输。

（3）统计时分复用STDM（Statistic TDM）

统计时分复用：改进后的时分复用技术，明显地提高了信道的利用率（按需动态分配时隙）。
使用STDM帧来传送复用的数据，每个STDM帧中时隙的个数小于连接在集中器上的用户数。
集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中；对于没有数据的缓存就跳过去；对于一个放满数据的帧，就即可发送出去。
STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配。
统计时分复用 = 异步时分复用
普通时分复用 = 同步时分复用
实际，统计时分复用的输出线路上的数据率 < 各输入线路数据率的总和 || 平均角度，统计时分复用的输出线路上的数据率 = 各输入线路数据率的总和
集中器能够正常工作的前提：各用户都是间歇性工作的
使用统计时分复用的集中器 = “智能复用器”（可提供对整个报文的存储转发能力）（大多数复用器一次智能存储一个字符或比特）

2.波分复用

波分复用：光的频分复用

3.码分复用

五、数字传输系统

六、宽带接入技术

《计算机网络》学习笔记（二）物理层相关推荐

计算机网络学习笔记之物理层
计算机网络学习笔记之物理层通信基础背景知识基本概念数据.信号与码元信源.信道与信宿速率.波特与带宽 ★ \bigstar ★ 奈奎斯特定理(奈式准则)与香农定理 ★ \bigstar ★ ...
计算机网络学习笔记：物理层
目录: 一.前提须知 : 二.物理层的基本介绍: 三.数据通信的基本知识: 数据通信的理论基础: 数据的传输方式: 数据通信的主要技术指标: 关于信道的后续相关介绍: 四.数据编码技术: 数据编码技术 ...
片偏移怎么计算_计算机网络学习笔记（四）之网络层
点击蓝字关注我吧越努力越幸运!!! 1 网络层的功能 1.1异构网络互联网络的互联:指将两个以上的计算机网络,通过一定的方法, 用一种或多种通信处理设备(即中间设备)相互联接起来,以构成更大的网络 ...
计算机网络-学习笔记
计算机网络-学习笔记 1.1.1 概念.组成.功能和分类概念:计算机网络:是一个将分散的.具有独立功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统.计算机网 ...
计算机网络学习笔记(详尽版)
计算机网络学习笔记计算机网络第一章定义和特点网络定义功能特点组成类别性能结构本章重要概念第二章物理层基本概念和标准数据通信基础知识物理层下的传输媒体引导型传输媒体 ...
计算机网络学习笔记Part1
计算机网络学习笔记Part1 1. 概念计算机网络:是一个将分散的.具有独立功能的计算机系统,通过通信设备与线路连接起来,由功能完善的软件实现资源共享和信息传递的系统. 2.功能 1.数据通信.2. ...
【计算机网络学习笔记05】典型企业网络架构、传输介质
[计算机网络学习笔记05]典型企业网络架构.传输介质企业网络是 Internet 的重要组成部分,随着企业业务需求而不断地变化.为了了解企业网络如何满足企业业务需求,必须了解典型的企业网络架构以及网 ...
计算机网络学习笔记---第一章
计算机网络学习笔记第一章文章目录计算机网络学习笔记第一章前言一.计算机网络的概念 (一)计算机网络的功能 1.数据通信(连通性) 2.资源共享(硬件软件数据) 3.分布式处理 (Had ...
第三章：zigbee学习笔记之物理层和mac层帧格式分析
本文原地址:https://blog.csdn.net/tainjau/article/details/81634681 IEEE802.15.4工作组致力于无线个人区域网络(wireless per ...
计算机网络学习笔记：第三章
文章目录计算机网络学习笔记:第三章前言 3.1.概述和运输层服务 3.1.1 运输层和网络层的关系 3.1.2 因特网运输层概述 3.2.多路复用与多路分解前言运输层位于应用层和网络层之间,是 ...

《计算机网络》学习笔记（二）物理层