计算机网络教程
第一章：概述
第二章：物理层
第三章：数据链路层
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1.物理层的作用及主要任务
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作用：屏蔽掉硬件设备和传输媒体的差异。
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主要任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。
2.数据传输的方式（并行、串行、异步、同步）P40
数据在计算机内部多采用并行传输方式，
但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输。
（1）并行通信
并行通信是同时传送数据的各个位进行发送or接收的通信方式。
传输率比串行接口快8倍，理论值为1Mbits/s.
传输的信息不要求固定格式、通信抗干扰能力插、传输距离小于30m
（2）串行通信
串行通信是常用的通信协议，其会将数据按位一次传输。
线路简单、成本较低
传输速度比并行通信慢。
（3）同步传输
同步传输，是将许多字符组成一个信息组，字符可以一个接一个地传输，但是，在每组信息的开始要加上同步字符，如果没有信息要传输，则要填上空字符，因为同步传输不允许有间隙。
（4）异步传输
异步传输，是指位被划分成小组独立传送。每次异步传输都以一个开始位开头，它通知接收方数据已经到达了；在传输结束时，一个停止位表示一次传输的终止。
常用于低速设备，传送负载也要比同步通讯大25%。
（5）数据传输方向（单工、半双工、全双工）
① 单工方式：单工通信使用一根导线，信息只能由一方A传到另一方B。（无线电广播，有线电广播，电视广播。）
② 半双工方式：同样使用一根传输线，它既作接收又作发送，收/发的开关实际由软件的电子开关控制。（以太网）
③ 全双工方式：当数据的发送和接收分流，分别由两根不同的传输线传送时，通信双方都能在同一时刻发送和接收。
3.编码与调制（数字数据 -编码-> 数字信号、数字数据 -调制-> 模拟信号）
（1）编码P36（基带信号）
① 归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0
② 不归零制：正电平代表1，负电平代表0（简单不靠谱）
③ 曼切斯特编码：周期中心的上跳代表0，周期中心的下跳代表1。（具有自同步能力）
④ 差分曼切斯特编码：中心处均有跳变，位开始边界有跳变代表0，位开始边界无跳变代表1。
（2）调制P37（带通信号）（概念理解）
① 调幅（AM）：即载波的振幅随基带数字信号而变化，例如：0或1分别代表对应于无载波或有载波输出。
② 调频（FM）：即载波的频率随基带数字信号而变化。例如：0或1分别对应于频率f1或f2。
③ 调相（PM）：即载波的初始相位随基带数字信号变化而变化。
4.模拟信号与数字信号的差异、数模转换的方式
一：信号形式不同：
数字信号是指在取值上是离散的、不连续的信号。常用有限位的二进制数表示，只有0、1两个状态。
模拟信号是指信息参数在给定范围内表现为连续的信号。 或在一段连续的时间间隔内，其代表信息的特征量可以在任意瞬间呈现为任意数值的信号。.
二、传输模式不同：
模拟信号一般用来传输模拟数据（模拟量）数字信号一般用来传输数字数据（数字量），
三、优势上的不同
模拟信号特点：其精确的分辨率，在理想情况下，它具有无穷大的分辨率；当达到相同的效果，模拟信号处理比数字信号处理更简单。
数字信号特点：抗干扰能力强、无噪声积累。
模拟信号和数字信号之间可以相互转换：
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模拟信号一般通过PCM脉码调制方法量化为数字信号，即让模拟信号的不同幅度分别对应不同的二进制值，例如采用8位编码可将模拟信号量化为2^8=256个量级，实用中常采取24位或30位编码。
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数字信号一般通过对载波进行移相的方法转换为模拟信号。计算机、计算机局域网与城域网中均使用二进制数字信号，21世纪在计算机广域网中实际传送的则既有二进制数字信号，也有由数字信号转换而得的模拟信号。
5.传输媒介，双绞线的制作
（1）单模光纤（单模光纤比多模光纤更细，更贵，传播距离更远。）
① 以直线方式传输。
② 只能以一个入射角。
③ 发光体/产生光源：半导体激光器
（2）多模光纤
① 发光体/产生光源：发光二极管
② 以多个入射角
③ 可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。
（3）双绞线
用两根绝缘铜线扭在一起的通信媒体，绞合在一起是为了减少相邻导线的电磁干扰。双绞线可分为屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线。在数字传输时，若传输速率为每秒几个兆比特，则传输距离可达几公里。双绞线价格便宜，布线方便，主要用于电话用户线和局域网中。
6.信道复用技术
（1）频分复用（FDM）
① 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。
② 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。
（2）时分复用（TDM）
① 时分复用则是将时间划分成一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。
② TDM信号也称为等时信号。
③ 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
④ 时分复用更有利于数字信号的传输。
（3）统计时分复用（STDM）
① 改进的时分复用，明显地提高信道的复用率。
② 集中器：连接低速用户，集中数据传输。
③ STDM帧不等长，时隙数小于所连接的用户数
④ 不是固定分配时隙，而是按需分配时隙，可提高线路的利用率。
⑤ 不可避免的开销：每个时隙必须有用户的地址信息
⑥ 异步时分复用
7.互联网接入技术
用户到因特网的宽带接入方式主要有
① 非对称数字用户线ADSL（用数字技术对现有的模拟电话进行改造）
② 光纤同轴混合网HFC（在有线电视网的基础上开发的）
③ FTTx（即光纤到。。。）（这里的x可以是H（即用户）、C（即路边）、Z（即小区）等）
④ 无线宽带上网
习题
2-1 物理层要解决哪些问题？物理层协议的主要任务是什么？
解答：
物理层考虑的是怎样才能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。因此物理层要考虑如何用电磁信号表示“1”或“0”；考虑所采用的传 输媒体的类型，如双绞线、同轴电缆、光缆等；考虑与物理媒体之间接口，如插头的引脚数 目和排列等；考虑每秒发送的比特数目，即数据率。
物理层协议的主要任务就是确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即机械特性、电气 特性、功能特性和过程特性。
2-3 物理层的接口有哪几个方面的特性？各包含些什么内容？
解答：
（1）机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。常见的各种规格的电源接插件都有严格的标准化的规定。
（2）电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（4）过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
2-6 “比特/秒”和“码元/秒”有何区别？
解答：
“比特/秒”和“码元/秒”是不完全一样的，信息的传输速率“比特/秒”与码元的传输速率“波特”（“码元/秒”）在数量上却有一定的关系。若 1 个码元只携带 1 bit 的信息量，则“比特/秒”和“波特”在数值上是相等的。但若使 1 个码元携带 n bit 的信息量，则 M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为 M n bit/s。
2-11 为什么要使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？
解答：
许多用户可以通过复用技术共同使用一个共享的信道来进行通信。当网络中传输媒体的传输容量大于单一信道传输的通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道来充分利用传输媒体的带宽。
常用的复用技术包括：频分复用、时分复用、波分复用、码分复用。
2-16 为什么在 ADSL 技术中，在不到 1 MHz 的带宽中可以传送的速率却可以高达每秒几个兆比特？
解答：
采用先进的编码技术，每个码元携带多个比特，即每秒传送一个码元就相当于每秒传送多个比特。
