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计算机网络笔记Part2 物理层（Physical Layer）

2023-11-20

计算机网络笔记Part2 物理层（Physical Layer）

一、物理层基本概念

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二、数据通信

1。 一个数据通信例子

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2. 相关术语

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3. 三种通讯方式

名称 英文 定义 需要信道条数
单工通信 Simplex 只能一个发一个收 一条
半双工通信 half-duplex 都可以发或者收，但是同一时间只能进行一个 两条
全双工通信 duplex 都可以同时收发数据 两条

4. 两种数据传输方式

传输方式 特点
串行传输 速度慢，省钱，适合远距离
并行传输 速度快，耗钱，适合近距离

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5. 码元（Symbol）、波特（Baud）、速率、带宽（Band Width）

5.1 码元（Symbol）

定义：码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表离散数值的基本波形。当有多个离散状态时，成为M进制码元
一个码元可以携带多个比特的信息
个人理解：码元就是在网线上传输的一个个信号段。码元的不同进制就是用来表示不同的数值的

5.2 波特（Baud）

用来指一秒可以传输多少个码元

5.3 速率

5.3.1码元传输速率

单位时间内数字通信系统所传输的码元个数，单位是波特，1波特代表数字通信系统中每秒传输一个码元。

5.3.2信息传输速率

表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数，单位是比特/秒。

5.3.3关系

信息传输速率就是b/s，就是我们平常说的网速
码元可以理解为几个比特的集合，所以信息传输速率（网速）=码元传输速率x码元所带信息量（多少比特）
码元所带信息量（比特数）=log2（码元进制数）

5.4 带宽（Band Width）

单位时间内从网络中某一点到另一点所能通过的最高数据率，常用来表示网络线路所能传输数据的能力。单位是b/s。

6. 奈式准则（Nyquist）和香农公式（Shannon）

6.1 奈式准则（Nyquist）

是在理想状态下得出的结论
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6.2香农公式（Shannon）

是在有噪声的信道中得出的结论
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6.3关系

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三、编码与调制

1、 基带信号和宽带/带通信号（Base band，pass band）

计算机网络中用的基带信号是数字信号
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2. 编码

2.1将数据转化为数字信号

数字数据(digtal data)通过 数字发送器(digit emitter) 转化为 数字信号(digtal signal)
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名称 方法
单极性不归零编码 高电平表示1，低电平表示0.
双极性不归零编码 用幅值相等的正负电平表示二进制数1和0.
单极性归零编码 高-低电平表示1，低电平表示0
双极性归零编码 正负零三个电平，正-零电平表示1，负-零电平表示0。
曼彻斯特编码 高-低电平表示1，低-高电平表示0
差分曼彻斯特编码 下一个bit是1，则下个编码前半段与前面相同，为0则相反
4B/5B 用5个比特来编码4个比特的数据，效率是80%

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

2.2模拟数据转化为数字信号

模拟数据(analog data)通过 PCM编码器(PCM coder) 转化为 数字信号 (digtal signal)
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2.2.1PCM编码

步骤：

  1. 抽样：对模拟信号周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号 f采样频率>2f信号最高频率
  2. 量化：把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值，并取整数，这就把链接的电平幅值转换为离散的数字量
  3. 编码：把量化的结果转化为与之对应的二进制编码

3. 调制

3.1数字数据转化为模拟信号

数字数据(digtal data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)
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常用的调制方法：调频(AM)，调频(FM)，调相(PM)
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3.2模拟信号转化为模拟信号

模拟数据(analog data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)
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四、物理层传输介质

1.传输介质及分类

传输介质也称传输媒体、传输媒介，他就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。
传输介质分为导向性传输介质和非导向性传输介质
导向性传输介质 电磁波沿着固体媒介（铜线or光纤）被导向传播
非导向性传输介质 自由空间，如空气，水等等

2. 常见的导向性传输介质

2.1 双绞线

根据有无屏蔽层分为屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线（UTP）
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2.2 同轴电缆（Coaxial Cable）

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2.3 光纤（Optical fiber）

2.3.1 光纤的分类

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根据入射角不同，又分为单模光纤和多模光纤
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2.3.2光纤的特点

  1. 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济
  2. 抗雷电和电磁干扰性能好
  3. 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据
  4. 体积小，重量轻

3. 常见的非导向性传输介质

包括无线电波，微波，红外线和激光等
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五、物理层设备

1.中继器（RP repeater）

注释：5-4-3规则是为了限制中继器使用次数的，理由可见图
5是指不能超过5个网段
4是指在这些网段中的物理层网络设备（中继器，集线器）最多不超过4个
3是指这些网段中最多只有三个网段挂有计算机
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2.集线器（Hub）

集线器是个大的冲突域，同时只能有两个设备进行通讯，只会传输信号，没有智能。
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参考资料
2019 王道考研 计算机网络.

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