强化-计网第二章-物理层

强化 计网第二章 物理层

1.通信系统

1.1组成

1.1.1信源

• 产生要发送数据的设备

1.1.2发送设备

• 对数据信息编码的设备

1.1.3传输系统

• 传输线路或网络

1.1.4接收设备

• 将接受的信号变成数据

1.1.5信宿

• 从接收设备接收数据信息。就是目的系统

2.编码与调制

2.1信号类型

2.1.1模拟信号

• 随时间连续变化的电磁波形式（信号）

2.1.1.1波特率

• 每秒发送的波数

2.1.2数字信号

• 离散的，数值的变化是瞬时的

2.1.2.1比特间隙

• 发送一比特所需要的时间

2.1.2.2比特率

• 一秒钟内的比特间隙个数，是每秒发送的比特数，单位是bps（位每秒）

2.1.2.3有效带宽

• 数字信号的频谱包括不同振幅的无数多个频率，如果根据一定的门限，只传输那些具有重要振幅的分量，仍然可以以合理的精度在接收端还原出数字信号，则数字信号频谱中的这一部分称作有效频谱，有效频谱的带宽称为有效带宽

2.2信道数据传输率

2.2.1奈奎斯特定理（奈氏准则）

2.2.2香农定理

2.3数字-数字编码

2.3.1单极性编码

• 电压只有一极，高电平表示1，低电平表示0

2.3.2极化编码

• 一个正电压，一个负电压。通过使用两个电压，减轻了单极性编码中的直流分量问题

2.3.2.1非归零编码

• 正电压为1，负电压为0

2.3.2.2归零编码

• 电平翻转一次为1，没有电平变化为0
• 电平的翻转能提供一种同步机制

2.3.2.3双相位编码

• 曼彻斯特编码：一个负电平到正电平的跳边代表1，由正到负代表0
• 差分曼彻斯特编码：每个比特间隙的开始位置有跳变代表0，没有跳变代表1

2.4数字-模拟编码

2.4.1幅移键控（ASK）

2.4.2频移键控（FSK）

2.4.3相移键控（PSK）

2.4.4正交调幅（QAM）

• ASK和PSK结合起来的编码方式

3.线路配置与传输模式

3.1传输模式

3.1.1点到点连接

• 提供了两个设备之间的专用链路。整个信道的容量都被用于这两个设备之间的传输

3.1.2多点连接

• 两个以上的设备共享一条链路的配置方式。信道的容量是通过某种途径共享的
• 实现信道共享的技术称为复用技术

3.1.3单工、半双工、双工

• 单工：通信单向进行，两个站点中只有一个可以进行传输，另一个只能接收
• 半双工：每个站点都可以发送和接收数据，但是不能同时发送和接收数据。
• 双工：两个站点都可以同时发送和接收数据

3.1.4串行、并行

• 并行：在每个时钟脉冲到来时，多个比特被同时发送，每个比特使用单独的一条线路
• 串行：每个时钟脉冲只发送一个比特，它只使用一条线路，逐个传送

3.1.5同步、异步

• 异步：比特流划分成多个小组独立传送。随时发，有开始位，终止位，用于低速设备。开销大，先发开始位0，发送一个字节，在发送终止位1，如此循环
• 同步：成块的发送比特流，字符之间不加开始位和停止位。先二进制同步（法一：接收端和发送端之间单设一条线传送时钟脉冲；法二：采用自同步编码，曼彻斯特编码等），再数据帧同步，在数据帧前后加上起始和结束标志

3.2多路复用

3.2.1频分多路复用（FDM）

• 模拟信号

3.2.1时分多路复用（TDM）

• 数字信号

3.2.1波分多路复用（WDM）

• 模拟信号
• 光纤

3.2.1码分多路复用（CDM）/码分多址复用（CDMA）

• 根据码型结构的不同来实现信号分割
• 在CDMA每个比特被分成m个不同码片，每个站点被指定一个唯一的m位码片（码型）。当发送比特1时，站点就发送其码片，想发送0时，站点就发送其码片的补码

3.3数据交换技术

3.3.1电路交换

• 在两个设备之间创建一条临时的物理连接
• 通讯过程：电路建立、数据传输、电路拆除

3.3.2报文交换（存储转发）

• 在报文的传输过程中，由网络的中间结点将报文暂时存储起来，检查它的正确性和完整性，然后再发往下一个结点

3.3.3分组交换

• 在分组交换中，较长的报文被分为较短的数据单元，然后每个数据单元被加上一些通信控制信息等内容，形成一个信息包（packet）。通信时以包为单位发送、存储和转发。信息包包含数据和包头，包头由通信控制信息、差错控制信息等组成
• 信息包比报文短得多，因此可以在中间结点存储，不必访问外存。而且只要整个信息包到达后就可以转发，不必等待很长的报文全部到达，大大缩短了信息传输过程中的延迟时间

3.3.3.1数据报

• 数据报方法中，包被称为数据报，在传输中每个包都将独立于其他包进行处理
• 到达的顺序可能不同，对数据报进行重排的任务可以由网络层的上层（传输层）来完成

3.3.3.2虚电路

• 虚电路方法中，属于同一次通信的所有包之间的关系得以维持。当数据开始时，将按照预定好的路线一个接一个的传送
• 任何一条链路可以同时为多对设备之间的通信服务
• 在需要的时候被创建、通信传输、拆除
• 仅在建立虚电路时需要目的地址，在进行数据传送时，每个包不需要携带完整的目的地址，只需要一个虚电路的号码标识。减少了包的控制信息长度，从而减少了额外开销

3.4错误检验和控制

• 见题型即可

3.4.1奇偶校验码

3.4.1.1垂直（纵向）奇偶校验

3.4.1.2水平（横向）奇偶校验

3.4.1循环校验码CRC

3.4.2校验和

4.传输介质

4.1有线介质

4.1.1双绞线

• 由扭在一起的两根绝缘铜线组成
• 用于传输平衡信号

4.1.2同轴电缆

4.1.3光纤

• 光的速度依赖于它所穿越的传输介质的密度，密度越大，速度越低

4.1.3.1多模传播

• 多束光线在芯材中通过不同的路径

• 多模阶跃：密度突变，不同角度，速度不同，

• 多模渐变：密度渐变，速度相同，中心密度最大，并向外逐步变小

4.1.3.2单模传播

• 单模光纤采用阶跃材质和高度集中的光源。芯材直径比多模光纤小得多

4.2无线介质

4.2.1卫星、微波、红外线

5.物理连接

• 在数据通信中涉及4个基本功能单元：两端各有一个数据终端设备（DTE）和一个数据电路终接设备

5.1数据终端设备（DTE）

• DTE是具有数据处理能力及发送和接收数据信息能力的设备
• DTE一般不直接连接网络，它通过一台DCE进行通信。
• 我们把DTE和DCE的连接称为DTE-DCE接口
• 在DTE-DCE接口上既有数据信息又有控制信息，为了使各个计算机公司生产的DTE可以方便的和DCE连接，就必须对DTE-DCE接口进行标准化，这些就是物理层的协议

5.2数据电路终接设备（DCE）

• DCE是能够通过网络发送和接收模拟或数字信号形式数据的设备
• 总结
• 数据从上层数据链路层传来
• DTE处理数据，并交给DCE转换成能通过传输介质的电磁信号
• 电磁信号通过传输介质传输
• 各端的DCE接收这些电磁信号形成数据交给DTE处理
• DTE处理完数据，交给上层的数据链路层

6.物理层协议

6.1EIA232

6.1.1机械特性

6.1.2电气特性

6.1.3功能特性

6.1.4规程特性

6.2X.21

7.工作的设备

7.1中继器或转发器

• 中继器是一个再生器，不是一个增幅器，只是将受损的信号重新还原成原始的形式，会导致局域网性能下降

7.2集线器

• 多端口中继器，建立星状、树状网络结构

8.考题类型

8.1 111000111000的曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码？

8.2 CRC校验码

• 是x的几次多项式，就在带传送数据后加几个0
• 同0异1
• 做除法，得出来的余数，加到带传输的数据后即可

8.3电路交换网络和包交换（分组交换）网络的主要区别是什么？

8.4已知信道速率为1Mbps，离散电平数目为16，根据奈奎斯特定理，求信道带宽

• W：理想低通信信道的带宽，单位为Hz

• V：表示每个码元离散电平的数目

• 则理想低通信道下的极限数据传输率 = $2Wlog_2V$

• $1*10^6=2H*1*4, H=1*10^6/8=125000Hz$