计网 Chapter2 物理层

第二章 物理层

多在选择题

image.png

物理层接口特性

解决如何在连接各种主机的传输媒体上传输数据比特流,而不是考虑传输媒体。
主要任务——确认与传输媒体接口有关的特性(标准)

  • 机械特性,定义物理连接采用的规格,接口形状,引线/引脚数目

  • 电气特性,线路上信号的电压范围,阻抗匹配,传输速率距离限制

    eg:某网络规定,信号电平+10-+15v为二进制0,-10V - -15V表示1,电线长度为15m内

  • 功能特性,表面某条线某一电平表示何种意义,接口信号线用途

    eg:描述一个物理层接口引脚处与高电平是的含义

  • 规格(过程)特性,定义物理线路的工作规程,时序

🐌数据通信基础

典型数据通信模型

image.png

注意下面的几个专有名词

Q;广域网和模拟信道什么意思?为什么要变为模拟信号?
A:

相关术语

image.png

🐱‍👤三种通信方式

单工通信

只有一个方向的通信,无反方向交互,只需要一条信道 eg:广播

半双工通信/双向交替通信

通信双方都可以发送接收信息,但任何一方不能同时发送&接受,需要两条信道 eg:对讲机

全双工

image.png

两种传输方式

image.png

一般计算机内部都是并行传输

实现同步传输

image.png
Q:同步字符什么作用?
A:image.png
相比起始位终止位的好处是开销会小一点,同时速度会快。

Q:如何选择用同步还是异步
A:

🎏数据传输速率术语

码元 Symbol

固定时长信号波形(数字脉冲),代表不同离散数值的基本波形,数字通信中的计量单位。其中固定时长称为码元宽度
如果码元离散状态M>2,则为M进制码元
一码元可以携带多个比特的信息量。
eg:
image.png
其中 0101010101数据转化为数字信号传给B,二进制且为固定时长,码元有两种,高电平的1和低电平的0,携带1比特信息量。

假如为4进制码元,则码元就有4种状态(信号波形),离散数值为00 01 10 11,携带2比特信息量。

速率

也叫数据率,指数据的传输速率,可用码元传输速率信息传输速率 表示。

  • 码元传输速率

单位时间内数字通信系统传输的码元个数; 单位Baud B

码元速率和进制无关,只和宽度有关

  • 信息传输速率,比特率

单位时间内二进制码元(即比特数)个数。单位b/s

通常比较系统传输速率用的是 信息V

带宽

image.png

🤖奈式准则&香农定理

失真

image.png
因素:
**
eg: 码间串扰
接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象(太快了导致高低电平分不清楚)

奈式准则

理想低通(无噪声&带宽受限)下,避免码间串扰,极限码元传播速率为2W Baud W为信道带宽(单位HZ)

只有这两个公式才用HZ

补:极限数据传输率:2Wlog2 V(b/s)——比特率,其中V为码元的离散电平类型数 说白就是码元传播速率转换为信息。。。
eg:假如为2进制码元,极限数据传输率 就是 2W*log2 4 = 4W


image.png
V=44=16; 23Klog2 16 = 24 24Kb/s
Q:这个4
4怎么得出的?
A:朝向&调幅结合在一起

香农定理

带宽受限且有噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限值
image.png image.png
其中,S/N为*信噪比: 信号的平均功率/噪声的平均功率; *W单位也为Hz

只要信息的传输速率低于信道极限传输速率,理论上就能实现无差别传输
image.png)image.png
**

总结

image.png
假如题目给了 S/N & V,就应该将两个公式的结果取最小值作为极限数据传输率

👩‍💻编码&调制

基带信号 宽带信号

基带信号
*来自信源的信号 *将数字信号用电压表示,再送到数字信道传输
宽带信号
将基带信号调制后再传输到模拟信道传输
image.png
**

定义

image.png
image.png
image.png
image.png
image.png

  • 非归零 NRZ—— 1为高电平 0为低电平 难以保持同步
  • 归零 RZ ——image.png
  • 反向不归零 NRZI——电平反转表示0,电平不变表示1
  • 曼彻斯特—— 将一个码元分成2个相等的间隔,前高后低or前低后高 对应 01

每个码元中间都会出现电平跳变——用于CLK同步或数据信号,但频带宽度是原始基带宽度2倍
数据传输速率为调制速率1/2

CLK同步的理解:出现一次跳变就知道要接受一个码元的信息了

  • 差分曼彻斯特——若码元为1,则半个码元与上一个码元后半段相同,0则相反。同样中间有次跳变

抗干扰性强于曼彻斯特。

  • 4B/5B编码——image.png

数字数据调制为模拟信号

image.png
Q:调频和调相是什么意思?
A:
image.png
image.png
QAM:调幅+调相
**
例题
image.png
形状:4*4 = 16(种)——
log2 16 = 4—— 一码元的比特数

波特率log2V——极限数据传输速率(信息传输速率)= 12004 = 4800bit/s

模拟信号编码为数字信号

image.png

f采 > *2f信号最高解释 *见红图
a频率是2hz,b是1hz,假如采样频率是2hz,可以得到b的采样,但是a波一定失真
假如采样是4hz,则ab波都能被正常采上。

👨‍🏭数据交换方式

电路交换 Cricuit Exchanging

image.png

  • 呼叫

image.png
B收到请求后,会按照DCBA的顺序返回呼叫应答

  • 通信——数据传输 是全双工通信方式,双方都可以传接
  • 释放连接

image.png
当B收到释放请求后,会返回应答,交换机按DCBA的顺序释放。

原理:image.png
特点:image.png

独占资源:该链路开始交换时无法被其他主机占用

image.png
Q:交换机都有什么功能?
A:

报文交换 Message Exchanging

image.png
单次发送的数据块
**
原理:存储转发,无需建立专用通路
image.png

路由信息——计算报文怎样传输到目的地距离最短的 线路段
这图种ACB距离大于AB,所以走AB

Q:如何检查有无错误?
A:每个结点收到后会从分组数据来源的副本进行对比,若一致正确,则向来源发送确认信息,来源节点丢弃副本。

image.png

分组交换

image.png
image.png
image.png
image.png

数据报

image.png
特点:
image.png

🌟虚电路

image.png
特点
image.png

如何选择

image.png
image.png

②物理层传输介质

略,见书本


本博客所有文章除特别声明外,均采用 CC BY-SA 3.0协议 。转载请注明出处!