计网 Chapter2 物理层

第二章 物理层

多在选择题

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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

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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

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🐱‍👤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

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两种传输方式

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一般计算机内部都是并行传输

实现同步传输

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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

固定时长的信号波形（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:
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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 和 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

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🤖奈式准则&香农定理

失真

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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

在理想低通（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

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

香农定理

在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
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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

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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
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**

定义

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  • 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

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Q：调频和调相是什么意思？
A：
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QAM:调幅+调相
**
例题
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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

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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

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  • 呼叫

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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

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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

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Q：交换机都有什么功能？
A：

报文交换 Message Exchanging

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单次发送的数据块
**
原理：存储转发，无需建立专用通路
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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。

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分组交换

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数据报

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特点：
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🌟虚电路

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特点
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如何选择

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②物理层传输介质

略，见书本