计算机网络物理层思维导图+大纲笔记

大纲笔记：

• 物理层的基本概念
  • 解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是具体的传输媒体
  • 主要任务
    • 确定与传输媒体接口有关的一些特性
      • 机械特性
      • 电气特性
      • 功能特性
      • 规程特性
• 信道上传送的信号
  • 基带信号
    • 来自信源的信号，直接表达了要传输的信息的信号
      • 近距离
  • 宽带信号
    • 将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，再传送到模拟信道上去传输
      • 远距离
• 编码与调制
  • 编码
    • 数据——数字信号
      • 非归零编码
      • 曼彻斯特编码
        • 码元传输速率是数据传输速率的2倍
      • 差分曼彻斯特编码
  • 调制
    • 数据——模拟信号
      • PCM脉码调制
• 数据交换方式
  • 电路交换
    • 原理
    • 特点
      • 独占资源
    • 优点
      • 无失序问题
      • 实时性强
      • 全双工通信
    • 缺点
      • 连接时间长
      • 线路独占
      • 灵活性差
      • 无数据存储能力
  • 存储转发交换方式
    • 报文交换
      • 原理
        • 存储转发
      • 优点
        • 不需要建立连接
        • 提高线路可靠性
        • 提高线路利用率
        • 提供多目标服务
      • 缺点
        • 只适用于数字信号
        • 实时性差
        • 报文长度无限且可变
    • 分组交换
      • 分类
        • 数据报方式
          • 特点
            • 为网络层提供无连接服务
            • 同一报文的不同分组到达目的结点时可能发生乱序，重复与丢失
            • 每个分组在传输过程中都必须携带源地址和目的地址，以及分组号
            • 分组在交换结点存储转发时，需排队等候处理，这会带来一定的时延
            • 网络会有冗余路径
        • 虚电路方式
          • 特点
            • 为网络层提供连接服务，源节点与目的节点之间建立一条逻辑连接，而非实际物理连接
            • 一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，分组不需携带源地址等信息
            • 节点只进行差错检测，不进行路由选择
            • 每个节点可能与多个节点间建立多条虚电路，每条虚电路之哦吃特定的两个端系统之间的数据传输
            • 弱点
              • 当网路中的某个结点或某条链路出现故障而彻底失效时，所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏
      • 原理
        • 限制所传输的数据单位的长度
      • 优点
        • 线路利用率高
        • 简化了存储原理
        • 加速传输
        • 减少出错几率和重发数据量
      • 缺点
        • 存在存储转发时延
        • 降低通信效率，增加处理时间
        • 采用数据报服务时可能会出现失序，丢失或重复分组
  • 选择方式
    • 传送数据量大，且传送时间大于呼叫时间，选择电路交换，电路交换传输时延最小
    • 端到端的通路有很多段的链路组成是，采用分组交换
    • 从信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，适合计算机之间的突发式的数据通信
• 通信基础
• 数据通信的基础知识
  • 相关术语
    • 通信的目的是传送消息
    • 数据是运送该消息的实体
    • 信号是数据的电气或电磁表现
      • 数字信号
      • 模拟信号
    • 信源
    • 信宿
    • 信道
      • 信号的传输媒介
        • 按传输信道分
          • 模拟信道
          • 数字信道
        • 按传输介质分
          • 无线信道
          • 有线信道
  • 传输方式
    • 1数据传输方式
      • 并行传输
        • 适合近距离传输
      • 串行传输
        • 适合远距离传输
    • 2
      • 异步传输
        • 需要加字符起始位和字符终止位
      • 同步传输
        • 需要加同步字符
    • 3通信双方信息交互
      • 单工通信
        • 一条信道
          • 广播
      • 半双工通信
        • 两条信道
          • 对讲机
      • 全双工通信
        • 两条信道
          • 打电话
• 信道的极限容量
  • 码元
    • 用一个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
    • 是数字通信中数字信号的计量单位
    • 1码元可以携带多个比特信息量
    • M进制码元的离散状态有M个
  • 数据传输速率
    • 码元传输速率
      • 表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数，单位Baud
      • 码元速率与进制数无关，只与码元长度T有关
      • 1s传输多少个码元
    • 信息传输速率
      • 单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒（b/s）
      • 1s传输多少个比特
    • 关系
      • 若一个码元携带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
  • 带宽
    • 模拟信号系统中
      • 最高频率和最低频率间的差值表示通频带宽，单位赫兹（Hz）
    • 信道带宽
      • 信道能通过的最高频和最低频之差
    • 数字设备中
      • 在单位时间内从网络中的抹一点到另一带你所能通过的‘’最高数据率‘’/单位时间内通过链路的数量，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力，单位是比特每秒（bps）
  • 两个公式
    • 奈氏准则和香农定理
      • 失真
        • 影响失真的因素
          • 正相关
            • 码元传输速率
            • 噪声干扰
            • 信号传输距离
          • 负相关
            • 传输媒体质量
        • 现象
          • 码间串扰
            • 接收端收到信号波形失去码元之间清晰界限的现象
      • 奈氏准则
        • 在理想低通（无噪声，带宽受限）条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud,W是信道带宽,单位是Hz
        • 只限制码元传输速率
        • 理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2V(b/s)
        • W:表示带宽，V：表示几种码元/码元的离散电平数目
      • 香农定理
        • 信噪比=信号的平均功率/噪声的平均功率，S/N,单位：分贝（dB）
        • 信噪比（dB）=10log10(S/N)
          • 数值等价
        • 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
        • 信道的极限数据传输速率=Wlog2(1+S/N)(b/s)
• 传输介质&设备
  • 传输介质
    • 导向传输介质
      • 双绞线
        • 特点
          • 价格便宜
          • 距离太远时
            • 模拟传输
              • 用放大器放大缩减的信号
            • 数字传输
              • 用中继器将失真的信号整形
        • 分类
          • 屏蔽双绞线
          • 无屏蔽双绞线
      • 同轴电缆
        • 分类
          • 基带同轴电缆
          • 宽带同轴电缆
        • 特点
          • 传输距离较远，价格更贵
      • 光纤
        • 分类
          • 多模光纤
            • 易失真，适合近距离传输
          • 单模光纤
            • 损耗小适合远距离传输
        • 特点
          • 传输损耗小
          • 抗干扰性好
          • 体积小，重量轻
    • 非导向传输介质
      • 无线电波·
        • 特点
          • 较强穿透力，可传远距离
          • 信号向所有方向传播
      • 微波
        • 特点
          • 信号固定方向传播
          • 通信频率较高
          • 频段范围宽，数据率高
        • 分类
          • 地面微波接力通信
          • 卫星通信
            • 优点
              • 通信容量大
              • 距离远
              • 覆盖广
              • 广播地址和多址地址
            • 缺点
              • 传播时延长
              • 受天气影响大
              • 误码率较高
              • 成本高
      • 红外线，激光
        • 特点
          • 信号固定传播
  • 物理层设备
    • 中继器
      • 功能
        • 对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，延长网络长度
      • 特点·
        • 两端的网路部分是网段，不是子网
        • 仅作用于信号的电气部分·，并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据
        • 两端可连接相同媒体，也可连不同媒体
        • 两端的网段是同一个协议
    • 集线器（多口中继器）
      • 功能
        • 对信号进行再生放大转发，但不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备
      • 特点
        • 不能分割冲突域