考研复习408计算机网络——物理层

通信相关内容

这部分根据我的复习，感觉和通信的内容紧密联系，而且还是刚开始的内容，容易劝退很多人。实际上把握住信道，码元，传输速率等概念的本质，这部分的题目就很好理解了。
信道：就是将物理的电路给抽象化了。实际上电路有不同规格和特性，但使用信道就可以统一描述这些不同的电路，即逻辑描述
码元：相信很多人都不理解什么是码元。举个例子，比如说现在有$01010101$比特序列。将其反映到实际意义中，我们通常认为0为低电平，1为高电平（数电中内容），即一位比特可以代表两种电平变化。那么我们现在规定:
$$\begin{gathered} 00为\frac{1}{4}电平 \\ 01为\frac{2}{4}电平 \\ 10为\frac{3}{4}电平 \\ 11为\frac{4}{4}电平 \end{gathered}$$
即用了两位比特代表了四种电平变化。而此时我们将00、01、10、11定义为四进制码元，因为代表了四种不同的状态。我们可以这样理解：k进制就相当于k个不同的数字，而表示这k个不同的数字需要$lo{g}_{2}k$比特。实际上码元就是把多个比特位看成一个整体了。

传输速率：码元传输速率M和信息传输速率X之间的比例关系：
$$M=nX，n为一个码元所携带的比特信息$$
而码元传输速率也称为波特率

奈奎斯特定理，香农定理

这两个定理还是很重要的，貌似考的频率很大。
奈氏定理（理想状态）：
$$极限数据传输速率=2Wlo{g}_{2}V$$
W是带宽，V是一个码元携带的比特数
香农定理：
$$极限数据传输速率=Wlo{g}_2(1+\frac{S}{N})$$

$\frac{S}{N}$为信噪比。而当题目中给出信噪比是以dB为单位时，我们就需要转换
$$信噪比(dB)=10lo{g}_{10}(\frac{S}{N})$$
做题的时候要注意题目条件是理想条件还是受干扰的条件。如果题目中没有提到，我们两个传输速率都需要算，结果取最小值。

编码与调制

编码顾名思义就是把不是序列的数据给转换成码制数据，也就是转换的结果是数字信号。数字数据编码为数字信号，方法有书上所提到的NRZ，NRZI，曼彻斯特编码，差分曼彻斯特编码等。

关于上面的编码内容，要把握住以下几个点

1. 该方式的应用：曼彻斯特应用于以太网；差分曼彻斯特应用于局域网
2. 该方式是否实现同步：归零编码难以实现同步，而曼彻斯特中间的跳变可以作为时钟信号实现同步
3. 该方式对传输速率的改变：曼彻斯特编码减半了原来的信息传输速率
4. 该方式与01序列的对应关系，给你01110110能否画出对应的图像？
   而数字数据调制为模拟信号，则是调频(FSK），调幅(ASK)，调相(PSK)，正交振幅（QAM）。实际上就把握住相较于原来变化的程度。比如在QAM中，波特率是B，相位有m个，振幅有n个，那么如果每个相位都对应n个振幅，那总共就是mn种不同的图像，也就是mn种不同的状态。则速率就是波特率乘以每个码元携带的比特数
   $$信息传输速率=Blo{g}_2(mn)$$
   剩下的模拟数据编码为数字信号就是采样、量化、编码。要注意采样的频率$f_{采样}\ge 2f_{max}$。

数据交换方式

电路交换：
①先连接再传输②持续占有，不会自动断开③传输速率快（专线就是快）没有冲突④信道利用率低（占着茅坑不拉屎能不低吗）⑤没有拥塞控制和纠错功能⑥灵活性差
报文交换：
①把数据分成报文再挨个传送②有拥塞控制③提高了传输速率④无需建立连接⑤动态分配线路⑥大小不固定
分组交换：
①在报文交换的基础上把报文切分成更小且固定长度的分组②进一步提高了传输速率

传输介质

双绞线：模拟传输中使用放大器放大衰减的信号；数字传输中使用中继器整形失真的信号
同轴电缆：具有良好的抗干扰性
光纤：只要入射角大于某个临界角度，就会出现全反射。
多模光纤：将从不同角度的光线在一根光纤中传播，但反射会造成失真，所以只适合近距离传输。
单模光纤：光纤的直径只有一个光的波长时，光可以一直向前传播而不会反射，适合远距离传输。

物理层设备

物理层接口的特性

机械特性：物理参数，如形状、尺寸、引脚数目等
电气特性：电压的范围
功能特性：某一电平的电压所代表的含义
过程特性：不同功能的可能事件的顺序

中继器

主要功能是将信号整形并放大出去，其两段的网络部分是网段，而不是子网。它不能连接两个速率不同的网段，其网段也必须使用相同的协议。
注意一下5-4-3原则
5段通信介质，4个中继器，3个主机

网段：是为了方便定义一部份区域网络所给的称呼。网段通常是一个比较大的概念，其中会包含很多子网。比如说192.168.0.0—192.168.255.255就是一个网段。
子网：将大的网段划分成小的几个网络。通过将ip地址与子网掩码相与，判断该ip地址与主机是否在同一个子网中。

集线器hub

集线器hub实质上是一个多端口的中继器，连接的多个网段是在同一个局域网之中，而且会平分带宽：10Mb/s带宽的集线器上连接了5台主机，则每台主机分得带宽为2Mb/s。
例附：当我们上网访问www.cskaoyan.com的时候所经历过程

1. DNS解析域名，查询www.cskaoyan.com的ip地址
2. ARP协议根据IP地址查询MAC地址（若没有，则会广播FF-FF-FF-FF报文）
3. 主机与目标服务器建立TCP连接
4. 主机发送HTTP协议请求，服务器响应