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物理层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,
确认与传输媒体接口有关的一些特性
机械特性:规定物理连接时采用的规格等
电气特性:规定二进制数据传输时,线路上信号电压范围等
功能特性:线路上电平含义
规程特性:物理线路工作规程和时序的关系
数据:传送信息都实体,通常是有意义的符号序列
信号:数据在传输过程的存在形式,数据的电气/电磁的表现
信源:产生和发送数据的源头
信宿:接收数据的重点
信道:信号的传输媒介
单工通信:只有一个方向的通信,需要一条信道
半双工通信:通信的双方都可以发送或接收信息,但任何一方都不能同时发送和接收,需要两条信道。
全双工通信:通信双方可以同时发送和接受信息,需要两条信道。
串行传输:速度慢,费用低,适合远距离
并行传输:速度快,适合短距离
码元是指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,这个时长内的信号称为k进制码元,而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时(M大于2),此时码元为M进制码元。
1码元可以携带多个比特的信息量。例如,在使用二进制编码时,只有两种不同的码元,一种代表o状态,另一种代表1状态。
速率也叫数据率,是指数据的传输速率,表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。
1)码元传输速率:别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等,它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数(也可称为脉冲个数或信号变化的次数),单位是波特(Baud)。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。这里的码元可以是多进制的,也可以是二进制的,但码元速率与进制数无关。
2)信息传输速率:别名信息速率、比特率等,表示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) 。
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。
表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”,常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s。
影响失真成都因素:码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量
信道带宽:信道能通过对最高频率和最低频率之差
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。
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。
混淆项:理想低通信道下的极限数据传输率 = 2Wlog_2V(b/s)
·在任何信道中,码元传输的速率是有上限的。
·信道的频带越宽(即能通过的信号高频分量越多),就可以用更高的速率进行码元的有效传输。
信噪比 = 信号的平均功率 / 噪声的平均功率,常记为S/N,并用分贝(dB)作为度量单位,即 10log_10(S/N)。
香农定理规定了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上限值
·信道的带宽或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就越高。
·对一定的传输带宽和一定的信噪比,信息传输速率的上限就确定了。
·只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率,就一定能找到某种方法来实现无差错的传输。
基带信号:将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示,再送到数字信道上去传输(基带传输)
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(宽带传输)。把基带信号经过载波调制后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)。
编码:数据转换为数字信号
调制:数据转换为模拟信号
·非归零编码(NRZ):编码容易实现,但没有检错功能,且无法判断一个码元的开始和结束,以至于收发双方难以保持同步。
·曼彻斯特编码:将一个码元分成两个相等的间隔,前一个间隔为低电平后一个间隔为高电平表示码元1;码元0则正好相反。也可以采用相反的规定。数据传输速率只有调制速率的一半。
·差分曼彻斯特编码:若码元为1,则前半个码元的电平与上一个码元的后半个码元的电平相同,若为0,则相反。该编码的特点是,在每个码元的中间,都有一次电平的跳转,可以实现自同步,且抗干扰性强于曼彻斯特编码。
·归零编码:信号电平在一个码元之内都要恢复到零
·反向不归零编码:信号电平翻转表示0,信号电平不变表示1
采样:将时间连续信号变为时间离散信号。要求使用香农采样定理
量化:将电平幅值转换为对应的数字值
编码:将量化结果转换为二进制编码
频分复用技术,提升信号频率
传输介质也称传输媒体,就是数据传输系统中发送设备和接收设备之间的物理通路。
导向性:双绞线(屏蔽双绞线、非屏蔽双绞线),同轴电缆,光纤(传递光脉冲,带宽较大。包括单模与多模光纤)
非导向性:无线电波(信号向所有方向传播,穿透能力强,可远距离传播)、微波(固定方向传播,通信频率高,频段范围宽)、红外线、激光(固定方向传播,将传输信号转换为信号格式后传播)
由于信号存在失真问题,需要对信号进行再生和还原,对衰减信号进行放大,以增加信号传输距离,延长网络长度。
对信号进行再生和还原
两端的网络部分是网段,适用于完全相同的两类网络互连
中继器只传输数据,不检查数据
两端的网段是同一个协议
对信号进行再生放大转发,对衰减的信号进行放大,接着转发到其他所有(除输入端口外}处于工作状态的端口上,以增加信号传输的距离,延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力,是一个共享式设备。
集线器不能分割冲突域;连在集线器上的工作主机会平分带宽