计算机网络-第二章【新】

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物理层的基本概念

物理层 考虑的是"怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流"，而不是指具体的传输媒体

用于物理层的协议 称为"物理层规程"

物理层的主要任务特性：

机械特性：接插件的标准化的规定

电气特性：接口电缆的各条线的电压范围

功能特性：某条线上的某一条电平电压的意义

过程特性：不同功能的各种可能事件的出现顺序

数据在通信线路(传输媒体 )上的传输方式一般是"串行传输"

数据通信的基础知识

数据通信系统的模型

上图所示，一个数据通信系统 可分为三大部分，即"源系统 "(发送端、发送方 )、"传输系统 "(传输网络 )、"目的系统 "(接收端、接收方)

源系统一般包括以下两个部分：

源点：源点设备产生要传输的数据
发送器：源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输

目的系统一般包括以下两个部分：

接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息
终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出

一些常用术语：

消息：语音、文字、图像、视频等都是消息
数据：运送消息的实体
信号：数据的电气或电磁表现

信号可分为两大类：

模拟信号 (连续信号 )：代表消息的参数的取值是连续的
数字信号 (离散信号 )：代表消息的参数的取值是离散的

有关信道的几个基本概念

信道一般用来表示某一个方向传送信息的媒体

因此，一条通信电路 往往包含一条发送信道 和接收信道

信道信息交互的方式：

单向通信(单工通信)：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互
双向交替通信(半双工通信)：通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(也不能同时接收)，这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后可以再反过来
双向同时通信(全双工通信)：通信的双发可以同时发送和接受信息

调制分为两类：

基带调制(编码)：基带信号变换后仍然是基带信号

带通信号(带通调制)：使用载波进行调制，把基带信号转换为模拟信号

常用编码方式：

信道的极限容量

信道能够通过的频率范围

在带宽为W(Hz) 的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是2W(码元/秒)

例如：信道的带宽为4000Hz，那么码元的最高传输速率是"每秒8000个码元"

信噪比

信噪比 就是信道的平均功率和噪声的平均功率之比 ，常记为S/N ，通常使用分贝 (dB)作单位

信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高

物理层下面的传输媒体

传输媒体 也称为传输介质或传输媒介，它是数据传输系统 中在发送器和接收器之间的物理通路

传输媒体可分为两大类：

导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体媒体传播

非导引型传输媒体：非导引型传输媒体就是自由空间

导引型传输媒体

双绞线

双绞线 也称为双扭线 ，把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法"绞合"在一起构成双绞线

无屏蔽双绞线UTP价格较便宜

屏蔽双绞线：用于数据传送速率增高时

同轴电缆

同轴电缆由内导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及绝缘保护套层组成

光缆

光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要有纤芯和包层构成双层通信圆柱体

光纤特点：

传输损耗小，中继距离长

抗雷电和电磁干扰性能好

无串音干扰

体积小，重量轻

非导引型传输媒体

无线电波在自由空间的传播(WIFI)

实现远距离通信的两种方法：

微波接力：在一条微波通信信道的两个终端之间建立若干个中继站，传播时延较小

卫星通信：利用人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信，传播时延较大

信道复用技术

使用复用器将多条信道合并成一条共享信道

复用有五种：

频分复用FDM：频分复用的各路信号在同样的时间占用不同的带宽资源

时分复用TDM：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度

统计时分复用STDM：时分复用的改进，明显提高信道利用率

码分复用CDM：码分复用信道为多个不同地址的用户所共享

波分复用：在一根光纤上复用多条光载波信号路数

数字传输系统

早期的数字传输系统的缺点：

速率标准不统一

不是同步传输

为了解决上面的问题，推出了一个数字传输标准"同步光纤网SONET"

宽带接入技术

ASDL技术

非对称数字用户线ASDL技术是用数字技术对现有模拟电话的用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务

ASDL的传输距离取决于数据率和用户线的路径(用户线越细，信号传输时的衰减就越大)

基于ASDL 的接入网由："数字用户线接入复用器 "、"用户线 "、"用户家的设施"

数字用户线接入复用器包括许多"ADSL调制解调器"

ADSL调制解调器 又称为接入端接单元ATU

光纤同轴混合网(HFC网)

**光纤同轴混合网(HFC网)**是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网

为提高传输的可靠性和电视信号的质量，HFC把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤

光线从头端连接到光纤节点

要使现有的模拟电视机能够接收数字电视信号，需要把一个叫做"机顶盒"的设备连接在同轴电缆和用户的电视机之间。

FTTx技术

光纤到户FTTH把光纤一直铺设到用户家庭

只有在光纤进入用户的家门后，才把光信号转换为电信号，这样做就可以使用户获得最高的上网速率

现在还有多种宽带光纤接入方式，称为FTTx，表示Fiiber To The ...

这里字母x可代表不同的光纤接入地点，实际上，光电进行转换的地方，可以在用户家中(这是x就是H)，也可以在路边(FTTC-Curb)

为了有效地利用光纤资源，在光纤干线和广大用户之间，还有需要铺设一段中间的转换装置即"光配线网ODN "，使得数十个家庭用户能够共享一根光纤干线。"无源"表明在光配线网中无须配备电源，因此这种网络叫作"无源光配线网 "(无源光网络PON)