【计算机网络超强概念总结】第二章 物理层

一、数据通信基本概念

  1. 信源和信宿:一次通信中产生和发送信息的一端叫信源,接收信息的一端叫信宿。

  2. 信道:信源和信宿之间的通信线路称为信道。

  3. 数据:运送信息的实体。

  4. 信号:数据的电气的或电磁的表现。

  5. 模拟信号:是连续变化的电压或电流波形。

  6. 数字信号:是一系列表示"0"和"1"的电脉冲(码元)。

  7. 调制:把数字信号转换为模拟信号的过程。

  8. 解调:把模拟信号转换为数字信号的过程。

二、数据通信中的几个指标

  1. 信号传输速率(波特率):每秒钟发送的码元数目,单位为波特(baud)。

  2. 数据传输速率(比特率):每秒钟能传输的二进制位数,单位比特/秒(bps)。

  3. 信道容量:信道传输数字信号的能力,是信道所能支持的数据速率的上限。

  4. 带宽:本来是指信号具有的频带宽度,单位是赫(或千赫、兆赫、吉赫等);现在是数字信道所能传送的"最高数据率"的同义语,单位是"比特每秒"。

  5. 时延:一个报文或分组从一个网络(或一条链路)的一端传送到另一端所需的时间,分为发送时延、传播时延和处理时延。

三、数字调制技术

  1. 基带信号:将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示,然后送到线路上去传输。

  2. 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。

  3. 振幅键控(ASK):用载波的不同振幅来表示不同的二进制值。

  4. 频移键控(FSK):用载波频率附近的两个不同频率,分别表示两个二进制数(0 或 1)。

  5. 相移键控(PSK):用载波的相位(绝对值或变化)来表示数据。

  6. 正交调制 QAM:一种多元制振幅相位混合调制方法,可以获得更高的信息传输速率。

  7. 脉冲编码调制 PCM:将模拟信号转换为数字信号的过程,包括采样、量化和编码。

四、多路复用技术

  1. 频分多路复用(FDM):当信道的带宽大于各路信号的总带宽时,可以将信道分割成若干个子信道,每个子信道用来传输一路信号。

  2. 时分多路复用(TDM):将使用信道的时间分成一个个时间片,按一定规则将这些时间片分配给各路信号,每一路信号在自己的时间片内独占整个信道进行传输。

  3. 波分多路复用(WDM):同 FDM 类似,主要用于光纤通信中,是光的频分复用。

  4. 码分多路复用(CDMA):每个用户在同样的时间使用同样的频带进行通信,各用户使用经过特殊挑选的不同码型,彼此不会造成干扰。

五、数字信号编码

  1. 单极性码:用电压的有或无来表示二进制数。

  2. 双极型编码:用正、负电压分别表示两个二进制数 0 和 1,而且正和负的幅度相同。

  3. 不归零码:在一个码元的全部时间内,电压保持恒定。

  4. 归零码:在一个码元的全部时间内,非零电压的持续时间小于一个码元的时间,在一个码元的后半部分时间内,电压总是归于零。

  5. 曼彻斯特编码:每位中间有一个电平跳变,从低到高的跳变表示"0",从高到低的跳变表示"1"。

  6. 差分曼彻斯特编码:每位的中间有一个跳变,但它不是用这个跳变来表示数据的,而是利用每个码元的开始时有无跳变来表示"0"或"1"。

六、传输介质

  1. 导向性传输媒体:电磁波被导向沿着固体媒体传播,包括双绞线、同轴电缆、光缆。

    1. 双绞线:由两根按螺旋状扭合在一起的绝缘铜导线组成,分为屏蔽双绞线 STP 和无屏蔽双绞线 UTP。

    2. 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保护塑料外层组成,分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。

    3. 光缆:由能传导光波的石英玻璃纤维和保护层构成,分为多模光纤和单模光纤。

  2. 非导向性传输媒体:用自由空间作为传输介质来进行数据通信,包括地面微波接力通信、卫星通信、红外线与毫米波通信。

七、同步光纤网和同步数字系列(SONET/SDH)

  1. SONET:美国推出的同步光纤网数字标准,整个同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟,传输基本速率为 51.84Mb/s。

  2. SDH:ITU-T 以美国标准 SONET 为基础,制订出的国际标准同步数字系列,基本速率为 155.52Mb/s。

八、物理层特性

  1. 机械特性:指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。

  2. 电气特性:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。

  3. 功能特性:指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。

  4. 规程特性:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

九、物理层标准举例

  1. EIA-232-E 接口标准:美国电子工业协会 EIA 制定的著名物理层异步通信接口标准,是 DTE 和 DCE 间的接口标准。

  2. RS-449 接口标准:EIA 制定的新的接口标准,由 RS-449、RS-423-A 和 RS-422-A 三个标准组成。

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