计算机网络 第二章:物理层

一、 基本概念

1.1 物理层作用、要解决的问题

第一章提到过,物理层要解决的问题是:用什么信号传输比特0和1?

现在的计算机网络有很多传输媒体,物理层的作用就是尽可能的屏蔽掉这些传输媒体的差异,这样就能更好地为数据链路层提供服务。

那么传输媒体有哪些呢?⬇️

1.2 传输媒体有哪些

**双绞线:**是两根绝缘的铜线绞合构成的。几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。

光纤:1.单模光纤:

2.多模光纤

​​​​​​​

不适合远距离传输

1.2 一些特性

(1)机械特性

接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目等......

(2)电气特性

接口电缆上各条线的电压范围

(3)功能特性

某一电平的电压的意义

(4)过程特性

不同功能的各种事件的出现顺序

1.3 关于信道

信道是向某个方向传送信息的媒体,因此一条通信道路往往有两条信道

1.3.1 通信的几种方式

**(1)单向通信/单工通信:**只有一个方向的通信,例如广播。

**(2)双向交替通信/半双工通信:**只能交替发送信息,不能同时,例如对讲机。

**(3)双向同时通信/全双工通信:**可以同时向对方发送信息,例如电话,两个人能同时讲话。

  1. 也可以按连接方式分类:可以分为串行和并行。在远距离传输中使用串行;在计算机内部,例如CPU与内存之间等,使用并行

1.3.2 调制与编码

1.调制

基带信号:来自信源的信号称为基带信号。

**调制:**基带信号里面有些信号没法传送, 比如太低频的分量,为了解决这个问题就要对基带信号进行调制。

调制的两类:

  1. 一种是调制变换他的波形,让他能适应信道然后成功发送,那它依旧是基带信号。数字信号转换成另一种形式的数字信号,这就叫做编码

2.另一种使用载波调制(叫带通调制),把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换为模拟信号,调制后的信号叫带通信号

2. 编码
习题

10BaseT=10Mb/s

1.3.3 码元传输速率

前面我们提到过物理层就是为了更好地服务数据链路层,所以我们要让选择的传输媒体传输过程更稳定,出错率、误差更小。

传输媒体质量越差,接收端波形就失真越严重。失真过大就会无法识别。(人家跟你说明天开会,你听到的只有电流声那不完蛋了吗)除了质量问题,还会有别的问题,例如码元传输速率太快,距离问题,或者有噪声干扰。

一般传输码元传输速率的因素有以下两个 :

(1)信道能通过的频率范围

信道能通过的频率是有限制的,过高的无法通过,就会被衰减一点让他不那么高。就相当于本来我们说话的时候本来每个字音调都不一样,但它现在要求必须都一样,那听起来就会让人觉得这个人含糊不清。也就指码元之间失去了清晰界限,叫"码间串扰"。

为避免码间串扰诞生了**"奈式准则"**,⬇️

但是这是理想条件,因为不可能没有噪声,所以我们还要知道一个东西-信噪比

**(**2)信噪比

信噪比就是 信号的平均功率:噪声的平均功率 常记为S/N

但通常大家都用分贝作声音的单位:

信噪比(dB) = 10log10(S/N) (dB )

后来有人推出了信道的极限信息传输率C,也就是香农公式

C = Wlog2(1+S/N) (bit/s)

​​​​​​​W:信道带宽,S:信号在信道内平均功率,N:信道内高斯噪声功率。上述公式说明信噪比越大,信息的极限传输速率就越高。(很好理解,就是在信道内信号传输的有效的多,噪声干扰少,极限传输速率就更高呗)

那么对于固定的带宽,信噪比,我们能怎么提高码元的传输速率呢?

这个问题就像你去倒垃圾,如果垃圾袋的大小是固定的,你从出发点到垃圾桶的距离也是固定的,那你怎么做到极限传输呢。那就一次多提几个垃圾袋呗。

因此,我们要,让每个码元携带更多的信息(奈式准则​​​​​​​)。

例如,之前一个码元只携带一个比特,现在一个码元携带三个bit,那就可以表示八种信号,信息量提高了。

(3)传输速率相关习题
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