二物理层

2.1物理层概述

物理层的作用：将比特从一台机器传输到另一台机器

2.2 数据通信基础

1.数据通信系统
《计算机网络》复习整理二物理层

信源（Source）：通信过程中产生和发送信息的设备或计算机
信宿（Destination）：通信过程中接收和处理信息的设备或计算机
发送器（Transmitter）:信号变换设备，将信息转换为信号，与接收器（Sink）通常集成在一起，称为调制解调器（Modem）
信道（Channel）：信源和信道之间的通信线路
2.主要技术指标
数据传输速率又称比特率，是指每秒能传输的二进制信息位数，单位b/s，或bps

N为一个码元所取的有效离散值的个数，也称调制电平数
T为数字脉冲信号的宽度(全宽码情况时)或重复周期(归零码情况时)，单位为秒
信号传输速率（B）
又称为码元速率、调制速率或波特率，它指的是每秒信号状态变化的次数或者通过信道传输的码元个数，单位为波特(Baud)
数据传输率与信号传输率的关系：
信道容量
代表信道传输数据的能力，即信道的最大数据传输率，单位是bit/s

3.奈奎斯特定理和香农定理

(1) 奈奎斯特定理

在理想低通信道中（不考虑噪声干扰），为了避免码间串扰，码元速率的极限值（B）和信道带宽（H）的关系为：B=2H
在码元传输速率最大时，可求出信道容量C：

(2) 香农定理
- 在有热噪声存在的情况下，信道容量C的计算公式为：
C=Hlog2(1+S/N)
其中，S/N为信道功率与噪声功率的比值，H为带宽

2.3 数据编码技术

数据分为：模拟数据和数字数据
信号分为：模拟信号和数字信号
1.数字数据的数字信号编码
（1）基本的数字信号编码
单极性不归零码有无电流（电压）为1 /0
双极型不归零码电流（电压）正负为1/0
单极性归零码 1表示有电流发完要归于0
双极型归零码
（2）曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码

曼彻斯特
中间跳变趋势：上跳为0 下跳为1
差分曼彻斯特
位开始处是否有跳变：分别对于比特0和比特1
(3) 4B/5B编码
2.模拟数据的数字信号编码
最常用：脉冲编码调制（Pulse Code Modulation, PCM）

2.4 数据交换技术

目前常采用的交换技术主要有两类
- 电路交换（Circuit Switching）和存储转发交换（Store and Forward Switching）
  - 电路交换数据传输的三个极端
    - 电路建立----数据传输----电路释放
  - 存储转发交换
    - 不需要建立专用通信线路
    - 中间交换结点收到信源方向传来的数据时，先在本地暂存，然后根据输出端口的状态选择合适的输出线路进行转发。
    - 根据交换时传输数据单位的大小，存储转发交换又分为报文交换和分组交换。
      报文交换：报文长度大小不受限
      分组交换：分组大小一定

2.5 多路复用技术

当传输介质的带宽或容量超过传输单一信号的需求时，为了有效地利用通信线路，可以采用多路复用技术（Multiplexing）把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输，从而节省电缆安装维护和通信的费用。
分类
频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）
（打电话的波）
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时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）

将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用，一个复用的信号占用一个时间片
TDM中，按信号占用时隙是否固定可变，分为同步时分多路复用和异步时分多路复用

码分多路复用（Code Division Multiplexing，CDM）

真正的动态复用技术，它既共享信道的频率，又共享时间
抗干扰能力强
码片序列应满足任意两个码片序列都必须是两两正交

(1) 码片序列S和T的内积（S•T）均为0，即：
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(2) 任何码片序列与自己的内积（S•S）均为1，即：

某个节点想要接收节点X发送的数据时X的码片序列是s和信道中收到的叠加信号p，计算sp就可以知道X发送的值：sp=0说明X没有发送信号，sp=1，说明X发送了1，sp=-1说明X发送了0；

2.6 传输介质

引导性传输介质
磁介质、双绞线、同轴电缆、电力线、光纤
无线传输
电磁频谱、无线电传输、微波传输、红外传输、光通信
通信卫星
地球同步卫星、中地球轨道卫星、低地球轨道卫星、卫星与光纤

2.7 物理层协议

物理层上的协议有时也称为接口
规定了与建立、维持及断开物理信号有关的特性——机械特性、电气特性、功能特性和规程特性
数据终端设备（Data Terminal Equipment, DTE）：具有数据处理能力和发送、接收数据能力的设备，如PC
数据通信设备（Data Communication Equipment, DCE）：在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接，如调制解调器

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