物理层——计算机网络学习笔记二

目录

物理层的基本概念

数据通信的基础知识

物理层下面的传输媒体

信道复用技术

图片大部分来源于谢希仁《计算机网络》教材配套的ppt。

这一样都是介绍一下概念性的东西，了解一下就行，就重要性而言不如后面的内容。

• 物理层的作用：考虑如何才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据，尽可能的屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异

• 主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性

物理层的基本概念

数据通信的基础知识

• 数据通信系统的模型

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• 有关信道的几个基本概念

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• 信道的极限容量

  • 实际的信道与理想信道不同，在传输信号的过程中会产生各种失真和受到多种干扰，码元传输速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形失真就越严重，所以我们需要很细信道的极限容量来知道码元传输速率多少合适。

  • （1924年）奈奎斯特准则，给出了在假定理想情况下，为避免码间串扰，码元的传输速率的上限。

  • 1984年，香农推导出带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的迹象、无差错的信息传输速率（香农公式）

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物理层下面的传输媒体

• 导引型传输媒体

  • 基本概念

    • 传输媒体：也称传输介质，它是数据传输系统在发送器和接收器之间的物理通路（比如光纤，铜线） 导引型传输媒体：电磁波被导引这沿固体媒体传播（如光纤和铜线） 非导引型传输媒体：值电磁波在自由空间中传播。比如：手机信号在空气中传播，一直传到信号塔。

  • 双绞线：最常用的传输媒体。

  • 同轴电缆：具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据

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  • 光纤：光纤通信的传输媒体

• 非导引型传输媒体

信道复用技术

• 频分复用、时分复用和统计时分复用

  • 复用：一种允许用户使用共享信道进行通信，以此降低成本提供信道利用率的通信技术

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  • 频分复用：将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用着这个频带进行通信。也就是说，频分复用的用户在相同时间占用不同的频带进行通信。 时分复用：将时间划分成多段等长的时分复用帧（TDM帧），每个时分复用的用户占用一个TDM帧中固定序号的时隙。也就是说，时分复用的用户在不同时间占用相同的频带宽度进行通信。

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  • 由于计算机数据的突发性，有些用户可能在某一时间段并不怎么用这个信道，那么该时分复用帧中分配给该用户的时隙就只能处于空闲的状态，这找出的信道资源的浪费，因此，但是了一种“统计时分复用技术”（STDM） STDM帧可以按需动态的分配时隙，有效的提升了线路的利用率。

• 波分复用

• 码分复用：在码分复用中，每个用户都被分配一个唯一的码（或者序列），这个码被用来对用户的数据进行编码。当数据传输时，系统会使用这些码将用户的数据编码成扩展的序列，然后将所有用户的编码数据混合在一起发送。接收端知道自己的唯一码，并使用它来解码接收到的信号，以提取出属于自己的数据。 它允许多个用户同时共享同一频段，并通过编码技术将它们的数据分离开来，从而实现在相同的时间和频率资源上进行多用户的并行传输。

• 扩频通信

  • 基本概念：码片序列：将要发送的1bit信息，用某一个序列来表示。

  • 由于这样转换，原来要发送的数据量由原来的b变成mb，所占用的频带宽度也提高到原来数值的m倍，这种方式就被叫做扩频通信。

  • 扩频通信的主要特点包括： 抗干扰性强：由于扩频信号的能量被分散到较大的频带上，单个窄带干扰对扩频信号的影响较小，从而提高了信号的抗干扰性能。 保密性高：扩频通信中使用的扩频码具有良好的随机性和复杂性，使得未经授权的用户难以识别和解码信号，从而提高了通信的保密性。 多用户能力强：扩频通信允许多个用户共享同一频谱资源，每个用户使用不同的扩频码，因此可以实现多用户之间的并行传输，提高了系统的多用户容量。 低截获概率：由于扩频信号的能量在较大的频带上分散，使得截获和干扰者需要大量的功率和带宽才能有效地截获和解码信号，因此扩频通信具有较低的截获概率。

  • 一个例子：

宽带接入技术

• 宽带接入技术指的是通过宽带网络将用户连接到互联网或其他广域网络的技术。从宽带接入的媒体来看，宽带接入技术可以分为两类：有线宽带接入和无线宽带接入，下面主要介绍有线宽带接入技术。

  • 有线宽带接入

    • ADSL技术

      • DSL，是数字用户线Digital Subscriber Line的缩写。而ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)就是非对称数字用户线。这种技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户进行改造，把原来没被利用的高端频谱留给用户上网使用，使它能够承载宽带业务。 ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径（线越细，信号传输时的衰减就越大）

      • 我国目前采用的方案是DMT离散多音调 调制技术。“多音调”，就是多载波的意思。而所谓DMT调制技术，就是采用频分复用的方法，把一段高频频谱划分成许多子信道，其中一部分用于上行传输，一部分用于下行传输

      • 由于不同用户线的具体条件往往相差很大，因此ADSL还采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率，当前第二代的ADSL技术，可以通过提高调制效率得到了更高的数据率，同时采用无缝速率自适应技术，能在不中断通信和不产生误码的情况下，自适应地调制数据率。

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    • 光纤同轴混合网（HFC网）

      • HFC王就是在有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。

      • HFC网的结构： HFC网将原来网络中的同轴电缆主干部分换位光纤，并使用模拟光纤技术，模拟光纤从头端连接到光纤节点。在光纤节点光信号被转换为电信号，在光纤节点以下就是同轴电缆

    • FTTx技术

      • FTIx 表示 Fiber To The...(光纤到..)，代表多种宽带光纤接入方式。例如: 1.光纤到户 FTTH(Fiber To The Home):光纤一直铺设到用户家庭可能是居民接入网最后的解决方法。 2.光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building):光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。 光纤到路边 FTTC(Fiber To The Curb):光纤铺到路边，从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。