计算机网络--物理层

计算机网络--计算机网络概念

计算机网络--物理层

计算机网络--数据链路层

计算机网络--网络层

计算机网络--传输层

计算机网络--应用层

1. 基本概念

物理层的概念:物理层解决如何在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。

物理层的任务及其作用:确定与传输媒体接口有关的一些特性,即定义标准

物理层的特性

  • 一、机械特性:
    • 定义物理连接的特性,规定物理连接时所采用的规格接口形状引线数目引脚数量排列情况
  • 二、电气特性:
    • 规定传输二进制位时,线路上信号的电压范围阻抗匹配传输速率距离限制等。
      • 举例:某网络在物理层规定,信号的电平用 +10V~+15V(电压范围) 表示二进制0,用 -10V~-15V 表示二进制1,电线长度限于15m(距离限制) 以内;
  • 三、功能特性:
    • 指明某条线上出现的某一电平表示何种意义,接口部件的信号线的用途。
  • 四、规程特性:
    • (又称过程特性)定义各条物理线路的工作规程时序关系。

2. 数据通信基本知识

2.1 一个数据通信流程的例子

2.2 相关术语

通信的目的是为了传送消息!

  • 数据:传送信息的实体,通常是有意义的符号序列。
  • 信号:数据的电气/电磁的表现,是数据在传输过程中的存在形式
    • 数字信号:代表消息的参数取值是离散的。
    • 模拟信号:代表消息的参数取值是连续的。
  • 信源:产生和发送数据的源头。
  • 信宿:接收数据的终点。
  • 信道:信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质,因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
    • 信道:
      • 传输信号:模拟信道(传送模拟信号),数字信道(传送数字信号)
      • 传输介质:无线信道,有线信道

2.3 三种通讯方式

从通信双发信息的交互方式看,可以有三种基本方式:

  • 一、单工信道:
    • 只能由一个方向的通信而没有反向的交互,仅需要一条信道。
    • 举例:A 和 B 两个人,只能A 攻击 B ,B不能攻击A!
  • 二、半双工信道
    • 通信双方都可以发送或接收信息,但任何一方都不能同时发送和接收,需要两条信道。
    • 举例:A 和 B 两个人,A和B都可以互相攻击,但是当A攻击B的时候,B不能攻击A,当A攻击结束后,B才能攻击!
  • 三、全双工通信
    • 通信双方可以同时发送和接收信息,需要两条信道。
    • 举例:A 和 B 两个人可以相互同时攻击对方!

名称

英文

定义

需要信道条数

1.单工通信

Simplex

只能一个发一个收

一条

2.半双工通信

half-duplex

都可以发或者收,但是同一时间只能进行一个发送和接收

两条

3.全双工通信

duplex

都可以同时收发数据

两条

2.4 两种数据传输方式

传输方式

特点

串行传输

速度慢,省钱,适合远距离

并行传输

速度快,耗钱,适合近距离

2.5 码元(Symbol)

码元的定义:码元是指用一个固定时长信号波形(数字脉冲),代表离散数值的基本波形,是数字通信中数字信号的计量单位,这个时长内的信号成为k 进制码元。当有码元的离散状态有M个时,此时码元位M进制码元;

1个码元可以携带多个比特的信息量。例如,在使用二进制编码时,只有两种不同的码元状态,一种代表0状态,另一种代表1状态。

个人理解:码元就是在网线上传输的一个个信号段。码元的不同进制就是用来表示不同的数值的;

2.6 波特(Baud)

波特(Baud):用来指一秒可以传输多少个码元!

2.7 速率

分为码元传输速率信息传输速率

信息传输速率就是b/s,就是我们平常说的网速

码元可以理解为几个比特的集合,所以 信息传输速率(网速)= 码元传输速率x码元所带信息量(多少比特)

码元所带信息量(比特数)= log2(码元进制数)

2.8 带宽(Band Width)

用来表示最高数据速率。

练习题:

2.9 奈式准则(Nyquist)

是在理想状态下得出的结论

2.10 香农公式(Shannon)

是在有噪声的信道中得出的结论
 

2.11 基带信号和宽带/带通信号(Base band,pass band)

计算机网络中用的基带信号是数字信号

2.12 编码

将数据转化为数字信号
数字数据(digtal data)通过 数字发送器(digit emitter) 转化为 数字信号(digtal signal)
 


模拟数据(analog data)通过 PCM编码器(PCM coder) 转化为 数字信号 (digtal signal)

归零:高1低0

曼彻斯特:下1上0

反曼彻斯特:边界跳变0,没有跳变1

2.13 调制:数据转化为模拟信号(了解)

常用的调制方法:调频(AM),调频(FM),调相(PM)
 


模拟数据(analog data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)

数字数据(digtal data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)


2.14数据交换方式

  • 模拟电路
  • 报文交换(存储转发)
  • 分组转发(大多数计算机网络都不能连续地传送任意长的数据,所以实际上网络系统把数据分割成小块,然后逐
    块地发送,这种小块就称作分组( 组(packet))
  • 数据报方式
  • 虚电路方式

3. 物理层传输介质

传输介质分为导向性传输介质和非导向性传输介质

导向性传输介质

电磁波沿着固体媒介(铜线or光纤)被导向传播

非导向性传输介质

自由空间,如空气,水等等

3.1 常见的导向性传输介质

3.1.1 双绞线

根据有无屏蔽层分为**屏蔽双绞线(STP)*和*无屏蔽双绞线(UTP)

3.1.2 同轴电缆(Coaxial Cable)

3.1.3 光纤(Optical fiber)


根据入射角不同,又分为单模光纤和多模光纤

3.2 常见的非导向性传输介质

包括无线电波微波红外线激光


4. 物理层设备

4.1 中继器(RP repeater)

注释:5-4-3规则是为了限制中继器使用次数的,理由可见图
5是指不能超过5个网段
4是指在这些网段中的物理层网络设备(中继器,集线器)最多不超过4个
3是指这些网段中最多只有三个网段挂有计算机

4.2 集线器(Hub)

集线器是个大的冲突域,同时只能有两个设备进行通讯,只会传输信号,没有智能。


5. 本章思维导图

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