计网2

苟日新，日日新，又日新

物理层

物理层功能：通过物理设备和物理介质之间的接口技术，实现物理设备之间的比特流透明传输。
物理层服务：建立、维持和释放物理连接，并在物理连接上透明传输比特流。
物理层协议：接插件的标准化。

1. 机械特性：接口的尺寸、规格、插脚数
2. 电气特性：接口的信号电平、阻抗、传输速率
3. 功能特性：接口的信号线用途
4. 规程特性：接口的信号线在建立、维持、释放物理连接和传输比特流的时序

信号基础

• 单向通信（单工通信）：只有一个方向的通信而没有反方向的交互
• 双向交替通信（半双工通信）：双发都可以发信息，但是不能同发或同时接收
• 双向同时通信（全双工通信）：可以同发和同接
• 模拟信号：连续的信号
• 数字通信：离散的信号
• 基带信号：数字信号0和1用高低电平表示
• 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

数据通信中的几个指标

• 带宽（bandwidth）：信号占据的频率范围。信道带宽是值在该通信线路上能不失真的传送信号的频率范围。
• 信号传输速率：单位时间内传送信号波形的个数，单位为波特

F = 2B（baud） （F为最大采样率）

• 数据传输率：比特率，单位时间里传送二进制数据的位数
• 信道容量：一个信道传输数字信号的能力，数据传输率为标准，即为信道所能支持的最大数据传输速率。

波特和比特的关系
波特是码元的传输的速率单位，它说明每秒传输多少个码元.
码元是承载信息量的基本信号单位，可能包括多个1或多个比特的信息量。
1码元携带n bit 信息量，M Baud 码元数据传输速率为M*n b/s。

※信道的最大数据速率计算

• 尼奎斯特定理：（nuquist）
  理想信道、无噪声信道
  ++Cmax =2Blog2V（bps）++
  B ：带宽（Hz）
  V：离散级数
• 香农定理：（shannon）
  有噪声信道
  ++Cmax = Blog2(1+S/N) (bps)++
  S:信道内所传信号的平均功率
  N：信道内部的高斯噪声功率
  S/N：信噪比
  换算：（S/N）db =10 log10 （S/N）

---

传输介质

双绞线 Twisted Pair

可用于模拟传输，也可用于数据传输，带宽依赖于线的粗细和传输距离。

• 常用的有3类线，5类线，超5类线，6类线，甚至6类线
• 压线槽分为6P,8P,4P
• 双绞线的接线标准分为：EIA/TIA568A,EIA/TIA568B
  

同轴电缆 coaxial cable

分为非屏蔽双绞线 UTP(unshielded twisted pair)和屏蔽双绞线 STP （shielded twisted pair），区别在于线中加入了一个屏蔽层。

• 50Ω cable（数字传输）
  数字信号，时分复用
• 75Ω canle（模拟传输）
  模拟信号，频分复用

光纤 fiber optics

特点：

1. 依靠光波承载信息
2. 高传送速率，通信容量大
3. 传输损耗小，适合长距离传输
4. 抗干扰性能好，保密性好
5. 轻便

光纤又分为单模光纤和多模光纤

双绞线vs同轴电缆

性能上：

1. 双绞线价格便宜但中继器昂贵
2. 双绞线具备一定的抗干扰能力
3. 但劣质的传输器对传输品质影响大

距离上：

1. 双绞线对传输器的依赖较高
2. 双绞线传输器必须成对出现
3. 同等级传输设备速度不及同轴电缆

光纤

性能上：

1. 抗干扰能力强
2. 重量轻、体积小、高带宽、保密性能好
3. 耐腐蚀、寿命常
4. 工艺复杂，辅助设备成本高
5. 全面超越铜质传输电缆
6. 单模适合长距离，多模适合近距离。

---

公共电话交换网络

调制：将数字数据转换称模拟信号的过程
数据 data：运送信息的实体
编码：用数字信号承载数字或模拟数据
数据通信基本过程包括数据传输和通信控制两项内容

电话系统组成

• 本地回路 Local loops ：进入家庭的模拟双绞线
• 干线/中继线 Trunks ：连接交换局的数字光纤
• 交换局 Swithching office ：一条中继线被接入到另一条中继线

转换由调制解调器和编码解调器完成。

• 调制器：把要发送的数字信号转换为频率范围内的信号，相当于波形变换器
• 解调器：把电话用户线上传来的模拟信号转换为数字信号，相当于波形识别器

非对称数字用户线 ADSL

不对称数字用户线路实现带宽接入互联网的技术，充分利用现有的铜线资源，在一对双绞线上提供上行1Mbps,下行8Mbps的带宽，从而克服了传统用户在"最后一公里"的"瓶颈"，实现了真正意义上的宽带接入。
上行1Mbps，下行8Mbps

多路复用技术

条件：单条线路的信息传输能力远大于单一信息源的信息传输要求
定义：采用某种技术在一条线路上传输多个信号，且信号之间的传输相互不影响
优点：节约大量建设资金
分类：

1. 频分多路复用技术 FDM Frequency Division Multiplexing
   将一条线路的频带逻辑的划分成几个信道，每个用户独立拥有频率带
   例子：广播，ADSL
2. 时分多路复用技术 TDM Wavelength Division Multiplexing
   不同的信源使用不同波长的光波来传输数据
3. 码分多路复用技术 CDM Time Division Multiplexing

交换

分为包交换、报文交换、电路交换

• 包（分组）交换
  根据存储-转发机制，在线路上采用动态复用技术传送，按一定长度分割成小段数据，把来自用户端的数据暂存在交换机的存储器内，再在网内转发，到达接收端后，去掉分组头将数据按顺序重新装配成完整报文。
• 报文交换
  将用户的报文存储在交换机内的存储器中，当要输出的电路空闲时再把报文发出到终端。
  以报文为单位，可以多个用户同时在一条线路上传送，适用于短报文、实时性要求低的通信。
  分组交换比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好。
• 电路交换
  一方先发起呼叫，独占一条物理线，进行数据传输，当完成传输后，再释放连接。
  通信过程中需要一直占用电路，但是时延小，线路利用率低，通信率低，适用于信息量大，长报文。
  它特点是实时性强，时延小，交换设备成本较低。
  电路交换比较适用于信息量大、长报文，经常使用的固定用户之间的通信。

电路交换/包交换区别