1吹榴、物理層的基本概念

• 物理層解決如何在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流蔗怠，而不是指具體的傳輸媒體
• 物理層的主要任務(wù)描述為：確定傳輸媒體的接口的一些特性
  機(jī)械特性：例接口形狀，大小煌集，引線數(shù)目
  電氣特性：例規(guī)定電壓范圍（+5V或-5V）
  功能特性：例規(guī)定-5V表示為0，-5V表示為1
  過程特性：也稱規(guī)程特性，規(guī)定建立連接時(shí)各個(gè)相關(guān)部件的工作步驟

2威蕉、數(shù)據(jù)通信的基本知識

典型的數(shù)據(jù)通信模型

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• 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)線接到了調(diào)制解調(diào)器上通過公用電話網(wǎng)（廣域網(wǎng)）可以接到多個(gè)城市，在通過調(diào)制解調(diào)器將信號換成數(shù)字信號橄仍，然后計(jì)算機(jī)來接收
• 數(shù)字信號：就是01010101韧涨，網(wǎng)線上傳送數(shù)據(jù)時(shí)就是有電沒電有電沒電牍戚，或者電壓-5V+5V這樣，信號是跳躍的
• 模擬信號：信號是連續(xù)的
• 計(jì)算機(jī)發(fā)送信號給接調(diào)制解調(diào)器虑粥，調(diào)制解調(diào)器將信號變成模擬信號如孝，模擬信號就可以在廣域網(wǎng)中傳播了，家里面ADSL那個(gè)貓就是模擬信號

• 倆臺(tái)直接通過交換機(jī)連接的計(jì)算機(jī)不經(jīng)歷這個(gè)過程娩贷，直接是數(shù)字信號到數(shù)字信號

  
  
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3第晰、相關(guān)術(shù)語

• 通信的目的是傳送消息
• 數(shù)據(jù)（data）——運(yùn)送消息的實(shí)體
• 信號——數(shù)據(jù)的電氣或電磁的表現(xiàn)
  1、模擬信號 ——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的
  2彬祖、數(shù)字信號——代表消息的參數(shù)的取值是離散的
• 碼元——在使用時(shí)間域的波形表示數(shù)字信號時(shí)茁瘦，則則代表不同離散數(shù)值的基本波形就成為了碼元

• 在數(shù)字通信中常常 用時(shí)間間隔相同的符號來表示一個(gè)二進(jìn)制的數(shù)字，這樣的時(shí)間間隔內(nèi)的信號稱之為二進(jìn)制的碼元储笑，而這個(gè)間隔被稱之為碼元長度甜熔，1碼元可以攜帶nbit的信息量

  
  
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4、常用編碼

有關(guān)信道的基本知識

• 信道一般表示向一個(gè)方向傳送信息的媒體突倍，所以說咱們說平常的通信線路往往包含一條發(fā)送信息的信道和一條接收新的的信道
  單向信道（單工通信）：只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互
  雙向交替通信（半雙工通信）：通信的雙方都可以發(fā)送信息腔稀，但不能同時(shí)發(fā)送，當(dāng)然也不能同時(shí)接收
  雙向同時(shí)通信（全雙工通信）：通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送信息和接受信息

基帶信號和帶通信號

• 基帶信號（即基本頻道信號）：來自信源的信號羽历，像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或者圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號焊虏，基帶信號就是發(fā)出的直接表達(dá)了要傳輸?shù)男畔⒌男盘枺热缥覀冋f話的聲波就是基帶信號
• 帶通信號：把基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制后秕磷，把信號的頻率范圍搬移到 較高的頻段以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）

• 因此在傳輸距離較近時(shí)卸夕，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用基帶傳輸?shù)姆绞接捎谠诮嚯x范圍內(nèi)基帶信號的衰減不大悄泥，從而信號內(nèi)容不會(huì)發(fā)生變化，因此在傳輸距離較近時(shí)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用基帶傳輸?shù)姆绞剑鐝挠?jì)算機(jī)到監(jiān)視器楣嘁，打印機(jī)等外設(shè)的信號就是基帶傳輸?shù)?/p>
  

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對基帶數(shù)字信號的幾種調(diào)制方法

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常用編碼

• 單極性不歸零碼：只是用一個(gè)電壓值缴渊，用高電平表示1矢洲，沒電壓表示0

• 雙極性不歸零碼：用正電平和負(fù)電平分別表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的1和0绅喉，正負(fù) 賦值相等

• 單極性歸零碼：單極性歸零碼即是以高電平和零電平分別表示二進(jìn)制碼的1和o，而且在發(fā)送碼1時(shí)颈抚，高電平在整個(gè)碼元期間T只持續(xù)一段時(shí)間踩衩，其余時(shí)間返回零電平

• 雙極性歸零碼：正負(fù)零三個(gè)電平，信號本身攜帶同步信息
  

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• 曼徹斯特編碼：bit中間有信號贩汉，由低到高驱富，跳變?yōu)?，由高到低跳變?yōu)?
  采用曼徹斯特編碼匹舞，一個(gè)時(shí)鐘周期只可表示一個(gè)bit褐鸥，并且必須通過倆次采樣才能得到一個(gè)bit，但他能攜帶時(shí)鐘信號赐稽，且可表示沒有數(shù)據(jù)傳輸
  

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• 差分曼徹斯特編碼：bit中間有信號跳變叫榕，bit和bit之間也有信號跳變浑侥，表示下一個(gè)bit為0，bit和bit之間無信號跳變晰绎，表示下一個(gè)bit為1
  差分曼徹斯特編碼與曼徹斯特編碼相同寓落，但抗干擾性能強(qiáng)于曼徹斯特編碼
  

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奈氏準(zhǔn)則與香農(nóng)公式

信道極限容量

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奈氏準(zhǔn)則

• 1924年，奈奎斯特就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則荞下，他給出了在假定的理想條件下伶选，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值尖昏，
• 在任何信道中仰税，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜模駝t就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題抽诉，使接收端對碼元的判決（即使別）成為不可能
• 如果信道的頻帶越寬陨簇，也就是能夠通過的信號高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_

信噪比-香農(nóng)公式

• 香農(nóng)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限掸鹅、無差錯(cuò)的信息傳輸速率
  信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為
  C=Wlog2（1+S/N）b/s
  W為信道的帶寬（以hz為單位）
  S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率
  N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率
  
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物理層下面的傳輸介質(zhì)

導(dǎo)向傳輸媒體

• 導(dǎo)向傳輸媒體中塞帐，電磁波沿著固體媒體傳播

- 雙絞線：屏蔽雙絞線STP拦赠，無屏蔽雙絞線UTP

- 同軸電纜：50Ω同軸電纜用于數(shù)字傳輸巍沙，由于多用于基帶傳輸，也就叫做 基帶同軸電纜荷鼠，70Ω同軸電纜用于模擬傳輸句携，即寬帶同軸電纜

- 電纜

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網(wǎng)線

• 直通線：具體的線序制作方法是：雙絞線夾線順序是倆邊一致，統(tǒng)一都是：1：白橙允乐、2：橙矮嫉、3：白綠、4：藍(lán)牍疏、5：白藍(lán)蠢笋、6：綠、7：白棕鳞陨、8：棕
  注意倆端都是同樣的線序且一一對應(yīng)昨寞，這就是100M網(wǎng)線的做線標(biāo)準(zhǔn)，即568B標(biāo)準(zhǔn)厦滤，也就是我們平常所說的正線或者標(biāo)準(zhǔn)線援岩、直通線
• 直通線應(yīng)用最廣泛，這種類型的以太網(wǎng)電纜用來實(shí)現(xiàn)以下連接：
  1掏导、主機(jī)到交換機(jī)或集線器
  2享怀、路由器到交換機(jī)或集線器

交叉電纜

• 交換機(jī)到交換機(jī)
• 集線器到集線器
• 主機(jī)到主機(jī)
• 集線器到交換機(jī)

• 路由器直連到主機(jī)

  
  
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物理層下面的傳輸媒體

• 光線在光纖中的折射

  
  
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• 光纖的工作原理

  
  
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• 單模光纖和多模光纖
  單模光纖指只能傳輸一種電磁波模式，多模光纖只可以傳輸多個(gè)電磁波模式趟咆，實(shí)際上添瓷，單模光纖和多模光纖之分梅屉，也就是纖芯的直徑之分。單模光纖細(xì)仰坦，多模光纖粗履植，在有線電視網(wǎng)絡(luò)中使用的光纖全是單模光纖，其傳播性好悄晃，帶寬可達(dá)10GHZ玫霎，可以在一根光纖中傳播60套電視節(jié)目

  
  
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非導(dǎo)向傳輸媒體

• 非導(dǎo)向傳輸媒體就是指自由空間，其中的電磁波傳輸被稱為無線傳輸
  無線傳輸所使用的頻段很廣妈橄，短波通信主要靠電離層的反射庶近，但短波信道的通信質(zhì)量較差

• 微波在空間主要是直線傳播
  1、地面微波接力通信
  2眷蚓、微信通信

  
  
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物理層設(shè)備——集線器

• 工作特點(diǎn)：它在網(wǎng)絡(luò)中只起到信號放大和重發(fā)作用鼻种，其目的是擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍，而不具備信號的定向傳送能力
• 最大傳輸距離：100m
• 集線器是一個(gè)大的沖突域

信道復(fù)用技術(shù)

信道復(fù)用技術(shù)基本概念

• 復(fù)用是通信技術(shù)中的基本概念沙热，信道復(fù)用是指將多個(gè)信息在一個(gè)信道上傳輸叉钥，將資源充分利用好

  
  
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頻分復(fù)用FDM

• 用戶在分配到一定的頻帶后，在通信過程中自始至終都占用這個(gè)頻帶

• 頻分復(fù)用的所有用戶在同樣的時(shí)間占用不同的帶寬資源（請注意篙贸，這里的“帶寬是頻率帶寬而不是數(shù)據(jù)的發(fā)送速率”）

  
  
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• 實(shí)際過程中的頻分復(fù)用

  
  
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  第一個(gè)聲波的頻率是f1投队，通過調(diào)制解調(diào)器解調(diào)為A頻率，發(fā)送在+那爵川，以此類推敷鸦，最后在+那將對個(gè)頻率合成最后總信號在信道中傳輸
  例：

  
  
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時(shí)分復(fù)用TDM

• 時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長的的時(shí)分復(fù)用幀，每一個(gè)時(shí)分復(fù)用的用戶在每一個(gè)TDM幀中占用固定序號的時(shí)隙
• 每一個(gè)用戶所占用的時(shí)隙是周期性地出現(xiàn)（其周期就是TDM幀的長度對應(yīng)的時(shí)間）

• TDM信號也稱為等時(shí)信號寝贡，時(shí)分復(fù)用的所有用戶是在不同的時(shí)間占用同樣的頻帶寬度

  
  
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• 時(shí)分復(fù)用傳數(shù)據(jù)

  
  
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• 時(shí)分復(fù)用可能會(huì)造成線路資源的浪費(fèi)扒披，使用時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)傳送計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)時(shí)，由于計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的突發(fā)性質(zhì)圃泡，用戶對分配到的子信道的利用率一般是不高的

  
  
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統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用

• 在a信道加一個(gè)標(biāo)記碟案，然后根據(jù)標(biāo)記在過濾出來

  
  
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波分復(fù)用

• 波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用

  
  
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數(shù)字傳輸技術(shù)（廣域網(wǎng)的傳輸）

• 脈碼調(diào)制PCM體制最初是為了在電話局之間的中繼線上傳送多路的電話，由于歷史上的原因颇蜡，PCM有倆個(gè)互不兼容的國際標(biāo)準(zhǔn)价说，即北美的24路PCM（簡稱T1）和歐洲哦30路PCM（簡稱為E1），我國采用的是歐洲的

• E1的速率是2.048Mb/s澡匪，T1的速率是1.544Mb/s

  
  
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• 在北京有一個(gè)局域網(wǎng)熔任，在上海有一個(gè)局域網(wǎng)，局域網(wǎng)之間要想通信唁情，需要廣域網(wǎng)連接疑苔，連廣域網(wǎng)的線可以接網(wǎng)絡(luò)也可以接電話

  
  
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• 聲波通，過采樣器一秒采樣8000次甸鸟，形成碼元惦费，一個(gè)碼元代表8位二進(jìn)制數(shù)兵迅，最后一個(gè)聲波所需要的流量為8000*8=64k

  
  
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寬帶接入技術(shù)（網(wǎng)民通過什么技術(shù)可以接入internet）

• 使用ADSL（非對稱數(shù)字用戶鏈路）撥號上網(wǎng)

• 通過電話線接internet，電話線這頭接分離器薪贫，電話接一頭恍箭，另一頭接貓，連接計(jì)算器

  
  
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  以上是如何實(shí)現(xiàn)的呢????

• 原理
  標(biāo)準(zhǔn)模擬信號的頻帶被限制在300_{3400Hz的范圍內(nèi)瞧省，但用戶線本身實(shí)際可通過的信號頻率仍然超過1MHz扯夭，ADSL技術(shù)就把0}4kHz低頻頻譜留給傳統(tǒng)電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網(wǎng)用
  解釋：通過電話線上網(wǎng)鞍匾，電話線能通過的頻率是0-1MHz交洗，越大頻率越高，打電話信號的頻率為300-3400Hz橡淑，這些以后的高頻并沒有用上构拳，ADSL上網(wǎng)就是用后面的這些高頻來傳輸上網(wǎng)的這些數(shù)據(jù)，
  
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• ADSL使用的DMT技術(shù)
  DMT調(diào)制技術(shù)采用頻分復(fù)用的方法梁棠，把40kHz以上一直到1.1MHz的高頻頻譜劃分為許多的子信道置森，其中25個(gè)子信道用于上行信道（上網(wǎng)），而249個(gè)子信道用于下行信道（從網(wǎng)上下載東西）

• 每個(gè)子信道占據(jù)4kHz帶寬并使用不同的載波（即不同的音調(diào)）進(jìn)行數(shù)字調(diào)制符糊，這種做法相當(dāng)于在一對用戶線上使用許多小的調(diào)解器并行的傳送數(shù)據(jù)

  
  
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• ADSL上網(wǎng)機(jī)制

  
  
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光纖同軸混合網(wǎng)HFC

• HFC網(wǎng)是目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng)CATV的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)

• HFC網(wǎng)除可傳送CATV外凫海，還提供電話、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)濒蒋，現(xiàn)有的CATV網(wǎng)是樹型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的同軸電纜網(wǎng)絡(luò)盐碱，它采用模型技術(shù)的頻分復(fù)用對電視節(jié)目進(jìn)行單向傳輸把兔，而HFC網(wǎng)則需要對CATV網(wǎng)進(jìn)行改造
  在現(xiàn)有大型小區(qū)沪伙，有有線電視連接

  
  
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• HFC優(yōu)點(diǎn)
  1、具有很寬的頻帶
  2县好、能夠利用已經(jīng)有相當(dāng)大的覆蓋面的有線電視網(wǎng)