物理层

物理层

奈奎斯特定理（奈氏准则）

理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2V

• V=有多少种不同的码元
• 给出了码元传输速率限制，没有给出比特传输速率限制
• 信道的频带越宽，就可以用更高的速率进行码元传输
• 要提高数据的传输速率，就必须设法使每个码元携带更多个比特的信息量

香农定理

在带宽受限且有噪声的信道中，极限数据传输速率=Wlog2(1+S/N)

• 信道的带宽或信噪比越大，信息的极限传输速率越高
• 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就能找到某种方法来实现无差别的传输
• 实际能够达到的传输速率比香农极限传输速率低不少
• 要提高数据传输速率，就要提高信噪比

信道：模拟信道和数字信道；无线信道与有线信道

数字数据（数字信号）：取值仅允许有限的几个离散数值的数据（或信号）

模拟数据（模拟信号）：连续变化的数据（或信号）

基带传输：将数字信号1和0直接用两种不同电压表示，然后在数字信道上传输。（近距离）

宽带传输：将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号，然后在模拟信道上传输。（远距离）

编码与调制

编码：数字数据编码为数字信号****

NRZ不归零

曼彻斯特：可用于同步，数据传输率只有调制速率1/2

差分曼彻斯特编码：用于局域网，自动同，抗干扰强

NRZI反向不归零：0代表信号反转，1代表信号不变

调制：数字数据调制为模拟信号

ASK幅移键控，FSK频移键控，PSK相移键控，QAM正交振幅调制

（PCM）脉冲编码调制：模拟信号编码为数字信号

抽样，量化，编码

f 采样频率 >= 2f 最高频率

模拟数据调制为模拟信号

放大器：将衰弱的模拟信号放大再生

频分复用技术

三种信道交换方式

电路交换

两个结点建立一条专用物理通信线路，在整个数据传输期间一直被独占。分为建立连接，数据传输，释放连接。

优点：

• 通信时延小，实时性强
• 数据顺序传送
• 全双工通信，无冲突
• 控制简单

缺点：

• 建立连接时间长
• 线路独占
• 灵活性差，出了故障，就必须重新拨号建立连接
• 无差错控制

报文交换

以报文为数据交换单位，交换结点采用存储转发，报文长度不一。

优点：

• 无需建立连接
• 动态分配线路
• 提高线路可靠性
• 提高线路利用率
• 提供多目标服务

缺点：

• 转发有时延，实时性差
• 报文长度无限制，网络结点需要较大的缓存空间

分组交换

将报文分割成若干较短的分组传送，采用存储转发

优点：（角度：时延，利用率，存储，出错）

• 无建立连接时延
• 提高线路可靠性
• 线路利用率高
• 相比报文交换，简化了存储管理
• 加速传输

缺点：

• 存在转发时延
• 分组增加控制信息

分组交换分类

虚电路方式：

结合数据报与电路交换的优点，建立逻辑上相连的虚电路

三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放

• 建立连接和释放连接需要时间开销。
• 分组不携带源地址，目的地址，但有虚电路号。
• 保证分组有序到达
• 提供可靠的通信功能
• 节点故障会导致虚电路破环
• 链路可以有多条虚电路

数据报方式：

不是事先为分组确定传输路径

• 不需要建立连接
• 分组需要源地址，目的地址和分组号
• 不保证可靠性，尽最大可能交付
• 不保证分组有序到达
• 有转发时延
• 故障适应能力强
• 提高线路利用率高

物理层设备

中继器 （转发器）：将衰减的数字信号整形再生在转发出去。

工作在物理层，不能隔离冲突域，也不能隔离广播域。

“5-4-3规则”：5段通信介质，4个中继器，只有三段可以挂计算机。

不能互联两个物理层不同的网段（不是存储转发设备）

集线器（Hub）：多端口中继器。

工作在物理层，半双工状态

单工，半双工，全双工的区别

Simple Transmission单工：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需一条信道（收音机）

Half-Duplex半双工：通信双方都可以发送消息或接收信息，但不能同时发送和接收，需要两条信道（对讲机）

Full-Duplex全双工：通信双方可以同时发送和接收消息，需要两条信道（电话）