计算机网络——物理层

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一个数据通信系统划分为三大部分,即“源系统”,“传输系统”,“目的系统”。

 

”源系统“通常包括以下两部分:

2.1 物理层基本概念

源点:源点设备产生要传输的数据,比如在PC机的键盘输入汉字,PC机产生输出的数字比特流。

将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性:

发送器:数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输,典型的发送器就是调制解调器,也就是我们俗称的”猫“。

  1. 机械特性 
指明接口所有接线器的形状和尺寸,引脚数目和排列、固定和锁定装置等等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化规定。

”目的系统“通常也包括以下两部分:

  2.电器特性  指明在接口电缆的各条线上出现的电压范围

接收器:接受发送过来的信号,并转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器也是调制解调器,它把来自线路上的模拟信号进行解调。还原成原始的”数字比特流“。

  3.功能特性   指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义

终点:终点设备从接收器获取传来的数字比特流,然后把信息输出

  4.过程特性   指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

比如我们常用TCP/IP的五层架构,获取到数字比特流,物理层获取到比特流,然后传给数据链路层转换为”帧“,然后传给网络层转换为”包“,然后传在传输层转换为”段“,然后给应用层,应用层把数据展示。

 

通信目的是传输消息,有可能是
文字,音频,图片,视频,文件,等等。数据是运送消息的实体。信号则是数据的电气或电磁的表现。

数据在计算机中多采用并行传输方式,但数据在通信线路上的传输方式一般都是串行传输,即逐个比特按照时间顺序传输。因此物理层还要完成传输方式的转换。

1.模拟信号或连续信号—代表信号的取值是连续的。

 

2.数字信号或离散信号—代表信号的取值是离散的。

2.2.1  数据通信系统的模型

信道的基本概念

  一个数据通信系统可以划分为三大部分,即源系统(或发送端,发送方)、传输系统(或传输网络)和目的系统(或接收端,接受方)。如下图的数据通信系统模型

从通信的双方信息交互来看。信道可分为三种。

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1.单向通信,又称为单工通信,就是只有一个方向的通信而没有反方向的交互,无线电广播及有线电广播都属于这一类型。

源系统一般包括以下两个部分:

2.双向交替通信,又称为半双工通信,即通信双方都可以发送消息,但双方不能同时发送,当然也不能同时接受,只能是一方发送,一方接收。

  源点:源点设备产生要传输的数据。源点又称为源站或信源

新澳门萄京娱乐场官网,3.双向同时通信,又称为全双工通信,即双方可以同时发送和接收信息。

  发送器:通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输

来自信源的信号称为”基带信号“,就比如计算机输出的 文字 图片
视频等数据信号都属于基带信号。基带信号一般都带有低频成分,甚至还有直流成分,许多信道并不能直接传输这种低频分量或直流分量,所以一般都会对基带信号进行调制。

  接收器:接受传输系统传过来的信号,并把它转换为能够被目的设备处理的信息

  终点:终点设备从接收器获取传过来的数字比特流,然后把信息输出。重点又称目的站,或信宿

 

通信的目的是传送消息,数据是传送消息的实体,信号则是数据的电气的或电磁的表现

根据信号中代表消息的参数的取值方式不同,信号可分为两大类:

1.模拟信号,或连续信号——代表消息的参数是连续的

2.数字信号,或离散信号——代表消息的参数的取值是离散的

 

2.2.2 有关信道的几个基本概念

  信道和电路并不等同。信道一般都是用来表示向着某一方向传送信息的媒体。因此,一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接受信道。

  从通信的双方信息交互的方式来看,可以有以下三种基本方式:

    1.单向通信
 又称为单工通信,即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

    2.双向交替通信  
又称为半双工通信,即通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送(当然也就不能同时接受)。这种通信方式是一方发送另一方接受,过一段时间后在反过来

    3.双向同时通信
 又称为全双工通信,即通信的双方可以同时发送和接受信息

单向通信只需要一条信道,而双向交替通信活双向通信则需要两条信道(每个方向各一条),显然双向同时通信的传输效率最高

    最基本的带通调制方法有:

      1.调幅(AM),即载波的振幅随基带数字信号而变化。列如,0或1分别对应于无载波或有载波输出

      2.调频(FM),即载波的频率随基带数字信号而变化。例如,0或1分别对用于频率f1或f2

      3.调相(PM),即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如,0或1分别对应于相位0度或180度

    为了达到更高的信息传输速率,必须采用技术上更为复杂多元制的振幅相位混合调制方法。例如,正交振幅调制QAM

 

 2.2.3  信道的极限容量

  数字通信的优点是:在接收端只要我们能从失真的波形识别出来原来的信号,那么这种失真对通信质量就没有影响。码元传输的速率越高,或信号传输的距离越远,或噪声干扰越大,或传输媒体质量越差,在接受端的波形失真就越严重

  在概念上限制码元在信道上的传输速率因素有两个

    1.信道能够通过的频率范围

      在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,传输速率超过此上限,就会出现严重的码间串扰问题,使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能

       如果信道的频带越宽,也就是能够通过的信号高频分量越多,那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰

    2.信噪比

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此公式为香农公式,信道的带宽或信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率就越高

 

2.4 信道复用技术

  2.4.1  频分复用,时分复用和统计时分复用

    最基本的复用就是频分复用和时分复用。频分复用最简单

     频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(这里的带宽是频率带宽而不是数据的发送速率)。

    时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。时分复用更利于数字信号的传输

  

 2.4.2  波分复用

    波分复用就是光的频分复用

 2.4.3   码分复用

    码分复用(CMD)是另一种共享信道的方法。人们常用的名词是码分多址

 

 2.5 数字传输系统

  1. 脉码调制PCM体制

    脉码调制OC有两个互不兼容的国际标准,即北美的24路PCM(简称T1)和欧洲的30路OCM(简称E1)。我国采用欧洲的E1标准。E1速率是2.048MB/S,而T1的速率是1,544Mb/s

  2.同步光纤网SONET和同步数字系列SDH

    (1)速率标准不统一

    (2)不是同步传输

       为了节约费用,各国的数字网主要采用的准同步方式 

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  SONET的层次自下而上为:

  光子层
处理跨越光缆的比特传送,并负责进行同步传送信号STS的电信号和光载波OC的光信号之间的转换。在次层由光电转换器进行通信

  断层
在光缆上传送STS-N帧,有成帧和差错检测功能,上述的两层必须有,但下面的两层是供选择的

  线路层:负责路径层的同步和复用,以及交换的自动保护

  路径层:处理路径端接设备PTE之间的业务传输,这里PTE是具有SONET能力的交换机,路径层还具有非SONET网络的接口  

 

   2.6 宽带接入技术

   2.6.1 xDSL技术

     xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户先进行改造,

     DSL就是数字用户线

     ADSL是非对称数字用户线

     HDSL是告诉数字用户线

     SDSL是1对线的数字用户线

       VDSL是甚高速数字用户线

              DSL是使用ISDN综合业务数字网用户线

 

   第二代ADSL改进的地方主要是:

    (1)通过提高调制效率得到了更高的数据率

    (2)采用了无缝速率自适应技术SRA

    (3)改善了线路质量评测和故障定位功能,这对提高网络的运行维护水平具有重要意义

  2.6.2 光纤同轴混合网(HFC网)

    一种叫做光纤同轴混合网

    特点如下:

     (1)HFC网的主干线路采用光纤

     (2)HFC网采用结点体系结构

     (3)HFC网具有比CATV网更宽的频谱且具有双向传输功能

  2.6.3 FTTx技术

    FTTx(即光纤到……)也是一种实现宽带居民接入网的方案,这里字母x可代表不同的意思

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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