「Computer Network-2」Physical Layer

Embodiment of the basic physics principles in the design of physical layer

Posted by Culaccino on January 10, 2021

基于OSI参考模型,现在常用的网络体系结构分为应用层、传输层、网络层、数据链路层、物理层。物理层为整个体系结构中的最低层,要为数据链路层提供二进制位流传输的服务,并提供与传输介质的接口。

面向期末复习需要,这份物理层的总结现在写得很简单。在考研准备时我会将其扩充完整,包括底层物理理论的体现等。(别骂了别骂了不然都对不起副标题了.jpg)

1. 通信基础

信道

  • 单工:二极管,只有一个方向通信
  • 半双工:通信双方可以相互通信,但不能同时发送接收
  • 全双工:通信双方可以同时发送、接收信息

定理

  1. 奈式准则: 优先带宽理想信道(即无噪声)的信道最大容量

    \[C=2Hlog_2L\]

    C:信道最大容量,H:带宽,L:数字信号的电平可取值个数

  2. 香农定理:有热噪声的信道最大容量

    \[C=Hlog_2(1+S/N)\]

​ C:信道最大容量,H:带宽,S:信号功率,N:噪声功率,S/N:信噪比。若给出的信噪比以分贝(dB)为单位,则需要根据10lg S/N =x(dB),计算出真正的S/N,再带入式子中进行计算。

调制与编码

  • 调制:数据——>模拟信号

  • 编码:数据——>数字信号

  • 数字数据->数字信号:

    • 非归零码(NRZ):高1低0,无时间同步信息。
    • 曼彻斯特编码:在一个时间T中,T/2处根据当前0则置1,1则置0;T处根据后一瞬间0则置0,1则置1。
    • 查分曼彻斯特编码:在一个时间T中,T出根据有无跳变情况,无跳变置1,有跳变置0;T/2处根据前一个T处的置取反。

  • 数字数据->模拟信号:幅移键控、频移键控、相移键控、正交振幅调剂

  • 模拟数据->数字信号:抽样、量化、编码

  • 模拟数据->模拟信号:频分复用技术等

传输方式

电路交换

面向连接,通讯双方在传输通信期间,通信双方独占这一连接,传输完成后释放。必须保证连接经过的结点和线路有空闲的资源。生活中的例子:电话通信。

报文交换

无连接,报文大小可不固定。每个结点接收到报文后先进行存储,然后根据线路的情况和其携带有的目标地址信息向下一节点转发。报文在每个结点的存储和转发需要一定时延。生活中的例子:电报通信。

分组交换

把报文分割成小的数据块,加上必要的控制信息进行传输。以下题为例,对于报文交换,直接8Mb的文件经由两段链路传输,为800ms*2=1600ms;对于分组交换,被分成800份的数据,在第一份经过到达路由器、并向主机乙发送时,第二份开始从主机甲向路由器发送,故一共会形成801段传输区段,选D。

分组交换可以分为:①虚电路:面向连接,根据既定的逻辑线路传输 ②数据报:无连接,不同分组可以按照不同路径分别转发。

2. 传输介质

  • 无线:无线电波、微波、红外线和激光
  • 有线:双绞线、同轴电缆、光纤等

3. 设备

  • 中继器:将信号整形并放大再转发出去,消除信号的失真和衰减问题,具有5-4-3规则
  • 集线器:实质上是个大多端口中继器,对信号进行放大后发到其他所有端口。