計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

第2章 物理層

（1）物理層的任務(wù)
（2）幾種常用的信道復(fù)用技術(shù)
（3）幾種常用的寬帶接入技術(shù)，ADSL和FTTx

2.1 物理層的概念

物理層考慮的是怎樣才能在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流。
**物理層的作用 **正是要盡可能地屏蔽掉這些傳輸媒體和通信手段的差異，使物理層上面的數(shù)據(jù)鏈路層感覺不到這些差異，這樣就可使數(shù)據(jù)鏈路層只需要考慮如何完成本層的協(xié)議和服務(wù)，而不必考慮網(wǎng)絡(luò)具體的傳輸媒體和通信手段是什么
**物理層的特性 **
（1）機(jī)械特性
（2）電氣特性
（3）功能特性
（4）過程特性

2.2數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

2.2.1 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型

通信數(shù)據(jù)系統(tǒng)可劃分為三部分：

源系統(tǒng)（或發(fā)送端、發(fā)送方）
（1）源點(diǎn)：產(chǎn)生要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)
（2）發(fā)送器：源點(diǎn)生成的數(shù)字比特流要通過發(fā)送器編碼后才能夠在傳輸系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸。典型的發(fā)送器就是調(diào)制器。

傳輸系統(tǒng)（傳輸網(wǎng)絡(luò)）

目的系統(tǒng)（接收端、接收方）
（1）接收器：接收傳輸系統(tǒng)傳送過來的信號，并把它轉(zhuǎn)換為能夠被目的設(shè)備處理的信息。典型的接收器就是解調(diào)器。
（2）終點(diǎn)：終點(diǎn)設(shè)備從接收器獲取傳送來的數(shù)字比特流，然后把信息輸出。

模擬信號：或連續(xù)信號——代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的。
數(shù)字信號：或離散信號——代表消息的參數(shù)的取值是離散的。

2.2.2 有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念

(1) 單向通信 又稱為單工通信，即只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互。無線電廣播或有線電廣播以及電視廣播就屬于這種類型。
(2) 雙向交替通信 又稱為半雙工通信，即通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（當(dāng)然也就不能同時(shí)接收）。這種通信方式是一方發(fā)送另一方接收，過一段時(shí)間后再反過來。
(3) 雙向同時(shí)通信 又稱為全雙工通信，即通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。

**基帶信號：**來自信源的信號常稱為基帶信號（即基本頻帶信號），像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號都屬于基帶信號。

**基帶調(diào)制：**僅僅對基帶信號的波形進(jìn)行變換，使它能夠與信道特性相適應(yīng)。變換后的信號仍然是基帶信號。這類調(diào)制稱為基帶調(diào)制。

**帶通調(diào)制：**需要使用載波(carrier)進(jìn)行調(diào)制，把基帶信號的頻率范圍搬移到較高的頻段，并轉(zhuǎn)換為模擬信號，這樣就能夠更好地在模擬信道中傳輸。經(jīng)過載波調(diào)制后的信號稱為帶通信號（即僅在一段頻率范圍內(nèi)能夠通過信道）。

（1）常用編碼方式
不歸零制
歸零制
曼切斯特編碼
差分曼切斯特編碼

（2）基本的帶通調(diào)制方法
● 調(diào)幅(AM)，即載波的振幅隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，0或1分別對應(yīng)于無載波或有載波輸出。
● 調(diào)頻(FM)，即載波的頻率隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，0或1分別對應(yīng)于頻率f1或f2。
● 調(diào)相(PM)，即載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號而變化。例如，0或1分別對應(yīng)于相位0度或180度。

2.2.3信道的極限容量

（1）信道能夠通過的頻率范圍
在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜?#xff0c;傳輸速率超過此上限，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的碼間串?dāng)_的問題，使接收端對碼元的判決（即識別）成為不可能。
（2）信噪比
噪比就是信號的平均功率和噪聲的平均功率之比，常記為 S/N，并用分貝(dB)作為度量單位。即：

香農(nóng)公式指出：信道的極限信息傳輸速率C是

香農(nóng)公式表明，信道的帶寬或信道中的信噪比越大，信息的極限傳輸速率就越高。香農(nóng)公式指出了信息傳輸速率的上限。香農(nóng)公式的意義在于：只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。

2.3物理層下面的傳輸媒體

傳輸媒體也稱為傳輸介質(zhì)或傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送器和接收器之間的物理通路。傳輸媒體可分為兩大類，即導(dǎo)引型傳輸媒體和非導(dǎo)引型傳輸媒體

2.3.1導(dǎo)引型傳輸媒體

雙絞線
把兩根互相絕緣的銅導(dǎo)線并排放在一起，然后用規(guī)則的方法絞合(twist)起來就構(gòu)成了雙絞線。絞合可減少對相鄰導(dǎo)線的電磁干擾。

同軸電纜
同軸電纜由內(nèi)導(dǎo)體銅質(zhì)芯線（單股實(shí)心線或多股絞合線）、絕緣層、網(wǎng)狀編織的外導(dǎo)體屏蔽層（也可以是單股的）以及保護(hù)塑料外層所組成。

光纜
光纖通常由非常透明的石英玻璃拉成細(xì)絲，主要由纖芯和包層構(gòu)成雙層通信圓柱體。纖芯很細(xì)，其直徑只有8至100 μm（1 μm = 10-6 m ）。光波正是通過纖芯進(jìn)行傳導(dǎo)的。

2.3.2 非導(dǎo)引型傳輸媒體

短波通信（即高頻通信）主要是靠電離層的反射。
微波在空間主要是直線傳播。由于微波會(huì)穿透電離層而進(jìn)入宇宙空間，因此它不像短波那樣可以經(jīng)電離層反射傳播到地面上很遠(yuǎn)的地方。傳統(tǒng)的微波通信主要有兩種方式：即地面微波接力通信和衛(wèi)星通信。

2.4信道復(fù)用技術(shù)

2.4.1 FDM、TDM、STDM

頻分復(fù)用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
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?？梢婎l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

時(shí)分復(fù)用 TDM (Time Division Multiplexing)
時(shí)分復(fù)用則是將時(shí)間劃分為一段段等長的時(shí)分復(fù)用幀（TDM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。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。

統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用STDM (Statistic TDM)
是一種改進(jìn)的時(shí)分復(fù)用，它能明顯地提高信道的利用率。統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用使用STDM幀來傳送復(fù)用的數(shù)據(jù)。但每一個(gè)STDM幀中的時(shí)隙數(shù)小于連接在集中器上的用戶數(shù)。各用戶有了數(shù)據(jù)就隨時(shí)發(fā)往集中器的輸入緩存，然后集中器按順序依次掃描輸入緩存，把緩存中的輸入數(shù)據(jù)放入STDM幀中。對沒有數(shù)據(jù)的緩存就跳過去。當(dāng)一個(gè)幀的數(shù)據(jù)放滿了，就發(fā)送出去。

2.4.2 波分復(fù)用

波分復(fù)用WDM (Wavelength Division Multiplexing)就是光的頻分復(fù)用。
借用傳統(tǒng)的載波電話的頻分復(fù)用的概念，就能做到使用一根光纖來同時(shí)傳輸多個(gè)頻率很接近的光載波信號。這樣就使光纖的傳輸能力可成倍地提高。

密集波分復(fù)用DWDM（Dense Wavelength Division Multiplexing）
隨著技術(shù)的發(fā)展，在一根光纖上復(fù)用的光載波信號的路數(shù)越來越多?，F(xiàn)在已能做到在一根光纖上復(fù)用幾十路或更多路數(shù)的光載波信號。

2.4.3碼分復(fù)用

碼分多址CDMA (Code Division Multiple Access)
各用戶使用經(jīng)過特殊挑選的不同碼型，因此各用戶之間不會(huì)造成干擾。采用CDMA可提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃?#xff0c;減少干擾對通信的影響，增大通信系統(tǒng)的容量（是使用GSM的4～5倍），降低手機(jī)的平均發(fā)射功率等等

2.5數(shù)字傳輸系統(tǒng)

2.6寬帶接入技術(shù)

2.6.1ADSL技術(shù)

非對稱數(shù)字用戶線ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）
用數(shù)字技術(shù)對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進(jìn)行改造，使它能夠承載寬帶數(shù)字業(yè)務(wù)。由于用戶在上網(wǎng)時(shí)主要是從因特網(wǎng)下載各種文檔，而向因特網(wǎng)發(fā)送的信息量一般都不太大，因此ADSL的下行（從ISP到用戶）帶寬都遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上行（從用戶到ISP）帶寬。“非對稱”這個(gè)名詞就是這樣得出的。

2.6.2光纖同軸混合網(wǎng)

光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng), HFC是Hybrid Fiber Coax的縮寫）是在目前覆蓋面很廣的有線電視網(wǎng)的基礎(chǔ)上開發(fā)的一種居民寬帶接入網(wǎng)，除可傳送電視節(jié)目外，還能提供電話、數(shù)據(jù)和其他寬帶交互型業(yè)務(wù)。

2.6.3FTTx技術(shù)

光纖到戶 FTTH（Fiber To The Home）
為了有效地利用光纖資源，在光纖干線和廣大用戶之間，還需要鋪設(shè)一段中間的轉(zhuǎn)換裝置即光配線網(wǎng) ODN (Optical Distribution Network)，使得數(shù)十個(gè)家庭用戶能夠共享一根光線干線。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的《计算机网络》学习笔记_(2、物理层)的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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