【计算机网络笔记】- 2.物理层概述
文章目录 3.物理层传输媒体 4.信道复用技术 波分复用WDM (Wave )码分复用CDM (Code ) 5.数字传输技术 6.宽带接入技术 光纤同轴混合网HFC ( Fiber Coax) FTTx技术
1.物理层的基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层的主要任务描述为:确定与传输媒体的接口的一些特性，即:
2.数据通信的基础知识 典型的数据通信模型
相关术语
通信都目的是传输消息
有关通信的几个基本概念知识
信道一般表示向一个方向传输信息的媒体。所以我们通常说的通信线路包含两条信道，一条接收信息，一条发送信息。
基带（）信号和带通（band pass）信号
因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式由于在近距离范围内基带信号的衰减不大，从而信号内容不会发生变化。因此在传输距离较近时，计算机网络都采用基带传输方式。如从计算机到监视器、打印机等外设的信号就是基带传输的。
几种调制信号的方法 常用编码 奈氏准则和香农定理
信道的极限容量
香农公式表明：
信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的板限传输速率就越高。
只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
若信道带宽W或信噪比S/N没有上限( 当然实际信道不可能是这样的)，则信道的极限信息传输速率C
也就没有上限。
实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少。
奈氏准则和香农定理的应用范围：
3.物理层传输媒体 传输可使用频率
导向传输媒体
导向传输媒体中，电磁波沿着固体媒体传播。
双绞线.
同轴电缆
非导向传输媒体
非导向传输媒体就是指自由空间，其中的电磁波传输被称为无线传输。
无线传输所使用的频段很广。
短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。
微波在空间主要是直线传播。
物理设备——集线器
工作特点:它在网络中只起到信号放大和重发作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传送能力
最大传输距离: 100m
集线器是一个大的冲突域
几种传输媒体性能比较
4.信道复用技术
复用()是通信技术中的基本概念
频分复用FDM ( )
用户在分到一定频带后，在通信过程中一直占用这个频带。
频分复用是所用用户在相同的时间占用不同的带宽资源（此处的带宽指的是频率带宽而不是发送速率）
频分复用技术的基础是电磁波的频率相互不干扰。
输入端调频
接收方对频率解析，分离不同的频率
频分复用FMD的例子
频分复用中可以进行多次的调频
时分复用TDM(Time ing) 同步时分复用（STDM）技术
时分复用：是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TMD帧）。每一个时.分复用的用户在每一个TMD帧占用固定序号的时隙。每一个用户占用的时隙周期性出现，（其周期是TMD帧的长度对应的时间）
TMD信号也称等时信号
时分复用技术是用户在不同的时间占用相同的带宽频度。
时分复用的调频
时分复用可能会造成线路资源的浪费
使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。
一些资源被浪费了
同步时分复用技术演示
为了解决时分复用技术中对资源的浪费，出现了以下两种技术来提高对资源的利用率，分别是：统计时分复用和异步时分复用。
统计时分复用
给每个帧加上标记，接收端收到帧后，根据标记来还原用户数据。
异步时分复用(ATDM)技术：
又被称为统计时分复用技术( Time , 它能动态地按需分配时隙，以避免每个时间段中出现空闲时隙。ATDM就是只有当某一个用户有数据要发送时才把时隙分配给它;当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其他用户的数据传输。另外，在ATDM中，每个用户可以通过多占用时隙来获得更高的传输速率，而且传输速率可以高于平均速率，最高速率可达到电路总的传输能力，即用户占有所有的时隙。如图:
通俗点讲时分复用就是当多个用户同时传送数据的，我们采用将时间段分成一小份一小份的，然后在每一小份时间间隙中传送相应用户的的数据。同步时分复用就是只根据用户依次将时间间隙分给用户传送数据，如果此时时隙刚好分配给用户A,但用户A此时并没有数据要传输，那么就相当于这个时隙被浪费了，时隙空闲。异步时分复用就是时隙只会分配给当前有数据传输的用户，这样就不会造成时隙浪费。
波分复用WDM (Wave )
波分复用其实就是频分复用，因为当电磁波的频率固定了，那么对应的波也就固定了。
码分复用CDM (Code )
常用的名词是码分多址CDMA(Code ) 。
各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。
每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。
CMDA的工作原理
每个站被指派一个唯一的m bit码片序列。
例如，S站的8 bit码片序列是。
S站的码片序列:(-1-1-1+1+1-1+1+1)
每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交()。
码片序列的正交关系举例
令向量S为(-1-1-1+1+1-1+1+1),
向量T为(-1-1+1-1+1+1+1-1)。
把向量S和T的各分量值代入(2-3) 式就可看出这两个码片序列是正交的。
正交关系的另一个重要特性
任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1
CAMD的工作原理
如果收到的码片与接收端被分配的码片积为1或-1表示收到了数据。
如果乘积为0则表示没有收到数据。
如：AR=（1-1+3+1-1+3+1+1）/8=1，表示A收到的数据为1.
CD=（1+1+3+1-1-3-1-1）/8=0，表示C没有收到数据。
5.数字传输技术 脉码调制PCM
脉码调制PCM体制最初是为了在电话局之间的中继线上传送多路电话。由于历史上的原因，PCM有两个互不兼容的国际标准，即北美的24路PCM (简称为T1) 和欧洲的30路PCM (简称为E1) 。我国采用
的是欧洲的E1标准。
E1的速率是2.048 Mb/s，而T1的速率是1.544 Mb/s.当需要有更高的数据率时，可采用复用的方法。
E1标准（30路）
对进行8000次采样，一采样为1波特，采样中1波特=8bits
T1标准（24路）
6.宽带接入技术
ADSL（非对称数位用户线路）
标准模拟电话信号的频带被限制在300^ 3400 Hz的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过1 MHz。
ADSL技术就把0^4kHz低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
是一种频分复用技术
用户端
电话公司端
ADSL的特点
上行和下行带宽做成不对称的。
ADSL在用户线的两端各安装一个ADSL调制解调器。
我国目前采用的方案是离散多音调DMT ( Multi-Tone)调制技术。
DMT调制技术
DMT调制技术采用频分复用的方法，把40 kHz以上一直到1. 1MHz的高端频谱划分为许多的子信道，其中25 个子信道用于上行信道，而249个子信道用于下行信道。
每个子信道占据4 kHz带宽,并使用不同的载波(即不同的音调)进行数字调制。这种做法相当于在一对用户线上使用许多小的调制解调器并行地传送数据。
DMT技术图示
DMT技术的频谱分布(谢)
光纤同轴混合网HFC ( Fiber Coax)
HFC网是在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础.上开发的一种居民宽带接入网。
HFC网除可传送CATV外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。
现有的CATV网是树形拓扑结构的同轴电缆网络，它采用模拟技术的频分复用对电视节目进行单向传输。而HFC网则需要对CATV网进行改造
HFC的主要特点
(1) HFC网的主干线路采用光纤
HFC网将原CATV网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术。
在模拟光纤中采用光的振幅调制AM，这比使用数字光纤更为经济。模拟光纤从头端连接到光纤结点(fiber node)， 即光分配结点ODN( Distr ibut ion Node)。 在光纤结点光信号被转换为电信号。
在光纤结点以下就是同轴电缆。
HFC网采用的节点体系结构
FTTx技术
FTTx (光纤到…也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里字母x可代表不同意思。
