计算机网络物理层思维导图+大纲笔记

大纲笔记:

  • 物理层的基本概念
    • 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,而不是具体的传输媒体
    • 主要任务
      • 确定与传输媒体接口有关的一些特性
        • 机械特性
        • 电气特性
        • 功能特性
        • 规程特性
  • 信道上传送的信号
    • 基带信号
      • 来自信源的信号,直接表达了要传输的信息的信号
        • 近距离
    • 宽带信号
      • 将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号,再传送到模拟信道上去传输
        • 远距离
  • 编码与调制
    • 编码
      • 数据——数字信号
        • 非归零编码
        • 曼彻斯特编码
          • 码元传输速率是数据传输速率的2倍
        • 差分曼彻斯特编码
    • 调制
      • 数据——模拟信号
        • PCM脉码调制
  • 数据交换方式
    • 电路交换
      • 原理
      • 特点
        • 独占资源
      • 优点
        • 无失序问题
        • 实时性强
        • 全双工通信
      • 缺点
        • 连接时间长
        • 线路独占
        • 灵活性差
        • 无数据存储能力
    • 存储转发交换方式
      • 报文交换
        • 原理
          • 存储转发
        • 优点
          • 不需要建立连接
          • 提高线路可靠性
          • 提高线路利用率
          • 提供多目标服务
        • 缺点
          • 只适用于数字信号
          • 实时性差
          • 报文长度无限且可变
      • 分组交换
        • 分类
          • 数据报方式
            • 特点
              • 为网络层提供无连接服务
              • 同一报文的不同分组到达目的结点时可能发生乱序,重复与丢失
              • 每个分组在传输过程中都必须携带源地址和目的地址,以及分组号
              • 分组在交换结点存储转发时,需排队等候处理,这会带来一定的时延
              • 网络会有冗余路径
          • 虚电路方式
            • 特点
              • 为网络层提供连接服务,源节点与目的节点之间建立一条逻辑连接,而非实际物理连接
              • 一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送,分组不需携带源地址等信息
              • 节点只进行差错检测,不进行路由选择
              • 每个节点可能与多个节点间建立多条虚电路,每条虚电路之哦吃特定的两个端系统之间的数据传输
              • 弱点
                • 当网路中的某个结点或某条链路出现故障而彻底失效时,所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏
        • 原理
          • 限制所传输的数据单位的长度
        • 优点
          • 线路利用率高
          • 简化了存储原理
          • 加速传输
          • 减少出错几率和重发数据量
        • 缺点
          • 存在存储转发时延
          • 降低通信效率,增加处理时间
          • 采用数据报服务时可能会出现失序,丢失或重复分组
    • 选择方式
      • 传送数据量大,且传送时间大于呼叫时间,选择电路交换,电路交换传输时延最小
      • 端到端的通路有很多段的链路组成是,采用分组交换
      • 从信道利用率上看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换比报文交换的时延小,适合计算机之间的突发式的数据通信
  • 通信基础
  • 数据通信的基础知识
    • 相关术语
      • 通信的目的是传送消息
      • 数据是运送该消息的实体
      • 信号是数据的电气或电磁表现
        • 数字信号
        • 模拟信号
      • 信源
      • 信宿
      • 信道
        • 信号的传输媒介
          • 按传输信道分
            • 模拟信道
            • 数字信道
          • 按传输介质分
            • 无线信道
            • 有线信道
    • 传输方式
      • 1数据传输方式
        • 并行传输
          • 适合近距离传输
        • 串行传输
          • 适合远距离传输
      • 2
        • 异步传输
          • 需要加字符起始位和字符终止位
        • 同步传输
          • 需要加同步字符
      • 3通信双方信息交互
        • 单工通信
          • 一条信道
            • 广播
        • 半双工通信
          • 两条信道
            • 对讲机
        • 全双工通信
          • 两条信道
            • 打电话
  • 信道的极限容量
    • 码元
      • 用一个固定时长的信号波形(数字脉冲),代表不同离散数值的基本波形
      • 是数字通信中数字信号的计量单位
      • 1码元可以携带多个比特信息量
      • M进制码元的离散状态有M个
    • 数据传输速率
      • 码元传输速率
        • 表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数,单位Baud
        • 码元速率与进制数无关,只与码元长度T有关
        • 1s传输多少个码元
      • 信息传输速率
        • 单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数(即比特数),单位是比特/秒(b/s)
        • 1s传输多少个比特
      • 关系
        • 若一个码元携带n bit的信息量,则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M*n bit/s
    • 带宽
      • 模拟信号系统中
        • 最高频率和最低频率间的差值表示通频带宽,单位赫兹(Hz)
      • 信道带宽
        • 信道能通过的最高频和最低频之差
      • 数字设备中
        • 在单位时间内从网络中的抹一点到另一带你所能通过的‘’最高数据率‘’/单位时间内通过链路的数量,常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力,单位是比特每秒(bps)
    • 两个公式
      • 奈氏准则和香农定理
        • 失真
          • 影响失真的因素
            • 正相关
              • 码元传输速率
              • 噪声干扰
              • 信号传输距离
            • 负相关
              • 传输媒体质量
          • 现象
            • 码间串扰
              • 接收端收到信号波形失去码元之间清晰界限的现象
        • 奈氏准则
          • 在理想低通(无噪声,带宽受限)条件下,为了避免码间串扰,极限码元传输速率为2W Baud,W是信道带宽,单位是Hz
          • 只限制码元传输速率
          • 理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2V(b/s)
          • W:表示带宽,V:表示几种码元/码元的离散电平数目
        • 香农定理
          • 信噪比=信号的平均功率/噪声的平均功率,S/N,单位:分贝(dB)
          • 信噪比(dB)=10log10(S/N)
            • 数值等价
          • 在带宽受限且有噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限值
          • 信道的极限数据传输速率=Wlog2(1+S/N)(b/s)
  • 传输介质&设备
    • 传输介质
      • 导向传输介质
        • 双绞线
          • 特点
            • 价格便宜
            • 距离太远时
              • 模拟传输
                • 用放大器放大缩减的信号
              • 数字传输
                • 用中继器将失真的信号整形
          • 分类
            • 屏蔽双绞线
            • 无屏蔽双绞线
        • 同轴电缆
          • 分类
            • 基带同轴电缆
            • 宽带同轴电缆
          • 特点
            • 传输距离较远,价格更贵
        • 光纤
          • 分类
            • 多模光纤
              • 易失真,适合近距离传输
            • 单模光纤
              • 损耗小适合远距离传输
          • 特点
            • 传输损耗小
            • 抗干扰性好
            • 体积小,重量轻
      • 非导向传输介质
        • 无线电波·
          • 特点
            • 较强穿透力,可传远距离
            • 信号向所有方向传播
        • 微波
          • 特点
            • 信号固定方向传播
            • 通信频率较高
            • 频段范围宽,数据率高
          • 分类
            • 地面微波接力通信
            • 卫星通信
              • 优点
                • 通信容量大
                • 距离远
                • 覆盖广
                • 广播地址和多址地址
              • 缺点
                • 传播时延长
                • 受天气影响大
                • 误码率较高
                • 成本高
        • 红外线,激光
          • 特点
            • 信号固定传播
    • 物理层设备
      • 中继器
        • 功能
          • 对信号进行再生和还原,对衰减的信号进行放大,延长网络长度
        • 特点·
          • 两端的网路部分是网段,不是子网
          • 仅作用于信号的电气部分·,并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据
          • 两端可连接相同媒体,也可连不同媒体
          • 两端的网段是同一个协议
      • 集线器(多口中继器)
        • 功能
          • 对信号进行再生放大转发,但不具备信号的定向传送能力,是一个共享式设备
        • 特点
          • 不能分割冲突域

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