【计网笔记】物理层
接口特性
不属于物理层接口规范定义范畴的是(C)
A. 接口形状B. 引脚功能
C. 物理地址
D. 信号电平
传输媒体
导引型媒体
双绞线
- 减少对相邻导线的电磁干扰
- 应用于电话系统
- 可模拟传输
- 放大器
- 可数字传输
- 中继器
- 带宽依赖于导线类型和距离
UTP
非屏蔽双绞线(Unshielded Twisted Pair)
STP
屏蔽双绞线(Shielded Twisted Pair)
- 仅7类线为STP
同轴电缆
- 基带同轴电缆
- 50Ω
- 数字传输
- 宽带同轴电缆
- 75Ω
- 模拟传输和有线电视传输
光纤
- 多模光纤
- 允许多条光线在光纤内全反射传播
- 存在长距离失真,一般用于短距离传输
- 便宜
- 对光源要求低
- LED即可
- 单模光纤
- 光纤直径与光的波长相近,光只能直线传输而不能折射
- 传输距离长
- 贵
- 对光源要求高
- 必须使用半导体激光器
- 接收端采用光电二极管
相较于传统铜导线
- 带宽高
- 衰减小
- 轻
- 安装要求高
- 弯折易损坏
- 单光纤不能双工通信
- 成本高
非导引型媒体
- 无线电传输
- 低频全方向传播,穿透性好
- 高频直线传播,穿透性差
- 微波传输
- 直线传播,穿透性差
- 红外传输
- 距离短,不能穿越固体
- 光通信
- 距离和稳定性受大气条件影响
【2023-912】光网络只能通过导向型介质传播。(×)
设备
- 中继器:延长信号传播长度
- 集线器:RJ45接口,无碰撞检测
数据通信理论
- 模拟信号:连续信号,参数取值是连续的
- 数字信号:离散信号,参数取值是离散的
- 单向通信:单工通信
- 双向交替通信:半双工通信
- 双向同时通信:全双工通信
- 信源编码器/解码器:信息数字化及逆过程
- 加密器/解密器:信息传输前加密,收到后解密
- 信道编码器/解码器:检测纠正错误
Fourier变换:将时域信号和分解为频域信号
信道极限容量
(模拟)带宽:信道能够通过的频率范围,单位Hz
- 频率在带宽内的波振幅不会显著衰减
- 高频显著衰减磨平了数字信号的上下沿,出现码间串扰
- 即使频率在带宽内,多少也有损耗
- 约定0到能量衰减50%的频率为带宽
比特率(数字带宽):信道的最大传输速率,单位bit/s
波特率:每秒传输的信号数,单位Baud
- 记信号等级数为L,那么一个信号需要\log_2L位编码
- 比特率=波特率×\log_2L
基带信号:频率从0到带宽的信号
通带信号:频率在基带信号的基础上作一次偏移
Nyquist定理
采样频率问题:对于通过了带宽为B的低通滤波器的复合信号,还原信号需要采样达到多少频率
- 理想无噪声
- V为离散等级数
Shannon定理
信噪比SNR
- S:信号平均功率
- N:噪声平均功率
- 单位dB
Shannon公式
【2017-408】若信道在无噪声情况下的极限数据传输速率不小于信噪比为30dB条件下的极限数据传输速率,则信号状态数至少是(D)
A. 4
B. 8
C. 16
D. 32S/N=1000dB,由Nyquist定理和Shannon公式,2B\log_2V>=B\log_2(1+S/N)=10B,V=32
用PCM对语音进行数字化,如果将声音分为128个量化级,采样频率为8000次/秒,那么需要的数据传输率为(A)
A. 56kbps
B. 64kbps
C. 128kbps
D. 1024kbps2B\log_2V=56kbps
数字调制技术
将数字信号变为模拟信号
设备:调制器/解调器
- 低频和直流分量的处理
- 大多数信道承载的是模拟信号
基带传输
数字数据的数字传输,直接用数字信号传输
- 信号将占据0到带宽的所有频率(Fourier变换结果)
基带调制
把数字信号变成当前信道可用的数字信号,又称编码
提高数据传输率方法
- 增大离散等级数
- 增大信号时钟频率
- 时钟同步:接收器必须能够分清两个符号的分界
常见基带调制方式
- 不归零编码NRZ:正电平为1,负电平为1
- 不能自同步,除非同时传时钟信号(效率低)
- 归零编码RZ:正电平为1,负电平为1,每个bit周期结束前都归零
- 可自同步
- 不归零逆转编码NRZI:信号有无跳变决定0或1
- 要避免发送多个连续的无跳变位
- Manchester编码:每个bit周期中心的跳变方向决定0或1
- 可自同步
- 编码效率低
- 差分Manchester编码:每个bit周期中心都有用于同步的跳变,周期开始时有跳变为0,无跳变为1
- 可自同步
- 检测比Manchester编码容易
- 信号被反转,bit信息保持不变
- 双极编码AMI:相邻的1用不同的正负电平表示,0均为零电平
- 不能自同步
- 是平衡码:短时间内正负电压时间相等
- 无直流分量
- 4B/5B编码:用5位码唯一指定一个4位码,多出来的16种5位码可用于控制信号
- 25%的低额外开销
- 最多只有连续3个0
10BaseT以太网中使用Manchester编码传输
100BaseTX快速以太网中使用4B5B+NRZI编码传输
【2013-408】若下图为10BaseT网卡接收到的信号波形,则该网卡收到的比特串是(A)
A. 0011 0110
B. 1010 1101C. 0101 0010
D. 1100 0101
【2015-408】使用两种编码方案对比特流01100111进行编码的结果如下图所示,编码1和编码2分别是(A)
A. NRZ和曼彻斯特编码B. NRZ和差分曼彻斯特编码
C. NRZI和曼彻斯特编码
D. NRZI和差分曼彻斯特编码
通带传输
数字数据的模拟传输
通带调制
分别调制波的振幅,频率,相位
- 振幅,频率,相位可结合调制
- 但是频率,相位一般不结合(频率会影响相位)
幅移键控ASK
不同振幅表示不同位
频移键控FSK
不同频率表示不同位
相移键控PSK
不同初相位表示不同位
- 二进制相移键控BPSK:初相位分别选为0和\pi/2
- 每个符号可表示0或1
- 正交相移键控QPSK:初相位分别选为0、1\pi/4、2\pi/4、3\pi/4
- 每个符号可表示2bits
正交调幅QAM
混合调制:ASK+PSK
【2009-408】在无噪声情况下,若某通信链路的带宽为3kHz,采用4个相位,每个相位具有4种振幅的QAM调制技术,则该通信链路的最大数据传输速率是(B)
A. 12kbps
B. 24kbps
C. 48kbps
D. 96kbps由Nyquist定理,B=3kHz,V=16,数字带宽=2B\log_2V=24kbps
【2011-408】若某通信链路的数据传输速率为2400bps,采用四相位调制,则该链路的波特率是(B)
A. 600波特
B. 1200波特
C. 4800波特
D. 9600波特
V=4,波特率=比特率/\log_2V=1200Baud
【2020-912】数字数据在模拟信号中传播需要的设备是(A)
A. 调制解调器
B. 编码解码器
多路复用技术
设备:多路复用器/解复用器
频分复用FDM
复用的所有用户同时占用不同的模拟带宽资源
时分复用TDM
用户以循环方式轮转,周期性地获得等长的时间片
- 统计时分复用STDM不是时分复用,不属于物理层,是包交换
码分复用CDM
又称码分多址CDMA
1bit用m个码片发送,每个CDMA站点固定自身长为m的码片序列
- 如果站点发送1,就发送自身码片序列
- 如果站点发送0,就发送自身码片序列的反码
- 不同站点的码片序列正交
- 码片序列的规格化内积为1(内积为m)
- 如果X想从信道中接受Y的信号
- X必须先知道Y的码片序列
- 用Y的码片序列与信道中信号做规格化内积
- 由于Y与其他码片序列正交,与对应序列反码也正交
- 规格化内积结果只剩下Y的信号
- 如果结果为1,表明发送的是1
- 如果结果为-1,表明发送的是0
用户间无干扰,抗干扰能力强
波分复用WDM
利用光的不同波长在光纤上实现频分复用
【2014-408】站点A、B、C通过CDMA共享链路,A、B、C的码片序列分别是(1,1,1,1)、(1,-1,1,-1)和(1,1,-1,-1)。若C从链路上收到的序列是(2,0,2,0,0,-2,0,-2,0,2,0,2),则C收到A发送的数据是(B)。
A. 000
B. 101
C. 110
D. 111
【2023-912】下列不属于信道复用技术的是(D)
A. 频分复用
B. 时分复用
C. 码分复用
D. 统计复用
交换
消息的物理途径
- 电路交换
- 报文交换
- 分组交换
时延
- 处理时延
- 排队时延
- 传输时延
- 传播时延
【2010-408】在右图所示的采用“存储-转发”方式的分组交换网络中,所有链路的数据传输速率为100Mbps,分组大小为1000B,其中分组头大小为20B。若主机H1向主机H2发送一个大小为 980000B的文件,则在不考虑分组拆装时间和传播延迟的情况下,从 H1发送开始到 H2 接收完为止,需要的时间至少是()
A. 80ms
B. 80.08ms
C. 80.16ms
D. 80.24ms
蜂窝网络
【计算机网络第2章习题50,2019-912】在一个六角形蜂窝的典型移动电话系统中,不允许相邻蜂窝重复使用频率。如果总共有840个频率可用,对于一个给定的蜂窝最多可以使用多少个频率?
7个正六边形的相邻不同染色至少需要3种颜色,840/3=240