计算机网络 笔记 物理层
物理层的目的:主要为了实现相邻节点之间的数据的传输(01010....)
通信基础概念
信源:信号的发送方
信宿:信号的接收方
信道:信号的通道,通常一个物理的线路包含了两个:发送信道和接受信道
信号:数据的载体,有两种分别是
数字信号:离散的信号值
模拟信号:连续的信号值
马元:一个信号就是一个马元
马元宽度:马元的周期(信号出现变化的时间)
如果一个马元的宽度变大,就可以在每个马元周期内传输更多的周期,但是这就要求我们拥有更高的信号强度,需要加强信号的功率,和信道的阈值要求
如果一个马元有8种不同的状态,我们就叫这种事8进制马元(有3位)
波特率:每秒传输了多少个马元
比特率:每秒传输了几个比特
信道的极限容量:
带宽:表示信道每秒通过的数据量大小(bps)/允许通过的信号频带范围(Hz)
都是表示的信道传输数据能力的大小
噪声:对新到产生干扰,影响信道的数据传输效率
奈奎斯特定理:对于一个理想低通信道(无噪声,带宽有限的信道)
极限波特率:2W(马元/s)=2W*log 2(k)(bps) (W是带宽)
香农定理:对于一个有噪声的,带宽有限的信道
极限比特率=w*log2(1+S/N)bps (S:信号的功率,N:噪声的功率)
信噪比dB=10*log10(S/N)
编码和调制
将二进制数转化位数字信号就是编码
将数字信号转化为二进制数据是解码
将二进制数转化位模拟信号就是编码
将模拟信号转化为二进制数据是解码
变换器:将二进制数据转化为信号 eg(网卡适配器)
反变换器:将信号转化为二进制数据(eg:光猫)
常见的编码方式:
不归零编码(NRZ):低0,高1,中不变 (无自同步,不浪费带宽,抗干扰能力弱)
归零编码:低0,高1,中归零(后半个周期的信号归零)(自同步,浪费带宽,抗干扰能力弱)
反向非归零编码(NRZI):(跳0不跳1,值看起点,中不变)简单说就是信号不变就是1,变化就是0
(自同步(8位插入一位0来强行更新),浪费一点带宽,抗干扰能力弱)
曼彻斯特编码:(上0下1,值看中间) (自同步,浪费带宽,抗干扰能力强)
差分曼彻斯特编码:(跳0,不跳1,值看起点)(自同步,浪费带宽,抗干扰能力强)
自同步能力:信源和新宿根据信号完成情况完成信号同步,无需时钟信号
常见的调制方法:
基带信号:来自信源的数字信号,需要调制后才能在信道上传输
下面以正选振幅为例
调幅AM:有”有调幅(1*sinx) ” 1和”无调幅(0*sinx) ”0
调频FM:有”高频(sin2*x)”1 和 “低频(sinx)”0
调相PM:有:”相位pi sin(x+pi)” 1 和 “相位0 sinx” 0
可以调整以适应多种马元
.也可以通过多种的配合,
比如QAM:m种幅值和n种相位一同组合,就可以有 m*n种不同的马元了
传输介质
常用的传输介质:
导向型:
双绞线和同轴电缆,光纤
双绞线:两个导线相互绞合而成,根据屏蔽层分为(屏蔽双绞线STP和非屏蔽双绞线UTP)
抗干扰能力:因为绞合和屏蔽层的原因,能较好的抗干扰能力
绞合度提高,屏蔽层增加:抗干扰能力强,噪声功率低,信道极限速率高
同轴电缆: 由内导体和外导体屏蔽层构成
抗干扰能力:因为外导体屏蔽层的缘故,有良好的抗干扰性
从外到内是绝缘保护层,外导体屏蔽层,绝缘层,内导体(铜线)
光纤:由纤芯(高折射)和包层(低折射率)利用全反射原理实现的)
抗干扰能力:因为对电磁信号不敏感,所以有很好的抗干扰能力
而且因为是靠光的一些特性,所以信号传输损耗少,长距离传输不需要很多中继器;体积小
根据光线的多少分为:
单模光纤:一个光纤内只有一个光线,纤芯细,损耗低,适合长距离传输,损耗少
多模光纤:一个光纤内有多个光线,纤芯更粗,损耗高,适合近距离传输,远距离容易失真
以太网对有线设备介质命名的规则:速度+Base+信息
10Base5==10Mbps,同轴电缆,500m
10BaseF*==10Mbps,光纤+*(其他信息)
10BaseT*==10Mbps,双绞线+*(其他信息)
非导向型:
无线传输介质
无线电波:穿透力强,传输距离长,指向性弱 (eg:wifi,手机信号)
微(短)波信号:频率带宽 高,信号指向性强,保密性差(eg:卫星电话)
电磁波速度和波长,频率的关系 速度=波长*频率
频率越高,频率带宽越高,数据传输能力越强,
波长越短,信号指向性性更强;波长越长,越容易衍射,绕射(穿墙)性更好,
所以波长长的适合长距离;短的要求接收方和发射方对准,适合短距离,
物理层接口特性:
机械特性:接口大小,数量...的规定
电气特性:电压范围和速率等等
功能特性:某个区域的电压值代表的意义
过程特性:指明不同功能的出现顺序
物理层的设备:
中继器:
因为距离长,导致数字信号可能失真,就出现了中继器,使得信号重新充能
中继器有两个端口,通过一个端口接受信号,将失真的信号整形再生,并转发给另外一个端口(有时延)
仅仅支持半双工通信,即两个端口只能是一个接收一个发送
中继器两个端口对应两个网段(网段是指在网络中，具有相同网络地址的一组设备的集合)
集线器(多端口中继器)
逻辑上是总线型的,但是物理上是拓扑型的
集线器的带宽是呗共享的,比如5的带宽,但是连接了4个线,那么每个就是1.25的带宽
集线器将其中一个端口的信号整形再生后,转发给其他的所有端口(但是只能接受一个发送过来的信号,多个信号同一时间发送过来会导致冲突)
n个端口就对应了n个网段,这n个网段就对应在同一个冲突域
冲突域:如果两台主机同时发送信号,导致信号干扰,使得在同一个冲突域内接受的信号失真
所以说明在同一个信道的主机发送数据的时候要提前去数据征用
集线器可以和集线器连接,进而变为几个冲突域连接后形成的更大的冲突域
(集线器不隔离冲突域,以太网交换机可以隔离冲突域)
注意:集线器和中继器不能无限的去串联