2.3.1 失真--碼間串?dāng)_

2.3.3香農(nóng)定理

4.2.1 雙絞線

一、物理層概念

1.1 物理層的功能

物理層解決如何來連接各種計算機(jī)的傳輸媒體（電纜、光纖電纜等）上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。

物理層主要任務(wù)：確定與傳輸媒體接口有關(guān)的一些特性 定義標(biāo)準(zhǔn)

1.2 物理層四大特性

機(jī)械特性： 定義物理連接的特性，規(guī)定物理連接時所采用的規(guī)格、接口形狀、引線數(shù)目、引腳數(shù)量和排列情況等

電器特性：規(guī)定傳輸二進(jìn)制位時，線路上信號的電壓范圍、阻抗匹配、傳輸速率和距離限制等。

功能特性：指明某條線路上出現(xiàn)的某一電平表示何種意義，接口不見的信號線的用途

規(guī)程特性（過程特性）：定義各物理線路的工作規(guī)程和時序關(guān)系

1.3 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

調(diào)制解調(diào)器：又稱為”貓“ ，是針對電話線上網(wǎng)的用戶使用的，只是一個撥號上網(wǎng)的工具，現(xiàn)在又帶露有功能的貓。

路由器：主要就是為經(jīng)過路由器的每個數(shù)據(jù)包尋找一條最佳傳輸路徑，并將該數(shù)據(jù)包有效地傳送到目的站點。并且它還可以實現(xiàn)集線器交換機(jī)的功能?？梢宰詣臃峙銲P地址。

信源：是一臺計算機(jī)，將信息轉(zhuǎn)換為比特流01010101，在信道上以數(shù)字信號傳輸（高電伏、低電伏）

                                    通信的目的是傳送消息

數(shù)據(jù)：傳送消息的實體，通常是有意義的符號序列

信號：數(shù)據(jù)的電氣/電磁的表現(xiàn)，是數(shù)據(jù)在傳輸過程中的存在形式。

數(shù)字信號：代表消息的參數(shù)取值是離散的

模擬信號：代表消息的參數(shù)取值是連續(xù)的

信源：產(chǎn)生和發(fā)送數(shù)據(jù)的源頭

信宿：接受數(shù)據(jù)的終點

信道：信號的傳輸媒介。一般用來表示向某一個方向傳輸信息的介質(zhì)，因此一條通信線路往往包含一條發(fā)送信道和接收信道。

1.3 三種通信方式

從通信雙方信息的交互方式看，可以有三種基本方式：

單工通信 ： 只有一個方向的通信而沒有反方向的交互，僅需要一條信道

半雙工通信 ：通信的雙方都可以發(fā)送或接收信息，但任何一方都不能同時發(fā)送和接收，需要兩條信道

全雙工通信： 通信雙方可以同時發(fā)送和接收信息，也需要兩條信道

1.4 兩種數(shù)據(jù)傳輸方式

傳輸方式：

• 串行傳輸： 速度慢 費用低 適合遠(yuǎn)距離
• 并行傳輸： 速度快 費用高 適合近距離

二、相關(guān)術(shù)語（碼元、波特、速率、帶寬）

2.1 碼元

碼元是指用一個固定時長的信號波形（數(shù)字脈沖），代表不同離散數(shù)值的基本波形，是數(shù)字通信中數(shù)字信號的計量單位這個時長內(nèi)的信號稱為K進(jìn)制碼元，而該時長稱為碼元寬度。當(dāng)碼元的離散狀態(tài)有M個時（M大于2），此時碼元為M進(jìn)制碼元。

1碼元可以攜帶多個比特的信息量。例如，在使用二進(jìn)制編碼時，只有兩種不同的碼元，一種代表0狀態(tài)，另一種代表1狀態(tài)。

2.2 速率

速率：也叫數(shù)據(jù)率，是指數(shù)據(jù)的傳輸速率，表示單位時間內(nèi)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。可以用碼元傳輸速率和信息傳輸速率表示

碼元傳輸速率：別名碼元速率、波形速率、調(diào)制速率、符號速率等，它表示單位時間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)所傳輸?shù)拇a元個數(shù)（也稱為脈沖個數(shù)或信號變化的次數(shù)）單位是波特。波特表示數(shù)字通信系統(tǒng)每秒傳輸一個碼元。這里的碼元可以是多進(jìn)制的，也可以是二進(jìn)制的，但碼元速率與進(jìn)制數(shù)無關(guān)。

信息傳輸速率：別名信息速率、比特率等，表示單位時間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)亩M(jìn)制碼元個數(shù)（即比特數(shù)，單位是比特每秒）

關(guān)系：若一個碼元攜帶n bit的信息量，則M baud的碼元傳輸速率所對應(yīng)的信息傳輸速率為M *N bit/s。

帶寬： 表示在單位時間內(nèi)從網(wǎng)絡(luò)中的某一點到另一點所能通過的“最高數(shù)據(jù)率”，常用來表示網(wǎng)絡(luò)的通信線路所能傳輸數(shù)據(jù)的能力。單位是b/s。

2.3 失真

2.3.1 失真--碼間串?dāng)_

2.3.2 奈氏準(zhǔn)則（奈奎斯特定理）

 奈氏準(zhǔn)則:在理想低通(無噪聲，帶寬受限)條件下，為了避免碼間串?dāng)_，極限碼元傳輸速率為2W Baud, W 是信道帶寬，單位是Hz。

1.在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜摹Ｈ魝鬏斔俾食^此上限，就會出現(xiàn)嚴(yán)重的碼間串?dāng)_問題，使接收端對碼元的完全正確識別成為不可能。

2.信道的頻帶越寬( 即能通過的信號高頻分量越多)，就可以用更高的速率進(jìn)行碼元的有效傳輸。

3.奈氏準(zhǔn)則給出了碼元傳輸速率的限制，但并沒有對信息傳輸速率給出限制。

4.由于碼元的傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的制約，所以要提高數(shù)據(jù)的傳輸速率，就必須設(shè)法使每個碼元能攜帶更多個比特的信息量，這就需要采用多元制的調(diào)制方法。

2.3.3香農(nóng)定理

香農(nóng)定理:在帶寬受限且有噪聲的信道中，為了不產(chǎn)生誤差，信息的數(shù)據(jù)傳輸速率有上限值。

1.信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。

2.對一定的傳輸帶寬和一定的信噪比，信息傳輸速率的上限就確定了。

3.只要信息的傳輸速率低于信道的極限傳輸速率，就--定能找到某種方法來實現(xiàn)無差錯的傳輸。

4.香農(nóng)定理得出的為極限信息傳輸速率，實際信道能達(dá)到的傳輸速率要比它低不少。

5.從香農(nóng)定理可以看出，若信道帶寬W或信噪比S/N沒有，上限(不可能)，那么信道的極限信息傳輸速率也就沒有上限。

例題1：

例題2：

三、編碼與調(diào)制

3.1 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號

(1)非歸零編碼[NRZ]

(4)歸零編碼[RZ]

(2)曼徹斯特編碼

(5)反向不歸零編碼[ NRZI]

(3)差分曼徹斯特編碼

(6) 4B/5B編碼

3.1.1 非歸零編碼

  高1低0

編碼容易實現(xiàn)，但沒有檢錯功能, 且無法判斷一個碼元的開始和結(jié)束，以至于收發(fā)雙方難以保持同

步。

3.1.2 歸零編碼

3.1.3 曼徹斯特編碼

3.1.4差分曼徹斯特編碼

3.1.5 4B/5B 編碼

3.2 數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號

數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)調(diào)制技術(shù)在發(fā)送端將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，而在接收端將模擬信號還原為數(shù)字信號，分別對應(yīng)于調(diào)制解調(diào)器的調(diào)制和解調(diào)過程。

3.3 模擬數(shù)據(jù)編碼為數(shù)字信號

計算機(jī)內(nèi)部處理的是二進(jìn)制數(shù)據(jù)，處理的都是數(shù)字音頻，所以需要將模擬音頻通過采樣、量化轉(zhuǎn)換成有限個數(shù)字表示的離散序列(即實現(xiàn)音頻數(shù)字化)。

最典型的例子就是對音頻信號進(jìn)行編碼的脈碼調(diào)制(PCM)，在計算機(jī)應(yīng)用中，能夠達(dá)到最高保真水平的就是PCM編碼，被廣泛用于素材保存及音樂欣賞，CD、DVD以及我們常見的WAV文件中均有應(yīng)用。它主要包括三步:抽樣、量化、編碼。

抽樣: 對模擬信號周期性掃描，把時間上連續(xù)的信號變成時間上離散的信號。

為了使所得的離散信號能無失真地代表被抽樣的模擬數(shù)據(jù)，要使用采樣

定理進(jìn)行采樣: f采樣頻率>= 2f信號最高頻率

量化: 把抽樣取得的電平幅值按照一定的分級標(biāo)度轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的數(shù)字值，并取

整數(shù)，這就把連續(xù)的電平幅值轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字量。

編碼: 把量化的結(jié)果轉(zhuǎn)換為與之對應(yīng)的二進(jìn)制編碼。

3.4 模擬數(shù)據(jù)調(diào)制為模擬信號

   為了實現(xiàn)傳輸?shù)挠行?，可能需要較高的頻率（比如遠(yuǎn)距離傳輸時，信號會衰減，這時就需要再調(diào)制到高頻率）。這種調(diào)制方式還可以使用頻分復(fù)用技術(shù)，充分利用帶寬資源。在電話機(jī)和本地交換機(jī)所傳輸?shù)男盘柺遣捎媚M信號傳輸模擬數(shù)據(jù)的方式;模擬的聲音數(shù)據(jù)是加載到模擬的載波信號中傳輸?shù)摹?/p>

3.5 小結(jié)

四、傳輸介質(zhì)及分類

4.1 傳輸介質(zhì)介紹

傳輸介質(zhì)也稱傳輸媒體/傳輸媒介，它就是數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中在發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備之間的物理通路。

傳輸媒體并不是物理層。傳輸媒體在物理層的下面，因為物理層是體系結(jié)構(gòu)的第一層， 因此有時稱傳輸媒體為0層。在傳輸媒體中傳輸?shù)氖切盘枺珎鬏斆襟w并不知道所傳輸?shù)男盘柎硎裁匆馑肌?/p>

但物理層規(guī)定了電氣特性，因此能夠識別所傳送的比特流。

4.2 導(dǎo)向型傳輸介質(zhì)

4.2.1 雙絞線

4.2.2 同軸電纜

4.2.3 光纖

光纖的特點:

1.傳輸損耗小，中繼距離長，對遠(yuǎn)距離傳輸特別經(jīng)濟(jì)。

2.抗雷電和電磁干擾性能好。

3.無串音干擾，保密性好，也不易被竊聽或截取數(shù)據(jù)。

4.體積小，重量輕。

4.3 非導(dǎo)向性傳輸介質(zhì)

4.4 小結(jié)

五、物理層設(shè)備

5.1 中繼器

誕生原因:由于存在損耗，在線路上傳輸?shù)男盘柟β蕰饾u衰減，衰減到一定程度時將造成信號失真，因此會導(dǎo)致接收錯誤。

中繼器的功能:對信號進(jìn)行再生和還原，對衰減的信號進(jìn)行放大，保持與原數(shù)據(jù)相同，以增加信號傳輸?shù)木嚯x，延長網(wǎng)絡(luò)的長度。

中繼器的兩端:兩端的網(wǎng)絡(luò)部分是網(wǎng)段，而不是子網(wǎng)，適用于完全相同的兩類網(wǎng)絡(luò)的互連，且兩個網(wǎng)段速率要相同。

中繼器只將任何電纜段上的數(shù)據(jù)發(fā)送到另一段電纜上，它僅作用于信號的電氣部分，并不管數(shù)據(jù)中是否有錯誤數(shù)據(jù)或不適于網(wǎng)段的數(shù)據(jù)。

兩端可連相同媒體，也可連不同媒體。

中繼器兩端的網(wǎng)段一定要是同一個協(xié)議。(中繼 器不會存儲轉(zhuǎn)發(fā)，傻)

5-4-3規(guī)則:網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)中都對信號的延遲范圍作了具體的規(guī)定，因而中繼器只能在規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行，否則會網(wǎng)絡(luò)故障。

5.2集線器

集線器的功能:對信 號進(jìn)行再生放大轉(zhuǎn)發(fā)，對衰減的信號進(jìn)行放大，接著轉(zhuǎn)發(fā)到其他所有(除輸入端口外)處于工作狀態(tài)的端口上，以增加信號傳輸?shù)木嚯x，延長網(wǎng)絡(luò)的長度。不具備信號的定向傳送能力，是一個共享式設(shè)備。

六、章節(jié)

上一篇：一、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)概述（內(nèi)附大量圖解！?。。?/a>

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