滦南网站建设推广,南宁网站建设费用,网站怎么做成二维码,推广产品怎么发朋友圈计算机网络Day02–物理层
物理层基本概念
物理层考虑的是怎么才能在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流#xff0c;而不是具体的传输媒体
作用#xff1a;尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异
用于物流层的协议也称为物流层规程 主要作用#xff1a;解决计算机…计算机网络Day02–物理层
物理层基本概念
物理层考虑的是怎么才能在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流而不是具体的传输媒体
作用尽可能屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异
用于物流层的协议也称为物流层规程 主要作用解决计算机比特传输的问题即透明的传输比特流关心的是点到点的问题 透明传输指不管所传输的数据是怎么样的比特组合都能在链路上传输 要尽可能屏蔽掉不同的传输媒体和通信手段的差异 信号类型
铜缆基于电平
光纤基于光脉冲
无线基于微波
物理层的主要任务 数据通信系统模型 常用术语
消息如话音、文字、图像、视频等
数据运送消息的实体有意义的符号序列
信号数据的电气或电磁表现 模拟信号代表消息的参数取值是连续的 数字信号代表消息的参数取值是离散度 码元指在使用时间域的波形表示数字信号的时候代表离散数值的基本波形 使用二进制编码的时候只有两种码元0 1 码元 n进制的码元可以表示log2 N bit的数据 数据通信
数据通信指数字计算机或其他数字终端之间的通信。一个数据通信系统主要划分为信源、信道和信宿三部分
信源是产生和发送数据的源头。信宿是接收数据的终点它们通常都是计算机或其他数字终端装置发送端信源发出的信息需要通过变换器转换成适合在信道上传输的信号而通过信道传输到接收端的信号先有反变换器转换为原始信号再发送给信宿
信道一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体是信号的传输媒介。一个信道可以视为一条线路的逻辑部件 模拟信道适合传输模拟信号 数字信道适合传输数字信号 三种通信基本方式 单向通信只有一个方向的通信而没有反方向的交互仅需要一条信道 半双工通信通信的双方都可以发送消息或接收消息但不能同时都发送消息或接收消息需要两条信道 全双工通信通信的双方可以同时发送和接收消息也需要两条信道 基带信号基本频带信号
来自信源的信号直接表达了要传输的信息的信号
基带信号包含较多的低频成分甚至有直流成分并不能直接在信道上传输我们需要对基带信号进行调制
调制 基带调制仅对基带信号的波形进行变换把数字信号转换为另一种数字信号例如提高振幅一般法称为编码 带通调制使用载波进行调制将基带信号的频率范围搬移到较高的频道并转为模拟信号经过载波转换后的信号称为带通信号指仅在一定范围内能通过信道调制默认的是带通调制 载波载波carrier可以从字面理解就是搭载信息调制信号的信号。打个比方信息调制信号是货物载波就是一艘船。搭上这艘船信息调制信号就可以远行了–它们的目标是星辰大海 基带信号将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示然后送到数字信道上传输称为基带传输 传输的是基带信号适合短距离传输 大多数局域网使用的是基带传输如以太网、令牌环网 频带传输将基带信号经过调制后送到模拟信道上传输 传输的是带通信号适合远距离传输 常用的编码方式
外同步法外同步的方法是发送端发送数据之前先发送同步时钟信号接收方用这一同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率以此来达到收发双方位同步的目的 自同步法接收方利用包含有同步信号的特殊编码如曼彻斯特编码从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率达到同步目的。
不归零制正电平代表1负电平代表0 可以进行自同步 归零制正脉冲代表1负脉冲代表0 需要进行外同步 曼彻斯特编码位周期中心向上跳代表0向下跳代表1波形固定。以太网使用
差分曼彻斯特编码在每一位的中心处始终没有跳变。位开始边界有跳表示0而位开始没跳表示1波形不固定。令牌环网使用 由于每个码元的中间都出现电平跳变 信号频率
缺点曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高 例如曼彻斯特编码相比于不归零编码需要更多的变换才能传送一个信号 自同步能力
不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率归零制、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码具有自同步能力
常见的带通调制方法
调幅AM载波的振幅随基带数字信号变化
调频FM载波的频率随基带数字信号而变化
调相PM载波的初始相位随基带数字信号而变化 正交振幅调制QAM一种多元制的振幅相位混合调制以达到更高传输速率
信道的极限容量 任何实际的信道都是不理想的都不可能以任意高的速率进行传输
码元的传输速率越高或信号的传输距离过远或噪声干扰过大都会导致或传媒质量过差都会导致失真会越严重
限制码元在信道传输速率的两个因素 信道运行通过的频率范围信道带宽 信噪比 信道的频道越宽也就是能够通过的信号高频分量越多那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰
码间串扰接收端收到信号失去了码元间的清晰界限
奈氏准则码元传输的最高速率2W码元/秒 在带宽为W Hz的低通信道中若不考虑噪声影响在则码元传输的最高速率是2W码元/秒。传输速率超过此值会出现严重的码间串扰问题使接收端对码元的判断成为不可能 信噪比
噪声存在于所有电子设备以及通信信道中 噪声是随机产生的它的瞬时值可能很大。因此噪声会使得接收端对码元的判决出现错误 但是噪声的影响是相对的如果信号相对较强那么噪声的影响就相对较低 信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比记为S/N并用分贝dB作为度量单位
即信噪比 10 * log10(S/N)
例如当S/N10时信噪比为10dBS/N1000时信噪比为30dB 香农定理给出了宽带受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输速率当用此速率进行传输的时候可以做到不产生误差
信道极限数据传输速率wlog2(1S/N) 单位b/s
信道的带宽或信道内信噪比越大则信息的极限传输速率就越高
意义只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率就一定能有办法是吸纳无差错的传输
实际上信道的数据传输速率小于极限传输速率
典型的交换技术
1电路交换
电路交换技术分为三个阶段
连接建立建立一条专用的物理通路由通信双方之间的交换设备和链路逐段连接而成
数据传输主叫和被叫双方互通电话一直占用通信资源
连接释放释放刚才占用的物理通路归还通信资源 从通信资源的分配角度来看“交换”就是按照某种方式动态的分配传输线路的资源。电路的交换的关键是在数据传输的过程中用户始终占用端到端的固定的传输宽带
3报文交换
数据交换的单位是报文报文携带目标地址、源地址等信息。报文交换咋交换结点采用的是存储转发的传输方式
优点
无需连接报文交换不需要为通信双方预先建立一条专用的通信线路。不存在建立连接时延用户可以随时发报文
动态分配线路当发送方把报文交给交换设备时交换设备先存储整个报文然后选择一条合适的空闲线路将报文发送出去
提高线路的可靠性、利用率
提供多目标服务
缺点由于数据要经历存储转发的过程因此会引发转发时延报文
报文交换的大小没有限制所以要求网络结点有较大的缓存空间
2分组交换互联网的核心
采用存储转发但解决了报文交换中大报文传输的问题分组交换限制了每一次传送的数据块大小的上限把大的数据块划分为合理的小数据块再加上一些必要的控制信息构成分组。网络结点根据控制信息把分组送到下一个结点下一个结点接收到分组后暂时保存并排队等待传输然后根据分组控制信息选择它的下一个结点直到达到目的结点。接收端收到报文后剥离首部得到还原成原来的报文
分组在互联网中的转发
位于互联网核心部分的路由器负责分组转发即进行分组交换
根据首部中含有的目标地址源地址等重要信息进行转发
每一个分组在互联网中独立选择传输路径
路由器要创建和动态的维护转发表
比较
三种数据交换方式的比较要传送的数据量很大并且传送时间大于呼叫时间时采用电路交换更为合适。端到端的通路由多段链路组成时采用分组交换传送数据更为合适。分组交换比报文交换的时延小尤其适合于计算机之间突发式数据通信
传输媒体
传输媒体是数据传输系统中在发生器和接收器之间的物理通路
两大类 导引型传输介质电磁波被沿着固体媒体铜线或光纤传播 非导引型传输介质指自由空间非导引型传输媒体中电磁波的传播称为无线传输 导引型传输媒体
1.双绞线
最古老但是最常用的传输媒体 把两根互相绝缘垫铜导线并排放置在一起然后用规则的方法绞合起来 绞合起来是为了抑制噪声绞合度越高可用的数据传输率越高 两大类
无屏蔽双绞线 UTP无屏蔽层 价格便宜
屏蔽双绞线 STP有屏蔽层有单元屏蔽和整体屏蔽 都必须有接地线 无论哪种类别的双绞线衰减都随着频率的升高而增大
双绞线的最高速还与数字信号的编码方式有很大关系
2.同轴电缆 3.光纤 多模光纤和单模光纤 光纤的优点 传输损耗小中继距离长对远距离传输特别经济 抗雷电和电磁干扰性能好。这在有大电流脉冲干扰的环境下尤为重要 无串音干扰保密性好不以被窃听或截取 体积小重量轻。这在现有的电缆管道已拥塞的情况下特别友好 现在已经广泛的应用在计算机网络、电信网络和有线电视网络的主干网络
非引导性型传输媒体
1.无线电微波通信 地轨道卫星通信系统卫星高度在2000公里以下已开始使用。
