计算机网络第2章物理层知识小结

梦里梦外; 2022-05-27 22:39 517阅读 0赞

*   *  1.规程与协议的区别
     *  2.名词解释
     *  3.物理层的接口有哪几个方面的特性及各包含什么内容?
     *  4.数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？
     *  5.信噪比能否任意提高？
     *  6.香农公式在数据通信中的意义是什么？
     *  7.“比特/秒”和“码元/秒”有何区别？
     *  8.常用的传输媒体及其特点
        
         *  引导型媒体(以固体媒体为传播介质)
         *  非引导型媒体(以自由空间为传输介质)
     *  9.使用信道复用技术的原因
     *  10.常用的信道复用技术有哪些?
     *  11.比较ADSL,HFC以及FTTx接入技术的优缺点
        
         *   *  说明:
             *  比较
     *  12.英文缩写解释

## 1.规程与协议的区别 ##

本质上没什么区别,是不同阶段对同一类事物的不同称呼.  
在数据通信的早期，对通信所使用的各种规则都称为“规程”（procedure），后来具有体系结构的计算机网络开始使用“协议”（protocol）这一名词，以前的“规程”其实就是 “协议”，但由于习惯，对以前制定好的规程有时仍常用旧的名称“规程”。

## 2.名词解释 ##

*  串行传输:逐个比特按时间顺序传输
 *  并行传输:有多个数据位同时在设备之间进行的传输。
 *  数据：是运送**消息**(message)的实体。
 *  信号：数据的电气的或电磁的表现。
 *  模拟数据：运送信息的模拟信号。
 *  模拟信号(连续信号)：连续变化的信号。
 *  数字数据：取值为不连续数值的数据。
 *  数字信号(离散信号)：取值为有限的几个离散值的信号。
 *  码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形
 *  单工通信(单向通信)：即只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
 *  半双工通信(双向交替通信)：即通信和双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也不能同时接收）。 这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间再反过来。
 *  全双工通信(双向同时通信)：即通信的双方可以同时发送和接收信息。
 *  基带信号(基本频带信号)：来自信源的信号。
 *  带通信号:经过载波调制后的信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道） .把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换为模拟信号以便更好地在模拟信道中传输.

## 3.物理层的接口有哪几个方面的特性及各包含什么内容? ##

1.  机械特性: 指明接口所用接线器的形状和尺寸,引脚数目和排序,固定和锁定的装置等.
2.  电气特性: 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
3.  功能特性: 指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
4.  规程特性: 说明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

## 4.数据在信道中的传输速率受哪些因素的限制？ ##

1.  信道能够通过的**频率范围**  
    `奈氏准则:码元传输的速率是受限的`  
    在任何信道中,码元传输的速率是有上限的,传输速率超过此上限就会出现严重的码间串扰的问题,使接收端对码元的识别成为不可能.  
    信道的频带越宽,能够通过的信号高频分量就越多,那么就可以更高速地传送码元而不出现码间串扰.
2.  **信噪比**  
    信噪比=信号的平均功率(S) / 噪声的平均功率(N),记为S/N,单位为分贝(dB)  
    公式:信噪比(dB)=10log10(S/N)(dB)  信 噪 比 ( d B ) = 10 l o g 10 ( S / N ) ( d B )   
    `香农公式:信息传输速率是受限的`  
    信道的极限信息传输速率C=Wlog2(1\+S/N)(bit/s)  C = W log 2 ⁡ ( 1 + S / N ) ( b i t / s )   
    注意:W为信道的带宽,单位是Hz  
    信道的带宽或信道中的信噪比越大,信息的极限传输速率就越高.

## 5.信噪比能否任意提高？ ##

不能

## 6.香农公式在数据通信中的意义是什么？ ##

只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种方法来实现无差错的传输。

## 7.“比特/秒”和“码元/秒”有何区别？ ##

比特/秒是指信息传输速率(**比特率**)，每秒钟传送的信息量；  
码元/秒是码元传输速率(**波特率**)，每秒钟传送的码元个数。  
在不同的信号调制系统中，每个码元所载的比特是不同的。  
二进制数字传输中一个码元可携带一个bit  
八进制数字传输中，一个码元可载三个bit。  
比特率(Rb  R b )与波特率(RB  R B )的关系为 :Rb=RBlog2M(bps)  R b = R B l o g 2 M ( b p s )

## 8.常用的传输媒体及其特点 ##

**传输媒体**(又称为传输介质或传输媒介),分为**引导型传输媒体**(固体媒体)和**非引导型传输媒体**(自由空间)

### 引导型媒体(以固体媒体为传播介质) ###

1.  双绞线  
    
    
    1.  分类  
        
        
        1.  屏蔽双绞线 STP:有金属丝屏蔽层
        2.  无屏蔽双绞线 UTP:现在最常用的UTP是5类线(CAT5),其绞合度较高,抗干扰性更强.
    2.  用途  
        
        
        1.  模拟传输: 放大器使**衰减**的信号放大到合适的数值。
        2.  数字传输: 中继器将**失真**的信号进行整形。
    3.  特点  
        价格便宜,性能也不错,使用十分广泛(如电话系统)
2.  同轴电缆  
    
    
    1.  分类  
        
        
        1.  **基带同轴**电缆:50Ω  Ω ,用于**数字传播**,一条电缆一个信道
        2.  **宽带同轴**电缆:75Ω  Ω ,用于**模拟传播**,一条电缆传输不同频率的多路模拟信号
    2.  应用  
        被光纤大量取代.局域网发展初期广泛使用,现在局域网基本都采用双绞线.现主要应用于有线电视和某些局域网.
3.  光缆  
    
    
    1.  分类  
        
        
        1.  **多模光纤**:可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。  
            光源:发光二极管(LED)  
            特点:价格便宜,传输距离近
        2.  **单模光纤**:若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。  
            光源:激光(ILD)  
            特点:价格昂贵,传输距离远
    2.  原理:光纤通信是利用光导纤维（简称**光纤**,利用光的**全反射**原理传播）传送光脉冲进行通信。有光脉冲相当于１，没有光脉冲相当于0。
    3.  优点  
        (1) 通信容量非常大。  
        (2) 传输损耗小，中继距离长。  
        (2) 抗雷电和电磁干扰性能好。  
        (3) 无串音干扰，保密性好。  
        (4) 体积小，重量轻。
4.  架空明线(已被淘汰,一些农村和边远地区仍在使用)

### 非引导型媒体(以自由空间为传输介质) ###

1.  短波通信(高频通信):电离层反射,通信质量较差,需调制,用于移动通信,无线局域网(WLAN)
2.  微波通信  
    
    
    1.  地面微波接力通信:传输电话,电报,图像,数据等信息(频率高,频段宽,信道容量大,受干扰少)
    2.  卫星通信:广播电视通信(覆盖面积广),主要特点有通信距离远,且具有较大的传播时延
3.  红外通信:短距离通信,如遥控器,也可用于无线LAN
4.  激光通信

## 9.使用信道复用技术的原因 ##

让不同的计算机连接到相同的信道上,以**共享信道资源**。在一条传输介质上传输多个信号,提高线路的利用率，降低网络的成本。

## 10.常用的信道复用技术有哪些? ##

1.  频分复用(FDM)  
    
    
    1.  用于**模拟信号传输**
    2.  **用户在分配到一定的频带后始终占用这个频道**
    3.  频分复用的所有用户在相同的时间占用不同的带宽资源(按频率带宽分片)
    4.  使用**复用器和分用器**
2.  时分复用(TDM,又称为 同步时分复用)  
    
    
    1.  多用于**数字信号传输**
    2.  **每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）**
    3.  时分复用的所有用户在不同的时间占用相同的带宽资源(按时间分片)
3.  统计时分复用(STDM,又称为 异步时分复用)  
    
    
    1.  是一种改进的时分复用
    2.  把公共信道的时隙实行“按需动态分配”
    3.  使用**集中器(智能复用器)**
4.  波分复用(WDM)  
    
    
    1.  实质:光的频分复用,利用了光具有不同的波长的特征
    2.  密集波分复用(DWDM):一根光纤复用数十路甚至更多路数的光载波信号
    3.  使用**光复用器和光分用器(合波器和分波器)**
5.  码分复用(CDM,又称码分多址CDMA)  
    
    
    1.  原用于军事通信,现用于移动通信和无线网络通信
    2.  每一个用户可以在同样的时间使用**同样的频带**进行通信,由于各用户使用**经过特殊挑选的不同码型**，因此不会造成干扰
    3.  原理: 扩频技术
    4.  码片:每一个比特时间再划分m个短的间隔(通常m为64或128)称为码片,CDMA的每一个站将被指派一个惟一的 m bit 码片序列,发送数据时:  
        
        
         *  如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列
         *  如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码
    5.  要求:  
        
        
        1.  任何一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。
        2.  每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还得**相互正交**(在使用系统中使用”伪随机码序列”)
    6.  工作原理:CDMA接收时，接收站从空中收到多站发送信号后的线性叠加码片序列的和。将其与某一发送站码片序列进行**归一化内积运算**(**在内积的基础上除以向量分量的个数**)，则可恢复出该站发送的数据。 如:空间直角坐标系中,三个相互正交的向量(A,B,C三个站的码片序列)(1,0,0),(0,1,0),(0,0,1),得到一叠加后的坐标(1,0,-1),分别内积,知A发了1,B没有发送,C发了-1(注意,这个例子只体现了正交的概念,关于规格化内积由要求1保证)

## 11.比较ADSL,HFC以及FTTx接入技术的优缺点 ##

#### 说明: ####

1.  非对称数字用户线ADSL(Asymmetric Digital Subscribe Line)  
    
    
     *  定义:用数字技术对现有的**模拟电话用户线**进行改造，使它能够承载宽带业务。
     *  原理:把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用(实际可通过的信号频率超过1MHz,0~4 kHz低端频谱留给传统电话(300~3400 Hz),高端频谱留给用户上网)
     *  特点:  
        1.**不对称**,下行带宽远远大于上行带宽  
        2.需要成对使用ADSL调制解调器,电话端局使用ATU-C,用户使用ATU-R
     *  方案  
        我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术(频分复用)
2.  光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)  
    
    
     *  定义:在目前覆盖面很广的**有线电视网** CATV 的基础上开发的一种居民宽带接入网
     *  原理:在发送端把模拟信号和有线电视信号调制成光信号后，送入光纤。在接收端通过光电变换后，用同轴电缆把有线电视信号送至各用户电视接收机，其它信号可以用对绞铜线分别接入各有关家庭中
     *  特点:  
        1.将原 CATV 网中的同轴电缆主干部分改换为光纤  
        2.采用结点体系结构 :模拟光纤从头端连接到光纤结点,在光纤结点光信号被转换为电信号。在光纤结点以下就是同轴电缆。  
        3.有比 CATV 网更宽的频谱，且具有双向传输功能  
        4.每个家庭要安装一个用户接口盒(同轴电缆接入,同轴电缆接出到电视机,双绞线接出到电话,**电缆调制解调器**(只安装在用户端)接出到计算机)
3.  FTTx技术(Fiber To The…)  
    “**光纤到户**“往往并非真正的FTTH,其一因为价格不菲,其二因为利用率低,实际上是”光纤宽带”或”光纤加局域网”

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>局端</th> 
   <th>光配线网ODN(无源的为PON)</th> 
   <th>用户端</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>光纤干线–&gt;头端(光线路终端OLT)</td> 
   <td>1:N 光分路器</td> 
   <td>光网络单元ONU</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

#### 比较 ####

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>技术</th> 
   <th>优点</th> 
   <th>缺点</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>ADSL</td> 
   <td>成本低，易实现</td> 
   <td>带宽和质量差异性大</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>HFC</td> 
   <td>具有很宽的频带，并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网</td> 
   <td>需要相当的资金和时间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>FTTx</td> 
   <td>可提供最好的带宽和质量</td> 
   <td>现阶段线路和工程成本太大</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

## 12.英文缩写解释 ##

*  FDM(frequency division multiplexing)频分复用，同一时间同时发送多路信号。所有的用户可以在同样的时间占用不同的带宽资源。
 *  TDM(Time Division Multiplexing)时分复用，将一条物理信道按时间分成若干时间片轮流地给多个用户使用，每一个时间片由复用的一个用户占用，所有用户在不同时间占用同样的频率宽度。
 *  STDM(Statistic Time Division Multiplexing)统计时分复用，一种改进的时分复用。不像时分复用那样采取固定方式分配时隙，而是按需动态地分配时时隙。
 *  WDM(Wave Division Multiplexing)波分复用，在光信道上采用的一种频分多路敷衍的变 种，即光的频分复用。不同光纤上的光波信号（常常是两种光波信号）复用到一根长距离 传输的光纤上的复用方式。
 *  DWDM(Dense Wave Division Multiplexing)密集波分复用，使用可见光频谱的宽带特征在单个光纤上同时传输多种光波信号的技术.DWDM 可以利用一根光纤同时传输多个波长， 多路高速信号可以在光纤介质中同时传输，每路信号占用不同波长。
 *  SONET(Synchronous Optical Network)同步光纤网，是以分级速率从155Mb/s 到2.5Gb/s 的光纤数字化传输的美国标准，它支持多媒体多路复用，允许声音、视频和数据格式与 不同的传输协议一起在一条光纤线路上传输。
 *  SDH(Synchronous Digital Hierarchy)同步数字系列指国际标准同步数字系列。SDH 简化了复用和分用技术，需要时可直接接入到低速支路，而不经过高速到低速的逐级分用， 上下电路方便。
 *  STM-1(Synchronous Transfer Module)第1 级同步传递模块，SDH 的基本速率，相当于 SONET体系中的OC-3 速率。
 *  OC-48(Optical Carrier)第48 级光载波，是SONET 体系中的速率表示，对应于SDH 的 STM-16速率，常用近似值2.5Gb/s.