Ⅰ 计算机网络 物理层
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性。==>定义标准
通信的目的是传送消息
1.单工通信：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。
2.半双工通信：通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接受，需要两条信道。
3.全双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道。
影响失真程度的因素
1.码元传输率
2.信号传输距离
3.噪声干扰
4.传输媒体质量
失真的一种形式----码间串扰
奈氏准则 （奈奎斯特定理）
香农定理
基带信号与宽带信号
（1）非归零编码【NRZ】
（2）曼彻斯特编码
（3）差分曼彻斯特
（4）归零编码【RZ】
（5）反向不归零编码
（6）4B/5B编码
牛的编码方式来了
更牛的来了
最后提一下4B/5B编码：比特流中插入额外的比特以打破一连串的0或1，就是用5个比特来编码4个比特的数据，之后再传给接收方，因此成为4B/5B。编码效率为80％。只采用16种对应16种不同的4位码，其他的16种作为控制码（帧的开始和结束，线路的状态信息等）或保留。
上题解答：共4×4=16种波形，说明每个码元需要log16=4位；1200*4=4800bit/s。
计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列（即实现音频数字化）。
最典型的例子就是对音频信号进行编码的脉冲调制（PCM），在计算机应用中能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛应用于素材保存及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中仅有应用。它主要包括三步：抽样、量化、编码。
为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源。在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式；模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。
传输介质也称为传输媒体/传输媒介，它就是数据传输系统中发送设备和接收设备之间的物理通路。
传输媒体并不是物理层 ：传输媒体在物理层的下面，因为物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。但物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。
中继器
集线器（多口中继器）再生，放大
Ⅱ 【山外笔记-计算机网络·第7版】第02章：物理层
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本章最重要的内容是：
（1）物理层的任务。
（2）几种常用的信道复用技术。
（3）几种常用的宽带接入技术，主要是ADSL和FTTx。
1、物理层简介
（1）物理层在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。
（2）物理层的作用是尽可能地屏蔽掉传输媒体和通信手段的差异。
（3）用于物理层的协议常称为物理层规程（procere），其实物理层规程就是物理层协议。
2、物理层的主要任务 ：确定与传输媒体的接口有关的一些特性。
（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。
（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）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
3、物理层要完成传输方式的转换。
（1）数据在计算机内部多采用并行传输方式。
（2）数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输，即逐个比特按照时间顺序传输。
（3）物理连接的方式：点对点、多点连接或广播连接。
（4）传输媒体的种类：架空明线、双绞线、对称电缆、同轴电缆、光缆，以及各种波段的无线信道等。
1、数据通信系统的组成
一个数据通信系统可划分为源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）三大部分。
（1）源系统：一般包括以下两个部分：
（2）目的系统：一般也包括以下两个部分：
（3）传输系统：可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。
2、通信常用术语
（1）通信的目的是传送消息（message），数据（data）是运送消息的实体。
（2）数据是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。
（3）信息的表示可用计算机或其他机器（或人）处理或产生。
（4）信号（signal）则是数据的电气或电磁的表现。
3、信号的分类 ：根据信号中代表消息的参数的取值方式不同
（1）模拟信号/连续信号：代表消息的参数的取值是连续的。
（2）数字信号/离散信号：代表消息的参数的取值是离散的。
1、信道
（1）信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
（2）一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
（3）单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道（每个方向各一条）。
2、通信的基本方式 ：
（1）单向通信又称为单工通信，只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。如无线电广播、有线电广播、电视广播。
（2）双向交替通信又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送/接收。
（3）双向同时通信又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。
3、调制 （molation）
（1）基带信号：来自信源的信号，即基本频带信号。许多信道不能传输基带信号，必须对其进行调制。
（2）调制的分类
4、基带调制常用的编码方式 （如图2-2）
（1）不归零制：正电平代表1，负电平代表0。
（2）归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。
（3）曼彻斯特：编码位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。也可反过来定义。
（4）差分曼彻斯特：编码在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。
5、带通调制的基本方法
（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波或有载波输出。
（2）调频（FM）即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率f1或f2。
（3）调相（PM）即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。
（4）多元制的振幅相位混合调制方法：正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Molation）。
1、信号失真
（1）信号在信道上传输时会不可避免地产生失真，但在接收端只要从失真的波形中能够识别并恢复出原来的码元信号，那么这种失真对通信质量就没有影响。
（2）码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或噪声干扰越大，或传输媒体质量越差，在接收端的波形的失真就越严重。
2、限制码元在信道上的传输速率的因素
（1）信道能够通过的频率范围
（2）信噪比
3、香农公式 （Shannon）
（1）香农公式（Shannon）：C = W*log2(1+S/N) (bit/s)
（2）香农公式表明：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。
（3）香农公式指出了信息传输速率的上限。
（4）香农公式的意义：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定存在某种办法来实现无差错的传输。
（5）在实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少,是因为香农公式的推导过程中并未考虑如各种脉冲干扰和在传输中产生的失真等信号损伤。
1、传输媒体
传输媒体也称为传输介质或传输媒介，是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
2、传输媒体的分类
（1）导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）传播。
（2）非导引型传输媒体：是指自由空间，电磁波的传输常称为无线传输。
1、双绞线
（1）双绞线也称为双扭线， 即把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合（twist）起来。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。
（2）电缆：通常由一定数量的双绞线捆成，在其外面包上护套。
（3）屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）：在双绞线的外面再加上一层用金属丝编织成的屏蔽层，提高了双绞线抗电磁干扰的能力。价格比无屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）要贵一些。
（4）模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里。
（5）双绞线布线标准
（6）双绞线的使用
2、同轴电缆
（1）同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的）以及保护塑料外层所组成。
（2）由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。
（3）同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。
（4）同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz。
3、光缆
（1）光纤通信就是利用光导纤维（简称光纤）传递光脉冲来进行通信。有光脉冲为1，没有光脉冲为0。
（2）光纤是光纤通信的传输媒体。
（3）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。光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，多模光纤只适合于近距离传输。
（4）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，可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。单模光纤的纤芯很细，其直径只有几个微米，制造起来成本较高。
（5）光纤通信中常用的三个波段中心：850nm，1300nm和1550nm。
（6）光缆：一根光缆少则只有一根光纤，多则可包括数十至数百根光纤，再加上加强芯和填充物，必要时还可放入远供电源线，最后加上包带层和外护套。
（7）光纤的优点
1、无线传输
（1）无线传输是利用无线信道进行信息的传输，可使用的频段很广。
（2）LF，MF和HF分别是低频（30kHz-300kHz）、中频（300kHz-3MH z）和高频（3MHz-30MHz）。
（3）V，U，S和E分别是甚高频（30MHz-300MHz）、特高频（300MHz-3GHz）、超高频（3GHz-30GHz）和极高频（30GHz-300GHz），最高的一个频段中的T是Tremendously。
2、短波通信： 即高频通信，主要是靠电离层的反射传播到地面上很远的地方，通信质量较差。
3、无线电微波通信
（1）微波的频率范围为300M Hz-300GHz（波长1m-1mm），但主要使用2~40GHz的频率范围。
（2）微波在空间中直线传播，会穿透电离层而进入宇宙空间，传播距离受到限制，一般只有50km左右。
（3）传统的微波通信主要有两种方式，即地面微波接力通信和卫星通信。
（4）微波接力通信：在一条微波通信信道的两个终端之间建立若干个中继站，中继站把前一站送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为“接力”，可传输电话、电报、图像、数据等信息。
（5）卫星通信：利用高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。
（6）无线局域网使用ISM无线电频段中的2.4GHz和5.8GHz频段。
（7）红外通信、激光通信也使用非导引型媒体，可用于近距离的笔记本电脑相互传送数据。
1、复用（multiplexing）技术原理
（1）在发送端使用一个复用器，就可以使用一个共享信道进行通信。
（2）在接收端再使用分用器，把合起来传输的信息分别送到相应的终点。
（3）复用器和分用器总是成对使用，在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。
（4）分用器（demultiplexer）的作用：把高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交到相应的用户。
2、最基本的复用
（1）频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）
（2）时分复用TDM（Time Division Multiplexing）：
3、统计时分复用STDM （Statistic TDM）
（1）统计时分复用STDM是一种改进的时分复用，能明显地提高信道的利用率。
（2）集中器（concentrator）：将多个用户的数据集中起来通过高速线路发送到一个远地计算机。
（3）统计时分复用使用STDM帧来传送数据，每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。
（4）STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙，提高了线路的利用率。
（5）统计复用又称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用。
（6）STDM帧中每个时隙必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必须要有的和不可避免的一些开销。
（7）TDM帧和STDM帧都是在物理层传送的比特流中所划分的帧。和数据链路层的帧是完全不同的概念。
（8）使用统计时分复用的集中器也叫做智能复用器，能提供对整个报文的存储转发能力，通过排队方式使各用户更合理地共享信道。此外，许多集中器还可能具有路由选择、数据压缩、前向纠错等功能。
1、波分复用WDM （Wavelength Division Multiplexing）
波分复用WDM是光的频分复用，在一根光纤上用波长来复用两路光载波信号。
2、密集波分复用DWDM （Dense Wavelength Division Multiplexing）
密集波分复用DWDM是在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。
1、码分复用CDM （Code Division Multiplexing）
（1）每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
（2）各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。
（3）码分复用最初用于军事通信，现已广泛用于民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。
2、码分多址CDMA （Code Division Multiple Access）。
（1）在CDMA中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。通常m的值是64或128。
（2）使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列（chip sequence）。
（3）一个站如果发送比特1，则发送m bit码片序列。如果发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。
（4）发送信息的每一个比特要转换成m个比特的码片，这种通信方式是扩频通信中的直接序列扩频DSSS。
（5）CDMA系统给每一个站分配的码片序列必须各不相同，并且还互相正交（orthogonal）。
（6）CDMA的工作原理：现假定有一个X站要接收S站发送的数据。
（7）扩频通信（spread spectrum）分为直接序列扩频DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）和跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）两大类。
早起电话机用户使用双绞线电缆。长途干线采用的是频分复用FDM的模拟传输方式，现在大都采用时分复用PCM的数字传输方式。现代电信网，在数字化的同时，光纤开始成为长途干线最主要的传输媒体。
1、早期的数字传输系统最主要的缺点：
（1）速率标准不统一。互不兼容的国际标准使国际范围的基于光纤的高速数据传输就很难实现。
（2）不是同步传输。为了节约经费，各国的数字网主要采用准同步方式。
2、数字传输标准
（1）同步光纤网SONET（Synchronous Optical Network）
（2）同步数字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy）
（3）SDH/SONET定义了标准光信号，规定了波长为1310nm和1550nm的激光源。在物理层定义了帧结构。
（4）SDH/SONET标准的制定，使北美、日本和欧洲三种不同的数字传输体制在STM-1等级上获得了统一，第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。
互联网的发展初期，用户利用电话的用户线通过调制解调器连接到ISP，速率最高只能达到56kbit/s。
从宽带接入的媒体来看，宽带接入技术可以分为有线宽带接入和无线宽带接入两大类。
1、非对称数字用户线ADSL （Asymmetric Digital Subscriber Line）
（1）ADSL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。
（2）ADSL技术把0-4kHz低端频谱留给传统电话使用，把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
（3）ADSL的ITU的标准是G.992.1（或称G.dmt，表示它使用DMT技术）。
（4）“非对称”是指ADSL的下行（从ISP到用户）带宽都远远大于上行（从用户到ISP）带宽。
（5）ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）。
（6）ADSL所能得到的最高数据传输速率还与实际的用户线上的信噪比密切相关。
2、ADSL调制解调器的实现方案 ：离散多音调DMT（Discrete Multi-Tone）调制技术
（1）ADSL在用户线（铜线）的两端各安装一个ADSL调制解调器。
（2）“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。
（3）DMT调制技术采用频分复用的方法，把40kHz-1.1MHz的高端频谱划分为许多子信道。
（4）当ADSL启动时，用户线两端的ADSL调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况，以及在每一个频率上测试信号的传输质量。
（5）ADSL能够选择合适的调制方案以获得尽可能高的数据率，但不能保证固定的数据率。
3、数字用户线接入复用器DSLAM （DSL Access Multiplexer）
（1）数字用户线接入复用器包括许多ADSL调制解调器。
（2）ADSL调制解调器又称为接入端接单元ATU（Access Termination Unit）。
（3）ADSL调制解调器必须成对使用，因此把在电话端局记为ATU-C，用户家中记为ATU-R。
（4）ADSL最大的好处就是可以利用现有电话网中的用户线（铜线），而不需要重新布线。
（5）ADSL调制解调器有两个插口：
（6）一个DSLAM可支持多达500-1000个用户。
4、第二代ADSL
（1）ITU-T已颁布了G系列标准，被称为第二代ADSL，ADSL2。
（1）第二代ADSL通过提高调制效率得到了更高的数据率。
（2）第二代ADSL采用了无缝速率自适应技术SRA（Seamless Rate Adaptation），可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，根据线路的实时状况，自适应地调整数据率。
（3）第二代ADSL改善了线路质量评测和故障定位功能。
5、ADSL技术的变型 ：xDSL
ADSL并不适合于企业，为了满足企业的需要，产生了ADSL技术的变型：xDSL。
（1）对称DSL（Symmetric DSL，SDSL）：把带宽平均分配到下行和上行两个方向，每个方向的速度分别为384kbit/s或1.5Mbit/s，距离分别为5.5km或3km。
（2）HDSL（High speed DSL）：使用一对线或两对线的对称DSL，是用来取代T1线路的高速数字用户线，数据速率可达768KBit/s或1.5Mbit/s，距离为2.7-3.6km。
（3）VDSL（Very high speed DSL）：比ADSL更快的、用于短距离传送（300-1800m），即甚高速数字用户线，是ADSL的快速版本。
1、光纤同轴混合网HFC （Hybrid Fiber Coax）
（1）光纤同轴混合网HFC是在有线电视网的基础上改造开发的一种居民宽带接入网。
（2）光纤同轴混合网HFC可传送电视节目，能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。
（3）有线电视网最早是树形拓扑结构的同轴电缆网络，采用模拟技术的频分复用进行单向广播传输。
2、光纤同轴混合网HFC的主要特点：
（1）HFC网把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，光纤从头端连接到光纤结点（fiber node）。
（2）在光纤结点光信号被转换为电信号，然后通过同轴电缆传送到每个用户家庭。
（3）HFC网具有双向传输功能，而且扩展了传输频带。
（4）连接到一个光纤结点的典型用户数是500左右，但不超过2000。
3、电缆调制解调器 （cable modem）
（1）模拟电视机接收数字电视信号需要把机顶盒（set-top box）的设备连接在同轴电缆和电视机之间。
（2）电缆调制解调器：用于用户接入互联网，以及在上行信道中传送交互数字电视所需的一些信息。
（3）电缆调制解调器可以做成一个单独的设备，也可以做成内置式的，安装在电视机的机顶盒里面。
（4）电缆调制解调器不需要成对使用，而只需安装在用户端。
（5）电缆调制解调器必须解决共享信道中可能出现的冲突问题，比ADSL调制解调器复杂得多。
信号在陆地上长距离的传输，已经基本实现了光纤化。远距离的传输媒体使用光缆。只是到了临近用户家庭的地方，才转为铜缆（电话的用户线和同轴电缆）。
1、多种宽带光纤接入方式FTTx
（1）多种宽带光纤接入方式FTTx，x可代表不同的光纤接入地点，即光电转换的地方。
（2）光纤到户FTTH（Fiber To The Home）：把光纤一直铺设到用户家庭，在光纤进入用户后，把光信号转换为电信号，可以使用户获得最高的上网速率。
（3）光纤到路边FTTC（C表示Curb）
（4）光纤到小区FTTZ（Z表示Zone）
（5）光纤到大楼FTTB（B表示Building）
（6）光纤到楼层FTTF（F表示Floor）
（7）光纤到办公室FTTO（O表示Office）
（8）光纤到桌面FTTD（D表示Desk）
2、无源光网络PON （Passive Optical Network）
（1）光配线网ODN（Optical Distribution Network）：在光纤干线和广大用户之间，铺设的转换装置，使得数十个家庭用户能够共享一根光纤干线。
（2）无源光网络PON（Passive Optical Network），即无源的光配线网。
（3） 无源：表明在光配线网中无须配备电源，因此基本上不用维护，其长期运营成本和管理成本都很低。
（4）光配线网采用波分复用，上行和下行分别使用不同的波长。
（5）光线路终端OLT（ Optical Line Terminal）是连接到光纤干线的终端设备。
（6）无源光网络PON下行数据传输
（7）无源光网络PON上行数据传输
当ONU发送上行数据时，先把电信号转换为光信号，光分路器把各ONU发来的上行数据汇总后，以TDMA方式发往OLT，而发送时间和长度都由OLT集中控制，以便有序地共享光纤主干。
（8）从ONU到用户的个人电脑一般使用以太网连接，使用5类线作为传输媒体。
（9）从总的趋势来看，光网络单元ONU越来越靠近用户的家庭，即“光进铜退”。
3、无源光网络PON的种类
（1）以太网无源光网络EPON（Ethernet PON）
（2）吉比特无源光网络GPON（Gigabit PON）
Ⅲ 计算机网络：数据链路层和物理层中的问题
FDM频分复用，通常在无线网络或者语音网络或在主干网络中采用，目的是提高主干线路的利用率。举个例子，你可以看看主干公路通常都是被划分为多个车道，这就像一条线路被分为多个信道，分别传输信号。
1.怎样解释这两点的矛盾（可能只有我会认为是矛盾），物理层中的复用拿到链路层就不行了吗？
数据链路层是在物理层的基础上工作的，物理层已经将用一根线路逻辑的划分出多条信道了，数据链路层的建立也只是在其中的一条信道中建立，所以仍然会有冲突。另外：CSMA/CD是总线型局域网解决冲突的技术，该类型的网络好像没采用复用技术。
2. 经过同一数字调制方法调制后的多路信号，在介质中能叠加吗？即A,B同时向C发送数据，注意是数字调制
如果AB使用同一调制设备进行调制是不会冲突的，因为AB的信号被分别调制成两个不同频段传输。但AB如果分别由不同设备调制，就存在冲突的可能，但这种现象好像实际网络中不存在或者经由其他的中间设备设备解决了该问题。
3. 问题同2，这里分同向叠加和对向叠加两个情况考虑，即全双工模式下。
全双工通信会使用两个独立的上行信道和下行信道，所以是不会产生对向叠加的。
Ⅳ 璁＄畻链虹绣缁-鐗╃悊灞
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Ⅳ 计算机网络-物理层-通信基础
一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统（或发送端、发送方)、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。
源系统一般包括以下两个部分：
源点(source)：源点设备产生要传输的数据，例如，从计算机的键盘输入汉字，计算机产生输出的数字比特流。源点又称为源站，或 信源 。
发送器：通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。典型的发送器就是 调制器 。现在很多计算机使用内置的调制解调器（包含调制器和解调器)，用户在计算机外面看不见调制解调器。
目的系统一般也包括以下两个部分：
接收器：接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是 解调器 ，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的消息，还原出发送端产生的数字比特流。
终点(destination)：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出（例如，把汉字在计算机屏幕上显示出来）。终点又称为目的站，或 信宿 。
在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。
通信的目的是传送消息(message)。 如话音、文字、图像、视频等都是消息。 数据(data)是运送消息的实体。 根据RFC4949给出的定义，数据是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。这种信息的表示可用计算机或其他机器（或人）处理或产生。 信号(signal)则是数据的电气或电磁的表现。 根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为以下两大类：
(1) 模拟信号，或连续信号一代表消息的参数的取值是连续的。 例如在上图中，用户家中的调制解调器到电话端局之间的用户线上传送的就是模拟信号。
(2) 数字信号，或离散信号一代表消息的参数的取值是离散的。 例如在上图中，用户家中的计算机到调制解调器之间，或在电话网中继线上传送的就是数字信号。在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为 码元① 。在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状态而另一种代表1状态。
① 码元 是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲）表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。一个玛元所携带的信息量是不固定的，而是由调制方式和编码方式决定的。
信道按传输信号形式的不同，可分为传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道两大类；信道按传输介质的不同可分为无线信道和有线信道。
信道上传送的信号有基带信号和宽带信号之分。来自信源的信号常称为基带信号（即基本频带信号）。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。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）；宽带（带通）信号将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号，然后送利模拟信道上传输（称为宽带传输）。
信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此， 一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道 。从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：
(1) 单向通信 又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
(2) 双向交替通信 又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后可以再反过来。
(3) 双向同时通信 又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道（每个方向各一条)。显然，双向同时通信的传输效率最高。
速率也称数据率，指的是数据传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。
1)码元传输速率。又称波特率，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次数)，单位是波特(Bud)。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。码元可以是多进制的，也可以是二进制的，码元速率与进制数无关。
2)信息传输速率。又称信息速率、比特率等，它表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒(b/s)。
注意：波特和比特是两个不同的概念，码元传输速率也称调制速率、波形速率或符号速率。但码元传输速率与信息传输速率在数量上却又有一定的关系。若一个码元携带比特的信息量，则M波特率的码元传输速率所对应的信息传输速率为Mn比特/秒。
Ⅵ 计算机网络——2.物理层
确定与传输媒体的 接口 的一些特性，解决在各种传输媒体上传输 比特流 的问题
1.机械特性 ：接口的形状尺寸大小。
2.电气特性 ：在接口电缆上的各条线的电压范围。
3.功能特性 ：在某一条线上出现的某个电平电压表示的意义。
4.过程特性 ：对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
传输媒体主要可以分为 导引型传输媒体 和 非导引型传输媒体 ：
导引型传输媒体 ：信号沿着固体媒体(铜线或光纤，双绞线)进行传输， 有线传输 。
非导引型传输媒体 ：信号在自由空间传输，常为 无线传输 。
数据通信系统：包括 源系统 (发送方)， 传输系统 (传输网络)， 目的系统 (接收方)。
一般来说源系统发出的信号(数字比特流)不适合直接在传输系统上直接传输，需要转化(模拟信号)。
调制 ：数字比特流-模拟信号
解调 ：模拟信号-数字比特流
数据 ——运送消息的实体。
信号 ——数据的电气化或电磁化的表现。
模拟信号 ——代表消息的参数的取值是 连续 的。
数字信号 ——代表消息的参数的取值是 离散 的。
码元 ——在使用时间域代表不同离散值的基本波形。
信道 ：表示向某一个方向传送信息的媒体。
单向通信(单工通信) ：只有一个方向的通信，不能反方向。
双向交替通信(半双工通信) ：能两个方向通信，但是不能同时。
双向同时通信(全双工通信) ：能同时在两个方向进行通信。
基带信号 ：来自信源的信号(源系统发送的比特流)。
基带调制 ：对基带信号的波形进行变换，使之适应信道。调制后的信号仍是基带信号。基带调制的过程叫做 编码 。
带通调制 ：使用载波进行调制，把基带信号的频率调高，并转换为模拟信号。调制后的信号是 带通信号 。
1.归零制 ：两个相邻信号中间信号记录电流要恢复到 零电平 。 正脉冲表示1，负脉冲表示0 。在归零制中，相邻两个信号之间这段磁层未被磁化，因此在写入信息之前必须去磁。
2.不归零制 ： 正电平代表1，负电平代表0 ，不用恢复到零电平。难以分辨开始和结束，连续记录0或者1时必须要有时钟同步，容易出现直流分量出错。
3.曼彻斯特编码 ：在每一位中间都有一个跳变。 低->高表示0，高->低表示1 。
4.差分曼彻斯特编码 ：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，没有跳变代表1。 位中间的跳变代表时钟，位前跳变代表数据 。
调幅（ AM ）：载波的 振幅 随着基带数字信号而变化。
调频（ FM ）：载波的 频率 随着基带数字信号而变化。
调相（ PM ）：载波的 初始相位 随着基带数字信号而变化。
失真 ：发送方的数据和接收方的数据并不完全一样。
限制码元在信道上的传输速率的因素：信道能够通过的 频率范围 ； 信噪比 。
码间串扰 ：由于系统特性，导致前后码元的波形畸变。
理想低通信号的最高码元传输速率为 2W ，单位是波特，W是理想低通信道的 带宽 ，理想带通特性信道的最高码元传输速率为W。
信噪比 ：信号的平均功率与噪声的平均功率的比值，单位是 dB ， 值=10log10(S/N) 。
信噪比对信道的 极限 信息传输速率的影响：速率 C=Wlog2(1+S/N)——香农公式 ，单位为 bit/s 。
信噪比越大，极限传输速率越高。实际速率比极限速率低不少。还可以用编码的方式来提高速率(让一个码元携带更多的比特量)。
所谓 复用 就是一种将若干个彼此独立的信号合并成一个可以在 同一信道 上同时传输的 复合信号 的方法。
比如，传输的语音信号的频谱一般在300~3400Hz内，为了使若干个这种信号能在 同一信道（相当于共享信道，能够降低成本，提高利用率） 上传输，可以把它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不致相互影响，并能在接收端彼此分离开来（ 分用 ）。
信道复用技术就是将一个物理信道按照一定的机制划分多个互不干扰互不影响的逻辑信道。信道复用技术可分为以下几种： 频分复用，时分复用和统计时分复用，波分复用，码分复用 。
1.频分复用技术FDM（也叫做频分多路复用技术）： 条件是传送的信号的带宽是有限的，而 信道的带宽要远远大于信号的带宽 ，然后采用 不同频率 进行调制的方法，是各个信号在信道上错开。频分复用的各路信号是在 时间 上重叠而在 频谱 上不重叠的信号。将整个带宽分为多份，用户分配一定的带宽后通信过程 自始至终都占用 这个频带。另外，为保证各个子信道传输不受干扰，可以设立 隔离带 。
2.时分复用技术TDM：采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号。 也就是在信道带宽上划分出几个子信道后，A用户在某一段时间使用子信道1，用完之后将子信道1释放让给用户B使用，以此类推。将整个信道传输时间划分成若干个时间片（时隙），这些时间片叫做 时分复用帧 。每一个时分用户在每一个TDM帧中占用 固定时序 的时隙。
4.波分复用技术WDM： 将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经过 复用器汇合 在一起，并耦合到光线路的 同一根光纤 中进行传输，在接收端经过 分波器 将各种波长的光载波分离进行 恢复 。整个过程类似于频分复用技术的共享信道。波分复用其实就是光的频分复用。
1.比特时间，码片
1比特时间就是发送 1比特 需要的时间，如数据率是10Mb/s，则100比特时间就等于10微秒。
每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片。每个站被指派一个唯一的m bit 的码片序列（例如S站的8 bit 码片序列是00011011）。
如果发送 比特1 ，则发送自己的m bit 码片序列。如果发送 比特0 ，则发送该码片序列的二进制反码。
S站的码片序列：（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1） -1代表0，+1代表1
用户发送的信号先受 基带数字信号 的调试，又受 地址码 的调试。就比如数据发送后受到基带数字信号的调试之后变为10，然后又受到地址码的调试后1就变为了00011011（上面的S站码片序列），0就变成了11100100。
由于每个比特要转换成m个比特的码片序列，因此原本S站的数据率b bit/s要提高到mb bit/s，同时S站所占用的频带宽度也提高到原本数值的m倍。这种方式是扩频通信中的一种。
扩频通信通常有两大类：直接序列扩频DSSS（上述方式）；跳频扩频FHSS。
2.码分多址（CDMA）
CDMA的重要特点 ：每个站分配的码片序列不仅必须 各不相同 ，并且还必须 相互正交 。在实用系统中使用的是 伪随机码序列 。
码片的互相 正交 的关系：令向量S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的 规格化内积 等于0。
即S T=（S1 T1+S2 T2+......Sm Tm）/m（其实就相当于 两个向量垂直 ，/m对结果其实也没多大关系）
推论 ： 1. 一个码片向量和另一码片反码的向量的规格化内积值为0（如果ST=0,那么ST'也=0）
2. 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1，即S S=1
3. 一个码片向量和该码片向量的规格化内积值是-1，即S S'=-1
CDMA的工作原理：
用一个列子来说明，假设S站的码片序列为（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1），S站的扩频信号为Sx，即若数据比特=1那么S站发送的是码片序列本身Sx=S，若数据比特=0那么S站发送的是码片序列的反码Sx=S’。T站的码片序列为（-1，-1，+1，-1，+1，+1，+1，-1），T站的扩频信号为Tx。因为所有的站都使用相同的频率，因此每一个站都能够收到所有的站发送的扩频信号。所有的站收到的都是叠加的信号 Sx+Tx 。
当接收站打算收S站发送的信号时，就用S站的码片序列与收到的信号求规格化内积，即S （Sx+Tx）=S Sx+S Tx。前者等于+1或0，后者一定等于0，具体看下面（参考上面的 CDMA的工作原理 ）：
当数据比特=1时，Sx=S，那么S Sx=S S=1；同理 ，当数据比特=0时，Sx=S’，那么S Sx=S S’=0
当数据比特=1时，Tx=S，那么S Tx=S T=0（参考上面 码片序列的正交关系 ）；同理 ，当数据比特=0时，Sx=S’，那么S Tx=S*T’=0
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Ⅷ [计算机网络之二] 物理层
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体。物理层的作用是尽可能地屏蔽掉不同传输媒体和通信手段的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体和通信手段是什么。
物理层的协议也称为物理层 规程 。
（1）机械特性
指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。
（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
指明在某条线上出现的某一电平的意义。
（4）过程特性
指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
数据在计算机内部多采用并行传输方式，但在通信线路上的传输方式一般都是串行传输 ，即逐个比特按照事件顺序传输。因此物理层还要完成传输方式的转换。
一个数据通信系统可划分为三大部分，即 源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方） 。
消息 ：通信的目的是传递消息，如语音、文字、图像视频。
数据 ：运送消息的实体，使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。
信号 ：数据的电气或电磁的表现。
码元 ：代表不同离散数值的基本波形。
信道不等同于电路，信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
又称为 单工通信 ，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
又称为 半双工通信 ，即通信的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，过一段时间后可以再反过来。
PS. 一般对讲机属于半双工！！！
又称为 全双工通信 ，即通信的双方可以同时发送和接收信息。
数字信号一般用方形脉冲来表示：
对于模拟信道，信道带宽 W = f2 - f1，f1 是信道能通过的最低频率，f2 是信道能通过的最高频率，两者都是由信道的物理特性决定的。
数字信道时一种离散信道，它只能传送取离散值的数字信号，信道的带宽决定了信道中能不失真地传输脉冲序列的最高速率。
一个数字脉冲称为一个码元，用码元速率表示单位时间内信号波形的变换次数，即单位时间内通过信道传输的码元个数。若信号码元的宽度为 T 秒，则码元速率 B = 1/T，单位为波特（Baud），所以码元速率也叫波特率。
有限带宽无噪声信道的极限码元速率为：
B = 2W（Baud） // W 为信道带宽
一个码元所带的位数是由码元所取的离散值种类所决定的，存在如下关系：
n = log 2 N // n 为码元所带位数，N 为码元种类数
根据上述两个公式，可以计算出理想无噪声状况下，信道的最大数据传输速率为：
R = B log 2 N = 2W log 2 N
有限带宽有噪声信道的极限数据速率：
C = W log 2 (1+S/N)
【解析】W 为信道带宽，S 为信号的平均功率，N 为噪声的平均功率，S/N 叫作信噪比，在实际使用中 S 与 N 的比值太大，故常取其分贝数（dB），分贝与信噪比的关系为：
dB = 10 log10(S/N)
（1）导引型
（2）非导引型
频分复用 FDM（Frequency Division Multiplexing） 的所有用户在同样的时间占用不同的带宽（频率带宽）资源，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
时分复用 TDM（Time Division Multiplexing） 是将时间划分为一段段等长的时分复用帧。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
统计时分复用 STDM（Statistic TDM）
波分复用 WDM（Wavelength Division Multiplexing） 就是光的频分复用。
码分复用 CDM（Code Division Multiplexing） ：在相同的时间使用相同的频带进行通信。
在 CDMA（码分多址：Code Division Multiplexing Access） 中，每一个比特时间被划分为 m 个短的间隔，称为 码片（chip） 。使用 CDMA 的每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列（chip sequence） ，发送比特 1 使用 m bit 码片序列，发送比特 0 使用码片序列的反码。
CDMA 系统的一个重要特点就是这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交。
非对称数字用户线 ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line）技术是 用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造 ，使它能够承载宽带数字业务。
光纤同轴混合网（HFC 网，Hybrid Fiber Coax）是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网。
Ⅸ 计算机网络-物理层-时分复用技术
时分复用 则是将时间划分为一段段等长的 时分复用帧(TDM帧) 。 每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙 。 每一个用户所占用的时隙周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度） 。因此TDM信号也称为 等时 (isochronous)信号。 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度 向外发送数据 。
在使用时分复用时，每一个时分复用帧的长度是不变的，始终是一个数值。若有1000个用户进行时分复用，则每一个用户分配到的时隙宽度就是125μs的千分之一，即0.125μs,时隙宽度变得非常窄。我们应注意到，时隙宽度非常窄的脉冲信号所占的频谱范围也是非常宽的。
当使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高的。当用户在某一段时间暂时无数据传输时（例如用户正在键盘上输入数据或正在浏览屏幕上的信息)，那就只能让己经分配到手的子信道空闲着，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。图2-15 说明了这一概念。这里假定有4个用户A,B,C和D进行时分复用。复用器按A→B→C→D的顺序依次对用户的时隙进行扫描，然后构成一个个时分复用帧。图中共画出了4个时分复用帧，每个时分复用帧有4个时隙。请注意，在时分复用顿中，每一个用户所分配到的时隙长度缩短了，在本例中，只有原来的1/4。可以看出，当某用户暂时无数据发送时，在时分复用顺中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，其他用户即使一直有数据要发送，也不能使用这些空闲的时隙。 这就导致复用后的信道利用率不高。
统计时分复用STDM(Statistic TDM)是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。 集中器①(concentrator) 常使用这种统计时分复用。图2-l6 是统计时分复用的原理图。个使用统计时分复用的集中器连接4个低速用户，然后将它们的数据集中起来通过高速线路发送到一个远地计算机。
统计时分复用使用STDM帧来传送复用的数据。但每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中。对没有数据的缓存就跳过去。当一个帧的数据放满了，就发送出去。因此， STDM帧 不是固定分配时隙，而 是按需动态地分配时隙 。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。我们还可看出，在输出线路上，某一个用户所占用的时隙并不是周期性地出现。因此 统计复用又称为异步时分复用 ，而 普通的时分复用称为同步时分复用 。这里应注意的是，虽然统计时分复用的输出线路上的数据率小于各输入线路数据率的总和，但从平均的角度来看，这二者是平衡的。假定所有的用户都不间断地向集中器发送数据，那么集中器肯定无法应付，它内部设置的缓存都将溢出。所以集中器能够正常工作的前提是假定各用户都是间歇地工作。
由于STDM顿中的时隙并不是固定地分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必须要有的和不可避免的一些开销。在 图2-16 输出线路上 每个时隙（数据a/b/c/d）之前的短时隙（白色）就是放入这样的地址信息 。使用统计时分复用的集中器也叫做智能复用器，它能提供对整个报文的存储转发能力（但大多数复用器一次只能存储一个字符或一个比特)，通过排队方式使各用户更合理地共享信道。此外，许多集中器还可能具有路由选择、数据压缩、前向纠错等功能。
最后要强调一下，TDM帧和STDM帧都是在物理层传送的比特流中所划分的帧。这种“帧”和我们以后要讨论的数据链路层的“帧”是完全不同的概念，不可弄混。
频分复用、时分复用技术都是适用于电磁信号传输。 这两种复用方法的优点是技术比较成熟，但缺点是不够灵活。 时分复用相比频分复用则更有利于数字信号的传输。
①在进行通信时，复用器(multiplexer)总是和分用器(demultiplexer)成对地使用。在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。分用器的作用正好和复用器相反，它把高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交到相应的用户。