计算机网络学习笔记-2 物理层
2.1物理层
用于物理层的协议也常称为物理层规程
可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性：
- 机械特性
- 电气特性
- 功能特性
计算机内部多采用并行传输方式，但是数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输（处于经济的考虑），因此物理层还要完成传输方式的转换。
具体的物理层协议种类较多，这是因为物理连接的方式很多。
2.2数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型
一个数据通信系统可以分为3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）。
- 源点（source） 源点设备产生要传输的数据，源点又称为源站，或信源。
- 发送器 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，集成在网卡上）
- 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）
- 终点 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。
通信的目的是传送信息，数据是运送消息的实体。
根据信号中代表信息的参数的取值方式的不同，信号可以分为：
- 模拟信号：代表消息的参数取值是连续的，连续信号（波形图）
- 数字信号：代表消息的参数取值是离散的，代表不同离散值的基本波形就称为码元（折线图）
2.2.2 信道
- 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千这种类型。
- 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）。
- 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。
2.2.3 信道的极限容量
信道能够通过的频率范围
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，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
码间串扰：信号中的高频分量在穿舒时收到衰减，每一个码元所占的时间界限也不再是很明确的，接收端收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限。
如果信道的频带越宽，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。
信噪比
信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N, 并用分贝(dB)作为度量单位。
$$
信噪比(dB) = 10 log_{10}(S/N)(dB)
$$
当S/N= 10 时，信噪比为10dB, 而当S/N= 1000 时，信噪比为30dB。
香农公式
信道的极限信息传输速率C 是：
$$
C = W log_2(1+S/N)
$$
W 为信道的带宽（以Hz 为单位）； S 为信道内所传信号的平均功率； N 为信道内部的高斯噪声功率。
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。
对于频带宽度已确定的信道，码元传输速率到达上限且信噪比不能再提高了，可以让每一个码元携带更多比特的信息量来提高信息传输速率。
2.4 信道复用技术
2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用
频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）
用户在分配到一定的频带之后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（这里的带宽指的是频率带宽，就好比给你分了马路上的专属于你的一条车道）
时分复用TDM（Time Division Multiplexing）
时分复用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帧。
TDM信号也称为等时信号。可以看出，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。
时分复用更有利于数字信号的传输。
在进行通信时，复用器(multiplexer)总是和分用器(demultiplexer)成对的使用。
由于分时复用中，在一个周期内每个用户被分到的序号是固定的，所以就导致当某用户暂时无数据发送时，在时分复用帧中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态。这就导致复用后的信道利用率不高。
统计时分复用STDM（Statistic TDM）
这是一种改进的时分复用，它使用统计时分复用的集中器连接若干个低速用户，然后通过高速线路远距离传输信息。
集中器按顺序依次扫描缓存，把缓存中给的输入数据放入STDM帧中，对没有数据的帧就跳过去。当一个帧的数据放满了，就发送出去。
统计时分复用又被称为异步时分复用，普通的时分复用被称为同步时分复用。
但是如果所有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。
同时，由于STDM帧中的时隙并不是固定地分配给每个用户，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这就造成了额外的开销。
波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）
就是光的频分复用
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