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计算机网络：物理层

2021-08-04 18:59:42 作者：互联网

概述

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流，确定与传输媒体接口有关的特性，而不负责具体的传输媒体。

物理层所定义的特性主要有：

数据通信模型：
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信道：信号的传输媒介，一条信道可以向一个方向传输介质。

单工通信需要一条信道，半双工和全双工需要两条信道

码元：一个固定时长的信号波形（时钟脉冲），一个k进制码元携带了log 2 (k)的比特信息量，表示了k种离散状态中的一种。

速率：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。信息传输速率 = 码元传输速率 * 一个码元携带的比特信息量。

码元传输速率：1s内传输码元的个数。也即信号变化的次数或脉冲个数。单位为波特Baud，1Baud即 1码元/s。

信息传输速率：1s内传输比特的个数。

基带信号与宽带信号：
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基带信号 - 数字信道 - 近距离用
宽带信号 - 模拟信道 - 远距离用

奈氏准则：理想低通（没有噪声、带宽有限）的信道中，极限数据传输率为 2 * 信道带宽 * 码元信息量，单位为b/s。

香农定理：带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限数据传输率为：信道带宽 * log 2 (1 + 信噪比)。其中信噪比有两种表示方法：若以dB为单位，则其值 = 10 * log 10 (S/N)。

做题时要综合考虑这两条定理，取最小值。

编码是指把数据转换为数字信号。

将数字数据编码为数字信号的方式有：

将模拟数据编码为数字信号的方式（如对音频信号进行编码的PCM）主要包括采样、量化和编码三个步骤。在将模拟信号转换为数字信号时，假设原始信号中的最大频率为f，那么采样频率必须大于等于2f。

调制是指把数据转换为模拟信号。

将数字数据调制为模拟信号的方法有：

将模拟数据调制为模拟信号的方式，比如电话使用模拟信号传输模拟数据。

中继器：又称转发器，负责将数字信号整型、再生，以消除传输过程中的失真。由于其工作在物理层，因此不能实现异构网络互连。

5-4-3规则：5段通信介质中互相串联的中继器个数不能超过4，且只有3段通信介质可以挂接计算机。
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放大器：将衰减的模拟信号进行放大。

集线器：实质是一个多端口的中继器，也以半双工的方式工作在物理层，不能分割冲突域，可以使用其组成星型拓扑的共享式网络，但此种共享式网络在逻辑上仍是总线型。

待改：放在网络层那一章。

名称	描述	传输方式	传输单位	优点	缺点
电路交换	进行数据传输前，两个结点需要先建立一条由双方独占的物理通路，直到通信结束后才释放。	直通方式	-	通信时延小、有序传输、没有冲突、不需存储转发	建立连接时间长、信道利用率低
报文交换	以报文的格式传输数据，报文携带有源地址、目标地址等信息。	存储转发	报文	无需建立连接、动态分配线路、提高线路可靠性和利用率、基于拷贝可提供多目标服务	存在转发时延、对转发结点的缓存空间有要求
分组交换	限制了每次传送数据量的上限，解决了报文交换中大报文的传输问题，分组交换进一步可分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式	存储转发	分组	除具有报文交换的优点外，还简化了转发结点的存储管理，因为其分组长度固定；减少了一个分组出错的概率和重传成本，因为其分组长度较小。	除具有报文交换的缺点外，还需要传输更多的附加信息，因为每个分组都需要附加控制信息

分组交换时，根据其通信子网向端点系统提供的服务，可分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式，比较如下：
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标签：码元,传输速率,报文交换,计算机网络,传输,信道,分组,物理层
来源： https://blog.csdn.net/weixin_43249758/article/details/119387583