网络基础(二)物理层

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物理层更高的体现了接口隔离原则,让数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务,物理层的任务是确定与 传输媒体的接口有关的一些特性,这一章都是一些概念性的东西,并且物理层我觉得比较重要的知识点是信道复用技术,这个经常在笔试题里出现的。
1.机械特性:指明接口所用连接器的规格
2.电气特性:接口在电缆线上各条线电压范围
3.功能特性:指明某条线上出现某一电平电压的意义
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
物理层要把计算机内部并行传输转换成通信线路上的串行传输模式。
2.2数据通信系统模型
源点(发送端)->(数字信号)发送器(调制器)->(模拟信号)公网(模拟信号)->接收器(解调器)->(数字信号)终点(接收端)
消息(比如语音,图片,文字),数据(消息的实体),信号(数据的电磁表现)
根据信号代表消息的参数的取值方式不同,分为模拟信号(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不连续)
信道:向某一方向传送信息的媒体
分为:
单工通信(无线广播,电视广播,只要1个信道),半双工通信(一方发送,一方接收,然后反过来,2个信道),全双工通信(双方可以同时发送和接收信息,2个信道,传输效率最高)
发送端发出的信号也是基带信号,它包含低频成分,还有直流成分,所以必须调制,完成信道传输。可以对波形变换,称为基带调制,另一种是带通调制,编码实现数字信号表现形式不一样,把基带信号频率范围调到较高频段,转换成模拟信号,这种信号又叫带通信号。
常用编码方式里记住一个曼彻斯特编码就行,具有同步能力
带通调制方法有正交振幅调制。
在任何信道中,码元(在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字)传输的速率是有上限的,传输速率超过这个上限,就会出现严重的码间串扰,使接收端对码元的判断不可能。
信噪比:信号的平均功率和噪声的平均功率之比
香农公式:信道极限传输速率C=Wlog2(1+s/n)(bits/s)
W(信道带宽)S(传输信号的平均功率)N(噪声功率)
这个公式的意义是只要信息传输速率低于信道极限传输速率,就有方法实现无差错传输,如果W,S/N都已经无法提高了,那么就可以让每一个码元携带更多的比特信息。
2.3物理层下面的传输媒体
传输媒体在发送器和接收器之间的部分,分引导型传输媒体(有线)和非引导型传输媒体(无线)

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引导型传输媒体有双绞线,同轴电缆,光缆,非引导型传输媒体比如无线电微波通信
2.4信道复用技术
(碎碎念......这让我想起了OkHttp3连接池复用机制)
最基本的复用就是频分复用和时分复用
1.频分复用

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所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源,用户自始至终占用这个频带
2.时分复用

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这种机制更适合数字信号的传输,通过一段段等长的时分复用帧,每一个用户在每一帧有固定序号的时隙,并且周期性出现,这样可以在不同的时间段占用同样的频带宽度。

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时分复用可能造成线路资源浪费
可以通过集中器解决,各用户有了数据就发给集中器缓存起来,放到STDM帧(和数据链路层的帧不一样)中,帧满了就发送出去,一个用户占用的时隙不是周期性出现,所以这也是异步时分复用,每个时隙要有用户的地址信息,
注意,当有大量的用户使用时分复用,每一个用户分配的时隙宽度很小,这种小的脉冲信号占用的频谱范围很宽,而使用频分复用,总带宽会很大。
3.波分复用
这里我介绍一下概念就好,波分复用WDM是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;在接收端,经解复用器将各种波长的光载波分离,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术,称为波分复用。
4.码分复用
码分复用CDM(或CDMA)是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式,主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术,包括无线和有线接入。它可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性,减少干扰对通信的影响,增大通信系统的容量,降低手机的平均发射功率。
2.6宽带接入技术
2.6.1ADSL
ADSL是用数字技术把模拟电话用户线进行改造,能够承载带宽数字业务。ADSL把低端频谱给电话使用,高端频谱给用户上网使用。ADSL下行带宽远远大于上行带宽(ISP到用户大于用户到ISP,用户向互联网发送的信息量一般不太大),用户线直径越大,传输范围越大,ADSL最高传输速率和用户线上的信噪比相关。
ADSL在用户线两段安装DMT(调制解调器),使用频分复用方法把40KHz-1.1MHz划分许多子信道,使用不同的载波进行数字调制。ADSL自适应调制技术使用户线尽可能高传输数据。

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基于ADSL接入网由三大部分组成:数字用户线接入复用器DSLAM,用户线和一些家中的设施

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ADSL最大的好处就是利用现有的电话网的用户线,而不需要重新部署。
目前的ADSL2改进的地方有:增大上下行数据率,扩大频谱范围,并采用无缝速率自适应技术,改善了线路质量和故障定位功能。
用于短距离传输的ADSL版本是VDSL,上下行速率达到了100Mbit/s
2.6.2光纤同轴混合网HFC
它是在有线电视的基础上提供居民宽带接入网

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现在的HFC有双向传输功能

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要使模拟电视机收到数字电视信号,需要在电视机和同轴电缆之间加一个机顶盒,而用户想上网,需要在机顶盒里面加一个解调器,把电脑连接在这个解调器上就可以上网了。不过和ADSL不同,用户电脑连接的电话用户线是用户专用的,最高传输速率不受别的用户影响,而HFC电缆解调器传输速率受到这段电缆上多少用户传输速率的影响。
2.6.3FTTX技术


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物理层就讲到这里,下一篇文章我们开始研究数据链路层,敬请期待哦。

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