计算机网络 - 物理层 (码元 / 奈氏准则 / 香浓定理)

物理层的基本概念

物理层：传输数据比特率，而不是具体的传输媒体
主要任务：确定传输媒体接口的标准（不论什么厂家只要按照这个标准，东西都能传输数据）

三大特性

机械特性：规定连接时候所采用接口形状，数目等
电气特性：规定传输二进制位数，电压范围等
功能特性：指明某一电平表示何种意义

数据通信基础知识

数据，信号，信源，信宿，信道

三种通信方式

单工通信：单方向通信 （只能打人）  一条信道
半双工通信：双方都可以通信，但是只能在发送/接收数据动作二选一 （要么打人要么被打） 两条信道
全双工通信：通信双方可以同时发送和接收信息 （又打人又被打） 两条信道

两种数据传输方式

串行传输/并行传输

数据通信计算指标

码元

码元:一个固定时长的信号波形,是数字信号的计量单位
          1 0 1 0 1   , 0是一个码元,1是一个码元
           一个码元可能不止一个bit
           10 01 11 10 01 00 01   ,10是一个码元 ,01是一个码元
码元宽度: 时长
M进制码元: 某个时长所截取的码元,所能表示的M个状态(信号)
          2进制码元 : 1/0  2种状态
          4进制码元 :  00/01/10/11 4种状态

速率(码元传输速率 + 信息传输速率)

注意:传输数率和传播数率不同,传输数率是发送速率,传播数率是链路上传播的速率

速率 = 数据率 = 传输数率 = 发送数率 ,表示单位时间内发送的数率量
用 码元传输速率 和 信息传输速率 表示

码元传输速率

码元传输速率: (调制速率)  :1秒内往信道上传输多少个码元
        码元传输的个数,也称为 脉冲个数  或 信号变化的次数
       单位:波特(Baud)        1Baud = 1码元/s

 信息传输速率

信息传输速率: (信息速率,比特率 ): 1秒传输多少个比特(bit)
定义:表示单位时间内通信系统传输的二进制码元的个数

码元传输速率和信息传输速率之间的联系

由于1码元上可能不止1bit,所以产生如下关系

带宽(最高数据率)

数据洪流中的切面最大值,一般情况下达不到
常用来表示传输数据的能力 单位:b/s

练习题

奈氏准则 和 香农定理

失真

解决码间串扰问题 : 引入了奈氏准则 , 解决噪声问题:引入了香农定理

奈氏准则

解决码间串扰问题 : 引入了奈氏准则

码元传输速率越高,频率越高,容易造成码间串扰,所以
奈氏准则:规定,在理想低通条件下,极限码元传输速率不能是无穷,最高为2W Baud
    W是信道宽度,单位是HZ(只有奈氏准则和香农定理,信道宽度的单位才是HZ)

设置的混淆点:极限数据传输率

log2(V)就是每个码元所包含的bit数, 四进制码元有4种情况,  所以每个码元所包含2个bit数,按照log2(4) = 2,也是对的

奈氏准则的理解

频带越宽: 高频范围 - 低频范围 ,可通过频率范围越大,传输码率速率越高

奈氏准则练习题

总共有4*4=16种变化, 所以需要4bit位, 所以最大传输速率 = 2 × W × 4 = 2*3k*4;

香农定理

解决噪声问题:引入了香农定理

信号的强弱程度  与  噪声的强弱程度的 比 : 信噪比
信噪比 = 信号的平均功率S /噪声的平均功率N    //信噪比反应了抵抗噪音的能力
记:S/N   单位:db(分贝)

香农定理练习

奈氏准则和香农定理的选择

有噪音,选香浓 ;选了香浓,必然算奈氏准则,然后这俩情况中取极限速度小的那个

编码与调制

信道与信号

  基带信号 - 数字信道        -近距离
  宽带信号 - 模拟信道        -远距离
             调制 ->解调

编码与调制

转成数字信号  - 编码
转成模拟信号 - 调制

 

调制与编码补档

物理层传输介质

传输媒体:无脑传输
物理层:可以根据电压区分出数据含义

传输层可以说是物理层底下的第零层

导向性传输介质

双绞线

同轴电缆

光纤

光脉冲传递
纤芯是实心 , 核心原理是光折射

 

非导向性传输介质

物理层设备

中继器

对衰减的信号进行再生和还原,再生数字信号

两端的网络部分是网段,不是子网,用于完全相同的两类网络连接

集线器(多口中继器)

再生,放大信号,一个PC申请后,集线器广播,给所有的都发信号,然后PC端来判别要不要相应
但是容易会产生冲突,解决办法,等待随机时间,然后继续申请