计算机网络笔记(二)

第二章 物理层

2.1 物理层概述

主要功能: 提供透明的比特流传输

注意:

1) 封装好的数据以"0"、"1"比特流的形式进行传递

2) 物理层上的传输,从不关心比特流里面携带的信息,只关心比特流的正确搬运

物理层特性:

物理层上数据的传输: 信号

信号: 数据的电气或电磁表现

物理带宽: 传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围,单位为:赫兹

数字带宽: 单位时间内流经的信息总量

奈奎斯特定理和香农定理描述了数字带宽和物理带宽的关系

奈奎斯特定理: 在无噪声信道中,当带宽为B Hz, 信号电平为V级, 则: 最大传输速率=2B log2V(bps)

香农定理: 在噪声信道中, 带宽为B Hz, 信噪比为S/N, 则: 最大传输速率=B log2(1+S/N)(bps)

分贝值=10log10(S/N)(db)

2.2 有导向的传输介质

传输介质分引导性(有线)和非引导(无线)两种

同轴电缆:

基带同轴电缆: 50 Ω,用于数字传输(屏蔽层为铜)

宽带同轴电缆: 75 Ω,用于模拟传输(屏蔽层为铝)

双绞线: 由两根具有绝缘层的铜导线按一定密度, 逆时针方向绞合而成

消除: 近端串扰

绞距越小,越均匀,则抵销效果越好,传输性能越好

在局域网中,使用最多的是非屏蔽双绞线(UTP)

光纤: 光导纤维

玻璃覆盖层的折射率比玻璃芯低以保证光都被限制在玻璃芯内

工作原理: 光的全反射

优点: 重量轻, 损耗低, 不受电磁辐射干扰, 传输频带宽、通信容量大

缺点: 昂贵, 易断裂

光传输系统: 光源, 传输介质(光纤), 探测器

光纤相对铜线的特性:

无电磁干扰和射频干扰(EMI和RFI) 防窃听

端口设备价格高

光纤和UTP具有各自的优点:

干线上大量使用光纤(垂直电缆)

用户桌面的线缆大量使用UTP(水平电缆)

2.3 复用技术

复用技术是让多用户共享同一根信道

每种复用技术都有自己的特点

2.4 调制技术

调制机制使用信号来传输比特

基带传输: 信号的传输占据传输介质从零到最大值之间的全部频率

通带传输: 通过调节信号的振幅、相位或频率来传输比特

特点:信号占据了以载波信号频率为中心的一段频带

码元: 承载信息量的基本信号单位

(二进制)码元: 数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字

波特率(码率): 每秒钟信号变化的次数

比特率: 位传输率、数据传输速率、数字带宽

C=B * log2n

C: 比特率 B: 波特率 n: 信号呈现的个数,为2的整数倍

格子架编码调制TCM: 为了降低高速调制错误, 在每个样本中采用一些额外的位用作纠错, 剩下的位才用来传输数据

2.5 公共交换电话网络 PSTN

PSTN的主要构成: 本地回路, 干线, 交换局

本地回路: 传输模拟信号

调制解调器: 用于将计算机产生的数字比特流转变为载波输出(模拟信号)

干线: 多路复用 通过光纤连接交换局(包括端局)

编解码器(codec): 将模拟信号数字化或者数字信号模拟化

用到 脉冲编码调制PCM: 一种将模拟信号数字化的技术 (构成了现代PSTN的核心)

交换局: 电路交换和包交换(分组交换)

电路交换和包/分组交换的比较:

带宽的分配形式不同: 包交换是按需分配; 电路交换是提前分配

容错的能力不同: 分组交换更强

有无交换顺序的不同: 包交换不是按序(乱序)到达; 电路交换是先发先到, 接收方无需排序

收费方法的不同: 包交换按照流量收费; 电路交换按照时间来收费

2.6 物理层设备

RJ45的插座和水晶头是物理层非常重要的部件

收发器(MAU): 将一种形式的信号转变成另一种信号

主要负责收发信号

中继器: 再生信号(去噪、放大)

中继器不能过滤流量

过滤: 设备以一定的特征来屏蔽网络流量, 并根据标准确定将流量转发或丢弃

集线器: 多端口的中继器, 主要功能: 再生信号(去噪、放大)

集线器上的多端口, 允许很多设备连接上来

作为星型拓扑的中心

广播(泛洪): 从除了来的那个端口外的所有其它端口转发出去

冲突(信号的碰撞): 当使用物理层设备时, 更多的用户争抢共享资源, 导致冲突

冲突域: 数据包产生和冲突的网络区域, 即共享介质的区域

冲突域越大, 冲突可能性越大, 网络性能越低

物理层(第一层)的设备都是傻瓜设备,不具备过滤流量等智能功能

物理层设备的使用, 增大了冲突域, 降低了网络的性能

现在, 已经很少再使用中继器(光中继器除外)和集线器了