计算机网络---物理层

1. 通信基础的基本概念

1.1 信源、信宿、信号、信道

• 信源：数据发送方
• 信宿：数据接收方
• 信号：数据的载体
• 信道：信号的通道
  

1.2 码元、速率、波特

• 每一个信号就是一个 “码元” ，拿上两张图来说，第一张图，有两个信号：1和-1，那么分别对应两个码元，第二张图，有四个信号：2、-2、1和-1，那么分别对应四个码元
• 把“信号周期”称为 “码元宽度” ，这里码元宽度是一个时间概念
• 基于上述，如果一个码元（即一个信号）可能有4种状态（如2、-2、1和-1），那么可以称其为4进制码元（一个码元携带 2bit 数据）
• 类似，一个码元有8种状态，称其为8进制码元（一个码元携带 3bit 数据）

优缺分析：

• 优点：码元进制越高，则每个“信号周期”可以传输更多信息。换句话说，每个码元可以携带更多信息
• 缺点：需要加强信号功率，并且对信道的要求更高

码元与比特的关系（重要）：

• 如果一个“周期”内可能出现K种信号，则：1码元 = log₂K bit

注：若一个码元携带 n 比特的信号量，则波特率 M Baud 对应的比特率为 Mn b/s

1.3 总结

2. 信道的极限容量

2.1 回顾带宽

2.2 噪声

2.3 奈奎斯特定理（奈氏准则）

注意换算：

• 极限波特率 = 2W（单位：波特，即 码元/秒）
• 极限比特率 = 2W log₂K （单位：比特/秒，即b/s）
• K的含义：表示一个 “信号周期” 内可能出现K种信号

2.4 香农定理

比较两种定理：

2.5 总结

3. 编码与调制

3.1 概念

• 数字信号对应编码 & 解码，编码是将二进制数据转换为数字信号，反之解码就是将数字信号转换为二进制数据
• 模拟信号对应调制 & 解调
• 数字信号是离散的，模拟信号是连续的

3.2 常见编码方式

• 不归零编码（NRZ）：低0高1，中不变
• 归零编码（RZ）：低0高1，中归零
• 反向非归零编码（NRZI）：跳0不跳1看起点，中不变
• 曼彻斯特编码：① 上0下1看中间，中必变；② 下0上1看中间，中必变。一般用第一种
• 差分曼彻斯特编码：跳0不跳1看起点，中必变

注：NRZI = Non-Return-to-Zero Inverted

结论性的：

• 将NRZI和差分曼彻斯特编码比较，两者的区别只是中间变不变，不变的是NRZI。两个都是看起点，因此对于给定波形图像，有简单方法可直接得出二进制数据，以差分曼彻斯特为例：

• 将曼彻斯特和差分曼彻斯特比较，为了尽快分出二进制串对应的波形图，建议先看每个周期的中间，用曼彻斯特的上0下1规则得出二进制串，若不正确，再将得出的二进制串取反（对应曼彻斯特下0上1规则），若还不正确，则一般为差分曼彻斯特，题目涉及多个编码则需再用差分曼彻斯特规则进一步检验

3.3 常见调制方式

3.4 总结

4. 传输介质

4.1 常用传输介质

• 结论：长波更适合长距离、非直线通信；短波更适合短距离、直线且高速通信，短波若用于长距离通信需建立中继站，同时短波信号指向性强，要求信号接收器“对准”信号源。

4.2 物理层接口特性

4.3 总结

5. 物理层设备

5.1 中继器

• 中继器用于长距离传输，将失真信号变形再生，不能隔离冲突域
  

5.2 集线器

• 本质是多端口中继器，也不能隔离冲突域

特别：

• 集线器连接的网络，在物理上是星形拓扑，在逻辑上是总线型拓扑
• 10Base5的5-4-3 原则：使用集线器（或中继器）连接10Base5网段时，最多只能串联5个网段，用4个集线器（或中继器）连接，且只有3个网段能挂计算机

5.3 总结

至此第二章物理层结束了，回顾来看，这部分内容很少，真题出现的也很少。对于第二章的学习要以真题为主，重点掌握奈式准则和香农定理；简单理解编码与解码，会对波形图与二进制串进行匹配；简单了解物理层设备即可，区分电气特性与功能特性，电气特性一般指规定电压的范围，功能特性一般指某一电平表示的意义。

参考：《王道计算机考研 计算机网络》
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