學習《計算機網(wǎng)絡》第八版（2）
前言：
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第二章 物理層
本章重要的內(nèi)容：
物理層的任務
幾種常用的信道復用技術
幾種常用的寬帶接入技術，主要是 ADSL 和 FTTx
物理層的基本概念
物理層關注的是如何在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)流。物理層的任務是盡可能屏蔽掉不同傳輸媒體和通信手段間的差異，使鏈路層感受不到這種差異。
物理層的主要任務：確定與傳輸媒體的接口有關的一些特性：
機械特性：指明接口所用接線器的形狀、尺寸等機械特性。
電氣特性：指明接口電纜的各條線上的電壓的范圍。
功能特性：指明電線上某一電平的電壓的意義。
過程特性：指明不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。
數(shù)據(jù)在計算機內(nèi)部一般是并行傳輸，但在通信線路上是串行傳輸，所以物理層還要完成傳輸方式的轉換。
數(shù)據(jù)通信的基礎知識
數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)模型
一個數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)可劃分為源系統(tǒng)、傳輸系統(tǒng)、目的系統(tǒng)。（發(fā)送端、傳輸網(wǎng)絡、接收端）
源系統(tǒng)：包括源點和發(fā)送器。（eg：調(diào)制器）
目的系統(tǒng)：包括接收器和終點。（eg：解調(diào)器）
通信：目的是傳送消息，數(shù)據(jù)是運送消息的實體，信號是數(shù)據(jù)的電氣或電磁的表現(xiàn)。
信號：分為模擬信號和數(shù)字信號。
有關信道的幾個概念
①通信方式
信息交互有以下三種基本方式：
單向通信，又稱單工通信。如有線電廣播等。需要一條信道。
雙向交替通信，又稱半雙工通信。需要兩條信道。
雙向同時通信，又稱全雙工通信。需要兩條信道。
調(diào)制
來自信源的信號成為基帶信號，因為基帶信號中包含較多低頻成分，而許多信道不能傳輸?shù)皖l分量和直流分量，所以需要對基帶信號調(diào)制。
調(diào)制可分為兩大類：
基帶調(diào)制：將數(shù)字信號轉換為另一種數(shù)字信號。又稱編碼。
帶通調(diào)制：將基帶信號的頻率范圍轉換為另一頻段，并化為模擬信號。
常用基帶調(diào)制（編碼）方式
不歸零制：正電平代表1，負電平代表0。
歸零制：正脈沖代表1，負脈沖代表0。
曼徹斯特編碼：位周期中心的向上跳變代表0，向下跳變代表1。
差分曼徹斯特編碼：每一位的中心都有跳變。位開始的邊界有跳變代表0，沒有代表1。
常用帶通調(diào)制方法
信道的極限容量
數(shù)字通信的優(yōu)點：信號在信道上傳輸時必然會失真，但只要能識別出原有信號，就沒有影響。傳輸速率越高，或距離越遠，或噪聲越大，失真就越嚴重。
信道能通過的頻率范圍
信道中碼元傳輸?shù)乃俾视猩舷?/strong>，超過上限會出現(xiàn)嚴重的碼間串擾問題，接收端無法識別編碼。信道的頻帶越寬，能通過的高頻分量越多，最大速率越高。
信噪比
信號的平均功率與噪聲的平均功率之比，寫作 S/N，單位是分貝（dB）
信噪比 = 10 log10(S/N)?！救绻鸖/N=100，則信噪比為20dB】
香農(nóng)公式
信道的極限傳輸速率 C = W log(2+S/N)。
香農(nóng)公式表明帶寬越大，信噪比越大，極限傳輸速率越高。還表明只要信息傳輸速率低于信道的極限速率，就一定可以實現(xiàn)無差錯傳輸，但方法未知。
另一種提高傳輸速率的方法：通過編碼讓每個碼元攜帶更多比特的信息。
物理層下面的傳輸媒體
傳輸媒體分為導引型和非導引型兩大類。
導引型中電磁波沿著固體媒體傳播，非導引型中傳輸媒體就是自由空間，又稱無線傳輸。
導引型傳輸媒體
導引型傳輸媒體有架空明線，雙絞線，同軸電纜，光纖等。
光纖的傳輸帶寬遠大于其他傳輸媒體的帶寬。
非導引型傳輸媒體
利用無線信道進行傳輸是運動中通信的唯一手段。
短波通信質(zhì)量較差，速率較低。無限電微波通信可傳輸電話、圖像、數(shù)據(jù)等信息。紫外線及更高波段目前還不能用于通信。
衛(wèi)星通信的優(yōu)點是通信距離遠，缺點是傳播時延高，保密性差。
信道復用技術
信道復用：多個發(fā)送端使用同一條信道來傳輸信息。
發(fā)送端使用復用器將不同的信息合起來傳輸，接收端使用分用器將信息分開。
五種復用
頻分復用FDM：每個用戶分配一個頻帶，通信中始終占用該頻帶。用戶在同樣時間占用不同的頻帶。
時分復用TDM：將時間劃分為等長的幀，每個用戶在每個幀中占用其中一個固定序號的間隙。用戶在不同時間占用同樣的頻帶。因為計算機數(shù)據(jù)的突發(fā)性，時分復用的信道利用率比較低。
統(tǒng)計時分復用STDM：一種改進的時分復用，又稱異步時分復用。STDM不是固定分配時隙，而是按需動態(tài)地分配時隙。
波分復用WDM：光的頻分復用。一根光纖上可以復用幾十路甚至更多的光載波信號。光信號傳輸一定距離后會衰減，因此需要使用光纖放大器放大后繼續(xù)傳輸。
碼分復用CDM：不同用戶使用不同碼型，在同樣時間使用同樣的頻帶通信。（如：對某一個用戶，序列00011011表示比特1,11100100表示比特0。其他用戶的碼片序列必須與此用戶的序列相互正交）碼分復用實際上是一種擴頻通信。無線局域網(wǎng)中常用CDM。
數(shù)字傳輸系統(tǒng)
數(shù)字通信相比模擬通信，在傳輸質(zhì)量和經(jīng)濟上都更好。
光纖是長途干線最主要的傳輸媒體。
同步數(shù)字序列 SDH 和同步光纖網(wǎng) SONET 是當前最主要的數(shù)字傳輸國際標準。
寬帶接入技術
用戶連接到互聯(lián)網(wǎng)，要先連接到某個 ISP，以便獲得上網(wǎng)所需的 IP 地址。
寬帶接入網(wǎng)是接入網(wǎng)的一種，即一種用來把用戶接入到互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡。
寬帶接入可分為有線寬帶接入和無線寬帶接入。
ADSL技術
非對稱數(shù)字用戶線 ADSL 技術是用數(shù)字技術對現(xiàn)有的模擬電話用戶線進行改造，使其能夠承載寬帶數(shù)字業(yè)務。
標準模擬電話信號的頻帶在 300~3400Hz 范圍，ADSL技術將 4000Hz 以下的頻帶留給傳統(tǒng)電話，4000Hz 以上用于上網(wǎng)。
ADSL 的好處是可以利用現(xiàn)有的電話線，缺點是傳輸距離有限，并且不能保證固定的數(shù)據(jù)率。ADSL 的速率依賴于用戶線的質(zhì)量、長度、線徑等。
ADSL在用戶線（銅線）的兩端各安裝一個ADSL解調(diào)器。采用基于頻分復用的 DMT 調(diào)制技術，將 4kHz 以上的頻帶劃分為許多子信道，其中 25 個子信道用于上行，249 個子信道用于下行。
光纖同軸混合網(wǎng)(HFC網(wǎng))
光纖同軸混合網(wǎng)（HFC網(wǎng)）是基于有線電視網(wǎng)開發(fā)的一種寬帶接入網(wǎng)。
為提高傳輸?shù)目煽啃院唾|(zhì)量，HFC網(wǎng)將原有線電視網(wǎng)的同軸電纜主干部分改換為了光纖。
用戶通過電纜調(diào)制解調(diào)器來使用 HFC 網(wǎng)，它比 ADSL 中的解調(diào)器復雜很多，因為要解決共享信道中的沖突問題。
使用 HFC 網(wǎng)的數(shù)據(jù)率大小不確定，它取決于這段電纜上有多少個用戶正在傳送數(shù)據(jù)，如果有很多人在用，每個人的速率會很慢。
FTTx技術
光纖到戶 FTTH(Fiber To The Home) 是把光纖一直鋪設到用戶家庭，在光纖進入用戶家中后才把光信號轉換為電信號，這樣的上網(wǎng)速率最快。
現(xiàn)在信號在陸地上的長距離傳輸基本都是使用的光纜，在 ADSL 和 HFC 中長距離傳輸也是用的光纜。
多個用戶通過光配線網(wǎng)共享一根光纖干線，光配線網(wǎng)使用波分復用，上行和下行使用不同的波長。
出光纖到戶 FTTH 外，還有光纖到大樓 FTTB，光纖到樓層 FTTF 等，一般運行商所說的光纖到戶并非真正的 FTTH。
