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计算机网络物理层

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物理层

概念

  1. 数据：通信的目的是传输消息，如语音、文字、图像等。数据就是运送消息的实体，是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列，这种信息的表示可由计算机或者其他机器处理或产生。
  2. 信号：是数据的电气或者电磁表现。
  3. 码元：使用时域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形称为码元。码元携带信息量并非固定，而是由调制方式和编码方式决定的。
  4. 单工：根据通信双方的信息交互方式确定的三种基本方式其一，又称为单工通信，只能有一个方向的通信而没有反方向交互。比如无线电广播，有线电广播和电视广播就属于这种。
  5. 半双工：双向交替通信，通信双方都可以发送消息，但不能同时发送或接收。比如对讲机。
  6. 全双工：通信双方可以同时收发消息。
  7. 基带信号：基本频带信号，来自信源的信号。比如计算机输出的代表各种文字或者图像文件的数据信号，包含较多低频成分，甚至有直流成分，许多信道并不能传输这种低频和直流分量，就需要对基带信号进行调制。
  8. 带通信号：基带信号经过载波调制后，将信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。（即仅在一段频率范围能够通过信道）
  9. 调制：需要知道的是，调制分为两大类。一类为基带调制，对基带信号的波形变换后还是数字信号，但是这种信号可以适应信道的传输，人们也愿意将这种调制叫做编码，因为输出的还是数字信号；而另一类调制就需要使用载波(carrier)进行调制，将基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，经过载波调制后的信号称为带通信号，而使用载波的调制就叫做带通调制。
  10. 信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率的比值，常记为S/N,并用分贝作为度量单位。信噪比=10log10（S/N），香农公式表明信道极限传输速率C=Wlog2（1+S/N）（bit/s）。
  11. 信道复用：复用是通信技术中的基本概念，在计算机网络的信道中广泛使用各种复用技术。使用复用器和分用器加以实现。
  12. PCM：脉冲编码调制，存在E1和T1两个标准，中国采用的是E1标准
  13. 比特率：数据的传输速率。C（比特率）=B（波特率）log2N（传输系统中码元的种类数）
  14. 波特率：码元传输速率，单位时间内码元传输的极限数。
  15. ADSL(Asymmetric digital subscriber line)：非对称数字用户线,下行带宽远大于上行带宽，故称之为非对称。
  16. xDSL：VDSL用于短距离传送，比ADSL更快，诸如此类的还有用于企业的对称数字用户线SDSL，HDSL(High speed Digital Subscriber Line)用一对线或者两对线的对称DSL。都可以记为xDSL。

问答

物理层的任务

确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即机械特性、电气特性、功能特性和过程特性。

数据通信系统的构件及相应用途？

划分为三大部分，即源系统，传输系统和目的系统。

  • 源系统：包含源点和发送器两部分，源点产生要传输的数据，发送器对源点生成的比特流编码后才能在传输系统中传输，常见的发送器就是调制器。
  • 目的系统：包含接收器和终点两部分，接受器接收传输系统传送过来的信号，并将之转换为能被目的设备处理的信息，常见的接收器就是解调器，对模拟信号进行解调产生数字信号；终点设备接收接收器传送过来的数字比特流，将信息输出。
  • 传输系统：可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。用于在源系统和目的系统之间传输模拟信号。

物理层对基带信号有哪几种基本调制方法，各有什么特点？

分为基带调制和带通调制

  • 基带调制：对基带信号的波形进行变换，使之能够与信道特性相适应，变换后的信号依然是基带信号，只是将数字信号变换为另一种形式的数字信号。
  • 带通调制：使用载波进行调制，将基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转化为模拟信号使之可以很好地在模拟信道中传输。

奈氏准则？理想信道的码元传输速率上限？

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使得接收端对码元的判决成为不可能。传输速率上限B=2W，其中W为信道带宽，单位为Hz，B单位为波特Baud。一波特不一定等于一比特，要看一个码元携带的信息量，也即二进制数的位数。

香农公式？用途？实际信道的信息传输速率上限如何定义？

  • 香农公式：信道的极限信息传输速率C为C=Wlog2（1+S/N）
  • 用途：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。
  • 实际信道中，信息传输速率上限要比香农极限速率低不少，这是因为实际信道中，信号还要受到其他一些损伤，如各种脉冲干扰和在传输中产生的失真。

常用的导向传输媒体？

双绞线，同轴电缆，光缆和架空明线。

网络通讯中使用的光纤分类

单模光纤和多模光纤

物理层的信道复用技术？各有何技术特点？

  • 频分复用：频分复用的所有用户在相同时间里占用不同的带宽（频率带宽）资源。
  • 时分复用：时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
    时分复用的所有用户在不同的时间里占用同样的频带宽度。
  • 统计时分复用：是改进的时分复用技术，明显提高信道利用率。
  • 波分复用：光的频分复用。
  • 码分复用：各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
    这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

一个标准的数字语音传输速率是多少？

64kbps

ADSL的特点

  • 上行和下行带宽做成不对称的。
  • 上行指从用户到 ISP，而下行指从 ISP 到用户。
  • ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。
  • 我国目前采用的方案是离散多音调 DMT (Discrete Multi-Tone)调制技术。这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思

2018 年 5月 3日