diff --git "a/27 \345\274\240\350\257\255\345\253\243/20250318-\347\211\251\347\220\206\345\261\202.md" "b/27 \345\274\240\350\257\255\345\253\243/20250318-\347\211\251\347\220\206\345\261\202.md" new file mode 100644 index 0000000000000000000000000000000000000000..66af4aa64c9fc99ea79974185343563630f864e3 --- /dev/null +++ "b/27 \345\274\240\350\257\255\345\253\243/20250318-\347\211\251\347\220\206\345\261\202.md" @@ -0,0 +1,478 @@ +## 物理层的基本概念 + +物理层传输的是***比特流***(Bit Stream),也就是由0和1组成的**二进制数字序列**。通信双方使用**物理层**提供的**传输介质**并以某种方式进行数据编码与解码,使得接收方能够正确地接收到发送方所传输的信息。[比特流是什么?底层原理是什么?](https://blog.csdn.net/qq_36777143/article/details/130412818) + +![物理层](https://gitee.com/onesheet/images_backup/raw/master/images/cf1bfdd36e5f4bde94aea44bbe7a6f8a~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png) + +> 物理层解决如何在连接各种计算机的网络媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体。 + +物理层主要任务:确定与传输媒体接口有关的一些特性 -> 定义标准 + +1. `机械特性`:定义物理连接的特性,规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。 + +2. `电气特性`:规定传输二进制位时,线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。 + + 例如:某网络在物理层规定,信号的电平用+10V ~ +15V表示二进制0,用-10V ~ -15V表示二进制1,电线长度限于15m内。 + +3. `功能特性`:指明某条线上出现的某一电平表示何种含义,接口部件的信号线的用途。 + + 例如:描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义。 + +4. `规程特性`:(过程特性)定义各条物理线路的工作规程和时序的关系。 + +## 数据通信基础知识 + +### 典型数据通讯模型 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102232417283-1343957011.png) + +### 术语 + +> 通讯的目的的传送消息 + +**数据**:传送消息的实体,通常是有意义的符号序列。 + +**信号**:数据的电气/电磁表示,是数据在传输过程中的存在形式。 + +- 数字信号:代表消息的参数取值是离散的。 +- 模拟信号:代表消息的参数取值是连续的。 + +**信源**:产生和发送数据的源头。 + +**信宿**:接收数据的终点。 + +**信道**:信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质,因此一条通讯线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102232446445-1661911452.png) + +> 码元 + +**码元**是指用一个固定时长的信号波形(数字脉冲),代表不同离散数值的基本波形,是数字通信中数字信号的计量单位,这个时长内的信号称为k进制码元,而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时(M大于2),此时码元为M进制码元。 + +**1码元可以携带多个比特的信息量**。例如,在使用二进制编码时,只有两种不同的码元,一种代表0状态,另一种代表1状态。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102232510710-497164425.png) + + + + + +> 速率、波特 + +速率也叫数据率,是指数据的传输效率,表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输效率和信息传输效率表示。 + +**码元传输速率**:别名码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等,它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数(也可称为脉冲个数或信号变化的次数),单位是**波特(Baud)**。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。这里的码元可以是多进制的,也可以是二进制的,但码元速率与进制数无关。 + +**信息测试速率**:别名信息速率、比特率等,表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数(即比特数),单位是比特/秒(b/s)。 + +关系:若一个码元携带n bit的信息量,则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M*n bit/s。 + +> 带宽 + +**带宽**:表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的”**最高数据率**“,常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是b/s。 + + +### 三种通讯方式 + +> 从通信双方信息的交互方式看,可以有三种基本方式 +> ![](https://gitee.com/onesheet/images_backup/raw/master/images/b1f02095b7c34eafb3c255ee81f58c2a~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png) + +1. **单工通信**:只有一个方向的通信,而没有反方向的交互,仅需要一条信道。[广播] +2. **半双工通信**:通信的双方都可以发送和接收信息,但任何一方都不能同时发送和接收,需要==两条==信道。【对讲机】 +3. **全双工通信**:通信双方可以同时发送和接收信息,也需要两条信道。【手机】 + +### 两种数据传输方式 + +> 传输方式 + +**串行传输**:速度慢,费用低,适合远距离 +**并行传输**:速度快,费用高,适合近距离,常用于计算机内部数据传输 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102232619081-1897068964.png) + +### 编码与调制 + +#### 信号 + +> 概念 + +**信道**:信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质,因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102232641114-762513177.png) + +> 基带信号 + +将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示,再送到数字信道上去传输(基带传输)。**来自信源**的信号,像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号就是发出的**直接表达了要传输的信息的信号**,比如我们是说话的声波就是基带信号。 + +> 宽带信号 + +将基带信号进行调整后形成的频分复用模拟信号,再传送到模拟信道上去传输(宽带传输)。把基带信号经过**载波调制**后,把信号的**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内能够通过信道)。 + +> 区别 + +在传输距离较近时,计算机网络采用基带传输方式(近距离衰减小,从而信号内容不易发生变化) + +在传输距离较远时,计算机网络采用宽带传输方式(远距离衰减大,即使信号变化大也能最后过滤出来基带信号) + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102232700619-1429442131.png) + + + + + + +#### 调制 + +> 数字数据调制为模拟信号 + +数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号,而在接收端将模拟信号还原为数字信号,分别对应于调制解调器的调制和解调过程。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102232931029-16423373.png) + +> 模拟数据调制为模拟信号 + +为了实现传输的有效性,可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术,充分利用带宽资源。在电话机和本机交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式;模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102232946095-768133625.png) + + + +> 失真 + +影响失真程度的因素: + +1. 码元传输速率 + +2. 信号传输距离 + +3. 噪声干扰 + +4. 传输媒体质量 + + ![](https://gitee.com/onesheet/images_backup/raw/master/images/f939342f543046459ffabdc476f7bca4~tplv-k3u1fbpfcp-zoom-1.png) + +> 码间串扰 + +**码间串扰**:接收端接到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233020366-1540429031.png) + + + + +## 物理层传输介质:导向 有线类,非导向 无线类 + +### 导向 + +#### 双绞线 + +> 导向传输介质1:双绞线 + +双绞线是古老、又最常用的传输介质,它由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的**铜导线**组成。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233224026-1871816090.png) + +为了进一步提高抗电磁干扰能力,可在双绞线的外面再加上一个由金属丝编织成的屏蔽层,这就是**屏蔽双绞线**(STP),无屏蔽层的双绞线就称为**非屏蔽双绞线**(UTP)。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233237371-448959993.png) + +双绞线价格便宜,是最常用的传输介质之一,在局域网和传统电话网中普遍使用。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线,其通信距离一般为几公里到数十公里。距离太远时,对于模拟传输要用放大器放大衰减的信号;对于数字传输,要用中继器将失真的信号整形。 + +#### 同轴电缆 + +> **导向传输介质2:同轴电缆** + +同轴电缆由导体铜质芯线、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料层构成。按特性抗阻数值的不同,通常将同轴电缆分为两类:50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233253040-11277616.png) + +其中,50Ω同轴电缆主要用于传送基带数字信号,又称为**基带同轴电缆**,它在局域网中得到广泛应用;75Ω同轴电缆主要用于传送宽带信号,又称为**宽带同轴电缆**,它主要用于有线电视系统。闭路电视,iptv + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233307293-879363133.png) + +同轴电缆 VS 双绞线 + +由于外导体屏蔽层的作用,同轴电缆抗干扰特性比双绞线好,被广泛用于传输较高速率的数据,其传输距离更远,但价格较双绞线贵。 + +#### 光纤 + +> **导向传输介质3:光纤** + +光纤通信就是利用光导纤维(简称光纤)传递光脉冲来进行通信。有光脉冲表示1,无光脉冲表示0。而可见光的频率大约是108MHz,因此光纤通信系统的**带宽远远大于**目前其他各种传输媒体的带宽。 + +光纤在发送端有光源,可以采用发光二极管或半导体激光器,它们在电脉冲作用下能产生出光脉冲:在接收端用光电二极管做成光检测器,在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233323401-178601267.png) + +光纤主要由纤芯 (实心的!)和包层构成,光波通过纤芯进行传导,包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时,其折射角将大于入射角。因此,如果入射角足够大,就会出现全反射,即光线碰到包层时候就会折射回纤芯、这个过程不断重复,光也就沿着光纤传输下去。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233337449-1547949213.png) + +> 分类 + +**单模光纤**:是一种在横向模式直接传输光信号的光纤,光源为定向性很好的激光二极管,特点是衰耗小,适合远距离传输。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233350775-1554047662.png) + +**多模光纤**:有多种传输光信号模式的光纤,光源为发光二极管,特点是易失真,适合近距离传输。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233408495-252903225.png) + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233421842-793973830.png) + +> 特点 + +1 .传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济。 + +2 .抗雷电和电磁干扰性能好。 + +3 .无串音干扰,保密性好,也不易被窃听或截取数据。 + +4 .体积小,重量轻。 + +### 非导向 + +#### 无线电波 + +> 无线电波 + +较强**穿透能力**,可传远距离,广泛用于通信领域(如手机通信)。信号向所有方向传播。 + +#### 微波 + +> 概念 + +微波通信频率较高、频道范围宽,因此数据率很高。信号固定方向传播。 + +> 应用分类 + +- **地面微波接力通信** + +- **卫星通信** + + - 优点 + - 通信容量大 + - 距离远 + - 覆盖广 + - 广播通信和多址通信 + - 缺点 + - 传播时延长(250-270ms) + - 受气候影响大(强风、太阳黑子爆发、日凌) + - 误码率较高 + - 成本高 + +#### 红外线、激光 + +> 概念 + +把要传输的信号分别**转换为各自的信号格式**,即红外光信号和激光信号,再在空间中传播。信号固定方向传播。 + +## 物理层设备 + +### 中继器 + +> 诞生原因 + +由于存在损耗,在线路上传输的信号功率会逐渐衰减,衰减到一定程度时将造成信号失真,因此会导致接收错误。 + +> 中继器的功能 + +对信号进行再生和还原,对衰减的信号进行放大,保持与原数据相同,以增加信号传输的距离,延长网络的长度。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233444445-1940379147.png) + +> 中继器的两端 + +1. 两端的网络部分是网段,而不是子网,适用于完全相同的两类网络的互连,且两个网段速率要相同。 + +2. 中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上,它仅作用于信号的电气部分,并不管数据中是否有错误数据或不适于网段的数据。 + +3. 两端可连相同媒体,也可连不同媒体。 + +4. 中继器两端的网段一定要是同一个协议(中继器不会存储转发)。 + + + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233457900-1889557857.png) + +### 集线器 + +> 集线器(多口中继器) + +**集线器的功能**:对信号进行再生放大转发,对衰减的信号进行放大,接着转发到其他所有(除输入端口外),处于工作状态的端口上,以增加信号传输的距离,延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力,是一个共享式设备。 + +![image](https://img2024.cnblogs.com/blog/1548975/202411/1548975-20241102233513171-1939327860.png) + +#### [物理层常见设备] + +物理层设备主要包括以下几种: + +- 集线器(Hub):用于将多个计算机连接到局域网上。 +- 网卡(Network Interface Card NIC):将计算机与网络物理连接起来。网络接口:RJ-45,一般已经集成在你们主板里了。也有规格 100M 1000M 10000M +- 中继器(Repeater):用于加强信号的传输距离。 +- 调制解调器(Modem):将数字信号转化为模拟信号,方便在电话线上传输。[调制技术](https://baike.baidu.com/item/%E8%B0%83%E5%88%B6%E6%8A%80%E6%9C%AF/9759666) +- 光纤收发器(Optical Transceiver):用于光纤的信号收发器。光猫,电信,移动。 +- CAT-5线:几类线,自己了解,现在推荐6类以上,1000M +- RJ-45接头 : 水晶头,网卡接口的类型 + +#### [几种常用的宽带接入技术,主要是 xDSL 和 FTTx] + +用户到互联网的宽带接入方法有非对称数字用户线 ADSL(用数字技术对现有的模拟电话线进行改造,而不需要重新布线。ADSL 的快速版本是甚高速数字用户线 VDSL。),光纤同轴混合网 HFC(是在目前覆盖范围很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网)和 FTTx(即光纤到······)。[宽带上网技术简史](https://www.huxiu.com/article/2909184.html) + +## 练习 + +### OSI模型各层的具体作用及协议 + +OSI模型是计算机网络中一个重要的概念,它将网络通信分为7个层次,每一层都有自己的功能和协议。 + +**1. 物理层** + +- **作用**:负责传输原始的比特流,确保数据能够在物理介质中传输。 +- **协议**:无具体协议,但涉及电气和机械特性标准(如以太网标准)。 + +**2. 数据链路层** + +- **作用**:将物理层的原始比特流封装成帧,提供可靠的数据传输。 +- **协议**:以太网协议(Ethernet)、点对点协议(PPP)。 + +**3. 网络层** + +- **作用**:负责数据包的路由选择和转发。 +- **协议**:IP协议(Internet Protocol)。 + +**4. 传输层** + +- **作用**:提供端到端的可靠数据传输,确保数据完整。 +- **协议**:TCP(传输控制协议)、UDP(用户数据报协议)。 + +**5. 会话层** + +- **作用**:建立、管理和终止会话。 +- **协议**:无常见协议,但涉及会话管理功能。 + +**6. 表示层** + +- **作用**:处理数据的表示、加密和压缩。 +- **协议**:无常见协议,但涉及数据格式转换功能。 + +**7. 应用层** + +- **作用**:为用户提供各种网络服务。 + +- **协议**:HTTP(网页浏览)、FTP(文件传输)、SMTP(邮件发送)等。 + + + +#### 物理层的任务及传输介质 +**1. 物理层的任务** + +- 确保数据能够在物理介质中传输。 +- 定义电气、机械、功能和规程特性。 +- 负责信号的编码和解码。 + +**2. 传输介质** + +- **有线介质**:双绞线、同轴电缆、光纤。 + +- **无线介质**:无线电波、微波、红外线等。 + + + +#### 物理层设备 +**1. 常见物理层设备** + +- **网卡(NIC)**:计算机与网络连接的接口设备。 +- **集线器(Hub)**:连接多个设备,简单转发信号。 +- **中继器(Repeater)**:放大信号,延长传输距离。 +- **调制解调器(Modem)**:将数字信号转换为模拟信号,用于电话线传输。 + +**2. 查看设备图片和视频** + +- 可以在搜索引擎中输入设备名称,查看图片和视频,了解它们的外观和用途。 + + + +#### 中国宽带接入技术的发展史 +- **早期(20世纪90年代)**:主要通过拨号上网,速度较慢。 + +- **2000年代初**:ADSL(非对称数字用户线)开始普及,速度提升。 + +- **2010年代**:光纤接入(FTTH,光纤到户)逐渐成为主流,速度大幅提升。 + +- **2020年代**:5G技术推动无线宽带发展,同时光纤网络不断升级,实现千兆宽带接入。 + + + +#### 预习水晶头制作方法 +- **工具**:网线钳、网线、水晶头。 +- **步骤**: + 1. 剥线:用网线钳剥去网线外皮,露出内部线芯。 + 2. 排线:按照标准(如T568A或T568B)排列线芯。 + 3. 剪齐:将线芯剪齐,确保插入水晶头后长度一致。 + 4. 插入:将线芯插入水晶头,确保线芯完全到位。 + 5. 压接:用网线钳压紧水晶头,确保连接牢固。 + 6. 测试:使用网线测试仪检查连接是否正常。 + + + +## 书上41页 + +### 一、选择题 + +1. 在同一时刻,通信双方可以同时发送数据的信道通信方式为(**D**)。 + + A. 半双工通信 + + B. 单工通信 + + C. 数据报 + + D. 全双工通信 + +2. 在常用的传输介质中,(**A**)的带宽最宽 ,信号传输衰减最小,抗干扰能力最强。 + + A. 光纤 + + B. 同轴电缆 + + C. 双绞线 + + D. 微波 + +3. 设数据传输速率为4800bit/s,采用十六相调制,则信号传输速率为(**D**)。 + + A. 4800Baud + + B. 3600Baud + + C. 2400Baud + + D. 1200Baud + +4. 在光纤中采用的多路复用技术是(**C**)。 + + A. 时分多路复用(TDM) + + B. 频分多路复用(FDM) + + C. 波分多路复用(WDM) + + D. 码分多路复用(CDMA) + +5. 下列关于曼彻斯特编码的叙述中,(**B**)是正确的。 + + A. 为确保收发同步,将每个信号的起始边界作为时钟信号 + + B. 将时钟与数据取值都包含在信号中 + + C. 这种模拟信号的编码机制特别适合传输语音 + + D. 每位的中间不跳变时表示信号的取值为1 + +### 二、填空题 + +1. 可以将脉码调制分为三个过程,即(**抽样**)、(**量化**)和(**编码**)。 +2. 信号的电平是(**数字**)连续变化的。 +3. FDM是指(**频分多路复用**)。 +4. 在同一个信道上的同一时刻,能够进行双向数据传送的通信方式是(**全双工通信**)。 +5. 利用(**调制**),数字数据可以用模拟信号来表示。