本文涉及知識(shí)點(diǎn)的思維導(dǎo)圖如下：

結(jié)構(gòu)的思維導(dǎo)圖如下：

1.物理層的基本概念
物理層所在的位置：在OSI模型和TCP/IP模型的最下面一層。
主要功能：提供透明的比特流傳輸。封裝好的數(shù)據(jù)以“0、1”比特流的形式進(jìn)行傳遞，從一個(gè)地方搬到另一個(gè)地方。物理層上的傳輸，從不關(guān)心比特流里面攜帶的信息，只關(guān)心比特流的正確搬運(yùn)。
4大特性：
a) 機(jī)械特性:指明接口所有接線器的形狀、尺寸、引腳數(shù)和排列等，如RJ45。
b)電氣特性:指明在接口電纜的各條線上出現(xiàn)的電壓的范圍
c)功能特性:指明某條線上出現(xiàn)的某一電平的電壓表示何種意義。
d)規(guī)程特性:指明對于不同功能的各種可能事件的出現(xiàn)順序。規(guī)程的概念類似協(xié)議.
2.信號
1）概念：數(shù)據(jù)的電氣或電磁表現(xiàn)。
2）分類：a)模擬信號：對應(yīng)時(shí)域的信號取值是連續(xù)的。b) 數(shù)字信號：對應(yīng)時(shí)域的信號取值是離散的.代表不同離散值的基本波形稱為碼元。


3）信號的傳輸
信號在傳輸?shù)倪^程中，可以看成由很多不同頻率的分量的傳輸，因?yàn)楦哳l分量的不等量衰減，接收方收到的信號是衰減和變形(失真)的。
一般來說，從 0~fc這一段頻段，振幅在傳輸過程不會(huì)明顯衰減，fc 稱為截止頻率。（單位：赫茲）
物理帶寬：傳輸過程中振幅不會(huì)明顯衰減的頻率范圍。是一種物理特性，通常取決于介質(zhì)材料的構(gòu)成、厚度、長度等。
4）信道的傳輸速率
a)理想信道的傳輸速率：乃奎斯特定理

其中： V為信號的電平級數(shù)，在二進(jìn)制中，僅為0、1兩級。即：以每秒高于2B次的速率對線路采樣是無意義的，因?yàn)楦哳l分量已被濾掉，無法再恢復(fù)。
例題：

b)噪聲信道的傳輸速率：香農(nóng)定理

很多情況下噪聲用分貝(dB) 表示，分貝與信噪比換算如下：

例題：

3.傳輸介質(zhì)
傳輸介質(zhì)分為引導(dǎo)性傳輸介質(zhì)（也叫有線傳輸介質(zhì)）和非引導(dǎo)傳輸介質(zhì)（無線傳輸介質(zhì)）。本文主要介紹引導(dǎo)性傳輸介質(zhì)。非引導(dǎo)傳輸介質(zhì)包括無線電、衛(wèi)星、激光等，但本文不做詳細(xì)介紹。
3.1同軸電纜
組成：由中心導(dǎo)體、絕緣材料層、網(wǎng)狀導(dǎo)體、外部絕緣料4層組成。

分類一：基帶同軸電纜和寬帶同軸電纜
基帶同軸電纜：50歐姆，用于數(shù)字傳輸（屏蔽層為銅）；
寬帶同軸電纜：75歐姆，用于模擬傳輸（屏蔽層為鋁）。
分類二：粗纜和細(xì)纜
粗纜：最大傳輸距離為500米；兩端安裝終結(jié)器，以保證電纜屏蔽層接地
細(xì)纜(0.35cm)：最大傳輸距離為185米；兩頭安裝BNC頭，接在T型連接器兩端。
3.2雙絞線
概念：由兩根具有絕緣層的銅導(dǎo)線按一定密度，逆時(shí)針方向絞合而成，可以消除近端串?dāng)_。
絞距（扭距）：一般地，絞距越緊（?。?，則抵銷效果越好，傳輸性能越好。
分類：非屏蔽雙絞線（UTP）、屏蔽雙絞線（STP）和網(wǎng)屏式雙絞線（ScTP）
1）非屏蔽雙絞線（UTP：Unshielded Twisted Pair）
特點(diǎn)：數(shù)字帶寬：10-100Mbps；介質(zhì)和連接器大?。盒?，輕便； 最大傳輸距離:100米(短)
優(yōu)點(diǎn)：成本低、尺寸小、易于安裝
缺點(diǎn)：易受干擾、傳輸距離短、受到絞距影響

2）屏蔽雙絞線（STP：Shielded Twisted Pair）
特點(diǎn)：數(shù)字帶寬：10-100Mbps；成本：比UTP貴； 介質(zhì)和連接器大小：中等偏大；最大傳輸距離:100米
優(yōu)點(diǎn)：抗EMI/RFI干擾
缺點(diǎn)：成本高、安裝不易

3）網(wǎng)屏式雙絞線（ScTP：Screened Twisted Pair）
特點(diǎn)：主要技術(shù)參數(shù)不變，在成本和抗干擾之間做了折中。數(shù)字帶寬：10-100Mbps；成本：介于UTP和STP之間； 介質(zhì)和連接器大?。褐械?；最大傳輸距離:100米

4.光纖
概念：光導(dǎo)纖維的簡稱； 由極細(xì)的玻璃纖維構(gòu)成，把光封閉在其中并沿軸向進(jìn)行傳播；
優(yōu)點(diǎn)：重量輕、損耗低、不受電磁輻射干擾、傳輸頻帶寬、通信容量大
缺點(diǎn)：昂貴、易斷裂

原理：全反射（入射角大于臨界角）


分類：單模光纖和多模光纖
單模：以單一模式傳輸，激光產(chǎn)生的單束光，纖心細(xì)、高帶寬、長距離，運(yùn)行波長為850nm或1300nm；
多模：以多個(gè)模式同時(shí)傳輸，LED產(chǎn)生的多束光，纖心粗、低帶寬、短距離，運(yùn)行波長為1310nm或1550nm

光傳輸系統(tǒng)組成：光源、傳輸介質(zhì)和探測器

水平電纜：到用戶桌面的線纜大量使用UTP
垂直電纜：干線上大量使用光纖
5.復(fù)用技術(shù)
概念：復(fù)用技術(shù)是讓多用戶共享同一根信道（干線）

1）頻分多路復(fù)用FDM：將頻譜分成若干段，每個(gè)用戶占據(jù)一段來傳輸自己的信號。

2）波分多路復(fù)用WDM：將波段分成若干段，每個(gè)用戶占據(jù)一段來傳輸自己的信號。

3）時(shí)分多路復(fù)用TDM：用戶輪流使用信道；廣泛用于 telephone / cellular系統(tǒng)

4）碼分多路復(fù)用 Code Division Multiple Access:碼片是正交的，能夠同時(shí)傳輸;廣泛用于3G網(wǎng)通信

例題：


6.兩種傳輸方案
調(diào)制機(jī)制使用信號來傳輸比特。
1）基帶傳輸：直接將數(shù)據(jù)比特轉(zhuǎn)化為信號。Line codes（線路編碼）發(fā)送 symbols（樣本、符號），一
個(gè)樣本可傳送1個(gè)或多個(gè)比特。共有以下四種編碼方式：
b)不歸0 NRZ：高電壓表示1，低電壓表示0。缺點(diǎn)：出現(xiàn)連續(xù)的0或1時(shí)，會(huì)混淆
c)不歸0逆轉(zhuǎn) NRZ：出現(xiàn)1時(shí)發(fā)生電壓跳變，為0時(shí)不發(fā)生變化。缺點(diǎn)：出現(xiàn)連續(xù)的1時(shí)，會(huì)混淆
d)曼徹斯特編碼:出現(xiàn)0時(shí)，由低電壓調(diào)到高電壓；出現(xiàn)1時(shí)，由高電壓調(diào)到低電壓
e)bipolar encoding(待補(bǔ)充）

2）通帶傳輸：通過調(diào)節(jié)信號的振幅、相位或頻率來傳輸比特

7.波特率和比特率
波特率：每秒鐘信號變化的次數(shù)，也叫符號率、采樣率
比特率：也叫位傳輸率、數(shù)據(jù)傳輸速率、數(shù)字帶寬
兩者的關(guān)系如下：

8.碼元
碼元是承載信息量的基本信號單位。
在數(shù)字通信中常常用時(shí)間間隔相同的符號來表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，這樣的時(shí)間間隔內(nèi)的信號稱為(二進(jìn)制）碼元。
在使用時(shí)間域（或簡稱為時(shí)域）的波形表示數(shù)字信號時(shí)，代表不同離散值的基本波形稱為碼元。
波特率：1秒鐘能夠發(fā)送的碼元的個(gè)數(shù)，所以也叫碼率。
9.信號星座
信號星座：不同的基本調(diào)制方法的組合。把上述調(diào)制模式綜合起來使用，以便使每個(gè)符號傳輸更多的比特。

在QPSK中，使用了4個(gè)相位角度，每次采樣（碼元、樣本）可表達(dá)的級別有4個(gè)，即每次碼元可表示2比特。比特率（信號傳輸速率）是波特率的2倍。
QAM-64 (正交振幅調(diào)制，QuadratrueAmplitude Modulation-64) 允許 64 個(gè)不同的組合，即64個(gè)信號級別, 所以每個(gè)碼元可傳輸6 bits。
10.格子架編碼調(diào)制
為了追求高的數(shù)字帶寬，總是想辦法提高信號級別，即星號星座上的星點(diǎn)密密分布，這導(dǎo)致出錯(cuò)率的上升。為了降低高速調(diào)制錯(cuò)誤，在每個(gè)樣本中采用一些額外的位用作糾錯(cuò)，剩下的位才用來傳輸數(shù)據(jù)，這種機(jī)制叫格子架編碼調(diào)制TCM (Trellis Coded Modulation) 。在 V.32調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)中，波特率是2400，采用了QAM-32，每碼元傳輸5個(gè)比特，但其中的1個(gè)比特用來做奇偶校驗(yàn)，所以，數(shù)據(jù)傳輸率只有9600bps。
例題：

11.公共交換電話網(wǎng)（PSTN： Public Switched Telephone Network）
1)概念：最方便的已有通信設(shè)施，跟計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)緊緊聯(lián)系在一起
2)主要構(gòu)成及技術(shù)：本地回路(調(diào)制技術(shù))/干線(復(fù)用技術(shù))/交換
3)結(jié)構(gòu)：
本地回路:模擬線路，進(jìn)入千家萬戶和業(yè)務(wù)部門
干線: 數(shù)字光纖，連接交換局
交換局: 話音接駁干線的場所


4)調(diào)制解調(diào)器（Modem，貓）:位于計(jì)算機(jī)和PSTN最后一英里之間，用于將計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的位序列轉(zhuǎn)變?yōu)檩d波輸出，或者相反。將數(shù)字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，或相反。
5）光纖到戶(Fiber To The Home)（寬帶）：很多用戶共享同一波長，光纖是無源的 (無須放大器，可靠)。光進(jìn)銅退是大趨勢，光纖使用越來越普遍，同軸電纜使用越來越少。

編解碼器（codec）：端局中的設(shè)備，可將模擬信號數(shù)字化（coder），或者相反（decoder）。呼叫方：將模擬語音數(shù)字化。
脈沖編碼調(diào)制PCM (Pulse Code Modulation) ：是一種將模擬信號數(shù)字化的技術(shù)。
干線：多路復(fù)用。
北美和日本使用T1 線路，可處理24路信號的復(fù)用，話音信道的采樣率是每秒8000次 ，傳輸速率是1.544 Mbps。
其他國家使用E1線路，E1可處理 32條語音的復(fù)用，E1線路的傳輸速率是：2.048 Mbps.
12.交換：電路交換、 報(bào)文交換、分組交換
電路交換：在數(shù)據(jù)傳輸前，必須建立一條端到端的通路，稱為連接。按照時(shí)間進(jìn)行收費(fèi)。
報(bào)文交換：無論數(shù)據(jù)傳輸過程要跨越多少個(gè)交換局，只要下一站空閑，該數(shù)據(jù)即送至下一站。無需提前建立連接。
分組交換：限制分組大小。允許分組存儲(chǔ)在交換局的內(nèi)存里。
13：物理層設(shè)備：增大了沖突域，較低了網(wǎng)絡(luò)的性能。

1）收發(fā)器 Transceiver：Transmitter和Receiver的簡稱，也叫Media Attachment Unit（MAU）
作用： 將一種形式的信號轉(zhuǎn)變成另一種形式。類型： RJ-45–AUI/RJ-45 – BNC/RJ-45 – Optical
2）中繼器 Reapter
作用：讓線纜可以延伸得更遠(yuǎn)；增加連接到網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)的結(jié)點(diǎn)數(shù)；不能過濾流量
過濾：是指設(shè)備以一定的特征（如源地址、目的地址、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等）來屏蔽網(wǎng)絡(luò)流量，并根據(jù)已有的標(biāo)準(zhǔn)確定將流量轉(zhuǎn)發(fā)或丟棄。
3）集線器 Hub
特點(diǎn)：多端口的中繼器；放大和再生信號；允許很多設(shè)備連接到一個(gè)集線器上；作為星型拓?fù)涞闹行?；不能過濾交通流量
4）沖突：信號的碰撞

沖突的電氣表現(xiàn)：

5）沖突域：數(shù)據(jù)包產(chǎn)生和沖突的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，即指共享媒質(zhì)區(qū)。

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