计网笔记_物理层1

计网笔记_物理层1

三月 10, 2022

学不会了，单纯进行一个复制粘贴
可能应该去信通蹭蹭课了 悲

基础概念

  • Channel信道：传输信息的媒体
  • Bit Rate数据率：数据传输速率（bps）
  • Baud波特：符号/码元传输速率 $1Baud =(\log_2{V})bps$，其中V是信号的电平级数(理解为进制数，每一个电平级数用一个符号表示，换成二进制位数就是这个公式)，比如电平级数为2时，波特速率等于比特速率。如果在数字传输过程中，0V、2V、4V和6V分别表示00、01、10和11，那么每个码元有四种状态00、01、10和11。每个码元代表两个二进制数字。大部分情况下，波特速率> bit速率。
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  • Propagation Speed传播速度：通信线路上，信号单位时间内传送的距离(m/s)。光速：$3\times10^8m/s$。
  • Bandwidth带宽：在单位时间里，能发送的最大比特数PPT上写“信号占用的频率范围(HZ)不知道是什么意思。但是HZ本身就是($s^{-1}$)，和bps($\tiny\cfrac{比特数}{传输这些比特所用的时间}$)的单位一样。
    补充↑：带宽的两种意思
    补充：带宽的两种意思
  • Channel Capacity信道容量：信道的最大数据率
  • Throughput吞吐量：网络容量的度量，表示单位时间内网络可以传送的数据位数(bps)
  • Bit Error Rate误码率(BER):信道传输可靠性指标，可能会很低，如$10^{-12}$等
    $P=\cfrac{传送错误的位数}{传输总位数}$
  • Delay时延：从向网络中发送数据块的第一比特开始，到最后一位数据被接收所经历的时间。包括发送时间+传播时间+处理时间+排队时间，
  • 时延的组成
    • 传播时延：信号通过传输介质的时间
    • 发送时延：设备发送一个数据块所需要的时间
      $发送时延=\cfrac{数据块长度}{信道带宽}$，这里的带宽指的是单位时间内能发送的最大比特数。注意二者单位的统一。
    • 处理时间：交换机/路由器检查数据、选路的时间
    • 排队时延：在交换机/路由器中排队等待的时间
  • 几种通信方式：Simplex【单工链路】, Half-duplex【半双工链路】, Full-duplex【全双工】，其中，全双工是最常见的。
    • Simplex【单工链路】：只能单向，腾讯课堂这样的
    • Half-duplex【半双工链路】：双方都可发送可接受，但不能同时发送和接受，对讲机
    • Full-duplex【全双工】：双车道一样的，可以同时发送和接受
  • 并行通信Parallel$\tiny平行的并行的$ transmission
  • 串行通信Serial transmission(在不同机器之间的通信较为常见)
    • 同步Synchronous
    • 异步Asynchronous，始终不需要同步，仅需三条线路（一来一回+地线）便可以完成，（同步需要五条线，一来一回需要两个时钟信号）但收发双方的时钟可能出现偏差，一般应用于短距离通信。

2.1数据通信的理论基础

傅里叶分析

高数学到狗肚子里去了，根本看不懂(大草)。

带宽有限的信号

不要求会算，但是要求理解带宽对速率的限制。(我不理解，哭哭)

  • 没有设备能够不损耗能量地传输信号

  • 所有的传输设施对于不同傅里叶分量的衰减程度并不相同，从而导致接收端收到的结果信号发生也就是说，如果等量的衰减，是不会变形的。

  • 带宽的定义：课本和ppt是这样说的

    一般情况下对导线而言，在0到某个频率$f_c$的这段范围内，振幅在传输过程中不会衰减(这里$f_c$可以用Hz(赫兹)来度量)，而在此截止频率$f_c$之上的所有频率的振幅都将有不同程度的减弱。这段在传输过程中振幅不会明显减弱的频率的宽度就称为带宽(bandwidth)。通常引用的带宽是指从0到使得接收能量保留一半的那个频率位置。ps:滤波器一般可用来进一步限制信号的带宽。

  • 决定带宽的因素：带宽是传输介质的一种物理性质，由以下决定

    • 介质的构成
    • 介质的厚度
    • 电线或者光纤(也就是介质 阿巴阿巴)的长度

信道的最大数据速率

待补充，回头写

  1. Nyquist’s theorem (1924)
    If a signal has been run through a low-pass filter of bandwidth H, the signal can be completely reconstructed by making 2H samples per second
    C=2Hlog2V

  2. Shannon’s Theorem (1948)

$\tiny摘自百度百科$
类比：城市道路上的汽车的车速（业务速率）和什么有关系？
除了和自己车的动力有关之外，主要还受限于道路的宽度（带宽）和车辆多少、红灯疏密等其他干扰因素（信噪比）。
俗话说：“有线的资源是无限的，而无线的资源却是有限的。”无线信道并不是可以任意增加传送信息的速率，它受其固有规律的制约，就像城市道路上的车一样不能想开多快就开多快，还受到道路宽度、其他车辆数量等因素影响。这个规律就是香农定理。香农定理是所有通信制式最基本的原理，它描述了有限带宽、有随机热噪声信道的最大传输速率与信道带宽、信号噪声功率比之间的关系。

香农定理由如下的公式给出:
$C=W\times\log_2{(1+\frac{S}{N})}$
其中C是可得到的链路速度，W是链路的带宽，S是平均信号功率,N是平均噪声功率，信噪比（S/N）通常用分贝（dB）表示，$分贝数=10\times\log_{10}{(\frac{S}{N})}$,这里的分贝不同于平时认为的声音大小的单位，而在实际上，声音大小的单位也并不是分贝(分贝本身是一个同单位比值),而是用声压大小反映，由于分贝取对数的特性符合日常表达需要，所以用声压对应的分贝来表示声音大小。真正的分贝分为两种，功率之比和幅值之比，香农公式这里采用的是功率之比的定义。详见 这里 以及这里(后者为百度百科)。

2.2引导性传输介质Guided Transmission Media

这块儿懒得记，应该是兴趣性了解即可，书上还有点儿笑话看。
这儿就记个大纲

  1. 磁介质 Manetic Media
    “永远不要低估一辆满载着磁带在高速公路上飞驰的旅行车的带宽”
    高带宽高延迟

  2. 双绞线 Twisted Pair
    到6类为止，所有的双绞线都成为非屏蔽双绞线(UTP)(unsheild twisted pair)
    7类双绞线在每对、整个线缆外加一个屏蔽层

  3. 同轴电缆 coaxial cable
    cable(钢索，电缆)
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  4. 电线 Power line

  5. 光纤 （Fiber Cables）& 光缆
    根据中心光纤的直径，分为多模、单模
    多模以不同的角度来回反射着前进，单模直径只有几光波，几乎沿直线传输

参考链接
信噪比

  1. 基础概念
  2. 2.1数据通信的理论基础
    1. 傅里叶分析
    2. 带宽有限的信号
    3. 信道的最大数据速率
  3. 2.2引导性传输介质Guided Transmission Media