《物理层学习详解》 物理层作为计算机网络的最底层,是数据通信的基础,它主要负责数据的原始传输,包括编码、调制以及通过不同传输介质进行数据的传输。理解物理层的关键在于掌握其基本概念、交互方式、传输速率、编码调制方法以及数据交换方式。 1. **基本概念**: - **信源**:信息产生的地方。 - **信道**:信号传输的路径,可以是有线或无线。 - **信宿**:信息接收的终端。 - **交互方式**:单向通道、半双工和全双工。单向通道只能单向传输,半双工在同一时间内只能单向传输,而全双工则允许双向同时传输。 2. **速率与标准单位**: - **码原传输速率(波特率)**:表示单位时间内信号变化的次数,不考虑携带的信息量。 - **信息传递速率(比特率)**:实际传输的信息量,即每秒传输的比特数。波特率和比特率的关系由码原携带的信息量决定。 3. **奈奎斯特定理与香浓定理**: - **奈奎斯特定理**:在理想低通信道中,极限码原传输速度为2W波特,其中W为理想低通信道的带宽。 - **香浓定理**:在有噪声的信道中,极限传输速率由信道带宽和信噪比决定,公式为Wlog2(1+S/N)。 4. **编码与调制**: - **编码**:将数据转换为数字信号的过程,如归零编码、非归零编码、反向非归零编码、曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码等。 - **调制**:将数据转换为模拟信号,包括幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和正交振幅调制(QAM)等。 5. **数据交换方式**: - **电路交换**:预先建立连接,独占线路,适用于实时性强的通信,但建立连接时间长,线路利用率低。 - **存储转发**:分为报文交换和分组交换,后者简化了存储管理,提高了线路利用率,但可能有延迟、失序等问题。 - **数据报**:无需预先建立连接,但可能存在失序、丢失或重复问题。 - **虚电路**:创建电路时需要目的地址,网络问题可能导致所有相关虚电路失效。 6. **传输介质**: - **导向性传输介质**:如双绞线、同轴电缆(基带和宽带)和光纤。光纤具有高带宽、衰减小、适合长距离传输的优点。 - **非导向性传输介质**:包括无线电波、微波、卫星通信以及红外线、激光等,适合无线通信。 7. **中继器与集线器**: - **中继器**:用于延长信号传输距离,对信号进行再生和还原,适用于相同速率的两个网段,遵循5-4-3规则。 - **集线器**:作为多口的中继器,用于共享式网络,不执行存储转发功能。 物理层的学习不仅需要理解上述知识点,还要掌握编码调制的原理、数据交换的优缺点以及如何选择合适的传输介质。重点是奈奎斯特定理和香浓定理的应用,以及编码与调制在实际通信中的作用。而数据交换方式,尤其是分组交换,因其在现代网络中的广泛应用,成为理解和分析网络性能的关键难点。在学习过程中,通过实例分析和实践操作能更好地理解和掌握这些概念。
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