2章 物理层与数据通信基础.pdf

物理层与数据通信基础 物理层是计算机网络的最底层，它负责在物理媒体上传输原始的比特流。物理层的主要任务是定义如何在物理媒体上传输数据，还包括如何将数据编码、调制、解调、传输和接收等。 1. 基本概念 * 信息（information）：指的是有意义的数据或符号的集合。 * 数据（data）：是信息的形式表示。 * 信号（signal）：是数据的电子或电磁编码。 * 通信（communication）：是将数据从源方传输到目的方的过程。 * 数据处理（data processing）：是将数据从源方传输到目的方的过程。 2. 信号的频域与传输特性 * 信号频谱（signal spectrum）：将信号分解成多个正弦交流信号分量时，相关正弦交流信号之间的幅度、频率、相位关系。 * 信号的绝对频带（absolute bandwidth）：信号频谱中最高频率成份与最低频率成份之差。 * 信号的有效频带（effective bandwidth）：为满足信号还原需求而需要传输的信号频谱的最高频率成份与最低频率成份之差。 3. 数据的表示与传输 * 模拟信号（analog signal）：幅度随时间连续变化的电磁信号。 * 数字信号（digital signal）：幅度随时间离散变化且固定的电磁信号。 * 模拟数据（analog data）：幅值连续变化且可取无限多中间值的数据。 * 数字数据（digital data）：幅值离散变化且不可取无限多中间值的数据。 4. 信道和信道基本参数 * 信道（channel）：信号的传输通道，包括传输介质和控制信号传输的机制。 * 模拟信道（analog channel）：适合传输模拟信号的信道。 * 数字信道（digital channel）：适合传输数字信号的信道。 * 信道带宽（channel bandwidth）：信道中允许有效通过的正弦交流信号的频率X 围内。 * 码元速率（baudrate）：信号每变化一次对应一个码元。单位时间内信号变化的次数称为码元传输速率，用波特（baud）为度量单位，故又称波特率。 * 数据传输速率（data transmission rate）：单位时间内在信道中通过的比特数，单位 b/s。 * 信道容量（channel capacity）：信道的最大数据传输速率。 5. 传输介质 * 有线介质（wired medium）：双绞线、同轴电缆、光纤等。 * 无线介质（wireless medium）：微波、卫星、蜂窝无线通信等。 6. 信道复用技术 * 频分复用（Frequency Division Multiplexing, FDM）：在同一个信道中传输多个信号，每个信号占用不同的频率带宽。 * 时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）：在同一个信道中传输多个信号，每个信号占用不同的时间 slot。 * 波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）：在同一个信道中传输多个信号，每个信号占用不同的波长。 * 码分复用（Code Division Multiplexing, CDM）：在同一个信道中传输多个信号，每个信号占用不同的码字。 7. 数据交换技术 * 电路交换（circuit switching）：在传输数据之前，需要先建立一个连接，然后在连接上传输数据。 * 报文交换（message switching）：将数据分割成小的报文，并在报文头中附加控制信息，然后传输报文。 * 报文分组交换（packet switching）：将数据分割成小的报文，并在报文头中附加控制信息，然后传输报文。 8. 同步技术 * 比特同步（bit synchronization）：在接收端对接收到的信号进行同步，以确保正确的解调。 * 帧同步（frame synchronization）：在接收端对接收到的信号进行同步，以确保正确的解调。 9. 差错与差错纠正 * 前向纠错（forward error correction）：在传输数据之前，对数据进行编码，以便在接收端能够纠正错误。 * 自动重发纠错（automatic repeat request, ARQ）：在接收端发现错误后，请求发送端重新传输错误的数据。 * CRC（Cyclic Redundancy Check）：一种常用的错误检测技术，能够检测数据中的错误。 10. 物理层标准 * EIA RS-232：一种常用的串行通信标准，用于连接计算机和外部设备。 * EIA RS-449：一种常用的串行通信标准，用于连接计算机和外部设备。 * X.21：一种常用的数字通信标准，用于连接计算机和外部设备。 物理层是计算机网络的最底层，它负责在物理媒体上传输原始的比特流。物理层的主要任务是定义如何在物理媒体上传输数据，还包括如何将数据编码、调制、解调、传输和接收等。