计算机网络课件

### 计算机网络课件知识点详述 #### 一、物理层基本概念 物理层作为计算机网络中的最低层，其主要职责在于定义并确保原始比特流能够在物理媒体上无误地传输。它不涉及具体的硬件设备或传输媒体本身，而是关注如何在这些媒体上传输数据的具体方法。 - **物理层功能**：物理层的主要任务是定义与传输媒体的接口特征，包括机械特征（如接口的形状、尺寸和引脚布局等）、电气特征（接口的电压范围）、功能特征（特定线路上的电压意义）以及规程特征（不同事件的发生顺序）。 - **接口特征详解**： - **机械特征**：定义了接口所使用的连接器的物理特性，比如连接器的形状、大小、引脚数量及排列方式等。 - **电气特征**：规定了接口电缆上的电压范围，确保数据传输时电压信号的稳定性和准确性。 - **功能特征**：明确了特定线路上不同电压水平所代表的意义，比如正电压可能表示逻辑1，而负电压表示逻辑0。 - **规程特征**：描述了在物理层交互过程中不同事件的发生顺序，例如何时发送数据、何时确认接收等。 #### 二、数据通信基础 数据通信的基础概念涵盖了信道的概念、带宽的定义及其计算方法、信号分类以及信号转换技术等。 - **信道带宽**：信道带宽是指信道所能传输的最大数据速率，单位通常是比特每秒(bps)。带宽越大，数据传输速率越高。 - **传输延迟**：包括发送延迟、接收延迟、处理延迟和传播延迟。 - **发送延迟**：数据从源设备发送到传输媒体所需的时间。 - **接收延迟**：数据到达目的设备后被接收并解码所需的时间。 - **处理延迟**：中间节点处理数据包所需的时间。 - **传播延迟**：数据在物理媒体中传播所需的时间。 - **波特率与比特率**：波特率(Baud rate)指的是信号值每秒变化的次数，而比特率(Bit rate)则是每秒传输的比特数。二者之间的关系由信号电平决定。 - 如果波特率为B，电平数为V，则比特率b = B * log2(V)。 - **信道容量**：信道容量是指单位时间内信道能够正确传输的比特数。根据香农公式，信道容量C = W * log2(1 + S/N)，其中W是信道带宽，S是信号平均功率，N是噪声平均功率。 #### 三、信号分类与转换 - **信号分类**：信号可以分为模拟信号和数字信号两大类。模拟信号用于表示连续变化的信息，如声音；数字信号则用于表示离散的信息，如计算机中的数字数据。 - **信号转换**： - **模拟数据→模拟信号**：通过载波进行传输，如模拟电话。 - **数字数据→数字信号**：直接编码后进行传输。 - **模拟数据→数字信号**：通过采样和量化过程将模拟信号转换成数字信号，例如IP电话。 - **数字数据→模拟信号**：通过调制技术将数字信号转换为模拟信号，用于通过电话线等模拟信道进行传输。 #### 四、传输媒体 - **双绞线**：分为屏蔽双绞线(STP)和非屏蔽双绞线(UTP)。STP通过金属屏蔽减少电磁干扰，适用于对数据传输质量要求较高的场合；UTP则更为经济，适用于一般局域网环境。双绞线还可以根据绞合程度分为3类线、5类线等不同类别。 - **同轴电缆**：具有更好的抗干扰能力，通常用于有线电视网络或早期的局域网环境中。同轴电缆分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆，前者用于单一频率信号的传输，后者支持多路信号的复用。 通过以上内容的学习，我们可以了解到物理层是如何通过定义接口特性来确保数据在不同传输媒体上稳定传输的，并且掌握了数据通信的基础概念以及信号的分类与转换技术，这对于理解整个计算机网络的工作原理至关重要。