计算机网络:第二章 - 物理层 559次阅读 计算机网络 2022-09-09 目录 [TOC] ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/SplitLine/SplitLine-01.gif) # 一、通信基础 ## (一)物理层基本概念 物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上**传输数据比特流**,而不是指具体的传输媒体。 > 传输媒体就是数据在传输过程中需要经过的介质(光纤,电缆等),我们常把传输媒体看做五层模型的第 0 层,需要和物理层区分开! 物理层主要任务:确定与传输媒体**接口**有关的一些特性(定义标准)。 * 机械特性:定义物理连接的特性,规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。 * 电气特性:规定传输二进制位时,线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。(比如某网络在物理层规定,信号的电平用 +10V ~ +15V 表示二”进制 0,用-10V ~ -15V 表示二进制 1,电线长度限于 15m 以内) * 功能特性:指明某条线上出现的某一电平表示何种意义,接口部件的信号线的用途。(描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义时) * 规程特性:(过程特性)定义各条物理线路的工作规程和时序关系。 ## (二)数据通信基础知识 ### 1、典型的数据通信模型 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.2.1_1%29.png) > 传统电话网:需要调制解调器(猫);现在的宽带:不需要调制解调器(猫) ### 2、数据通信相关术语 通信的目的是传送消息。 * 数据:传送信息的实体,通常是有意义的符号序列。 * 信号:数据的电气/电磁的表现,是数据在传输过程中的**存在形式**。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.2.2_1%29.png) 信道上传送的信号可分为基带信号(可以是数字信号也可以是模拟信号)和宽带信号 * 信源:产生和发送数据的源头。 * 信宿:接收数据的终点。 * **信道**:信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质,因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。 * 按传输信号:模拟信道(传输模拟信号);数字信道(传输数字信号) * 按传输介质:无线信道(空气传输);有线信道(电缆,光纤传输) ### 3、通信方式 从通信双方信息的交互方式看,可以有三种基本方式: 1. **单工通信**:只有一个方向的通信而没有反方向的交互,仅需要**一条**信道。(你说我听) 2. **半双工通信**:通信的双方都可以发送或接收信息,但任何一方都不能同时发送和接收,需要**两条**信道。(你先讲,我再讲,不可冲突) 3. **全双工通信**:通信双方可以同时发送和接受信息,也需要**两条**信道。(一起说对喷,不分先后可冲突) ### 4、数据传输方式 1. 串行传输:将表示一个字符的 8 位二进制数按照由低到高的顺序依次发送。速度**慢**,费用**低**,使用**远**距离。 2. 并行传输:将表示一个字符的 8 位二进制数同时通过 8 条信道发送。速度**快**,费用**高**,使用**近**距离。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.2.4_1%29.png) ### 5、同步传输 & 异步传输 1. 同步传输:在同步传输的模式下,数据的传送是以一个数据区块为单位,因此同步传输又称为区块传输。 在传送数据时,需先送出 1 个或多个同步字符,再送出整批的数据。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.2.5_1%29.png) 2. 异步传输:异步传输,将比特分成小组进行传送,小组可以是 8 位的 1 个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组,而接收方不知道它们会在什么时候到达。传送数据时,加一个字符起始位和一个字符终止位。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.2.5_2%29.png) ## (三)码元、波特、速率、带宽 ### 1、码元 #### (1)码元概念 指使用**固定时长**的**信号波形(数字脉冲)**,代表不同离散数值的基本波形,是数字通信中数字信号的计量单位,该固定时长内的信号称为 **M 进制码元**,而该时长称为码元宽度 T 。 > 在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一位 M 进制数字。 * 固定时长:指的是高电平、低电平的持续时间 , 该时间必须是固定的; * 码元本质:信号波形; * 不同 离散数值 :指的是 0 或 1; * 计量单位 :1 个信号对应 1 个码元; ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.3.1.1_1%29.png) #### (2)码元进制 * “ 码元 ” 进制:当码元离散值有 M 个时,该码元称为 M 进制码元 (M ≥ 0 ); * 二进制码元:计算机中的码元是二进制码元 , 码元 只有 0 和 1 两个离散值; * “ 码元 ” 信息量:一个码元可携带多个比特信息量,二进制码元只能携带 1 个比特的信息量 , 有两种不同的信息 , 0 状态 , 或 1 状态 ; > * 1 波形代表 1 码元; > * 2 进制码元:2 种波形,1 码元对应 1 个比特; > * 4 进制码元: > > * 码元离散值:码元 的 离散值 有 4 个; > * 码元信号波形:其信号波形有 4 种高低不同的电平取值; > * 码元信息量:该码元可以 携带 2 比特的信息量 , 分别是 00 , 01 , 10 , 11 四种码元取值; ### 2、波特、速率、带宽 #### (1)速率 指**数据的传输速率**,表示单位时间内传输的数据量。可以用**码元传输速率**和**信息传输速率**表示。 > 此处速率指发送速率,是主机向链路传输数据的速度 ; > > **传输速率**和**传播速率**的区别: > > 1. **传输速率**是指连接在计算机网络上的主机在数字信道上传送数据位数的速率; > 2. **传播速率**是在整个信道上进行传播的速度。 > > 我们知道数据要进行传输的话,要先转成新号的形式,然后以电磁波或者光波为载体传输,因此体现信道上的传播速率就是电磁波或光波的传播速率。 #### (2)码元传输速率 - 波特率 RB(1s 传输多少个码元) * 别名:波特率 RB * 概念:单位时间内数字通信系统所传输的码元个数,单位是**波特(Baud,1B=1 码元/s)**; * “ **波特**”: * 简介:1 波特表示数字通信系统每秒传输一个码元,是速度单位,1 波特是 1 码元 / 秒 (1B=1 码元/s); * 码元个数说明:又称为**脉冲个数**或**信号变化次数**; * 码元信息量说明:码元可以是多进制的 , 也可以是二进制的 , 计算机网络中指的是二进制的码元; > 码元信息量示例:1 波特下 , 二进制码元每秒传输 1 比特数据 , 4 进制码元 每秒 传输 2 比特数据 ; > * 码元速率与进制数无关,只与码元宽度 T 有关。 #### (3)信息传输速率- 比特率 Rb(1s 传输多少个比特) * 别名:信息速率,比特率 Rb; * 概念:单位时间内数字通信系统传输的**二进制码元个数**; * 二进制码元:其信息量就是 1 比特; * 单位:比特/秒 ( bit/s ); #### (4)R~B~、R~b~关系 * 码元信息量 : 1 码元携带 n 比特信息量; * 换算关系 : **M 波特的 “码元传输速率” 对应 M × n 比特/秒 的 “信息传输速率”**; #### (5)带宽 * 模拟信号系统中:当输入的信号频率高或低到一定程度,使得系统的输出功率成为输入功率的一半时(即-3dB),高频率和最低频率间的差值就代表了系统的通频带宽。单位为赫兹(Hz)。 * 数字设备中:表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”/单位时间内通过链路的数量,常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是比特每秒(bps)。 * 信道带宽是信道能通过的最高频率和最低频率之差。 ### 3、公式总结 1 个码元(M 进制),比特信息量 b,波特 B,比特率 Rb ( bit/s ),波特率 RB(1B=1 码元/s),码元宽度 T,相位 m,振幅 n * 码元进制与比特关系:b = log2M * 波特率比特率关系: * Rb = RB * log2M * Rb = RB * b * 码元速率与码元宽度的关系:RB = 1 / T * 码元、相位、振幅的关系:M = m*n ## (四)编码与调制 ### 1、基带信号与宽带信号 **信道**上传送的**信号**分为基带信号(可以是数字信号也可以是模拟信号)和宽带信号。 1. **基带信号**: * 概念:将数字信号 1 和 0 **直接**用两种不同的电压表示,再送到**数字信道**上去传输(**基带传输**)。 * 解释:**来自信源的信号**,**基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号**。 > 在计算机网络中,信源最开始发送的都是数字信号,是放在数字信道上进行传输的,称基带传输 > 2. **宽带信号** * 概念:将基带信号**进行调制后**形成的频分复用模拟信号,再传送到**模拟信道**上去传输(**宽带传输**)。 * 解释:把基带信号**经过载波调制**后,把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输(即仅在一段频率范围内能够通过信道)。 3. 二者区别: 1. 基带信号:数字信号在数字信道上传输,近距离用(衰减小,信号内容不易发生变化) 2. 宽带信号:模拟信号在模拟信道上传输,远距离用(衰减大,即使信号变化大也可过滤出来基带信号) ### 2、编码 & 调制 * 数据:可分为数字数据、模拟数据 * 编码:将数据转化为数字信号的过程; * 调制:将数据转化为模拟信号的过程; ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.4.2_1%29.png) > 设备不是重点,理解就行。 ### 3、数字数据编码为数字信号 > 前三种为常用编码手段,信号的变化规则是人为规定 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.4.3_1%29.png) #### (1)非归零编码【NRZ】 * 高电平为 1,低电平为 0 ;(**高 1 低 0**) > 特点:编码容易实现,但无检错功能,但无法判断一个码元的开始、结束,以至于收发双方难以保持同步。 > #### (2)曼彻斯特编码 * 将一个码元分成两个相等的间隔,“ 前高后低 ”为码元 1,“ 前低后高 ”为码元 0。(或相反) > 特点: > > * 在每一个码元的中间出现电平跳变,位中间的跳变既作时钟信号(可用于同步),又作数据信号 > > * 它所占的频带宽度是原始的基带宽度的 2 倍。 > * **每一个码元都被调成两个电平**,所以**数据传输速率只有调制速率的 1/2**。 > #### (3)差分曼彻斯特编码 * **有跳变为 1,无跳变为 0**; * 码元为 1,则前半个码元的电平与上个码元的后半个码元的电平相同; * 码元为 0,则相反。 > 特点:在每个码元的中间,都有一次电平的跳转,可以实现自同步,且抗干扰性强于曼彻斯特编码。 > #### (4)归零编码【RZ】 * 信号电平在一个码元内都要恢复到 0 ; * 高电平为 1,低电平为 0(或相反); #### (5)反向不归零编码【NRZI】 * 信号的翻转代表 0、信号的保持不变代表 1; > 也是与 NRZ 的区别 > #### (6)4B/5B 编码 * 将要发送数据流的每 4 位作为 1 组,按 4B/5B 编码转换成相应的 5 位码(用 5 个比特来编码 4 个比特的数据),再传给接收方。**编码效率为 80%**。 > 5 位码共 32 种组合,但只采用其中的 16 种对应的 16 种不同的 4 位码,其余的作为 16 种控制码或保留 > ### 4、数字数据调制为模拟信号 数字数据调制技术在发送端将数字信号转换为模拟信号,而在接收端将模拟信号还原为数字信号,分别对应于调制解调器的调制、解调过程。 数字调制方法:通过改变载波信号的参数,来表示数字信号 1 和 0 * 调幅(AM)- 幅移键控(ASK):只改变振幅 * 调频(FM)- 频移键控(FSK):只改变频率 * 调相(PM)- 相移键控(PSK):只改变相位 * 调幅 + 调相(QAM) - 正交振幅调制:在频率相同的前提下,将 ASK 与 PSK 结合,形成叠加信号。 * 设波特率为 B,采用 m 相位,每个相位有 n 种振幅,则 QAM 下的比特率(单位:b/s)为 R = B*log2(mn) > 码元 = 相位 * 振幅 > ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.4.4_1%29.png) ### 5、模拟数据编码为数字信号 最典型例子:常用于对音频信号进行编码的脉码调制(PCM)。主要包括有三个步骤:采样、量化、编码。 * 采样:对模拟信号周期性扫描,把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。 * 为了使所得的离散信号能无失真地代表被抽样的模拟数据,要使用采样定理进行采样:**f 采样频率 ≥ 2f 信号最高频率** * 量化: 把抽样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值,并取整数,这就把连续的电平幅值转换为离散的数字量(码元)。 * 编码:把量化的结果转换为与之对应的二进制编码(比特)。 ### 6、模拟数据调制为模拟信号 为了实现传输的有效性,可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术(FDM),充分利用带宽资源。 ## (五)奈氏准则 & 香农定理 ### 1、失真 指信号在传输过程中与原有信号或标准相比所发生的偏差。 在理想的放大器中,输出波形除放大外,应与输入波形完全相同,但实际上,不能做到输出与输入的波形完全一样,这种现象叫失真。 影响失真程度的因素: 前面三种是正相关,第四个是负相关。 1. **码元传输速率 越快越失真** 2. **信号传输距离 越远越失真** 3. **噪声干扰 越多越失真** 4. **传输媒体质量 越差越失真** ### 2、失真的一种现象--码间串扰 码间串扰:接收端收到的信号波形**失去了码元之间清晰界限**的现象。 > 码元的传输速率太快导致码元之间界限不清楚,分不清是 0 还是 1。于是有了奈氏准则。 ### 3、奈氏准则(奈奎斯特定理) 在理想低通(**无噪声**,带宽受限)条件下,为了避免码间串扰,**极限码元传输速率为 2W Baud**,W 是信道带宽,单位是 Hz。 > 注意:计算机网络中带宽的单位一般是“比特每秒”,但是在奈氏准则和香农定理中带宽单位是 Hz ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.5.3_1%29.png) > 式中, > > * **2W:极限码元传输速率**; > * log~2~V:就是一个码元携带多少 bit 的信息量,V 是 V 进制。 可得结论: 1. 码元传输的速率是有上限的,超过会出现严重的的码间串扰问题; 2. 信道的频带越宽,就可用更高的速率进行码元的有效传输。 3. 奈氏准则给出了码元传输速率的限制,但并没有对信息传输速率给出限制。 4. 由于码元的传输速率受奈氏准则的制约,所以要提高数据的传输速率,就必须设法使每个码元能携带更多个比特的信息量,这就需要采用多元制的调制方法。 ### 4、香农定理 #### (1)信噪比 **信噪比** = 信号的平均功率/噪声的平均功率,常记为 S/N,并用分贝(dB)作为度量单位,即: ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.5.4.1_1%29.png) #### (2)香农定理 指在带宽受限且有噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限值。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.5.4.2_1%29.png) > 式中, > > * W 为信道的带宽; > * S 为信道所传输信号的平均功率; > * N 为信道内部的高斯噪声功率; > * S/N 为信噪比,即信号的平均功率与噪声的平均功率之比,信噪比= 10lg(S/N) (单位为 dB)。 > > > 例:当 S/N= 10 时,信噪比为 10dB,而当 S/N= 1000 时,信噪比为 30dB。 > > 可得结论: 1. 信道的**带宽**或信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就**越高**。 2. 对一定的传输带宽和一定的信噪比,信息传输速率的上限就确定了。 3. 只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率,就一定能找到某种方法来实现**无差错的传输**。 4. 香农定理得出的为极限信息传输速率,实际信道能达到的传输速率要比它低不少。 5. 从香农定理可以看出,若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限(不可能),那么信道的极限信息传输速率也就没有上限。 ### 5、“Nice”和“香浓” 奈氏准则只考虑了带宽与极限码元传输速率的关系,而香农定理不仅考虑到了带宽,也考虑到了信噪比。 这从另一个侧面表明,一个码元对应的二进制位数是有限的。 两个公式中的带宽都是 Hz。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.5.5_1%29.png) > 如果题目既给出 V 又给出 S/N,那么两个都要求一下,取最小值。 ## (六)数据交换方式 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6_1%29.png) ### 1、电路交换 * 原理:在数据传输期间,源结点与目的结点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路,在数据传输结束之前,这条线路一直保持。 * 通信过程: * 建立连接(呼叫/电路建立)-> 通信(数据传输)-> 释放连接(拆除电路) * 特点:**独占资源**,用户始终占用端到端的固定传输带宽。适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.1_1%29.png) ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.1_2%29.png) ### 2、报文交换 * 原理:无需在两个站点之间建立一条专用通路,其数据传输的单位是报文,传送过程采用存储转发方式。 * 通信过程: 1. 每个节点收下整个报文后,暂存报文并检查有无错误。 2. 当所需要的输出电路空闲时,利用路由信息找到下一个结点地址,传送给下一个结点。 > 注:在两个通信用户间的其他线路段,可传输其他用户的报文,不像电路交换那样必须占用端到端的全部信道。 > * 报文:是网络中交换与传输的数据单元,即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的完整的数据信息,其长短很不一致,长度不限且可变。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.2_1%29.png) ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.2_2%29.png) ### 3、分组交换 原理: * 采用**存储转发**方式,分组交换**限制了所传输的数据单位的长度**(一般选 **128B**),把大的数据块划分为合理的小数据块,再加上一些必要的控制信息(如源地址、目的地址和编号信息等),构成分组。 * 发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储,而后将报文划分成一定长度的分组,并以分组为单位进行传输和交换。接收结点将收到的分组组装成信息或报文。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.3_1%29.png) ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.3_2%29.png) ### 4、三种方式的比较 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.4_1%29.png) 1. 传送数据量大,且传送时间远大于呼叫时,选择电路交换。电路交换传输时延最小。 2. 当端到端的通路有很多段的链路组成时,采用分组交换传送数据较为合适。 3. 从信道利用率上看,报文交换和分组交换优于电路交换,其中分组交换比报文交换的时延小,尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。 4. 分组交换的数据传输过程可以看作流水线。计算最后一个分组到达目的主机的时延即可。 ### 5、数据报方式(因特网使用) 通信过程: 1. 源主机(A)**将报文分成多个分组**,依次发送到直接相连的结点(A)。 2. 结点 A 收到分组后,对每个分组**差错检测**和**路由选择**,不同分组的下一跳结点可能不同。 3. 结点 C 收到分组 P1 后,对分组 P1 进行**差错检测**,若正确则向 A 发送**确认信息**,A 收到 C 确认后则丢弃分组 P1 副本。 4. 所有分组到家(主机 B)! ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.5_1%29.png) 特点: * 数据报方式为网络层提供**无连接服务**。(无连接服务:不事先为分组的传输确定传输路径,每个分组独立确定传输路径,不同分组传输路径可能不同。类似微信发消息发生错位,后面章节会讲到分组重组) * 同一报文的不同分组达到目的结点时**可能发生乱序、重复与丢失**。 * 每个分组在传输过程中都必须**携带源地址和目的地址,以及分组号**。 * **路由器根据分组的目的地址转发分组**:基于路由协议/算法构建转发表,检索转发表,每个分组独立选路。 * 分组在交换结点存储转发时,需要排队等候处理,这**会带来一定的时延**。当通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时,这种时延会大大增加,交换结点还可根据情况丢弃部分分组。 * 网络**具有冗余路径**,当某一交换结点或一段链路出现故障时,可相应地更新转发表,寻找另一条路径转发分组,对故障的适应能力强,**适用于突发性通信**,不适于长报文、会话式通信。 ### 6、虚电路方式 > 虚电路将**数据报方式**(体现在**分组**)和**电路交换方式**(体现在**建立连接**)结合,以发挥两者优点。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.6_1%29.png) * 概念:一条源主机到目的主机类似于电路的路径(逻辑连接),路径上所有结点都要维持这条虚电路的建立,都维持一张虚电路表,每一项记录了一个打开的虚电路的信息。 * 通信过程: * **建立连接**:源主机发送“呼叫请求”分组并收到“呼叫应答”分组后才算**建立连接**。 * 数据传输:每个**分组**携带**虚电路号**,分组号、检验和等控制信息。 * 释放连接:源主机发送“释放请求”分组以拆除虚电路。 特点: * 虚电路方式为网络层提供**连接服务**。(连接服务:首先为分组的传输确定传输路径( 建立连接),然后沿该路径(连接)传输系列分组,系列分组传输路径相同,传输结束后拆除连接。类似打电话。) * 一次通信的所有分组**都通过虚电路顺序传送,分组不需携带源地址、目的地址等信息**。携带虚电路号,**相对数据报方式开销小**,同一报文的不同分组到达目的结点时**不会乱序、重复或丢失**。 * 分组通过虚电路上的每个节点时,节点只进行差错检测,**不需进行路由选择**。 * 每个节点可能与多个节点之间建立多条虚电路,每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输,可以对两个数据端点的流量进行控制,两个端系统之间也可以有多条虛电路为不同的进程服务。 * 致命弱点:当网络中的某个结点或某条链路出故障而彻底失效时,则所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏。 ### 7、虚电路方式 & 数据报方式 比较: ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%281.6.7_1%29.png) > 无连接服务:不事先为分组的传输确定传输路径,每个分组独立确定传输路径,不同分组传输路径可能不同。 > > 连接服务:首先为分组的传输确定传输路径(建立连接),然后沿该路径(连接)传输系列分组,系列分组传输路径相同,传输结束后拆除连接。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/SplitLine/SplitLine-01.gif) # 二、传输介质及分类 传输介质也称传输媒体/传输媒介,它就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。 > **传输媒体并不是物理层**。传输媒体在物理层的下面,因为物理层是体系结构的第一层, 因此有时称传输媒体为 0 层。在传输媒体中传输的是信号,但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。但物理层规定了**电气特性**,因此能够识别所传送的比特流。(物理层是傻瓜,传输媒体连傻瓜都不如) ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%282.1_1%29.png) ## (一)导向性传输介质 ### 1、双绞线 双绞线是古老、又最常用的传输介质,它由**两根**采用一定规则并排**绞合的**、相互绝缘的铜导线组成。绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。 为了进一步提高抗电磁干扰能力,可在双绞线的外面再加上一个由**金属丝**编织成的屏蔽层,这就是**屏蔽双绞线(STP)**,无屏蔽层的双绞线就称为**非屏蔽双绞线(UTP)**。 * 距离太远时, * 对于**模拟传输**,要用**放大器**放大衰减的信号。 * 对于**数字传输**,要用**中继器**将失真的信号整形。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%282.1.1_1%29.png) > 线序标准:T568A、T568B > > ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%282.1.1_2%29.png) ### 2、同轴电缆 同轴电缆由**导体铜质芯线**、**绝缘层**、**网状编织屏蔽层**和**塑料外层构成**。 按特性阻抗数值的不同,通常将同轴电缆分为两类: * 50Ω 同轴电缆:主要用于传送基带数字信号,又称为基带同轴电缆,它在局域网中得到广泛应用; * 75Ω 同轴电缆:主要用于传送宽带信号,又称为宽带同轴电缆,它主要用于有线电视系统。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%282.1.2_1%29.png) > 同轴电缆 Vs 双绞线 > 由于外导体屏蔽层的作用,同轴电缆抗干扰特性比双绞线好,被广泛用于传输较高速率的数据,其传输距离更远,但价格较双绞线贵。 ### 3、光纤 光纤通信就是利用光导纤维(简称光纤)传递**光脉冲**来进行通信。有光脉冲表示 1,无光脉冲表示 0。而可见光的频率大约是 108MHz,因此光纤通信系统的带宽范围极大。 光纤主要由**纤芯(实心的!)和包层**构成。 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%282.1.3_1%29.png) ## (二)非导向性传输介质 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%282.2_1%29.png) ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/SplitLine/SplitLine-01.gif) # 三、物理层设备 ## (一)中继器 ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%283.1_1%29.png) ## (二)集线器(多口中继器) ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%9F%9F/%E8%AE%A1%E7%AE%97%E6%9C%BA%E7%BD%91%E7%BB%9C/Unit2/CNET.Unit2.%283.2_1%29.png) ![](https://picture-host-1304031833.cos.ap-beijing.myqcloud.com/SiYuan/SplitLine/SplitLine-01.gif) # 参考资料 > **版权声明**:个人学习记录,本博客所有文章均采用 CC-BY-NC-SA 许可协议。转载请注明出处!若有侵权,请留言联系! > > * 2022 天勤计算机考研高分笔记-计算机网络 > * 2022 王道计算机考研复习指导-计算机网络 如果您觉得文章对您有帮助,请点击文章正下方的小**红心**一下。您的鼓励是博主的最大动力! 2 最后一次更新于2022-10-23 计算机网络
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