计算机网络--计算机网络概念

计算机网络--物理层

计算机网络--数据链路层

计算机网络--网络层

计算机网络--传输层

计算机网络--应用层

1. 基本概念

物理层的概念：物理层解决如何在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。

物理层的任务及其作用：确定与传输媒体接口有关的一些特性，即定义标准。

物理层的特性：

• 一、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。

• 二、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。

• • • 举例：某网络在物理层规定，信号的电平用 +10V~+15V(电压范围) 表示二进制0，用 -10V~-15V 表示二进制1，电线长度限于15m(距离限制) 以内；

• 三、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。

• 四、规程特性：

• • (又称过程特性)定义各条物理线路的工作规程和时序关系。

2. 数据通信基本知识

2.1 一个数据通信流程的例子

2.2 相关术语

通信的目的是为了传送消息！

• 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。

• • 数字信号：代表消息的参数取值是离散的。
  • 模拟信号：代表消息的参数取值是连续的。

• 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。

• • 信道：

• • • 传输信号：模拟信道(传送模拟信号)，数字信道(传送数字信号)
    • 传输介质：无线信道，有线信道

2.3 三种通讯方式

从通信双发信息的交互方式看，可以有三种基本方式：

• 一、单工信道：

• • 只能由一个方向的通信而没有反向的交互，仅需要一条信道。
  • 举例：A 和 B 两个人，只能A 攻击 B ，B不能攻击A！

• 二、半双工信道：

• • 通信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。
  • 举例：A 和 B 两个人，A和B都可以互相攻击，但是当A攻击B的时候，B不能攻击A，当A攻击结束后，B才能攻击！

• 三、全双工通信：

• • 通信双方可以同时发送和接收信息，需要两条信道。
  • 举例：A 和 B 两个人可以相互同时攻击对方！

名称	英文	定义	需要信道条数
1.单工通信	Simplex	只能一个发一个收	一条
2.半双工通信	half-duplex	都可以发或者收，但是同一时间只能进行一个发送和接收	两条
3.全双工通信	duplex	都可以同时收发数据	两条

2.4 两种数据传输方式

传输方式	特点
串行传输	速度慢，省钱，适合远距离
并行传输	速度快，耗钱，适合近距离

2.5 码元（Symbol）

码元的定义：码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号成为k 进制码元。当有码元的离散状态有M个时，此时码元位M进制码元；

1个码元可以携带多个比特的信息量。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码元状态，一种代表0状态，另一种代表1状态。

个人理解：码元就是在网线上传输的一个个信号段。码元的不同进制就是用来表示不同的数值的；

2.6 波特（Baud）

波特（Baud）：用来指一秒可以传输多少个码元！

2.7 速率

分为码元传输速率和信息传输速率

信息传输速率就是b/s，就是我们平常说的网速

码元可以理解为几个比特的集合，所以 信息传输速率（网速）= 码元传输速率x码元所带信息量（多少比特）

码元所带信息量（比特数）= log2（码元进制数）

2.8 带宽（Band Width）

用来表示最高数据速率。

练习题：

2.9 奈式准则（Nyquist）

是在理想状态下得出的结论

2.10 香农公式（Shannon）

是在有噪声的信道中得出的结论
 

2.11 基带信号和宽带/带通信号（Base band，pass band）

计算机网络中用的基带信号是数字信号

2.12 编码

将数据转化为数字信号
数字数据(digtal data)通过 数字发送器(digit emitter) 转化为 数字信号(digtal signal)
 

模拟数据(analog data)通过 PCM编码器(PCM coder) 转化为 数字信号 (digtal signal)

归零：高1低0

曼彻斯特：下1上0

反曼彻斯特：边界跳变0，没有跳变1

2.13 调制：数据转化为模拟信号（了解）

常用的调制方法：调频(AM)，调频(FM)，调相(PM)
 

模拟数据(analog data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)

数字数据(digtal data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)

---

2.14数据交换方式

• 模拟电路

• 

• 报文交换（存储转发）

• 

• 分组转发（大多数计算机网络都不能连续地传送任意长的数据，所以实际上网络系统把数据分割成小块，然后逐
  块地发送，这种小块就称作分组（ 组（packet)）
• 数据报方式

• 

• 虚电路方式

• 

3. 物理层传输介质

传输介质分为导向性传输介质和非导向性传输介质

导向性传输介质	电磁波沿着固体媒介（铜线or光纤）被导向传播
非导向性传输介质	自由空间，如空气，水等等

3.1 常见的导向性传输介质

3.1.1 双绞线

根据有无屏蔽层分为**屏蔽双绞线（STP）*和*无屏蔽双绞线（UTP）

3.1.2 同轴电缆（Coaxial Cable）

3.1.3 光纤（Optical fiber）

根据入射角不同，又分为单模光纤和多模光纤

3.2 常见的非导向性传输介质

包括无线电波，微波，红外线和激光等

---

4. 物理层设备

4.1 中继器（RP repeater）

注释：5-4-3规则是为了限制中继器使用次数的，理由可见图
5是指不能超过5个网段
4是指在这些网段中的物理层网络设备（中继器，集线器）最多不超过4个
3是指这些网段中最多只有三个网段挂有计算机

4.2 集线器（Hub）

集线器是个大的冲突域，同时只能有两个设备进行通讯，只会传输信号，没有智能。

---

5. 本章思维导图