計算機網路 -- 物理層
計算機網路效能指標:
- 速率:傳送資料的速率。資料率或位元率
- 頻寬:訊號具有的頻頻寬度或者是單位時間內點到點所能通過的“最高資料率”(簡單理解為速率)。
- 吞吐量:單位時間內通過某個網路的資料量。
- 時延:
傳送時延:從第一個位元到最後一個位元傳送完畢所需要的時間,也叫傳輸時延。 傳送時延 = 資料幀長度/傳送速率
傳播時延:電磁波在通道傳輸的時間。 傳輸時延 = 通道長度/電磁波傳輸速率
處理時延:對接收到的資料包進行處理的時間
排隊時延:主要是路由排隊時延
總的時延:傳送時延+傳播時延+處理時延+排隊時延 - 時延頻寬積:時延頻寬積 = 傳播時延 * 頻寬 , 以位元為單位的鏈路長度
- 往返時間rtt:傳送方傳送資料到接受到接收確認經歷的時間。
- 利用率:1 - 利用率 = 網路空閒時延/網路當前時延
基本的網路體系結構:
OSI(open system interconnection reference model)開放系統互連參考模型
OSI七層模型 | 五層協議 | TCP/IP四層協議 |
---|---|---|
應用層 | 應用層 | 應用層 |
表示層 | ||
會話層 | ||
運輸層 | 運輸層 | 運輸層 |
網路層 | 網路層 | 網際層 |
鏈路層 | 鏈路層 | 網路介面層 |
物理層 | 物理層 |
五層協議詳解:
協議層 | 應用 | 功能 |
---|---|---|
應用層 | http,smtp,ftp,https,dns | 為使用者應用程序提供服務 |
運輸層 | tcp:,udp | 兩個主機之間的通訊 |
網路層 | ip,icmp,igmp,arp,rarp | 將資料封裝成分組或包進行分組交換網主機間通訊 |
鏈路層 | PPP、FR、HDLC、VLAN、MAC | 相鄰結點間透明的傳輸幀資料 |
物理層 | RJ45,CLOCK,IEEE802.3(中繼器,集線器) | 透明的傳輸位元流 |
物理層的基本特性:
- 機械特性:硬體外形標準化
- 電氣特性:電壓傳輸標準化,
- 功能特性:標明電壓的電平意義
- 過程特性:不同功能各種可能事件的出現順序
通訊系統的三部分:
源系統:源點 + 傳送器
傳輸系統:傳輸系統
目的系統:接收器 + 終點
訊號分類:
模擬訊號:連續量
數字訊號:離散量,碼元是代表不同離散數值的基本波形
通道的分類:
通道並不代表電路。
1. 單工通道:單向通道,具有單向傳播性
2. 半雙工通道:雙向交替通訊,雙向交流共用一條通道,分時方向交流
3. 雙工通道:雙向同時通訊,通訊雙方可以同時進行接收和傳送
基帶訊號:來自信源的訊號
調製:解決通道無法傳輸低頻分量和直流分量的問題
基帶調製:
a)對基帶訊號進行的波形轉換,轉換後的仍然為基帶訊號
b)使用載波進行調製,變化訊號的頻率, 轉換後的訊號為帶通訊號
基本的帶通調製的的方法:
1、 調幅(am):調整振幅,垂直調整
2、 調頻(fm):調整頻率,水平調整
3、 調相(pm):初始相位的調整,移位調整。
信噪比:
訊號的平均功率和噪聲的平均功率之比。計算公式:
夏農公式:
c – 通道的極限資訊傳輸速率
w – 通道的頻寬
s – 通道內所傳訊號的平均功率
n – 通道內部的高斯噪聲功率
傳輸媒介:
導向傳輸媒介:
雙絞線:
也叫雙扭線, 把兩根互相絕緣的銅導線並排一起絞合,可以減少對相鄰導線的電磁干擾。
使用:模擬傳輸和數字傳輸最常用。
分類:
1. 非遮蔽雙絞線(utp):在絞合的線外套聚氯乙烯外皮
2. 遮蔽雙絞線(stp):在絞合的線外套一層遮蔽層,再套一層聚氯乙烯外皮
同軸電纜:
內導體—絕緣層—外導體遮蔽層—絕緣保護層
光纜:
光纖通訊是利用光導纖維傳遞光脈衝來進行通訊。
光纖主要由非常透明的石英玻璃拉成細絲成纖芯和包層組成的圓柱體。靠光線的反射進行傳輸。
多模光纖:許多條不同角度入射的光線在一條光纖中傳輸。
單模光纖:光纖的直徑非常的小,光線在光纖中一直向前傳播,不會產生反射。
非導向傳輸媒介:
傳統的微波通訊有兩種方式:地面微波接力通訊和衛星通訊。
通道複用:
通道複用技術:分為頻分、波分、碼分複用。
在通訊中有複用器和分用器成對使用,兩者之間的高速通道共享。
頻分複用(fdm):分頻帶,所有使用者在相同的時間佔用不同的頻頻寬度資源。
時分複用(tdm):固定一段時間為時分複用幀,每一個使用者在時分複用幀中佔有固定序號的時隙。所有的使用者在相同的時間佔有同樣的頻頻寬度。
統計時分複用(stdm):採用集中器(或叫智慧複用器)而不是複用器,統計時分複用不是固定的分配時隙,而是按需要動態的分配時隙,因此也叫做非同步時分複用,而普通的就叫做同步時分複用。
波分複用(wdm):光的頻分複用。
碼分複用(cdm):分碼多重進接(cdma),各使用者同時使用相同的頻帶進行通訊,使用碼型進行區別。
集線器:
相關計算題:
eg1:共有四個站進行分碼多重進接CDMA通訊.四個站的碼片序列為:
A.(-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1) B.(-1 -1 +1 -1 +1 +1 +1 -1)
C.(-1 +1 -1 +1 +1 +1 -1 -1) D.(-1 +1 -1 -1 -1 -1 +1 -1)
現收到這樣的碼片序列:(-1 +1 -3 +1 -1 -3 +1 +1).問哪個站傳送了資料?傳送資料的站傳送的是1,還是0?
解法:
這個問題其實就是個解方程的問題.
k1(-1,-1,-1,1,1,-1,1,-1)+k2(-1,-1,1,-1,1,1,1,-1)+k3(-1,1,-1,1,1,1,-1,-1)+k4(-1,1,-1,-1,-1,1,-1)=(-1,1,-3,1,-1,-3,1,1)
這裡k1,k2,k3,k4可以取值-1,0,1.
可以得到8個方程,然後解出方程組,就知道了.事實上,我們只需要幾個方程就可以解出來了.
第一個數字 -k1-k2-k3-k4=-1
第二個數字 -k1-k2+k3+k4=1
兩式相加,得-2k1-2k2=0—>k1=-k2,k3+k4=1.
第三個數字-k1+k2-k3-k4=-3—>-(-k2)+k2-(k3+k4)=-3—>2k2-1=-3—>k2=-1
所以k1=1
第4個數字,k1-k2+k3-k4=1—>1-(-1)+(1-k4)-k4=1,k4=1,因此k3=0.
所以不需要解出所有8個方程,我們已經知道了k1=k4=1,k2=-1,k3=0.
這就說明A,D傳送了原始碼,B傳送了反碼,C沒有傳送任何程式碼.
eg2: