A. 計算機網路——2.物理層
確定與傳輸媒體的 介面 的一些特性，解決在各種傳輸媒體上傳輸 比特流 的問題
1.機械特性 ：介面的形狀尺寸大小。
2.電氣特性 ：在介面電纜上的各條線的電壓范圍。
3.功能特性 ：在某一條線上出現的某個電平電壓表示的意義。
4.過程特性 ：對於不同功能的各種可能事件的出現順序。
傳輸媒體主要可以分為 導引型傳輸媒體 和 非導引型傳輸媒體 ：
導引型傳輸媒體 ：信號沿著固體媒體(銅線或光纖，雙絞線)進行傳輸， 有線傳輸 。
非導引型傳輸媒體 ：信號在自由空間傳輸，常為 無線傳輸 。
數據通信系統：包括 源系統 (發送方)， 傳輸系統 (傳輸網路)， 目的系統 (接收方)。
一般來說源系統發出的信號(數字比特流)不適合直接在傳輸系統上直接傳輸，需要轉化(模擬信號)。
調制 ：數字比特流-模擬信號
解調 ：模擬信號-數字比特流
數據 ——運送消息的實體。
信號 ——數據的電氣化或電磁化的表現。
模擬信號 ——代表消息的參數的取值是 連續 的。
數字信號 ——代表消息的參數的取值是 離散 的。
碼元 ——在使用時間域代表不同離散值的基本波形。
信道 ：表示向某一個方向傳送信息的媒體。
單向通信(單工通信) ：只有一個方向的通信，不能反方向。
雙向交替通信(半雙工通信) ：能兩個方向通信，但是不能同時。
雙向同時通信(全雙工通信) ：能同時在兩個方向進行通信。
基帶信號 ：來自信源的信號(源系統發送的比特流)。
基帶調制 ：對基帶信號的波形進行變換，使之適應信道。調制後的信號仍是基帶信號。基帶調制的過程叫做 編碼 。
帶通調制 ：使用載波進行調制，把基帶信號的頻率調高，並轉換為模擬信號。調制後的信號是 帶通信號 。
1.歸零制 ：兩個相鄰信號中間信號記錄電流要恢復到 零電平 。 正脈沖表示1，負脈沖表示0 。在歸零制中，相鄰兩個信號之間這段磁層未被磁化，因此在寫入信息之前必須去磁。
2.不歸零制 ： 正電平代表1，負電平代表0 ，不用恢復到零電平。難以分辨開始和結束，連續記錄0或者1時必須要有時鍾同步，容易出現直流分量出錯。
3.曼徹斯特編碼 ：在每一位中間都有一個跳變。 低->高表示0，高->低表示1 。
4.差分曼徹斯特編碼 ：在每一位的中心處始終都有跳變。位開始邊界有跳變代表0，沒有跳變代表1。 位中間的跳變代表時鍾，位前跳變代表數據 。
調幅（ AM ）：載波的 振幅 隨著基帶數字信號而變化。
調頻（ FM ）：載波的 頻率 隨著基帶數字信號而變化。
調相（ PM ）：載波的 初始相位 隨著基帶數字信號而變化。
失真 ：發送方的數據和接收方的數據並不完全一樣。
限制碼元在信道上的傳輸速率的因素：信道能夠通過的 頻率范圍 ； 信噪比 。
碼間串擾 ：由於系統特性，導致前後碼元的波形畸變。
理想低通信號的最高碼元傳輸速率為 2W ，單位是波特，W是理想低通信道的 帶寬 ，理想帶通特性信道的最高碼元傳輸速率為W。
信噪比 ：信號的平均功率與雜訊的平均功率的比值，單位是 dB ， 值=10log10(S/N) 。
信噪比對信道的 極限 信息傳輸速率的影響：速率 C=Wlog2(1+S/N)——香農公式 ，單位為 bit/s 。
信噪比越大，極限傳輸速率越高。實際速率比極限速率低不少。還可以用編碼的方式來提高速率(讓一個碼元攜帶更多的比特量)。
所謂 復用 就是一種將若干個彼此獨立的信號合並成一個可以在 同一信道 上同時傳輸的 復合信號 的方法。
比如，傳輸的語音信號的頻譜一般在300~3400Hz內，為了使若干個這種信號能在 同一信道（相當於共享信道，能夠降低成本，提高利用率） 上傳輸，可以把它們的頻譜調制到不同的頻段，合並在一起而不致相互影響，並能在接收端彼此分離開來（ 分用 ）。
信道復用技術就是將一個物理信道按照一定的機制劃分多個互不幹擾互不影響的邏輯信道。信道復用技術可分為以下幾種： 頻分復用，時分復用和統計時分復用，波分復用，碼分復用 。
1.頻分復用技術FDM（也叫做頻分多路復用技術）： 條件是傳送的信號的帶寬是有限的，而 信道的帶寬要遠遠大於信號的帶寬 ，然後採用 不同頻率 進行調制的方法，是各個信號在信道上錯開。頻分復用的各路信號是在 時間 上重疊而在 頻譜 上不重疊的信號。將整個帶寬分為多份，用戶分配一定的帶寬後通信過程 自始至終都佔用 這個頻帶。另外，為保證各個子信道傳輸不受干擾，可以設立 隔離帶 。
2.時分復用技術TDM：採用同一物理連接的不同時段來傳輸不同的信號。 也就是在信道帶寬上劃分出幾個子信道後，A用戶在某一段時間使用子信道1，用完之後將子信道1釋放讓給用戶B使用，以此類推。將整個信道傳輸時間劃分成若干個時間片（時隙），這些時間片叫做 時分復用幀 。每一個時分用戶在每一個TDM幀中佔用 固定時序 的時隙。
4.波分復用技術WDM： 將兩種或多種不同波長的光載波信號在發送端經過 復用器匯合 在一起，並耦合到光線路的 同一根光纖 中進行傳輸，在接收端經過 分波器 將各種波長的光載波分離進行 恢復 。整個過程類似於頻分復用技術的共享信道。波分復用其實就是光的頻分復用。
1.比特時間，碼片
1比特時間就是發送 1比特 需要的時間，如數據率是10Mb/s，則100比特時間就等於10微秒。
每一個比特時間劃分為m個短的間隔，稱為碼片。每個站被指派一個唯一的m bit 的碼片序列（例如S站的8 bit 碼片序列是00011011）。
如果發送 比特1 ，則發送自己的m bit 碼片序列。如果發送 比特0 ，則發送該碼片序列的二進制反碼。
S站的碼片序列：（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1） -1代表0，+1代表1
用戶發送的信號先受 基帶數字信號 的調試，又受 地址碼 的調試。就比如數據發送後受到基帶數字信號的調試之後變為10，然後又受到地址碼的調試後1就變為了00011011（上面的S站碼片序列），0就變成了11100100。
由於每個比特要轉換成m個比特的碼片序列，因此原本S站的數據率b bit/s要提高到mb bit/s，同時S站所佔用的頻帶寬度也提高到原本數值的m倍。這種方式是擴頻通信中的一種。
擴頻通信通常有兩大類：直接序列擴頻DSSS（上述方式）；跳頻擴頻FHSS。
2.碼分多址（CDMA）
CDMA的重要特點 ：每個站分配的碼片序列不僅必須 各不相同 ，並且還必須 相互正交 。在實用系統中使用的是 偽隨機碼序列 。
碼片的互相 正交 的關系：令向量S表示站S的碼片向量，令T表示其他任何站的碼片向量。兩個不同站的碼片序列正交，就是向量S和T的 規格化內積 等於0。
即S T=（S1 T1+S2 T2+......Sm Tm）/m（其實就相當於 兩個向量垂直 ，/m對結果其實也沒多大關系）
推論 ： 1. 一個碼片向量和另一碼片反碼的向量的規格化內積值為0（如果ST=0,那麼ST'也=0）
2. 任何一個碼片向量和該碼片向量自己的規格化內積都是1，即S S=1
3. 一個碼片向量和該碼片向量的規格化內積值是-1，即S S'=-1
CDMA的工作原理：
用一個列子來說明，假設S站的碼片序列為（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1），S站的擴頻信號為Sx，即若數據比特=1那麼S站發送的是碼片序列本身Sx=S，若數據比特=0那麼S站發送的是碼片序列的反碼Sx=S』。T站的碼片序列為（-1，-1，+1，-1，+1，+1，+1，-1），T站的擴頻信號為Tx。因為所有的站都使用相同的頻率，因此每一個站都能夠收到所有的站發送的擴頻信號。所有的站收到的都是疊加的信號 Sx+Tx 。
當接收站打算收S站發送的信號時，就用S站的碼片序列與收到的信號求規格化內積，即S （Sx+Tx）=S Sx+S Tx。前者等於+1或0，後者一定等於0，具體看下面（參考上面的 CDMA的工作原理 ）：
當數據比特=1時，Sx=S，那麼S Sx=S S=1；同理 ，當數據比特=0時，Sx=S』，那麼S Sx=S S』=0
當數據比特=1時，Tx=S，那麼S Tx=S T=0（參考上面 碼片序列的正交關系 ）；同理 ，當數據比特=0時，Sx=S』，那麼S Tx=S*T』=0
B. 計算機網路
有兩種含義
「帶寬」 指信號具有的頻帶寬度。基本單位是赫。
「帶寬」是數字信道所能傳送的最高數據率的同義語，單位是比特/秒(bit/s)。
表示在單位時間內通過某個網路（或信道、介面）的數據量。
吞吐量更經常地用於對現實世界中的網路的一種測量，以便知道實際上到底有多少數據量能夠通過網路。
吞吐量受網路枝豎的帶寬或網路的額定速率的限制。
指數據從網路（或鏈路）的一端傳送到另一端所需的時間。
主機或路由器發送數據幀所需要的時間。
電磁波在信道中需要傳播一定的距離而花費的時間。
結點緩存隊列中分組排隊所經歷的時延。
交換結點為存儲轉發而進行一些處理所費的時間。
信道利用率指出某信道有百分之幾的時間是被利用的（有數據通過）。完全空閑的信道的利用率是零。
網路利用率則是全網路的信道利用率的加權平均值。
物理層的主要任務描述為確定與傳輸媒體介面的四個特性。
指明介面所用接線器的形狀和尺寸、引線數目和排遲搭游列等。
指明在介面電纜的各條線上出現的電壓的范圍。
指明某條線上出現的某一電平的電壓表示何種意義。
指明對於不同功能的各種可能事件的出現順序
發送器：將數據轉換成可以在傳輸介質上傳輸的信號
數據：運送消息的實體。
信號：數據的電氣的或電磁的表現。
模擬信號：代表消息的參數的取值是連續的。
數字信號：代表消息的參數的取值是離散的。
信道: 向某一個方向傳遞信息的通道。
單向通信（單工通信）：只能有一個方向的通信
而沒有反方向的交互。
雙向交替通信（半雙工通信）：通信的雙方都可
以發送信息，但不能雙方同時發送、同時接收。
雙向同時通信（全雙工通信）：通信的雙方可以
同時發送和接收信息。
調制：使用載波進行調制， 把數字信號的頻率范
圍搬移到較高的頻段，並轉換成模擬信號，以便在模
擬信道中傳輸。
解調：把接收到的模擬信號還原成數字信號。
又稱為編碼，轉換後依然是基帶信號
利用載波低頻轉高頻，更好的在模擬信道上傳輸，調制完的信號叫做帶通信號
在任何信道中，碼元傳輸碼銷的速率是有上限的，超過此上限，就會出現嚴重的碼間串擾問題。
如果信道的頻帶越寬，則可以用更高的速率傳送碼元
而不出現碼間串擾。
帶寬受限且有高斯白雜訊干擾的信道的極限信息傳輸速率
W 是信道的帶寬（以 Hz 為單位）；
S 為信道內所傳信號的平均功率； N 為信道內部的雜訊功率。
信噪比S/N通常用分貝（dB）來表示：
通過編碼，可以增加每一個碼元攜帶的信息量
將信道的可用頻帶分割成若干條較窄的子頻帶，每一條子頻帶傳輸一路信號。
用戶在分配到一定的頻帶後，在通信過程中自始至終都佔用這個頻帶。
光的頻分復用：波分復用
將時間劃分為一段段等長的時隙，每一個用戶佔用固定序號的時隙傳輸數據。
每一個用戶所佔用的時隙是周期性地出現。
時分復用的所有用戶在不同的時間佔用同樣的頻帶寬度
先進行統計，然後依次將需要發送的數據進行時分復用，但是因為每一個時間是不確定的，所以需要在數據幀上加上地址信息
每個用戶被分配一個碼片序列，這些碼片序列是互相正交的，
當需要發送1的時候，則發送序列
當需要發送0的時候，則發送序列反碼
所以用戶的序列和其他用戶的序列內積是0
而序列和序列的規格化內積是1，序列與序列的反碼的規格化內積為-1
在原始的、有差錯的物理傳輸線路的基礎上，採取 差錯檢測、差錯控制與流量控制 等方法，將有差錯的物理線路改進成邏輯上無差錯的數據鏈路，向網路層提供高質量的服務。
是從一個結點到相鄰結點的一段物理線路，中間沒有任何其他的交換結點。
把實現通信協議的硬體和軟體加到鏈路上，就構成了數據鏈路，也稱為邏輯鏈路。
每個幀有最大長度限制
通過添加字元防止誤判
在發送端：
數據分成組，每一組k個bit,然後在後面加上n位冗餘碼
接收端：
將這段數據除以P，看最後的余數
因為標志欄位的0x7E用二進制標志為01111110,即中間是6個0，為了避免產生錯誤，所以採用 零比特填充 的方式，即發送方每遇到5個1則填充一個0，接收方每遇到5個1刪除後面的一個0
信道並非在用戶通信時固定分配給用戶。
DIX Ethernet V2 是世界上第一個區域網產品（乙太網）的規約，定義了以無源的電纜為匯流排的基帶匯流排區域網。
IEEE 的 802.3 標准。
載波監聽多點接入/碰撞監測
當發送數據的站一旦發現發生了碰撞
最先發送數據幀的站，在發送數據幀後至多經過時間（2τ）就可知道發送的數據幀是否遭受了碰撞。 乙太網的端到端往返時延 2τ 稱為爭用期，或碰撞窗口。經過爭用期這段時間還沒有檢測到碰撞，才能肯定這次發送不會發生碰撞。
發生碰撞的站在停止發送數據後，要推遲（退避）一個隨機時間才能再發送數據。
作用：
爭用期的長度： 51.2 µs
最短有效幀長： 64 位元組
幀間最小間隔： 9.6 µs
每一類地址都由 兩個固定長度 的欄位組成， 其中一個欄位是 網路號 net-id ， 它標志主機（或路由器） 所連接到的網路， 而另一個欄位則是 主機號 host-id ， 它標志該主機（或路由器） 。
用轉發器或網橋連接起來的若干個區域網仍為一個網路， 因此這些區域網都具有同樣的網路號 net-id。
A：網路數減2原因： 網路號全0表示本網路 127(01111111)表示本地軟體環回測試地址
B、C：網路數減1原因：128.0.0.0和192.0.0.0都是不指派的
主機數減2原因：全0和全1都不指派
路由表需要配置，或者根據演算法生成
下一跳指的是下一個路由器的地址
特定主機路由 ：為特定的目的主機指明一個路由。
默認路由：沒有特定設置則採用默認路由
作用： 從網路層使用的 IP 地址，解析出在數據鏈路層使用的硬體地址。
每一個主機都設有一個 ARP 高速緩存 ，保存著所在的區域網上的各主機和路由器的 IP 地址到硬體地
址的映射表。ARP把保存在高速緩存中的每一個映射地址項目都設置生存時間，凡超過生存時間的項目就從高速緩存中刪除掉。
ARP的工作過程
當主機A欲向本區域網上的某個主機B發送 IP數據報時，就先在其ARP高速緩存中查看有無主機B的IP 地址。
如果是不同網路之間的情況，就需要通過路由器來解決
例如：H1訪問H3
一個 IP 數據報由首部和數據兩部分組成。
首部分為固定部分和可變部分，固定部分長度為20個位元組，可變部分長度是可變的。
版本ip協議版本：ipv4和ipv6
首部長度：占 4 位，可表示的最大數值是 15 （2 4 -1）個單位(一個單位為 4 位元組)。因此 IP 的首部長度的最大值是 60 位元組(15*4)。
區分服務：占 8 位，只有在使用區分服務（DiffServ）時，這個欄位才起作用。在一般的情況下都不使用這個欄位。
總長度：占 16 位，指首部和數據之和的長度，單位為位元組，因此數據報的最大長度為 65535 位元組。
進行數據報的分片的原因
標識：占 16 位，它是一個計數器，用來產生 IP 數據報的標識。
標志(flag)：占 3 位，目前只有前兩位有意義。
片偏移：佔13 位，指出：較長的分組在分片後某片在原分組中的相對位置。片偏移以 8 個位元組為偏移單位 。
生存時間——佔8 位，記為 TTL (Time To Live)，表明數據報在網路中的壽命。表示為數據報在網路中 可通過的路由器數的最大值 。
協議：佔8 位，指出此數據報攜帶的數據使用何種協議，以便目的主機的 IP 層將數據部分上交給哪個處理過程。
首部檢驗和：佔16 位，只檢驗數據報的首部，不檢驗數據部分
C. 計算機網路題，碼分復用問題
用結果的各位與各站點的各位相乘後相加，結果如下：
A:1-1+3+1-1+3+1+1=8
B:1-1-3-1-1-3+1-1=-8
C:1+1+3+1-1-3-1-1=0
D:1+1+3-1+1+3+1-1=8
故A點發送的是1，B點發送的是0，C點沒有發送，D點發送的是1.