㈠ 【山外笔记-计算机网络·第7版】第02章：物理层
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本章最重要的内容是：
（1）物理层的任务。
（2）几种常用的信道复用技术。
（3）几种常用的宽带接入技术，主要是ADSL和FTTx。
1、物理层简介
（1）物理层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。
（2）物理层的作用是尽可能地屏蔽掉传输媒体和通信手段的差异。
（3）用于物理层的协议常称为物理层规程（procere），其实物理层规程就是物理层协议。
2、物理层的主要任务 ：确定与传输媒体的接口有关的一些特性。
（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。
（2）电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3）功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。
（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
3、物理层要完成传输方式的转换。
（1）数据在计算机内部多采用并行传输方式。
（2）数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输，即逐个比特按照时间顺序传输。
（3）物理连接的方式：点对点、多点连接或广播连接。
（4）传输媒体的种类：架空明线、双绞线、对称电缆、同轴电缆、光缆，以及各种波段的无线信道等。
1、数据通信系统的组成
一个数据通信系统可划分为源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）三大部分。
（1）源系统：一般包括以下两个部分：
（2）目的系统：一般也包括以下两个部分：
（3）传输系统：可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。
2、通信常用术语
（1）通信的目的是传送消息（message），数据（data）是运送消息的实体。
（2）数据是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。
（3）信息的表示可用计算机或其他机器（或人）处理或产生。
（4）信号（signal）则是数据的电气或电磁的表现。
3、信号的分类 ：根据信号中代表消息的参数的取值方式不同
（1）模拟信号/连续信号：代表消息的参数的取值是连续的。
（2）数字信号/离散信号：代表消息的参数的取值是离散的。
1、信道
（1）信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
（2）一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
（3）单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道（每个方向各一条）。
2、通信的基本方式 ：
（1）单向通信又称为单工通信，只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。如无线电广播、有线电广播、电视广播。
（2）双向交替通信又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送/接收。
（3）双向同时通信又称为全双工通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息。
3、调制 （molation）
（1）基带信号：来自信源的信号，即基本频带信号。许多信道不能传输基带信号，必须对其进行调制。
（2）调制的分类
4、基带调制常用的编码方式 （如图2-2）
（1）不归零制：正电平代表1，负电平代表0。
（2）归零制：正脉冲代表1，负脉冲代表0。
（3）曼彻斯特：编码位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1。也可反过来定义。
（4）差分曼彻斯特：编码在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。
5、带通调制的基本方法
（1）调幅（AM）即载波的振幅随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波或有载波输出。
（2）调频（FM）即载波的频率随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率f1或f2。
（3）调相（PM）即载波的初始相位随基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。
（4）多元制的振幅相位混合调制方法：正交振幅调制QAM（Quadrature Amplitude Molation）。
1、信号失真
（1）信号在信道上传输时会不可避免地产生失真，但在接收端只要从失真的波形中能够识别并恢复出原来的码元信号，那么这种失真对通信质量就没有影响。
（2）码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或噪声干扰越大，或传输媒体质量越差，在接收端的波形的失真就越严重。
2、限制码元在信道上的传输速率的因素
（1）信道能够通过的频率范围
（2）信噪比
3、香农公式 （Shannon）
（1）香农公式（Shannon）：C = W*log2(1+S/N) (bit/s)
（2）香农公式表明：信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。
（3）香农公式指出了信息传输速率的上限。
（4）香农公式的意义：只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定存在某种办法来实现无差错的传输。
（5）在实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少,是因为香农公式的推导过程中并未考虑如各种脉冲干扰和在传输中产生的失真等信号损伤。
1、传输媒体
传输媒体也称为传输介质或传输媒介，是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
2、传输媒体的分类
（1）导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体媒体（双绞线、同轴电缆或光纤）传播。
（2）非导引型传输媒体：是指自由空间，电磁波的传输常称为无线传输。
1、双绞线
（1）双绞线也称为双扭线， 即把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合（twist）起来。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。
（2）电缆：通常由一定数量的双绞线捆成，在其外面包上护套。
（3）屏蔽双绞线STP（Shielded Twisted Pair）：在双绞线的外面再加上一层用金属丝编织成的屏蔽层，提高了双绞线抗电磁干扰的能力。价格比无屏蔽双绞线UTP（Unshielded Twisted Pair）要贵一些。
（4）模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里。
（5）双绞线布线标准
（6）双绞线的使用
2、同轴电缆
（1）同轴电缆由内导体铜质芯线（单股实心线或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层（也可以是单股的）以及保护塑料外层所组成。
（2）由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。
（3）同轴电缆主要用在有线电视网的居民小区中。
（4）同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz。
3、光缆
（1）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。有光脉冲为1，没有光脉冲为0。
（2）光纤是光纤通信的传输媒体。
（3）多模光纤：可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。光脉冲在多模光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，多模光纤只适合于近距离传输。
（4）单模光纤：若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。单模光纤的纤芯很细，其直径只有几个微米，制造起来成本较高。
（5）光纤通信中常用的三个波段中心：850nm，1300nm和1550nm。
（6）光缆：一根光缆少则只有一根光纤，多则可包括数十至数百根光纤，再加上加强芯和填充物，必要时还可放入远供电源线，最后加上包带层和外护套。
（7）光纤的优点
1、无线传输
（1）无线传输是利用无线信道进行信息的传输，可使用的频段很广。
（2）LF，MF和HF分别是低频（30kHz-300kHz）、中频（300kHz-3MH z）和高频（3MHz-30MHz）。
（3）V，U，S和E分别是甚高频（30MHz-300MHz）、特高频（300MHz-3GHz）、超高频（3GHz-30GHz）和极高频（30GHz-300GHz），最高的一个频段中的T是Tremendously。
2、短波通信： 即高频通信，主要是靠电离层的反射传播到地面上很远的地方，通信质量较差。
3、无线电微波通信
（1）微波的频率范围为300M Hz-300GHz（波长1m-1mm），但主要使用2~40GHz的频率范围。
（2）微波在空间中直线传播，会穿透电离层而进入宇宙空间，传播距离受到限制，一般只有50km左右。
（3）传统的微波通信主要有两种方式，即地面微波接力通信和卫星通信。
（4）微波接力通信：在一条微波通信信道的两个终端之间建立若干个中继站，中继站把前一站送来的信号经过放大后再发送到下一站，故称为“接力”，可传输电话、电报、图像、数据等信息。
（5）卫星通信：利用高空的人造同步地球卫星作为中继器的一种微波接力通信。
（6）无线局域网使用ISM无线电频段中的2.4GHz和5.8GHz频段。
（7）红外通信、激光通信也使用非导引型媒体，可用于近距离的笔记本电脑相互传送数据。
1、复用（multiplexing）技术原理
（1）在发送端使用一个复用器，就可以使用一个共享信道进行通信。
（2）在接收端再使用分用器，把合起来传输的信息分别送到相应的终点。
（3）复用器和分用器总是成对使用，在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。
（4）分用器（demultiplexer）的作用：把高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交到相应的用户。
2、最基本的复用
（1）频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）
（2）时分复用TDM（Time Division Multiplexing）：
3、统计时分复用STDM （Statistic TDM）
（1）统计时分复用STDM是一种改进的时分复用，能明显地提高信道的利用率。
（2）集中器（concentrator）：将多个用户的数据集中起来通过高速线路发送到一个远地计算机。
（3）统计时分复用使用STDM帧来传送数据，每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。
（4）STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙，提高了线路的利用率。
（5）统计复用又称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用。
（6）STDM帧中每个时隙必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必须要有的和不可避免的一些开销。
（7）TDM帧和STDM帧都是在物理层传送的比特流中所划分的帧。和数据链路层的帧是完全不同的概念。
（8）使用统计时分复用的集中器也叫做智能复用器，能提供对整个报文的存储转发能力，通过排队方式使各用户更合理地共享信道。此外，许多集中器还可能具有路由选择、数据压缩、前向纠错等功能。
1、波分复用WDM （Wavelength Division Multiplexing）
波分复用WDM是光的频分复用，在一根光纤上用波长来复用两路光载波信号。
2、密集波分复用DWDM （Dense Wavelength Division Multiplexing）
密集波分复用DWDM是在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。
1、码分复用CDM （Code Division Multiplexing）
（1）每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
（2）各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。
（3）码分复用最初用于军事通信，现已广泛用于民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。
2、码分多址CDMA （Code Division Multiple Access）。
（1）在CDMA中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片（chip）。通常m的值是64或128。
（2）使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列（chip sequence）。
（3）一个站如果发送比特1，则发送m bit码片序列。如果发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。
（4）发送信息的每一个比特要转换成m个比特的码片，这种通信方式是扩频通信中的直接序列扩频DSSS。
（5）CDMA系统给每一个站分配的码片序列必须各不相同，并且还互相正交（orthogonal）。
（6）CDMA的工作原理：现假定有一个X站要接收S站发送的数据。
（7）扩频通信（spread spectrum）分为直接序列扩频DSSS（Direct Sequence Spread Spectrum）和跳频扩频FHSS（Frequency Hopping Spread Spectrum）两大类。
早起电话机用户使用双绞线电缆。长途干线采用的是频分复用FDM的模拟传输方式，现在大都采用时分复用PCM的数字传输方式。现代电信网，在数字化的同时，光纤开始成为长途干线最主要的传输媒体。
1、早期的数字传输系统最主要的缺点：
（1）速率标准不统一。互不兼容的国际标准使国际范围的基于光纤的高速数据传输就很难实现。
（2）不是同步传输。为了节约经费，各国的数字网主要采用准同步方式。
2、数字传输标准
（1）同步光纤网SONET（Synchronous Optical Network）
（2）同步数字系列SDH（Synchronous Digital Hierarchy）
（3）SDH/SONET定义了标准光信号，规定了波长为1310nm和1550nm的激光源。在物理层定义了帧结构。
（4）SDH/SONET标准的制定，使北美、日本和欧洲三种不同的数字传输体制在STM-1等级上获得了统一，第一次真正实现了数字传输体制上的世界性标准。
互联网的发展初期，用户利用电话的用户线通过调制解调器连接到ISP，速率最高只能达到56kbit/s。
从宽带接入的媒体来看，宽带接入技术可以分为有线宽带接入和无线宽带接入两大类。
1、非对称数字用户线ADSL （Asymmetric Digital Subscriber Line）
（1）ADSL技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。
（2）ADSL技术把0-4kHz低端频谱留给传统电话使用，把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
（3）ADSL的ITU的标准是G.992.1（或称G.dmt，表示它使用DMT技术）。
（4）“非对称”是指ADSL的下行（从ISP到用户）带宽都远远大于上行（从用户到ISP）带宽。
（5）ADSL的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）。
（6）ADSL所能得到的最高数据传输速率还与实际的用户线上的信噪比密切相关。
2、ADSL调制解调器的实现方案 ：离散多音调DMT（Discrete Multi-Tone）调制技术
（1）ADSL在用户线（铜线）的两端各安装一个ADSL调制解调器。
（2）“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。
（3）DMT调制技术采用频分复用的方法，把40kHz-1.1MHz的高端频谱划分为许多子信道。
（4）当ADSL启动时，用户线两端的ADSL调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到的干扰情况，以及在每一个频率上测试信号的传输质量。
（5）ADSL能够选择合适的调制方案以获得尽可能高的数据率，但不能保证固定的数据率。
3、数字用户线接入复用器DSLAM （DSL Access Multiplexer）
（1）数字用户线接入复用器包括许多ADSL调制解调器。
（2）ADSL调制解调器又称为接入端接单元ATU（Access Termination Unit）。
（3）ADSL调制解调器必须成对使用，因此把在电话端局记为ATU-C，用户家中记为ATU-R。
（4）ADSL最大的好处就是可以利用现有电话网中的用户线（铜线），而不需要重新布线。
（5）ADSL调制解调器有两个插口：
（6）一个DSLAM可支持多达500-1000个用户。
4、第二代ADSL
（1）ITU-T已颁布了G系列标准，被称为第二代ADSL，ADSL2。
（1）第二代ADSL通过提高调制效率得到了更高的数据率。
（2）第二代ADSL采用了无缝速率自适应技术SRA（Seamless Rate Adaptation），可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，根据线路的实时状况，自适应地调整数据率。
（3）第二代ADSL改善了线路质量评测和故障定位功能。
5、ADSL技术的变型 ：xDSL
ADSL并不适合于企业，为了满足企业的需要，产生了ADSL技术的变型：xDSL。
（1）对称DSL（Symmetric DSL，SDSL）：把带宽平均分配到下行和上行两个方向，每个方向的速度分别为384kbit/s或1.5Mbit/s，距离分别为5.5km或3km。
（2）HDSL（High speed DSL）：使用一对线或两对线的对称DSL，是用来取代T1线路的高速数字用户线，数据速率可达768KBit/s或1.5Mbit/s，距离为2.7-3.6km。
（3）VDSL（Very high speed DSL）：比ADSL更快的、用于短距离传送（300-1800m），即甚高速数字用户线，是ADSL的快速版本。
1、光纤同轴混合网HFC （Hybrid Fiber Coax）
（1）光纤同轴混合网HFC是在有线电视网的基础上改造开发的一种居民宽带接入网。
（2）光纤同轴混合网HFC可传送电视节目，能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。
（3）有线电视网最早是树形拓扑结构的同轴电缆网络，采用模拟技术的频分复用进行单向广播传输。
2、光纤同轴混合网HFC的主要特点：
（1）HFC网把原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，光纤从头端连接到光纤结点（fiber node）。
（2）在光纤结点光信号被转换为电信号，然后通过同轴电缆传送到每个用户家庭。
（3）HFC网具有双向传输功能，而且扩展了传输频带。
（4）连接到一个光纤结点的典型用户数是500左右，但不超过2000。
3、电缆调制解调器 （cable modem）
（1）模拟电视机接收数字电视信号需要把机顶盒（set-top box）的设备连接在同轴电缆和电视机之间。
（2）电缆调制解调器：用于用户接入互联网，以及在上行信道中传送交互数字电视所需的一些信息。
（3）电缆调制解调器可以做成一个单独的设备，也可以做成内置式的，安装在电视机的机顶盒里面。
（4）电缆调制解调器不需要成对使用，而只需安装在用户端。
（5）电缆调制解调器必须解决共享信道中可能出现的冲突问题，比ADSL调制解调器复杂得多。
信号在陆地上长距离的传输，已经基本实现了光纤化。远距离的传输媒体使用光缆。只是到了临近用户家庭的地方，才转为铜缆（电话的用户线和同轴电缆）。
1、多种宽带光纤接入方式FTTx
（1）多种宽带光纤接入方式FTTx，x可代表不同的光纤接入地点，即光电转换的地方。
（2）光纤到户FTTH（Fiber To The Home）：把光纤一直铺设到用户家庭，在光纤进入用户后，把光信号转换为电信号，可以使用户获得最高的上网速率。
（3）光纤到路边FTTC（C表示Curb）
（4）光纤到小区FTTZ（Z表示Zone）
（5）光纤到大楼FTTB（B表示Building）
（6）光纤到楼层FTTF（F表示Floor）
（7）光纤到办公室FTTO（O表示Office）
（8）光纤到桌面FTTD（D表示Desk）
2、无源光网络PON （Passive Optical Network）
（1）光配线网ODN（Optical Distribution Network）：在光纤干线和广大用户之间，铺设的转换装置，使得数十个家庭用户能够共享一根光纤干线。
（2）无源光网络PON（Passive Optical Network），即无源的光配线网。
（3） 无源：表明在光配线网中无须配备电源，因此基本上不用维护，其长期运营成本和管理成本都很低。
（4）光配线网采用波分复用，上行和下行分别使用不同的波长。
（5）光线路终端OLT（ Optical Line Terminal）是连接到光纤干线的终端设备。
（6）无源光网络PON下行数据传输
（7）无源光网络PON上行数据传输
当ONU发送上行数据时，先把电信号转换为光信号，光分路器把各ONU发来的上行数据汇总后，以TDMA方式发往OLT，而发送时间和长度都由OLT集中控制，以便有序地共享光纤主干。
（8）从ONU到用户的个人电脑一般使用以太网连接，使用5类线作为传输媒体。
（9）从总的趋势来看，光网络单元ONU越来越靠近用户的家庭，即“光进铜退”。
3、无源光网络PON的种类
（1）以太网无源光网络EPON（Ethernet PON）
（2）吉比特无源光网络GPON（Gigabit PON）
㈡ 计算机网络——2.物理层
确定与传输媒体的 接口 的一些特性，解决在各种传输媒体上传输 比特流 的问题
1.机械特性 ：接口的形状尺寸大小。
2.电气特性 ：在接口电缆上的各条线的电压范围。
3.功能特性 ：在某一条线上出现的某个电平电压表示的意义。
4.过程特性 ：对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
传输媒体主要可以分为 导引型传输媒体 和 非导引型传输媒体 ：
导引型传输媒体 ：信号沿着固体媒体(铜线或光纤，双绞线)进行传输， 有线传输 。
非导引型传输媒体 ：信号在自由空间传输，常为 无线传输 。
数据通信系统：包括 源系统 (发送方)， 传输系统 (传输网络)， 目的系统 (接收方)。
一般来说源系统发出的信号(数字比特流)不适合直接在传输系统上直接传输，需要转化(模拟信号)。
调制 ：数字比特流-模拟信号
解调 ：模拟信号-数字比特流
数据 ——运送消息的实体。
信号 ——数据的电气化或电磁化的表现。
模拟信号 ——代表消息的参数的取值是 连续 的。
数字信号 ——代表消息的参数的取值是 离散 的。
码元 ——在使用时间域代表不同离散值的基本波形。
信道 ：表示向某一个方向传送信息的媒体。
单向通信(单工通信) ：只有一个方向的通信，不能反方向。
双向交替通信(半双工通信) ：能两个方向通信，但是不能同时。
双向同时通信(全双工通信) ：能同时在两个方向进行通信。
基带信号 ：来自信源的信号(源系统发送的比特流)。
基带调制 ：对基带信号的波形进行变换，使之适应信道。调制后的信号仍是基带信号。基带调制的过程叫做 编码 。
带通调制 ：使用载波进行调制，把基带信号的频率调高，并转换为模拟信号。调制后的信号是 带通信号 。
1.归零制 ：两个相邻信号中间信号记录电流要恢复到 零电平 。 正脉冲表示1，负脉冲表示0 。在归零制中，相邻两个信号之间这段磁层未被磁化，因此在写入信息之前必须去磁。
2.不归零制 ： 正电平代表1，负电平代表0 ，不用恢复到零电平。难以分辨开始和结束，连续记录0或者1时必须要有时钟同步，容易出现直流分量出错。
3.曼彻斯特编码 ：在每一位中间都有一个跳变。 低->高表示0，高->低表示1 。
4.差分曼彻斯特编码 ：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，没有跳变代表1。 位中间的跳变代表时钟，位前跳变代表数据 。
调幅（ AM ）：载波的 振幅 随着基带数字信号而变化。
调频（ FM ）：载波的 频率 随着基带数字信号而变化。
调相（ PM ）：载波的 初始相位 随着基带数字信号而变化。
失真 ：发送方的数据和接收方的数据并不完全一样。
限制码元在信道上的传输速率的因素：信道能够通过的 频率范围 ； 信噪比 。
码间串扰 ：由于系统特性，导致前后码元的波形畸变。
理想低通信号的最高码元传输速率为 2W ，单位是波特，W是理想低通信道的 带宽 ，理想带通特性信道的最高码元传输速率为W。
信噪比 ：信号的平均功率与噪声的平均功率的比值，单位是 dB ， 值=10log10(S/N) 。
信噪比对信道的 极限 信息传输速率的影响：速率 C=Wlog2(1+S/N)——香农公式 ，单位为 bit/s 。
信噪比越大，极限传输速率越高。实际速率比极限速率低不少。还可以用编码的方式来提高速率(让一个码元携带更多的比特量)。
所谓 复用 就是一种将若干个彼此独立的信号合并成一个可以在 同一信道 上同时传输的 复合信号 的方法。
比如，传输的语音信号的频谱一般在300~3400Hz内，为了使若干个这种信号能在 同一信道（相当于共享信道，能够降低成本，提高利用率） 上传输，可以把它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不致相互影响，并能在接收端彼此分离开来（ 分用 ）。
信道复用技术就是将一个物理信道按照一定的机制划分多个互不干扰互不影响的逻辑信道。信道复用技术可分为以下几种： 频分复用，时分复用和统计时分复用，波分复用，码分复用 。
1.频分复用技术FDM（也叫做频分多路复用技术）： 条件是传送的信号的带宽是有限的，而 信道的带宽要远远大于信号的带宽 ，然后采用 不同频率 进行调制的方法，是各个信号在信道上错开。频分复用的各路信号是在 时间 上重叠而在 频谱 上不重叠的信号。将整个带宽分为多份，用户分配一定的带宽后通信过程 自始至终都占用 这个频带。另外，为保证各个子信道传输不受干扰，可以设立 隔离带 。
2.时分复用技术TDM：采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号。 也就是在信道带宽上划分出几个子信道后，A用户在某一段时间使用子信道1，用完之后将子信道1释放让给用户B使用，以此类推。将整个信道传输时间划分成若干个时间片（时隙），这些时间片叫做 时分复用帧 。每一个时分用户在每一个TDM帧中占用 固定时序 的时隙。
4.波分复用技术WDM： 将两种或多种不同波长的光载波信号在发送端经过 复用器汇合 在一起，并耦合到光线路的 同一根光纤 中进行传输，在接收端经过 分波器 将各种波长的光载波分离进行 恢复 。整个过程类似于频分复用技术的共享信道。波分复用其实就是光的频分复用。
1.比特时间，码片
1比特时间就是发送 1比特 需要的时间，如数据率是10Mb/s，则100比特时间就等于10微秒。
每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片。每个站被指派一个唯一的m bit 的码片序列（例如S站的8 bit 码片序列是00011011）。
如果发送 比特1 ，则发送自己的m bit 码片序列。如果发送 比特0 ，则发送该码片序列的二进制反码。
S站的码片序列：（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1） -1代表0，+1代表1
用户发送的信号先受 基带数字信号 的调试，又受 地址码 的调试。就比如数据发送后受到基带数字信号的调试之后变为10，然后又受到地址码的调试后1就变为了00011011（上面的S站码片序列），0就变成了11100100。
由于每个比特要转换成m个比特的码片序列，因此原本S站的数据率b bit/s要提高到mb bit/s，同时S站所占用的频带宽度也提高到原本数值的m倍。这种方式是扩频通信中的一种。
扩频通信通常有两大类：直接序列扩频DSSS（上述方式）；跳频扩频FHSS。
2.码分多址（CDMA）
CDMA的重要特点 ：每个站分配的码片序列不仅必须 各不相同 ，并且还必须 相互正交 。在实用系统中使用的是 伪随机码序列 。
码片的互相 正交 的关系：令向量S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的 规格化内积 等于0。
即S T=（S1 T1+S2 T2+......Sm Tm）/m（其实就相当于 两个向量垂直 ，/m对结果其实也没多大关系）
推论 ： 1. 一个码片向量和另一码片反码的向量的规格化内积值为0（如果ST=0,那么ST'也=0）
2. 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1，即S S=1
3. 一个码片向量和该码片向量的规格化内积值是-1，即S S'=-1
CDMA的工作原理：
用一个列子来说明，假设S站的码片序列为（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1），S站的扩频信号为Sx，即若数据比特=1那么S站发送的是码片序列本身Sx=S，若数据比特=0那么S站发送的是码片序列的反码Sx=S’。T站的码片序列为（-1，-1，+1，-1，+1，+1，+1，-1），T站的扩频信号为Tx。因为所有的站都使用相同的频率，因此每一个站都能够收到所有的站发送的扩频信号。所有的站收到的都是叠加的信号 Sx+Tx 。
当接收站打算收S站发送的信号时，就用S站的码片序列与收到的信号求规格化内积，即S （Sx+Tx）=S Sx+S Tx。前者等于+1或0，后者一定等于0，具体看下面（参考上面的 CDMA的工作原理 ）：
当数据比特=1时，Sx=S，那么S Sx=S S=1；同理 ，当数据比特=0时，Sx=S’，那么S Sx=S S’=0
当数据比特=1时，Tx=S，那么S Tx=S T=0（参考上面 码片序列的正交关系 ）；同理 ，当数据比特=0时，Sx=S’，那么S Tx=S*T’=0
㈢ 计算机网络(2)| 物理层
首先要知道的是，物理层考虑的是怎样才能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。因为现在的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常的多。而物理层的作用就是要尽可能地屏蔽掉这些不同的差异，从而使得物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可以让数据链路层“安心”的完成自己的本职工作而不必考虑网络的具体传输媒体和通信手段是什么。
物理层的主要任务描述为确定与传输媒体接口有关的一些特性，即以下几个方面：
（1） 机械特性 ：指明接口所用的接线器的形状与尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置等等
（2） 电气特性 ：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
（3） 功能特性 ：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
（4） 过程特性 ：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
因为物理连接的方式有很多，所以具体的物理协议的种类也有很多，从而传输媒体的种类也是非常之多，所以在介绍物理层时，我们应该先对“接口与通信”有一定的了解。
一个通信系统可以划分为三大部分，即 源系统 ， 传输系统 和 目的系统 。
首先介绍源系统，源系统一般包括以下两个部分：
源点： 源点设备产生要传输的数据，例如从计算机的键盘输入汉字，计算机产生输出的数字比特流。源点又称为 源站 或者 信源 。
发送器： 通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。最典型的发送器就是调制器，现在的很多计算器使用的都是内置的解调器（包括调制器和解调器）。
目的系统一般也包括以下两个部分：
接收器： 接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，
终点： 终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。终点又称为 目的站 或者 信宿 。
在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线，也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统。
然后我们要来辨别一下下面的常用术语：
消息： 指语音，文字，图像等等。
数据： 指使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列。这种信息的表示可用计算机或其他机器处理或者产生。
信号： 指数据的电气或电磁的表现。
根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可以分为以下两大类：
（1）模拟信号： 代表消息的参数的取值是连续的。
（2）数字信号： 代表消息的参数的取值是离散的。
信道 是用来表示向某一个方向传送消息的媒体，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：
（1）单向通信： 又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。无线电广播或有线电广播就是这种类型。
（2）双向交替通信： 又称为半双工通信，即通信双方都可以发送消息，但不能双方同时发送（也不能同时接收）。这种通信方式是一方发送另一方接收。
（3）双向同时通信： 也称为全双工通信，即通信双方都可以同时发送和接收消息。
来自信源的信号称为 基带信号 。像计算机输出的代表各种文字或文件的数据信号都属于基带信号。由于基带信号往往包含有较多的低频成分和直流成分，但是许多信道并不能传输这种低频分量或是直流分量。所以为了解决这一问题，就必须对基带信号进行 调制 。
调制主要是分为两大类。一类是对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道的特征相适应，但是变换后的信号仍然是基带信号，这一类的调制称为 基带调制 ，这一过程也被称为编码。还有一类调制则是需要使用载波进行调制，将基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能更好的在模拟信道中传输，经过载波调制的信号称为带通信号，而使用载波的调制称为 带通调制 。
不归零制： 正电平代表1，负电平代表0。
归零制： 正脉冲代表1，负脉冲代表0。
曼彻斯特编码： 位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1，但是也可以反过来定义。
差分曼彻斯特编码： 在每一位的中心处始终有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。
调幅（AM）： 即载波的振幅随着基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于无载波或有载波的输出。
调频（FM）： 即载波的频率随着基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于频率的 f1 或 f2 。
调相（PM）： 即载波的初始相位随着基带数字信号而变化。例如，0或1分别对应于相位0度或180度。
当然，有时为了达到更高的信息传输速率，也必须采用技术上更为复杂但传输效果更好的混合调制方法，例如正交振幅调制等等。
限制信息在信道上的传输速率的因素主要是以下两个。
（1）信道能够通过的范围频率
具体信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道，就是因为它的频率超过了信道所能承受的最大频率，因此就会造成失真现象。
（2）信噪比
噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声是随机产生的，因此它的瞬时值有时会很大，所以噪声会使接收端对码元的判决产生错误。但是噪声的影响是相对的，当信号较强时，噪声的影响就相对较小。所以我们就要了解到 信噪比 的概念。信噪比就是指信号的平均功率和噪声的平均功率之比，单位是分贝：
W是带宽，S是信道内所传信号的平均功率，N为信道内高斯噪声的功率。香农公式指出：信道的带宽或者信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
传输媒体也称传输介质或传输媒介。传输媒体大致可以分为两大类： 导引型传输媒体和非导引型传输媒体 。下面来具体介绍。
双绞线就是指将两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来。绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。电话系统是使用双绞线最多的地方，从用户电话机到交换机的双绞线称为 用户线 。
模拟传输和数字传输都会用到双绞线，其通信距离一般是为几到几十公里。
为了提高双绞线的对抗电磁干扰能力，可以在双绞线外面再加一层用金属丝编织而成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线。，简称为 STP 。
同轴电缆内由导体铜质芯线、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层组成。由于其特有的构造，所以同轴电缆有着良好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。目前同轴电缆主要用在有线电视网的信号传输当中。它的带宽是取决于它的质量的。
光纤是光缆通信的传输媒体，由于可见光的频率非常之高，因此一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。
当光纤从高折射率的传输媒体到低折射率的传输媒体时，其折射角就会大于入射角。因此如果当入射角足够大时，就会产生全反射，光也就能沿着光纤传输下去。
正是由于上面的原理，所以只要将入射角的角度把握好，就能够产生全反射来进行传输，这也就是光纤传输的原理。
光纤不仅具有通信容量大的特点，还有其他的一些特点：
1.传输损耗小。
2.抗雷电和电磁干扰性能好。
3.无串音干扰，保密性很高。
4.体积小，重量轻。
我们将自由空间称为非导引型传输媒体，简单来说就是指无线传输。无线传输可以使用的频段很广，人们已经利用了好几个波段来进行通信，但是紫外线以及更高的波段现在暂时还是不能用于通信。
短波通信（高频通信）主要是靠电离层的反射来进行传输。但是短波信道的通信质量较差，传输速率较低。
无线电微波通信在数据通信中占有重要的地位。微波在空间中主要是以直线传播。传统的微波通信主要有两种方式，即 地面微波接力通信和卫星通信 。
要使用某一段无线电频谱进行通信，通常必须得到本国政府有关无线电频谱管理机构的许可证。但是也有一些无线电频段是可以自由使用的。例如ISM，各国的ISM标准可能略有差异。
复用是通信中的基本概念，它是指允许用户使用一个共享信道来进行通信，达到降低成本，提高利用率的效果。
先来介绍 频分复用FDM ，频分复用是指将带宽分为多份，用户在分到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用着这一条频带，也就是说频分复用的用户是在同样的时间占用不同的带宽资源。
然后是 时分复用TDM ，它是指将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。而每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度）。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。
最后是 统计时分复用STDM ，它是有一点类似于TDM的，只是STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态的分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。
波分复用WDM 就是光的频分复用，也就是使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
码分复用CDM 是另一种共享信道的方法。而人们更常使用码分多址CDMA来称呼它。这种复用方式的具体做法是可以让每一个用户在同样的时间使用同样的频带进行通信，由于各个用户使用经过特殊的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。而且通过这种方式发送的信号具有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不容易被他人发现。
码分复用的工作原理是将每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称之为码片。一般情况下m的值是64或128。
使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列。一个站如果要发送比特1，则发送它自己的m bit码片序列。如果要发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。举例来说：
有时为了方便起见，我们会将码片中的0写为-1，1写为+1。
现假定S站要发送信息的数据率为b bits/s，由于每一个比特要转换成m个比特的码片，因此S站实际上发送的数据率提高到mb bit/s，同时S站所占用的频带宽度也提高到原来数值的m倍。这种方式就是 扩频 的一种。扩频通信通常有两大类，一种是直接序列扩频DSSS，另一种是跳频扩频FHSS。
CDMA系统的重要特点是每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交，并且在实用的系统中是使用伪随机码序列。
在早期的电话网当中，从电话局到用户电话机的用户线采用最廉价的双绞线电缆，而长途干线采用的是频分复用FDM的模拟传输方式。由于数字通信与模拟通信相比，无论数传输质量上还是从经济上都有明显的优势，所以现在长途干线大都采用时分复用PCM的数字传输方式。
但是早期的数字传输系统有着许多的缺点，其中最主要的是以下两个：
（1）速率标准不统一： 由于历史的原因，多路复用的速率体系有两个互不兼容的国际标准。所以国际范围的基于光纤高速数据传输就很难实现。
（2）不是同步传输： 在过去各国的数字网主要是采用准同步的方式，所以当数据传输速率很高时，收发双方的时钟同步就成为很大的问题。
所以为了解决这些问题，美国推出了一个数字传输标准，叫做同步光纤网SONET。整个的同步网络的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟。同时，SONET为光纤传输系统定义了同步传输的线路速率等级结构：
宽带的接入技术主要包括有线宽带接入和无线宽带接入。在这里先来介绍有线宽带接入。
ADSL技术的全称是非对称数字用户线技术，具体指的是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。具体来说ADSL技术就是把0-4 kHZ这一段低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
ADSL的 传输距离 取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）。而ADSL所能得到的最高数据传输速率还与实际的用户线上的信噪比密切相关。
ADSL在 数据率 方面由于用户在线的具体条件相差较大，因此ADSL采用自适应调制技术使用户线能够传送尽可能高的数据率。当ADSL启动时，用户线两端的ADSL调制解调器就测试可用的频率、各子信道受到干扰的情况以及在每一个频率上测试信号的传输质量。但是ADSL不能保证固定的数据率，所以对于用户线很差的甚至无法开通ADSL。
基于ADSL的接入网由以下三大部分组成：数字用户线接入复用器，用户线和用户家中的一些设施。
ADSL技术也在发展，现在已经有了更高速率的ADSL标准，称之为 第二代ADSL ，第二代ADSL改进的地方主要是：
1. 通过提高调制效率得到了更高的数据率。
2. 采用了无缝速率自适应技术SRA，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，自适应的调整数据率。
3. 改善了线路质量评测和故障定位功能。
HFC网是目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网，除了可以传送CATV外，还能提供电话、数据和其他宽带交互型业务。
为了提高传输的质量，HFC网将原有线电视网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，而光纤从头端连接到光纤结点，在光纤结点光信号被转换为电信号，最后信号被送到每一个用户的家庭。
FTTx是一种实现宽带居民接入网的方案，代表多种宽带接入的方式。这里的x代表不同的光纤接入地点，例如FTTH光纤到户，FTTB光纤到大楼等等。
现在的长距离信号传输大都是采用光纤传输，只有在到了临近用户家中时，才将光纤转换为铜缆。但是一个用户是远用不了一根光纤的通信容量，因此我们在光纤干线和用户之间安装一种转换装置即 光配线网 ，使得许多用户能够共享一根光纤的通信容量。由于光配线网无需使用电源，因此我们将其称为无源光网络。
㈣ 计算机网络分为几层
第一层：物理层
解决两个硬件之间怎么通信的问题，常见的物理媒介有光纤、电缆、中继器等。它主要定义物理设备标准，如网线的接口类型、光纤的接口类型、各种传输介质的传输速消手率等。
第二层：数据链路层
数据链路层从网络层接收数据包，数据包
包含发送方和接收方的IP地址。数据链路层执行两个基本功能。它允许上层使用成帧之类的各种技术来访问介质，控制如何放置和接收来自介质的数据。
第三层：网络层
传输层将数据段传递到网络层。网络层用于将接收到的数据段从一漏敬台计算机传输到位于不同网络中的另一台计算机。网络层的数据单元称为数据包，网络层的功能是逻辑寻址、路由和路径确定。
第四层：传输层
OSI下3层的主要任务是数据通信，上3层的任务是数据处理，传输层是第四层，因此该层是通信子网和资源子网的接口和桥梁，起到承上启下的作用。
第五层：会话层
是用户应用程序和网络之间的接口，主要任务是组织和协调两个会话进程之间的通信，并对数据交换进行管理。
第六层：表示层
表示层指从应用层接收数据，这些数据是以字符和数字的形式出现的，表示层将这些数据转换成为机器返桥慎可以理解的二进制格式，也就是封装数据和格式化数据，例如将ASCII码转化为别的编码，这个功能称为“翻译”。
第七层：应用层
是OSI参考模型的最高层，它使计算机用户以及各种应用程序和网络之间的接口，是网络应用程序所使用的，例如HTTPS协议、HTTP协议，应用层是通过协议为网络提供服务，执行用户的活动。
㈤ 计算机网络设计主要学什么
本教程操作环境：windows7系统、Dell G3电脑。
计算机网络技术是培养具备从事程序设计、Web的软件开发、计算机网络的组建、网络设备配置、网络管理和安全维护能力的网络高技术应用型人才。
计算机网络技术到底学的是什么
网络技术工程师指的是能够从事计算机信息系统的设计、建设、运行和维护工作。熟悉主流操作系统，比如windows、linux、unix，掌握常用软件的安装调试，TCP/IP知识，掌握常见route的配置和调试，掌握综合布线和网络集成的有关知识，熟悉设备的激拦选型和网络拓扑的设计，做到组网科学、合理、安全、性能价格比最高，熟悉服务器的安装调试，磁盘阵列，能够及时学习和掌握主流的网络技术。
“计算机网络技术”专业主要学习软件和网络。
1、从网络来说
首先会学习《计算机基础知识》，让你学会用电脑；
然后的课程就有，《综合布线技术》《通信设备安装与防护 》这个是通信设备的正确安装是网络工程的基础。还有《网络基础 》《OSI参考模型》《TCP/IP》《以太网技术》这个就是局域网，《广域网技术 》《交换机及基本配置》《路由器及基本配置》《网络架构》《大型网络组网方案》《防火墙技术》等，
还要对linux系统进行学习
2、从软件来说
大一的时候学习C语言，java，然后学数据库，学HTML，然后学习jsp，javaWEB开发，一直学到了struct 2,对于软件这一块，都是一路学下来的。网络原理就是对那七大层的学习/从物理层到应用层，学网络互连技术，就是对交换机和路由器的配置。
计算机网络技术专业介绍
1.核心能力
计算机网络系统构建能力、网络操作系统管理能力。
2.就业方向
计算机系统维护、网络管理、程序设计、网站建设、网络设备调试、网络构架工程师、网络集成工程师、网络安全工程师、数据恢复工程师、安卓开发工程师、网络运维工程师、网络安全分析师等岗位。
1）网络工程
能够根据企业需求为企业完成网络设计、组建，完成网络设备的选购、安装和配置，完成服务器的选购和配置等。掌握网络设计、组建的方法；掌握网络设备的选购、安装和配置方法；掌握服务器的配置和选购方法。
包括计算机网络产品的销售、安装、维护与用户培训工作。熟练掌握各种网络设备的性能特征；掌握市场营销的策略。
能够对企业网络进行安全性分析和设计，并能熟练的解决网络安全事件。掌握企业网络安全性分析方法，掌握常见网络安全事件解决方法。
1）网站建设管理
管理各辩铅凯种网站的正常工作，包括网页的内容更新，网站的形象策划，营销，以及网站虚拟空间的管理和网站后台服务器数据库的管携唤理。从事该岗位工作需要掌握WEB服务器的运行管理，数据库服务器的运行管理，熟悉网页制作的相关知识，掌握一定网络安全知识。此外，还要有较快的打字速度，较强的沟通能力，并应掌握一定的营销策略。
1）网络管理
管理各种企业、事业单位的网络的正常运行，出现各种网络故障能及时诊断及恢复，能支持企业、事业单位网络的正常工作。
该岗位需要有较强的动手能力，掌握各种常用的组网技术，掌握网络系统的管理技能，熟悉常见的网络设备，有一定网络安全知识。另外，由于内地企业网络通常还包含WEB站点，因此，要懂得一些网页设计知识。
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