A. 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
B. 计算机网络
有两种含义
“带宽” 指信号具有的频带宽度。基本单位是赫。
“带宽”是数字信道所能传送的最高数据率的同义语，单位是比特/秒(bit/s)。
表示在单位时间内通过某个网络（或信道、接口）的数据量。
吞吐量更经常地用于对现实世界中的网络的一种测量，以便知道实际上到底有多少数据量能够通过网络。
吞吐量受网络枝竖的带宽或网络的额定速率的限制。
指数据从网络（或链路）的一端传送到另一端所需的时间。
主机或路由器发送数据帧所需要的时间。
电磁波在信道中需要传播一定的距离而花费的时间。
结点缓存队列中分组排队所经历的时延。
交换结点为存储转发而进行一些处理所费的时间。
信道利用率指出某信道有百分之几的时间是被利用的（有数据通过）。完全空闲的信道的利用率是零。
网络利用率则是全网络的信道利用率的加权平均值。
物理层的主要任务描述为确定与传输媒体接口的四个特性。
指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排迟搭游列等。
指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序
发送器：将数据转换成可以在传输介质上传输的信号
数据：运送消息的实体。
信号：数据的电气的或电磁的表现。
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。
信道: 向某一个方向传递信息的通道。
单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信
而没有反方向的交互。
双向交替通信（半双工通信）：通信的双方都可
以发送信息，但不能双方同时发送、同时接收。
双向同时通信（全双工通信）：通信的双方可以
同时发送和接收信息。
调制：使用载波进行调制， 把数字信号的频率范
围搬移到较高的频段，并转换成模拟信号，以便在模
拟信道中传输。
解调：把接收到的模拟信号还原成数字信号。
又称为编码，转换后依然是基带信号
利用载波低频转高频，更好的在模拟信道上传输，调制完的信号叫做带通信号
在任何信道中，码元传输码销的速率是有上限的，超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题。
如果信道的频带越宽，则可以用更高的速率传送码元
而不出现码间串扰。
带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限信息传输速率
W 是信道的带宽（以 Hz 为单位）；
S 为信道内所传信号的平均功率； N 为信道内部的噪声功率。
信噪比S/N通常用分贝（dB）来表示：
通过编码，可以增加每一个码元携带的信息量
将信道的可用频带分割成若干条较窄的子频带，每一条子频带传输一路信号。
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
光的频分复用：波分复用
将时间划分为一段段等长的时隙，每一个用户占用固定序号的时隙传输数据。
每一个用户所占用的时隙是周期性地出现。
时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度
先进行统计，然后依次将需要发送的数据进行时分复用，但是因为每一个时间是不确定的，所以需要在数据帧上加上地址信息
每个用户被分配一个码片序列，这些码片序列是互相正交的，
当需要发送1的时候，则发送序列
当需要发送0的时候，则发送序列反码
所以用户的序列和其他用户的序列内积是0
而序列和序列的规格化内积是1，序列与序列的反码的规格化内积为-1
在原始的、有差错的物理传输线路的基础上，采取 差错检测、差错控制与流量控制 等方法，将有差错的物理线路改进成逻辑上无差错的数据链路，向网络层提供高质量的服务。
是从一个结点到相邻结点的一段物理线路，中间没有任何其他的交换结点。
把实现通信协议的硬件和软件加到链路上，就构成了数据链路，也称为逻辑链路。
每个帧有最大长度限制
通过添加字符防止误判
在发送端：
数据分成组，每一组k个bit,然后在后面加上n位冗余码
接收端：
将这段数据除以P，看最后的余数
因为标志字段的0x7E用二进制标志为01111110,即中间是6个0，为了避免产生错误，所以采用 零比特填充 的方式，即发送方每遇到5个1则填充一个0，接收方每遇到5个1删除后面的一个0
信道并非在用户通信时固定分配给用户。
DIX Ethernet V2 是世界上第一个局域网产品（以太网）的规约，定义了以无源的电缆为总线的基带总线局域网。
IEEE 的 802.3 标准。
载波监听多点接入/碰撞监测
当发送数据的站一旦发现发生了碰撞
最先发送数据帧的站，在发送数据帧后至多经过时间（2τ）就可知道发送的数据帧是否遭受了碰撞。 以太网的端到端往返时延 2τ 称为争用期，或碰撞窗口。经过争用期这段时间还没有检测到碰撞，才能肯定这次发送不会发生碰撞。
发生碰撞的站在停止发送数据后，要推迟（退避）一个随机时间才能再发送数据。
作用：
争用期的长度： 51.2 µs
最短有效帧长： 64 字节
帧间最小间隔： 9.6 µs
每一类地址都由 两个固定长度 的字段组成， 其中一个字段是 网络号 net-id ， 它标志主机（或路由器） 所连接到的网络， 而另一个字段则是 主机号 host-id ， 它标志该主机（或路由器） 。
用转发器或网桥连接起来的若干个局域网仍为一个网络， 因此这些局域网都具有同样的网络号 net-id。
A：网络数减2原因： 网络号全0表示本网络 127(01111111)表示本地软件环回测试地址
B、C：网络数减1原因：128.0.0.0和192.0.0.0都是不指派的
主机数减2原因：全0和全1都不指派
路由表需要配置，或者根据算法生成
下一跳指的是下一个路由器的地址
特定主机路由 ：为特定的目的主机指明一个路由。
默认路由：没有特定设置则采用默认路由
作用： 从网络层使用的 IP 地址，解析出在数据链路层使用的硬件地址。
每一个主机都设有一个 ARP 高速缓存 ，保存着所在的局域网上的各主机和路由器的 IP 地址到硬件地
址的映射表。ARP把保存在高速缓存中的每一个映射地址项目都设置生存时间，凡超过生存时间的项目就从高速缓存中删除掉。
ARP的工作过程
当主机A欲向本局域网上的某个主机B发送 IP数据报时，就先在其ARP高速缓存中查看有无主机B的IP 地址。
如果是不同网络之间的情况，就需要通过路由器来解决
例如：H1访问H3
一个 IP 数据报由首部和数据两部分组成。
首部分为固定部分和可变部分，固定部分长度为20个字节，可变部分长度是可变的。
版本ip协议版本：ipv4和ipv6
首部长度：占 4 位，可表示的最大数值是 15 （2 4 -1）个单位(一个单位为 4 字节)。因此 IP 的首部长度的最大值是 60 字节(15*4)。
区分服务：占 8 位，只有在使用区分服务（DiffServ）时，这个字段才起作用。在一般的情况下都不使用这个字段。
总长度：占 16 位，指首部和数据之和的长度，单位为字节，因此数据报的最大长度为 65535 字节。
进行数据报的分片的原因
标识：占 16 位，它是一个计数器，用来产生 IP 数据报的标识。
标志(flag)：占 3 位，目前只有前两位有意义。
片偏移：占13 位，指出：较长的分组在分片后某片在原分组中的相对位置。片偏移以 8 个字节为偏移单位 。
生存时间——占8 位，记为 TTL (Time To Live)，表明数据报在网络中的寿命。表示为数据报在网络中 可通过的路由器数的最大值 。
协议：占8 位，指出此数据报携带的数据使用何种协议，以便目的主机的 IP 层将数据部分上交给哪个处理过程。
首部检验和：占16 位，只检验数据报的首部，不检验数据部分
C. 计算机网络题，码分复用问题
用结果的各位与各站点的各位相乘后相加，结果如下：
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点发送的是1，B点发送的是0，C点没有发送，D点发送的是1.