2.1 基本概念与定理

2.1.1 一些术语

  1. 数据：信息的实体；信号：数据的存在形式；码元：一段持续的脉冲信号
  2. 信道：传输媒介 ≠ 可通信电路：为双工通信一般用两根信道
  3. 单向通信：只有一个方向；半双工通信：可以互相但不能同时；全双工通信：互相且同时
  4. 比特率：单位时间传输的比特数；波特率：单位时间的脉冲数；比特率 = 波特率 * 码元携带比特数

  5. 带宽：信道的最高数据率，单位可以是HZ也可以是b/s

    2.1.2 两个定理

  6. 奈奎斯特定理：若带宽为W，则极限波特率为2W，极限数据传输率为2Wlog2V

  7. 香农定理：若带宽为W，信噪比为S/N，则极限数据传输率为Wlog2(1+S/N)，信噪比=10log10(S/N)

    2.1.3 编码与调制

  8. 数字数据编码为数字信号：

    1. 归零编码（RZ）：每个信号最后都要变成低电平；可以同步，但是变成0的过程占用带宽
    2. 非归零编码（NRZ）：令一种电平为1，另一种为0；难以同步，需要时钟线
    3. 反向非归零编码（NRZI）：翻转表示0，不翻转表示1；集两者之长，应用于USB 2.0
    4. 曼彻斯特编码：每个都跳变，前高后低或前低后高；既带时钟又带信号，带宽变成一半，应用于以太网
    5. 差分曼彻斯特编码：码元为1，前面相同，码元为0，前面不同；抗干扰强，应用于局域网
  9. 模拟数据编码为数字信号：
    1. 脉码调制（PCM）：采样：采样率大于最大频率的两倍才能不失真，采样率就是波特率；量化：对电平数值取离散的数字量；编码：编制为二进制编码
  10. 数字数据调制为模拟信号：
    1. 数字数据中的离散信息，变成模拟信号中的，载波振幅，载波频率，载波相位，或是正交
  11. 模拟数据调制为模拟信号：电话

    传输方式：

    1. 基带传输：发出的信号直接表达要传输的信息，如高低电平代表1010，说话的声波也是基带信号，这样的基带信号放在信道上传播就被叫做基带传输；短距离，应用于局域网
    2. 频带传输：远距离传输时，数据如果不调制成模拟信号将会难以分辨，因此需要频带传输，在这种情况下信道的利用率也更高
    3. 宽带传输：将链路容量分解为多个信道，每个信道的频带传输不同的信号，大大提高传输效率

2.2 交换方式

  1. 电路交换：建立双方独占的物理通信路径；结点处“直通”方式传输，不会有存储转发时延，是时延最小的交换方式，只是灵活性较差
  2. 报文交换：将要发送的信息加上目标地址、源地址等信息变成message，在各个途径结点处存储再转发；没有专用的通信线路，都是动态的选择合适的线路发送出去，可靠性会增加（坏了再选别的）；因为存储转发的缘故，转发时延会增加，而且message的大小不定，很难控制缓冲区空间
  3. 分组交换：限制信息的大小，拆分为小组packet，其他和报文一样；好处是操作更方便，时延更小，坏处是分组信息会失序，而且每个packet都会加上附加信息，有效信息率低一些
    1. 数据报：无连接传送，不保证传输可靠性，不保证按序到达，出错率高的网络适用（分组信息少，丢失后代价不大，无固定线路，可靠性高）
    2. 虚电路：建立一条逻辑上的虚电路，packet不带目标地址，而是带虚电路标识符；虚电路确定后就确定了传输路径，有临时的也有长期的；可以保证分组有序到达了，但是也和电路交换一样坏了一处就不通了

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2.3 物理层设备

2.3.1 传输介质

传输介质不属于物理层，物理层的设备认识0101，而它只知道传送

  1. 双绞线：屏蔽双绞线和非屏蔽双绞线；绞合是为了抗电磁干扰
  2. 同轴电缆：抗干扰的能力更强，但是更贵
  3. 光纤：多模光纤适宜近距离传输，用发光二极管；单模光纤适宜远距离，用激光
  4. 无线传输：无线电散播，应用于局域网；微波，激光，红外，应用于地球卫星

    物理层接口特性： 机械特性：形状尺寸，引脚数目，固定装置 电气特性：电压范围，电线长度 功能特性：某种电平的意义 过程特性：事件的出现顺序

2.3.2 中继器和集线器

  1. 中继器：信号整形再生；中继后仍然是一个局域网；中继器没有存储转发的功能，因此不能连接两个不同速度的局域网；5-4-3规则
  2. 集线器（Hub）：广播式共享式的多端口中继器（收到信号就发送给除自己以外的所有端口）；逻辑上是一个总线网；在冲突域内的设备要分享带宽