物理层
概念：数据终端设备（DTE）与数据电路终端设备（DCE）的接口
前者是指 通过网络互连的入网设备，包括路由器、终端主机等
后者是指 网络中含有的通信设备（网内设备），包括通信处理机、Modem、交换机等，延伸DTE之间的距离
功能：通过规定物理设备和物理介质之间的接口技术，实现物理设备之间的比特流透明传输（包括DTE-DCE和DCE-DCE之间的比特流传输）
服务：建立、维持和释放物理连接（标识物理连接、选择服务质量：速率、延迟、传输误码率等），并在物理连接上透明传输比特流（包括排序和故障通知等）
物理层协议即对接插件的标准化：从四个方面对物理设备和介质之间的接口进行定义
1.机械特性
2.电气特性
3.功能特性
4.规程特性
数据通信的理论基础
通信的三种方式：
单工通信（单向通信）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互
半双工通信（双向交替通信）：通信双方都可以发送信息，但不能同时发送，也不能同时接收
全双工通信（双向同时通信）：通信双方可以同时发送和接收信息
信号的几种形式：
模拟信号：连续的信号 模拟的->连续变化的
数字信号：离散的信号，是一种电压脉冲序列 数字的->离散的
基带信号：将数字信号1或0直接用两种不同电压表示，然后送到电路上传输
宽带信号：将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号
即模拟信号->宽带信号是一类，另一类是 数字信号-赋予两种电压->基带信号
通信中的几个指标：
带宽bandwidth：信号占据的频率范围 依赖于线的粗细和传输距离 Hz
? 信道带宽是指在该通信线路上能不失真地传送信号的频率范围
信号传输速率：单位时间里传送信号波形的个数，单位波特
F=2B 最大采样速率为带宽2倍
数据传输率：比特率，单位时间里传送二进制数据的位数，单位b/s、kb/s、Mb/s,对应简写为bps、kbps、Mbps
信道容量：表征一个信道传输数字信号的能力，以数据传输率为指标，即信道所能支持的最大数据传输速率
码元和波特之间的关系（没弄懂）
信道最大数据速率（信道容量）
Nyquist定理：理想信道、无噪声信道
Cmax=2Blog2V（bps）
B为带宽 Hz
V为离散级数
Shannon定理：有噪声信道
Cmax=Blog2（1+S/N） (bps)
B带宽
S信道内所传信号的平均功率
N信道内部的高斯噪声功率
S/N信噪比（无量纲）
信噪比与分贝之间的关系
(S/N) db=10 log10(S/N)
引导性传输介质
双绞线Twisted Pair
可模拟传输，也可数据传输
由成对绝缘的金属导线互相绞合
带宽依赖于线的粗细和传输距离
常用有3类线（传输速率16MHz,数据传输速率10Mbps），5类线（传输速率100MHz,数据传输速率100Mbps），超5类线，6类线，7类线
根据有无屏蔽层，分成两类
非屏蔽双绞线 UTP
屏蔽双绞线 STP
同轴电缆Coaxial Cable
50Ωcable （LAN/数字传输）
基带同轴电缆 数字信号，时分复用技术
曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码
75Ωcable（有线电视/模拟传输）
宽带同轴电缆 模拟信号，频分复用技术
有线电视电缆
双绞线和同轴电缆对比
性能上：
双绞线便宜，但中继设备贵
具备一定的抗干扰能力
劣质传输器对传输品质影响大
距离上：
双绞线对传输器依赖高
双绞线传输器必须成对出现
同等级传输设备速度不及同轴电缆
光纤Fiber Optics
特点：
光波承载信息
高传输速率，信道容量大
传输损耗小，适合长距离传输
抗干扰性能好，保密性好
轻便
多模光纤
采用发光二极管，电流通过则发光，是可见光，定向性差，不断在光纤石英下玻璃介质内反射向前传播
单模光纤
采用注入型激光二极管，产生一个窄带超辐射激光，定向性好，可沿光导纤维传播，减少了折射，效率高，传输距离更远
光纤与前两者比较
性能上：
抗干扰能力强
重量轻、体积小、高带宽、保密性能好
耐腐蚀、寿命长
工艺复杂，辅助设备成本高
距离上：
全面超越铜制传输电缆
单模适合长距离传输，多模适合近距离传输
公共交换电话网络
数据是运送信息的实体
信号是数据的电气的或电磁的表现
数据或信号可以是模拟的，也可以是数字的
将数字数据转换成模拟信号的过程叫做调制
编码是将模拟信号转化成数字信号
电话系统结构
数据通信基本过程：包含数据传输和通信控制两项内容
电话系统由三部分构成：
1.本地回路（进入家庭和公司的模拟双绞线）
2.干线/中继线（连接交换局的数字光纤）
3.交换局（电话呼叫在这里从一条中继线被接入到另一条中继线）
电话- 本地回路 ->端局- 长途连接（中继线） ->长途局—超高带宽局间中继线—>中间交换局-----超高带宽局间中继线----->长途局- 长途连接（中继线） ->端局- 本地回路 ->电话
本地回路：调制解调器，ADSL和光纤
传输线路存在三大问题:
能量衰减
延迟失真傅里叶分量
噪声（热噪声和脉冲噪声）
在本地回路（模拟拨号电缆）发送数字数据，必须先转换成模拟信号形式，才能在本地回路上传输
而调制解调器由调制器和解调器构成：
调制器：将基带数字信号的波形变换成适合模拟信道传输的波形 作用即波形变换器
解调器：将经过调制器变换过的模拟型号恢复成原来的数字信号 作用即波形识别器
位传输率计算（不懂）
而上述技术发现
最高仅可达56kbps，并且还把部分频率段削减
因此出现了ADSL(非对称数字用户线路)
目标：
工作在现有的类别3双绞线本地循环
不能影响客户现有的电话和传真设备
快于56kbps
按月收费，而不是按分钟收费
并且ISP发现大多数用户下载数据量超过上传数据量，因此将80%~90%的带宽分配给下行信道，剩余的分给上行信道 正好对应着ADSL中的A->非对称
原理：
采用DMT(离散的多信道调制)技术，将原有电话线路0Hz到1.1MHz频段划分成256个频宽为4.3kHz的子频带。4kHz以下仍用于传送POTS（传统电话业务），信道1-5未被使用，目的是让语言信号与数据信号避免相互干扰，剩余250条信道传送上行信号和下行信号
而目前采用光纤到户
中继线和多路复用
为了节约资金，让一条物理干线上尽可能地并发多个会话，提出了多路复用技术
多路复用技术条件：
单条线路的信息传输能力远大于单一信息源的信息传输的要求
定义：
采用一种技术将一个物理信道被逻辑地分成几个逻辑信道的技术，让一条线路上传输多个信号，且信号之间的传输相互不影响
FDM(Frequency Division Multiplexing)频分多路复用技术
将一条线路的频带逻辑地划分成几个信道，每个用户独立地拥有某些频率段，频率通道之间留有防护频带
所有用户在同样时间占用不同的宽带资源
例如：广播，ADSL
WDM 波分多路复用技术
FDM应用于光纤信道的变例
不同的信源使用不同波长的光波来传输数据，各路光波经过一个棱镜或衍射光栅合成一个光束在光纤干道上传输，在接收端利用相同设备将各路光波分开
TDM(Time Division Multiplexing)时分多路复用技术
当信道能达到的数据传输率大于各路信号的数据传输率总和时，可以将使用信道的时间分成一个个的时间片，按一定规则将这些时间片分配给各路信号，每一路信号只能在自己的时间片内独占信道进行传输
T-标准：T1载波，北美，日本 帧193位，数据传输速率1.544Mbps
E-标准：E1载波，欧洲，中国，南美 数据传输率2.048Mbps
TDM与FDM的比较
| FDM | TDM | |
|---|---|---|
| 相同 | 宏观上并行，一条线路上 | 同时传输着多路信号 |
| 不同 | 微观上并行，适合模拟传输 | 微观上串行，适合数字传输 |
CDM(Code Division Multiplexing)码分多路复用技术
SONET/SDH
交换
交换指的是交换机，即交换局的内部
发展过程为电路交换->报文交换（过渡）->包（分组）交换
电路交换
指计算机终端之间通信时，一方发起呼叫，独占一条物理线路。当交换机完成接续，对方收到发起端的信号，双方即可进行通信
是通信网中最早出现的一种交换方式，也是最普遍的一种交换方式
电路交换的基本过程为建立连接，数据传输，释放连接三个过程
特点：
需要事先建立一条端到端的路径
通信过程始终占据该电路，实时性强，时延小，交换设备成本较低
线路利用率低，电路接续时间长，通信效率低，不同类型终端用户之间不能通信
适用于信息量大，长报文，经常使用的固定用户之间的通信
报文交换
用户将报文存储在交换机的存储器中，当所需要的输出线路空闲时，再将该报文发向接收交换机或终端，以存储-转发方式在网内传输数据，事先不用建立连接
特点：
中继电路利用率高，可以多个用户同时在一套线路上传送，可实现不同速率、不同规程的终端间互通
以报文为单位进行存储转发，网络传输时延大，且占用大量的交换机内存和外存，不能满足对实时性要求高的用户
适用于传输报文较短、实时性要求较低的网络用户之间的通信，例如公用电报网
分组交换
实质上在存储-转发基础上发展起来的，事先不用建立连接
兼有电路交换和报文交换优点
过程：
分组交换在线路上采用动态复用技术传送按一定长度分割为许多小段的数据——分组
每个分组标识后，在一条物理线路上采用动态复用的技术，同时传送多个数据分组
把来自用户端的数据暂存在交换机的存储器内，接着在网内转发
到达接收端，再去掉分组头将各数据字段按顺序重新装配成完整的报文
特点：
比电路交换的电路利用率高，比报文交换的传输时延小，交互性好
电路交换和分组交换的对比
| 项目 | 电路交换 | 包交换 |
|---|---|---|
| 呼叫建立 | 需要 | 不需要 |
| 专用物理路径 | 是 | 不是 |
| 每个包遵循相同的路由 | 是 | 不是 |
| 包按序到达 | 是 | 不是 |
| 交换机崩溃是否致命 | 是 | 不是 |
| 可用带宽 | 固定 | 动态 |
| 可能拥塞的时间 | 在建立时 | 在每个包 |
| 潜在浪费带宽 | 是 | 不是 |
| 存储-转发传输 | 不是 | 是 |
| 收费 | 按分组计 | 按包计 |
移动电话系统
第一代移动电话：模拟语音
AMPS系统
使用FDM分隔信道，分为四类：控制信道，呼叫信道，接入信道，数据信道
第二代移动电话：数字语音
三种广泛使用的系统：
D-AMPS-数字的高级移动电话系统
GSM-全球移动通信系统
CDMA-码分多路访问