diff --git a/计算机网络/img/数据链路层/100M以太网.png b/计算机网络/img/数据链路层/100M以太网.png new file mode 100644 index 0000000..eae70e9 Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/数据链路层/100M以太网.png differ diff --git a/计算机网络/img/数据链路层/10Gb以太网.png b/计算机网络/img/数据链路层/10Gb以太网.png new file mode 100644 index 0000000..1b37145 Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/数据链路层/10Gb以太网.png differ diff --git a/计算机网络/img/数据链路层/Gb以太网.png b/计算机网络/img/数据链路层/Gb以太网.png new file mode 100644 index 0000000..4c1c408 Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/数据链路层/Gb以太网.png differ diff --git a/计算机网络/img/数据链路层/PPP.png b/计算机网络/img/数据链路层/PPP.png new file mode 100644 index 0000000..6caf0d8 Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/数据链路层/PPP.png differ diff --git a/计算机网络/img/物理层/NRZ.jpg b/计算机网络/img/物理层/NRZ.jpg new file mode 100644 index 0000000..dcedf10 Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/物理层/NRZ.jpg differ diff --git a/计算机网络/img/物理层/NRZI.jpg b/计算机网络/img/物理层/NRZI.jpg new file mode 100644 index 0000000..a65b75a Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/物理层/NRZI.jpg differ diff --git a/计算机网络/img/物理层/RZ.jpg b/计算机网络/img/物理层/RZ.jpg new file mode 100644 index 0000000..7bd049d Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/物理层/RZ.jpg differ diff --git a/计算机网络/img/物理层/差分曼彻斯特.png b/计算机网络/img/物理层/差分曼彻斯特.png new file mode 100644 index 0000000..6cc881f Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/物理层/差分曼彻斯特.png differ diff --git a/计算机网络/img/物理层/曼彻斯特.jpg b/计算机网络/img/物理层/曼彻斯特.jpg new file mode 100644 index 0000000..7628eff Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/物理层/曼彻斯特.jpg differ diff --git a/计算机网络/img/物理层/调制.png b/计算机网络/img/物理层/调制.png new file mode 100644 index 0000000..e6fc954 Binary files /dev/null and b/计算机网络/img/物理层/调制.png differ diff --git a/计算机网络/数据链路层.md b/计算机网络/数据链路层.md new file mode 100644 index 0000000..0f1e730 --- /dev/null +++ b/计算机网络/数据链路层.md @@ -0,0 +1,590 @@ +# 数据链路层 + +## 信道类型 + +* 点对点信道 +* 广播信道 + +## 功能 + +* 链路管理（用于面向连接的服务） +* 帧同步 +* 差错控制 +* 透明传输 +* 流量控制（存在于OSI模型，现一般在传输层实现） + +## 提供的服务种类 + +* 无确认的无连接服务 +* 有确认的无连接服务 +* 有确认的有连接服务 + +## 三个基本问题 + +### 封装成帧 + +* 字符计数法 + + * 在一个帧头部增加一个计数字段表示该帧的字节数 + * 缺点：一旦传输出现问题，将导致帧同步失败 + * 很少使用 + +* 首尾界符法 + + * 使用控制字符**SOH**和**EOT**代表帧开始和结尾 + * 缺点：仅能传输文本文件 + * 改进：字节填充的首位界符法 + +* 字节填充的首尾界符法 + + * 在发送特殊字符前填充一个转义字符将其转化为转义字符 + + * 如：特殊字符在数据中按如下规则转化 + + | 原字符 | 转义字符 | + | ------ | -------- | + | SOH | ESC SOH | + | EOT | ESC EOT | + | ESC | ESC ESC | + +* 比特填充的首尾标记法 + + * 在帧首尾使用比特串**01111110**作为标记 + * 在数据中，每出现连续5个1即在后面增加一个0，避免出现连续6个1 + +* 物理编码违例法 + + * 使用非法的物理编码区分帧开始和结束 + * 如：在曼彻斯特编码中，使用**高-高电平**和**低-低电平**代表帧开始和结尾 + +### 差错控制 + +* 仅保证收到并交付给上一层的帧是无差错的概率非常接近于1，对于有差错的帧直接丢弃 + +#### 检错编码 + +##### 奇偶校验码 + +* 奇校验：添加校验码后使1的数目为奇数 +* 偶校验：添加校验码后使1的数目为偶数 +* 只能检测奇数错误的情况 + +##### CRC + +* 具有r检测位的多项式能检测出所有长度小于等于r的突发错误 + +* 长度大于r的突发错误逃逸的概率是 + $$ + \frac{1}{r^2} + $$ + +#### 纠错编码 + +##### 海明码 + +* 设数据位数为k，校验码位数r满足 $2^r-1>=k+r$ + +* 海明码生成步骤，步骤中海明码，数据，校验码的位号皆从1开始 + + 1. $ + 将校验码P_i放置在海明码的第2^i位 + $ + + 2. $ + 将数据位P_i依次放入海明码剩余位处 + $ + + 3. $ + 将海明码各各个位号分为r组，使第i组各位号j满足\ j\&i!=0 + $ + + 4. $ + 对每一组采用偶校验的方式得到每一组中校验码P_i的值 + $ + +* 海明码校验步骤 + + 1. $ + 将第i组内所有数据进行异或操作，得到S_i + $ + + 2. $ + 将S_i依次拼接在一起，得到二进制数码S，若S==0，则海明码无措，反之，则第S位出错 + $ + +* 海明码若要检测出d位错误，则海明距需要d+1位，即当d>1时，通过上述公式得到校验码后，还需要令r+=d-1 + +* 海明码若要纠正d位错误，则海明距需要为2d+1 + +## 流量控制 + +* 该部分在现代网络系统中属于传输层功能 + +### 停止-等待流量控制 + +* 发送方每发送一帧，则等待接收方发送**应答信号**，收到**应答信号**再发送下一帧 +* 接收方每接受一帧，则向发送方发送一个**应答信号** +* 若发送方一直为收到**应答信号**，则发送方一直等待 + +### 滑动窗口流量控制 + +* 发送方和接收方使用一个长度为n的二进制序号来标识各个帧 + +* 发送方维护一个发送窗口，维持了一组可发送的帧的编号 + +* 接收方维护一个接收窗口，维持了一组可接收的帧的编号 + +* 发送窗口尾部每收到一个帧确认，即向前滑动一位 + +* 接收窗口尾部每收到一帧，即向前滑动一位 + +* $设发送窗口大小为W_T，接收窗口大小为W_R，则W_T+W_R<=2^n + +## 可靠性传输 + +### 传输差错类型 + +* 比特差错 +* 帧丢失 +* 帧失序 +* 帧重复 + +### 滑动窗口机制 + +* 使用**确认**和**超时重传**实现可靠传输，该策略称为**自动请求重发（ARQ）** + +#### 确认帧传输方式 + +* 捎带确认（确认帧放在发送的数据中） +* 累计确认（发送编号为k的确认帧代表前k-1帧全部收到，等待第k帧） + +#### 停止-等待协议 + +* 发送窗口尺寸=1 +* 接收窗口尺寸=1 +* 确认帧需要编号 + +#### 后退N帧协议（GBN） + +* 1<=发送窗口尺寸<=2^n^-1​ +* 接收窗口尺寸=1 +* 某个帧出错了，发送方重发该帧之后的所有帧 + +#### 选择重传协议（SR） + +* 为使效率最高，发送窗口尺寸==接收窗口尺寸 +* 由$W_T+W_R<=2^n得\ W_T<=2^{n-1}$ +* 接收方仅要求发送方重发出错的帧 +* 不适用累计确认 + +## 缓存 + +* 带发送的帧全部放置在发送缓存中，发送窗口属于发送缓存的一部分 +* 已接收等待交付的帧全部放置在接收缓存，接收窗口属于接收缓存的一部分 + +## 介质访问控制 + +### 信道划分介质访问控制 + +* 使用各个复用技术，见物理层 + +### 随机访问介质访问控制技术 + +#### 动态媒体接入控制 + +* 随机接入 +* 受控接入 + +#### 随机接入 + +* ALOHA协议 + + * 步骤 + 1. 发送数据时不进行检测 + 2. 没收到确认时认为发生冲突 + 3. 等待一段随机时间后重新发送 + * 缺点 + * 信道利用率低 + * 改进 + * 使用时分ALOHA协议 + +* CSMA（载波侦听多址接入） + + * 步骤 + + 1. 发送信息前侦听信道是否空闲 + 2. 若信道空闲则发送数据，若信道忙，则等待 + 3. 若数据传输时发生冲突，则等待一段时间 + + * 分类 + + 根据侦听到信道忙时的等待时间策略可分为以下几类 + + | 信道状态 | 1-坚持CSMA | 非坚持CSMA | p-坚持CSMA | + | -------- | ------------ | -------------------------- | -------------------------------- | + | 空闲 | 立刻发送数据 | 立刻发送数据 | 以p概率发送数据，（1-p）概率等待 | + | 忙 | 继续侦听 | 等待一个随机时间后继续侦听 | 继续侦听 | + +* CSMA/CD（带冲突检测的载波侦听多址接入） + + * 使用环境：总线型网络或半双工网络，有线局域网 + * 步骤概括：先听后发，边听边发，冲突停发，随机重发 + * 具体步骤 + 1. 发送数据前，侦听信道，若空闲则发送数据，若忙，则等待至空闲 + 2. 传输过程中若检测到冲突存在，停止发送数据，并发出一个48bit的阻塞信号 + 3. 在中止数据传输后，采用二进制指数退避算法等待一段随机时间 + +* CSMA/CA（带冲突避免的载波侦听多址接入） + + * 使用环境：无线局域网 + * 原因 + * 接收信号强度远小于发送信号强度，冲突检测花费过大 + * 存在部分站点无法侦听到对方的数据，即存在“隐蔽站” + * 步骤 + 1. 主机A发送数据前侦听信道，信道空闲时向目标主机B发送一个传输请求 + 2. 若有多台主机同时向B发送传输请求，B检测到冲突后不回复，其余主机等待回复超时后采用二进制指数退避算法等待一段随机时间 + 3. 若B只收到一个传输请求，则向A发送一个ACK + 4. A收到ACK后向B发送数据，A周边主机和B周边主机分别接收到A的传输请求和B的ACK，即可知道一个传输即将开始 + +* 争用期 + + * 令以太网端到端往返时间2t为**争用期** + * 对于任何主机来说，在其发送数据后至多经过2t时间就能发现是否发生冲突 + * 经过争用期还未检测到冲突时，即可保证本次传输无冲突 + * 以太网规定以太网争用期长度为**51.2μs** + +* 最小帧长 + + * 为保证发送站在发送完数据前能检测到冲突，因此需要定义一个最小帧长 + * $最小帧长=总线传播时延*数据传输速率*2$，即在数据发送完成可收到其他主机发送的数据，从而检测到冲突 + * 对于10Mb/s的以太网，最小帧长为64B，对于长度小于最小帧长的帧，以太网填充相应字节至64B + +* 二进制退避算法 + + * 设置基本退避时间，一般取争用期2t + * 确定参数k，k=min(重传次数,10) + * 在[0,2^k^-1]中随机选择一个数r + * $则此次退让时间=2t*r$ + * 若重传次数超过16次，向上一层报告错误 + +#### 受控接入 + +* 令牌传递协议 + * 各节点按顺序交换令牌，只有持有令牌的的主机才能传输信息 + +## 局域网 + +### 标准 + +* IEEE 802.3 约等于以太网标准 + +### 特点 + +* 由一个单位所有 +* 地理范围和站点数目有限 +* 高数据率，低时延，低误码率 +* 各站点平等 +* 能进行广播和组播 + +### 特殊局域网 + +* 以太网 + * 逻辑拓扑：总线型 + * 物理拓扑：星形或扩展星形 +* 令牌网 + * 逻辑拓扑：环形 + * 物理拓扑：星形 +* FDDI（光纤分布数字接口） + * 逻辑拓扑：环形 + * 物理拓扑：双环形 + +### 主要拓扑结构 + +* 星形 +* 环形 +* 总线型 +* 树形（星形与总线型结合） + +### 主要传输介质 + +* 双绞线（主流） +* 同轴电缆 +* 光纤 + +### 模型 + +* 局域网模型对应物理层和数据链路层 +* 数据链路层分为两个子层 + * 逻辑链路控制子层（LLC）：基本无用 + * 媒体接入控制子层（MAC） + +### 以太网 + +#### 通信特点 + +* 无连接 +* 不对数据帧编号，不要求确认（不可靠服务） + +#### 帧格式 + +* MAC地址 + * 共48bit + * 高24bit代表厂家 + * 低24bit由厂家分配 + * 单站地址：前8位最后一位为0 + * 组播地址：前8位最后一位为1，其余7位不全为1 + * 广播地址：前8位全为1 + +* 帧组成 + * 前导码：8B，不属于帧，用于时钟同步，可分为前同步码（7B）和帧开始定界符（1B） + * 目的地址：6B + * 源地址：6B + * 类型：2B 上层使用的协议，IP：0x0800 + * 数据：46~1500B，数据最短长度=最短帧长-18B（首部尾部总长度） + * 填充位：补全至最短帧长 + * 校验码：4B，采用CRC + +#### 传输介质 + +| 参数 | 10Base5 | 10Base2 | 10Base-T | 10Base-FL | +| ---------- | -------------------- | -------------------- | ------------ | --------------- | +| 传输媒体 | 基带同轴电缆（粗缆） | 基带同轴电缆（细缆） | 非屏蔽双绞线 | 光纤对（850nm） | +| 编码 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 | 曼彻斯特编码 | +| 拓扑结构 | 总线形 | 总线形 | 星形 | 点对点 | +| 最大短长 | 500m | 185m | 100m | 2000m | +| 最多节点数 | 100 | 50 | 2/1024 | 2/1025 | + +### 高速以太网 + +* 100Base-T以太网 + + * 全双工下无冲突 + * 半双工使用CSMA/CD + ![img](img/数据链路层/100M以太网.png) + +* 吉比特以太网 + + * 在1Gb/s下半双工或全双工工作 + + * 全双工下无冲突 + + * 半双工使用CSMA/CD + + * 载波延伸 + + * 与10Base-T，100Base-T兼容 + + ![image-20200715000030567](img/数据链路层/Gb以太网.png) + +* 10吉比特以太网 + + * 保留了IEEE 802.3规定的以太网帧格式 + + * 只使用光纤传输 + + * 只工作在全双工模式 + + * 不适用CSMA/CD + + ![img](img/数据链路层/10Gb以太网.png) + +### 无线局域网 + +#### 协议 + +* IEEE 802.11 + * IEEE 802.11a + * IEEE 802.11b + * etc. + +#### 分类 + +* 由固定基础设施的无线局域网 + * 最小构件：基本服务集（BSS） + * 组成：一个基站+若干移动站 + * BSS内所有站点可直接通信 + * 与BSS外站点通信需要通过基站 + * 基站也称为接入点（AP） + * BSS可以是孤立的，也可通过接入点连接到一个主干分配系统（DS），再接入到另一个BSS，构成扩展服务集（ESS） + * ESS可通过门桥（Portal）为无线用户提供一个到非IEEE 802.11无线局域网（如以太网）的接入 + * **基站**和**门桥**的作用与**网桥**类似 +* 无固定基础设施无线局域网自组织网络 + * 由平等的移动站组成的临时网络 + * 各节点地位平等，中间节点皆为转发节点，具有路由功能 + * 自组织网络可以使用自己特定的路由选择协议，可以不与因特网相连 + +#### 物理层 + +* 跳频扩频（FHSS） +* 直接序列扩频（DSS） + +* 红外线（IR） + +#### MAC层 + +* 由下至上分为两个子层 + * 分布协调功能子层（DCF） + * 点协调功能子层（PCF） + +* 协议：CSMA/CA + +### 令牌环网 + +#### 环接口干线耦合器（TCU） + +* 令牌环网每一个站点通过电缆与TCU与其他站点相连 +* 作用：提供发送和接收数据接口 +* 状态：收听状态和发送状态 +* 数据传输方向：延特定方向从一个TCU到下一个TCU逐比特传输，每个TCU重新产生并重新传输每一比特 + +#### 逻辑拓扑 + +* 环形拓扑 + +#### 物理拓扑 + +* 星形拓扑 + +#### 传输过程 + +1. 网络空闲时，只有令牌帧循环传递 +2. 令牌传递到要发信息的站点时，该站点修改令牌的一个标志位，并附加要传输的数据，然后继续传递 +3. 数据帧延环路传递，收到帧的站点查看该帧的目的地址，若目的地址与自己的地址相同，则则接收该帧的副本 +4. 数据帧继续延环路传输直至源站点，源站点收到后不再继续转发，也可对返回的数据帧进行校验，检测是否出错，若出错，则重传数据帧 +5. 源站点传送完数据后，重新产生一个新令牌，传递给下一站点，交出对媒体的访问权限 + +## 广域网 + +### OSI模型层次 + +* 物理层 +* 数据链路层 +* 网络层 + +### 协议 + +#### PPP协议 + +* 组成： + * 将IP数据报封装到链路的方法 + * 链路控制协议（LCP），用于建立，配置，测试，释放数据链路连接 + * 网络控制协议（NCP），用于支持不同的网络层协议 +* 转义字符 + * 使用**0x7d**进行转义 + * **0x7e**->**0x7d 0x5e** + * 当字符C<0x20时，C转义为**0x7d C+0x20** +* 帧格式 + * 标志字段（A），首尾各1B，规定为0x7e + * 控制字段（C），规定为0x03 + * 协议字段 2B + * 0x0021：IP数据报 + * 0xC021：PPP链路控制数据 + * 0x8021：网络控制数据 + * 信息部分 + * 大小：0~1500B + * 点对点模型，不使用CSMA/CD + * 帧校验序列（FCS），2B，使用CRC +* 连续传输PPP帧时，末尾的标志字段可作为下一帧的起始标志字段 + +* 工作过程 + ![image-20200715205302175](img/数据链路层/PPP.png) +* 总结 + * 面向字节 + * 不需要的功能 + * 纠错（只进行检错） + * 流量控制（由TCP负责） + * 序号（不可靠传输，不需要序号） + * 多点线路（PPP是点对点） + * 半双工或单工（PPP只支持全双工） + +#### HDLC协议 + +* 配置： + * 非平衡配置：由一个主站控制整个链路 + * 平衡配置：链路两端都是复合站，可以平等的发起数据传输 +* 站 + * 主站：控制链路操作，发出**命令帧** + * 从站：按主站命令操作，发出**响应帧** + * 复合站：主从站功能的结合 +* 数据操作方式 + * 正常响应方式 + * 非平衡 + * 主站向从站传输数据，从站得到许可后，响应传输 + * 异步平衡方式： + * 平衡 + * 任何复合站都可对另一站进行传输 + * 异步响应方式 + * 非平衡 + * 从站响应时不需要主站允许 +* 透明传输 + * 非标志字段，每连续出现5位1，添加一个0 + +* 帧格式 + * 标志字段 1B，01111110 + * 地址：1B 全1为广播，全0无效 + * 控制字段：1B，将PPP帧类型划分为**信息帧**，**监督帧**，**无编号帧** + * 信息字段：长度任意 + * 帧校验序列（FCS），2B，CRC +* 总结 + * 面向bit + * 几乎总以硬件形式实现 + * 使用了编号和确认机制 + +## 设备 + +### 网桥 + +* 优点： + * 过滤通信量 + * 扩大物理范围 + * 提高了可靠性 + * 可互联不同物理层，不同MAC子层和不同速率的以太网 +* 缺点： + * 增加了转发时延 + * 在MAC子层没有流量控制 + * 不同MAC子层桥接时时延更大 + * 只适用于用户数少的网络，否则会产生广播风暴 +* 分类 + * 透明网桥 + * 不用配置转发表 + * 自学习：收到一帧后即增加或更新一个条目（源地址，进入的端口，时间） + * 目的地址未知时，通过其他所有端口转发（除进入网桥的端口） + * 使用生成树算法避免环路 + * 非最佳路由 + * 源选径网桥 + * 路由选择由源站负责 + * 路由发现算法 + 1. 源站以广播方式向目的站发送一个发送帧 + 2. 发送帧延所有可能的路由传输 + 3. 到达目的站后原路返回 + 4. 源站根据返回的路由信息选择最佳路由 + +### 交换机 + +* 本质：多端口网桥 +* 工作方式：一般是全双工 +* 交换机带宽 + * 半双工：$端口数*每个端口带宽$ + * 全双工：$端口数*每个端口带宽*2$ +* 交换方式 + * 直通式交换：只检查目的地址 + * 优点：速度快 + * 缺点：安全性低，不支持不同速率端口的交换 + * 存储转发式交换：先将帧存储在高速缓存中，检查数据无误后再进行转发，数据有误直接丢弃 + * 优点：可靠性高，支持不同速率端口交换 + * 缺点：延迟高 +* 转发表构造 + * 于网桥一样，将源地址写入或更新转发表 +* VLAN + * 在逻辑上建立局域网 + +## 广播域，冲突域 + +| 设备 | 隔离冲突域 | 隔离广播域 | +| ------ | ---------- | ---------- | +| 集线器 | 否 | 否 | +| 中继器 | 否 | 否 | +| 交换机 | 是 | 否 | +| 网桥 | 是 | 否 | +| 路由器 | 是 | 是 | + diff --git a/计算机网络/物理层.md b/计算机网络/物理层.md new file mode 100644 index 0000000..73ff073 --- /dev/null +++ b/计算机网络/物理层.md @@ -0,0 +1,307 @@ +# 物理层 + +## 通信基础 + +### 信号 + +* 基带信号：传输**数字信号** +* 宽带信号：传输**模拟信号** + +### 信源 + +* 产生和发送数据的源头 + +### 信宿 + +* 接受和处理数据的终点 + +### 信道 + +* 信号的传输媒介（逻辑部件） + +### 传输方式 + +* 串行传输：一个比特一个比特传输 + * 用于距离长，速度慢的传输 +* 并行传输：多信道同时发送多个比特 + * 用于距离短，速度快的传输 + +### 通信方式 + +* 同步通信：接收端和发送端的时钟频率相等，先发送同步字符令双方同步后，就可以连续发送大块数据（硬件开销大） + * 以帧为单位 +* 异步通信：发送数据可以间隔任意长时间（需要增加额外的信息定界，硬件开销低） + * 以字节为单位 + +### 通信模式 + +* 单工通信 +* 半双工通信 +* 全双工通信 + +### 波特率 + +* 单位时间传输的码元个数 +* 单位：Baud + +### 比特率（信息传输速率） + +- 单位时间传输的二进制码元数 +- 单位：bit + +$$ +波特率=波特率*log_{2}(N)\\ N为一个码元所能表示的状态数 +$$ + +### 带宽 + +* 通信线路允许通过的频率范围 + +## 物理层特性 + +* 机械特性：接口大小形状等 +* 电气特性：电压范围 +* 功能特性：各电压含义 +* 过程特性：不同功能的各种可能事件出现的顺序 + +## 奈奎斯特定理 + +* 适用于无噪声情况 + +$$ +数据传输速率=2*f*log_{2}(N)\\其中f为理想低通道带宽，N为每个码元的离散电平数 +$$ + +## 香农定理 + +* 设S为信道传输信号的平均功率，N为信道内部的噪声功率，W为信道带宽，则 + $$ + 信噪比=10*log_{10}(S/N)\\ + 极限数据传输速率=W*log_2(1+S/N) + $$ + +## 编码 + +* 用于基带传输 +* 将数字数据或模拟数据编码为数字信号 + +### 数字数据编码为数字信号（基带调制） + +* 归零编码（RZ）：高电平代表1，低电平代表0，在一个时钟周期的周期都要变为低电平（归零） + ![img](img/物理层/RZ.jpg) + +* 非归零编码（NRZ）：高电平代表1，低电平代表0，在一个周期内不归零 + ![img](img/物理层/NRZ.jpg) + +* 反向非归零编码（NRZI）：电平翻转代表0，电平不变代表1，在一个周期内不归零 + + * 优点：既能传输时钟信号，又尽量不损失带宽 + * USB2.0使用该编码 + + ![img](img/物理层/NRZI.jpg) + +* 曼彻斯特编码 + + * 将码元分成两个间隔，前一个间隔高电平后一间隔低电平代表1，反之代表0 + * 所占带宽是原始带宽的两倍 + * 使用硬件：以太网 + + ![img](img/物理层/曼彻斯特.jpg) + +* 差分曼彻斯特编码 + * 码元为1，电平翻转情况与上一码元相反，码元为0，电平翻转情况与上一码元相同 + * 常用于局域网 + * 可以自同步，抗干扰性好 + + ![image-20200712193419657](img/物理层/差分曼彻斯特.png) + +### 模拟数据编码为数字信号 + + * 脉冲编码调制 + 1. 采样（采样频率>=2*原始信号频率） + 2. 量化 + 3. 编码 + + +## 调制 + +### 数字数据调制为模拟信号（带通调制） + +* 调频 +* 调幅 +* 调相 +* 正交振幅调制：更多振幅混合调制 + +![img](img/物理层/调制.png) + +### 模拟数据调制为模拟信号 + +* 原因 + * 实现传输的有效性需要更高频率 + * 充分利用带宽 + +## 数据传输方式 + +### 电路交换 + +在通信之前建立一条被双方独占的物理通路 + +* 优点 + * 通信时延小 + * 实时性强 + * 有序传输 + * 适用范围广（可传输模拟信号和数字信号） + * 控制简单 + * 避免冲突 +* 缺点 + * 建立连接时间长 + * 信道利用率低 + * 缺乏统一标准 + * 灵活性差 + +### 报文交换 + +以**报文**为基本单位，报文携带有目的地址，源地址等信息，在各个交换节点采用存储转发的方式 + +* 优点 + * 无需建立连接 + * 动态分配线路 + * 提高可靠性（某条路径出错可选用其他路径） + * 提高线路利用率 + * 提供多目标服务（可将一个报文送至多个地址） +* 缺点 + * 存在转发时延 + * 报文大小无限制，需要较大存储换存空间 +* 通常被**分组交换**替代 + +### 分组交换 + +在**报文交换**的基础上，将大报文分割成一个个小分组再进行发送 + +* 优点 + * 具有**报文交换**全部优点 + * 加速传输 + * 简化存储管理 + * 减少出错概率和重发数据量 +* 缺点 + * 仍存在传输时延 + * 可能出现失序，丢失或重复分组现象 + +### 分组交换类别 + +* 数据报 +* 虚电路 + +| 比较标准 | 数据报 | 虚电路 | +| ---------------- | ---------------------------------- | -------------------------------------- | +| 连接的建立 | 不需要 | 需要 | +| 地址信息 | 每个分组包含完整的源地址和目的地址 | 每个分组包含一个虚电路号 | +| 状态信息 | 路由器不保留关于连接的状态信息 | 每个虚电路要求路由器为每个连接建立表项 | +| 转发路径 | 每个分组有独立路径 | 所有分组延虚电路建立时选择的路径传输 | +| 路由器失效影响 | 没有 | 经过此失效路由器的虚电路终止 | +| 端到端的差错处理 | 由主机负责 | 由通信子网负责 | +| 端到端的流量控制 | 由主机负责 | 由通信子网负责 | +| 分组顺序 | 到达目的站不一定按序 | 按发送顺序到达目的地 | +| 思路 | 可靠通信依靠用户主机保证 | 可靠通信由网络层保证 | + +## 传输介质（传输媒体） + +### 导向性传输介质（信号延固体传播） + +#### 双绞线 + +* 既可传输数字信号，也可传输模拟信号 +* 无屏蔽双绞线 +* 屏蔽双绞线 + * 在无屏蔽双绞线基础上增加金属丝编制的屏蔽层 + * 抗电磁干扰 + +#### 同轴电缆 + +* 比双绞线有更好的屏蔽性，抗干扰能力更强 + +* 50Ω同轴电缆（基带同轴电缆） + * 传输基带数字信号 + * 用于局域网 +* 72Ω同轴电缆（宽带同轴电缆） + * 传输宽带信号 + * 用于电视机 + +#### 光纤 + +* 特点 + * 频带宽 + * 衰减小 + * 速率高 + * 体积小 + * 抗雷电和电磁干扰 + * 误码率低 + * 质量轻 + * 保密性好 +* 分类 + * 单模光纤 + * 直径只有一个光波波长 + * 光线传播过程中不会多次反射 + * 使用半导体激光器，价格高 + * 适合**远距离传输** + * 多模光纤 + * 传播过程中不断发生全反射，容易失真 + * 使用发光二级管，价格低 + * 适合**近距离传输** + +### 非导向性传输介质 + +#### 无线电波 + +* 用于无线手机通信 +* 用于无线局域网（WLAN） + +#### 微波、红外线、激光 + +* 沿直线传播 +* 统称为视觉介质 + +## 信道复用技术 + +### 频分复用 + +* 不同用户占据不同频带 +* 复用数增加时，信道带宽也得增加 +* 使用复用器和分用器将不同频带合并和分解 + +### 时分复用 + +* 类似时间片轮转，不同用户轮流占有信道 + +### 统计时分复用 + +* 在时分复用的基础上动态分配时间 +* 常见于集中器 + +### 波分复用 + +* 等价于光的频分复用 +* 使用合波器和分波器合成和分解波长不一样的光 + +### 码分复用/码分多址（CDMA） + +* 共享频率 +* 共享时间 + +**常见题型** + +给定一段碎片序列和各站点码片向量，求各站点发送的数据 + +1. 将碎片序列划分为各个与码片向量等长的向量组 +2. 对于每个向量，分别与各站点向量求内积 +3. 内积为1该站点发送数据1，内积为-1代表发送0，内积为0代表此时该站点不发送数据 + +## 物理层设备 + +* 中继器：放大数字信号 +* 集线器：多端口中继器，不能隔离冲突域 +* 放大器：放大模拟信号 + +## 其他知识点 + +* 5-4-3规则：任何计算机之间最多只能有5段线，4个集线器，其中最多只有3个集线器可以直接与计算机或网路设备相连 \ No newline at end of file