网络工程师学习笔记——02.物理层

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香樟梧桐的第98篇文章




物理层的考试内容大部分其中在上午 

下午相关性比较高的是综合布线类(FTTx等)的相关技术优缺点比较

 

数据通信


通信:信息从源到目的地

通信研究:整个过程的技术问题

信息:通信系统传输的内容(所有的技术 其实都在在为它服务 方法不同而已)

信号:电信号 电磁信号 光信息

 

模拟信号:连续的时间间隔内 连续性任意时间的任意值

数字信号:离散的信息基础码和编码

(以前写的文章《怎么去理解这个世界》里面有关于离散和连续的解释)

 

数据通信系统模型



a. 发信源:信息产生的源头 人或者硬件

b. 信源编码器:模数转换A/D 将文字/声音/视觉转化为数字信号/模拟信号。计算机和终端。

终端产生的未经过调制的信号,所占用的频率范围叫做基本频带

基带,局域网(理解这个局域网的意思)内的就是基带信号。

 

模拟信号只占用有限的频带。频带传输的信号,频带信号通过将基带划分为多个频带,可以容纳更多信道,每个信道携带不同信号,这就是宽带传输

c. 信道编码器:将信号转换为合适的形式进行数据传输。介质。

(服务/兼容于不同的介质)

(信源和信道编码器不要混淆了,注意理解)

d. 信道解码器:传输的数据转换为信号。

e. 数模转换D/A

 

1. 传输速率


数字通信系统里面的效率:码元/信息传输速率

码元:1.二进制码元 2.在使用时间内的波形表示数字信号,代表不同离散数值的基本波形就称作码元。

码元速率:单位时间内载波参数(振幅/频率/相位(模拟信号波的属性,其实信息传播就是靠属性不同进行编码。数字信号的属性正/负/值也是一个道理)变化次数。

单位波特B 波特率

比特率:单位时间在信道上传送的数据量。比特率。bps。

 

波特率和比特率的关系:

比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数=波特率*log2N

这里的N是码元总数

 

带宽:传输过程中信号不会明显减弱的频率范围,Hz赫兹。

模拟信道:W带宽=最高频率-最低频率

 

信噪比与分贝:信号功率S与噪音功率N的比值,S/N。我们使用logS/N dB

(分贝只能衡量噪音么?)

1dB=10*logS/N

 

无噪声时的数据速率:尼奎斯特

最大数据速率=2Wlog2N=Blog2N

W是带宽B是波特率N为码元数 

 

有噪声时的数据速率:香农 

极限数据速率=带宽*log2(1+S/N)

 

误码率:Pc=错误码元/码元总数

(以上需要练习掌握)

 

2. 调制和编码

调制:用模拟信号承载数字或者模拟数据。

编码:用数字信号承载数字或者模拟数据。

 

a. 基带调制:基带信号改变波形,不改变频率。

仍然是基带信号。

 

b. 带通调制(频带调制):使用载波,将基带信号的频率迁移较高的频段传输。解决无法低频传输的介质和传输的更远。

 

a. 模拟信号调制为模拟信号:

基带信号低频和直流,无法在传输介质上传输。

调制器对基带信号调制。

调幅:AM 调频:FM 调相:PM

(同样是波的三种属性加值,以前广播设备上都有)

 

b. 模拟信号编码为数字信号:

PCM脉冲编码调制

采样:对模拟信号进行周期性的扫描。把时间上连续的信号转换为离散的信号。

要无失真的恢复,需要遵循尼克斯特定理。

例如:模拟电话的语音为4kHz 采样需要到达8kHz

 

量化:利用抽样值,将其幅度离散。电平值,二进制。

例如:128级量化(7bit)

 

编码:二进制码组 来表达每一个固有点评的量化值。量化与编码同时完成。编码就A/D。

(以上需要练习掌握)

 

c. 数字信号调制为模拟信号:


幅移键控:ASK0/1对应幅度不同

频移键控:FSK0/1对应频率不同

相移键控:PSK0/1对应相位不同

BPSK 二进制DPSK 1/0并不相同,根据相位是否变化QSPK 4SPK

多输入相位 多信息位

正教幅度调制:QAM 结合使用,波得三种属性


d. 数字信号调制为数字信号:

             i.     极性编码:单极性和双极性。

            ii.     归零编码:可以同步。RZ

          iii.     不归零编码:0/1变换。NRZ

            iv.     双向码:可以纠错 同步

             v.     曼彻斯特编码:从高到低1 10M网

            vi.     差分曼彻斯特编码:0/1变化

          vii.     4B5B 8B10B 8B6T 80% 64/66B 97%

(以上需要根据图来掌握更加方便)

(好的设计,编码效率越高,但为什么没有使用呢?)

 

3. 数据传输方式:

按照信号类型:

a. 模拟通信:模拟波作为载体

b. 数字通信:数字作为载体

 

按照一次传输的数据位:

a. 串行:一条线路一位一位的传输。

每一个数据位占一个时间单位

b. 并行:数组作为一组传输,多条线路。

磁盘/打印机并口

 

按照信号传送的方向与时间关系:

a. 全双工

b. 半双工

c. 单工

 

按照数据的同步方式

a.同步通信

通信双方建立同步 双方的时钟同一频率

全网同步:非常精确的主时钟 全网节点同步

准同步:结点之间容许存在微小误差

是一种连续串行传送数据 一次通信只传送一帧

同步字符+数据字符+校验字符CRC

b.异步通信

各自的时钟来控制数据的发送和接收 始终彼此独立

可以从任意时间发送 每一个数据单位需要起始位和终止位

以字符和字节为单位组成字符帧传送

异步数据速率=每秒钟字符*(起始+终止+校验+数据位)

有效数据速率=每秒字符*数据位

(依然不太理解,同步屏和异步屏在通信方式上不同)

 

4. 数据交换方式:

      a.     电路交换:时延小 独占 效率低 无差错控制

      b.     报文交换:可以校验 多个目的地 中间结点需要存储 时延大 

每个报文都有控制信息

    c.分组交换:

            1.     数据报:一组有控制信息 根据路由算法选择 数据报独立 可靠性差(以太网)

            2.     虚电路:主机和目的之间的虚拟逻辑电路所有报文都沿着这条路线走 网络层向传输层提供路由信息传输完成后逻辑链路释放ATM X.25 帧中继 流控 差错控制 提高可靠 不灵活

  d. 信元交换:异步传输模式 结合电路和分组交换的优点

技术灵活 时延小(为什么没有普及呢?是效率/安全/兼容?)

 

5. 多路复用

     a.    时分复用:TDM

固定:E1 T1 SDH SONET DDN PON

动态:ATM

2. 波分复用:WDM光纤

3. 频分复用:FDM无线(调频)电视宽带ADSL

 

数字传输系统:

 

1. 脉冲编码PCM:

      a.     E1:我国和欧洲使用

32个相等时隙CH0-CH31 CH0同步CH6信令(也是有效数据)

其与30个语音64kb/s

每个时隙8bit=7bit编码1bit信令

8000*256/s 2.048Mb/s

444 次群倍数

 

1. T1:美国 日本 新加坡

24个语音64kb/s

1bit同步192bit数据

8000*193/s=1.544Mb/s

476 次群倍数 

 

2. 同步光纤网

PCM存在E1 T1速率不统一

SONET铯原子同步

8000*810byte+8

OC-1 51.84Mb/s

 

3. 同步数字

SDH与SONET基本速率不一样

STM-1 155.2Mb/s=OC-3

PDH STM-1中封装63个E1 2M网速E1 G703 V35 多E1口CPOS

 

接入技术:

1. xDSL:A/VDSL:上640-1Mb/s 下1-8Mb/s 上1.6-3.2Mb/s 下12.96-52Mb/s HDSL:上下1.5Mb/s

 

2. HFC:光纤干线/同轴电缆/用户配线网

CATV需要CM 电缆调制解调器 

CMTS 电缆调制解调器终端系统 发送64QAM给PC 下行

PC以太帧封装在时隙中QPSK调制 给CMTS

 

3. FTTxPSTN(具体是什么?)局端光线路终端OLT 用户光网络单元ONU 光网络终端ONT 

      a.     分类:FTTCab 交换盒FTTC 路边FTTB 大楼FTTH 户

      b.     PON技术:无源光纤网络ODN光配线网无电子器件 无电子电源

均由光分路器 不需要贵重的有源电子设备

10G EPON 上下10Gb/s 上10Gb/s 下1Gb/s GPON 1.25Gb/s

成本低 可扩展高 业务透明 带宽高 故障率低 干扰小 可靠性高 可QoS 

ATM的APON淘汰已经

 

有线传输介质:

1. 同轴电缆:基带(网络50欧姆 粗/细10Mb/s)HFC

宽带(电视75欧姆)

 

2. STP 每根 屏蔽双绞线100m 155Mb/s

FTP 整体 屏蔽

(屏蔽是需要整体符合标准的,包括水晶头/信息点)

 

c. UTP 非屏蔽双绞线568A 568B

(白橙橙白绿蓝白蓝绿白棕棕)

 

d. 光纤 单模1310mm 1550mm 2-10km 多模850mm 550m 275m

 

其它知识补充:

a. RS-232-C

DTE计算机和终端DCE调制解调器/中继器/多路复用器

采用V.28电器特性-3V--15V 逻辑1 3V-15V 逻辑0

15m 19.2kb/s 50m 9.6kb/s 100m 1.2kb/s

25针DB连接器9针15针

 

b. 帧中继 服务于ISDN

数据速率可以在一定范围内变化 适应流业务 适应突发业务

 

c. ATM 服务于B-ISDN

传送单元固定53byte 信元cell 

5b信元头(路由用的VPI/VCI 虚通道标识符/需通路标识符)48b为体

             i.   CBR 固定比特率 交互语音视频

            ii.   VBR 可变比特率 交互式压缩视频

          iii.   ABR 有效比特率 突发通信

            iv.   UBR 不定比特率IP分组 文件传输 电子邮件 

 

 

总结:

整整啃了6个小时才把物理层复习完

其实我们日常工作只用到RJ45 UTP之类的

大部分都是通信知识 网络/通信分不开

大致可以理解这种联系了




 

 香樟梧桐  糯米糍

 字 2019.8

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