计网物理层

上课教的这和考研内容差的是真多啊。

主要范围是按照ppt给的范围来。参考的大爹的笔记不是特别全。

描述是教材的，图是偷的，总之没我自己写的。

基础概念

• Channel：信道
• Bit Rate：数据率
• Baud：波特
• Propagation Speed：传播速度
• Bandwidth：带宽
• Channel Capacity：信道容量。信道的最大数据率
• Throughput：吞吐量
• BER（Bit Error Rate）：误码率。
• Delay：时延
• 时延的组成：传播时延，发送时延，处理时延，排队时延
  • Nodal processing delay(处理时延)
    • 检查比特错误
    • 决定输出链路
  • Queueing dealy（排队时延）
    • 输出链路上等待传输的时间
    • 取决于路由器的拥塞程度
  • Transmission delay(转发时延)
  • Propagation delay（传播时延）
    • d = length of physical link
    • s = propagation speed in medium
    • propagation delay = d/s

补个带宽爹的两个意义：

• 通信方式：

  • Simplex
  • Half-duplex
  • Full-duplex

• Parallel。并行通信

  • 

• Serial。串行通信

  • 

• 同步串行传输

  • 以时钟信号线对传输的数据线上的信号进行比特分布
  • 以数据块（帧或分组）为单位传输

• 异步串行传输

  • 独立时钟，无需同步
  • 以字符为单位进行传输
  • 发送两个字符之间的间隔是任意的
  • 接收方依靠字符中的起始位和停止位来同步

2.1 数据通信的理论基础

• Fourier Analysis：
  • 

    书上就这一页ppt。能记住公式都算超出纲要了

2.1.2 带宽有限的信号

这一块讲的有点莫名奇妙。没搞明白这块能怎么考。

ppt上稀碎的。

• 在传输过程中振幅不会明显减弱的频率的部分的宽度就称为带宽。
• baseband：基带。一般指的是从0到某个最大频率的信号称为基带信号。
• passband：通带。将被搬移并占用某个更大频率范围的信号称为通带。

  书上通带的解释莫名其妙。重新给个：
  通带,就是有效带宽，指两个截止频率之间的频率范围

后面还提了带宽的两个意义。前面写了，这里不赘述。

2.1.3 信道的最大数据率

爹中爹要来了。

奈奎斯特定理

• If a signal has been run through a low-pass filter of bandwidth H, the signal can be completely reconstructed by making 2H samples per second
  有限带宽的无噪声信道的最大数据传输率

• 注意：这里的2B指的是采样频率是2B。也就是说数据速率是直接受制于采样频率的。而在采样频率低于2B时，采样频率可以直接和Baud一比一换算。如题：
  
  

  当然这题目描述有点问题。但意思是这个意思，到了就行。

给个正常的题目样例。偷的。

香农定理

噪声信道的最大传输速率

给个例题。也是偷的。

这道题没给电平级数，所以不考虑奈奎斯特。

注意：若一道题里既给了信噪比又给了电平级数。则奈奎斯特和香农都要计算，然后取较小的值。电平级数较小时奈奎斯特得到的结果一般都比香农结果要小，因此不可妄取香农。

2.2 引导性传输介质

讲这个的时候我打老头环去了，也不知道哪里是重点哪里不是，所以找的别人笔记抄的。

老头环是真好玩啊。

2.2.1 Magnetic Media

磁介质。

高带宽高延迟。

很贵。

2.2.2 Twister Pair

双绞线。

带宽特性优良，延迟特性很差。

最常用的传输媒体，可用于传送模拟或数字信号。

两根线绞在一起可以构成一个天线，不同电线产生的干扰会相互抵消，显著降低电线的辐射。

信号通常以两根电线的电压差来承载，这样对外部噪声有更好的免疫力。

到6类为止，都是非屏蔽双绞线（UTP）

7类双绞线在每对，整个线缆外加一个屏蔽层。

2.2.3 Coaxial Cable

同轴电缆。

It can span longer distances at higher speeds

High bandwidth(1GHz)

Excellent noise immunity

2.2.4 Power Line

电力线

both inside the home as a LAN and outside the home for broadband Internet access

designed to distribute power signals

2.2.5 Fiber Cables

光纤。

根据中心光纤的直径，分为多模、单模

多模以不同的角度来回反射着前进，单模直径只有几光波，几乎沿直线传输

High bandwidth
Lightweight
Security

书上一大堆，ppt上就两页。我折中一下多加了几句意思意思。

2.3 Wireless Tranmission

老头环真好玩。

2.3.1 电磁频谱

电磁频谱的图不放了，看不懂记不住。

传输频带：

• Using narrow frequency band。大部分用的就是窄波频段
• Spread Spectrum (bluetooth, wlan, cdma)。少数用较宽频段。
  • FHSS：跳频扩频。发射器以每秒几百次的速率从一个频率跳到另一个频率
  • DSSS：直接序列扩频。这种方法使用了一个码片序列，并且将数据信号展开到一个很宽的频段上。
  • UWB：超宽带通信。UWB发送一系列快速脉冲，这些脉冲随着通信信息而不断变化自己的位置。这种位置的快速变换导致信号被稀疏分布在一个很宽的频带上。

2.3.2 Radio Tranmission

• 无线电传输是像个气球一样沿着各个方向传播的，所以不用刻意对齐(下面那个微波传输就得对齐)
• 无线电频率RF（Radio Frequency）
• 路径损耗 不同于引导性介质上的信号衰减是以y=b-kx的大致形式衰减，无线电波随着距离增加，信号能量衰减的速度以距离的-2次幂下降(相当于下降的斜率在不断减小)，这意味着无线电信号可以传播很长的距离。

2.3.3 Microwave Transmission

微波传输。

波的传播几乎是直线的，发射和接收天线必须准确对齐

Distance between repeaters: 80km
每隔一段距离就需要一个中继器。

延迟抵达的微波与直接传输的微波可能不同相，因而信号会相互抵消。这种传播效果称为多径衰落(multipath fading)

Multipath fading(多径衰落) is often a serious problem (取决于天气和频率)

电磁频谱政策不提了。

2.3.4 Infrared Transmission

红外传输。

widely used for short-range communication

方向性，便宜

do not pass through solid objects

2.3.5 Lightwave Transmission

光通信。
不受控的光信号。

瞄准很难。

激光束不能穿透雨或者浓雾。

2.4 Communication Satellites

这一节都不明所以，非常突兀，前后无关联。

我觉得不会考。

2.5 Digital modulation and multiplexing

数字调制和多路复用。

• 比特与代表它们的信号之间的转换过程称为数字调制( digital modulation)。
• 信道通常被多个信号共享。毕竟，用单根线缆传送几个信号比为每个信号铺设一根线缆要便利得多。这种信道的共享形式称为多路复用技术( multiplexing)

2.5.1 Baseband Transmission

基带传输。

中文版的图是真傻逼。

• 带宽效率 bandwidth efficiency
  • NRZ need a bandwidth of at least B/2 Hz when the bit rate is B bits/sec（见奈奎斯特）
  • bit rate=baud rate * the number of bits per symbol

    就是比特率和波特率的关系

  • 信号的级别数不一定是2的幂次方。
• 时钟恢复 clock recovery
  • 说白了就是接收信号接收信号的时候要对时。
  • Manchester / NRZI。曼彻斯特和不归零逆转可以在信号里自带对时功能。其中NRZI是在NRZ基础上的改善。
  • 4B/5B编码不会有三个连续的0。4B/5B是用来解决信号里一长串的0会出现的问题。不细说，我觉得以后会讲。

    这几种编码ppt里就是提了一嘴。第四章应该会细讲。

• 平衡信号。balanced signals。
  • 短时间内正电压和负电压一样多的信号称为平衡信号。
  • 可以通过使用两个电压级别来表示逻辑1。是构造平衡信号的简单方法。即双极编码。
  • 8B/10B。8位被分成一组5位映射到6位，一组3位映射到4位。通过编码映射做到平衡信号。

2.5.2 Passband Transmission

通带传输。
通过调节载波信号的幅值、相位或频率来运载比特的方案。信号占据了以载波信号频率为中心的一段频带。是无线和光纤信道最常使用的调制方法。只能在给定的频带中传输信号。

对于这几种要认得出来

辐移（ASK
频移（FSK
相移（PSK

• 二进制相移键控。BPSK。最简单的相移键控。只有偏移0度和180度两种。
• 正交相移键控。QPSK。四种偏移，45，135，225，315度。每个符号可以传输2个比特信息。

这种图叫星座图（constellation diagram

QAM指的是正交调幅，同时调制了振幅和相位。

其中若有个组合，则表示每个符号可以传输个比特。

2.5.3 频分复用 FDM

图中展示了采用FDM技术复用的三个语音及电话信道。滤波器将每个语音级信道限制成大约为3100Hz的可用宽带。当多个信道被复用在一起时，为每个信道分配4000Hz带宽。比语音通信所需多出来的那部分频带称为保护带（guard band），使得信道之间完全隔离。

两个信道中间夹一个保护带。

2.5.6 时分复用 TDM

每个输入流的比特从一个固定的时间槽(time slot)取出并输出到混合流。该混合流以各个流速率的总和速度发送。这种工作方式要求输入流在时间上必须同步。类似于频率保护带，为了适应时钟的微小变化可能要增加保护时间(guard time)间隔。

2.5.5 码分复用 CDM

这个稍微复杂点。不过意思还是那个意思。

ppt上就一页。不知道写ppt的人怎么想的。

• 码分复用(CDM, Code Division Multiplexing)是扩展频谱(spread spectrum)通信的一种形式，它把一个窄带信号扩展到一个很宽的频带上。这种方法更能容忍干扰，而且允许来自不同用户的多个信号共享相同的频带。

• 码分多址（CDMA）：在CDMA中，每个比特时间被再细分成m个更短的时间间隔，这更短的时间间隔就称为码片(chip)。每个站被分配得到唯一的m位码，称为码片序列(chip sequence)。

• 我们假设用符号S表示站S的m码片向量，用表示它的反码。所有的码片序列都两两正交(orthogonal)，这意味着任何两个不同的码片序列S和T的归一化内积(写为S·T)为0。我们知道，利用Walsh码(Walsh code)可以产生这样的正交码片序列。
  

  任何码片序列和自身的归一化内积一定是1。

• 为了恢复出某个特定站的比特流，接收方必须预先知道这个站的码片序列。只要计算收到的码片序列与该站的码片序列的归一化内积，就可以恢复出该站的比特流。如果收到的码片序列为S，接收方正在监听的那个站的码片序列为C，那么，它只要计算两者的归一化内积，即S·C。

给个例子说明这玩意儿咋用的。

图里都是计算对C站的接收。

波分多路复用 WDM

2.6 The Public Switched Telephone Network

总而言之，电话系统由以下三个主要部分组成：

• 本地回路(进入家庭和公司的模拟双绞线)。Local loops
• 中继线(连接交换局的数字光纤) Trunks
• 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)Switching offices

2.6.3 The Local Loop

Modems

调制解调器。

调制解调器是调制器（modulator）和解调器（demodulator）的缩写。

• 调制解调器使用多种调制技术的组合让每个波特可以传输多个比特。如QPSK和QAM。
• 调制解调器采样频率是2400times/sec。因此提升传输速率依靠提高每波特携带的比特数。
  • V.32: 2400 baud * (5-1) bits = 9.6Kbps
  • V.32bis: 2400 baud * (7-1) bits = 14.4Kbps
  • V.34: 2400 baud * 12 bits = 28.8Kbps
  • V.34bis: 2400 baud * 14 bits = 33.6Kbps
• V.90(56kbps)

ADSL

前置有个xDSL服务。懒得看。就不放了。

非对称数字用户线(ADSL, Asymmetric DSL)

• 为了满足技术目标，本地回路上的1.1MHz频谱被分成256条独立的信道，每条信道宽4312.5Hz。

• 信道0用于简单老式电话服务(POTS, Plain Old TelephoneService)。信道1~5空闲，目的是防止语音信号与数据信号相互干扰。在剩下的250条信道中，一条用于上行流控制， 另一条用于下行流控制，其他的信道全部用于用户数据。

  也就是说是248条用于用户数据

• 大多数提供商倾向于将80%~90%的带宽分配给下行信道，因为大多数用户的下载数据量超过上载数据量。这种选择正好暗示了ADSL中的第一个字母A(非对称)。一种常见的分法是32条信道用于上行数据流，其余的用于下行数据流。

• 在每条信道内使用了QAM调制方案，速率约为4000baud。最高可以达到每buad里15bit

光纤到户 FttH

2.6.4 Trunks and Multiplexing

中继器和多路复用

• PCM(脉冲编码调制：
  在端局，把模拟信号数字化的工作由一个称为编码解码器(codec, coder-decoder)的设备完成。编码解码器每秒采集8000个样值(125微秒样值)，根据尼奎斯特定理，这个采样率足以捕捉一切来自4kHz电话信道带宽上的信息。若采样率较低，信息就会被丢失若采样率较高，也得不到更多的信息。每个信号的样值幅度被量化成一个8比特的数字。

这种技术就是脉冲编码调制(PCM, Pulse Code Modulation)，它构成了现代电话系统的核心。因此，几乎电话系统内的所有时间间隔均为125微秒的倍数。也正是因为这个原因，语音级电话呼叫的标准化未压缩数据率是每125微秒8比特，或64kbps

• TDM时分多路复用
  

  T1载波(T1 carrier)

  T1载波包含24条被复用在一起的语音信道，每个信道依次将8比特的样值插入到输出流中

  每帧包含24×8=192个比特，再加上额外一个比特用于控制，因而每125微秒产生193个比特。这样得到的数据传输率为1.544Mbps，其中8kbps用于信令控制。第193个比特用于帧同步和信令。

  The T1 carrier (1.544 Mbps).E1 2.048Mbps

  T1复用到高级载波
  

2.6.5 Swicthing

没啥说的。老一套。
下面两道题吃透了基本这个知识点就吃透了。

我字写的好丑（赞叹