【计算机网络】物理层（二）

当传输距离较近时，计算机网络采用基带传输方式距离衰减较小，信号内容不易改变）

当传输距离较远时，计算机网络采用宽带传输（即使信号变化较大，也可以最终过滤基带信号）

注： 基带信号分为数字基带信号和模拟基带信号。然而，在计算机网络中，我们可以理解基带传输数字信号，宽带传输模拟信号

在归零编码(RZ)高电平代表1，低电平代表0（或相反），每个时钟周期的中间跳转到低电平（零），接收方根据跳转调整时钟基准，为双方提供自同步机制。由于零需要占用部分带宽，因此传输效率受到一定程度的影响。

非归零编码(NRZ) 与 RZ编码的区别在于不归零，一个周期可以用来传输数据。 NRZ编码无法传输时钟信号，无法判断码元的开始和结束，因此收发双方难以保持同步。因此，如果你想传输高速同步数据，你需要有时钟线。

反向非归零编码(NRZI) 与 NRZ编码的区别在于使用信号翻转代表0，信号保持不变代表1。翻转信号本身可以作为通知机制。这种编码方法集成了前两种编码的优点，不仅可以传输时钟信号，还可以尽可能不损失系统带宽。

USB 2.0通信的编码方式就是NRZI编码。

将一个码元分为两个相等间隔，前一个间隔为低电平，后一个间隔为高电平，表示码元1；码元0恰恰相反。相反的规定也可以使用。

该编码的特点是电平跳变出现在每个码元的中间。位置中间的跳变既是时钟信号(可用于同步)，也是数据信号，但它所占据的频带宽度是原基带宽度的两倍。

每个码元调整为两个电平，因此数据传输速率仅为调制速率的1/2。

注意：以太网使用的编码方法是慢切斯特编码

其规则是： 如果码元为1，则前半码元的电平与上半码元的后半码元相同，如果为0，则相反。该编码的特点是每个码元中间都有一个电平跳转，可以实现自同步，抗干扰性强于曼彻斯特编码。

曼切斯特斯特编码常用于局域网传输

数字数据调制技术将数字信号转换为号转换为模拟信号，在接收端将模拟信号还原为数字信号，对应于调制解调器的调制和解调过程。

计算机内部处理二进制数据，处理数字音频。因此，模拟音频需要通过采样和量化转换为有限数字离散序列(即实现音频数字化)。

最典型的例子是编码音频信号的脉码调整（PCM），在计算机应用中，能达到最高保真水平的是 PCM编码广泛应用于材料保存和音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的 WAV它主要包括三个步骤：

抽样、量化、编码。

1. 抽样：定期扫描模拟信号，将时间上的连续信号转换为时间上的离散信号。为了使所获得的离散信号能够代表抽样的模拟数据，应使用抽样

采样定理：f (采样频率) ≥ 2 f (最高信号频率)

2. 量化： 根据一定的分级标幅值按一定的分级标度转换为相应的数字值，并取整数，将连续的电平幅值转换为离散的数字量。
3. 编码：将量化结果转换为相应的二进制编码。

为了实现传输的有效性，可能需要更高的频率。该调制方法还可以利用频分复用技术，充分利用带宽资源。电话和本地交换机传输的信号采用模拟信号传输模拟数据；模拟声数据加载到模拟载波信号中。

常用的多路复用技术有频分多路复用技术和时分多路复用技术。

1.频分多路复用是将各种信号调制到不同的频段进行传输，多用于模拟通信。

2.时间多路复用技术是利用时间离散的脉冲形成不重叠的多路信号，广泛应用于数字通信。

在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由中间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，这条线路一直保持。

特点：独占资源，用户始终占用端到端的固定传输带宽。适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况。

报文：报文(message)是网络中交换与传输的数据单元，即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短很不一致，长度不限且可变。

数据交换单位为报文，报文携带目标地址、源地址等信息，且对报文的大小没有限制，采用存储转发的传输方式，无需建立连接、动态分配线路、可以提供多目标的服务。

分组：大多数计算机网络都不能连续地传送任意长的数据，所以实际上网络系统把数据分割成小块，然后逐块地发送，这种小块就称作分组（packet）。

分组交换与报文交换的工作方式基本相同，都采用存储转发方式，形式上的主要差别在于，分组交换网中要限制所传输的数据单位的长度，一般选 128B。 发送节点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储，而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。接收结点将收到的分组组装成信息或报文。

分组根据其通信子网向端点系统提供的服务，还可以进一步分为面向连接的虚电路方式和无连接的数据报方式。

1.源主机（A）将报文分成多个分组，依次发送到直接相连的结点A。 2.结点A缓存收到的分组后，对每个分组差错检测和路由选择，不同分组的下一跳结点可能不同。 3.结点C收到分组P1后，对分组P1进行差错检测，若正确则向A发送确认信息，A收到C确认后则丢弃分组P1副本。 4.所有分组最终到达主机B

1. 数据报方式为网络层提供无连接服务。发送方可随时发送分组，网络中的结点可随时接收分组。

2. 同一报文的不同分组达到目的结点时可能发生乱序、重复与丢失。

3. 每个分组在传输过程中都必须携带源地址和目的地址，以及分组号。

4. 分组在交换结点存储转发时，需要排队等候处理，这会带来一定的时延。当通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时，这种时延会大大增加，交换结点还可根据情况丢弃部分分组。

5. 网络具有冗余路径，当某一交换结点或一段链路出现故障时，可相应地更新转发表，寻找另一条路径转发分组，对故障的适应能力强，适用于突发性通信，不适于长报文、会话式通信。

虚电路将数据报方式和电路交换方式结合，以发挥两者优点。

虚电路：一条源主机到目的主机类似于电路的路径（逻辑连接），路径上所有结点都要维持这条虚电路的建立，都维持一张虚电路表，每一项记录了一个打开的虚电路的信息。

1.虚电路方式为网络层提供连接服务。源节点与目的结点之间建立一条**逻辑连接**，而非实际物理连接。

2.一次通信的所有分组都通过虚电路顺序传送，分组不需携带源地址、目的地址等信息，包含虚电路号，相对数据报方式开销小，同一报文的不同分组到达目的结点时不会乱序、重复或丢失。

3.分组通过虚电路上的每个节点时，节点只进行差错检测，不需进行路由选择。

4.每个节点可能与多个节点之间建立多条虚电路，每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数据传输，可以对两个数据端点的流量进行控制，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务。

5.致命弱点：当网络中的某个结点或某条链路出故障而彻底失效时，则所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏。

1. 传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。
2. 当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分 组交换传送数据较为合适。
3. 从信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。