物理层

有两种连接方式：

  • 共享介质：铜轴电缆等
  • 点对点的连接：光缆

LAN物理层介质分为三类：

  • 传输电信号的
  • 传输光信号的
  • 无线电波

常用的传输介质：

UTP

双绞线。八根线组成，两根一组，可以抵消一定的外部电磁波干扰。双绞线的有效范围认为是100m。现在是六代双绞线。是现在局域网主流的布线方案。

优点：轻，薄而且插头小。

缺点：避免噪音的能力不是很强。布线的时候一般要避免有大功率的电器在附近。只能在比较短的距离内使用。适用于局域网内使用而不适用于广域网。

同轴电缆

中间是铜导线，然后是绝缘膜，然后是一层金属网，可以保证不受外界干扰。最外面是塑胶套。适用于广域网使用。

分为粗缆和细缆。粗缆的传输距离能达到500m

光缆

不受外界电磁波干扰。

传输介质是中间的二氧化硅丝。依靠全反射。

接口分为两部分，一个用来发信，一个用来接收。

又分为单模（单一模式）和多模。单模的传输距离更远，光缆丝更细，能量损失小。多模在一个介质中，通过入射角的不同来区分。

无线传输

通过频率来区分，可以保证不干扰。

主流的无线传输方案：

  • 激光
  • 红外
  • 无线电波：穿过障碍物，但是信号容易受到干扰。有通过陆地上的基站发射的电波，也有通过卫星发射的电波。

线路连接相关规范

UTP

现在使用的UTP中TIA/EIA 568A和568B是主要的生活住宅区使用的布线。

UTP的分类：

  • 一类线：只用作语音传输不用做数据传输。
  • 二类线：主要用于令牌网。
  • 三类线：达到了10Mbps带宽。
  • 四类线：主要用于令牌网。
  • 五类线：常用的以太网电缆，比三类线的绞合程度高，抗干扰能力强，速度达到100BASE-T即百兆。
  • 超五类线：现在最常用的主流线，速度达到千兆。
  • 另外还有六类线和七类线，但不常用。

Cable

网络拓扑中会用到的常用电缆有如下三种：

  • Straight-through Cable 直通线。两个端口都使用T568B标准。PC-Switch,Router-Switch都使用这种线连接。
  • Rollover Cable 反转线。两个端口线头的排列顺序恰好反序。这种线不能连接以太网口，只能用来连接控制口，因此也叫做控制台线(Console Cable)。
  • Crossover Cable 交叉线。两个端口其中一个使用T568A标准，另一个使用T568B标准。也就是有两个pair互换位置。一般用来相同设备之间的连接，比如PC-PC，Switch-Switch。另外PC-Router也用交叉线。

这里讨论布线假设使用的都是百兆网线，如果是千兆网线将没有必要区分直通线和交叉线，因为效果一样。

传输的局限

  1. 传输时间延迟
  2. 信号损耗，受到外界干扰。
  3. 反射问题，介质不稳定或者有中断，扭结的时候会造成信号反射导致网线不能正常使用。

冲突和冲突域

总线拓扑结构中，如果两天终端同时发信就会造成数据冲突。

Repeater和hub等第一层设备会使得冲突域变大，因为整个总线网络中允许接入的设备更多了。而Bridge,Switch,Router则可以将总线网络分成段，使得冲突域变小，他们是第二层或者第三层设备。

数据通信的基本知识

基本术语

信号：signal，数据电气或者电磁的表现。模拟信号的消息参数取值是连续的，数字信号的消息参数取值是离散的几个值。

码元：code，在一个时域中，数字信号传输中代表不同离散值的所有基本波形所蕴含的bit信息。不一定是只有一位，比如如果有八种波形，那么码元就有3位。时域指的是传输一个码元所需要的时间。码元传输率就取决于码元的位数。

码元传输率越高，信号传输距离越远，信号失真就越严重。

传输速率公式：

  • C=Wlog2L (bps) 其中W是频率Hz，L是一个码元对应的不同波形个数。这个公式是理想条件下的。
  • C=Wlog2(1+S/N) bps S是信号平均频率而N是高斯噪声功率。

波特率：指的是信号每秒钟变化的次数。

比特率：每秒钟传输的二进制位数。如果每个信号表示3位，也就是码元是3位，那么比特率就是波特率的3倍。

数据通信系统模型

PC–数字比特流–>调制解调器–模拟信号–经过传输系统–模拟信号–>调制解调器–数字比特流–>PC

基带：基本频带，指的是原始信号固有的频带，基带传输指的是直接使用原始数字信号进行数据传输。

理论上有三种调制方式：调幅，调频和调相，但是实际上只有调频和调相使用比较多。

线路编码

编码方式分为三种：

  • 单极性编码
  • 极化编码
  • 双极性编码

单极性编码就是简单地用0电平表示0，正电平表示1。有很多问题。

极化编码中有几种：

  • 不归零电平编码：负电平表示0，正电平表示1。
  • 不归零反相制码：电平反转一次表示1，无变化表示0。
  • 归零制码：用负电平表示0，正电平表示1，每传输一位归零。效率低。
  • 曼彻斯特码：每一位的传输时间中，中间有一个跳变，从低跳到高表示1，从高到低表示0。
  • 差分曼彻斯特码：每一位中间的跳变代表时钟，而位前的跳变代表数据位。位前跳变代表1，不跳变代表0。

双极性编码则是0电平代表0，交替使用正或负电平代表1。

信道复用技术

主要有五种复用方式。

  1. 时分复用 TDM：传输时间平均分给所有用户，所有用户在不同时间中占用同样的频率宽度。但是这样的分配会造成资源浪费。
  2. 统计时分复用 STDM：当用户有信号传输请求时给他一段时间。但是这样的传输要求每个帧中要指定来源的用户信息。
  3. 频分复用 FDM：给每个用户分配不同的传输频率带宽，所有用户可以同时使用。
  4. 波分复用：在光缆传输中使用。所有用户按照波长分配信号传输。现在的光缆所使用的方案。
  5. 码分复用：给各个用户使用不同的码型(n bits 的特殊编码)来表示他的0或1一位。不同的基站对于同一个用户的解读方案也是不相同的。这种方法的传输波形类似白噪声，很难被敌人发现。