《计算机网络》笔记:物理层

ADSL DMA 网络 补码 多路复用 电话网络 电路交换 香农定理

数据通信的理论基础

  • 傅里叶分析
  • 带宽:传输过程中振幅不会明显减弱的一段频率范围
  • 尼奎斯特定理:无噪声、有限带宽信道的最大传输率=2Hlog2(V) b/s
  • 香农定理:带宽为H,信噪比为S/N的信道最大传输率=Hlog2(1+S/N)

有导向的传输介质

  • 磁介质:物理磁带
  • 无屏蔽双绞线(UTP,unshielded twisted pair):3类双绞线(4对在一个塑料套内);5类双绞线(拧得更紧,串音更少)
  • IBM屏蔽双绞线
  • 同轴电缆:屏蔽性好,可以传输很长距离
  • 光纤:多模光纤、单模光纤;有源中继器、无源星型结构

无线传输

  • 电磁波:调频扩频、直接序列扩频
  • 无线电传输:VLF、LF、MF(沿地表);HF、VHF(电离层)
  • 微波传输:多径衰减、ISM频段
  • 红外线与毫米波
  • 光波传输

通信卫星

  • 异频发射应答器、弯曲管道

同步卫星 GEO

  • Geostationary Earth Orbit
  • 保持站位、足迹(覆盖范围)、小孔终端(VSAT)、中心站(hub,连接VSAT)

中间轨道卫星 MEO

  • Medium Earth Orbit
  • GPS:24颗

低轨道卫星 LEO

  • Low Earth Orbit
  • 铱计划:77颗,改名为镝(66颗卫星);针对偏远地区的电话用户;太空转发
  • Globalstar:48颗;传回地面转发
  • Teledesic:288颗;针对internet用户

公共交换电话网络

电话系统结构

  • 电话->本地回路->端局->长途干线->长途局->中心交换局->长途局…

电话业中的政治学

  • ATT分解为ATT长话公司和23个Bell 运行公司(BOC,bell operating company)
  • 每个LATA(local access and transport areas)内有一个LEC(local exchange carrier);IXC(IntereXchange carrier)在LATA区域建立POP(point of presence)实现LATA间通信。

本地回路

  • 调制解调器:正弦载波、调频、调幅、波特、码元、QPSK、QAM-16、TCM、V.32 bis(14400bps)、V.34 bis(33.6kbps)、V.90(33.6kbps上行,56kbps下行)、V.92(48kbps上行)
  • 全双工(同时两个方向的传输)、半双工(同时只有一个方向)、单工(只有一个方向)
  • 数字用户线路(DSL,digital subscriber lines)、非对称数字用户线路(ADSL,asymmetric DSL):ATT将整个带宽划分为多个频段,包括语音、上行数据、下行数据
  • 无线本地回路:ILEC、CLEC、WLL、MMDS、LMDS

干线和多路复用

  • 频分多路复用 FDM
  • 波分多路复用 WDM
  • 时分多路复用 TDM
  • SONET/SDH

交换

  • 电路交换:建立物理连接
  • 报文交换:存储转发网络
  • 分组交换:数据块大小上限

移动电话系统

  • 按钮启动式通话系统:只有一个信道
  • IMTS(improved mobile telephone system):上行和下行信道

第一代:模拟语音

  • AMPS(advanced mobile phone system):蜂窝单元、微蜂窝单元、MTSO(mobile telephone switching office,移动电话交换局)、MSC(mobile switching center,移动交换中心)、移交(软移交、硬移交)
  • 信道:832个全双工信道,包括控制、呼叫、访问、数据

第二代:数字语音

  • D-AMPS(数字的高级移动电话系统):美国,MAHO(移动电话辅助移交),使用FDM、TDM
  • GSM(global system for mobile communication,全球移动通信系统):美国和日本(修订形式),使用FDM、TDM
  • CDMA(code division multiple access,码分多路访问):美国和欧洲、时间片、正交的时间片序列(1为时间片序列、0为其补码)

第三代:数字语音与数据

  • IMT-2000(international mobile telecommunications):ITU提出,筛选后的提案主要有两个:
  • WCDMA(wideband CDMA):爱立信提出,欧盟称其为UMTS(universal mobile telecomunications system)
  • CDMA2000:qualcomm提出
  • 爱立信购买qualcomm基本方案,提出3G
  • 2.5G提案:EDGE(enhanced data rates for GSM evolution,基于GSM)、GPRS(general packet radio service,基于D-AMPS或者GSM上的层叠分组网络)

有线电视

  • 共天线电视:天线(头端)->同轴电缆->分接头->电视落线
  • 基于有线电视网络的internet
  • HFC(hybrid fiber coax):交换机->头端->光纤干线->光纤节点->同轴电缆->分接头->住宅(用户间冲突)
  • 固定电话系统:长途局(由光纤干线相连)->光纤->端局->本地回路->铜的双绞线->住宅
  • 频谱分配:上行数据、下行数据(TV、FM、下行数据流)
  • 电缆调制解调器(DOCSIS,data over cable service interface specification):通过电视电缆访问internet
  • ASDL与有线电视网
  • 均使用光纤的骨干网
  • 有线电视网拥有几百倍与双绞线的承载容量
  • 有线电视网难以说明有效带宽容量:取决于用户数量和电视节目带宽
  • ASDL更可靠:备份电源
Harttle

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