feat: 完善计网01体系结构，新增02物理层章节
This commit is contained in:
parent
6f9d6b6202
commit
cab94f88c7
|
|
@ -14,6 +14,19 @@
|
||||||
| 2 | 数据链路层 | 帧同步、差错控制、MAC寻址 | PPP、Ethernet、交换机 |
|
| 2 | 数据链路层 | 帧同步、差错控制、MAC寻址 | PPP、Ethernet、交换机 |
|
||||||
| 1 | 物理层 | 比特流传输、接口标准 | 集线器、中继器、双绞线 |
|
| 1 | 物理层 | 比特流传输、接口标准 | 集线器、中继器、双绞线 |
|
||||||
|
|
||||||
|
**各层关键职责分布**（五层模型）：
|
||||||
|
|
||||||
|
| 功能 | 应用层 | 传输层 | 网络层 | 数据链路层 | 物理层 |
|
||||||
|
|------|:-----:|:-----:|:-----:|:--------:|:-----:|
|
||||||
|
| 流量控制 | | ✔ 滑动窗口 | | ✔ 滑动窗口 | |
|
||||||
|
| 差错控制 | | ✔ 端到端校验+重传 | ✔ 头部校验 | ✔ 帧校验+重传 | |
|
||||||
|
| 拥塞控制 | | ✔ TCP拥塞控制 | ✔ 路由策略 | | |
|
||||||
|
| 路由与寻址 | | | ✔ IP路由 | ✔ MAC寻址 | |
|
||||||
|
| 复用与分用 | | ✔ 端口复用 | | | |
|
||||||
|
| 会话管理 | ✔（应用层内部） | | | | |
|
||||||
|
| 数据表示 | ✔（应用层内部） | | | | |
|
||||||
|
| 用户接口 | ✔ 应用协议 | | | | |
|
||||||
|
|
||||||
#### 1.2 TCP/IP四层模型
|
#### 1.2 TCP/IP四层模型
|
||||||
|
|
||||||
| 层次 | 对应OSI | 主要协议 |
|
| 层次 | 对应OSI | 主要协议 |
|
||||||
|
|
@ -66,6 +79,21 @@ TCP/IP Model - Encapsulation Decapsulation
|
||||||
- **SDU**：服务数据单元
|
- **SDU**：服务数据单元
|
||||||
- **PDU**：协议数据单元
|
- **PDU**：协议数据单元
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 1.6 性能指标
|
||||||
|
|
||||||
|
| 指标 | 定义 | 说明 |
|
||||||
|
|------|------|------|
|
||||||
|
| 带宽 | 信道所能承载的最高数据传输速率 | 单位 bps（Hz），如 100Mbps、1Gbps |
|
||||||
|
| 吞吐量 | 单位时间内实际传输的数据量 | ≤ 带宽，受网络拥塞影响 |
|
||||||
|
| 时延 | 数据从源到目的地所需总时间 | = 发送时延 + 传播时延 + 处理时延 + 排队时延 |
|
||||||
|
| 发送时延 | 数据从节点进入传输介质的时间 | = 数据长度 ÷ 发送速率 |
|
||||||
|
| 传播时延 | 电磁波在信道上传播的时间 | = 信道长度 ÷ 电磁波传播速度 |
|
||||||
|
| 处理时延 | 交换机/路由器处理数据的时间 | 包括检错、查路由表等 |
|
||||||
|
| 排队时延 | 数据在缓存中等待转发的时间 | 取决于网络拥塞程度 |
|
||||||
|
| 时延带宽积 | 衡量链路上最大比特数量 | = 传播时延 × 带宽（bit） |
|
||||||
|
| 往返时间 RTT | 数据发送到收到确认的总时间 | 影响 TCP 拥塞控制策略 |
|
||||||
|
| 信道利用率 | 信道有数据通过的时间比例 | 过高会导致排队时延剧增 |
|
||||||
|
|
||||||
### 2. 电路交换，报文交换，分组交换
|
### 2. 电路交换，报文交换，分组交换
|
||||||
|
|
||||||
#### 2.1 电路交换（Circuit Switching）
|
#### 2.1 电路交换（Circuit Switching）
|
||||||
|
|
@ -125,10 +153,9 @@ TCP/IP Model - Encapsulation Decapsulation
|
||||||
|
|
||||||
| 特性 | 电路交换 | 报文交换 | 分组交换 |
|
| 特性 | 电路交换 | 报文交换 | 分组交换 |
|
||||||
|------|:-------:|:-------:|:-------:|
|
|------|:-------:|:-------:|:-------:|
|
||||||
| 是否建立连接 | 必须 | 不需要 | 不需要 |
|
| 时延 | 建立时延大，传输时延小 | 时延大（存储完整报文） | 时延较小（存储转发分组） |
|
||||||
| 传输单位 | 比特流 | 完整报文 | 分组 |
|
| 缓存 | 无需缓存 | 需缓存完整报文（内存需求大） | 需缓存分组（内存需求小） |
|
||||||
| 转发方式 | 连续比特流 | 存储转发 | 存储转发 |
|
| 信道利用率 | 低（独占信道，空闲浪费） | 较高（共享信道） | 高（统计复用） |
|
||||||
| 时延 | 建立时延大，传输时延小 | 时延大 | 时延较小 |
|
| 是否有序到达 | 是（专用路径） | 是（逐跳转发） | 不一定（可能失序） |
|
||||||
| 资源占用 | 独占信道 | 共享信道 | 共享信道 |
|
| 差错控制 | 无检错/重传机制 | 有（逐段校验） | 有（逐段校验+重传） |
|
||||||
| 可靠性 | 高 | 较低 | 高（可重传） |
|
|
||||||
|
|
||||||
|
|
|
||||||
|
|
@ -0,0 +1,129 @@
|
||||||
|
## 物理层
|
||||||
|
|
||||||
|
### 1. 通信基础
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 1.1 基本概念
|
||||||
|
|
||||||
|
| 术语 | 定义 |
|
||||||
|
|------|------|
|
||||||
|
| 信号 | 数据的电气或电磁表现，分模拟信号和数字信号 |
|
||||||
|
| 码元 | 固定时长的信号波形（基本波形），一个码元可携带多个比特 |
|
||||||
|
| 波特率 | 单位时间内传输的码元个数，单位 Baud |
|
||||||
|
| 比特率 | 单位时间内传输的比特数，单位 bps |
|
||||||
|
| 信源 | 产生数据的设备 |
|
||||||
|
| 信宿 | 接收数据的设备 |
|
||||||
|
| 信道 | 信号传输的介质通路 |
|
||||||
|
|
||||||
|
> **关系**：比特率 = 波特率 × log₂(码元状态数)
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 1.2 奈奎斯特定理（Nyquist）
|
||||||
|
|
||||||
|
在**无噪声**理想低通信道下：
|
||||||
|
|
||||||
|
> **极限波特率** = 2W（Baud）
|
||||||
|
> **极限比特率** = 2W log₂V（bps）
|
||||||
|
|
||||||
|
- W：信道带宽（Hz）
|
||||||
|
- V：码元可取的离散电平数（信号状态数）
|
||||||
|
- 仅限制了码元传输速率，未限制比特率（可通过增加 V 提升）
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 1.3 香农定理（Shannon）
|
||||||
|
|
||||||
|
在**有噪声**信道下：
|
||||||
|
|
||||||
|
> **极限比特率** = W log₂(1 + S/N)（bps）
|
||||||
|
|
||||||
|
- W：信道带宽（Hz）
|
||||||
|
- S/N：信噪比（倍），通常用 dB 表示：信噪比(dB) = 10 log₁₀(S/N)
|
||||||
|
- 给出了理论上最大信息传输速率，无法通过提高 V 超越
|
||||||
|
|
||||||
|
> **奈氏 vs 香农**：奈氏给出无噪声下的上限（受码元状态数限制），香农给出有噪声下的上限（受信噪比限制），实际速率取两者较小值。
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 1.4 编码与调制
|
||||||
|
|
||||||
|
| 操作 | 定义 | 示例 |
|
||||||
|
|------|------|------|
|
||||||
|
| 编码 | 数字数据 → 数字信号 | 曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码、NRZ、4B/5B |
|
||||||
|
| 调制 | 数字数据 → 模拟信号 | ASK、FSK、PSK、QAM |
|
||||||
|
|
||||||
|
**常见编码方式**：
|
||||||
|
|
||||||
|
| 编码 | 特点 |
|
||||||
|
|------|------|
|
||||||
|
| NRZ（不归零） | 高电平=1，低电平=0，无同步时钟 |
|
||||||
|
| 曼彻斯特 | 每个码元中间跳变，上升沿=0/1（取决于标准），自带时钟 |
|
||||||
|
| 差分曼彻斯特 | 码元开始处有跳变=0，无跳变=1，抗干扰更强 |
|
||||||
|
| 4B/5B | 4位数据映射为5位码元，保证足够跳变用于同步 |
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 1.5 数据传输方式
|
||||||
|
|
||||||
|
| 方式 | 说明 |
|
||||||
|
|------|------|
|
||||||
|
| 串行传输 | 逐位传输，节省信道资源 |
|
||||||
|
| 并行传输 | 多位同时传输，速度快但线路多 |
|
||||||
|
| 同步传输 | 收发时钟同步，以块为单位传输 |
|
||||||
|
| 异步传输 | 每个字符加起始位和停止位，字符间间隔任意 |
|
||||||
|
| 单工 | 单向传输（电视广播） |
|
||||||
|
| 半双工 | 双向交替传输（对讲机） |
|
||||||
|
| 全双工 | 双向同时传输（电话） |
|
||||||
|
|
||||||
|
### 2. 传输介质
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 2.1 导向型传输介质
|
||||||
|
|
||||||
|
| 介质 | 特性 | 典型应用 |
|
||||||
|
|------|------|---------|
|
||||||
|
| 双绞线 | 成本低，抗干扰较差（加屏蔽层可改善） | 以太网（100m以内） |
|
||||||
|
| 同轴电缆 | 抗干扰好，带宽较高 | 有线电视、早期以太网 |
|
||||||
|
| 光纤 | 带宽极高，损耗小，抗干扰强，安全 | 骨干网、长距离传输 |
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 2.2 非导向型传输介质
|
||||||
|
|
||||||
|
| 介质 | 特性 |
|
||||||
|
|------|------|
|
||||||
|
| 无线电波 | 穿透力强，传播距离远，全向 |
|
||||||
|
| 微波 | 频率高，带宽大，直线传播，需中继 |
|
||||||
|
| 红外线 | 短距离，不能穿墙，遥控 |
|
||||||
|
| 激光 | 直线传播，带宽大，受天气影响 |
|
||||||
|
|
||||||
|
### 3. 物理层设备
|
||||||
|
|
||||||
|
| 设备 | 层级 | 功能 |
|
||||||
|
|------|:---:|------|
|
||||||
|
| 中继器 | 1 | 放大衰减信号，延长传输距离（5-4-3 规则） |
|
||||||
|
| 集线器 | 1 | 多端口的中继器，所有端口共享带宽，广播转发 |
|
||||||
|
|
||||||
|
> **5-4-3 规则**：10Mbps 以太网中，最多 5 段网线、4 个中继器/集线器、3 个计算机网段。
|
||||||
|
|
||||||
|
### 4. 复用技术
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 4.1 频分复用（FDM）
|
||||||
|
|
||||||
|
- 将信道划分为不同频段，各信号占用不同频率
|
||||||
|
- 所有用户同时发送，各自占用不同频率
|
||||||
|
- 典型应用：广播电视、ADSL
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 4.2 时分复用（TDM）
|
||||||
|
|
||||||
|
- 将时间划分为等长时隙（时间片），各用户轮流占用
|
||||||
|
- **同步 TDM**：时隙固定，用户无数据时浪费
|
||||||
|
- **统计 TDM**：按需分配时隙，提高利用率
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 4.3 波分复用（WDM）
|
||||||
|
|
||||||
|
- 光的频分复用，在一根光纤中传输多个不同波长的光信号
|
||||||
|
- 密集波分复用（DWDM）可达上百个信道
|
||||||
|
|
||||||
|
#### 4.4 码分复用（CDM/CDMA）
|
||||||
|
|
||||||
|
- 每个用户分配唯一正交码序列
|
||||||
|
- 所有用户同时同频发送，接收端通过码序列分离信号
|
||||||
|
- 抗干扰强，保密性好，用于 3G 移动通信
|
||||||
|
|
||||||
|
### 5. PCM（脉冲编码调制）
|
||||||
|
|
||||||
|
将模拟信号转换为数字信号的三个步骤：
|
||||||
|
|
||||||
|
1. **采样**：对模拟信号定时采样，频率 ≥ 2 倍信号最高频率（奈奎斯特采样定理）
|
||||||
|
2. **量化**：将采样值映射到有限个离散电平
|
||||||
|
3. **编码**：将量化值转换为二进制码
|
||||||
Loading…
Reference in New Issue