lesson10-13计算机网络物理层三节课速通：数据通信、信道、编码与传输介质（含考试重点）

Lesson 10 数据通信基础这一课只有一个目标弄明白数据是怎么从一台电脑跑到另一台电脑的一、什么叫通信先举个例子。你给朋友打电话你 ↓ 说话 ↓ 电话线 ↓ 朋友是不是完成了一次信息传递这就是通信Communication计算机也一样。例如电脑A发送你好电脑B收到你好这就是数据通信。教材定义数据通信就是利用通信系统传输数据的过程。考试喜欢考数据通信和计算机通信本质上都是为了完成信息传输。二、数据通信系统由哪些部分组成这是考试必考。整个通信系统其实只有五部分。发送方 ↓ 发送设备 ↓ 信道 ↓ 接收设备 ↓ 接收方例如你发微信。你 ↓ 手机 ↓ WiFi ↓ 朋友手机 ↓ 朋友对应通信系统实际例子发送方你发送设备你的手机信道WiFi、光纤接收设备对方手机接收方朋友★★★★★一定要会对应。三、什么是数据很多同学认为数据就是数字。其实不是。例如文字 图片 视频 音乐 网页这些都是数据。网络里面最终都会变成010101010...也就是二进制。为什么因为计算机只认识0 1所以所有内容最后都变成0和1。四、什么是信号这里开始容易混。教材有一句话数据不能直接传输。什么意思举个例子。假设电脑里面010101这些只是数字。数字不能在网线里面跑。怎么办必须变成信号Signal举个例子。我们平时说话。脑子里面想的是文字。真正传播的是声音。同样电脑里面存的是数据。真正在线路上传播的是信号。所以数据需要转换成信号才能传输。五、信号分两种★★★★★考试高频。① 数字信号只有两个状态。例如高电平 ____ ____ |____|可以理解成开关或者10特点变化突然。只有01② 模拟信号连续变化。例如声音。画出来像波浪。/\ / \ ____/ \____特点连续变化。没有绝对0绝对1。六、为什么有数字信号和模拟信号因为不同设备不同。例如电脑 产生 数字信号。电话 以前传输模拟信号。所以有时候需要 相互转换。我们以后学习调制。就是干这个。七、几个容易混的概念★★★★★这里是考试最喜欢考的。数据计算机里面保存的内容。例如图片 文字 视频信号在线路上传播的东西。例如电信号 光信号 无线电波口诀数据存储在计算机中信号传播在线路中。八、什么叫比特bit前面学过网络最小单位不是Byte。而是Bit。例如1 0 1 0每一个就是一个bit。关系8 bit 1 Byte★★★★★必须会。九、什么叫码元★★★★★这里开始有一点难。很多同学第一次都会混。先别怕。假设线路发送____ | | |__|这个高电平。代表1。一次发送一个信号。这个信号叫一个码元Symbol注意码元不是一定等于1bit。这是考试陷阱。例如如果规定高电平 11那么一个码元就表示2bit。所以码元和比特不是同一个概念。我们后面学习波特率时会再次讲到。十、本课总结今天只记住下面这张图。发送方 │ 数据 │ 发送设备 │ 把数据转换成信号 │ 信道 │ 信号传播 │ 接收设备 │ 信号恢复成数据 │ 接收方 最后我用一个故事帮你串起来假设你给同学发微信你输入 明天考试。 ↓ 应用程序把文字变成二进制数据 ↓ 发送设备把数据转换成电信号 ↓ 信号通过 WiFi 或光纤传播 ↓ 同学的手机接收到信号 ↓ 手机把信号恢复成二进制数据 ↓ 微信显示 明天考试。这就是数据通信的完整过程。第二章 Lesson 11信道★★★★★重要程度⭐⭐⭐⭐⭐一、先解决一个误区很多同学认为网线 信道其实❌错举个例子。假设北京到上海有一条高速公路。北京 上海现在问你高速公路是什么答案传输介质。那汽车真正跑的是哪答案车道。例如 ← → →是不是同一条高速公路。可以有很多车道。网络也是一样。网线相当于高速公路。真正的数据走的是信道Channel所以一句话记住传输介质是路信道是数据真正传输的通道。二、什么是信道教材定义信道是信号传输的通道。关键词信号。不是数据。而是信号。例如电脑A ↓ 网线 ↓ 电脑B真正传输不是文字。不是图片。而是电信号。所以信道负责传输信号。三、信道有哪些类型教材主要分信道 ├── 单工 ├── 半双工 └── 全双工★★★★★考试最喜欢考。第一种单工通信Simplex最简单。一句话只能一个方向。例如广播。广播站 ↓ 听众听众只能听。不能讲话。再例如电视。电视台 ↓ 你你不能把节目发回电视台。所以单工A ------ B只能一个方向。特点只能发送。或者接收。不能反过来。考试喜欢问广播属于什么通信答案单工通信。第二种半双工通信Half Duplex什么意思一句话两个方向都可以但是不能同时。这里最容易理解的是对讲机。例如A 收到请回答。 …… B 收到。为什么每次都说“收到请回答。”因为不能一起说。如果A讲话。B也讲话。双方都听不到。所以半双工可以A ----- B 或者 A ----- B但是不能A ----- B同时。口诀你说我听我说你听。考试对讲机属于半双工。第三种全双工通信Full Duplex这是最常见。例如打电话。你讲话。朋友也讲话。可以同时进行。是不是所以全双工A B两个方向同时通信。现实还有微信语音 视频会议 QQ电话基本都是全双工。四、为什么全双工可以同时通信很多学生问。举个例子。高速公路。如果只有一条车道。汽车只能轮流走。如果两条车道。 是不是两个方向同时走网络也是一样。全双工通常两个方向各有自己的信道。互不影响。五、三种通信方式对比★★★★★考试必背。通信方式是否双向是否可同时例子单工否否广播、电视半双工是否对讲机全双工是是电话、微信语音六、考试最喜欢出的题题目一广播属于A 全双工B 半双工C 单工答案C题目二对讲机属于答案半双工。题目三电话属于答案全双工。题目四★★★★★下面关于半双工正确的是A 可以同时发送B 可以同时接收C 两个方向可以通信但不能同时D 只能一个方向通信答案C七、一个容易混淆的问题很多同学会问WiFi 是半双工还是全双工对于考试来说不要自己发挥。教材里一般举例广播 → 单工对讲机 → 半双工电话 → 全双工如果老师没有扩展不需要考虑 WiFi 等现实技术的特殊实现。考试按教材答。八、信道容量先了解后面奈奎斯特。香农。都会讲。今天先知道一句话。信道容量表示一个信道能够传输数据的最大能力。例如100Mbps。就是说这个信道最多100Mb/s。以后公式都会推导出来。九、本课总结记住这一张图。信道 ├── 单工 │ └── 只能一个方向 │ ├── 半双工 │ └── 双向但不能同时 │ └── 全双工 └── 双向同时通信十、考试口诀★★★★★广播单 对讲半 电话全。十一、这一课和上一课有什么联系数据 ↓ 信号 ↓ 信道 ↓ 信号 ↓ 数据今天我们进一步知道信道不仅负责传输信号还有不同的通信方式单工、半双工、全双工。这就是知识之间的联系而不是孤立记忆。第二章 Lesson 12 编码与调制★★★★★考试重要程度⭐⭐⭐⭐⭐一、先回答一个问题上一课我们知道数据 ↓ 信号 ↓ 信道 ↓ 信号 ↓ 数据现在新的问题来了电脑里面只有0和1。但是线路不一定认识0和1。怎么办必须把数据变成适合线路传输的信号。这就是今天要学的编码和调制。二、先认识两个概念考试特别喜欢考。什么是数字数据例如电脑里面10010110是不是只有01这种叫数字数据。什么是模拟数据例如人的声音。画出来像波浪。/\ / \ ____/ \____连续变化。不是01。这种叫模拟数据。所以数据只有两种。数据 ├── 数字数据 └── 模拟数据三、信号也有两种刚才数据。现在信号。数字信号例如高低电平。____ ____ |____|只有高低两个状态。模拟信号例如无线电。声音。电话线。/\ / \ ___/ \____连续变化。所以信号也是两种。信号 ├── 数字信号 └── 模拟信号四、最重要的一张图★★★★★现在把数据和信号。放一起。信号 数字 模拟 数据 数字 ① ② 模拟 ③ ④是不是四种组合考试就是考这四种。五、第一种数字数据 → 数字信号例如电脑里面010101直接变成____ ____ |____|这种叫编码Encoding★★★★★记住数字→数字就是编码。现实网线。局域网。以太网。大量采用。六、第二种数字数据 → 模拟信号例如电脑只有01。但是电话线只能传模拟信号。怎么办必须把数字变成模拟。这个过程叫调制Modulation★★★★★记住数字→模拟就是调制。举个例子。以前拨号上网。电脑 ↓ 猫(Modem) ↓ 电话线为什么叫猫其实英文Modem。就是Modulator Demodulator调制解调器。作用数字信号 ⇄ 模拟信号。这就是它的工作。七、第三种模拟数据 → 数字信号例如你讲话。声音属于模拟数据。但是微信要发出去。怎么办必须数字化。例如麦克风采样。转换。最后变成数字信号。这个过程教材也属于编码。所以编码不仅包括数字→数字。还包括模拟→数字。考试里通常只要求知道编码最终得到数字信号。八、第四种模拟数据 → 模拟信号例如广播电台。主持人讲话。声音模拟数据。无线电也是模拟信号。中间要改变载波。这个过程叫调制。所以调制还有一种模拟→模拟。九、最重要的总结★★★★★现在再看这张图。信号 数字 模拟 数据 数字 编码 调制 模拟 编码 调制很多教材会把它写成数据信号方法数字数字编码数字模拟调制模拟数字编码模拟模拟调制★★★★★考试原封不动考。十、基带传输这里开始进入重点。什么叫基带一句话直接发送数字信号。例如电脑。↓交换机。↓网线。都是数字信号。所以叫基带传输。现实局域网。基本都是基带。十一、宽带传输宽带什么意思不是100M宽带。教材里的宽带。意思发送模拟信号。例如有线电视。早期电话网。都是宽带。所以口诀数字信号 ↓ 基带 模拟信号 ↓ 宽带★★★★★十二、考试高频题选择数字数据转换成数字信号叫A 调制B 编码C 解调答案B数字数据转换成模拟信号答案调制。局域网一般采用答案基带传输。拨号上网使用答案调制解调器。十三、为什么叫调制解调器这个容易考。发送数字 ↓ 模拟叫调制。接收模拟 ↓ 数字叫解调。所以Modem既调制。又解调。十四、本课总结必须会今天最重要的就是下面这张表数据类型信号类型方法数字数据数字信号编码数字数据模拟信号调制模拟数据数字信号编码模拟数据模拟信号调制以及传输方式信号类型基带传输数字信号宽带传输模拟信号不要死记编码和调制而是记住它们的目标编码目标是得到数字信号。调制目标是得到模拟信号。所以输出是数字信号→ 编码。输出是模拟信号→ 调制。这样以后无论题目怎么变都不会做错。第二章 Lesson 13 传输介质★★★★★一、什么是传输介质上一课我们学过数据 ↓ 信号 ↓ 信道那信号到底在哪里传播答案就是传输介质Transmission Medium一句话传输介质就是信号传播的物理载体。例如都属于传输介质。二、传输介质分类★★★★★教材分两类。传输介质 ├── 有线传输 │ └── 无线传输是不是很简单有线例如双绞线 同轴电缆 光纤无线例如WiFi 蓝牙 4G 5G 卫星考试经常问WiFi属于答案无线传输介质。三、双绞线★★★★★这是现实生活最常见的。例如电脑插交换机。就是双绞线。为什么叫双绞线来看。普通导线──────── ────────双绞线/\/\/\/\/\ \/\/\/\/\/两根线缠绕。所以叫Twisted Pair双绞线为什么要缠绕很多学生问。答案减少干扰。例如外部有电磁波。如果两根线缠绕。受到的干扰基本抵消。所以通信更稳定。双绞线分类考试喜欢考。双绞线 ├── UTP无屏蔽 └── STP屏蔽UTPUnshielded Twisted Pair没有金属屏蔽层。优点便宜安装简单所以家庭。学校。公司。基本都是UTP。STPShielded Twisted Pair多了一层金属屏蔽。 ////////// 优点抗干扰。缺点贵。考试问家庭最常见答案UTP。四、双绞线类别★★★★★这是考试最喜欢考的。目前常见类别最高速率常见考试Cat5e超五类1GbpsCat6六类1Gbps部分场景支持更高Cat6A六类增强10GbpsCat7及以上更高速度、屏蔽更强考试技巧很多教材包括部分第六版教材主要考超五类 → 1Gbps六类 → 千兆1Gbps不要去记网络上的各种特殊规格以教材为准。五、同轴电缆以前特别流行。例如老电视。有线电视。就是同轴电缆。样子 ● 中间铜线。外面绝缘。再外面屏蔽层。优点抗干扰。缺点粗。贵。安装麻烦。所以现在局域网基本不用了。但是有线电视。有线监控。还有。六、光纤★★★★★这是考试第二重点。什么是光纤一句话利用光传输数据。注意不是电。是光。为什么快因为光速。接近300000km/s。当然在光纤里会慢一点。但仍然非常快。光纤结构保护层 ↓ 包层 ↓ 纤芯真正光走的是纤芯。光怎样拐弯很多学生觉得光只能直线。其实利用全反射。例如 不断反射。一直前进。七、光纤分类★★★★★两种。光纤 ├── 单模 └── 多模单模光纤只有一条光路。────────特点距离远。速度快。价格高。例如北京。上海。运营商。骨干网。多模光纤很多光路。↗ → ↘特点便宜。距离近。学校。机房。企业。考试口诀单模远多模近。★★★★★八、无线传输越来越重要。例如WiFi 蓝牙 4G 5G 卫星优点不用拉线。缺点容易受干扰。例如墙。天气。电磁波。都会影响。九、四种介质比较★★★★★介质速度距离抗干扰成本双绞线中中一般低同轴电缆中中好中光纤很快很远非常好高无线一般灵活易受干扰灵活十、记忆口诀★★★★★双绞便宜办公室 同轴电视抗干扰 光纤最快跑最远 无线方便怕干扰。十一、本课总结考试必背传输介质 ├── 有线 │ │ ├── 双绞线★★★★★ │ │ ├── UTP │ │ └── STP │ │ │ ├── 同轴电缆 │ │ │ └── 光纤★★★★★ │ ├── 单模 │ └── 多模 │ └── 无线 ├── WiFi ├── 蓝牙 ├── 4G/5G └── 卫星