考研笔记

第 2 章 名词库

这一页是复习主入口。 目标是把第 2 章的名词收全，并把每个词的边界和适用范围钉死。

每条最多四行：是（定义）／不是（划掉最常见的误解）／易混（成对的对手）／范围（该结论在什么条件下才成立）。

本章最容易出错的是两类：一类是成对的单位（码元与比特、波特率与比特率、带宽的 Hz 与 b/s）；另一类是两个定理的适用条件（无噪声用奈氏、有噪声用香农、都给就取小）。章末的「高频范围限定清单」专门收这两类。

2.1.1 基本概念

数据与信号

  • 是：数据是传送信息的实体；信号是数据的电气或电磁表现，是数据在传输过程中的存在形式。
  • 范围：两者都有模拟（取值连续）与数字（取值离散）之分。

码元

  • 是：用一个固定时长的信号波形表示的一个 进制数；该时长称为码元宽度（信号周期）。
  • 范围：1 个码元可携带 比特（ 为电平数）。

信源、信道与信宿

  • 是：信源产生和发送数据，信宿接收数据，信道是信号的传输介质。
  • 不是：信道不等于通信电路——一条双向通信的线路包含发送和接收两个信道。

基带传输与宽带传输

  • 是：基带信号是未经调制的原始电信号，直接送到信道上传送叫基带传输；宽带信号是经调制形成的频分复用模拟信号，送到信道上传送叫宽带传输。

串行传输与并行传输

  • 是：串行逐比特按序传输，适用于长距离（计算机网络）；并行用多个信道同时传输，适用于近距离，如计算机内部 CPU 与主存之间。

单向、半双工与全双工

  • 是：单向只有一个方向；半双工双方都能收发但不能同时；全双工可同时收发。
  • 范围：单向需要 1 个信道，半双工与全双工都需要 2 个信道。

码元传输速率

  • 是：又称波特率、调制速率，每秒传输的码元数，单位 Baud。
  • 不是：与进制无关。
  • 易混：↔ 信息传输速率。

信息传输速率

  • 是：又称比特率，每秒传输的比特数，单位 b/s。
  • 范围：比特率波特率，即 波特率比特率每码元比特数。

带宽

  • 是：模拟系统中指信号的频率范围（最高频率 − 最低频率），单位 Hz；计算机网络中指最高数据率，单位 b/s。

2.1.2 信道的极限容量

码间串扰

  • 是：信号的高频分量在信道中衰减，导致接收端收到的波形失去码元之间的清晰界限。

奈奎斯特定理

  • 是：理想低通（无噪声、带宽有限）信道中，极限码元传输速率为 波特，极限数据传输速率 。
  • 不是：不限制一个码元可以携带多少比特。
  • 范围：题目给出的采样率超过 时无意义。

香农定理

  • 是：带宽受限且有高斯噪声的信道，极限数据传输速率 。
  • 范围：信噪比必须用无单位记法；实际速率比这个极限低不少。

信噪比

  • 是：信号平均功率与噪声平均功率之比 ；分贝记法 。
  • 范围：30dB ↔ 1000，40dB ↔ 10000。

2.1.3 编码与调制

编码与调制

  • 是：把数据转换为数字信号是编码；把数据转换为模拟信号是调制。

归零编码（RZ）

  • 是：每个码元中间跳变到零电平，接收方据此同步。
  • 范围：归零占用带宽，传输效率受影响。

非归零编码（NRZ）

  • 是：一个时钟全部用来传输数据，编码效率最高。
  • 不是：不含同步信息，收发双方需要另外的时钟线。

反向非归零编码（NRZI）

  • 是：电平跳变表示 0，电平不变表示 1。
  • 范围：USB 2.0 采用这种编码。

曼彻斯特编码

  • 是：每个码元中间都跳变，跳变既是时钟信号又是数据信号。
  • 范围：标准（10Mb/s）以太网使用；所占频带宽度是原始基带宽度的 2 倍。

差分曼彻斯特编码

  • 是：中间跳变只表示时钟；数据看每个码元开始处有无跳变——无跳变表示 1，有跳变表示 0。
  • 范围：抗干扰能力更强，用于宽带高速网。

PCM

  • 是：模拟数据编码为数字信号的方法，三步：采样、量化、编码。
  • 范围：采样频率必须 ≥ 模拟信号最高频率的 2 倍。

ASK / FSK / PSK / DPSK

  • 是：分别通过改变载波的振幅 / 频率 / 相位 / 相位差来表示 0 和 1。
  • 范围：FSK 需要两个不同频率的载波（2024）；DPSK 是相对调相，PSK 是绝对调相。

QAM

  • 是：频率相同时把 AM 与 PM 结合； 个相位、每相位 种振幅时 。

2.2 传输介质

导向与非导向传输介质

  • 是：导向指铜线、光纤等固体介质；非导向指自由空间（无线传输）。
  • 范围：传输介质不属于物理层（在物理层之下，有时称 0 层）。

双绞线

  • 是：两根绞合的绝缘铜导线；绞合可减少相邻导线的电磁干扰；加金属屏蔽层即 STP，无屏蔽层为 UTP。
  • 范围：带宽取决于铜线粗细与传输距离；模拟传输用放大器、数字传输用中继器延长距离。

同轴电缆

  • 是：内导体 + 绝缘层 + 外导体屏蔽层 + 保护套层；50Ω 传基带数字信号，75Ω 传宽带信号。
  • 范围：带宽高得益于高屏蔽性；局域网领域已基本被双绞线取代。

光纤

  • 是：用光脉冲传递信息，有光=1、无光=0；由纤芯和包层构成，靠全反射传导。
  • 范围：不受电磁干扰、无串音、保密性好、损耗小。

单模光纤与多模光纤

  • 是：单模纤芯细到只有一个光波长，光沿直线传播，光源为半导体激光器，适合远距离；多模利用全反射让多条光线同时传输，光源为发光二极管，适合近距离。
  • 不是：光纤不是中空的；光纤越粗速率越高的说法不成立。

无线电波、微波与卫星通信

  • 是：无线电波向所有方向散播、无须对准；微波沿直线传播、地面距离有限需中继站；卫星通信用同步卫星中继，3 颗可覆盖全球。
  • 范围：卫星通信受气候影响、误码率较高、端到端时延长，但容量大、覆盖广、易实现广播与多址。

物理层接口的四个特性

  • 是：机械（接线器形状尺寸、引脚数量排列）、电气（电压范围、速率与距离限制）、功能（某电平的意义与每条线的功能）、过程（各种事件的出现顺序）。
  • 不是：物理地址（MAC 地址）不属于物理层接口规范（2018）。

2.3 物理层设备

中继器

  • 是：放大、整形并转发信号的两端口设备；原理是信号再生（放大 + 整形）。
  • 不是：不是简单地放大衰减的信号；没有存储转发功能。
  • 范围：只能连接不同介质的局域网，不能连接不同速率或不同协议的局域网。

放大器

  • 是：放大模拟信号，原理是放大衰减的信号，会同时放大噪声。
  • 易混：↔ 中继器（放大数字信号，整形再生）。

5-4-3 规则

  • 是：10BASE5 中互相串联的中继器不超过 4 个，5 段介质中只有 3 段可挂接计算机。

集线器

  • 是：多端口的中继器；把整形放大后的信号转发到除输入端口外的所有工作端口。
  • 不是：没有寻址能力，不能分割冲突域，不能全双工。
  • 范围：物理上星形、逻辑上总线；每台主机平均带宽 = 总带宽 ÷ 主机数。

高频范围限定清单

结论成立的条件，或容易被抽掉的限定
一条通信线路包含一个信道❌ 双向通信包含发送、接收两个信道
波特率与比特率相等仅当每码元 1 比特（二进制）时
码元速率与进制有关❌ 与进制无关；比特率才与进制有关
计算机网络中的带宽单位b/s；模拟系统中才是 Hz
并行传输用于计算机内部等近距离场合
半双工需要几个信道2 个（与全双工相同）
奈氏准则 仅无噪声理想低通信道
采样率给得比 大超出部分无意义，按 算
香农公式中的信噪比必须用倍数，不是 dB
题目同时给电平数与信噪比两个上限都算，取小者
”二进制信号”一词把每码元比特数钉成 1，奈氏上限即
调制是把数据变成数字信号❌ 变成模拟信号；编码才是数字信号
曼彻斯特编码的跳变既是时钟又是数据；差分曼彻斯特的中间跳变只是时钟
差分曼彻斯特看哪里码元开始处有无跳变：无跳变 1，有跳变 0
标准以太网的编码曼彻斯特（仅 10Mb/s 标准）
NRZ编码效率最高，但不含同步信息
PCM 的采样频率≥ 最高频率的 2 倍
FSK需要两个不同频率的载波（2024）
同轴电缆带宽高的原因高屏蔽性，不是铜芯粗
不受电磁干扰的介质光纤（屏蔽双绞线只能减少干扰）
单模光纤纤芯更细、光源是激光、适合远距离
卫星通信受气候影响、误码率较高、时延长
物理地址属于物理层接口规范❌ 属于数据链路层（2018）
中继器扩大距离的原理信号再生，不是简单放大
中继器能连接什么只能连不同介质、相同速率与协议的局域网
集线器的转发方式除输入端口外所有端口广播，没有寻址
集线器能否分割冲突域❌ 所有端口同属一个冲突域（2010、2020）
集线器的双工方式只能半双工
用一根同轴电缆连成的以太网半双工

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