计算机网络学习笔记——物理层（1）

综合OSI和TCP/IP体系结构的优点，在学习计算机网络的原理时往往采用五层协议：即物理层、数据链路层、网络层、运输层、应用层。

1、物理层的基本概念

物理层的作用正是要尽可能的屏蔽掉不同计算机中的传输媒体和通信手段的差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异。

可以将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：

• 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置等等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定
• 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
• 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
• 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

2、数据通信的基本知识

一个数据通信系统可划分为三大部分：源系统（发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（接收方）。

源系统一般包括： 源点（源点设备产生要传输的数据）、 发送器（典型的发送器是调制器，源点生成的数字比特流要经过发送器编码后才能在传输系统中进行传输）

目的系统一般包括： 接收器（典型的接收器是解调器，它把传输系统传过来的信号转换为能够被目的设备处理的信息）、 终点（从接收器获取传送过来的数字比特流）

根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为两大类：

• 模拟信号（或连续信号）
• 数字信号（或离散信号）

3、有关信道的几个基本概念

信道一般都是用来向某一个方向传送信息的媒体。

3.1、通信双方信息交互的方式：

• 单向通信（单工通信），无线电广播、有线电广播、电视广播就是这种方式
• 双向交替通道（半双工通信），通信双方都可以发送或接收信息，但不能同时发送或接收信息
• 双向同时通信（全双工通信），通信的双发可以同时发送或接受信息

3.2.信道的最高码元传输速率

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的识别成为不可能。

从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有两个：

• 信道的带宽W：理想低通信道上的极限传输速率V1=2*W，理想带通信道的极限传输速率是V2=W波特（波特是码元的速率单位，波特*一个码元包含的位数=波特率（b/s)，奈奎斯特准则）
• 信噪比S/N：信道的极限信息传输速率C=Wlog2(1+S/N)(香农公式）

信道的带宽或信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。

4、物理层下面的传输媒介

传输媒介也叫做传输媒体或传输介质，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。

传输媒体可分为两大类：

• 导引型传输媒体：电磁波被导引沿着固体媒体传播
• 非导引型传输媒体：在自由空间中电磁波的传播，常称为无线传输

导引型传输媒体：

• 双绞线：屏蔽双绞线STP(Shielded Twisted Pair)，无屏蔽双绞线UTP。衰减随着频率的升高而增大，使用更粗的导线可以降低衰减，但是增加了导线的价格和重量
• 同轴电缆：由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆既有很好的抗干扰性，被广泛用于传输较高速率的数据
• 光缆：这个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。分成单模光纤和多模光纤

非导引型传输媒体：

• 无线传输：无线电、微波、红外线以及可见光
• 地面微波接力通信
• 卫星通信