在两个网络设备之间提供透明的比特流传输。
物理层的四个重要特性
机械特性、电气特性、功能特性、规程特性
傅立叶级数:任何正常周期为T的函数g(t),都可由(无限个)正弦和余弦函数合成:
其中,f=1/T是基频,an和bn称为n次谐波的正弦振幅和余弦振幅。
谐波数越高,传输质量越好
当一个信号的所有频率成分是某一个频率的整数倍时,该频率被称为基本频率。
信号的周期等于基本频率信号的周期。
带宽(电气工程上的):传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围
在无噪声信道中,当带宽为B Hz,信号电平为V级,则:
其中: V为信号的电平级数,在二进制中,仅为0、1两级。即:以每秒高于2B次的速率对线路采样是无意义的,因为高频分量已被滤掉,无法再恢复。
在噪声信道中,带宽为B Hz,信噪比为S/N,则:
很多情况下噪声用分贝(dB) 表示:
如:噪声为30dB(分贝),则信噪比为S/N=1000
传输介质:
双绞线:
由两根具有绝缘层的铜导线按一定密度,逆时针方向绞合而成
绞距(扭距):一般地,绞距越紧(小),对不同电流产生干扰波的抵消效果越好,传输性能越好
非屏蔽双绞线(前6类):
优点:成本低、尺寸小、易于安装
缺点:易受干扰、 传输距离性能受到绞距影响
屏蔽双绞线:
每对双绞线外加一个屏蔽层,整个线缆外再加一个屏蔽层
同轴电缆:
由中心导体、绝缘材料层、网状导体、外部绝缘料4层组成
比UTP更好地屏蔽特性和更大的带宽
基带同轴电缆:50Ω,用于数字传输(屏蔽层为铜);
宽带同轴电缆:75Ω,用于模拟传输和有线电视传输(屏蔽层为铝)
光纤
由极细的玻璃纤维构成,把光封闭在其中并沿轴向进行传播;
优点:重量轻、损耗低、不受电磁辐射干扰、传输频带宽、通信容量大
缺点:昂贵、易断裂
P78单模:以单一模式传输,激光产生的单束光,纤心细、高带宽、长距离,运行波长为850nm或1300nm;
P78多模:以多个模式同时传输,LED产生的多束光,纤心粗、低带宽、短距离,运行波长为1310nm或1550nm 。
调制机制使用信号来传输比特,比特与它们代表的信号之间的转换过程
基带传输:
(比特流、不归零、不归零逆转、曼切斯特、二级编码)
通带传输:
其中:C:比特率; B:波特率; n:调制电平数或线路的状态数,为2的幂次方(P99,有例外)。
信号星座
把上述调制模式综合起来使用,以便使每个符号传输更多的比特。
复用技术:让多用户共享同一根信道
频分复用(FDM)
利用通带传输的优势使多个用户共享一个信道。将频谱分为几个频段,每个用户完全拥有其中的一个频段来发送自己的信号。
如图,为每个语音信道分配4000Hz的带宽。当3个通道复用在一起的时候,每个语音信道的频率得到不同程度的提升,然后,把它们合并在一起,之所以能够呼和多个信道,是因为没有两个信道占据相同的频谱。滤波器只需滤出对应频率段的数据波就可以
时分复用(TDM)
用户以循环方式轮流工作,每个用户周期性地获得整个带宽非常短的一个时间。
码分复用(CDM)
每个用户拥有一个唯一码片序列,码片是正交的,能够同时传输。
CDM方法能够容忍干扰,而且允许来自不同用户的多个信号共享相同的频带。由于CDM技术常用与第二个目的(共享相同的频带),所以它称为码分多址(CDMA)
广泛用于3G网通信
被动部件/设备:接线板/插头/插座/电缆
主动部件/设备:转发器/中继器/集线器
两个节点发出的帧在物理介质上相遇
冲突域:数据包产生和冲突的网络区域,即指共享媒质区
中继器和集线器无法隔离冲突域,交换机和路由器可以隔离冲突域
公用电话交换网络(PSTN)
PSTN的主要构成:
调制解调器: 调制解调器是执行数字比特流和模拟信号流之间转换的设备.
两台计算机通过一条语音级电话线发送比特要用到调制解调器.
时分多路复用技术(用于电话网络)
T1 TDM 支持1.544 Mbps通信链路,将它划分为24个时隙,每间隔为64 kbps 美国标准
E1 TDM 支持2.048 Mbps通信链路,将它划分为32个时隙,每间隔为64 kbps 欧洲标准
同步光网络SONET是ANSIS制定的在光介质上进行同步数据传输的标准。
同步数字序列SDH是国际标准组织制定的在光介质上进行同步数据传输的。
SONET帧结构:
9(行) x 90(列) = 810字节
头3列 用于系统管理信息
头9行包括各种传输开销:跨越不同链接,指定语音信道,连接帧等的开销。
其余的87 列包括用户数据,即同步载荷封包 SPE (Synchronous Payload Envelope).,其中的第1列又用于路径开销。
STS-1:8000*810*8=51.85Mbps
STS-N 帧是由N个STS-1基本帧构成的
对应于STS-N的光纤载波称为OC-N
计算复用后的传输速率:
例如:OC-1
总传输速率:8 x (9 x 90)x 8000 = 51.84M b/s
SPE: 8 x (9 x 87)x 8000 = 50.112M b/s
用户数据: 8 x (9 x 86)x 8000 = 49.536M b/s
比较