计算机网络【第二章：物理层】

2.1 物理层的基本概念

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流

传输媒体：光纤，双绞线
物理层的主要任务描述为：确定传输媒体接口的一些特性，即

• 机械特性：如接口形状、大小、引线数目
• 电气特性：如规定电压范围（-5v ～ +5v）
• 功能特性：如规定-5v表示0，+5v表示1
• 过程特性：也称线程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤

2.2 数据通讯的基础知识

2.2.1 典型的数据通信模型

如果计算机仅仅通过交换机交流，那么只有数字信号

2.2.2 相关术语

通讯的目的是传送消息

• 数据（Data）——运送消息的实体
• 信号（Signal）—— 数据的电气或电磁的表现
  • 数字信号 —— 代表消息的参数取值是离散的，010101
  • 模拟信号 —— 代表消息的参数取值是连续的，余弦波
• 码元（Code）—— 在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就成为码元。

在数字通信中常常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字。这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。这个 间隔被称为码元长度。1码元可以携带n bit的信息量

2.2.3 有关信道的几个基本概念

信道一般表示向一个方向传送信息的媒体。所以我们常说的通信线路往往包含一条发送信息的信道和一条接收信息的信道。

• 单向通信（单工通信）—— 只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

如：电视发送台到电视

• 双向交替通信（半双工通信）—— 通信的双方都可以发送信息。单不能双方同时发送（当然也就不能同时接收）

如：对讲机

• 双向同时通信（全双工通信）—— 通信的双方可以同时发送和接收信息。

如：电话

2.2.3 基带限号和带通信号

2.2.4 几种最基本的调制方法

即基带信号到带通信号的调制方法

• 调幅（AM）：载波的振幅随基带数字信号而改变
• 调频（FM）：载波的频率随基带数字信号而改变
• 调相（PM）：载波的初始相位随基带数字信号而改变
  

2.2.5 常用编码

• 单极性不归零码

只使用一个电压值，用高电平表示1，无电压表示0

• 双极性不归零码

用正电平和负电平坟表表示二进制数据1和0，正负幅值相同。

• 单极性归零码（RZ）

即已高电平和零电平分别表示二进制码1和0，而且在发送码1时，高电平在整个码元期间T内，只持续一段时间，其余时间返回零电平

• 双极性归零码

正负零三个电平，信号本身携带同步信息

• 曼切斯特编码
  

• 差分曼切斯特编码
  

• 二者对比
  

2.2.6 信道极限容量

• 奈氏准则
  

奈氏准则告诉我们：没有噪声干扰的情况下，码元的传输速率有上限

• 香农公式
  

香农公式表明：在有噪声的情况下，要想有可靠的、无差错的传输，就需要降低传输速率

• 奈氏准则和香农公式的应用范围
  

2.3 物理层下的传输媒体

2.3.1 导向传输媒体

• 各种电缆
  

• 实际图片
  

2.3.2 网络设备

• 网线
  

• 交叉电缆
  

同一级别的设备之间用交叉线，不同级别的设备之间用直通线
现在网卡已经可以自动调配，所以两台计算机相连也可以正常通信

• 光纤

  • 光纤的工作原理
    

  • 多模光纤和单模光纤
    

2.3.3 非导向传输媒体（无限传输）

物理层设备——集线器（了解即可，现已很少用）

2.4信道复用技术

2.4.1 频分复用FDM（Frequency Division Multiplexing）

• 频分复用例子1
  

• 频分复用例子2
  

2.4.2.时分复用TDM（Time Division Multiplexing）

• 时分复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TMD帧中占用固定序号的时隙。

1. 每一个用户锁占用的时隙是周期性出现（其周期就是TDM帧的长度对应的时间）
2. TMD信号也称为等时信号
3. 时分复用的所有用户实在不同的时间占用相同的频带宽度

• 时分复用原理
  
  

• 时分复用的不足

2.4.3 统计时分复用STDM（Statistic TMD）

统计时分复用：将数据放到信道上时，给数据加上标识。

2.4.4 波分复用WMD（Wavelength Division Multiplexing）

• 波分复用就是光的频分复用