计算机网络--物理层

---

前言

本章主要讨论物理层的主要任务，几种常用的信道复用技术和几种常用的宽带接入技术。

---

2.1 物理层的基本概念

  物理层关注：如何在连接各种计算机的传输媒体上传输比特流

  物理层作用：尽可能屏蔽掉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。

  物理层任务：确定与传输媒体的接口有关的一些特性，例如机械特性、电气特性、功能特性、过程特性。

  物理层协议 = 物理层的规程

  在计算机内部多采用并行传输方式。但数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般为串行传输（逐个比特按照时间顺序传输）。物理层还应完成传输方式转换

2.2 数据通信的基础知识

2.2.1 数据通信系统的模型

信息—》数据—》信号

常用术语

• 消息(Message) —— 有意义的实体
• 数据(data) —— 运送消息的实体 (对消息进行编码)
• 信号(signal) —— 数据的电气的或电磁的表现 (数据的载体)
  eg.声音是消息，用2进制数据来表示，转换成信号来传输
• 信道宽度：信道能够通过的频率范围
• 比特率:单位时间内发送信息的比特数。比特/秒（bps）
• 波特率：每秒钟的采样率，每一个采样发送一份消息，这份消息称为码元，因此也叫码元率
  比特率 = 波特率*码元位数

在传输介质上传输的信号有两种形式：模拟信号与数字信号
近距离传输：双绞线是数字信道
远距离传输：同轴电缆（模拟、数字）光纤（数字）

2.2.2 有关信道的几个基本概念

  一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道

  信息交互主要有以下三种基本方式：

1. 单向通信（单工通信）
   只能有做个方向的通信而没有反方向的交互。eg.广播
2. 双向交替通信（半双工通信）
   通信双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（接收）。eg.对讲机
3. 双向同时通信（全双工通信）
   通信双方可以同时发送和接收信息。效率最高。eg.电话

  基带信号（来自信源的信号）-- 就是将数字信号1 或0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。
  问题：基带信号含有较多低频成分，甚至有直流成分，而许多信道不能传输导致方形波无法直接传输
  解决：对基带信号进行调制

  调制分为两大类：①仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应，变换后的信号仍是基带信号，称为基带调制，由于是把数字信号—》另一类数字信号，常称该过程为编码；②使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号。经载波调制后的信号称为带通信号，该过程称为带通调制

  常用编码方式（基带调制）：

不归零制：压差变大，高：1，低-1；比特流1为高，0为低
缺点：存在直流分量，传输中不能使用变压器；不具备自同步机制，必须使用外同步
曼彻斯特制：位周期中心向上跳变代表0，位周期中心向下跳变代表1；开头1为1，开头-1为0（可以反过来定义）。具有自同步机制
缺点：需要双倍传输带宽
差分曼彻斯特制：在每一位的中心处始终有跳变。位开始边界有跳变代表0，无跳变代表1。
归零制：两端在0，中间在1代表1，中间在-1代表0

  基本的带通调制方法：


  调频技术较少地引用到现代调制技术

2.2.3 信道的极限容量

  问题：任何实际信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种是真以及带来多种干扰。码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，在信道的输出端的波形的失真就越严重。

  调制的级别不是越多越好，级别越多可能导致的误差越大。
  在任何信道中，码元传输速率是有上限的，一旦传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的识别成为不可能。

  限制码元传输速率的因素：带宽和信噪比