计算机网络实训总结3006,计算机网络 - 物理层

一、物理层的特性

物理层的主要任务是确定传输媒体的接口的一些特性：

机械特性：接口形状、大小和引线数目等(入网线的水晶口)

电气特性：例如规定电压范围(-5V到+5V)，不至一个厂家设备的发送电压直接把另一个厂家的设备给烧了。。。

功能特性：例如规定-5V表示0，+5V表示1

过程特性：规定建立连接时各个相关部件的工作步骤

物理层的标准化的好处之一就是不同厂商的设备可以互相连接，更有利于计算机网络通信的发展。

二、物理层通信

典型的通信模型包括下面的传输和信号处理过程：

数字信号 - 调制解调器 - 模拟信号 - 传输系统 - 模拟信号 - 调制解调器 - 数字信号

局域网里的两台电脑通过交换机通信，实际上没有经过调制解调器进行的数字信号和模拟信号相互转化的过程。是直接通过数字信号通信的。

一些通信的基本概念：

数据：运送消息的实体

信号：数据的电气或点此表现

模拟信号：代表消息的参数的取值是连续的

数字信号：代表消息的参数取值是离散的

码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形(例如方波的上沿代表1，下沿代表0)。在数字通信中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成为二进制码元。而这个间隔被成为码元长度，1码元可以携带nbit的信息量(例如如果码元只有高低两种电平的可能，则一码元携带1bit信息。而如果有四个电平则每个码元可以携带2bit信息，四中电平分别对应00，01，10，11，以此类推，当然如果一码元携带的信息越多，通信元器件的复杂度就越高)。

单工通信：只有一个方向的通信。例如电视只能接收电视台的信号，不能往电视台发送信号。

半双工通信：通信双方都可以收发，但是一方不能同时收发。例如对讲机。

双工通信：通信双方都可以手法，并且任意一方可以同时收发。设备的复杂度更高，需要可以通过一些例如滤波的手段来降低收发信号之间的干扰。移动电话在打电话时就是全双工通信。

基带信号：来自信号源的信号。例如计算机输出的各种代表文字或图像的信号，或者人说话的声波。传输距离近的时候可以使用基带信号，例如主机到显示器、打印机等。

带通信号：把基带信号经过载波调制之后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。适合远距离通信，接收方需要通过载波解调还原成基带信号。

数字信号的常用编码：

单极性不归零码：高电位位+A，低电位为0

双极性不归零码：高点位为+A，低点位为-A

单极性归零码：在出现高电位的时钟周期内，先出现高电位，然后电位归零。

双极性归零码：同理。

曼彻斯特编码：在一个时钟周期内由低电位跳到高电位代表0，反之代表1.

双极性和曼彻斯特编码可以表示没有数据传输，而单极性编码是做不到的。

信道极限容量：1. 奈奎斯特准则：在理想条件下，没有干扰，为了避免码间串扰，码元的传输速率也是有上限值的(传输信号时钟频率非常短，电位之间切换非常快，接收端就无法识别了)。如果信道的频带越宽，也就是能通过的信号高频分量越多，就可以利用更高的速率传送码元而不出现吗间串扰。 2. 香农公式：真实信道中，传输速度也与信道的信噪比成正比。例如你说话的时候，有人在放鞭炮，这是就听不清了，但是如果放慢说话的速度，可能就可以听清。

信道复用技术：

假如一个1000M带宽的光纤信道，有两个人在上面打电话，然后对于通话业务来说只要有64k的带宽就可以保证通话质量了。此时如果只让这两个人独占信道就非常浪费，此时就需要信道复用技术来解决这个问题了。

相应的在发送端进行信道复用，接收端就需要信道分用。以识别出不同的通信业务。

频分复用(FDM)：不同用户/业务，占用不同的频率进行通信。

时分复用(TDM)：不同用户/业务，占用不同的时间片，按照固定的周期和有序的进行通信。分给某个用户/业务的时间片，如果没有数据发送，会造成信道资源的浪费。但是每个用户在发送时都可以享受全量的带宽。

波分复用：相当于光通信里的"频分复用"

空分复用：无线通信中。如果天线可以精准的把信号打向不同位置的用户，那么不用位置的用户就可以占用相同的时间片和频率同时进行通信而不产生相互干扰。