计算机网络之物理层

目录

一、物理层概述

二、数据通信的基础知识

2.1数据通信系统的模型

2.2关于信道的几个基本概念

2.3信道的极限容量

三、物理层下面的传输媒体

3.1导引型传输媒体

3.2非导引型传输媒体

四、信道复用技术

五、数字传输系统

六、宽带接入技术

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一、物理层概述

物理层规程:用于物理层的协议。

物理层的主要任务:确定与传输媒体的接口有关的一下特征。

1. 机械特征：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
2. 电气特征:指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
3. 功能特征:指明某条线上出现的某一电平的电压的意义
4. 过程特征:指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

数据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)上的传输方式一般都是串行传输。 

二、数据通信的基础知识

2.1数据通信系统的模型

一个数据通信系统可划分为三大部分，即源系统(即发送端、发送方)、传输系统(或传输网络)和目的系统(或接收端、接受方)

源系统包括一下两部分:

1. 源点:源点设备产生要传输的数据，又称为源站或信源。
2. 发送器:通常源点生成的数字比特流要通过发送器编码后才能够在传输系统中进行传输。

目的系统包括一下两部分:

1. 接收器:接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。
2. 终点:终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。终点又称为目的站或信宿。

通信的目的是传送信息

数据是运送消息的实体 

模拟信号，或连续信号:代表消息的参数的取值是连续的。

数字信号，或离散信号:代表消息的参数的取值是离散的。

2.2关于信道的几个基本概念

1. 单向通信，又称为单工通信:即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
2. 双向交替通信，又称为半双工通信:即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送。
3. 双向同时通信，又称为全双工通信:即通信的双方可以同时发送和接受信息。

基带信号(即基本频带信号):来自信源的信号 

调制分为两类:

1. 基带调制:仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特征相适应
2. 带通调制:需要把使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换则需要使用载波进行调制，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，这样就能更好地生成在模拟信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号。

常见的编码方式:

1. 不归零制:正电平代表1，负电平代表0。
2. 归零制:正脉冲代表1，负脉冲代表0。
3. 曼彻斯特编码:位周期中心的向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1.但也可以反过来定义。
4. 差分曼彻斯特编码: 在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表0，而位开始边界没有跳变代表1。

基本的带通调制方法:

• 调幅:即载波的振幅随基带数字信号而变化。
• 调频:即载波的频率随基带数字信号而变化。
• 调相:即载波的初识相位随基带数字信号而变化。

2.3信道的极限容量

码间串扰:接收端收到的信号波形就失去了码元之间的清晰界限。

奈氏准则:在带宽为W(Hz)的低通信道中，若不考虑噪声影响，则码元传输的最高速率是2W(码元/秒)。传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使接收端对码元的判决(即识别)成为不可能。

信噪比(dB) = 10log(S/N)

香农公式指出:信道的极限信息传输速率C

C = Wlog2(1 + S/N)  (bit/s)

香农公式表明:信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高

三、物理层下面的传输媒体

传输媒体也叫做传输介质或传输媒介，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。

可分为导引型传输媒体和非导引型传输媒体。

3.1导引型传输媒体

1. 双绞线:也称为双扭线，是最古老但有时最常用的传输媒体。把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线。
2. 无屏蔽双绞线UTP
3. 同轴电缆:由内导体铜制芯线(单股实心线或多股绞合线)、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层(也可以是单股的)以及绝缘保护套层所组成。
4. 光缆:光纤通常由非常透明的石英玻璃拉成细丝，主要由纤芯和包层构成双层通信圆柱体。

3.2非导引型传输媒体

1. 无线电微波:微波在空间主要是直线传播
2. 无线电波:信号向所有方向传播
3. 微波:信号固定方向传播
4. 卫星通信:具有较大的传播时延，覆盖广、距离远。

四、信道复用技术

频分复用(FDM):频分复用的各路信号在同样的时间占用不同的带宽资源。

时分复用(TDM):时分复用将时间分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。可以看出时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

统计时分复用(STDM):又称为异步时分复用，在输出线路上，某一个用户所占用的时隙并不是周期性地出现的。

波分复用(WDM):就是光的频分复用。

五、数字传输系统

早期的数字传输系统存在的缺点:

• 1.速率标准不统一
• 2.不是同步传输

六、宽带接入技术

非对称数字用户线ADSL技术:是用数字技术对现有模拟电话的用户线进行改造，使它能够承载宽带数字业务。

光纤同轴混合网(HFC):是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网，除可传送电视节目外，还能提供电话、数据和其他宽带焦虎型业务。

FTTx技术:多种宽带光纤接入方式，字母x可代表不同的光纤接入地点。