【计算机网络】物理层知识

目录

1、物理层的基本概念

2、数据通信的基础知识

2.1、数据通信系统模型

2.2、信道的几个基本概念

 3、物理层下面的传输媒体

4、信道复用技术

1、物理层的基本概念

        物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的  传输媒体。现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常繁多，而且通信手段也有许多不同的方式。物理层的作用正是尽可能地屏蔽掉这些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，这样就可以使数据链路层只考虑完成本层的协议和服务，而不必考虑网络的具体传输媒体和通信手段是什么。用于物理层的协议也常称为物理层规程。

        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，即逐个比特按照时间顺序传输，因此物理层还要完成传输方式的转换。但是物理层的主要任务是确定与传输媒体接口的一些特性，即：

（1）机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线的数目和排列、固定的所、锁定装置等。

（2）电气特性：指明接口电缆各条线上出现的电压范围。

（3）功能特性：指明某条线上出现的某条电平的电压表示何种意义。

（4）过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2、数据通信的基础知识

2.1、数据通信系统模型

​

源点：源点设备产生要传输的数据。
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。

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。

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。

常用术语：

消息：传送的信息。

数据：消息的实体，即用特定方式表示的信息。

信号：数据的电气或者电磁表现（信号可以分为两类：模拟信号和数字信号）。

2.2、信道的几个基本概念

信道：一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体。因此，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接受信道。从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：

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，例如电视广播。
半双工通信（双向交替通信）：通信的双方都可以发送消息，不允许同时发送或接收。
全双工通信（双向同时通信）：通信双方可以同时发送接收消息。

调制：将来自源信号的低频甚至直流信号进行变换，使得这种低频直流信号可以便于在信道内传输。两种调制方法：

（1）基带调制：把数字信号转换为另一种形式的数字信号，即仅对信号的波形进行变换，可称之为编码调制。

（2）带通调制：使用载波进行调制，将基带信号的频率般到高频段，并将之转换为模拟信号。

 奈式准则：在任何信道中，码元的传输速率是有上限的，传输速率超过此上限就会出现严重的码间串扰，使接收端对码元的判决成为不可能。C = 2 W B a u d C=2WBaudC=2WBaud，即每个带宽理想低通信道的最高码元传输率是每秒2个码元。

 信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为S/N，单位分贝（dB）。信 噪 比 ( d B ) = 10log以10为底的 ( S / N ) ( d B ) ，例如当S/N为10时，信噪比为10dB，S/N为1000时，时信噪比为30dB。

 香农公式：信道极限信息传输率  C = Wlog以2为底的(1+S/N)b/s

式中，W是信道带宽（单位Hz），S是信道内所传信号的平均功率，N是高斯噪声功率。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。香农公式的意义在于只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输。除此之外，还有一个提高信息的传输速率的方法，就是用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。

 3、物理层下面的传输媒体

传输媒体：也称为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。

（1）导引型传输媒体：双绞线，同轴电缆，光缆。

（2）非导引型传输媒体：地面微波接力通信，卫星通信。

4、信道复用技术

 复用是通信技术中的基本概念，在计算机网络中的信道广泛地使用着各种复用技术

（1）频分复用（FDM）用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始自终都占用这个频带，所有用户在同样的时间占用不同的宽带资源。

（2）时分复用（TDM）将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），每一个时分复用用户在每一个TDM帧中占用固定序号的间隙。（信道利用率不高）

（3）统计时分复用（STDM）改进的时分复用，按需动态分配时隙，而不是固定分配时隙，使得每次传送的STDM帧中的分组都是满的。

（4）码分复用（CDM）每个用户在相同的时间使用相同的频带进行通信，但各用户使用经过挑选的不同码型，从而使得个用户之间可以进行独立的通信。

推荐： 

计算机网络体系结构概述-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_65277261/article/details/134009882?spm=1001.2014.3001.5502【LeetCode力扣】11. 盛最多水的容器 （中等）-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_65277261/article/details/134102596?spm=1001.2014.3001.5502【LeetCode力扣】70. 爬楼梯 (简单)-CSDN博客https://blog.csdn.net/m0_65277261/article/details/134033485?spm=1001.2014.3001.5502