第二章 物理层

物理层基本概念

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体(光纤、双绞线、无线)上传输数据比特流(010101)，而不是指具体的传输媒体，即和你是光纤还是双绞线没关系。

物理层的任务是确定传输媒体的接口特性：

• 机械特性：例如，接口大小、形状、引线数目；网卡八根线，网线也要有八根。
• 电气特性：例如，电压的范围(-5V ~ +5V)
• 功能特性：例如，-5V表示0，+5V表示1

• 过程特性：例如，建立连接时各个相关部件的工作步骤

  
  
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如图，可乐的瓶盖大小都是统一规范的，大小瓶用的盖子是一样的。

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数据通信的基础知识

数据通信系统的模型

这里讲的不只是计算机通信，电话、电视都是。道理都是一样的。

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公用电话网：就是指广域网

数字比特流：010101（离散的），两台主机通过交换机链接，直接是数组比特流传过去

模拟信号：正弦、余弦（连续的）

源点：计算机键盘输入汉字，计算机生成数字比特流

发送器：计算机都内置调制解调器，用户在外边看不到，把数字信号换成正、余弦波

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相关术语：

通信的目的是传递消息

• 消息(message)：视频、文字、图像

• 数据(data)：运送消息的实体；例如，传天气预报的消息，但是计算机不懂，只懂0101，把天气的消息变成0101传过去，再由接收端把数据翻译成消息。

• 信号（signal）：数据的电气或电磁表现；0101由+5V、0V来表示

1. 模拟信号：代表消息的参数取值是连续的

2. 数字信号：代表消息的参数取值是离散的

• 码元(code):不同离散数值的基本波形，如图，上面的一小段，和下面的一小段都是码元，分别代表0和1。这是在二进制的情况下，也可改变电压的数值，变成2或3。

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有关信道的几个基本概念

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信道一般表示向一个方向传送信息的媒体，所以我们说平常的通信线路往往包含着一条发送信息的信道、一条接收信息的信道。

单向通信（单工通信）：只有一个方向的通信，没有交互。例如：收音机接收电台

双向交替通信（半双工通信）：双方都可以收、发，但是不可以同时收、发。例如：对讲机。

双向同时通信（全双工通信）：双方都可以同时收、发。例如：电话。

基带信号：来自信源的信号。就是直接发出的信号，例如,人说话的声音，计算机发出的图片、视频的数据信号。

带通信号：把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，这个高的频段方便在信道中传输。

近距离传输，基带信号衰减不大，所以距离近的用基带传输。例如计算机到监视器、打印机等外设的信号都是基带。电台主持人说话，声音传不远，转出带通信号，可以传很远，虽然人听不到，但是收音机可以收到，然后转换成人话。

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调幅：1有浮动，0没有

调频：一直有浮动，1的时候频率高

调相：正弦、余弦表示不同信息

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单极性：0V和正电压，表示01

双极性：正、负电压表示01

归零：一个非0值一定会归零，再表示下一个数值

不归零：不归零

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低-高表示0，反之是1，可以表示没有信号，就是没有变化。

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是0还是1，看图中虚线，左右两个波形，是否变化。例如0的，就是高低变化的。而1没有变化，是直线。

信道极限容量

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奈氏准则：就算没有干扰，如果传输速度太快，码元间也会相互干扰，无法识别数据。如图，波间隔太密，无法识别。光纤速率比铜线高，是因为光纤可以用更高的速率发送码元，

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香农公式：如果我说话，周围有噪音，那么我降低说话速度，你也能听清我说的话。如上图的无线网速度，如果离路由器远干扰多，降低速度，也可以进行可靠传输。

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物理层下面的传输媒体

导引型传输媒体

也叫导向传输媒体，电磁波沿着固体（光纤、铜线）传播。

• 双绞线：两个铜线，并行，防止互相干扰，再把他们按一定方法绞合。
• 同轴电缆：铜芯，多用于有线电视
• 光缆

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非导引型传输媒体

使用无线电波，在自由空间传播。

信道复用技术

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100M的线路，你传递50M的数据，就浪费了。让多个数据同时使用一条路，但是不能混淆，得有方法把他们分开。

频分复用

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不同的频率，对应不同的频率过滤器，能把不同频率的信号挑出来。

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时分复用

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时分复用会造成资源浪费。

统计时分复用

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给每个数据加上一个标记消息，随机选取数据组成，构成一个帧就发送，取数据的时候，根据标记来区分。

码分复用

数字传输系统

过去，世界上有两种多路复用体系，一个是美国的，一个是欧洲的，现在世界统一标准了。

宽带接入技术

普通人，怎么接入互联网？

ADSL拨号上网，也就是“猫”上网。电话和猫都接一个解调器，然后电脑接猫。

光纤同轴混合网，利用有线电视的线路。

现在都是光纤到户，不使用其他线路。