【计算机网络】物理层

物理层概述

物理层要实现的功能就是在各种传输媒体上传输比特0和1。

• 物理层给上层提供传输“透明”比特流的服务，数据链路层”看不见，也无需看见“物理层究竟使用的是什么方法来传输比特流，数据链路层只管”享受“物理层提供的比特流传输服务即可。

物理层接口特性

物理层定义了与传输媒体的接口有关的一些特性，按相同接口标准生产的不同厂家的网络设备接口，可以互相连接和通信。

• 机械特性：

  • 形状和尺寸
  • 引脚数目和排列
  • 固定和锁定装置

• 电气特性

  • 信号电压的范围
  • 阻抗匹配的情况
  • 传输速率
  • 距离限制

• 功能特性

  • 规定接口电缆的各条信号线的作用

• 过程特性

  • 规定在信号线上传输比特流的一组操作过程，包括各信号间的时序关系。

物理层下面的传输媒体

• 传输媒体是计算机网络设备之间的物理通路，也称为传输介质或传输媒介。
• 传输媒体不包含在计算机网络体系结构中。
• 传输媒体可分为导线型传输媒体（固定媒体）和非导向型传输媒体（自由空间）

导向型传输媒体

• 同轴电缆：
  价格较贵，布线不够灵活和方便，控制局域网领域，基本都用双绞线作为传输媒体。
• 双绞线
• 光纤：
  优点：
  通信容量非常大，抗雷电和电磁干扰性能好。
  传输损耗小，中继距离长。
  无串音干扰，保密性好。
  体积小，重量轻。
  缺点：
  割接光纤需要较贵的专用设备
  光电接口较昂贵。

非导向型传输媒体

• 无线电波
• 微波
• 红外线
• 激光
• 可见光

传输方式

串行传输和并行传输

并行传输的成本高，通常仅用于短距离传输，例如计算机内部的数据传输，而远距离传输一般采用串行传输方式，计算机网卡同时具有串行传输和并行传输方式。
当计算机通过其内部的网卡，将数据发送到传输线路上时，网卡起到的一个非常重要的作用就是并行转换为串行，当计算机通过其内部的网卡从传输线路上接收数据时，网卡将串行转换为并行。

同步传输和异步传输

同步：

异步：

单向通信，双向交替通信和双向同时通信

编码和调制

编码与调制的基本概念

码元：在使用时间域的波形表示信号时，代表不同的离散数值的基本称为码元

常见编码方式

• 曼彻斯特编码：
  码元中间时刻的电平跳变既代表时钟信号，也表示数据。正跳变表示1或0，负跳变代表1或0，可以自行定义。
• 差分曼彻斯特编码：
  码元中间时刻的电平跳变仅表示时钟信号，而不表示数据。
  数据的表示在于每一个码元开始处是否有电平跳变：无跳变表示1，有跳变表示0。

信道的极限容量（不全，晚补）

造成信号失真的主要因素

• 码元的传输速率
  传输速率越高，信号经过传输后的失真就越严重
• 信号的传输距离
  传输距离越远，信号经过传输后的失真就越严重
• 噪声干扰
  噪声干扰越大，信号经过传输后的失真就越严重
• 传输媒体的质量
  传输媒体质量越差，信号经过传输后的失真就越严重

信道复用技术的基本原理

复用就是在一条传输媒体上同时传输多路用户的信号。
当一条传输媒体的传输容量大于多条信道传输的总容量时，就可以通过复用技术，在这条传输媒体上建立多条通信信道，以便充分利用传输媒体的带宽。

• 频分复用
• 时分复用
• 波分复用
• 码分复用