计算机网络-第2章物理层

2.1物理层的基本概念

①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。

②物理层的作用是要尽可能地屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异。

③用于物理层的协议也常称物理层规程。

确定与传输媒体的接口有关的一些特性：

①机械特性：接口所用接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列等。

②电气特性：电压范围。

③功能特性：某一电平的电压意义。

④过程特性：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，但数据在通信线路上的传输方式一般都是串行传输（出于经济上的考虑）。因此物理层还要完成传输方式的转换。

2.2数据通信的基础知识

2.2.1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：源系统，传输系统和目的系统。

源系统一般包括：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，调制器。

目的系统一般包括：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，解调器。终点：从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。

传输系统位于源系统和目的系统之间，可以是简单的传输线，也可以是复杂网络系统。

通信的目的是传送消息，数据是运送消息的实体。数据通常是有意义的符号序列。信号则是数据的电气或电磁的表现。

信号可分为：①模拟信号：代表消息的参数的取值是连续的。②数字信号：代表消息的参数的取值是离散的。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就称为码元。

2.2.2有关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。一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

三种基本方式：①单向通信。②双向交替通信。③双向同时通信。

来自信源的信号常称为基带信号。

调制：①基带调制：仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。也称编码。

②带通调制：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，这样就能够更好地在模拟信道中传输。调制后的信号称为带通信号。

1，常用编码方式：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。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，没有代表1。

曼彻斯特编码具有自同步能力。

2，基本的带通调制方法：①调幅，振幅变化。②调频，频率变化。③调相，初始相位变化。

正交振幅调制

2.2.3信道的极限容量

数字通信的优点：虽然信号在信道上传输时会不可避免地产生失真，但在接收端只要我们从失真的波形中能够识别出原来的信号，那么这种生真对通信质量就可视为无影响。

码元传输的速率越高，信号传输的距离越远，噪声干扰越大或传输媒体质量越差，在接收端的波形的失真就越严重。

限制码元在信道上的传输速率的因素。

①信道能够通过的频率范围。码间串扰：信号中高频分量在传输时受到衰减引起。

奈氏准则：在带宽为W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成为不可能。

②信噪比：信号的平均功率和噪声的平均功率之比，记为S/N。分贝dB作为度量单位。即信噪比（dB）=10log10（S/N）（dB）。

香农公式：信道的极限信息传输速率C是C=Wlog2（1+S/N）（bit/s）信道的带宽或信道中信噪比越大，信息的极限传输速率越高。

编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息晕。

2.3物理层下面的传输媒体

传输媒体是数据传输系统中在发送器和接牧器之间的物理通路。可分为导引型传输媒体和非导型传输媒体。导引型电磁波被导引沿着固体媒体传播。非导引型指自由空间，无线传输。

2.3.1导引型传输媒体

①双绞线：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。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。

②同轴电缆：由导体铜质芯线，绝缘层，网状编织的外导体屏蔽层以及绝缘保护套层所组成。

③光缆：多模光纤：多条不同角度入射，单模光纤：一直向前传播，而不会产生多次反射。

特点：损耗小，中继长，远距离传输经济。抗雷电和电磁干扰性能好。无串音干扰，保密性好。体积小，重量轻。

2.3.2非导引型传输媒体

无线传输，微波。

2.4信道复用

2.4.1频分复用，时分复用和统计时分复用

复用是通信技术中的基本概念。

①频分复用：有N路信号要在一个信道中传送，可以使用调制的方法，把各路信号分别搬移到适当的频率位置，使彼此不产生干扰。各路信号在同样的时间占用不同的带宽资源。

②时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

复用器总是和分用器成对地使用。

③统计时分复用是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。集中器常使用这种统计时分复用。

2.4.2波分复用

光的频分复用。光纤技术。在一根光纤上复用几十路或更多路数的光载波信号。EDFA掺饵光纤放大器。

2.4.3码分复用

另一种共享信道的方法，当码分复用信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址。每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。具有很强的抗干扰能力。

重要特点：这种体制给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交。在实用的系统中是使用伪随机码序列。两个不同站的码片序列规格化内积都是0。自己与自己的都是1。

2.5数字传输系统

缺点：①速率标准不统一。②不是同步传输。

2.6宽带接入技术

ADSL技术：对现有摸拟电话的用户线进行改造。把低端频谱留给传统电话使用。高端频谱留给用户上网使用。

离散多音调DMT。

光纤同轴混合网。

FTTx技术。