网络--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上传输‘数据比特流’。

主要任务：例确定 传输媒体的接口的一些特性，即：

机械特性：例接口形状，大小，引线数目

电气特性：例规定电压范围（-5v到5v）

功能特性：例规定-5v表示0，+5v表示1

过程特性（规程特性）：规定建立连接时各个相关部分的工作步骤

 

数据通信的基础知识

基带信号：来自信源的信号。（基带传输--近距离）

带通信号：（调制后）在一段频率范围内能够通过信道。

基带信号调制方法：调幅（01），调频（频率），调相（正余弦）。

 

常用编码

单极性不归零码：只使用一个电压值，高电平 1，没电压 0。

双极性不归零码：正电平和负电平分别表示1和0，正负幅值相等。

单极性归零码（RZ）：高电平 1，低电平 0，而且在发送码1时高电平在整个码源期间T只持续一段时间τ，其余返回零电平。

双极性归零码：正负零三个电平，信号携带同步信息。

曼彻斯特编码：低-高跳0，高-低跳 1。（bit中间有信号跳变）

差分曼彻斯特编码：bit与bit之间也有信号跳变表示下一个bit为0，bit与bit之间无信号跳变表示下一个bit为1。

信道极限容量

奈氏准则：理想条件下，避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。（没有电磁干扰，信道极限容量也有上限）

信道的频带越宽，通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

 

信噪比：

香农公式（有信号干扰）

极限信息传输速率：C=W log2（1+S/N） b/s

W：信道的带宽（单位 Hz）

S：信道内所传信号的平均功率

N：信道内部的高斯噪音功率

噪声越大，极限信息传输速率越小。

 

 

香农公式表明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。（如果信道带宽W 或 信噪比 S/N没有上限，则传输速率C也没有上限）

香农公式使用范围比奈氏准则更广。

 

数据通信模型：

发送信息-->数字比特流-->模拟信号--公共电话网--模拟信号-->数字比特流-->接收显示信息。

码元：常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字，这样的时间间隔内的信号称为二进制码元。

信道：单工信道，半双工信道，全双工通道。

 

物理层下面的传输媒体

导向传输媒体中，电磁波沿着固体媒体传播。

双绞线： 屏蔽双绞线STP

无屏蔽双绞线UTP

同轴电缆：50Ω同轴电缆 用于数字传输 多用于基带传输（也叫基带同轴电缆）

75Ω同轴电缆 用于模拟传输 （宽带同轴电缆）

光缆

 

同类设备用交叉线。

不同类设备用直通线。

直通线顺序：

橙白 橙 绿白 蓝 蓝白 绿 棕白 棕

 

单模光纤只能传播一种电磁波模式 细 （有线电视网络多用 传播性能好，10GHz）

多模光纤能传递多个电磁波模式 粗

 

非导向传输媒体 （指自由空间）

其中的电磁波传输被称为无线传输。无线传输所使用的频段很广。

短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差。

微波 -- 直线传播：地面微波接力通信，卫星通信

 

物理层设备 -- 集线器（hub）

特点：信号放大 重发作用 扩大网络传输范围，不具备信号的定向传送能力。

最大传输距离：100m

集线器是一个大的冲突域。

 

信道复用技术

频分复用（FDM）：不同频率的带宽

时分复用：等时分配给不同信道

统计时分复用：加上标记，信道数据没有规律

波分复用（光的频分复用）：光的频分复用，光的不同频率。

 

数字传输系统

脉码调制PCM体制：电话局之间的中继线上传送多路电话。

PCM标准：北美24路PCM（T1）--1.544Mb/s 欧洲30路PCM（E1）--2.048Mb/s

需要更高数据率时，可采用复用的方法。

E1：32路语音信道时分复用 ---- 中国使用（路由器广域网接口E1）

T1：24路语音信道时分复用

 

宽带接入技术

ADSL 标准模拟电话信号频带300~3400Hz -- 非对称信道

xDSL技术（用数字技术对现有模拟电话用户线改造）：0~4kHz低端留给传统电话使用，高端频谱用来上网。

DMT调制技术采用频分复用方法，把40kHz以上到1.1MHz的高端频谱划分为许多子信道（25个用于上行信道，249个用于下行信道）。每个子信道占据4kHz宽带。

光纤同轴混合网HFC：有线电视

FTTx技术：FTTH光纤到家，FTTB光纤到大楼（电缆，双绞线），FTTC光纤到路边（星型结构双绞线155Mb/s）。