计算机网络-物理层

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1.1 基本概念

物理层功能

就是要解决在各种传输媒体上传输比特0和1的问题，进而给数据链路层提供透明传输比特流的服务。

物理层需解决的问题

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。

物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么?

1.2 传输媒体

1.2.1 基本概念

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。

传输媒体不属于计算机网络体系结构的任何一层。如果非要将它添加到体系结构中，那只能将其放置到物理层之下。

1.2.2 导引型传输媒体

在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体传播。

同轴电缆

双绞线

把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后按照一定规则绞合起来就构成了双绞线。

光纤

光纤原理

多模光纤

可以存在多条不同角度入射的光线在一条光纤中传输。

单模光纤

若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。

电力线

1.2.3 非导引型传输媒体

非导引型传输媒体是指自由空间。

无线电波

微波

红外线

可见光

1.3 传输方式

1.3.1 串行传输和并行传输

串行传输

数据是一个比特一个比特依次发送的，因此在发送端与接收端之间，只需要一条数据传输线路即可。

并行传输

一次发送n个比特，因此，在发送端和接收端之间需要有n条传输线路
并行传输的优点是比串行传输的速度n倍，缺点是但成本非常高。

结论

数据在传输线路上的传输采用是串行传输。

计算机内部的数据传输常用并行传输，例如CPU与内存之间，通过总线进行数据传输。

1.3.2 同步传输和异步传输

同步传输

数据块以稳定的比特流的形式传输。字节之间没有间隔。
接收端在每个比特信号的中间时刻进行检测，以判别接收到的是比特0还是比特1。
由于不同设备的时钟频率存在一定差异，不可能做到完全相同，在传输大量数据的过程中，所产生的判别时刻的累计误差，会导致接收端对比特信号的判别错位，所以要使收发双发时钟保持同步。

异步传输

以字节为独立的传输单位，字节之间的时间间隔不是固定。
接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步。
通常在每个字节前后分别加上起始位和结束位。

1.3.3 单向通信（单工)、双向交替通信(半双工)和双向同时通信(全双工）

在许多情况下，我们要使用“信道（channel）”这一名词。信道和电路并不等同，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收信道。

单向通信（单工)

又称为单工通信，通信双方只有一个数据传输方向。无线电广播或者有线电以及电视广播就属于这种类型。

双向交替通信(半双工)

又称为半双工通信，即通信的双方可以发送信息，但不能双方同时发送。这种通信方式使一方发送另一方接收，过一段时间后可以再反过来。

双向同时通信

又称为全双工通信，即通信的双发可以同时发送和接收信息。

结论

单向通信只需要一条信道。而双向交替通信或者双向同时通信，则都需要两条信道。(每个方向各一条)

1.4 编码与调剂

1.4.1 基本概念

数据:运送消息的实体。

信号 :数据电磁的表现。

基带信号：由信源发出的原始电信号。计算机内部CPU与内存之间传输的信号(数字基带信号) ，麦克风收到声音后产生的音频信号(模拟基带信号)。

码元: 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。

调制：把数字基带信号的频率范围，搬移到较高的频段，并且转换为模拟信号。调制后产生的信号是模拟信号，可以在模拟信道中传输。

编码：在不改变信号性质的前提下，仅对数字基带信号的波形进行交换。