《计算机网络》第2章：物理层

第2章：物理层

2.1 通信基础

数据是指传送信息的实体。信号是指数据的电气或电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。数据和信号都可以用『模拟的』或『数字的』来修饰：连续变化的数据（或信号）称为模拟数据（或模拟信号）；取值仅允许有限的几个离散数值的数据（或信号）称为数字数据（或数字信号）。
传输方式分为串行传输和并行传输。串行传输是指一个一个比特按照时间顺序传输；并行传输是指多个比特通过多条通信信道同时传输。
码元是指用一个固定市场的信号波形（数字脉冲），表示一位K进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为K进制码元，该时长称为码元宽度。
数据通信是指数字计算机或其他数字终端之间的通信。一个数据通信系统主要可划分为信源、信道、信宿。
信源是产生和发送数据的源头；信宿是接收数据的终点。信道是信号的传输媒介，与电路不等同。
信道按传输信号形式的不同分为传送模拟信号的模拟信道和传送数字信号的数字信道；信道按传输介质的不同分为无线信道和有线信道。
信道上传送的信道分为基带信号和宽带信号。基带信号是将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，然后送到数字信道上去传输（称为基带传输）；宽带信号是将基带信号进行调制后形成的频分复用模拟信号，然后传送到模拟信道上去传输（又称为宽带传输）。
按通信双方的交互方式分为三中基本方式：
1) 单工通信。只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。如无线电广播、电视广播等。
2) 半双工通信。通信双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收，需要两条信道。
3) 全双工通信。通信双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道。
信道的极限容量是指信道的最高码元传输速率或信道的极限信息传输速率。
速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可用码元传输速率和信息传输速率表示。
1) 码元传输速率：表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（脉冲个数或信号变化的次数），单位是波特（Baud）。
2) 信息传输速率：表示单位时间内数字通信系统传输二进制码元个数（即比特数），单位是比特/s（b/s）
带宽是指信号具有的频带宽度，单位是赫兹（HZ），用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。

2.2 传输介质

传输介质也称传输媒体，是发送设备和接收设备之间的物理通路，可分为导向传输介质和非导向传输介质。
双绞线：由两根才用一定规则并排绞合的、互相绝缘的铜导线组成。绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。在双绞线的外面加一层由金属丝编织成的屏蔽层可提高抗电磁干扰能力，这是屏蔽双绞线（STP），无屏蔽层的双绞线称为非屏蔽双绞线（UTP）。
同轴电缆：由导体铜质线芯、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成。
光纤通信就是利用光导纤维（光纤）传递光脉冲来进行通信。
无线传输介质：
1) 无线电波
2) 微波、红外线和激光
物理层考虑的是如何在连接哥哥计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是具体传输媒体。物理层的主要任务可以描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：
1) 机械特性。
2) 电气特性。
3) 功能特性。
4) 规程特性。

2.3 物理层设备

中继器又称转发器，主要功能是将信号整形并放大在转发出去，以消除信号由于经过一长短线电缆，因噪声或其他原因而造成的失真和衰减，使信号的波形和强度达到所需要的要求，来扩大网络传输的距离。
集线器（Hub）实质上是一个多端口的中继器，工作在物理层。
Hub主要用于使用双绞线组件共享网络，是解决服务器连接到桌面最经济的方案。在交换网络中，Hub直接与交换机相连，将交换机端口的数据送到桌面。
由Hub组成的网络是共享网络，在逻辑上仍然是一个总线网。Hub每个端口连接的网络部分是同一个网络的不同网段。Hub只能够在半双工下工作，网络的吞吐率因而受到限制。