物理层详解、空间单位和速度单位区别、数字信号和模拟信号

一、物理层的概念

1、物理层作为OSI与TCP/IP参考模型的最底层，提供了数据传输的双向联通性保障。

2、物理层直接面向连接，实际承担数据的转发任务。

3、物理层负责将数据链路层递交下来的数据帧frame转换成比特流bit，通过有线或无线的方式进行传播。

 

二、物理层的功能

为数据端设备提供传送数据的通路

传输数据

 

三、物理层的传输介质

1、有限介质

有限介质分为双绞线（网线）、光纤两种

（1）双绞线

双绞线TP，也就是网线，是目前使用最广，价格相对便宜的一种传输介质，双绞线由两根绝缘铜导线相互缠绕组成，由若干对双绞线构成的电缆被称为双绞线电缆。根据线的种类不同，双绞线又可以被分为非屏蔽双绞线（UTP）和屏蔽双绞线（STP）。 一般的网线里面只有八根线，网线中数据传输是会有弱电的，为了消除弱电对信号的影响，有时候会在网线中加一根锡纸线，如下图所示。这个纸可以起到很好的信号屏蔽效果，保证网线不会受到静电的影响。这种带有一根锡纸的网线就叫做屏蔽双绞线。而里边只有8根线的网线就叫做非屏蔽双绞线。双绞线也就是网线的最大传输速率为100M，最长传输距离为100米。

 

 

网线也可以分为成品线和工程线。成品线即拿过来就可以使用的网线，优点是比较方便，缺点是长度一遍比较短（1-5米）；工程线是指只有网线没有水晶头的网线，买回来后需要自己安装水晶头才可以使用，优点是线的长度比较长（300-400米），可以根据需要自己截取相应的长度。

网线的制作：

 

 

（2）光纤

光纤的传输用到的是光的全反射原理。我们的电脑发出的一定是电信号，接收方接收的也一定是电信号。所以我们的电信号进入光猫在传输的过程中，首先有一个驱动器推了它一把，让电信号飞速的跑起来，之后电信号进入到光纤线之中，光纤线就是光源，光源就是发光二极管，它的作用就是把电信号转变为光信号，然后通过整个光纤线的全反射原理，把光信号转发到对端。对方的光猫接收到光信号，在使用光电二极管把光信号转换成电信号，此时的电信号可能有一定程度的衰减，此时我们在用一个放大器把电信号放大，最终让接收方接收到电信号。整个过程如下图所示。所以光传输系统主要有三个部分组成：光传输介质、光源、检测器。

 

 

光纤又分为多模光纤和单模光纤。多模光纤可以允许多个光信号同时传输，单模光纤只允许一路信号传输，且不再应用光反射原理，路线是平行的，这种方式传输速度最快，因为它走的是直线。

 

 下图是多模光纤和单模光纤的区别：

 

2、无线介质

无线电（收音机、电台、广播）

微波（对讲机）

激光：会产生热量（现在对用于手术，很少用于通信））

红外线：短距离传输（遥控器）

蓝牙：现在主流的方式

 

 

四、物理层设备

1、中继器

网线最长传输距离是100米，如果两地直接相隔150米，我们用一根网线是传不过去的，那么我们就在两地中间放一个中继器。中继器可以延长网络传输距离，放大信号，只包含一个输入端口和一个输出端口，只能接收和转发数据流。

2、集线器

可以提供多个端口，使多个网络设备可以实现互联。

我们可以发现中继器和集线器都智能转发数据，不能产生设备，这样的设备工作在物理层。

 

 

五、数字信号和模拟信号

对于通信来讲，不管是通过有线还是无线的方式，信号都是非常重要的，所以在物理层中我们非常关注的就是信号的问题。在整个传输的过程中，信号一共分为两种，一种是数字信号，一种是模拟信号。

1、模拟信号 

模拟信号：从零点开始，然后不断高低起伏有波峰和波谷的一段连续的信号波长。如下图所示。模拟信号最突出的优点是它能够感受声音的高低起伏和声音的抑扬顿挫。当我的声音越高亢的时候波峰越高，当我的声音低沉的时候，整条波线越趋于平稳。模拟信号也要自己严重的缺点，第一个缺点是它特别害怕水，因为水对于信号有极强的吸附能力，第二个缺点是模拟信号特别害怕金属，因为金属对于信号有极强的反射和折射能力。举个例子，在我们的现实生活中，什么设备用的是模拟信号呢？电话、电视是典型的应用模拟信号的设备，所以我们发现在下大暴雨的时候打电话的话信号是非常不好的。

 

2、数字信号 

数字信号：数字信号是一段01交替的不连续的波长，是会中断的不连续波长。如下图所以。数字信号感受不到声音的高低，有声音就是有声音，没有声音就是没有声音。数字信号不容易被雨水所吸附，也不容易被金属影响。另外，数字信号的传输距离比模拟信号长，信号也更稳定。所以在进行长距离信号传输时，更愿意使用数字信号。所以现在的电视机用的都是数字信号，以保证信号的稳定和长距离的传输。但是数字信号没有办法感受声音的高低，即我们的电视播放的都是一个声音，这该怎么办呢？为了解决这个问题，人们使用数模转换器。电视塔到电视的传输是用的数字信号，然后在电视中内置一个数模转换器，将数字信号转换为模拟信号在电视机上播出，就解决了上述问题。

 

 

六、 楼宇网络规划

如下图所示，一个大楼有35层，右边是管井，我们知道网络设备一般都是放在管井中的。在管井中，一般每4层有一个设备间，用于放网络设备。如果我在9层租了一层办公，有200个员工，应该怎么布置网络呢？首先在9层我们需要放置9台24口的交换机，交换机彼此串联，然后这200个员工就可以直接连接在这9台交换机上，实现内网互通，但是如果这200个人要上外网呢？此时就需要有一个路由器，一头连在内网交换机上，另一头连接运营商的外网。但是运营商不可能每层都给你扯一条网线，所以此时要将路由另一头连接在管井的交换机上（楼层交换机）。管井中的交换机都是串联的，在地下室一般有一个总交换机（楼宇交换机），然后在由总交换机出来一根系连接在距这个楼最近的运营商的机房里去。所以一般都是运营商一根总线直接接到楼宇交换机上。从而实现这个公司的员工访问外网。

 

 

七、空间单位和速度单位的区别

假设有一个问题，我们家的带宽是100M的，我为什么不能1秒钟从网上下载100M 的文件呢？

在我们的计算机行业中，我们的单位分为两种，一种叫做空间单位，一种叫做速度单位，这是两种完全不同的概念。

1、空间单位

空间单位中最小的单位叫bit，8bit=1Byte（字节），但是在计算机里边我们是看不到bit这个单位的。1000Byte=1KB，1000KB=1MB，1000MB=1GB，1000GB=1TB。我们平常说的U盘、硬盘都是指空间单位。

2、速度单位

计算机网络中用到的更多的是速度单位。速度单位中，最小的单位也是bit，但是 1000bit = 1Kb, 1000Kb=1Mb, 1000Mb= 1 Gb,我们可以看到速度概念中是没有字节这个概念的。

所以我们平常说的家里的带宽是1M的，其实是 1Mbps(1 million bit per second ), 即每秒传输百万个bit,这里用的是速度单位。那1M的带宽每秒能从网上下多大的文件？我们知道速度单位中是没有字节这个概念的， 而空间单位中8bit=1Byte, 所以如果硬要去换算每秒可以下载多大的文件，等于要用速度单位换算成空间单位，那么就要除以8，这个8就是8bit=1Byte中的8。所以能下的大概是 1Mbps/8= 125Kb ,在减去从家到运营商长距离的信号衰减，减去各种限速，能下载的其实更少。100M的带宽实际每秒能下载的文件也就是在10M左右。

我们平常说的就是速度单位。