计算机网络 - 物理层

1、物理层的特性

  物理层的主要任务是肯定传输媒体的接口的一些特性：

• 机械特性：接口形状、大小和引线数目等(入网线的水晶口)
• 电气特性：例如规定电压范围(-5V到+5V)，不至一个厂家设备的发送电压直接把另外一个厂家的设备给烧了。。。
• 功能特性：例如规定-5V表示0，+5V表示1
• 过程特性：规定创建链接时各个相关部件的工做步骤

  物理层的标准化的好处之一就是不一样厂商的设备能够互相链接，更有利于计算机网络通讯的发展。

2、物理层通讯

  典型的通讯模型包括下面的传输和信号处理过程：
数字信号 - 调制解调器 - 模拟信号 - 传输系统 - 模拟信号 - 调制解调器 - 数字信号

  局域网里的两台电脑经过交换机通讯，实际上没有通过调制解调器进行的数字信号和模拟信号相互转化的过程。是直接经过数字信号通讯的。

一些通讯的基本概念：

• 数据：运送消息的实体

• 信号：数据的电气或点此表现

  • 模拟信号：表明消息的参数的取值是连续的
  • 数字信号：表明消息的参数取值是离散的

• 码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，表明不一样离散数值的基本波形(例如方波的上沿表明1，下沿表明0)。在数字通讯中经常使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成为二进制码元。而这个间隔被成为码元长度，1码元能够携带nbit的信息量(例如若是码元只有高低两种电平的可能，则一码元携带1bit信息。而若是有四个电平则每一个码元能够携带2bit信息，四中电平分别对应00，01，10，11，以此类推，固然若是一码元携带的信息越多，通讯元器件的复杂度就越高)。

• 单工通讯：只有一个方向的通讯。例如电视只能接收电视台的信号，不能往电视台发送信号。

• 半双工通讯：通讯双方均可以收发，可是一方不能同时收发。例如对讲机。

• 双工通讯：通讯双方均可以手法，而且任意一方能够同时收发。设备的复杂度更高，须要能够经过一些例如滤波的手段来下降收发信号之间的干扰。移动电话在打电话时就是全双工通讯。

• 基带信号：来自信号源的信号。例如计算机输出的各类表明文字或图像的信号，或者人说话的声波。传输距离近的时候可使用基带信号，例如主机到显示器、打印机等。

• 带通讯号：把基带信号通过载波调制以后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。适合远距离通讯，接收方须要经过载波解调还原成基带信号。

• 数字信号的经常使用编码：

  • 单极性不归零码：高电位位+A，低电位为0
  • 双极性不归零码：高点位为+A，低点位为-A
  • 单极性归零码：在出现高电位的时钟周期内，先出现高电位，而后电位归零。
  • 双极性归零码：同理。
  • 曼彻斯特编码：在一个时钟周期内由低电位跳到高电位表明0，反之表明1.

  双极性和曼彻斯特编码能够表示没有数据传输，而单极性编码是作不到的。

• 信道极限容量：1. 奈奎斯特准则：在理想条件下，没有干扰，为了不码间串扰，码元的传输速率也是有上限值的(传输信号时钟频率很是短，电位之间切换很是快，接收端就没法识别了)。若是信道的频带越宽，也就是能经过的信号高频份量越多，就能够利用更高的速率传送码元而不出现吗间串扰。 2. 香农公式：真实信道中，传输速度也与信道的信噪比成正比。例如你说话的时候，有人在放鞭炮，这是就听不清了，可是若是放慢说话的速度，可能就能够听清。

信道复用技术：

  假如一个1000M带宽的光纤信道，有两我的在上面打电话，而后对于通话业务来讲只要有64k的带宽就能够保证通话质量了。此时若是只让这两我的独占信道就很是浪费，此时就须要信道复用技术来解决这个问题了。
  相应的在发送端进行信道复用，接收端就须要信道分用。以识别出不一样的通讯业务。

• 频分复用(FDM)：不一样用户/业务，占用不一样的频率进行通讯。
• 时分复用(TDM)：不一样用户/业务，占用不一样的时间片，按照固定的周期和有序的进行通讯。分给某个用户/业务的时间片，若是没有数据发送，会形成信道资源的浪费。可是每一个用户在发送时均可以享受全量的带宽。
• 波分复用：至关于光通讯里的"频分复用"
• 空分复用：无线通讯中。若是天线能够精准的把信号打向不一样位置的用户，那么不用位置的用户就能够占用相同的时间片和频率同时进行通讯而不产生相互干扰。