物理层

Posted 2021-01-10 yusiming

物理层

物理层属于计算机网络中的底层，我们首先来明确物理层要讨论的内容，即物理层是为了什么而设计出来的？

物理层要考虑的问题是如何在不同的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体（光纤、双绞线），这是需要强调的一点。

物理层需要屏蔽掉各种不同传输媒体之间的区别，使数据链路层感觉不到这些传输手段和传输媒体的差异，而只是将数据帧交给物理层进行传输，怎么传输的数据链路层一概不管，

物理层也读不懂数据链路层携带的各种信息，只知道是数据是0还是1，应该使用高电压还是低电压传输，这就达到了数据链层和物理层之间的解耦，数据链层只是使用了物理层提供的服务。而物理是如何提供服务的数据链层不需要知道，即使物理层发生了改变数据链路层还是不知道，只要物理层提供服务的接口不变，那么数据链路层可以继续使用物理层提供的服务，不受影响。

这就跟我们进行软件体系结构设计时的分层思想很相似，service层使用dao层提供的服务，但是如何提供服务的service不知

物理层规程

物理层主要规定了与传输媒体接口的一些有关特性：

1.机械特性

接口所用的接线器的形状和尺寸，引脚数目和排列，固定和锁定装置等等

2.电气特性

接口电缆上的各条线上出现的电压的范围

3.过程特性

某条线上某一电平的电压代表的意义

4.功能特性

对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

物理层还要完成传输方式的转换，并行到串行，或者串行到并行，一般都由网络适配器来完成。

 

数据通信的基本知识

消息：文字，图像等
数据：运送消息的实体，通常是有意义的符号序列，可以用计算机处理。
信号：数据的电气或电磁表现，信号可以分为：
数字信号：代表消息的参数取值是离散的
模拟信号：代表消息的参数取值是连续的
码元：代表不同数值基本波形被称为码元

信道

信道与电路并不等同，信道一般都是表示向某一个方向传递信息的媒体，一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接受信道。
信道的分类：
单向通信：又叫做单工通信，只有一个方向的通信，比如：无线电广播、电视
双向交替通信：又叫做半双工通信，不能同时收发消息，比如：对讲机
全双工通信：可以同时收发消息
单项通信只需要一条信道，其余需要两条信道。
基带信号：来自于信源的信号，比如计算机输出的数据信号，基带信号往往包含许多低频和直流的成分而许多信道不能传输这种低频和直流的成分，必须对信号进行调制，调制分为
基带调制：对基带信号的波形进行变换，变换后的任是基带信号
带通调至：使用载波进行调制，转换为模拟信号
带通调制把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，经过载波调制的信号称为带通信号

基带调制的过程又称为编码：常用的编码方式有：
单极性不归零码
单极性归零码
双极性不归零码
双极性归零码
曼彻斯特编码
差分曼彻斯特编码
基本的带通调制方法：
调幅
调频
调相

 

信道的极限容量

数字通信的优点：在接收端只要我们能从失真的波形识别出原来的信号，那么种失真对于通信质量是没有影响的。但是失真过于严重，将无法识别。
限制码元在信道上的传输速率有两个：
信道能通过的频率范围：
具体的信道所能通过的频率范围总是有限的，信号中的许多高频分量往往不能通过信道，在接收端收到的信号波失去的码元之间的清晰的界限，这种现象叫做码间串扰。
奈氏准则：在任何信道中，码元的传输速率是有上限的，如果超过此上限，就会出现严重的码间串扰，使接收端不能识别码元。
信噪比
噪声存在于所有的电子设备和通信信道中，是随机产生的，信噪比的值是： S/N
信噪比（db）= 10log(S/N)
香农公式 ：
信道的极限传输速率 C = W log2(1 + S/N)
信噪比越大，信道的极限传输速率越高

 

 

 

物理层下面的传输媒体

传输媒体可以分为引导型和非引导型，引导型是指电磁波被引导沿着固体媒体传播，非引导型是指电磁波在自由空间传输，无线传输。

引导型：
双绞线
屏蔽双绞线
同轴电缆
光缆

非引导型：
短波通信
微波通信

网线：直通线，同类设备用交叉线，交换机中的线序已经调整。
集线器：没有任何判断能力，他在网络中起到信号放大和重发作用，目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的重定向传送数据的能力，集线器是物理层设备。

 

 

信道复用技术

频分复用：在相同的时间，占用不同的带宽资源
时分复用：在不同的时间，占用相同的带宽资源（使用的较多）
码分复用：在相同的时间使用相同的资源
复用器和分用器成对使用
波分复用：光的频分复用
统计时分复用是时分复用的改良，使用STDM帧传输数据