物理层

概述

功能

• 解决在各种计算机中传输数据比特流

主要任务

• 确定与传输媒体接口有关的特性，就是定义标准

物理层规定的接口特性

• 机械特性

  • 接口规格
  • 引线数目
  • 引脚数量

• 电气特性

  • 电压范围

    • 比如0-5v规定是1

  • 传输速率

  • 距离

• 功能特性

  • 某条线上的某一电平表示何种意义（一般不带数字）（只说高电平低电平）

• 规程特性（过程特性）

  • 工作规程、时序

通信

通信方式

• 三种通信方式

  • 单工

    • 一个说一个听

  • 半双工

    • 双方都可以发送但是不能同时发送和接收

  • 全双工

    • 同时发送

• 串行并行

• 同步异步

  • 同步

    • 发送方和接收方有一个同步的时钟

  • 异步

码元

• 码元宽度

  • 单位是秒
  • 电平维持的时间

• k进制码元

  • 有2^K个电平

速率，传输速率

• 单位时间内数据传输量

• 码元传输速率

  • 单位码元每秒，也就是波特
  • 计算：1/码元宽度

• 信息传输速率

  • 二进制码元传输速率
  • 一个16进制码元，存放4比特信息

带宽

• 最高数据率

两个公式（此时带宽单位是HZ)

失真

• 码元传输速率越快，信号传输距离越长，噪声干扰越大；传输失真越大

奈氏准则（无噪声）(避免码间串扰）

• 无噪声最大码元传输速率

• 2WLOG2V

  • W是带宽
  • V是有几种比特的信息
  • 单位是b/S
  • LOG2V就是波特转为比特

• 2W的单位是波特

香农定理（有噪声）

• 考虑噪声的干扰的最大传输速率

• 两种信噪比

  • 单位dB = 10LOG10(S/N)
  • 无单位比值S/N

• 计算：WLOG2(1+S/N)

• 单位b/S

如果告诉M进制，就用nice

如果告诉信噪比，就用香浓
两个都告诉了，两个都算，选小的

编码和调制

基带信号和宽带信号

• 基带：来自信源，计算机网络中对应数字信号
  近距离
• 宽带：模拟信号
  远距离

编码

• 数据转为数字信号

• 数字—>数字用数字发送器

  • 非归零

    • 高1低0
    • 无法检错，无法确定开始和结束

  • 归零

    • 一个码元内归到0
    • 若1：前半段为1，后半段为0

  • 曼彻斯特

    • 一个码元内
      前高后低为1
      前低后高为0

  • 差分曼彻斯特

    • 同1异0
    • 而且每个码元内都会跳变
    • 相对于两个码元之间的

  • 反向不归零

    • 信号电平翻转表示0
      电平不翻转表示1
    • 也就是同0异1，码元内不跳变

  • 4B/5B

    • 用五个比特表示4个比特的信息

• 模拟——>数字用PCM编码器

  • 抽样

    • 采样频率>=2*信号最高频率
    • 必须大于才能精准

  • 量化

  • 编码

调制

• 数据转为模拟信号

• 数字——>模拟用调制器

  • ASK调幅

    • 0无振幅
    • 1有振幅

  • FSK调频

    • 低频0
    • 高频1

  • PSK调相

    • 01波形不相同
    • 相位变化就是sin左右移动

  • QAM调幅+调相

    • 4个相位4个振幅就是十六种波形，16种码元。
      所以一个码元可以表示log16 = 4比特的信息

• 模拟——>模拟用放大器调制器

数据交换方式

电路交换

• 阶段

  • 建立连接
  • 通信
  • 释放连接

• 有专用的线路，通信时线路一直被占用

报文交换

• 不用专用通路，采用存储转发方式

分组交换

• 数据报方式

  • 无连接
  • 分组传输路径不一定
  • 每个分组独立进行路由选择
  • 不保证有序到达和可靠通信

• 虚电路方式

  • 有逻辑连接，有一个逻辑路径

  • 所有分组都沿着那个逻辑路径传输

传输介质

传输媒体并不是物理层，物理层可以根据电气特性判断数据是什么

导向性

• 比如铜线光纤

• 双绞线

• 同轴电缆

  • 抗干扰性比双绞线强
  • 传输距离更远

• 光纤

  • 实心的

  • 单模

    • 横向传输
    • 激光直线传输

  • 多模

    • 多种信号
    • 多次折射，损耗大

非导向性

• 空气

• 无线电波

  • 所有方向
  • 穿透能力强

• 微波

  • 定向

  • 地面

  • 微星

    • 容量大
    • 距离远
    • 覆盖广

• 红外线、激光

  • 定向
  • 把数据转为各自的格式

物理层设备

中继器

• 再生数字信号

• 两端是网段，适用于完全相同的两类网络，且速率相同

• 意思就是两端协议相同

• 可以连不同媒体，比如双绞线和光纤

• 5-4-3规则

  • 五个网段
  • 4个中继器
  • 3个终端

集线器

• 多口中继器
• 不能分割冲突域，多个主机网集线器发送数据会发生碰撞

最后

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