第二章 物理層

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一、物理層的基本概念

物理層主要是解決在傳輸媒介上傳輸比特流,主要任務(wù)是確定傳輸媒體的標(biāo)準(zhǔn)特性。這樣不同廠家的設(shè)備就能相互連接。

  • 機械特性:接口標(biāo)準(zhǔn),如形狀、大小、引線數(shù)目
  • 電氣特性:電壓標(biāo)準(zhǔn),如電壓范圍
  • 功能特性:規(guī)定電壓表示什么,如-5V表示0,+5V表示1
  • 過程特性:規(guī)定建立連接時相關(guān)部件的工作步驟

二、數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識

典型的數(shù)據(jù)通信模型

數(shù)據(jù):要運送的消息
信號:數(shù)據(jù)的電氣或電磁的表現(xiàn)
數(shù)字信號:數(shù)字比特流,010101,消息的取值是離散的
模擬信號:消息的取值是連續(xù)的
碼元:代表離散數(shù)值的基本波形(1碼元攜帶1bit信息,或者1碼元攜帶nbit信息)
調(diào)制解調(diào)器:可以把數(shù)字信號和模擬信號進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。


數(shù)據(jù)通信模型

信道

信道:表示向一個方向傳輸數(shù)據(jù)的媒體。平常說的通信線路,一般都包含一條發(fā)送信息的通道和一條接受信息的通道。
單工通信:只有一個方向的通信。電臺
半雙工通信:通信的雙方都能發(fā)送和接收,但是不能同時收發(fā),必須交替著來。對講機。
全雙工通信:通信的雙方能同時收發(fā)。打電話。

基帶信號和帶通信號

基帶信號:信源的信號
帶通信號:將基帶信號經(jīng)過載波調(diào)制之后,把信號頻率調(diào)高,以便在信道中傳輸.

對基帶信號的調(diào)制方法:調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相


基帶信號 -> 帶通信號 - 調(diào)制方法

常用編碼

單極性代表只有1時電壓是正的,雙極性代表0時電壓是負(fù)的。電壓有沒有正負(fù) - 極性
每個bit傳輸后是否歸于0電壓 - 歸零


常用編碼

曼徹斯特編碼

差分曼徹斯特編碼

比較

信道的極限容量

奈氏準(zhǔn)則

理想的條件下,碼元的傳輸速率也有上限。
如果太快了,會出現(xiàn)碼間串?dāng)_的問題,接收方不能識別。

香農(nóng)公式

C = W log2(1+S/N) b/s
有信號干擾時,信道的極限、無差錯的信息傳輸速率,跟信噪比有關(guān)系
如果受干擾比較大,可以降低傳輸速率,來保持正常的通信。
信噪比越大,信息傳輸速率越高。

三、物理層下面的傳輸媒體

導(dǎo)向傳輸媒體

電磁波沿著固體的方向傳輸。雙絞線、同軸電纜、光纜。
直通線,交叉線(不同設(shè)備直通線,同類設(shè)備交叉線),但集線器-交換機,和路由器到主機要用交叉線。網(wǎng)線的水晶頭標(biāo)準(zhǔn) - 568A、568B標(biāo)準(zhǔn)。
光纖:不斷地全反射

非導(dǎo)向傳輸媒體

在自由空間進(jìn)行傳輸。電磁波、短波、微波。

設(shè)備

集線器hub
物理層設(shè)備,起到信號放大和重發(fā)的作用,目的是擴大網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍。和網(wǎng)線一樣,不具備定向傳送能力。
最大傳輸距離:100m
集線器是個大的沖突域。集線器上某個時間點只能兩臺電腦通信。

四、信道復(fù)用技術(shù)

  • 頻分復(fù)用FDM(frequency division multiplexing)
    分成不同頻段,進(jìn)行復(fù)用傳輸,然后在接收處分用

  • 時分復(fù)用TDM(Time Division multiplexing)
    在一個時間周期內(nèi),輪流發(fā)一段消息。但是如果有的空閑,可能會浪費資源

  • 統(tǒng)計時分復(fù)用 STDM(statistic TDM)
    通過加標(biāo)記,只要夠了一幀就發(fā)送。vlan干道鏈路區(qū)分vlan,就是STDM。

  • 波分復(fù)用 WDM(WaveLength Division Multiplexing)
    就是光的頻分復(fù)用

  • 碼分復(fù)用 CDM (Code Division Multiplexing)

五、數(shù)字傳輸系統(tǒng)

六、寬帶接入技術(shù)

  • ADSL
    ADSL采用的是DMT頻分復(fù)用技術(shù)
    將頻率分給電話線、計算機網(wǎng)上行線路、計算機網(wǎng)下行線路
  • 有線電視
  • 光纖
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