一、物理层的基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体。
物理层主要任务:确定与传输媒体接口有关的一些特性: → 定义标准。
1、机械特性 定义物理连接的特性,规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况
2、电气特性 规定传输二进制位时,线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等
3、功能特性 指明某条线上出现的某一电平表示何种意义,接口部件的信号线的用途
4、规程特性 (过程特性)定义各条物理线路的工作规程和时序关系
二、数据通信基础知识
通信的目的是传送消息
数据:传送信息的实体,通常是有意义的符号序列
信号:数据的电气 / 电磁的表现,是数据在传输过程中的存在形式:
数字信号:代表消息的参数取值是离散的;
模拟信号:代表小时的参数取值是连续的;
信道:信号的传输媒介,一般用来表示向某一方向传送信息的介质,因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
(传输信号)模拟信道<传送模拟信号> 数字信道(传送数字信号);
(传输介质)无线信道 有线信道
三种通信方式 从通信双方信息的交互方式看,可以有三种基本方式:
1、单工通信:只有一个方向的通信而没有反方向的交互,仅需要一条信道
2、半双工通信:通信的双方都可以发送或接受信息,但任何一方都不能同时发送和接受,需要两条信道
3、全双工通信:通信双方可以同时发送和接受信息,也需要两条信道
两种数据传输方式:串行传输 :速度慢、费用低、适合远距离
并行传输 :速度快、费用高、适合近距离(常用于计算机内部数据传输)
码元:码元 是指用一个固定时长的信号波形(数字脉冲) → 1 码元可以携带多个比特的信息量
速率:指数据的传输速率,可以用码元传输速率 和信息传输速率表示
码元传输速率:它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数(也称为脉冲个数或信号变化的次数)单位-----波特(Baud) → 1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元 码元速率与进制数无关
1s传输多少个码元
信息传输速率:别名比特率,表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数(即比特数),单位是 比特/秒 (b/s)
1s传输多少个比特
关系:若一个码元携带 n bit 的信息量,则 M Baud 的码元传输速率所对应的信息传输速率为 n*M bit / s
失真:影响失真程度的因素 → 码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量
奈氏准则:在理想低通条件下,为了避免码间串扰,极限码元传输速率为 2W Baud W 是信道带宽,单位HZ
理想低通信道下的极限数据传输率 = 2 W log2 V (b / s) → V ----几种码元/码元的离散电平数目
信噪比 = 信号的平均功率 / 噪声的平均功率 记 S / N 并用分贝(dB)作为度量单位
信噪比(dB) = 10 log 10 (S/N) 数值等价
香农定理:在带宽受限且有噪声的信道中,为了不产生误差,信息的数据传输速率有上限值
信道的极限数据传输速率 = W log (1 + S / N) (b/s)
基带信号与宽带信号:
在传输距离较近时,计算机网络采用基带传输方式
在传输距离较远时,计算机网络采用宽带传输方式
编码与调制:
数据 ——————> 数字信号 编码
数据 ——————> 模拟信号 调制
数字数据编码为数字信号:
曼彻斯特编码的记忆方法:1 →折角向左、0→折角向右
差分曼彻斯特编码的记忆方法:同1异0
数字数据调制为模拟信号:
传输介质及分类:
导向性传输介质 电磁波被导向沿着固定媒体
传输介质
非导向性传输介质 自由空间 介质可以是空气、真空、海水等
导向性传输介质:1、双绞线 屏蔽双绞线 非屏蔽双绞线
双绞线价格便宜,距离太远时,对于模拟传输,要用放大器放大衰减信号;对于数字传输,要用中继器将失真的信号整形
2、同轴电缆
3、光纤
1、传输损耗小,中继距离长,对远距离传输特别经济
2、抗雷电和电磁干扰性能好
3、无串音干扰,保密性好,也不易被窃听或截取数据
4、体积小,重量轻
非导向性传输介质:无线电波(信号向所有方向传播):较强穿透能力,可远传距离,广泛用于通信领域
微波(信号固定方向传播):卫星通信 地面微波接力通信
红外线、激光(信号固定方向传播)
物理层使用的两大设备:
中继器:对信号进行再生和还原,对衰减的信号进行放大,保持与原数据相同,以增加信号传输的距离,延长网络的长度
集线器(再生,放大信号):对信号进行再生放大转发,对衰减的信号进行放大,共享式设备