TCP/IP（二）物理層詳解

前言

　　在前面說了一下，計算機網絡的大概內容，沒有去深入的去了解它，這篇文章給你們分享一下物理層！

　　咱們知道ISO模型是七層，TCP/IP模型是五層，而tcp/ip協議只將七層歸納爲4層，咱們將學習其中的5層， 應用層(包括表示層，會話層)、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。

　　　　　　　　

1、物理層概述

　　解決如何在鏈接各類計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是指具體的傳輸媒體   （通俗的講就是傳輸的數據是經過何種方式，以什麼形態傳輸的，

　　　　相似於咱們說話，別人是如何聽到的，經過的就是聲波，計算機傳數據，又是怎麼樣吧數據帶過去的呢，）

　　主要任務：肯定與傳輸媒體的接口的一些特性，即 機械特性、電氣特性、功能特性、過程特性　　　　

　　　　機械特性：接口形狀、大小、引線數量等，通俗講也就是網線的水晶頭的設計等一些規定

　　　　電氣特性：規定電壓範圍（-5V~+5V）等  在網線中傳輸時所用的電壓範圍

　　　　過程特性：也稱規程特性 規定創建鏈接時各個相關部件的工做步驟

2、數據通訊基礎知識

2.一、數據通訊模型

　　源點、發送器、接受器、終點  和  源系統 -- 傳輸系統 --- 目的系統 的對應關係

　　PC機要發的數據會轉換爲010101，數字比特流就表明着010101傳給調制解調器，調制解調器將數字比特流轉換爲模擬信號，經過公用電話網傳到很遠的目的地去。而後逆過來解析成原數據就好了

　　提到的數字比特流、模擬信號以後會講解到，這樣，咱們就大概瞭解了數據通訊的模型了，大概知道數據是轉換成哪一種形勢傳到目標中。

　　　

2.二、經常使用術語

　　1）通訊的目的是傳送信息

　　2）·數據：運送信息的實體

　　3）信號：數據的電氣或電磁的表現 通俗講就是經過電氣或者電磁的一些表現形式來表明咱們的數據，這就是咱們說的信號，電氣、電磁，好比一些電磁波等

　　　　數字信號：表明消息的參數的取值是離散的，下面就是數字信號，經過一高一低，不連續的波。

　　　　　　

　　　　模擬信號：表明信息的參數的取值是連續的，下面就是模擬信號， 有高有低，可是是連續的波

　　　　　　

　　4）碼元：在使用時間域的波形表示數字信號時，則表明不一樣離散數值的基本波形就成爲碼元。  太理論的語言，看了跟沒看同樣，其實碼元很簡單，看下圖，在數字信號中，帶着0或者1的波形就是一個碼元

　　　　　　

　　　　碼元長度：每個碼元都是經過一段時間間隔來表示， 這個時間間隔就是碼元長度

　　　　注意：1碼元能夠攜帶nbit的信息量，並非1碼元就只能表明1bit的信息量，能夠是nbit，也就是說上面1碼元就表明0或1這樣1bit的信息量.

3.三、信道與傳輸方式

　　信道通常表示向一個方向傳送信息的媒體，因此日常說的通訊線路每每包含一條發送信息的信道和一條接受信息的信道

　　1）單工通訊：也就是單向通訊，只能有一個方向的通訊而沒有反方向的交互

　　2）半雙工通訊：也就是能雙向通訊，可是不能同時通訊，一方在發送數據，另外一方必須接受數據，等待對方發完，而後本身才能發，例如，電視裏面軍方的對講機，都是隻有等待一方說完話，另一方纔能說話。

　　3）全雙工通訊：相對於半雙工通訊來說，就是能同時通訊且雙向，例如，電話。

3.四、基帶信號與帶通訊號　

　　1）基帶信號：即基本頻帶信號，來自信源的信號，像計算機輸出的表明各類文字或圖像文件的數據信號都屬於基帶信號，基帶信號就是發出的直接表達了要傳輸的信息的信號，

　　　　例如：咱們說話的聲波就是基帶信號

　　2）帶通訊號：把基帶信號通過載波調製後，把信號的頻率範圍移到較高的頻段以便在信道中傳輸

　　　　

3.五、編碼與調製

　　1）編碼：人們將數字數據轉換爲數字信號的過程稱爲編碼

　　2）調製：將數字數據轉換爲模擬信號的過程稱爲調製

4、物理層下的傳輸媒體

通俗的講：前面咱們知道了數據是以什麼形態傳輸的，可是咱們不知道該種形態就在什麼上面傳輸呢？分兩種：導向傳輸媒體 和 非導向傳輸媒體

4.一、導向傳輸媒體

　　1）雙絞線

　　　　屏蔽雙絞線STP

　　　　無屏蔽雙絞線UTP

　　　　

　　2）同軸電纜　　

　　　　50Ω同軸電纜，用於數字傳輸，因爲多用於基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜

　　　　75Ω同軸電纜，用於模擬傳輸，即寬帶同軸電纜

　　　　

　　這兩種普通的網線（直通線 和 交叉線）

　　直通線：具體的線序製做方法是：雙絞線夾線順序是兩邊一致，統一都是：1：白橙、2：橙、3：白綠、4：藍、5：白藍、6：綠、7：白棕、8：棕。

　　　　　　注意兩端都是一樣的線序且一一對應。這就是100M網線的作線標準，即568B標準，也就是咱們日常所說的正線或標準線、直通線

　　　　　　直通線應用最普遍，這種類型的以太網電纜用來實現下列鏈接:

　　　　　　　　　　　　主機到交換機或集線器

　　　　　　　　　　　　路由器到交換機或集線器

　　　　　　　

　　交叉線：就至關於直通線是一一對應，而交叉線就不同，1對3 2對4 等

　　　　　　

　　3）光纜

　　　　　　光纖長什麼樣子

　　　　

　　　　工做原理：就是經過光的折射，在裏面傳播，直到光出來。

　　　　

　　　　具體光在其中是怎麼傳播的，看下圖就知道了。

　　　　　　

　　　　光纖分多模光纖和單模光纖

　　　　　　

　　　　區別：單模光纖指只能傳輸一種電磁波模式，多模光纖只能夠傳輸多個電磁波模式，實際上單模光纖和多模光纖之分，也就是纖芯的直徑之分。單模光纖細，多模光纖粗。

　　　　　　　　在有線電視網絡中使用的光纖全是單模光纖，其傳播特性好，帶寬可達10GHZ，能夠在一根光纖中傳輸60套PAL—D電視節目

4.二、非導向傳輸媒體

　　非導向傳輸媒體就是指自由空間，其中的電磁波傳輸被稱爲無線傳輸。 通俗來說，就是經過無線，不用那種固態的媒體，在空氣中自由傳播，在空氣中傳播的波不少，如何分別呢，就是經過每一個波的頻率不同

　　

5、信道複用技術

複用：經過下圖，就能夠很容易知道什麼是複用，就是同時公用一條信道來進行傳輸信息。信道複用技術：頻分複用、時分複用、統計時分複用、波分複用

　　

5.一、頻分複用　

　　用戶在分配到必定的頻帶後，在通訊過程當中自始至終都佔用這個頻帶(這個是一個範圍，例以下圖)

　　全部用戶在一樣的時間佔用不一樣的帶寬資源（請注意，這裏的「帶寬」是頻率帶寬而不是數據的發送速率）

　　

　　分析：

　　　　　發送數據：

　　　　　　

　　　　接受數據：

　　　　　　

5.二、時分複用

　　按時間輪流分配帶寬資源給不一樣的用戶，每一個用戶只在分配的時間裏使用線路傳輸數據。

　　 通俗來說：就是每一個用戶都有本身的時間段來傳輸數據，沒到本身時間就須要等待，直到屬於本身的傳輸時間段的到來，週期性的週轉

　　特色：在信道中，每一個資源都有前後順序，而且不會亂，一直是按照必定的順序傳輸數據。

　　　　

　　　　缺點：計算機數據的突發性質，用戶對分配的子信道的利用率不高，由於不知道何時通道就會發送數據，可能別的通道都不發數據，就一個通道須要發送，但也仍是要等待必定的時間，即便信道是空的。

5.三、統計時分複用

　　是對時分複用的一種改進，它能完善時分複用 對信道的利用率不高這個缺點，

　　原理：就是在每一個要發送的數據上面作一個特殊的標記，而不是經過一個多路複用器，週期性的發送數據， 給每一個要發送的數據

　　　　　　放入STDM幀中，讓STDM幀帶着數據發送過去，而接受的話，只須要分析STDM幀就好了。 

　　　　

　　

　　注意：時分複用 又稱同步時分複用，統計十分複用 稱爲 異布時分複用。 由於某一個用戶所佔用的時間間隙並非週期性的出現。

5.四、波分複用

　　波分複用就是光的頻分複用

　　　　

6、數字傳輸系統

PCM(脈衝編碼調製)技術：將模擬電話信號轉換爲數字信號的一種技術。  

有兩種PCM技術：北美的24路PCM(T1)  1.544M/s、 歐洲的30路PCM(E1) 我國採用的是E1 2.048M/S

7、寬帶接入技術

7.一、電話網線撥號接入

　　老式的撥號聯網方式，由於速度最高只能達到56kb/s

　　工做原理：經過將計算機發出的信號轉換爲音頻信號，由於要經過電話網線來傳播數據，因此這樣轉換來轉換去，達到的上網速率過低，雖然方便，但實用性不強， 不能同時上網和打電話。

7.二、數字用戶線接入

　　DSL：數字用戶線  　xDSL：用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，在DSL上加了x 表示不一樣的數字用戶線技術。

　　這個其實就是改善了電話網撥號接入的缺點，能同時上網和打電話，而且網速提升了不少，

　　工做原理：xDSL 技術就把 0~4 kHz 低端頻譜留給傳統電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網使用。這樣一來，就互不干擾了。經過頻率的高低來區分是電話仍是網絡數據。

　　

　　舉例：ADSL的接入網 

　　　　上行和下行帶寬作成不對稱的。指的是上行信道和下行信道，具體看DMT調製技術中的解釋。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　ADSL 在用戶線的兩端各安裝一個 ADSL 調制解調器。目的就是爲了區分低頻和高頻

　　　　我國目前採用的方案是離散多音調 DMT (Discrete Multi-Tone)調製技術

　　　　　　DMT 調製技術採用頻分複用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端頻譜劃分爲許多的子信道，其中 25 個子信道用於上行信道，而 249個子信道用於下行信道。

　　　　　　每一個子信道佔據 4 kHz 帶寬,並使用不一樣的載波（即不一樣的音調）進行數字調製。這種作法至關於在一對用戶線上使用許多小的調制解調器並行地傳送數據。

　　　　　　

　　　　　　接入網的工做原理圖

　　　　　　

7.三、光纖同軸混合網接入　　HFC

　　CATV：樹形拓撲結構的同軸電纜網絡，採用模擬技術的頻分複用對電視節目的單向傳輸，

　　HFC對CATV的基礎上進行改造，從而開發出的一種居民寬帶接入網。

　　特色：

　　　　HFC網的主幹線路採用光纖，將原CATV網中的同軸電纜主幹部分該換位光纖，而且使用的是模擬光纖技術，

　　　　每一個家庭都要安裝一個用戶接口盒

　　　　 HFC 網具備比 CATV 網更寬的頻譜，且具備雙向傳輸功能

　　　　光纖結點(光分配結點)，同軸電纜分別是那些，看下圖

　　　　

7.四、光纖接入

　　FTTx（光纖到...）：實現寬帶居民接入網的方案，這裏字母x可表明不一樣的意思

　　FTTH：光纖到家，光纖一直鋪設到用戶家庭多是居民接入網最後的解決方法(155Mb/s)

　　FTTB：光纖到大樓，光纖進入大樓後就轉換爲電信號，而後用電纜或雙絞線分配到各用戶。

　　FTTC：從路邊到各用戶可以使用星形結構雙絞線做爲傳輸媒體(155Mb/s)

7.五、以太網接入

　　局域網，大學校園、大型企業、各類政府經過內部的局域網，而後再讓局域網接入到因特網。

7.六、無線網接入　

　　前面都是有線接入，如今不少都使用無線聯網，手機、筆記本等都用無線連，很方便

　　從1G 到 2G 到 3G 到如今的 4G時代，每一代的特色不同，立刻就要出5G了。

　　1G：蜂窩移動通訊只可以模擬話音通訊，跟那個電話網撥號接入相似，網速很慢很慢

　　2G：以數字話音通訊爲主，也能提供短信，收發郵件，瀏覽網頁的數據通訊功能

　　3G：3G時代，記得之前用的網頁版QQ，就是要一直刷新也能接受信息，哈哈，

　　4G：網速很快，能達到1M~2M之間的速度。