計算機網絡 - 物理層

1、物理層的特性

  物理層的主要任務是肯定傳輸媒體的接口的一些特性：

• 機械特性：接口形狀、大小和引線數目等(入網線的水晶口)
• 電氣特性：例如規定電壓範圍(-5V到+5V)，不至一個廠家設備的發送電壓直接把另外一個廠家的設備給燒了。。。
• 功能特性：例如規定-5V表示0，+5V表示1
• 過程特性：規定創建鏈接時各個相關部件的工做步驟

  物理層的標準化的好處之一就是不一樣廠商的設備能夠互相鏈接，更有利於計算機網絡通訊的發展。

2、物理層通訊

  典型的通訊模型包括下面的傳輸和信號處理過程：
數字信號 - 調制解調器 - 模擬信號 - 傳輸系統 - 模擬信號 - 調制解調器 - 數字信號

  局域網裏的兩臺電腦經過交換機通訊，實際上沒有通過調制解調器進行的數字信號和模擬信號相互轉化的過程。是直接經過數字信號通訊的。

一些通訊的基本概念：

• 數據：運送消息的實體

• 信號：數據的電氣或點此表現

  • 模擬信號：表明消息的參數的取值是連續的
  • 數字信號：表明消息的參數取值是離散的

• 碼元：在使用時間域的波形表示數字信號時，表明不一樣離散數值的基本波形(例如方波的上沿表明1，下沿表明0)。在數字通訊中經常使用時間間隔相同的符號來表示一個二進制數字，這樣的時間間隔內的信號成爲二進制碼元。而這個間隔被成爲碼元長度，1碼元能夠攜帶nbit的信息量(例如若是碼元只有高低兩種電平的可能，則一碼元攜帶1bit信息。而若是有四個電平則每一個碼元能夠攜帶2bit信息，四中電平分別對應00，01，10，11，以此類推，固然若是一碼元攜帶的信息越多，通訊元器件的複雜度就越高)。

• 單工通訊：只有一個方向的通訊。例如電視只能接收電視臺的信號，不能往電視臺發送信號。

• 半雙工通訊：通訊雙方均可以收發，可是一方不能同時收發。例如對講機。

• 雙工通訊：通訊雙方均可以手法，而且任意一方能夠同時收發。設備的複雜度更高，須要能夠經過一些例如濾波的手段來下降收發信號之間的干擾。移動電話在打電話時就是全雙工通訊。

• 基帶信號：來自信號源的信號。例如計算機輸出的各類表明文字或圖像的信號，或者人說話的聲波。傳輸距離近的時候可使用基帶信號，例如主機到顯示器、打印機等。

• 帶通訊號：把基帶信號通過載波調製以後，把信號的頻率範圍搬移到較高的頻段以便在信道中傳輸。適合遠距離通訊，接收方須要經過載波解調還原成基帶信號。

• 數字信號的經常使用編碼：

  • 單極性不歸零碼：高電位位+A，低電位爲0
  • 雙極性不歸零碼：高點位爲+A，低點位爲-A
  • 單極性歸零碼：在出現高電位的時鐘週期內，先出現高電位，而後電位歸零。
  • 雙極性歸零碼：同理。
  • 曼徹斯特編碼：在一個時鐘週期內由低電位跳到高電位表明0，反之表明1.

  雙極性和曼徹斯特編碼能夠表示沒有數據傳輸，而單極性編碼是作不到的。

• 信道極限容量：1. 奈奎斯特准則：在理想條件下，沒有干擾，爲了不碼間串擾，碼元的傳輸速率也是有上限值的(傳輸信號時鐘頻率很是短，電位之間切換很是快，接收端就沒法識別了)。若是信道的頻帶越寬，也就是能經過的信號高頻份量越多，就能夠利用更高的速率傳送碼元而不出現嗎間串擾。 2. 香農公式：真實信道中，傳輸速度也與信道的信噪比成正比。例如你說話的時候，有人在放鞭炮，這是就聽不清了，可是若是放慢說話的速度，可能就能夠聽清。

信道複用技術：

  假如一個1000M帶寬的光纖信道，有兩我的在上面打電話，而後對於通話業務來講只要有64k的帶寬就能夠保證通話質量了。此時若是隻讓這兩我的獨佔信道就很是浪費，此時就須要信道複用技術來解決這個問題了。
  相應的在發送端進行信道複用，接收端就須要信道分用。以識別出不一樣的通訊業務。

• 頻分複用(FDM)：不一樣用戶/業務，佔用不一樣的頻率進行通訊。
• 時分複用(TDM)：不一樣用戶/業務，佔用不一樣的時間片，按照固定的週期和有序的進行通訊。分給某個用戶/業務的時間片，若是沒有數據發送，會形成信道資源的浪費。可是每一個用戶在發送時均可以享受全量的帶寬。
• 波分複用：至關於光通訊裏的"頻分複用"
• 空分複用：無線通訊中。若是天線能夠精準的把信號打向不一樣位置的用戶，那麼不用位置的用戶就能夠佔用相同的時間片和頻率同時進行通訊而不產生相互干擾。