第二章 物理层
物理层基本概念
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体(光纤、双绞线、无线)上传输数据比特流(010101),而不是指具体的传输媒体,即和你是光纤还是双绞线没关系。
物理层的任务是确定传输媒体的接口特性:
- 机械特性:例如,接口大小、形状、引线数目;网卡八根线,网线也要有八根。
- 电气特性:例如,电压的范围(-5V ~ +5V)
- 功能特性:例如,-5V表示0,+5V表示1
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过程特性:例如,建立连接时各个相关部件的工作步骤
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如图,可乐的瓶盖大小都是统一规范的,大小瓶用的盖子是一样的。
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数据通信的基础知识
数据通信系统的模型
这里讲的不只是计算机通信,电话、电视都是。道理都是一样的。
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公用电话网:就是指广域网
数字比特流:010101(离散的),两台主机通过交换机链接,直接是数组比特流传过去
模拟信号:正弦、余弦(连续的)
源点:计算机键盘输入汉字,计算机生成数字比特流
发送器:计算机都内置调制解调器,用户在外边看不到,把数字信号换成正、余弦波
相关术语:
通信的目的是传递消息
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消息(message):视频、文字、图像
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数据(data):运送消息的实体;例如,传天气预报的消息,但是计算机不懂,只懂0101,把天气的消息变成0101传过去,再由接收端把数据翻译成消息。
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信号(signal):数据的电气或电磁表现;0101由+5V、0V来表示
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模拟信号:代表消息的参数取值是连续的
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数字信号:代表消息的参数取值是离散的
- 码元(code):不同离散数值的基本波形,如图,上面的一小段,和下面的一小段都是码元,分别代表0和1。这是在二进制的情况下,也可改变电压的数值,变成2或3。
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有关信道的几个基本概念
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信道一般表示向一个方向传送信息的媒体,所以我们说平常的通信线路往往包含着一条发送信息的信道、一条接收信息的信道。
单向通信(单工通信):只有一个方向的通信,没有交互。例如:收音机接收电台
双向交替通信(半双工通信):双方都可以收、发,但是不可以同时收、发。例如:对讲机。
双向同时通信(全双工通信):双方都可以同时收、发。例如:电话。
基带信号:来自信源的信号。就是直接发出的信号,例如,人说话的声音,计算机发出的图片、视频的数据信号。
带通信号:把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,这个高的频段方便在信道中传输。
近距离传输,基带信号衰减不大,所以距离近的用基带传输。例如计算机到监视器、打印机等外设的信号都是基带。电台主持人说话,声音传不远,转出带通信号,可以传很远,虽然人听不到,但是收音机可以收到,然后转换成人话。
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调幅:1有浮动,0没有
调频:一直有浮动,1的时候频率高
调相:正弦、余弦表示不同信息
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单极性:0V和正电压,表示01
双极性:正、负电压表示01
归零:一个非0值一定会归零,再表示下一个数值
不归零:不归零
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低-高表示0,反之是1,可以表示没有信号,就是没有变化。
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是0还是1,看图中虚线,左右两个波形,是否变化。例如0的,就是高低变化的。而1没有变化,是直线。
信道极限容量
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奈氏准则:就算没有干扰,如果传输速度太快,码元间也会相互干扰,无法识别数据。如图,波间隔太密,无法识别。光纤速率比铜线高,是因为光纤可以用更高的速率发送码元,
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香农公式:如果我说话,周围有噪音,那么我降低说话速度,你也能听清我说的话。如上图的无线网速度,如果离路由器远干扰多,降低速度,也可以进行可靠传输。
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物理层下面的传输媒体
导引型传输媒体
也叫导向传输媒体,电磁波沿着固体(光纤、铜线)传播。
- 双绞线:两个铜线,并行,防止互相干扰,再把他们按一定方法绞合。
- 同轴电缆:铜芯,多用于有线电视
- 光缆
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非导引型传输媒体
使用无线电波,在自由空间传播。
信道复用技术
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100M的线路,你传递50M的数据,就浪费了。让多个数据同时使用一条路,但是不能混淆,得有方法把他们分开。
频分复用
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不同的频率,对应不同的频率过滤器,能把不同频率的信号挑出来。
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时分复用
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时分复用会造成资源浪费。
统计时分复用
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给每个数据加上一个标记消息,随机选取数据组成,构成一个帧就发送,取数据的时候,根据标记来区分。
码分复用
数字传输系统
过去,世界上有两种多路复用体系,一个是美国的,一个是欧洲的,现在世界统一标准了。
宽带接入技术
普通人,怎么接入互联网?
ADSL拨号上网,也就是“猫”上网。电话和猫都接一个解调器,然后电脑接猫。
光纤同轴混合网,利用有线电视的线路。
现在都是光纤到户,不使用其他线路。