【計算機網絡學習筆記】—— 【二】物理層

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一、物理層的作用

在物理層上所傳送的數據單位是比特。
物理層(physical layer)的作用是實現相鄰計算機節點之間比特流的透明傳送，儘可能屏蔽掉具體傳輸介質和物理設備的差異。 使其上面的數據鏈路層不必考慮網絡的具體傳輸介質是什麼。“透明傳送比特流”表示經實際電路傳送後的比特流沒有發生變化，對傳送的比特流來說，這個電路好像是看不見的。

二、三種通信方式

1. 單工通信

發送方和接收方固定，單向傳輸，僅需要一條信道（類比廣播）

2. 半雙工通信

通信的雙方都可以發送和接收，但不能同時發送和接收，交替傳輸，需要兩條信道（類比對講機）

3. 雙工通信

雙方可以同時發送和接收，雙向同時傳輸（類比打電話）

三、兩種數據傳輸方式

1. 串行傳輸

將表示一個字符的8位二進制數按照從低位到高位的順序，在一條信道按照順序發送
速度慢，費用低，適合遠距離

2. 並行傳輸

將表示一個字符的8位二進制數同時通過8條信道發送，接收方再根據順序重新組裝這些數據
速度快，費用高，適合近距離

四、實現同步的傳輸方式

1. 同步傳輸

數據的傳送以一個數據塊爲單位，因此同步傳輸也稱區塊傳輸

2. 異步傳輸

異步傳輸將比特分成小組進行傳送

五、數據通信相關術語

1. 碼元

碼元是指用一個固定時長的信號波形（數字脈衝），代表不同離散數值的基本波形

1 碼元可以攜帶多個比特的信息量

二進制編碼 —》 2種碼元 0 和 1 ，稱爲二進制碼元
k進制碼元—> 4種不同的信號波形：01 10 00 11

2. 速率

• 碼元傳輸速率：1s 傳輸多少個碼元 ，單位：波特 Baud
• 信息傳輸速率：1s 傳輸多少個比特

六、奈氏準則、香農定理

失真

發送的信號波形失真導致無法識別

失真的一種現象：碼間串擾
接收端收到的信號波形因爲振動太快（傳播速度太快）失去了碼元之間清晰界限的現象

奈氏準則

香農定理

七、編碼與調製

1. 基帶信號和寬帶信號

• 基帶信號：數字信道上傳輸，直接表達了要傳輸信息的信號。適合距離較近
• 寬帶信號：模擬信道上傳輸，把基帶信號經過載波調製後，把信號的頻率範圍搬移道較高的頻斷以便在信道中傳輸。適合距離較遠

2. 編碼：數據——>數字信號

數字數據——>數字信號

• 非歸零編碼
  高1低0，沒有檢錯功能
• 曼徹斯特編碼
  一個碼元分成兩個間隔，前低後高表示1，前高後低表示0（自己定）
• 差分曼徹斯特編碼
  同1異常0
• 歸零編碼
  信號電平在一個碼元內都要恢復到0
• 反向不歸零編碼
  電平反轉表示0，狀態不變表示1
• 4B/5B編碼
  

模擬數據——>數字信號

• 抽樣
• 量化
• 編碼

3. 調製：數據——>模擬信號

數字數據——>模擬信號

• 調幅
• 調頻
• 調相
• 調頻 + 調相

模擬數據——>模擬信號

頻分複用

八、物理層傳輸介質

1. 導向型傳輸介質

• 雙絞線：適用於近距離
  • 屏蔽雙絞線
  • 無屏蔽雙絞線
• 同軸電纜（抗干擾性強）：適用於遠距離
• 光纖：帶寬遠遠大於其他傳輸媒體
  • 單模光纖：適合遠距離
  • 多模光纖：適合近距離

2. 非導向型傳輸介質

• 無線電波
• 微波
• 紅外線、激光

九、物理層設備

1. 中繼器

對信號進行再生和還原，增加信號傳輸的距離，延長網絡的長度

2. 集線器（多口中繼器）

集線器不能分割衝突域，連在集線器上的工作主機平分帶寬