计算机网络原理与Iternet技术(第三章)

第三章 物理层

物理层是OSI模型中最低的一层，向下是物理设备之间的接口，直接与传输介质相连接；向上为数据链路层提供服务。主要解决如何在介质上传输比特流，其目的是向数据链路层屏蔽比特流传输的特性。

事实上，物理层提供了一个基本机制：对二进制数据进行编码（发送到物理介质）和解码（从物理介质接收），以太网采用曼切斯特编码，FDDI采用4B/5B编码，物理层也负责通知第二层何时访问介质；物理层的比特流应独立于介质。物理层也包括连接策略：电路交换、报文交换和分组交换。

3．1 物理层的基本概念

1、 物理层协议（规程）

。机械特性：说明接口所用接线器的形状、尺寸、引线数目和排列

。电器特性：说明在接口电缆上的哪条线上出现的电压应为什么范围

。功能特性：电平的意义

。规程特性：不同功能事件出现的顺序

2、 并行与串行

（1） 并行：一次传输多个比特

（2） 串行：按时间顺序，一次只传输一个比特

并行吞吐量大，需要多条物理线路，成本高，适合短距离传输；串行相对于并行吞吐量小，只需要一条物理线路，成本低，适合长距离传输。

3、 模拟信号与数字信号

（1） 模拟信号：信号值是连续变化的信号。

（2） 数字信号：信号值是离散变化的信号。

（3） 将数字信号转换成模拟信号称为调制；将模拟信号转换成数字信号称为解调。

4、 信道

信道是用来表示向某一方向传送信息的媒体。因此，在一条物理通信电路中，应该包含一条发送信道和一条接收信道；可以说电路是物理的而信道是逻辑的。

5、 单工、半双工、全双工

6、 同步通信与异步通信

（1） 同步通信就是要求接收端的时钟频率和发送端的时钟频率相等（发送方和接收方时钟同步）。

（2） 异步通信是一种不要求发送方和接收方时钟同步的通信方式；它通过以字节为单位，增加起始位和停止位来解决数据的发送和接收问题。

7、 DTE与DCE

（1） DTE称为数据终端设备，它包括所有具有作为二进制数字数据源或终点能力的单元。

（2） DCE称为数据电路终接设备，它包括任何能够通过网络发送和接收模拟或数字形式数据的功能单元。

8、 基带与宽带

所谓基带信号就是将数字信号1或0直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输；而宽带信号则是将基带信号进行调制后形成的频分复用的模拟信号，一般来讲带宽超过一个标准话路（4KHZ）的频分复用系统都可以称为是宽带的。

3．2 物理层的基本原理

1、 奈奎斯特准则

奈氏准则表明在理想信道上码元传输的上限。

（1） 理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaud

（2） Baud波特是码元传输速率的单位，一波特为一秒钟传送一个码元。

（3） 比特率是信息传输速率的单位。

（4） 如果1个码元携带n bit的信息量，则M Baud的传输数率为 M x n bit/s.

2、 香农公式

香农公式表明了带宽受限且由高斯燥声干扰的信道的极限信息传输速率。

（1） C=WLOG2（1+S/N）

C 为信息传输速率

W 为带宽

S/N为信燥比

（2） 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。

3、 频分复用

（1） 频分复用是一种模拟技术，在链路带宽大于要传输的所有信号带宽之和时采用。

（2） 各信号工作的频率不一样，因此可以分别占据带宽中不同的位置，实现互不干扰的信息传输。

（3） 由复用器和分用器两种终端设备

4、 时分复用

（1） 时分复用是一种数字技术，当传输媒介的数据速率大于发送和接收设备所需的数据速率时采用。

（2） 通过将信道划分成一个一个的时间片，以时间片为单位提供对多个信息源的信息发送和接收服务。

3．3 传输介质简介

1、 双绞线

（1） 双绞线由两种：UTP非屏蔽双绞线和STP屏蔽双绞线。

（2） 共分为5类双绞线，5类为常用的双绞线，目前使用最多的是超5类双绞线。

（3） 频率越高，传输速率才可能越高，同时，衰减和干扰也就越多；通过增加单位长度上的匝数，提高抗干扰能力，减少衰减。

（4） 在网络中，双绞线单段最大传输距离为100m。

2、 多膜光纤

(1) 多束光线从光源经由芯材通过不同光路传播，因此称为多膜光纤。

(2) 多膜光纤适合在近距离传播信息。（一般为2公里，具体要看设备的能力）

(3) 多膜光纤价格较便宜。

3、 单膜光纤

（1） 单膜光纤采用高度集中的光源，使得发出的光线限制在粉肠接近水平的很小范围内。光纤本身制造时采用比多膜光纤小得多的直径，和极低的密度，从而使得传播的光线基本是水平的。

（2） 传播的距离远