2. 计算机网络之物理层

笔记内容来源于《计算机网络微课堂》

2.1 物理层的基本概念

物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。

物理层协议的主要任务

• 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置
• 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
• 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
• 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

2.2 物理层下面的传输媒体

• 导引型传输媒体
  • 同轴电缆
  • 双绞线
  • 光纤
  • 电力线
• 非导引型传输媒体
  • 无线电波
  • 微波
  • 红外线
  • 可见光

2.3 传输方式

串行传输与并行传输

串行传输：数据是以一个比特一个比特的方式进行传输的（有一条线路）

并行传输：数据一个传输 n 个比特（有 n 条线路）

并行传输的优点是比串行传输的速度高 n 倍，缺点是成本高。

计算机网络传输线路采用的是串行传输，计算机内部的数据传输常用并行传输.

同步传输与异步传输

同步传输：

• 数据块以稳定的比特流的形式传输，字节之间没有间隔
• 接收端在每个比特信号的中间时刻进行检测，以判别接收到的是 0 还是 1
• 由于不同设备的时钟频率存在一定的差异，不可能做到完全相同，在传输大量数据的过程中，所产生的判别时刻的累积误差会导致接收端对比特信号的判别错位
• 所以必须要使收发双方的时钟保持同步

异步传输：

• 以字节为独立的传输单位，字节之间的时间间隔不固定
• 接收端在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步
• 通常在每个字节前后分别加上起始位和结束位

单工、半双工、全双工

单向通信（单工）

数据只能沿单一方向传播，例如无电线广播、电视广播等。需要一条线路

双向交替通信（半双工）

数据可以双向传输，但不能同时传输，例如对讲机。需要两条线路

双向同时通信（全双工）

数据可以同时双向传输，例如电话。需要两条线路

2.4 编码与调制

常用编码

常用调制

混合调制举例

2.5 信道的极限容量

• 在信道带宽一定的情况下，根据奈氏准则和香农公式，要想提高信息的传输速率就必须采用多元制（更好的调制方法）和努力提高信道中的信噪比。
• 自从香农公式发表后，各种新的信号处理和调制方法就不断出现，其目的都是为了尽可能地接近香农公式给出的传输速率极限。