计算机网络之物理层-期末速成

2. 物理层（Bit）信息的传递基础

2.1 物理层的基本概念

想象一下，物理层就像是建造房子的基础部分。它决定了数据如何在设备之间“行走”。

2.1.1 四大特性：接口与传输的规则

• 机械特性：就像给数据设计一个家，需要考虑门的大小、形状等。例如，RJ-45插座就像是为网络线缆准备的小屋，确保它们能够完美契合。

• 电气特性：这就好比确定家中电线的标准电压和电流，保证家电正常工作。比如，RS-232标准定义了信号的电压范围，确保不同设备间能正确交流。

• 功能特性：描述了每个导线的作用，类似于说明书上的图标解释。比如USB中的D+和D-是用于传输数据的两条线路。

• 过程特性：展示了数据传输时序图，像是一场精心编排的舞蹈。例如，在握手过程中，一方先发出请求发送(RTS)，另一方回应清除发送(CTS)，然后才开始传送数据帧。

2.1.2 两种信号：模拟 vs 数字

特性	模拟信号	数字信号
波形	如同水波一样连续波动	类似阶梯般跳跃变化
抗噪性	容易被外界噪音干扰	能够通过再生中继消除噪声
带宽效率	较低	更高
典型应用	传统电话系统	计算机网络

转换原理：从模拟到数字的过程就像是把一首歌曲录制成CD。首先，我们定期“采样”音乐的声音（就像拍照片），然后将这些样本转换成数字形式（量化），最后编码以便于存储或传输。

2.1.3 调制与编码

• 调制技术分类

  • 模拟调制：如AM（调幅）、FM（调频），就像是用不同的方式改变无线电波的高度或频率来携带信息。
  • 数字调制：如ASK（幅移键控）、FSK（频移键控），则是通过改变信号的不同属性来表示二进制数据。

• 编码技术详解

  • PCM流程就像是给一幅画拍照并上传到网上。首先，我们要决定每隔多久拍一次照（采样），然后选择合适的像素值（量化），最后把这些信息转化为适合网络传输的形式（编码）。

2.1.3传输介质

1. 双绞线
   • 屏蔽双绞线STP
     • 抗干扰强、贵一些
   • 非屏蔽双绞线UTP
     • 便宜、抗干扰差
   • 制作标准
     • 568B——橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕
     • 568A——绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
2. 光纤
   • 单模光纤
     • 单模光纤(Single Mode Fiber)：中心纤芯很细(芯径一般为9或10μm)，只能传一种模式的光。因此，其模间色散很小，适用于远程通讯，但还存在着材料色散和波导色散，这样单模光纤对光源的谱宽和稳定性有较高的要求，即谱宽要窄，稳定性要好。
     • 距离：100KM
   • 多模光纤
     • 多模光纤(Multi Mode Fiber) － 芯较粗(50或62.5μm)，可传多种模式的光。但其模间色散较大，这就限制了传输数字信号的频率，而且随距离的增加会更加严重。例如：600MB/KM的光纤在2KM时则只有300MB的带宽了。因此，多模光纤传输的距离就比较近，一般只有几公里。
     • 距离2KM
3. 同轴电缆
   • 淘汰了
4. 无线
   • 无线信号频率为802.11

2.1.4三大部分

1. 源系统
   • 发送数据的一端
2. 传输系统
   • 传输过程中的各种传输介质
3. 目的系统
   • 接受数据的电脑

2.2物理层的基本通信技术

2.2.1四种信道复用技术

1. 复用技术
   • 复用技术是指一种在传输路径上综合多路通道，然后恢复原机制或解除终端各信道复用技术的过程——将多种不同的信号在同一信道上进行传输，复用技术主要是用于解决不同信号传输时应该如何区分
2. 频分复用FDM
   • 频分多路复用，是在适于某种传输媒质的传输频带内，若干个频谱互不重叠的信号一并传输的方式，简称FDM。在每路信号进入传输频带前，先要依次搬移频率（调制），而在接收端，再搬回到原来的频段，恢复每路的原信号，从而使传输频带得到多路信号的复用。
     ——划分不同频率来并行传输信号
3. 时分复用TDM
   • 时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。时分复用（TDM，Time-division multiplexing）就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用。——划分不同时间段来传输信号
4. 波分复用WDM
   • 是将俩种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信号）在发送端经复用器（亦称合波器，Multiplexer）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术
     ——根据光波的波长进行传播（合波器耦合）
5. 码分复用CDM
   • 码分复用(CDM，Code Division Multiplexing)是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。
     ——在同一时间同一频率中根据传输的数据码进行区分

2.2.2数据的传输方式

1. 通过同时间传输数量分为
   • 并行传输
     • 并行传输指的是数据以成组的方式，在多条并行信道上同行进行传输，是在传输中有多个数据位同时在设备之间进行的传输
   • 串行传输
     • 使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度，只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别适用于计算机与计算机、外设之间的远距离通信
2. 通过数据报文的双方的行为分为
   • 同步传输
     • 在计算机网络中，定时的因素称为位同步，同步是要接收方按照发送方发送的每个位的起止时刻和速率来接收数据，否则会产生误差
     • 同步传输的比特分组要大得多，它不是独立地发送每个字符，每个字符都有自己的开始位和停止位，而是把它们组合起来一起发送，挖墓将这些组合称为数据帧，或简称为帧
   • 异步传输
     • 异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的一个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方从不知道它们会在什么时候到达
3. 通过传输的信号分为
   • 基带传输
     • 传输数字信号叫作基带传输
   • 频带传输
     • 传输模拟信号叫作频带传输——300-3400HZ
4. 传输方向
   • 单工、双工、全双工
5. 传输对象
   • 单播、组播、广播