计网第六章——物理层《基础概念（包括传输介质）》

一、物理层基础概念

物理层需要考虑的是如何在连接各个计算机主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底层的传输媒体的差异，让数据链路层只需要关心自己层的协议和服务，不需要关心具体的传输媒体

那么简单来看，传输媒体就是两大类：【导引型传输媒体】(有线的) 和【非导引型传输媒体】(无线的)

然后物理层的协议的主要任务就是关注：（简单介绍，后面会细说）

机械特性：接口、线器形状啊、怎么能接的上之类的
电气特性：电压、温度等等的电气属性的范围规范
功能特性：具体某一电压代表什么，是0还是1还是01还是11...？
过程特性：出现意外状况等等要做出什么反应

二、传输介质

【传输介质】这个知识点主要探讨【传输介质】和【物理层接口】两个东西，通俗的说就是用来传输网络数据的有线、无线的工具，还有计算机设备来接这些工具的那个“口子”，就相当于你手机充电的“Type-C充电线” 和 “手机Type-C接口”

那么传输介质又还分为【导向型】和【非导向型】，简单说就是 “有线的” 和 “无线的”

1、导向型介质

一共有这么几种，其中抗干扰能力也是从上往下依次增强的（现在基本有线网线用的都是最后一种）

1）双绞线

英文名叫Twisted Pair，所以简称TP

然后双绞线分为【有屏蔽层】和【没屏蔽层】两种，顾名思义，数据传输的时候必然会受到外界的电磁波干扰、噪声影响，那么【有屏蔽层】就是直接暴露双绞线导线，容易被影响；【没屏蔽层】就是有屏障保护呗，那就受影响少

【有屏蔽层】英文Shielder，因此 “有屏蔽层双绞线”简称STP
【无屏蔽层】英文Unshielder，因此 “无屏蔽层双绞线”简称UTP

；

这个保护屏障越多，越能挡住外界的电磁干扰，噪声影响的功率越小，自然传输速率也高、性能越好，当然造价成本也会增加

需要记住：用于局域网(尤其近些年因为造价比同轴电缆便宜更火)、早期电话线；还是会受电磁干扰

2）同轴电缆

后面为了加强对抗外界电磁干扰，有发明了同轴电缆，主要两个部分构成【内导体】、【外导体屏蔽层】

【内导体】主要是传输信号用的；【外导体屏蔽层】来对抗外界干扰。

不过内导体越粗，电阻越低、信号传输越强，能传的距离越远！！

3）光纤

对于这些电信号，对抗外界电磁干扰还是太Low了，因此人们发现了用光全反射原理的来传输脉冲信号

那么电磁干扰对于光的干扰就不起作用了，随意传，不受影响

光纤又分为【单膜光纤】和【多模光纤】

【多模光纤】“管子”(纤芯)粗一点，能同时传输多个光线，但是信号损失较多，只适合短距离的传输

【单膜光纤】“管子”(纤芯)很细，只能传输一道光线，所以信号损失较少，适合长距离的传输

需要记住：

1、不受电磁、噪音干扰

2、【多膜光纤】只适合近距离传输，信号损失多(还有一种专业名词叫“脉冲展宽”)，光会色散。最后，光源采用【发光二极管】，接受光源采用【光电二极管】

3、【单膜光纤】适合远距离传输，光信号直线传播，信号损失少，光不会色散。最后，光源采用【激光发生器(半导体激光器)】，接受光源采用【激光接收器】

4）电力线

很少用，就一些很小型办公室，电脑不多的情况可以用，这个技术也很早就有了，了解即可不是重点

5）以太网组织对于传输介质信息的描述规定

对于这么多介质，需要有统一的描述规则：

主要记住，“Base”前表示传输速度【多少Mbps (多少bit / s)】

“Base”后是数字就是【同轴电缆】；是【F】就是光纤；是【T】就是双绞线

只要看到这三种编号，就可以知道这是以太网局域网的网络了

例题练手：

2、非导向型介质

所谓非导向型就是，信号从四面八方传来，没有具体的指向，也就是无线传输

主要可分为这几类：

【无线电波】
【微波通信】
【其他（红外线通信、激光通信...）】

其中【无线电波】和【微波】的本质使用的介质就是【电磁波】

【电磁波】里根据频率范围，可以主要分为：

1）无线电波

【无线电波】的特点：穿透力强，传输距离远，信号指向弱，比如你的手机不管是什么角度、不管你在厕所拉屎还是在房间偷偷看片，都能连到WIFI

采用的是地表长波传输，使用非直线的地面波

利用的是电磁波频率中的：【低频LF】【中频MF】【高频HF】【甚高频VHF】

2）微波通信

【微波通信】的特点：频率高、信道带宽高、信号指向强，比如小时候家里的TV天线要调好角度，是为了对准卫星方向，从而能够对接的上信号

采用两种方式传播：（微波是直线的、依靠电离层的反射）

1、地面微波接力传播：因为微波是直线传播，地表是曲面所以距离有限，所以要靠中继站不断转发传播

2、卫星通信

利用的是电磁波频率中的：【特高频UHF】【超高频SHF】【极高频EHF】

拓展：

虽然说【无线长波】适合长距离、非直线的传输；但是对于【短波信号(微波通信)】虽然适合短距离、直线要对找准的传输，但是也可以依靠【中继站】来延长传输距离，比如卫星，地球某一个点要传给另一个很远很远的点，就需要先传给一个卫星，然后另一个卫星作为中继站，前一个卫星转发信息给中继站卫星，最后再传发到接收方终点

3）其他

红外线

就是我们的电视遥控器、小米美的等空调遥控器、家电遥控器

可见光

仍处于试验阶段，可能以后会取代wifi，了解即可

三、物理层接口特性

【机械特性】

抽象理解：你充电是不是得华为的对应Type-C充电线，苹果对应苹果充电线、联想电脑对应联想充电线，形状不一样怎么插进去？怎么电线跟电线之间接上？

【电气特征】

简单理解就是规定一些电压大小、温度大小、速率啥的

【机械特征】

简单理解就是规定具体每一根电线的某一电平代表什么意义，不然的话就不知道你穿个1.5V电过来是要干啥

【过程特性】

就是规定一下，当触发了某个事，要做出对应的什么【反应】

例题

总结

四、物理层设备

记住物理层设备就两：【中继器】和【集线器】

1、中继器

前面说过，不管你受电磁波干扰的同轴电缆还是双绞线、还是不受影响的光纤、还是直接电磁波传输，只要你距离远了，这信号就是会一点点 “失真”，就像你长途货车运一车泥沙，路上总会掉点....

那么为了防止失真，不同的传输介质也规定了最长的长度限制，比如10Base5最长是500m；于是为了长距离传输，就产生了【中继器】

需要记住：

1、中继器干的事就是：将衰弱的信号 “再生”、“放大”、“还原”；（比如规定了0.5~1.5v是低电平范围，那么假设1v是传输过去的标准低电平信号，它失真成了0.6v，但是只要还在范围，中继器就会把他恢复成标准的1v再次往后传）
2、这中继器两端的部分叫【网段】，这2网段得是速率、协议等完全相同的网络
3、只支持【半双工通信】！！可以两边互相发信息，但是不能同时！！会冲突！

2、集线器

记住：集线器本质上就是【多端口中继器】

它的工作原理就是：

采用“广播式”传输：发给一个主机的信号，接上集线器的所有主机都收到，然后自行判断是不是发给自己的；
而且存在“总线争用”问题：一个主机发信息的时候，别的主机不能同时也发信息，因为没发一个信息都会占用整个网络线路，二者同时发会产生【冲突】，这里也称被集线器连在这么一个总线结构里的网络为一个【冲突域】！！！