【计算机网络】 第二章 物理层

2.1 物理层的基本概念

在计算机网络中，用来连接各种网络设备的传输媒体种类众多，大致可分为两类：
导引型传输媒体：双绞线、同轴电缆、光纤
非导引型传输媒体：微波通信

计算机网络体系结构中的物理层就是要解决在各种传输媒体上比特0和1的问题，进而给数据链路层提供透明传输比特流的服务。
所谓“透明”，是指数据链路层看不见，也无需看见物理层使用什么方法来传输比特0和1的，它只管享受物理层提供的比特率传输服务即可。
物理层要解决在各种传输媒体上比特0和1的问题，主要由四个任务：

由于传输媒体的种类众多，例如双绞线、光纤等。物理连接方式也很多，例如点对点连接、广播连接等。因此物理层协议种类就比较多，每种物理层协议都包含了上述四个任务的具体内容。因此，在学习物理层时，我们应将重点放在掌握基本概念上，而不是具体的物理层协议。

2.2 物理层下面的传输媒体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，他就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。传输媒体可分为两大类，即导引型传输媒体和非导引型传输媒体

传输媒体不属于计算机网络体系结构的任何一层。如果非要将它添加到体系结构中，那只能将其放置到物理层之下。

2.2.1 导引型传输媒体

在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体传播
常见的导引型传输媒体有：同轴电缆、双绞线、光纤、电力线
（1）同轴电缆

（2）双绞线

（3）光纤


（4）电力线

2.2.2 非导引型传输媒体

非导引型传输媒体是指自由空间
可使用的电磁波有：无线电波、微波、红外线、可见光
（1）无线电波

（2）微波

（3）红外线

（4）可见光
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2.3 传输方式

2.3.1 串行传输与并行传输

串行传输是指数据一个比特一个比特依次发送。在发送端和接收端只需要一条数据传输线路即可。例如在计算机网络中，数据在传输线路上的传输
并行传输是指一次发送n个比特数据，因此在发送端和接收端需要n条数据传输线路。并行传输的优点是传输速度是串行传输的n倍，但也存在一个严重的缺点，即成本高
例如计算机内部的数据传输，采用并行传输的方式，CPU与内存之间，通过总线进行数据传输，常见的总线宽度有8位、16位、32位、64位。

2.3.2 同步传输与异步传输

使用同步传输，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，以判别接收到的是比特0还是比特1，由于不同设备的始终频率存在一定的差异，不可能做到完全相同，在传输大量数据时，所产生的判别时刻的累计误差会导致接收端对比特信号的判别错位。因此，需要采取方法使收发双方的始终保持同步。
采用异步传输方式时，以字节为独立的传输单位，字节之间的时间间隔不是固定的。接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步，为此通常要在每个字节前后分别加上起始位和结束位。

2.3.3 单工、半双工、全双工

单工通信又称为单向通信。通信双方只有一个数据传输方向，如无线电广播
半双工通信又称位双向交替通信，通信双方可以相互传输数据，但不能同时进行。如对讲机
全双工通信又称为双向同时通信，通信双方可以同时发送和接受信息。如电话

2.4 编码与调制

在计算机网络中，计算机需要处理和传输用户的文字、图片、音频和视频。它们可以统称为消息，数据是运送消息的实体，计算机中的网卡将比特0和比特1变换成相应的电信号发送到网线，也就是说，信号是数据的电磁表现。
由信源发出的原始电信号称为基带信号，基带信号分为数字基带信号和模拟基带信号

2.4.1 编码

几种常见的编码：
（1）不归零编码：

（2）归零编码
（3）曼彻斯特编码与差分曼彻斯特编码

2.4.2 调制

基本调制方法：
调幅AM：所调制的信号由两种不同振幅的基本波形构成。每个基本波形只能表示1比特信息量。
调频FM：所调制的信号由两种不同频率的基本波形构成。每个基本波形只能表示1比特信息量。
调相PM：所调制的信号由两种不同初相位的基本波形构成。每个基本波形只能表示1比特信息量。
但是使用基本调制方法，1个码元只能包含1个比特信息

混合调制方法



对应关系如果采用其他方式，会有更多的错码

2.5 信道的极限容量

任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。

码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形的失真就越严重
失真的原因：

• 码元传输的速率越高

• 信号传输的距离越远

• 噪声干扰越大

• 传输媒体质量越差