物理层

物理层特性

• 物理层主要是为了确定与传输媒介接口有关的一些特性

1. 物理特性

• 规格
• 接口形状
• 引线数目
• 引脚数目
• 排列情况

电气特性

• 电压范围
• 阻抗匹配
• 传输速率
• 距离限制

功能特性

• 某一电压代表何种意义
• 接口部件信号线用途

规程特性

• 各个物理线路的规程与时序关系

通信基础

• 数据：发送信号的实体，有意义的符号序列
• 信号：数据传输中的存在形式
• 数字信号：离散的
• 模拟信号：连续的

三种通信方式

 

1. 双工：一条信道
2. 半双工：两条信道
3. 双工 ：两条信道

两种传输方式

 

1. 串行

• 一条信道
• 远
• 便宜

并行 

• n条信道
• 近
• 贵

两种同步方式

 

1. 同步

• 一个数据块
• 通过加同步字符的方式实现

异步 

• 以分组的形式
• 加字符起始位，字符终止位

 

 

通信指标

• 码元
  • 对于n进制码元带有log₂n bit
• 速率
  • 码元速率
    • 单位Baud，指1s内传输的码元个数。与进制数无关，只与码元长度有关。
  • 信息传输速率
    • 单位b/s，指1s内传输的比特的个数。如果一码带有nbit，码速m，则速率m*n
• 带宽
  • 模拟信号中：值高频与低频的差（HZ）
  • 数字信号中：点到点最高数据率/单位时间通过的链路数

信号调制

• 基带信号：来自信源的信号（直接），是一种数字信号。
• 宽带信号：基带信号经过调制以后的信号，是一种模拟信号。

PCM编码器

 

• 实现从模拟信号到数字信号的调制

1. 抽样（连续→离散） 抽样频率≥2*信号频率
2. 量化（分级统一）
3. 编码（将量化结果→二进制编码）

数据发送器

 

• 非归零编码：1表示高电位，0表示低电位
  • 难于同步
• 曼彻斯特编码：1表示先高后低，0表示先低后高
  • 速率只有1/2
• 查分曼彻斯特编码：碰到0就将当前电位反，1就保持不变
• 归零编码：碰到0电压直接归0，碰到1先高后低
• 反向不归零编码：碰到0将当前电压反转
• 4B/5B编码 ：5比特编制4比特内容

 

两个重要极限

奈氏准则

 

• 极限码率=2*W（Baud）
  • W表示信道带宽
• 极限速率=2*W*log₂ V（b/s）

香农定律

 

• 信噪比=S/N；dB=10log₂ （1+S/N）
• 实际速率=W*log₂ （1+S/N）（b/s）

数据交换方式

1. 电路交换：建立连接、通信、释放连接

• 时延小
• 无失序
• 实时性强
• 建立连接时间长
• 线路独占
• 灵活性差
• 无数据存储功能

报文交换：基于 存储转发方式；每个节点收下报文，暂存并检查差错，当电路空闲时，进行路由选择并传输给下一节点

• 无需建立连接
• 动态分配线路
• 提高线路可靠性
• 实时性差
• 只能用于数字信号
• 传送时延大

分组交换：报文切分成分组，长度固定为128B，转发方式同报文，在目的节点处按序组装

• 简化存储管理
• 加快传输
• 提高可靠性
• 交换机要求高
• 降低了通信效率
• 失序问题

• 数据报：为网路提供无连接服务
• 虚电路：类似电路交换，为网络层提供连接服务

传输媒介

• 导向

1. 双绞线

• UTP
• STP

同轴电缆

• 基带同轴电缆
• 宽带同轴电缆

1. 光纤

• 单模
• 多模

非导向

1. 无线电波
2. 微波

• 地面微波接力
• 卫星通信

红外光、激光

物理设备

• 中继器：再生与还原数字信号（双口、定向）
• 集线器：多口中继器，再生与放大数字信号（多口、非定向）

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