【计算机网络】2物理层

---

一、物理层概述

物理层的功能: 提供透明的比特流传输
不关心信息，只关心搬运

物理层上数据的传输： 信号
信号： 数据的电气或电磁表现

模拟信号	数字信号
对应时域的信号取值是连续的	对应时域的信号取值是离散的

信号在信道/传输介质上传输： 从0~fc这一频段，振幅在传输过程不会明显衰减，fc称为截止频率（Hz）
物理带宽： 传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围，取决于材料（Hz）
数字带宽： 单位时间内流经的信息总量
数字带宽与模拟带宽之间的关系：

尼奎斯特定理	香农定理
无噪声信道，物理带宽为B Hz，信道离散等级为V级	噪声信道，物理带宽为B Hz，信噪比S/N
最大传输速率（数字带宽）=2Blog2V（bps）	最大传输速率（数字带宽）=Blog2(1+S/N)（bps）

很多情况下噪声用分贝（dB）表示:
分贝值=10log₁₀S/N（db）
噪声为30dB（分贝） 信噪比为S/N=1000

二、有导向的传输介质

传输介质： 承载比特
引导性传输介质（有线传输介质） 非引导性传输介质（无线传输介质）

以下是三种引导性传输介质

1.同轴电缆：

四层组成

基带同轴电缆： 50Ω，用于数字传输（屏蔽层为铜）
宽带同轴电缆： 75Ω，用于模拟传输（屏蔽层为铝）

2.双绞线：

两根具有绝缘层的铜导线按一定密度，逆时针方向绞合而成
特点：
可以消除近端干扰
绞距越小，越均匀，则抵消效果越好，传输性能越好

非屏蔽双绞线（UTP）：

5类UTP提供了10M，100M的数字带宽，使用了其中的两对线分别用于收、发
1000M以太网，用到了全部的4对线
最大传输距离100m，广泛用于局域网中

UTP优点： 成本低、尺寸小、易于安装
UTP缺点： 易受干扰、传输距离性能受到绞距影响

屏蔽双绞线(STP)：

相比于UTP，STP加了两层屏蔽层分别位于每对线之外和全部四对线之外

STP优点： 抗EMI/RFI干扰
STP缺点： 成本高、安装不易

网屏式双绞线：

STP和UTP的折中，去掉了STP中每一对铜线的屏蔽层

ps：在局域网中使用最多的是UTP

3.光纤（光导纤维）：

把光封闭在其中并沿轴向进行传播

结构从内到外： 极细的玻璃芯->玻璃覆盖层->塑料封套
原理： 光的全反射
光纤优点： 重量轻、损耗低、不受电磁辐射、传输带宽、通信容量大
光纤缺点： 昂贵、易断
分类：
单模： 单一模式传输，激光产生的单束光
多模： 以多个模式同时传输，LED产生的多束光
光传输系统组成： 光源、传输介质（光纤）和探测器

传输介质的选择：

传输速率、成本、环境、介质间的互操作、相容性

三、复用技术：

1.FDM

频分多路复用FDM：

在干线起点信道的频谱被分成若干段（子带)每个用户占据一段来传输自己的信号到了干线的终点,每个子带的信号被单独分离出来给各个用户

正交频分多路复用FDM（OFDM）：

没有保护带，自带相互重叠，传输效率极大提升

波分多路复用WDM：

本质跟FDM一样,在光纤上复用信号当相邻波长间隔非常接近子信道的数目非常大WDM变成了DWDM(Dense，密集波分多路复用)

2.TDM

时分多路复用TDM：

在时间上共享信道;将时间划分为非常短的时间片

统计时分多路复用技术TDMStatistic TDM (STDM)动态分配信道不使用信道的用户不分配分给有需要的用户使用利用率可提高2~4倍（按需分配)

3.CDMA

码分多用技术CDMA：

CDMA的关键在于能够提取出需要的信号同时拒绝所有其它的信号并把这些信号当作噪声，CDMA中,每个比特时间被细分成m个更短的时间间隔，这更短的时间间隔被称为码片，每个用户拥有唯一码分序列

四、调制技术：

调制机制使用信号来传输比特

基带传输: 信号的传输占据传输介质,从零到最大值之间的全部频率
直接将数字比特转换为信号
通带传输: 通过调节信号的振幅、相位或频率来传输比特
特点: 信号占据了以载波信号频率为中心的一段频带

五、公共电话交换网：

**本地回路（(Local loops）**模拟线路一连接端局和千家万户或业务部门
**干线（Trunks）**数字光纤连接交换局
交换局(Switching offices）(包含端局）话音接驳干线的场所

调制解调器： 将数字信号和模拟信号转换


完成模拟信号到数字信号的转换PSTN的核心是脉码调制PCM
T系列是用于北美和日本的一个时分复用系统
每125微妙传送一个T1复用帧

六、物理层设备

被动部件/设备:接线板（patch panel )
插头（ plug)
插座(jack)
电缆（f.g. CAT-5)

主动部件/设备:
收发器（ transceiver) 将一种形式的信号转变成另一种信号
中继器(repeater) 中继器是物理层上另一个有源设备主要的功能是再生信号（去噪、放大)
-让线缆可以延伸得更远,突破UTP100米的传输距离限制注意:中继器不能过滤流量
过滤（Filter ): 是指设备以一定的特征来屏蔽网络流量,并根据标准确定将流量转发或丢弃。

集线器(hub)： 多端口的中继器放大和再生信号，允许很多设备连接到一个集线器上作为星型拓扑的中心，不能过滤交通流量