二、物理層

2.1 物理層的基本感念

物理層解決如何在連接各種計(jì)算機(jī)的傳輸媒體上傳輸數(shù)據(jù)比特流，而不是指具體的傳輸媒體。物理層的主要任務(wù)描述為：確定傳輸媒體的接口的一些特性，即

機(jī)械特性：例接口形狀，大小，引線數(shù)目
電氣特性：例規(guī)定電壓范圍（+5到-5）
功能特性：例規(guī)定-5v表示0，+5v表示1
過程特性：也稱規(guī)程特性，規(guī)定建立連接時(shí)各個(gè)相關(guān)部件的工作步驟。

2.2 數(shù)據(jù)通信的基礎(chǔ)知識(shí)

典型的數(shù)據(jù)通信模型

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說明：這是典型的數(shù)據(jù)通信模型，而局域網(wǎng)中的兩臺(tái)電腦就直接發(fā)出數(shù)字信號(hào)，接收數(shù)字信號(hào)。
相關(guān)術(shù)語
1、通信的目的是傳送消息
2、數(shù)據(jù)：運(yùn)送消息的實(shí)體
3、信號(hào)：數(shù)據(jù)的電氣或電磁表現(xiàn)
4、模擬信號(hào)：代表消息的參數(shù)的取值是連續(xù)的
5、數(shù)字信號(hào)：代表消息的參數(shù)的取值是離散的
6、碼元：在使用時(shí)間域的波形表示數(shù)字信號(hào)時(shí)，則代表不同離散值的基本波形就稱為碼元。其實(shí)就是表示0或1的波形。在數(shù)字通信中常用時(shí)間間隔相同的符號(hào)來表示一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字，這樣的時(shí)間間隔內(nèi)的信號(hào)稱為二進(jìn)制碼元。而這個(gè)間隔被稱為碼元長度。1碼元可以攜帶nbit的信息量。這里之所以是nbit是因?yàn)橛袝r(shí)候可能我們信號(hào)的取值不是只有-5v和+5v兩種取值，而可能有000、001、...、111等七種不同的取值，而這里的000就是一個(gè)碼元，而它可以表示3bit的信息量。
有關(guān)信道的幾個(gè)基本概念
1、信道一般表示向一個(gè)方向傳送信息的媒體。所以咱們說平常的通信線路往往包含一條發(fā)送信息的信道和一條接收信息的信道。
2、單向通信（單工通信）：只能有一個(gè)方向的通信而沒有反方向的交互，比如有線電視。
3、雙向交替通信（半雙工通信）：通信的雙方都可以發(fā)送信息，但不能雙方同時(shí)發(fā)送（當(dāng)然也就不能同時(shí)接收），比如對(duì)講機(jī)。
4、雙向同時(shí)通信（全雙工通信）：通信的雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息。
基帶（baseband）信號(hào)和帶通（band pass）信號(hào)
1、基帶信號(hào)（基本頻帶信號(hào)）：來自信源的信號(hào)。像計(jì)算機(jī)輸出的代表各種文字或圖像文件的數(shù)據(jù)信號(hào)都屬于基帶信號(hào)?；鶐盘?hào)就是發(fā)出的直接表達(dá)了要傳輸?shù)男畔⒌男盘?hào)，比如我們說話的聲波就是基帶信號(hào)。
2、帶通信號(hào)：把基帶信號(hào)經(jīng)過載波調(diào)制后，把信號(hào)的頻率方位搬移到較高的頻段，以便在信道中傳輸（即僅在一段頻率范圍內(nèi)夠通過信道）。
因此在傳輸距離較近時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用基帶傳輸方式，由于在近距離范圍內(nèi)基帶信號(hào)的衰減不大，從而信號(hào)內(nèi)容不會(huì)發(fā)生變化。因此在傳輸距離較近時(shí)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)都采用基帶傳輸方式。如從計(jì)算機(jī)到監(jiān)視器、打印機(jī)等外設(shè)的信號(hào)就是基帶傳輸?shù)摹?/p>
幾種基本的調(diào)制方法
調(diào)幅(AM)：載波的振幅隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。
調(diào)頻(FM)：載波的頻率隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。
調(diào)相(PM) ：載波的初始相位隨基帶數(shù)字信號(hào)而變化。正弦波、余弦波交替。

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常用編碼
1、單極性不歸零碼：只使用一個(gè)電壓值，用高電平表示1，沒電壓表示0。
2、雙極性不歸零碼：用正電平和負(fù)電平分別表示二進(jìn)制數(shù)據(jù)的1和0，正負(fù)幅值相等。
3、單極性歸零碼：以高電平和零電平分別表示二進(jìn)制1和0，而且在發(fā)送碼1時(shí)高電平在整個(gè)碼元期間T只持續(xù)一段時(shí)間τ，其余時(shí)間返回零電平。
4、雙極性歸零碼：正負(fù)零三個(gè)電平，信號(hào)本身攜帶同步信息。

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5、曼徹斯特編碼

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說明：前面的編碼中信號(hào)0與沒有信號(hào)都表示為0，而這里就能區(qū)分開來。
6、差分曼徹斯特編碼

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信道的極限容量

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奈氏準(zhǔn)則：1924年，奈奎斯特就推導(dǎo)出了著名的奈氏準(zhǔn)則。他給出了在假定的理想條件下，為了避免碼間串?dāng)_，碼元的傳輸速率的上限值。在任何信道中，碼元傳輸?shù)乃俾适怯猩舷薜模駝t就會(huì)出現(xiàn)碼間串?dāng)_，使接收端對(duì)碼元的識(shí)別稱為不可能。如果信道的頻帶越寬，也就是能夠通過的信號(hào)高頻分量越多，那么就可以用更高的速率傳送碼元而不出現(xiàn)碼間串?dāng)_。
波特與比特的區(qū)別
波特在調(diào)制解調(diào)器中經(jīng)常用到波特這個(gè)概念，比特是信息量。如果一個(gè)碼元含有3 bit信息量1波特 = 3 bit/s
信噪比
香農(nóng)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯(cuò)的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為：
C = W log2(1+S/N) b/s，其中W為信道的帶寬（單位為Hz）；S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。
香農(nóng)公式表明：
1、信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。
2、只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。
3、若信道帶寬 W 或信噪比 S/N 沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率 C 也就沒有上限。
4、實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。
奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式的應(yīng)用范圍

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2.3 物理層下面的傳輸媒體

導(dǎo)向傳輸媒體
導(dǎo)向傳輸媒體中，電磁波沿著固體媒體傳播。
1、雙絞線
屏蔽雙絞線 STP
無屏蔽雙絞線 UTP
2、同軸電纜
50Ω同軸電纜用于數(shù)字傳輸，由于多用于基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜；
75Ω同軸電纜用于模擬傳輸，即寬帶同軸電纜。

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這里我們細(xì)說一下網(wǎng)線：
1、直通線：具體的線序制作方法是，雙絞線夾線順序是兩邊一致，統(tǒng)一都是：1：白橙、2：橙、3：白綠、4：藍(lán)、5：白藍(lán)、6：綠、7：白棕、8：棕。注意兩端都是同樣的線序且一一對(duì)應(yīng)。這就是100M網(wǎng)線的做線標(biāo)準(zhǔn)，即568B標(biāo)準(zhǔn)，也就是我們平常所說的正線或標(biāo)準(zhǔn)線、直通線。
2、直通線應(yīng)用最廣泛，這種類型的以太網(wǎng)電纜用來實(shí)現(xiàn)下列連接：
主機(jī)到交換機(jī)或集線器，路由器到交換機(jī)或集線器，而主機(jī)到主機(jī)要使用交叉線。

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現(xiàn)在有些網(wǎng)卡比較智能，可以自動(dòng)調(diào)整線序。
3、光纜

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說明：單模光纖指只能傳輸一種電磁波模式，多模光纖只可以傳輸多個(gè)電磁波模式，實(shí)際上單模光纖和多模光纖之分，也就是纖芯的直徑之分。其實(shí)就是多模光纖可以傳播多種入射角的光，而單模光纖中，光就不進(jìn)行反射，而是直接傳播。單模光纖細(xì)，多模光纖粗。在有線電視網(wǎng)絡(luò)中使用的光纖全是單模光纖，其傳播特性好，帶寬可達(dá)10GHZ，可以在一根光纖中傳輸60套PAL—D電視節(jié)目。
非導(dǎo)向傳輸媒體
非導(dǎo)向傳輸媒體就是指自由空間，其中的電磁波傳輸被稱為無線傳輸。無線傳輸所使用的頻段很廣。短波通信主要是靠電離層的反射，但短波信道的通信質(zhì)量較差。微波在空間主要是直線傳播。有地面微波接力通信，衛(wèi)星通信。
物理層設(shè)備-集線器
工作特點(diǎn)：它在網(wǎng)絡(luò)中只起到信號(hào)放大和重發(fā)作用，其目的是擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)的傳輸范圍，而不具備信號(hào)的定向傳送能力，就是集線器會(huì)將收到的信號(hào)像所有接在其上的主機(jī)發(fā)送，有網(wǎng)卡去判斷是否要接收。最大傳輸距離：100m。集線器是一個(gè)大的沖突域?，F(xiàn)在使用較少了，一般都使用交換機(jī)。