计算机网络第二章：物理层

第二章：物理层

物理层功能

物理层的功能就是要传输比特流。

物理层向数据链路层提供服务，且因为物理层的透明性，屏蔽掉了各种传输媒体和通讯手段的差异，使得链路层能够专注于层内的服务。

物理层接口特性

  • 机械特性：形状特性，引脚数目，锁定装置等，参考RJ45型网口
  • 电气特性：信号电压范围，阻抗情况，传输速率，距离限制
  • 功能特性：规定各条信号线作用，即不同颜色的线的作用
  • 过程特性：规定信号线上比特流的操作过程，包括信号之间的时序关系

传输媒体的分类

传输媒体是计算机网络设备之间的物理通路，也称为传输介质或传输媒介。
传输媒体并不包含在计算机网络体系结构中。

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导向性传输媒体

同轴电缆

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横切面是同心圆，所以才叫同轴电缆。

分为基带同轴电缆和宽带同轴电缆。

  • 基带：用于数字传输，在早期互联网中广泛使用
  • 宽带：用于模拟传输，用于有线电视的入户线

但是同轴电缆价格贵，布线不够灵活，不够方便。

双绞线

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双绞合结构能够抵御来自内部和外部的电磁干扰。

双绞线有质量级别，6A类能够满足万兆局域网的需求。

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光纤通信

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光纤通信利用光脉冲在光纤中的传递来进行通信。由于可见光的频率非常高（约为10^8MHz量级），因此一个光纤通信系统的传输带宽远大于目前其他各种传输媒体的带宽。

光纤，即光导纤维，由石英管制成，利用光在其中发生全反射，信息随光不断传输下去。

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光纤分为多模光纤和单模光纤

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单模光纤的制造成本较高，但是不会因为光的色散导致信号失真。

光纤所用的光波长是

  • 850nm 衰减大但是其他特性较好
  • 1300nm 衰减小
  • 1550nm 衰减小

以上三种能达到25000~30000GHz的带宽，光纤的通信容量很大。

光纤很细，为了保证结构强度必须做成光缆。

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非导向性传输媒体

即无线通信，使用电磁波进行。

只能使用一定范围的电磁波来通信，其他波段往往穿墙能力弱，对生物有害，不适用。

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无线电波

传播距离很远，在LF-MF波段，地面传播，但在HF-VHF波段，则地面波会被吸收，主要依靠在电离层反射来传播。

微波通信

在空间内直线传播，所以传播距离只有50km左右，用于接力通信。

微波能够穿过电离层，用于卫星通信

红外线

点对点无线传输，传播距离短，穿墙能力弱，用于遥控家电设备

激光

分为光纤通信和大气激光通信，大气激光通信主要用于地面与卫星之间的通信。

可见光

某种新兴方式，不写了。

传输方式

串行传输和并行传输

串行：比特流在一条数据传输线路上传输

并行：比特率在N条数据传输线路上传输，速度是串行的N倍，但并行成本高还可能因为到达时延导致信息失真。

并行只用于短途传输，比如计算机内部件。

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同步传输和异步传输

同步强制要求两方使用相同的时钟频率，同步方式详见计算机组成原理第二章总线结构。

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异步：每个数据单元（如一个字节）都带有自己的起始位和停止位，字节之间的时间间隔不固定，但是字节内每个比特持续时间必须是相同的，这是受双方约定的波特率约束的。

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单向通信，双向交替通信，双向同时通信

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编码和调制

待补充，也许某天会回来看，也许不会