第二章 物理层
2.1 物理层概述
主要功能: 提供透明的比特流传输
注意:
1) 封装好的数据以"0"、"1"比特流的形式进行传递
2) 物理层上的传输,从不关心比特流里面携带的信息,只关心比特流的正确搬运
物理层特性:
物理层上数据的传输: 信号
信号: 数据的电气或电磁表现
物理带宽: 传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围,单位为:赫兹
数字带宽: 单位时间内流经的信息总量
奈奎斯特定理和香农定理描述了数字带宽和物理带宽的关系
奈奎斯特定理: 在无噪声信道中,当带宽为B Hz, 信号电平为V级, 则: 最大传输速率=2B log2V(bps)
香农定理: 在噪声信道中, 带宽为B Hz, 信噪比为S/N, 则: 最大传输速率=B log2(1 S/N)(bps)
分贝值=10log10(S/N)(db)
2.2 有导向的传输介质
传输介质分引导性(有线)和非引导(无线)两种
同轴电缆:
基带同轴电缆: 50 Ω,用于数字传输(屏蔽层为铜)
宽带同轴电缆: 75 Ω,用于模拟传输(屏蔽层为铝)
双绞线: 由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
消除: 近端串扰
绞距越小,越均匀,则抵销效果越好,传输性能越好
在局域网中,使用最多的是非屏蔽双绞线(UTP)
光纤: 光导纤维
玻璃覆盖层的折射率比玻璃芯低以保证光都被限制在玻璃芯内
工作原理: 光的全反射
优点: 重量轻, 损耗低, 不受电磁辐射干扰, 传输频带宽、通信容量大
缺点: 昂贵, 易断裂
光传输系统: 光源, 传输介质(光纤), 探测器
光纤相对铜线的特性:
无电磁干扰和射频干扰(EMI和RFI) 防窃听
端口设备价格高
光纤和UTP具有各自的优点:
干线上大量使用光纤(垂直电缆)
用户桌面的线缆大量使用UTP(水平电缆)
2.3 复用技术
复用技术是让多用户共享同一根信道
每种复用技术都有自己的特点
2.4 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
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
码元: 承载信息量的基本信号单位
(二进制)码元: 数字通信中常用时间间隔相同的符号来表示一个二进制数字
波特率(码率): 每秒钟信号变化的次数
比特率: 位传输率、数据传输速率、数字带宽
C=B * log2n
C: 比特率 B: 波特率 n: 信号呈现的个数,为2的整数倍
格子架编码调制TCM: 为了降低高速调制错误, 在每个样本中采用一些额外的位用作纠错, 剩下的位才用来传输数据
2.5 公共交换电话网络 PSTN
PSTN的主要构成: 本地回路, 干线, 交换局
本地回路: 传输模拟信号
调制解调器: 用于将计算机产生的数字比特流转变为载波输出(模拟信号)
干线: 多路复用 通过光纤连接交换局(包括端局)
编解码器(codec): 将模拟信号数字化或者数字信号模拟化
用到 脉冲编码调制PCM: 一种将模拟信号数字化的技术 (构成了现代PSTN的核心)
交换局: 电路交换和包交换(分组交换)
电路交换和包/分组交换的比较:
带宽的分配形式不同: 包交换是按需分配; 电路交换是提前分配
容错的能力不同: 分组交换更强
有无交换顺序的不同: 包交换不是按序(乱序)到达; 电路交换是先发先到, 接收方无需排序
收费方法的不同: 包交换按照流量收费; 电路交换按照时间来收费
2.6 物理层设备
RJ45的插座和水晶头是物理层非常重要的部件
收发器(MAU): 将一种形式的信号转变成另一种信号
主要负责收发信号
中继器: 再生信号(去噪、放大)
中继器不能过滤流量
过滤: 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: 多端口的中继器, 主要功能: 再生信号(去噪、放大)
集线器上的多端口, 允许很多设备连接上来
作为星型拓扑的中心
广播(泛洪): 从除了来的那个端口外的所有其它端口转发出去
冲突(信号的碰撞): 当使用物理层设备时, 更多的用户争抢共享资源, 导致冲突
冲突域: 数据包产生和冲突的网络区域, 即共享介质的区域
冲突域越大, 冲突可能性越大, 网络性能越低
物理层(第一层)的设备都是傻瓜设备,不具备过滤流量等智能功能
物理层设备的使用, 增大了冲突域, 降低了网络的性能
现在, 已经很少再使用中继器(光中继器除外)和集线器了
