计算机网络 第二章: 物理层概述

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物理层要实现的功能

物理层要实现的功能是在各种传输媒体上, 传输0和1吗进而给其上面的数据链路层提供透明传输比特流的服务. (透明传输比特流的意思是: 数据链路层"看不见"(也无需看见)物理层究竟使用的是什么方法来传输比特流。数据链路层只管"享受"物理层提供的比特流传输服务即可。)

物理层接口特性

为了实现物理层的功能, 物理层定义了与传输媒体的接口有关的一些特性:

机械特性

  • 形状和尺寸
  • 引脚数目和排列
  • 固定和锁定装置

电气特性

  • 信号电压的范围
  • 阻抗匹配的情况
  • 传输速率
  • 距离限制

功能特性

  • 规定接口电缆的各条信号线的作用

过程特性

  • 规定在信号线上传输比特流的一组操作过程,包括各信号间的时序关系

物理层下面的传输媒体

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。

传输方式

  1. 串行传输和并行传输

    串行传输

    定义:数据逐位(bit-by-bit)地通过单一的通道传输。

    特点:数据按序列逐个传输,适合长距离传输。

    优点:布线简单,成本较低,适合长距离和高速传输。

    缺点:传输速率受限于单个通道的带宽。

    应用:USB接口、RS-232串口、网络接口等。

    并行传输

    定义:数据通过多个通道同时传输,每个通道传输一个位(bit)。

    特点:多条数据线同时传输数据,适合短距离传输

    优点:传输速度较快,因为数据同时传输。

    缺点:布线复杂,长距离传输可能会出现信号干扰和同步问题。

    应用:计算机内部的数据总线、旧式打印机接口(如并行端口)。

  2. 同步传输和异步传输
    同步传输

    定义:数据在发送和接收端使用相同的时钟信号进行同步。发送方和接收方通过共享的时钟信号来同步数据的传输。

    特点:数据流在固定的时间间隔内传输。

    优点:效率高,适合大数据量的传输,低延迟。

    缺点:需要精确的时钟同步,布线和协议设计复杂。

    应用:网络协议如Ethernet、数据通信中的SDLC协议。

    异步传输

    定义:数据传输不依赖于共享的时钟信号,而是通过开始位(start bit)和停止位(stop bit)来同步数据传输。

    特点:每个字符独立传输,数据前后有开始位和停止位。

    优点:简单易用,无需时钟同步,适合较少量的数据传输。

    缺点:效率较低,因为每个字符有额外的开始位和停止位。

    应用:串口通信(如RS-232)、传统的计算机串行端口。

  3. 单向通信、双向交替通信和双向同时通信
    单向通信

    定义:数据只能单方向传输,从发送方到接收方,接收方不能向发送方发送数据。

    特点:通信方向单一。

    优点:简单,成本低。

    缺点:只能单向传输数据,灵活性差。

    应用:电视广播、无线电广播。

    双向交替通信

    定义:数据可以双向传输,但不能同时进行。通信双方需要轮流进行数据发送和接收。

    特点:两方向的通信是交替进行的。

    优点:比单向通信灵活,但仍需控制发送和接收的时序。

    缺点:无法同时发送和接收数据。

    应用:对讲机、无线电对讲机。

    双向同时通信

    定义:数据可以在两个方向上同时传输。发送方和接收方可以同时进行数据传输。

    特点:双向通信同时进行,提高了通信效率。

    优点:支持同时发送和接收数据,提高了通信效率和速度。

    缺点:实现复杂,成本较高。

    应用:电话、现代网络通信(如Ethernet)。


习题

【2012年 题34】在物理层接口特性中,用于描述完成每种功能的事件发生顺序的是( )。

【2018年 题34】下列选项中,不属于物理层接口规范定义范畴的是( )。

A. 接口形状 B. 引脚功能 C. 物理地址 D. 信号电平



答案

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