一、 基本概念
1.1 物理层作用、要解决的问题
第一章提到过,物理层要解决的问题是:用什么信号传输比特0和1?
现在的计算机网络有很多传输媒体,物理层的作用就是尽可能的屏蔽掉这些传输媒体的差异,这样就能更好地为数据链路层提供服务。
那么传输媒体有哪些呢?⬇️
1.2 传输媒体有哪些
**双绞线:**是两根绝缘的铜线绞合构成的。几乎所有的电话都用双绞线连接到电话交换机。
光纤:1.单模光纤:
2.多模光纤
不适合远距离传输
1.2 一些特性
(1)机械特性
接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目等......
(2)电气特性
接口电缆上各条线的电压范围
(3)功能特性
某一电平的电压的意义
(4)过程特性
不同功能的各种事件的出现顺序
1.3 关于信道
信道是向某个方向传送信息的媒体,因此一条通信道路往往有两条信道
1.3.1 通信的几种方式
**(1)单向通信/单工通信:**只有一个方向的通信,例如广播。
**(2)双向交替通信/半双工通信:**只能交替发送信息,不能同时,例如对讲机。
**(3)双向同时通信/全双工通信:**可以同时向对方发送信息,例如电话,两个人能同时讲话。
- 也可以按连接方式分类:可以分为串行和并行。在远距离传输中使用串行;在计算机内部,例如CPU与内存之间等,使用并行。
1.3.2 调制与编码
1.调制
基带信号:来自信源的信号称为基带信号。
**调制:**基带信号里面有些信号没法传送, 比如太低频的分量,为了解决这个问题就要对基带信号进行调制。
调制的两类:
- 一种是调制变换他的波形,让他能适应信道然后成功发送,那它依旧是基带信号。数字信号转换成另一种形式的数字信号,这就叫做编码。
2.另一种使用载波调制(叫带通调制),把基带信号的频率范围搬移到较高的频段,并转换为模拟信号,调制后的信号叫带通信号。
2. 编码
习题
10BaseT=10Mb/s
1.3.3 码元传输速率
前面我们提到过物理层就是为了更好地服务数据链路层,所以我们要让选择的传输媒体传输过程更稳定,出错率、误差更小。
传输媒体质量越差,接收端波形就失真越严重。失真过大就会无法识别。(人家跟你说明天开会,你听到的只有电流声那不完蛋了吗)除了质量问题,还会有别的问题,例如码元传输速率太快,距离问题,或者有噪声干扰。
一般传输码元传输速率的因素有以下两个 :
(1)信道能通过的频率范围
信道能通过的频率是有限制的,过高的无法通过,就会被衰减一点让他不那么高。就相当于本来我们说话的时候本来每个字音调都不一样,但它现在要求必须都一样,那听起来就会让人觉得这个人含糊不清。也就指码元之间失去了清晰界限,叫"码间串扰"。
为避免码间串扰诞生了**"奈式准则"**,⬇️
但是这是理想条件,因为不可能没有噪声,所以我们还要知道一个东西-信噪比
**(**2)信噪比
信噪比就是 信号的平均功率:噪声的平均功率 常记为S/N
但通常大家都用分贝作声音的单位:
信噪比(dB) = 10log10(S/N) (dB )
后来有人推出了信道的极限信息传输率C,也就是香农公式
C = Wlog2(1+S/N) (bit/s)
W:信道带宽,S:信号在信道内平均功率,N:信道内高斯噪声功率。上述公式说明信噪比越大,信息的极限传输速率就越高。(很好理解,就是在信道内信号传输的有效的多,噪声干扰少,极限传输速率就更高呗)
那么对于固定的带宽,信噪比,我们能怎么提高码元的传输速率呢?
这个问题就像你去倒垃圾,如果垃圾袋的大小是固定的,你从出发点到垃圾桶的距离也是固定的,那你怎么做到极限传输呢。那就一次多提几个垃圾袋呗。
因此,我们要,让每个码元携带更多的信息(奈式准则)。
例如,之前一个码元只携带一个比特,现在一个码元携带三个bit,那就可以表示八种信号,信息量提高了。