计算机网络之物理层（数据通信有关）

news2025/1/12 1:08:20

一、概述

1.1物理层引入的目的

屏蔽掉传输介质的多样性，导致数据传输方式的不同；物理层的引入使得高层看到的数据都是统一的0,1构成的比特流

1.2.物理层如何实现屏蔽

物理层靠定义的不同的通信协议（一般称通信规程）

这些协议的主要特征表现：物理层标准（机械特性（管脚多少，大小，形状），电气特性（电压高低）功能特性，过程特性（做出什么相应））

1.3物理层下的传输媒体

引导型传输媒体（有线）
非引导型传输媒体（无线）

重点：
双绞线的绞合目的：抵御部分来自外界的电磁波干扰和减少相邻导线的电磁干扰。
光纤分为：多模光纤和单模光纤。

1）导向性 （能够将数字信号按固定方向传导的）

铜介质：金属铜材料构成的

同轴电缆，双绞线（虽然带宽低，编码的方式提升了比特的传输速率）

塑料介质：

光纤导线

要求掌握：不同传输介质的传输特性，各种介质优缺点

2）非导向性（不能控制数据信号传输方向）

无线：

红外线（遥控器：功耗小）微波传输（卫星，空间站） Wi-Fi 蓝牙

1.4通信模型中相关术语

1）信息：通讯的目的是传输信息

2）数据：数据是信息的载体

3）信号：数据的外在表现形式

信号分为：连续变化的模拟信号（正弦波），离散变化的数据信号（脉冲）

4）信号的变换：信号由一种形式变化成另一种形式调制

数字信号---》数字信号编码

数字信号---》模拟形式调制

5）常见的编码技术

6）常见的调制技术

1.5传输方式

★串行/并行传输

串行传输是指数据是1个比特1个比特依次发送的，发送端与接收端之间只用1条数据传输线即可
并行传输是指一次发送n个比特而不是一个比特，在发送端和接收端之间要有n条传输线路

在计算机网络中，数据在传输线路上的传输时串行传输；而计算机内部(如CPU和内存)多使用并行传输

★同步传输

数据块以稳定的比特流形式传输，字节之间没有间隔。接收端在每个比特信号的中间时刻(有区分0,1的标志)进行检测，以判别接收到的是比特0还是1

由于不同设备的时钟频率存在一定差异，不可能完全相同，在传输大量数据的过程中，所产生的判别时刻的累计误差会导致接收端对比特信号的判别错位。因此需要采取方法使双方的时钟保持同步

收发双方时钟同步方法

外同步：在收发双方之间加一条单独的时钟信号线
内同步：发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输(如曼彻斯特编码)

★异步传输

以字节为独立的传输单位，字节间的时间间隔不是固定的，接收端仅在每个字节的起始处对字节内的比特实现同步，为此通常传送前要在每个字节前后加上起始位和结束位。

异步是指字节之间异步(字节之间的时间间隔不固定)
字节中的每个比特仍然要同步(各比特的持续时间是相同的)

单工/半双工/全双工

单工通信：通信双方只有一个数据传输方向(无线电广播)
半双工通信：通信双方可以相互传输数据，但不能同时进行(对讲机)
全双工通信：通信双方可以同时发送和接收消息(电话)

单工需要一条信道；其他的需要两条(一个方向一条)，

1.6编码与调制

消息：需要计算机帮助用户处理和传输的文字、图片、音频、视频等。

数据：运送消息的实体。计算机只能处理二进制数据。

信号：数据的电磁表现。

基带信号：由信源发出的原始电信号。基带信号又可分为两类：

数字基带信号
模拟基带信号

信道可分为数字信道和模拟信道两种。信号需要在信道中进行传输