二、物理层（二）传输介质和物理层设备

news2024/11/27 8:35:57

2.1物理层概述

2.2导向型传输介质

2.2.1双绞线

2.2.2同轴电缆

2.2.3光纤

2.3非导向型传输介质

2.3.1无线电波

2.3.2微波

2.3.3红外线、激光

2.4物理层设备

2.4.1中继器

2.4.2集线器

2.1物理层概述

物理层考虑的是如何在连接到各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。

传输媒体是计算机网络设备之间的物理通路，也称传输介质或传输媒介。

传输媒体并不包含在任何计算机网络体系结构中。

物理层的主要任务可以描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性：

机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的信号电压的范围、传输速率、传输距离等。
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义，即各条信号线的作用。
过程特性：或称规程特性。指明各条物理线路的工作规程和时序关系

常用的物理层接口标准有：EIA RS-232-C、ADSL和SONET/SDH等。

2.2导向型传输介质

在导向型传输介质中，电磁波沿着固体媒介传播。

2.2.1双绞线

由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的铜导线组成。绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。

如果在双绞线外面再加一层金属丝编织成的屏蔽层则构成屏蔽双绞线。

距离太远时，对于模拟传输，要用放大器放大衰减的信号。对于数字传输，要用中继器将失真的信号整形。

2.2.2同轴电缆

同轴电缆价格较贵且布线不够灵活和方便。随着技术的发展和集线器的出现，在局域网领域基本上都采用双绞线作为传输介质。

2.2.3光纤

光纤通信就是利用光导纤维（光纤）传递光脉冲来进行通信。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。

多模光纤：从不同角度入射的多条光线在一根光纤中传输。光源为发光二级管。传输过程会失真，只适合于近距离传输。
单模光纤：其高成本的纤芯很细，可使光线一直向前传输而不会产生多次反射。光源为定向性很好的半导体激光器，适合远距离传输。

2.3非导向型传输介质

2.3.1无线电波

2.3.2微波

微波、红外线和激光都是沿直线传播的，可统称视线介质。这是三种高带宽无线通信。

微波通信可以利用中继站、同步地球卫星或中低轨道人造卫星通信。

2.3.3红外线、激光

红外通信和激光通信把要传输的信号分别转换为各自的信号格式，即红外光信号和激光信号，再直接在空间中传播。

现在电脑多已取消了红外接口，但手机多带有红外接口，方便对空调、电视等进行遥控。

激光是一种新型光源，具有亮度高，方向性强，单色性好，相干性强等特点。

按传输介质不同，可分为大气激光通信和光纤通信（前面介绍的导向型传输介质）。

2.4物理层设备

2.4.1中继器

中继器，又称转发器，是局域网环境下用来扩大网络规模的最简单、最廉价的互联设备。

使用中继器连接的几个网段仍然是一个局域网。它仅作用于信号的电气部分，而不管数据中是否有错误数据或不适合网段的数据。

一般情况下，中继器的两端连接的是相同的媒体，但有的中继器也可以完成不同媒体的转接工作。

网段（network segment）一般指一个计算机网络中使用同一物理层设备（传输介质，中继器，集线器等）能够直接通讯的那一部分。

如果某个网络设备具有存储转发功能，那么可以认为它能连接两个不同的协议，否则不能。
中继器是没有存储转发功能的，因此它不能连接两个速率不同的网段（物理层没有流量控制），中继器两端的网段一定要使用同一个协议。

放大器和中继器都起放大作用
放大器放大的是模拟信号，原理是将衰减的信号放大（对信号不加处理地放大），同时可能会放大噪声，引起失真。
中继器放大的是数字信号，原理是将衰减的信号整形再生。

5-4-3规则：
在采用粗同轴电缆的10BASE5以太网规范中，互相串联的中继器个数不能超过4个，而且用4个中继器串联的5段通信介质中只有3段可以挂接计算机，其余两段只能用作扩展通信范围的链路段，不能挂接计算机。

2.4.2集线器

集线器(Hub)实质上是一个多端口的中继器，对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有（除输入端口外）处于工作状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备，只能在半双工状态下工作。