计算机网络-物理层

计算机网络学习笔记
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1. 物理层的基本概念

• 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。
• 物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。

物理层协议的主要任务：

1. 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。
2. 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
3. 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。
4. 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
   

2. 物理层下面的传输媒体
   
3. 传输方式

串行传输和并行传输

• 串行传输：数据是一个比特一个比特传输的，在发送端和接收端之间只需要一条发送线路即可。（适合远距离传输，计算机网络采用这种传输）
• 并行传输：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需要有n条传输线路。并行传输的优点是速度是串行传输的n倍。缺点是成本高。
• 在计算机网络中，数据在传输线路上的传输是串行传输；计算机内部的数据传输，常采用并行传输方式（例如CPU和内存之间，通过总线进行数据传输。）。

同步传输和异步传输

• 同步传输：数据块以稳定的比特流的形式传输，字节之间没有间隔。接收端在每个比特信号的中间时刻进行检测，以判别接收到的是比特0还是比特1。
  由于不同设备的时钟频率存在一定差异，不可能做到完全相同，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，需要采取方法使收发双方的时钟保持同步。实现收发双方时钟同步的方法主要有两种，一种是外同步（也就是在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线。发送端在发送数据信号的同时，另外发送一路时钟同步信号。接收端按照时钟同步信号的节奏来接收数据。），另一种是内同步（发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输（例如曼切斯特编码））。
• 异步传输：以独立的字节为传输单位，字节之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，通常要在每个字节前后分别加上起始位和结束位。这里的异步是字节之间的异步，也就是字节之间的时间间隔不固定。但字节间的每个比特仍然要同步（各比特的持续时间是相同的）。
  
  单向通信（单工）、双向交替通信（半双工）和双向同时通信（全双工）
• 单向通信：又称为单工通信。通信双方只有一个数据传输方向。只需要一条通信信道。（无线电广播）
• 双向交替通信：通信双方可以相互传输数据，但不能同时进行。需要两条通信信道。（对讲机）
• 双向同时通信：通信双方可以同时发送和接收信息。需要两条通信信道。（电话）
  

4. 编码与调制
   
   常用编码：
   
   
   基本调制方法：
   
   
   
5. 信道的极限容量
   传输信号失真因素：码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量。