计算机网络——第二章 物理层

本文最后更新于：2019年11月3日 晚上

概览：计算机网络物理层的作用。

参照书籍：

《计算机网络(第七版)》——谢希仁编著

《图解TCP/IP》第五版

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。

物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性

  • 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。
  • 电气特性 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
  • 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。
  • 过程特性 指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

信道(channel)

信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体，因此，一条信道电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

信道的双方信息交互方式有一下三种

  • 单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

  • 双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。

  • 双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。

信号

  • 基带信号（即基本频带信号）——来自信源的信号。像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。
  • 带通信号——把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

信道复用技术

  • 频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)
  • 时分复用TDM (Time Division Multiplexing)
  • 统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
  • 波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)
  • 码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)

香农公式

信道的极限信息传输速率是：

1
C = W * log2 (1 + S/N) (bits/s)

W为信道的宽度(单位Hz)，S为信道内所传信号的平均功率，N为信道内部的高斯噪声功率。

S/N为信噪比(dB)——信号的平均功率和噪声的平均功率之比

《图解TCP/IP》中的物理层

TCP/IP的最底层是负责数据传输的硬件。这种硬件就相当于以太网或电话线路等物理层设备。

OSI参考模型中物理层

–来自《图解TCP/IP》第五版，第20页。

负责0、1比特流(0、1序列)与电压高低、光的闪灭之间的互换。

物理层通过把上层的比特流(0、1的二进制流)转化为电压的高低、灯光的闪灭等物理信号，将数据传输出去。而接收端收到这些物理信号以后再将这些电压的高低、灯光的闪灭恢复为比特流(0、1的二进制流)。因此，物理层的规范中包括比特流转换规则、缆线结构和质量以及接口形状等。