【計網(wǎng)】物理層

物理層概述

物理層要實現(xiàn)的功能

在各種傳輸媒體上傳輸比特0和1，進而為上面的數(shù)據(jù)鏈路層提供透明傳輸比特流的作用。

物理層接口特性

物理層之下的傳輸媒體

傳輸媒體是計網(wǎng)設(shè)備之間的物理通路，也稱為傳輸介質(zhì)。

傳輸媒體并不包含在計算機網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)中。

導(dǎo)向型傳輸媒體

同軸電纜

基帶同軸電纜：用于數(shù)字傳輸，在早期局域網(wǎng)中廣泛使用。

寬帶同軸電纜：用于模擬傳輸，目前主要用于有線電視的入戶線。

同軸電纜價格較貴且布線不夠靈活和方便。隨著技術(shù)的發(fā)展和集線器的出現(xiàn)在局域網(wǎng)領(lǐng)域基本上都采用
雙絞線作為傳輸媒體,

雙絞線

光纖

通信容量非常大

抗雷電和電磁干擾性能

傳輸損耗小，中繼距離長

無串音干擾，保密性好

體積小，重量輕

非導(dǎo)向型傳輸媒體

無線電波，微波，紅外線，激光，可見光

傳輸方式

串行傳輸和并行傳輸

并行傳輸往往作用于近距離傳輸

串行傳輸往往是遠距離傳輸

同步傳輸和異步傳輸

單向通信、雙向交替通信和雙向同時通信

編碼與調(diào)制

編碼與調(diào)制的基本概念

碼元

在使用時間域的波形表示信號時，代表不同離散數(shù)值的基本波形稱為碼元

常用編碼方式

在每個碼元的中間時刻信號都會回歸到零電平。接收方只要在信號歸零后采樣即可。歸零編碼相當于將時鐘信號用“歸零”的方式編碼在了數(shù)據(jù)之內(nèi)。

碼元中間時刻的電平跳變既表示時鐘信號，也表示數(shù)據(jù)正跳變表示1還是0，負跳變表示0還是1，可以自行定義。

碼元中間時刻的電平跳變僅表示時鐘信號，而不表示數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的表示在于每一個碼元開始處是否有電平跳變:無跳變表示1，有跳變表示0。

在傳輸大量連續(xù)1或連續(xù)0的情況下，差分曼徹斯特編碼信號比曼徹斯特編碼信號的變化少。在噪聲干擾環(huán)境下，檢測有無跳變比檢測跳變方向更不容易出錯，因此差分曼徹斯特編碼信號比曼徹斯特編碼信號更易于檢測。

在傳輸介質(zhì)接線錯誤導(dǎo)致高低電平翻轉(zhuǎn)的情況下，差分曼徹斯特編碼仍然有效。

基本的帶通調(diào)制方法和混合調(diào)制方法

使用基本調(diào)制方法，1個碼元只能包含1個比特信息。如何才能使1個碼元包含更多個比特信息呢?

信道的極限容量

造成信號失真的主要因素

碼元的傳輸速率：傳輸速率越高，信號經(jīng)過傳輸后的失真就越嚴重。

信號的傳輸距離：傳輸距離越遠，信號經(jīng)過傳輸后的失真就越嚴重。

噪聲干擾：噪聲干擾越大，信號經(jīng)過傳輸后的失真就越嚴重，

傳輸媒體的質(zhì)量：傳輸媒體質(zhì)量越差，信號經(jīng)過傳輸后的失真就越嚴重。

奈氏準則

使用奈氏準則給出的公式，就可以根據(jù)信道的頻率帶寬，計算出信道的最高碼元傳輸速率
只要碼元傳輸速率不超過根據(jù)奈氏準則計算出的上限，就可以避免碼間串擾。

奈氏準則給出的是理想低通信道的最高碼元傳輸速率，它和實際信道有較大的差別。

因此一個實際的信道所能傳輸?shù)淖罡叽a元傳輸速率，要明顯低于奈氏準則給出的上限值。

香農(nóng)公式

信道的頻率帶寬W或信道中的信噪比S/N越大，信道的極限信息傳輸速率C就越高。

實際信道不可能無限制地提高頻率帶寬W或信道中的信噪比SIN。

實際信道中能夠達到的信息傳輸速率，要比香農(nóng)公式給出的極限傳輸速率低不少。這是因為在實際信道中，信號還要受到其他一些損傷，例如各種脈沖干擾和信號衰減等，這些因素在香農(nóng)公式中并未考慮。

信道復(fù)用技術(shù)

信道復(fù)用技術(shù)基本原理

復(fù)用(Multiplexing)就是在一條傳輸媒體上同時傳輸多路用戶的信號,當一條傳輸媒體的傳輸容量大于多條信道傳輸?shù)目側(cè)萘繒r，就可以通過復(fù)用技術(shù)，在這條傳輸媒體上建立多條通信信道，以便充分利用傳輸媒體的帶寬。

盡管實現(xiàn)信道復(fù)用會增加通信成本(需要復(fù)用器、分用器以及費用較高的大容量共享信道)，但如果復(fù)用的信道數(shù)量較大，還是比較劃算的。

頻分復(fù)用FDM

時分復(fù)用TDM

波分復(fù)用WDM

碼分復(fù)用CDM

頻分復(fù)用FDM

頻分復(fù)用的所有用戶同時占用不同的頻帶資源發(fā)送數(shù)據(jù)。

時分復(fù)用TDM

時分復(fù)用的所有用戶在不同的時間占用同樣的頻帶。

波分復(fù)用WDM

根據(jù)頻分復(fù)用的設(shè)計思想，可在一根光纖上同時傳輸多個頻率(波長)相近的光載波信號，實現(xiàn)基于光纖的頻分復(fù)用技術(shù)。

目前可以在一根光纖上復(fù)用80路或更多路的光載波信號。因此，這種復(fù)用技術(shù)也稱為密集波分復(fù)用DWDM。