物理层相关概念

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一、物理层解决的问题及其特性

物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体。

物理层的主要任务描述为:确定传输媒体的接口的一些特性,即:

机械特性:例如接口形状,大小,引线数目

电器特性:例如规定电压范围(-5V到+5V)

功能特性:例如规定-5V表示0,+5V表示1

过程特性:规定简历连接时各个相关部件的工作步骤

二、有关信道的几个概念

信道一般表示向一个方向传送信息的媒体。所以我们说平常的通信线路往往包含一个发送信息的信道和一个接收信息的信道。

单项通信(单工通信):只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和接收信息,但是不能双方同时发送或者接收、

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。

三、奈氏准则

在假定的理想条件下,为了避免码间串扰,码元的传输速率的上限值。

在任何的信道中,码元传输的速率是有上限的,否则就会出现码间串扰的问题,是接收端对码元的识别成为不可能。

如果信道的频带越宽,也就是能够通过的信号高频分量越多,那么就可能用更高的速率传递码元而不出现码间串扰。

四、信噪比

香农用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率。

信道的极限信息传输速率c可表达为:

c = W log2(1+S/N) b/s

W 为信道的带宽(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

香农公式说明的问题:

1、信道的带宽或者信道中的信噪比越大,则信息的极限传输速率就越高;

2、只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率。就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输;

3、若信道带宽W或信噪比S/N没有上线(当然实际信道不可能是这样的),则信道的极限信息传输速率c也就没有上限;

4、实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少

五、导向传输媒体

导向传输媒体中,电磁波沿着固体媒体传播

双绞线

屏蔽双绞线STP

无屏蔽双绞线UTP

同轴电缆

50同轴电缆用于数字传输,由于多用于基带传输,也叫基带同轴电缆;

70同轴电缆用于模拟传输,即宽带同轴电缆。

光缆(光纤)

六、非导向传输媒体

非导向传输媒体就是指自由空间,其中的电磁波传输被称为无线传输。无线传输所使用的的频段很广。短波通信主要是靠电离层的反射,但是短波通信质量较差。

七、物理层的设备------集线器

工作特点:它在网络中只起到信号放大和重发作用,其目的是扩大网络的传输范围,而不具备信号的定向传送能力。

最大传输距离:100m

集线器是一个大的冲突域

八、复用技术

为了提高信道的利用率,现代技术都采用信道复用技术

频分复用:

用户在分配到一定的频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

时分复用:

时分复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

存在的问题:

时分复用可能会造成线路资源的浪费