計算機網路第2章（物理層）

2.1 物理層的基本概念

2.2 物理層下面的傳輸媒體

傳輸媒體也稱為傳輸介質或傳世媒介，他就是資料傳輸系統中在發送器和接收器之間的物理通路，

傳輸媒體可分為兩大類，即導引型傳輸媒體和非導引型傳輸媒體

傳輸媒體不屬于計算機網路體系的任何一層，如果非要將它添加到體系結構中，那它只能放置到物理層之下，

導引型傳輸媒體

在導引型傳輸媒體中，電磁波被導引沿著固體媒體傳播

同軸電纜

雙絞線

光纖

多模光纖

可以存在多條不同角度入射的光纖在一條光纖中傳輸，這種光纖就稱為多模光纖

單模光纖

若光纖的直徑減少到只有一個光的波長，則光纖就像一根波導那樣，它可使光線一直向前傳播，而不會產生多次反射，這樣的光纖就稱為單模光纖

電力線

非導引型傳輸媒體

非導引型傳輸媒體是指自由空間

無線電波

微波

紅外線

可見光

2.3 傳輸方式

串行傳輸和并行傳輸

串行傳輸：

資料是一個位元一個位元一次發送的，因此在發送端與接收端之間，只需一條資料傳輸路即可

并行傳輸：

一次發送n個位元，因此，在發送端和接收端之間需要有n條傳送線路
并行傳輸的優點使比串行傳輸的速度n倍，但成本高
資料在傳輸線路上的傳輸采用的是串行傳輸，計算機內部的資料傳輸常用并行傳輸

同步傳輸和異步傳輸

同步傳輸：

資料塊以穩定的位元流的形式傳輸，位元組之間沒有間隔
接收端在每個位元信號的中間時刻進行檢測，以判別接收到的位元是0還是位元1
由于不同設備的始終頻率存在一定差異，不可能做到完全相同，在傳輸大量資料的程序中，所產生的判別時刻的累計誤差，會導致接收端對位元信號的判別錯誤

所以要使手法雙發始終保持同步

異步傳輸：

以位元組為獨立的傳輸單位，位元組之間的時間間隔不是固定的
接收端僅在每個位元組的初始處對位元組內的位元實作同步
通常在每個位元組前后分別加上初始位和結束位

單向通信（單工），雙向交替通信（半雙工）和雙向同時通信（全雙工）

在許多情況下，我們要使用**信道(channel)**這一名詞，信道和電路并不等同，信道一般都是用來表示向某一個方向傳送資訊的媒體，因此，一條通信電路往往包含一條發送信道和一條接受信道，

從通信的雙方資訊互動的方式來看，可以用以下三種基本方式：

單向通信：

又稱為單工通信，即只能有一個方向的通信而沒有反方向的互動，無線電廣播或有線電以及電視廣播就屬于這種型別

雙向交替通信

又稱為半雙工通信，即通信的雙方可以發送資訊，但不能雙方同時發送（當然也就不能同時接收），這種通信方式使一方發送另一方接收，過一段時間后再反過來

雙向同時通信

又稱全雙工通信，即通信的雙方可以同時發送和接受資訊，

單向通信只需要一條信道，而雙向交替通信或雙向同時通信則需要兩條信道（每個方向各一條）

雙向同時通信的傳輸效率最高

2.4 編碼與調制

常用術語：

**資料（data）----**運送訊息的物體
**信號（signal）----**資料的電氣的或電磁的表現
**模擬信號（analogous signal）----**代表訊息的引數的取值是連續的
**數字信號（digital signal）----**代表的引數的取值是離散的
**碼元（cod）----**在使用時間域（或簡稱為時域）的波形表示數字信號時，代表不同離散數值的基本波形
**基帶信號（即基本頻帶信號）----**來自信源的信號，像計算機輸出的代表各種文字或影像檔案的資料信號都屬于基帶信號
基帶信號往往包含有較多的低頻成分，甚至有直流成分，而許多信道并不能傳輸這種低頻分量或直流分量，因此必須對基帶信號進行調制（modulation）

計算機網路中，常見的是將數字基帶信號通過編碼或調制的方法在相應信道進行傳輸

傳輸媒體與信道的關系

信道的幾個基本概念

信道----一般用來表示向某一個方向傳送資訊的媒體，
**單向通信（單工通信）----**只能有一個方向的通信而沒有反方向的互動
**雙向交替通信（半雙工通信）----**通信的雙方都可以發送資訊，但不能雙方同時發送（當然也就不能同時接收），
**雙向同時通信（全雙工通信）----**通信的雙方可以同時發送和接受資訊，

嚴格來說，傳輸媒體不能和信道化等號

對于單工傳輸，傳輸媒體只包含一個信道，要么時發送信道，要么是接收信道，

對于半雙工和全雙工，傳輸媒體中要包含兩個信道，已核實發送信道，另一個是接收信道

如果使用信道復用技術，一條傳輸媒體還可以包含多個信道

常用編碼

不歸零編碼

正電平表示位元1/0
負電平表示位元0/1
中間的虛線是零電平，所謂不歸零編碼，就是指在整個碼元時間內，電平都不會出現零電平，

實際位元1和位元0的表示要看現實怎么規定

這需要發送方的發送和接收方的接收做到嚴格的同步

需要額外一根傳輸線來傳輸時鐘信號，使發送方和接收方同步沒接收方按時鐘信號的節拍來逐個接收碼元
但是對于計算機網路，寧愿利用這跟傳輸線傳輸資料信號，而不是傳輸時鐘信號

由于不歸零編碼存在同步問題，因此計算機網路中的資料傳輸不采用這類編碼！

歸零編碼

歸零編碼雖然自同步，但編碼效率低

曼徹斯特編碼

在每個碼元的中間時刻，信號都會發上跳變

負跳變表示位元1/0
正跳變表示位元0/1
碼元中間時刻的跳變即表示時鐘，又表示資料

實際位元1和位元0表示要看現實怎么規定

傳統以太網使用的就是曼切斯特編碼

差分曼切斯特編碼

在每個碼元時間的中間時刻,信號都會發送跳變，但與莫切斯特不同

跳變僅表示時鐘

碼元開始處電平是否變化表示資料

變化表示位元1/0

不變化表示位元0/1

實際位元1和0的表示要看現實怎么規定

比曼斯特編碼變化少，更適合較高的傳輸速率

總結

調制

數字信號轉換為模擬信號，在模擬信道中傳輸，例如Wifi，采用補碼鍵控CCK/直接序列擴頻DSSS/正交頻分復用OFDM等調制方式

模擬信號轉換為另一種模擬信號，在模擬信道中傳輸，例如，語音資料加載到模擬的載波信號中傳輸，頻分復用FDM技術，充分利用帶寬資源

基本調制方式

調幅AM：所調制的信號由兩種不同振奮的基本波形構成，每個基本波形只能代表1位元資訊量
調頻FM：所調制的信號由兩種不同頻率的基本波形構成，每個基本波形只能表示1位元資訊量
調相PM：所調制的信號由兩種不同相位的基本波形構成，每個基本波形只能表示1位元資訊量

但是使用基本調制方法，1個碼元只能包含1個位元資訊

混合調制