【有书共读04】《计算机网络》读书笔记04

2.1物理层基本概念

物理层首要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，而不是指具体的传输媒体。

其作用是尽可能地屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异，使物理层上面的数据链路感觉不到这些差异，就可以使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务。

用于物理层的协议常称为物理层规程，即物理层协议。

可将物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口有关的一些特性，即：

（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    指明接口所用接线器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。

数据在通信线路（传输媒体）上的传输方式一般都是串行传输，即逐个比特按照时间顺序传输。    

2.2数据通信的基础知识

一个通信系统可划分为三大部分，即

源系统（或发送端、发送方）

传输系统（或传输网络）

目的系统（或接收端、接收方）

源系统一般包含两个部分：

源点：源点设备产生要传输的数据，例如，从PC的键盘输入汉字，PC产生输出数字比特流。又称源站或者信源。

发送器：通常，源点生成的数字比特流要通过发送编码器后才能在传输系统中进行传输。典型的发送器就是调制器。

目的系统一般也包括以下两个部分：

接收器：接收传输系统穿送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。典型的接收器就是解调器，它把来自传输线路上的模拟信号进行解调，提取出在发送端置入的消息，还原出发送端产生的数字比特流。

终点：终点设备从接收器获取传送来的数字比特流，然后把信息输出。终点又称目的站或者信宿。

常用术语

通信的目的是传送信息（话音、文字、图像、视频）

数据是运送消息的实体，通常是有意义的符号序列；这种信息的表示可用计算机处理或产生，信号则是数据的电气或电磁的表现。

信号可分两大类：

（1）模拟信号，或连续信号——代表消息的参数的取值是连续的。

（2）数字信号，或离散信号——代表消息的参数的取值是离散的。

2.2.2有关信道的几个基本概念

信道：表示向某一个方向传送信息的媒体。一条破通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

从通信的双方信息交互方式来看，有以下基本方式

（1）单向通信——又称为单工通信，即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。例如：无线电广播、有线电视广播、电视广播。

（2）双向交替通信——又称为半双工通信，即通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送（也不能同时接收）。此方式是一方发送一方接收，过一段时间后在反过来。

（3）双向同时通信——又称为全双工通信，即通信的双方都可以同时发送和接收信息。

单向通信只需要一条信道，而双向交替通信或双向同时通信则都需要两条信道（每个方向各一条）。双向同时通信的传输效率最高。、

来自信源的信号常称为基带信号（基本频带信号）。基带信号往往包含较多的低频成分，甚至有直流成分，而许多信道并不能传输这种低频分量或者直流分量。为解决此问题，就必须对基带信号进行调制。

调制分为两大类：

（1）基带调制——仅仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然都属于基带信号。

（2）带通调制——需要使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，就能够更好地在模拟信道中传输。经过载波调制后的信号称为带通信号（即仅在一段频率范围内能够通过信道），而使用载波的调制称为带通调制。

2.2.3信道的极限容量

（1）信道能够通过的频率范围

在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（识别）成为不可能。
（2）信噪比

噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。

信号的平均功率和噪声的平均功率之比，常记为S/N,并用分贝（dB）作为度量单位。

即

香农公式：信道的极限信息传输效率C是

        W:信道的带宽（Hz）；

        S：信道内所找传信号的平均功率；

        N：信道内部的高斯噪声功率。

 公式表明，信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率就越高。

2.3物理层下的传输媒体

传输媒体也称为传输介质或传输媒介，是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。

分为两大类

1. 导引型传输媒体

A. 双绞线

B. 同轴电缆

C. 光缆——光纤通信

2.非导引型传输媒体

短波通信（高频通信）

微波通信——地面微波接力通信和卫星通信