计算机网络笔记 —— 物理层 1
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- 提供透明的比特流传输
- 注意：封装好的数据是以
01比特流的形式传递，从一个地方搬到另一个地方。
物理层上的传输，从不关心比特流携带的信息，只关心比特流的正确搬运
- 注意：封装好的数据是以
物理层的四大特性：
- 机械特性（mechanical characteristics）
- 机械特性指明了接口所有接线器的形状、尺寸、引脚数和排列等，如
RJ45的水晶头
- 机械特性指明了接口所有接线器的形状、尺寸、引脚数和排列等，如
- 电气特性（electrical characteristics）
- 指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
- 功能特性（functional characteristics）
- 指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义
- 规程特性（procedural characteristics）
- 指明对不同功能的各种可能事件的出现顺序
- 规程的概念类似协议
物理层上数据是以信号的方式传输的 信号是数据的电气或电磁表现，信号分为模拟信号和数字信号
- 模拟信号
- 对应时域的信号是连续的
- 数字信号
- 对应时域的信号是离散的
- 码元：代表不同离散值的基本波形
信号在信道/传输介质上传输 信号在传输过程中，可以看成由很多不同频率的分量传输，高频分量的不等量衰减，接收方收到的信号是衰减和变形（失真）的。 物理带宽 传输过程中振幅不会明显衰减的频率范围，物理带宽是一种物理特性，通常取决于介质材料的构成、厚度、长度 数字带宽 单位时间内流经的信息总量 物理带宽和数字带宽之间的联系 理想信道的最大传输速率 奈奎斯特定理：-> 理想信道 在无噪声信道中，当物理带宽为BHz，信号离散等级为V级，那么该信道能提供的最大传输速率（数字带宽）可用这个公式表达： $最大传输速率=2Blog_2V(bps)$ V：信号的离散等级 奈奎斯特定理表明：要提高最大传输速率，只有增加物理带宽和信号离散等级，物理带宽无法增加，只有增加信号离散等级。 香农定理： -> 有噪声信道 在噪声信道中，如果物理带宽为BHz，信噪比为S/N，那么最大传输速率（数字带宽）： $最大传输速率=Blog_2(1+\frac{S}{N})(bps)$ 一般噪声采用分贝(dB)来表示 $分贝值=10log_{10}\frac{S}{N}(db)$ 香农定理表明：在信道一定的时候，物理带宽确定，要想提高最大传输速率只有增加信噪比。 引导传输介质 传输介质承载着物理层传输的比特流 引导性：（有线传输介质） 铜线、光纤 非引导性：（无线传输介质） 无线电卫星 同轴电缆 分两类：
- 基带同轴电缆 阻抗：50欧， 用于数字传输（屏蔽层为铜）
- 宽带同轴电缆 阻抗： 75欧，用于模拟传输（屏蔽层为铝）
还可以分为：
- 粗缆
- 最大传输距离500米
- 两端按照终结器，以保证电缆屏蔽层接地
- 细缆
- 最大传输距离185米
- 两头安装BNC头，接在T型连接器两端
- 双绞线（Twist Pair Cable）
- 由两根具有绝缘层的铜导线按一定密度，逆时针方向绞合而成。
- 可以消除近端串扰 Crosstalk
绞距越紧（小），越均匀则抵消效果越好，传输性能越好。 双绞线主要分为：
- 非屏蔽双绞线（UTP: Unshielded Twisted Pair）
- 5类双绞线 提供10M, 100M的数字带宽，使用了其中的两对线，分别用于收、发 1000M以太网中，用到了全部的4对线 最大传输距离100米，广泛用于局域网
- 优点 成本低， 尺寸小， 易于安装
- 缺点 易受干扰， 传输距离性能收到绞距的影响
- 屏蔽双绞线 （STP: Shielded Twisted Pair）
- 相比UTP，STP增加了两层屏蔽层，分别位于每对线之外和全部4对线之外
- 优点 抗EMI/RFI干扰
- 缺点 成本高、安装不易
- 网屏式双绞线（ScTP: Screened Twisted Pair）
- 在UTP和STP之间做了折中
在局域网中，使用最多的就是UTP，主要用到了12和36线对，一个用于收，一个用于发 把RJ45的水晶头面向自己，再按照顺序排序1~8 水晶头可以按照568A或568B进行排列 568A 568B 白绿| 绿| 白橙| 蓝| 白蓝| 橙| 白棕| 棕 白橙| 橙| 白绿| 蓝| 白蓝| 绿| 白棕| 棕 直通线：用于不同设备之间互连（交换机-PC） 568B-568B 交叉线：用于同种设备之间互连（PC-PC，交换机-交换机） 568A-568B 现在设备已自适应 光纤（光导纤维） 由极细的玻璃纤维构成，把光封闭在其中并沿轴向进行传播 光纤利用的光的全反射进行工作，光全部被封闭在光密物质中，全反射前行 优点 重量轻、损耗低、不受电磁辐射干扰、传输频带宽和通信容量大 缺点 昂贵、易断裂（所以一般以光缆的形式存在） 分类
- 单模光纤（8.3/125$\mu m$） 8.3内芯直径， 125包裹内芯的外面玻璃层的直径
- 单一模式传输，激光产生单束光
- 光源通常为激光
- 纤心细、高带宽、长距离，运行波长为850nm或1300nm
- 多模光纤（65.5/125$\mu m$）
- 以多个模式同时传输，LED产生的多束光
光源 光传输系统由：光源、传输介质（光纤）、探测器构成 LED和激光 LED便宜，传输距离短 激光昂贵，传输距离长 光纤断了怎么办？
- 光纤连接器
- 光损失10%~20%
- 机械拼接，特殊的套管夹紧
- 光损失10%
- 熔合
- 几乎无损失
光纤与铜线 光纤：带宽高、距离远、损耗低、重量轻，无电磁干扰和射频干扰（EMI和RFI）防窃听 一般干线上铺设光纤，连接用户使用UTP