吐血整理 《计算机网络 五层协议之物理层（上）》

物理层（中篇） 物理层（下篇）

1.物理层的主要功能以及特性 1.1物理层的主要功能

• 在传输介质上为通信的网络结点建立、管理和释放物理连接；
• 实现透明的比特流的传输。
• 注意：
• 物理层传输的数据单元是”0、1”比特；
• 物理层不关心比特流里携带数据的信息，只关心比特流的正确传输。

1.2物理层的主要特性

1. 机械特性 指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排 列等等。如RJ45水晶头的形状、尺寸、线对的排列顺序等等。
2. 电气特性 指明接口电缆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. 规程特性 指明对亍丌同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.数据通信相关的几个术语 2.1 数据通信基本概念

• 数据(data)——运送消息的实体。

  • 模拟数据——数据的取值连续变化。
  • 数字数据——数据的取值为不连续数值。

• 信号(signal)——数据的电气的或电磁的表现。 是数据的载体，是数据在传输 介质上传输过程中的表示形式

  • “模拟的”(analogous)——代表消息的参数的取值是连续的。

  • “数字的”(digital)——代表消息的参数的取值是离散的。

• 码元(code)——在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。

  • 使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0状 态，一种代表1状态。

• 数据通信——指在不同计算机之间传送表示字母、数字、符号的二进 制代码0、1比特序列的模拟或数字信号的过程。

• 调制——将数字信号转换为模拟信号的过程。

• 解调——将模拟信号转换为数字信号的过程。

3.信道有关的基本概念 3.1信道：

信道表示向某一个方向传送信息的媒体。它不等价于通信电路，一条可 双向通信的电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。

信道的几个基本概念–信道 从通信双方信息交换的方式来看，有以下三种基本方式：

• 单向通信（单工通信）——只能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信息，但不 能 双方同时发送(当然也就不能同时接收)。
• 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

来自信源的信号称为基带信号（即基本频带信号）。基带信号往往含有较多 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直流 分量。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。

3.2调制分类

调制分为两大类：

1. 基带调制（编码）：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，变换后的信号仍是基带信号。
2. 带通调制：使用载波调制，将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。

3.3常用调制编码方式 3.4.基带调制常用编码方式

1）不归零码NRZ

2）曼彻斯特码（manchester）

3）差分曼彻斯特码（difference manchester）

3.4.1不归零码（NRZ：Non-Return to Zero）

原理：

用两种不同的电平分别表示二进制位“0”和“1”，高电平表示 “0”，低电平表示“1”。

优点：容易实现。

缺点：缺乏同步功能，难以分辨一位的结束和另一位的开始；

​ 发送方和接收方必须有时钟同步；

若信号中“0”或“1”连续出现，信号直流分量将累加。

3.4.2曼彻斯特码（Manchester），也称相位编码

原理：每一位中间都有一个跳变，从低跳到高表示“1”，从高跳到低表示 “0”。也可以反过来定义。

优点：克服了NRZ码的不足。每位中间的跳变既可作为数据，又可作 为时钟，能够自同步。

3.4.3差分曼彻斯特码（Differential Manchester）

原理：每一位中间都有一个跳变，每位开始时有跳变表示“0”，无跳 变表示“1”。位中间跳变表示时钟，位前跳变表示数据。

优点：时钟、数据分离，便于 提取。

3.5.带通调制

使用载波调制，将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。

最基本的二元制调制方法有以下三种：

• **调幅(AM)：**载波的振幅随基带数字信号而变化。
• 调频(FM)：**载波的频率随基带数字信号而变化。
• 调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。

为了达到更高的信息传输速率，可采用多元制的振幅相位混合调制方法

如图为正交振幅调制(QAM)

• ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。