轻松学计算机网络技术之物理层通信技术

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轻松学计算机网络技术之物理层通信技术  见闻思说 2018-01-08 14:56:36
物理层通信技术
一、背景
在对于网络有了一定的了解之后，下面大家来说说对于网络传输底层来说主要考虑的几个问题？

底层传输什么东西？：信号
通过什么来传输？：介质
介质如何来连接？：接口
那么，根据这几个问题下面来深入先容。
物理层考虑的是怎么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。大家知道，现有的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类非常繁多，而通信手段也有许多不同方式。物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样就可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。
二、数据通信系统

本例是两个PC机经过普通电话机的连线，再经过公用电话网进行通信。
数据通信系统分成三大部分：1. 源系统（发送端、发送方）2. 传输系统（传输网络） 3. 目的系统（接收方、接收端）
源系统一般包括源点和发送器。源点产生要发送的数据（如图就是PC机的键盘输入的汉字，PC机输出数字比特流；发送器是把源点产生的数字比特流编码成模拟信号并发送到传输系统上。
目的系统一般包括接收器和终点（终点又称目的站或信宿）。接收器接收传输系统发来的模拟信号，并将其解码成数字信号比特流并传输给终点；终点设备获得接收器发来的数字数据并将其显示在屏幕上。
传输系统可能是简单的线路，也可能是复杂的网络系统。 上图所示的传输系统还可以是一个网络系统。但是从通信的角度来说的。
三、信号的概念
1）信息：一般认为信息是人们对现实世界事物的存在方式或运动状态的某种。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像以及动画等。常常把消息中有意义的内容称为信息

2）数据：是用于描述事物的某些属性的具体量值
3）信号：是信息传递的媒介，信号在网络中传输，使信息得以传递
通信的目的是传送消息，如语音、文字、图片、视频等等。数据是运送这些消息的实体。而信号则是数据的电气的或电磁的表现形式。
四、信号的分类

1）模拟信号：是信号参数（幅度、频度等）大小连续变化的电磁波，可以按不同的频率在媒体上传输，是一个连续变化的物理量

2）数字信号：是不连续的物理量，信号参数也不连续变化。数字信息使用几个不连续的物理状态来代表数字。电报信号就属于数字信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种的波形，称为"二进制信号"。
五、调制解调器
这个东西大家大家应该不陌生，Modem，其实是 Modulator（调制器）与 Demodulator（解调器）的简称，中文称为调制解调器（港台称之为数据机）。跟据 Modem 的谐音，大家也称之为"猫"。所谓调制，就是把数字信号转换成电话线上传输的模拟信号；解调，即把模拟信号转换成数字信号。 合称调制解调器。
六、信号在传输过程中产生的失真
1）噪声：简单定义是：在信号的传输、处理过程中，由于设备自身、环境干扰等原因而产生的附加信号，这些信号与输入信号无关，是有害的。

2）衰减：随着信号的传播，能量逐渐减少，就会存在衰减。为了补偿衰减，在传输过程中要经常对信号进行放大处理。
七、数字信号的优势
1）抗干扰能力强：模拟信号中的噪声会随着信号一起被传输、放大，严重影响通信质量。而数字通信中的信息是包含在脉冲的有、无之中的，只要噪声绝对值不超过某一限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。

2）远距离传输仍能保证质量：因为数字通信是采用再生中继方式，能够削除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不爱距离的影响。
3）还具有适应各种通信业务要求，便于实现统一的综合业务数字网，便于采用大规模集成电路，便于实现加密处理，便于实现通信网的计算机管理等优点。
八、信道
从通信的双方信息交互的方式来看，可以有以下三种基本方式：

单工：即只能有一个方向的通信而没有反方向的交互，无线电广播或有线电广播以及电视广播就属于这种类型。
半双工：即通信的双发都可以发送信息，但不能双方同时发送，当然也不能同时接收。这种通信方式是一方发送另一方接收，过一段时间后在反火来。对讲机就属于这种类型。
全双工：即通信的双方可以同时发送和接收信息。如电话、手机等等。
九、信道复用技术

"复用"是通信技术中的基本概念，在计算机网络中的信道广泛地使用各种复用技术。下面对信道复用技术进行简单的先容。如图：


A1，B1和C1分别使用一个单独的信道和A2，B2和C2进行通信，总共需要三个信道。但如果在发送端使用一个复用器，就可以让大家合起来使用一个共享信道进行通信。在接收端在使用分用器，把合起来传输的信息分别送到相应的终点。当然复用要付出一定代价（共享信道由于带宽较大而费用也较高，再加上复用器和分用器）。但如果复用的信道数量较大，那么在经济上还是合算的。
针对这种复用的方法有很多：最基本的复用就是频分复用和时分复用，频分复用就是最简单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。如图：

当然还有比较麻烦的例如：波分复用，码分复用等等。具体的每个分用方法的实现原理如果有兴趣自行查阅。