【计算机网络】物理层
本章要点
- 物理层的任务。
- 常用的信道复用技术。
- 常用的宽带接入技术。
摘要
物理层的任务
抹平掉传输媒体和通信手段的差异
尽可能地抹平传输媒体和通信手段的差异，为上层提供统一的接口，上层只需要关注自身的实现和对下层接口的调用，不需要关心下层的内部实现。
确定与传输媒体接口有关的特性
机械特性
指明接口使用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。
电器特性
指明接口电缆的各条线上出现的电压范围。
功能特性
指明某条线上出现的某一电平的意义。
过程特性
指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
完成传输方式的转换
数据在计算机内部采用并行传输方式，但在通信线路（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。因此需要在物理层完成传输方式的转换。
信号的类别
根据信号中代表消息的参数的取值方式不同，信号可分为两大类：
模拟信号（连续信号）
代表消息的参数的取值是连续的。
数字信号（离散信号）
代表消息的参数是离散的。
数字信号的好处是可以容忍传播过程中的失真，只要接收端能从失真的波形中识别出原来的信号，那么这种失真对通信质量就没有影响。
信道复用技术
频分复用
频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输 1 路信号。
为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带。
频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延。
用户在分配到一定的频带后，在通信过程中始终占用这个频带。
频分复用的用户在同样的时间占用不同的带宽资源（频率带宽），大家同时在各自的频谱上传输，互不影响。
时分复用-同步时分复用
时分复用（TDM，Time-division multiplexing）就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用。
时分复用是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。
时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。
大家占用同样的传输线路，但是是在不同的时间段传输，比如把 1 秒钟（或更小的时间单位）分成六个相等的小时间单位，时间单位 1 给 channel1 用，时间单位 2 给 channel2 使用...以此类推。
同步时分复用是指不管 channel1 有没有信号要传送，实践单位 1 永远是留给它的。
统计时分复用-异步时分复用
统计时分复用（STDM，Statistical TDM）是一种根据用户实际需要动态分配线路资源的时分复用方法。
只有当用户有数据要传输时才给他分配线路资源，当用户暂停发送数据时，不给他分配线路资源，此时线路的传输能力可以被其他用户使用。
采用统计时分复用时，每个用户的数据传输速率可以高于平均速率，最高可达到线路总的传输能力（独占）。
由于统计时分复用中的时隙并不是股扥分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须保存用户的地址信息，这是不可避免的开销。
异步时分复用是指谁有信号要穿，时间单位就分给谁用，没有信号要传就不占用时间单位，避免浪费，更有效率。
波分复用
波分复用 (WDM，Wavelength Division Multiplexing) 是将多种不同波长的光载波信号在同一根光纤中传输的技术。
波分复用就是对光的频分复用。
码分复用
码分复用(CDM，Code Division Multiplexing)是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式。
每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此客用户之间不会造成干扰。
宽带接入技术
ADSL 非对称数字用户线路
非对称数字用户线路（ADSL，Asymmetric Digital Subscriber Line）是使用数字技术对现有的模拟电话线路进行改造使其能够传输数字信号的技术。
ADSL 最大的好处是可以利用现有电话网中的用户线，而不需要重新布线。
电话线+猫
HFC 混合光纤同轴电缆
混合光纤同轴电缆（HFC，Hybrid Fiber Coax）是经过双向改造的有线电视网。
使用机顶盒可以让现有的模拟电视机接收数字电视信号。
名词及解释
信道
信道一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。一条通信电路往往包含一条发送信道和一条接收信道。
根据通信双方信息交互的方式来看可以有三种基本方式：
单向通信（单工通信）
只能有一个方向的通信没有反向的交互。
双向交替通信（半双工通信）
双方都可以收发信息，但不能同时进行。
双向同时通信（全双工通信）
双方可以同时收发信息。
影响信道容量的因素
频率范围
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，传输速率超出上限就会出现严重的码间串扰问题，使接收端无法识别码元。
信噪比
一般来说，如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较小。
信噪比是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。
基带信号
来自信源的信号常称为基带信号（基本频带信号）。
基带信号一般是比较低频的信号，许多信道并不能传输这种带低频分量或直流分量的信号，因此需要对基带信号进行调制。
调制
调制可分为两大类：
基带调制
仅对基带信号的波形进行变换，使它能通过信道，调制后的信号仍是基带信号。
实质上是把一种数字信号调制为另一种数字信号，这一过程也可被称为编码。
带通调制
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，这样就能更好地在模拟信道中传输。
经过载波调制的信号称为带通信号。
载波
是一个特定频率的、被调制用来传播信息的电磁波。
载波由振荡器产生并在通讯信道上传输，载波频率通常比输入信号的频率高，属于高频信号。
我们一般要发送的数据频率是低频的，如果直接传输不利于接受和同步。将数据的信号加载到载波的信号上，接收方按照载波的频率接受信号，筛选出有意义的载波后将数据信号提取出来，就完成了数据的传输。