第2章物理层

王道学习

考纲内容

（一）通信基础
           信道、信号、带宽、码元、波特、速率、信源与信宿等基本概念；
           奈奎斯特定理与香农定理；编码与调制；
           电路交换、报文交换与分组交换；数据报与虚电路
（二）传输介质
           双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质；物理层接口的特性
（三）物理层设备
           中继器；集线器

复习提示

物理层考虑的是怎样才能在连接各台计算机的传输介质上传输数据比特流，而不是具体的传输介质。本章概念较多，易出选择题，复习时应抓住重点，如奈奎斯特定理和香农定理的应用、编码与调制技术、数据交互方式，以及电路交换、报文交换与分组交换技术等。

2.1 通信基础

2.1.1 基本概念

1、数据、信号与码元

2、信源、信道与信宿

3、速率、波特与带宽
速率是指数据传输速率，表示单位时间内传输的数据量，常有两种描述形式。

2.1.2 信道的极限容量

任何实际的信道都不是理想的，信号在信道上传输时会不可避免地产生失真。但是，只要接收端能够从失真的信号波形中识别出原来的信号，这种失真对通信质量就没有影响。但是，若信号失真很严重，则接收端就无法识别出每个码元。码元的传输速率越高，或者信号的传输距离越远，或者噪声干扰越大，或者传输介质的质量越差，接收端波形的失真就越严重。

1、奈奎斯特定理(奈氏准则)

2、香农定理

奈氏准则只考虑了带宽与极限码元传输速率之间的关系，而香农定理不仅考虑了带宽，也考虑了信噪比。这也从另一个侧面表明，一个码元对应的二进制位数是有限的。

2.1.3 编码与调制

信号是数据的具体表示形式，数据无论是数字的还是模拟的，为了传输的目的，都要转换成信号。将数据转换为模拟信号的过程称为调制，将数据转换为数字信号的过程称为编码。

数字数据可通过数字发送器转换为数字信号传输，也可通过调制器转换成模拟信号传输；同样，模拟数据可通过PCM编码器转换成数字信号传输，也可通过放大器调制器转换成模拟信号传输。这样，就形成了如下4种编码与调制方式。

2、模拟信号编码为数字信号

3、数字数据调制为模拟信号

4、模拟数据调制为模拟信号
为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可使用频分复用(FDM）技术，充分利用带宽资源。电话机和本地局交换机采用模拟信号传输模拟数据的编码方式。

2.1.3 本节试题精选

2.2 传输介质

2.2.1 双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质

传输介质也称传输媒体，是数据传输系统中发送器和接收器之间的物理通路。传输介质可分为：①导向传输介质，指铜线或光纤等，电磁波被导向为沿着固体介质传播；②非导向传输介质，指自由空间(空气、真空或海水)，电磁波在非导向传输介质中的传输称为无线传输。

1、双绞线

2、同轴电缆

3、光纤

4、无线传输介质

2.2.2 物理层接口的特性

物理层考虑的是如何在连接各种计算机的传输介质上传输比特流，而不指具体的传输介质。网络中的硬件设备和传输介质的种类繁多，通信方式也各不相同。物理层应尽可能屏蔽这些差异，让数据链路层感觉不到这些差异，使数据链路层只需考虑如何完成本层的协议和服务。

        物理层的主要任务是确定与传输介质的接口有关的一些特性：
        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、固定和锁定装置等。
        2）电气特性。指明在接口电缆的各条线上的电压范围、传输速率和距离限制等。
        3）功能特性。指明某条线上出现的某一电平的电压的意义，以及每条线的功能。
        4）过程特性，也称规程特性。指明对不同功能的各种可能事件的出现顺序。