前言

　　在前面說了一下，計算機網絡的大概內容，沒有去深刻的去了解它，這篇文章給大家分享一下物理層！

　　我們知道ISO模型是七層，TCP/IP模型是五層，而tcp/ip協議只將七層概括為4層，我們將學習其中的5層， 應用層(包括表示層，會話層)、傳輸層、網絡層、數據鏈路層、物理層。

一、物理層概述

　　解決如何在連接各種計算機的傳輸媒體上傳輸數據比特流，而不是指具體的傳輸媒體 （通俗的講就是傳輸的數據是通過何種方式，以什麽形態傳輸的，

　　　　類似於我們說話，別人是如何聽到的，通過的就是聲波，計算機傳數據，又是怎麽樣吧數據帶過去的呢，）

　　主要任務：確定與傳輸媒體的接口的一些特性，即 機械特性、電氣特性、功能特性、過程特性　　　　

　　　　機械特性：接口形狀、大小、引線數量等，通俗講也就是網線的水晶頭的設計等一些規定

　　　　電氣特性：規定電壓範圍（-5V~+5V）等 在網線中傳輸時所用的電壓範圍

　　　　過程特性：也稱規程特性 規定建立連接時各個相關部件的工作步驟

二、數據通信基礎知識

2.1、數據通信模型

　　源點、發送器、接受器、終點 和 源系統 -- 傳輸系統 --- 目的系統 的對應關系

　　PC機要發的數據會轉換為010101，數字比特流就代表著010101傳給調制解調器，調制解調器將數字比特流轉換為模擬信號，通過公用電話網傳到很遠的目的地去。然後逆過來解析成原數據就行了

　　提到的數字比特流、模擬信號之後會講解到，這樣，我們就大概了解了數據通信的模型了，大概知道數據是轉換成哪種形勢傳到目標中。

2.2、常用術語

　　1）通信的目的是傳送信息

　　2）·數據：運送信息的實體

　　3）信號：數據的電氣或電磁的表現 通俗講就是通過電氣或者電磁的一些表現形式來代表我們的數據，這就是我們說的信號，電氣、電磁，比如一些電磁波等

　　　　數字信號：代表消息的參數的取值是離散的，下面就是數字信號，通過一高一低，不連續的波。

　　　　模擬信號：代表信息的參數的取值是連續的，下面就是模擬信號， 有高有低，但是是連續的波

　　4）碼元：在使用時間域的波形表示數字信號時，則代表不同離散數值的基本波形就成為碼元。 太理論的語言，看了跟沒看一樣，其實碼元很簡單，看下圖，在數字信號中，帶著0或者1的波形就是一個碼元

　　　　碼元長度：每一個碼元都是通過一段時間間隔來表示， 這個時間間隔就是碼元長度

　　　　註意：1碼元可以攜帶nbit的信息量，並不是1碼元就只能代表1bit的信息量，可以是nbit，也就是說上面1碼元就代表0或1這樣1bit的信息量.

3.3、信道與傳輸方式

　　信道一般表示向一個方向傳送信息的媒體，所以平常說的通信線路往往包含一條發送信息的信道和一條接受信息的信道

　　1）單工通信：也就是單向通信，只能有一個方向的通信而沒有反方向的交互

　　2）半雙工通信：也就是能雙向通信，但是不能同時通信，一方在發送數據，另一方必須接受數據，等待對方發完，然後自己才能發，例如，電視裏面軍方的對講機，都是只有等待一方說完話，另外一方才能說話。

　　3）全雙工通信：相對於半雙工通信來講，就是能同時通信且雙向，例如，電話。

3.4、基帶信號與帶通信號　

　　1）基帶信號：即基本頻帶信號，來自信源的信號，像計算機輸出的代表各種文字或圖像文件的數據信號都屬於基帶信號，基帶信號就是發出的直接表達了要傳輸的信息的信號，

　　　　例如：我們說話的聲波就是基帶信號

　　2）帶通信號：把基帶信號經過載波調制後，把信號的頻率範圍移到較高的頻段以便在信道中傳輸

3.5、編碼與調制

　　1）編碼：人們將數字數據轉換為數字信號的過程稱為編碼

　　2）調制：將數字數據轉換為模擬信號的過程稱為調制

四、物理層下的傳輸媒體

通俗的講：前面我們知道了數據是以什麽形態傳輸的，但是我們不知道該種形態就在什麽上面傳輸呢？分兩種：導向傳輸媒體 和 非導向傳輸媒體

4.1、導向傳輸媒體

　　1）雙絞線

　　　　屏蔽雙絞線STP

　　　　無屏蔽雙絞線UTP

　　2）同軸電纜　　

　　　　50Ω同軸電纜，用於數字傳輸，由於多用於基帶傳輸，也叫基帶同軸電纜

　　　　75Ω同軸電纜，用於模擬傳輸，即寬帶同軸電纜

　　這兩種普通的網線（直通線 和 交叉線）

　　直通線：具體的線序制作方法是：雙絞線夾線順序是兩邊一致，統一都是：1：白橙、2：橙、3：白綠、4：藍、5：白藍、6：綠、7：白棕、8：棕。

　　　　　　註意兩端都是同樣的線序且一一對應。這就是100M網線的做線標準，即568B標準，也就是我們平常所說的正線或標準線、直通線

　　　　　　直通線應用最廣泛，這種類型的以太網電纜用來實現下列連接:

　　　　　　　　　　　　路由器到交換機或集線器

　　交叉線：就相當於直通線是一一對應，而交叉線就不一樣，1對3 2對4 等

　　3）光纜

　　　　　　光纖長什麽樣子

　　　　工作原理：就是通過光的折射，在裏面傳播，直到光出來。

　　　　具體光在其中是怎麽傳播的，看下圖就知道了。

　　　　光纖分多模光纖和單模光纖

　　　　區別：單模光纖指只能傳輸一種電磁波模式，多模光纖只可以傳輸多個電磁波模式，實際上單模光纖和多模光纖之分，也就是纖芯的直徑之分。單模光纖細，多模光纖粗。

　　　　　　　　在有線電視網絡中使用的光纖全是單模光纖，其傳播特性好，帶寬可達10GHZ，可以在一根光纖中傳輸60套PAL—D電視節目

4.2、非導向傳輸媒體

　　非導向傳輸媒體就是指自由空間，其中的電磁波傳輸被稱為無線傳輸。 通俗來講，就是通過無線，不用那種固態的媒體，在空氣中自由傳播，在空氣中傳播的波很多，如何分別呢，就是通過每個波的頻率不一樣

五、信道復用技術

復用：通過下圖，就可以很容易知道什麽是復用，就是同時公用一條信道來進行傳輸信息。信道復用技術：頻分復用、時分復用、統計時分復用、波分復用

5.1、頻分復用　

　　用戶在分配到一定的頻帶後，在通信過程中自始至終都占用這個頻帶(這個是一個範圍，例如下圖)

　　所有用戶在同樣的時間占用不同的帶寬資源（請註意，這裏的“帶寬”是頻率帶寬而不是數據的發送速率）

　　分析：

　　　　　發送數據：

　　　　接受數據：

5.2、時分復用

　　按時間輪流分配帶寬資源給不同的用戶，每個用戶只在分配的時間裏使用線路傳輸數據。

　　 通俗來講：就是每個用戶都有自己的時間段來傳輸數據，沒到自己時間就需要等待，直到屬於自己的傳輸時間段的到來，周期性的周轉

　　特點：在信道中，每個資源都有先後順序，並且不會亂，一直是按照一定的順序傳輸數據。

　　　　缺點：計算機數據的突發性質，用戶對分配的子信道的利用率不高，因為不知道什麽時候通道就會發送數據，可能別的通道都不發數據，就一個通道需要發送，但也還是要等待一定的時間，即使信道是空的。

5.3、統計時分復用

　　是對時分復用的一種改進，它能完善時分復用 對信道的利用率不高這個缺點，

　　原理：就是在每個要發送的數據上面做一個特殊的標記，而不是通過一個多路復用器，周期性的發送數據， 給每個要發送的數據

　　　　　　放入STDM幀中，讓STDM幀帶著數據發送過去，而接受的話，只需要分析STDM幀就行了。

　　註意：時分復用 又稱同步時分復用，統計十分復用 稱為 異布時分復用。 因為某一個用戶所占用的時間間隙並不是周期性的出現。

5.4、波分復用

　　波分復用就是光的頻分復用

六、數字傳輸系統

PCM(脈沖編碼調制)技術：將模擬電話信號轉換為數字信號的一種技術。

有兩種PCM技術：北美的24路PCM(T1) 1.544M/s、 歐洲的30路PCM(E1) 我國采用的是E1 2.048M/S

七、寬帶接入技術

7.1、電話網線撥號接入

　　老式的撥號聯網方式，因為速度最高只能達到56kb/s

　　工作原理：通過將計算機發出的信號轉換為音頻信號，因為要通過電話網線來傳播數據，所以這樣轉換來轉換去，達到的上網速率太低，雖然方便，但實用性不強， 不能同時上網和打電話。

7.2、數字用戶線接入

　　DSL：數字用戶線 　xDSL：用數字技術對現有的模擬電話用戶線進行改造，在DSL上加了x 表示不同的數字用戶線技術。

　　這個其實就是改善了電話網撥號接入的缺點，能同時上網和打電話，並且網速提高了很多，

　　工作原理：xDSL 技術就把 0~4 kHz 低端頻譜留給傳統電話使用，而把原來沒有被利用的高端頻譜留給用戶上網使用。這樣一來，就互不幹擾了。通過頻率的高低來區分是電話還是網絡數據。

　　舉例：ADSL的接入網

　　　　上行和下行帶寬做成不對稱的。指的是上行信道和下行信道，具體看DMT調制技術中的解釋。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　　ADSL 在用戶線的兩端各安裝一個 ADSL 調制解調器。目的就是為了區分低頻和高頻

　　　　我國目前采用的方案是離散多音調 DMT (Discrete Multi-Tone)調制技術

　　　　　　DMT 調制技術采用頻分復用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端頻譜劃分為許多的子信道，其中 25 個子信道用於上行信道，而 249個子信道用於下行信道。

　　　　　　每個子信道占據 4 kHz 帶寬,並使用不同的載波（即不同的音調）進行數字調制。這種做法相當於在一對用戶線上使用許多小的調制解調器並行地傳送數據。

　　　　　　接入網的工作原理圖

7.3、光纖同軸混合網接入　　HFC

　　CATV：樹形拓撲結構的同軸電纜網絡，采用模擬技術的頻分復用對電視節目的單向傳輸，

　　HFC對CATV的基礎上進行改造，從而開發出的一種居民寬帶接入網。

　　特點：

　　　　HFC網的主幹線路采用光纖，將原CATV網中的同軸電纜主幹部分該換位光纖，並且使用的是模擬光纖技術，

　　　　每個家庭都要安裝一個用戶接口盒

　　　　 HFC 網具有比 CATV 網更寬的頻譜，且具有雙向傳輸功能

　　　　光纖結點(光分配結點)，同軸電纜分別是那些，看下圖

7.4、光纖接入

　　FTTx（光纖到...）：實現寬帶居民接入網的方案，這裏字母x可代表不同的意思

　　FTTH：光纖到家，光纖一直鋪設到用戶家庭可能是居民接入網最後的解決方法(155Mb/s)

　　FTTB：光纖到大樓，光纖進入大樓後就轉換為電信號，然後用電纜或雙絞線分配到各用戶。

　　FTTC：從路邊到各用戶可使用星形結構雙絞線作為傳輸媒體(155Mb/s)

7.5、以太網接入

　　局域網，大學校園、大型企業、各種政府通過內部的局域網，然後再讓局域網接入到因特網。

7.6、無線網接入　

　　前面都是有線接入，現在很多都使用無線聯網，手機、筆記本等都用無線連，很方便

　　從1G 到 2G 到 3G 到現在的 4G時代，每一代的特點不一樣，馬上就要出5G了。

　　1G：蜂窩移動通信只能夠模擬話音通信，跟那個電話網撥號接入類似，網速很慢很慢

　　2G：以數字話音通信為主，也能提供短信，收發郵件，瀏覽網頁的數據通信功能

　　3G：3G時代，記得以前用的網頁版QQ，就是要一直刷新也能接受信息，哈哈，

　　4G：網速很快，能達到1M~2M之間的速度。

TCP/IP（二）物理層詳解