物理层

物理层

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请注意,本文发布日期:  203  天前,最后编辑日期:  203  天前,内容可能已经不具有时效性,请酌情参考。

一、物理层基本概念

由于现在的计算机网络中的硬件设备和传输媒体的种类繁多,通信手段也各种各样。所以物理层任务:考虑如何在连接各种计算机的传输媒介上传输数据的比特流,而不是指具体的传输媒介,尽可能屏蔽掉这些传输媒介和通信手段的差异,使数据链路层感觉不到这些差异,这样数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务。

数据在计算机内部多采用并行传输方式,但数据在通信线路上的传输方式一般是串行传输,那么为什么不使用并行传输方式呢?并行不是能加速传输速率么?主要还是考虑到了经济上,并行链路的建设成本高于串行链路的建设成本。串行传输即逐个比特按照时间顺序传输,因此物理层需要完成传输方式的转换。

不同的物理连接方式(点对点、多点连接、广播连接),所诞生的物理层协议也各种各样。同时传输媒介种类(如双绞线、同轴电缆、光缆、无线信道)也非常之多

二、数据通信基本概念

数据通信系统分为三大部分:源系统(即发送方)、传输网络目的系统(即接收方)

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tips:这张图盗的

源系统

  • 源点:产生要传输的数据,比如键盘输入“epiol”,计算机产生输出的数字比特流
  • 调制器:数字比特流经过发送器编码后变成模拟信号,才能够在传输网络中进行传输

目的系统

  • 解调器:接收传输网络传递过来的模拟信号后,经过接收器解码后称为数字比特流,交给计算机处理
  • 终点:接收到数字比特流并处理数据

传输网络:可以是简单的一根传输线,也可以是复杂的网络系统

由于很多时候,每台计算机作为不同的对象,会处于不同的系统(源系统/目的系统),所以会需要用到调制器和解调器,所以一般将调制器和解调器做成一个设备——调制解调器

通信的目的是传送消息(如声音、文字、图像、视频等),数据是运送消息的实体。根据[RFC 4949]给出的定义,数据是使用特定方式表示的信息,通常是有意义的符号序列。信号是数据的电气或电磁的表现。

信号分为两类:模拟信号和数字信号

  • 模拟信号:连续信号;
  • 数字信号:离散信号;使用二进制编码时,只有两种不同的码元

channel

信道(channel):一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体

以前我总以为信道和电路是等同的,信道和电路并不等同,一条通信电路往往包含了一条发送信道和一条接收信道。

从通信的双方交互方式来看,有三种基本方式:

  • 单工:只有一个方向的通信而没有反方向的交互
  • 半双工:通信的双方都可以发送信息,但不能双方同时发送/接收
  • 全双工:通信的双方可以同时发送和接收信息(传输效率最高)

现实中的信道都不是理想的,所以无法避免在信道上传输会失真,但是一般的数字通信对于失真不严重的情况可以识别信号,以恢复码元。失真的严重性和码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量有关。码元传输速率越高、信号传输距离越远、噪声干扰越大、传输媒体质量越差,会导致目的系统的失真越严重。

三、物理层传输媒介与技术

模拟传输和数字传输都可以使用双绞线

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双绞线

首先看看双绞线的种类:

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双绞线传输有效距离:CAT5、6都是100m

双绞线的线序标准(其中568B最为常用):
568A:绿白、绿、橙白、蓝、蓝白、橙、棕白、棕
568B:橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕

POE(以太网供电):一般网线中,1236传递数据,4578传递电流。主要是为了一些基于IP的终端供电(IP电话机、无线局域网接入点AP、网络摄像机等)

我在观看和制作双绞线时,产生了一个问题:为什么有的网线8根,有的4根?

因为原本100M组网中,CAT5只使用了1、2、3、6四芯传输数据的结果,从而降低成本,但是使用体验要差一点,而且无法支持100M以上的组网。所以百兆网络不影响,但是百兆网络以上就必须接八根!

Tips:不管是同种设备还是不同设备,目前都使用直通线,因为目前设备都拥有MDI/MDIX技术(即线缆交叉自适应技术),来智能排列线序

光纤

对光纤的了解不是很多,这里是散装的对光纤的知识点,日后会增加对光纤的介绍

光模块波长:

  • 短波:850mm
  • 长波:1310mm
  • 超长波:1500mm

光纤跳线两端的光模块的收发波长必须一致

如果传输距离较远,必须选择 长波模块-单模光纤-长波模块

光纤在使用中不要过度弯曲和绕环,这样会增加光在传输过程中的衰减

路由器中的光电复用口:如果路由器中存在4个光口、4个电口,但是上面标注是光电复用,表示的意思是每个光口对应一个电口,用了光口即不能使用对应的电口,用了电口就不能使用对应的光口

仪器

寻线器的主要用于迅速高效的从大量的线缆中找到所需线缆

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测线仪主要用于检测制作完成的网线是否可用

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四、宽带接入技术

首先了解两个概念:

  • 下行:从ISP到用户
  • 上行:从用户到ISP

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非对称数字用户线(ADSL)技术是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造,使它能够承载宽带数字业务。因为对于普通用户而言,在上网时主要是从互联网下载各种文档,上传数据到互联网流量不是很大,因此ADSL下行带宽远远大于上行带宽。所以这就叫非对称数字用户线。如果上行和下行速度一样,那么就会造成网络拥堵,进而影响网络的流畅度。

下行带宽远远大于上行带宽,我来给你们测个速:

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如果你家办的宽带是100M,实际意思是100x1024Kbps,而1024Kbps全称指1024Kbits/s,1024Kbits/s=128KBytes/s,所以100M的实际速度是=100x128KBytes/s=12.8MB/s,如果你此刻处于懵的状态也是对的,因为在计算机中有容量单位和速度单位的分别,两者有些类似。该部分将会重新整理,以便更好的去理解单位换算!

tips:如果你觉得你的下载速度很慢,并不代表你一定要将宽带升级,也许是你的优化不好

由于互联网的发展,现在的互联网拥有着大量的视频资源,为了更快的下载视频文件,以及更加流畅的观看网络电视节目,ISP升级了用户的上网速率,采用了光纤入户(FTTH),意思就是把光纤一直铺到用户家庭,进入用户家门后,才把光信号转换为电信号,这样就可以使用户获得更高的上网速率。但是FTTH目前的价格不够便宜,所以衍生出了一种新技术,就是FTTx,意思是将光电转换的地方,从用户家中向外延申到离用户家门口有一定距离的地方。这样可以降低一定的费用,提高了光纤的利用率。