网络之物理层

网络之物理层

Author：onceday    date:2022年7月20日

1.引言

物理层的作用是尽可能的屏蔽掉这些传输媒体和通信手段的差异。让数据链路层只用考虑如何完成本层的协议和服务。

数据通信系统可以划分为三部分：

• 源系统（发送端、发送方）

• 传输系统（传输网络）

• 目的系统（接收端、接收方）

在源系统和目的系统中，比特流会转换为特殊的信号，或者反过来。

信号分为两种：

• 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）：代表消息的参数取值是离散的。

一般使用信道来表示向某一个方向传送信息的媒体。例如，一条通信信道往往包含一条发送信道和一条接受信道。

通信的交互方式有如下三种：

• 单向通信（单工通信）

• 双向交替通信（半双工通信）

• 双向同时通信（全双工通信）

来自信源的信号称为基带信号。其携带了太多低频分量或直流分量，不适合传输。一般有两种调制方式：

• 编码，将基带信号的波形进行变换。

• 带通调制，使用载波进行调制。

数字信号常用的编码方式是曼彻斯特编码：

• 位周期中心得向上跳变代表0，位周期中心的向下跳变代表1，或者相反。

2. 物理层下面的传输媒体

非导引型传输媒体就是无线电磁波。

导引型媒体有如下几种：

• 双绞线。把两根相互绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线。可以在外层再加上一层用金属丝编织的屏蔽层，这构成屏蔽双绞线，STP。现在入户常用的都是这种线。

• 同轴电缆。由内导体同质芯线（单股实心线，或多股绞合线）、绝缘层、网状编织的外导体屏蔽层以及保护塑料外层组成。主要由于有线电视网。

• 光缆。使用光导纤维传递光脉冲来进行通信。

• 架空明线，使用铜线和铁线。

3. 信道复用技术

如下几种：

• 频分复用FDM(Frequency Division Multiplexing)，用户在同一时间占据不同的带宽。

• 时分复用TDM(Time Division Multiplexing)，用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

• 统计时分复用STDM，按需动态分布时隙，又称为异步时分复用。

• 波分复用WDM(Wavelength Division Multiplexing)，是光的频分复用。DWDM密集波分复用，复用2路以上的光载波信号，甚至多大几十路。

• 码分复用CDM(Code Division Multiplexing)，实际更常用码分多址CDMA(Code Division Muitiple Access)。使用正交编码，每个比特扩展到m位，然后再进行运算，便可以提取特定信息出来。

4.宽带接入技术

• 非对称数字用户线ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line)技术是用数字技术对现用的模拟电话用户线进行改造。ADSL不能保证固定的速率，需要在铜线两端各安装一个ADSL调制解调器。

• 光纤同轴混合网HFC(Hybrid Fiber Coax)，是在目前覆盖面很广的有线电视网的基础上开发的一种居民宽带接入网。需要接入一个机顶盒，以把数字信号转换成模拟信号。

• FTTX技术，即光纤接入技术。在主干网到用户端之间还需要一个转换装置-光配线网ODN，其分发光信号到用户端的光网络单元ONU。无源的光配线网常称为无源光网络PON(Passive Optical Network)，最流行的无源光网络是以太网无源光网络EPON和吉比特无源光网络GPON。

5.数字传输系统

最早使用的标准是：

• 脉冲编码调制PCM

目前的两类标准：

• 同步光纤网SONET(美国标准)

• 同步数字系列SDH(国际标准)