物理层知识梳理.docx

物理层（或称物理层，Physical Layer）是计算机网络OSI模型中最低的一层。物理层规定:为传输数据所需要的物理链路创建、维持、拆除，而提供具有机械的，电子的，功能的和规范的特性。简单的说，物理层确保原始的数据可在各种物理媒体上传输。局域网与广域网皆属第1、2层。 物理层是计算机网络OSI模型中的基础层次，主要负责数据的物理传输，包括创建、维护和拆除物理链路。这一层的规定涵盖了机械、电子、功能和规范特性，确保数据能够在各种物理媒体上顺利传输。局域网（LAN）和广域网（WAN）的底层工作都是基于物理层和数据链路层。 奈氏准则和香农公式是物理层通信的重要理论依据。奈氏准则指出，在无信号干扰的情况下，码元传输速率存在一个上限，超过这个速度就会导致信息失真。香农公式则在有信号干扰的环境中给出了无差错传输的最大速率C，其中C与信道的带宽W、信道内信号的平均功率S及噪声功率N有关。这两个理论帮助我们理解了在特定条件下，如何有效地利用信道资源进行数据传输。 在实际应用中，基带信号和带通信号是两种常见的传输方式。基带信号是未经调制的原始信号，如语音或数据信号。而带通信号是通过调制将基带信号的频率移到较高频段，以便在有限的频率范围内传输。调制方法有多种，如幅度调制、频率调制和相位调制等。 通信方式可以分为单向通信（单工）、双向同时通信（全双工）和双向交替通信（半双工）。单工通信如电视广播，信息只能单向传递；全双工通信如电话，双方可以同时说话和倾听；半双工通信如对讲机，同一时刻只能一方讲话。 物理层的特性包括过程特性、功能特性、电气特性和机械特性。过程特性定义了建立连接的步骤，功能特性规定了信号的表示方式（如-5V表示0，+5V表示1），电气特性规定了电压范围，而机械特性则涉及接口的物理设计。 物理层设备如HUB（集线器）在局域网中起到扩展网络、连接多个设备的作用。集线器工作在物理层，可能导致冲突域，即所有连接到集线器的设备共享同一物理传输介质，任意两个设备之间的通信可能会相互干扰。 传输媒体分为导向型和非导向型。非导向型包括无线传输（如短波、微波、卫星通信）和有线的双绞线（UTP和STP）和光纤。导向型主要包括同轴电缆（50Ω和75Ω）和光纤（单模和多模）。不同的传输媒体有不同的传输距离和速率限制。 编码技术如曼彻斯特编码（包括差分曼彻斯特编码）在物理层被广泛使用，它们能保证信号的同步并减少干扰。此外，还涉及了各种复用技术，如频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用（CDM）和波分复用（WDM）。 中继器和集线器都是物理层设备，用于复制、调整和放大信号，以延长网络覆盖范围和提高信号传输距离。中继器是基本的信号再生设备，而集线器可以看作多端口的中继器，它们在扩展网络和解决信号衰减问题上起到了关键作用。 物理层是网络通信的基础，它涉及到信号传输的物理实现、编码解码、介质选择以及信号再生等多个方面，是保证数据准确、高效传输的关键环节。