计算机网络第二章: 物理层概述

文章目录

物理层要实现的功能
物理层接口特性
- 机械特性
- 电气特性
- 功能特性
- 过程特性
物理层下面的传输媒体
- 传输媒体的分类
传输方式
习题
答案

物理层要实现的功能

物理层要实现的功能是在各种传输媒体上, 传输0和1吗进而给其上面的数据链路层提供透明传输比特流的服务. (透明传输比特流的意思是: 数据链路层“看不见”（也无需看见）物理层究竟使用的是什么方法来传输比特流。数据链路层只管“享受”物理层提供的比特流传输服务即可。)

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物理层接口特性

为了实现物理层的功能, 物理层定义了与传输媒体的接口有关的一些特性:

机械特性

形状和尺寸
引脚数目和排列
固定和锁定装置

电气特性

信号电压的范围
阻抗匹配的情况
传输速率
距离限制

功能特性

规定接口电缆的各条信号线的作用

过程特性

规定在信号线上传输比特流的一组操作过程，包括各信号间的时序关系

物理层下面的传输媒体

传输媒体的分类

传输媒体是计算机网络设备之间的物理通路，也称为传输介质或传输媒介。

传输媒体并不包含在计算机网络体系结构中。

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传输方式

串行传输和并行传输

串行传输
定义：数据逐位（bit-by-bit）地通过单一的通道传输。
特点：数据按序列逐个传输，适合长距离传输。
优点：布线简单，成本较低，适合长距离和高速传输。
缺点：传输速率受限于单个通道的带宽。
应用：USB接口、RS-232串口、网络接口等。

并行传输
定义：数据通过多个通道同时传输，每个通道传输一个位（bit）。
特点：多条数据线同时传输数据，适合短距离传输。
优点：传输速度较快，因为数据同时传输。
缺点：布线复杂，长距离传输可能会出现信号干扰和同步问题。
应用：计算机内部的数据总线、旧式打印机接口（如并行端口）。
同步传输和异步传输
同步传输
定义：数据在发送和接收端使用相同的时钟信号进行同步。发送方和接收方通过共享的时钟信号来同步数据的传输。
特点：数据流在固定的时间间隔内传输。
优点：效率高，适合大数据量的传输，低延迟。
缺点：需要精确的时钟同步，布线和协议设计复杂。
应用：网络协议如Ethernet、数据通信中的SDLC协议。

异步传输
定义：数据传输不依赖于共享的时钟信号，而是通过开始位（start bit）和停止位（stop bit）来同步数据传输。
特点：每个字符独立传输，数据前后有开始位和停止位。
优点：简单易用，无需时钟同步，适合较少量的数据传输。
缺点：效率较低，因为每个字符有额外的开始位和停止位。
应用：串口通信（如RS-232）、传统的计算机串行端口。
单向通信、双向交替通信和双向同时通信
单向通信
定义：数据只能单方向传输，从发送方到接收方，接收方不能向发送方发送数据。
特点：通信方向单一。
优点：简单，成本低。
缺点：只能单向传输数据，灵活性差。
应用：电视广播、无线电广播。

双向交替通信
定义：数据可以双向传输，但不能同时进行。通信双方需要轮流进行数据发送和接收。
特点：两方向的通信是交替进行的。
优点：比单向通信灵活，但仍需控制发送和接收的时序。
缺点：无法同时发送和接收数据。
应用：对讲机、无线电对讲机。

双向同时通信
定义：数据可以在两个方向上同时传输。发送方和接收方可以同时进行数据传输。
特点：双向通信同时进行，提高了通信效率。
优点：支持同时发送和接收数据，提高了通信效率和速度。
缺点：实现复杂，成本较高。
应用：电话、现代网络通信（如Ethernet）。