【知识强化】第二章 物理层 2.1 通信基础
从这节课开始呢我们将进入第二章物理层的学习。
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首先呢我们来看一下第二章的一个小剧透,那么物理层呢是作为这五层网络体系结构当中的最底下一层。那物理层的功能我们在第一章也讲过,它的主要功能是在物理媒体上为数据端的设备透明传输原始比特流。那基于此我们需要学习物理层的那些方面呢,首先第一个就是一些通信基础或者说通信知识。因为数据通信技术呢就是网络技术发展的基础,所以一些比较简单的数据通信知识我们也需要掌握。那第二个呢就是要学习两个求极限的公式,那这个极限呢和数学当中的极限求法不一样,它只需要套这两个公式就可以求出数据的极限传输速率。那这两个公式呢分别是奈氏准则和香农定理。它们两个的主要区别就是在有噪声还是无噪声的条件下来区分使用的,那这个我们在之后会详细地讲解。接下来就要学习编码与调制,首先我们都知道的一个常识应该就是在数据通信的时候,不同计算机之间它们传输的东西是什么呢？传输的就应该是表示信息了,二进制数01的一些序列,那么在实际传输过程当中呢我们要把这种01表现成电信号的形式,也就是有电压、没电压或者是5伏、负5伏,有这种电压上的区别,也就是说我们要把数据转换成信号的这样一个形式。那么对应于信道来说,我们信道上面有模拟信道,或者是数字信道。模拟信道呢就是可以传模拟信号的,数字信道呢就是可以传数字信号的。那对于比如说计算机里面的数据来讲,计算机里面的数据呢通常都是数字信号。那数字信号如果要放到模拟信道上传输,我们就应该给它变成模拟信号,所以这个地方就需要调制。那如果有的时候我们需要把模拟信号转换成数字信号再放到数字信道上传输的话,这个时候我们需要的就是编码了,所以编码和调制我们有这两种技术,就是为了使信号在相应的信道上面进行传输。那第四部分呢就是要学习一些数据的交换方式。那这个主要针对的就是广域网,广域网来说。那广域网数据交换方式主要有几种呢,分别是电路交换、报文交换和分组交换。那至于这三种数据交换方式的区别呢之后也会详细地讲到。第五部分就是传输介质。传输介质啊顾名思义就是我们的数据或者是信号应该以什么为载体进行传输,那说一个比较常见的,就是那个家里的网线。那这个网线呢里面就是双绞线构成的,那么双绞线就属于一种传输介质。好,光纤、同轴电缆等等,这些也都是传输介质。当然还有一些我们看不见的传输介质,有卫星通信、微波通信,还有蜂窝无线通信等等,那这些呢都是我们摸不到的,那这种介质就叫做非导向传输介质。像刚刚所讲的看得到摸得着的呢这些都可以叫做导向性的传输介质。那最后一个部分呢我们就要学习物理层的设备了,那这一部分呢就比较简单了,我们只需要学习两个设备,分别是中继器和集线器。那以上六点呢就是我们在第二章要学习的主要内容了。其中2、3、4在统考当中呢比较常考而且分值占比比较大的,所以同学们一定要好好学习这三个部分。
那接下来我们就进入本节课的内容。本节课我们先来学习一下物理层的基本概念。首先,我们要知道物理层它的功能,主要解决的是如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体的传输媒体。那这个传输媒体呢就是刚才所讲的传输介质,包括导向型和非导向型。那这个传输媒体,或者说传输介质,也有人称之为是这个网络传输体系结构当中的第零层。也就是说我们要区分开这些传输媒体其实并不属于物理层,那到底什么属于物理层呢？物理层它的主要任务是确定与传输媒体接口有关的一些特性,所以说物理层它主要定义的是一些接口的相关特性。那确定与接口有关的一些特性呢,这个过程其实我们也在定义一种标准。举个例子来说,这儿有一个插排,那插排上面呢有两孔也有三孔,这其实就是在定义接口上的标准。只有定义了这些标准,我们手机没电的时候才可以把充电器充在任何一个插排之上。那其次呢还有这样一个例子,比如说我们家里的这个有线路由器。那有线路由器后面呢都会有很多插孔大家都可以去看一下,那这些插孔呢具体来讲是有连到广域网又连到局域网的。但是大家都可以发现,这个你和你朋友家的路由器,它后面的插孔,这个形状,应该都是一样的。而且你们的网线的接头,应该也都是一样的。就是有一个水晶头,然后里面呢有几根相互绞合在一起的彩色的双绞线,那这些呢其实也是在定义物理层接口上的一些特性的标准。那只有定义了这些标准呢,当你把你家里的网线拿到你朋友家去上网的时候,或者拿到别的地方上网的时候,你才可以无缝衔接地插入到别人家的这个路由器上面。那接下来我们就看一下物理层所定义的一些接口特性,首先第一个就是机械特性,它定义的是物理连接的特性,规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况等。其实就是我们刚才所讲的这个插排,还有这个网线的例子。那接下来再来看第二个特性,就是电气特性。电气特性规定的是在传输二进制位时,这个二进制位啊就是说传输0101这些比特的时候,传输比特流的时候,线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等等。那像这些特性呢,大家不需要一字不差地背下来,只需要根据这个题目当中所给的已知条件来判断它究竟对应的是哪一个特性。举例来说,某网络在物理层规定,信号的电平用+10V~+15V表示二进制0,用-10V~-15V表示二进制1,电线长度限于15m内,那这些指的呢都是它的电气特性。接下来再来看一个比较容易和电气特性混淆的一种特性,就是功能特性。功能特性指明的是某条线上出现的某一电平表示何种意义,接口部件的信号线的用途等等。那我在这里面标紫色的都是比较常考的点,大家要格外地记忆一下，比如说描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义,那这个对应的呢就是功能特性。其实可以这样来记啊,这个功能特性有的时候可能不会出现数字,它可能只会说这个高电平处于什么含义或者说处于什么意义,这个描述的就是功能特性。那电气特性呢通常都会有数字,结合数字而且通常说电压的时候就说的是一个电压的范围。这个电压范围表示0还是1,那这些说的就是电气特性的问题了。那我们再来看最后一个特性,那最后一个特性呢其实很好区分,它叫做规程特性或者叫做过程特性。它定义的是各条物理线路的工作规程和时序关系,所以说当你在题目当中看到规程、过程、时序这些字样的时候,毫无疑问就是第四个规程特性。那物理层接口特性的内容呢我们就先讲到这里,下节课我们将来一起学习一下数据通信的一些基础知识。
这节课我们来学习一下数据通信基础知识的第一部分。那讲到数据通信呢,我们就要对数据通信的整个流程有一个比较清晰的理解,那首先我们就来看这样一个典型的数据通信模型。那假如我们是拨号上网,那我们的电脑就会通过这个公用电话网把我们要传的数据经过这一系列的过程然后传给另一个端系统,传给另一个电脑。那假如说我现在这个打开了QQ,要发送一段消息：在吗？在干嘛？要多喝热水！那这一段消息呢是以文字的形式存在的,那这种消息是我们人能理解的。那么机器就要把它转化成机器所能理解的形式,也就是转换成数据。拿数据data呢其实就是一系列01的组合,那么计算机网卡它所发出的这些数据,在这个信号上或者说在电信号上面的表现,就叫做数字信号,是这样的。那接下来要经过一个调制解调器,那这个调制解调器是什么作用呢？它其实就是把这个数字信号调制成了这个模拟信号。为什么要调制成模拟信号？因为在我们这个例子当中啊,这个数据啊它是要经过公用电话网的,那这是一个广域网。在广域网当中呢,就有很多条模拟信道,那这些模拟信道是什么意思呢？模拟信道它就是能传模拟信号但是不能传数字信号的信道,所以我们就需要把这个数字信号转换成模拟信号才能够传过去。那么到了这边呢就要再经过这样一个调制解调器也就是一个逆过程把模拟信号再转换成原来的数字信号,也就形成了这个计算机它所能理解的一个数据的形式,也就是0101比特流的形式。接下来呢计算机内部的一些操作,再把这些0101的这个数字比特流的形式,转换成我们人类所能理解的这种文字的形式,转换成在吗？在干嘛？多喝热水！那至于把0101比特流转换成这些文字形式,这些我们能看懂的文字形式的过程呢,其实就是物理层以上几层所进行处理的过程。那在这里面我们不用做具体的展开,大家只需要了解数据从计算机网卡当中发出来变成数字信号,再经过调制解调器调成模拟信号以放到广域网上面的模拟信道上面进行传输,接下来呢再由这个调制解调器解调成数字信号,最后呢这个数据才展现在我们的眼前。那以上的每一个部分呢都有它所对应的数据通信当中的专业名词,比如说这个输入端我们就可以叫做信源,信源呢就是信息的来源。那接下来我们这个输入的数据就会发到这个发送器这儿。那这里面的这个调制解调器呢就可以作为发送器,接收端的调制解调器呢我们就可以叫他做接收器。那中间所要经过的这个公用电话网啊,就叫做一个传输系统,那这样一个流程,应该就很清楚了。同时我们还会把这些部分再分一下,像信源加发送器这一块呢
