第2章物理层
    2.1通信基础
    —、基本概念
    通信的目的是传送消息（消息：语音、文字、图像、视频等）。
    数据data:传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。
    信号:数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。
    •数字信号/离散信号：代表消息的参数的取值是离散的。
    •模拟信号/连续信号：代表消息的参数的取值是连续的。
    信道上传送的信号有基带信号和宽带信号之分：
    1. 基带信号：基带信号将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，然后送到数字信道上传输（基带传输）。来自信源的信号，像计算机输出的代表各种
    文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。
    2. 宽带信号：宽带信号将基带信号进行调制后形成频分复用模拟信号，然后送到模拟信道上传输（竞带传输）。把基带信号经过载波调制后，把信号的频
    率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。
    •在传输距离较近时，计算机网络采用基带传输方式（近距离衰减小，从而信号内容不易发生变化）
    •在传输距离较远时，计算机网络采用宽带传输方式（远距离衰减大，即使信号变化大也能最后过滤出来基带信号）
    信源：产生和发送数据的源头。
    信宿：接收数据的终点。
    信道：信道与电路并不等同，信道是信号的传输媒介。一个信道可视为一条线路的逻辑部件，一般用来表示向某个方向传送信息的介质，因此一条通信线路
    往往包含一条发送信道和一条接收信道。噪声源是信道上的噪声（即对信号的干扰）及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。
    1. 单向通信。只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。如无线电广播、电视广播。
    2. 半双工通信。通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收信息，需要两条信道。
    3. 全双工通信。通信双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道。
    信道的极限容量是指信道的最高码元传输速率或信道的极限信息传输速率。
    两种数据传输方式：
    1. 串行传输。指1比特1比特地按照时间顺序传输（速度慢，费用低，适合远距离）。
    2. 并行传输。指若干比特通过多条通信信道同时传输（速度快，费用高，适合近距离）。
    ? ? ?实现同步的传输/通信方式：
    1.同步传输：在同步传输的模式下，数据的传送是以一个数据区块为单位，因此同步传输又称为区块传输。在传送数据时，需先送出1个或多个同步字
    符，再送出整批的数据。
    2.异步传输：异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方不知道它们会在什
    么时候到达。传送数据时，加一个字符起始位和一个字符终止位。
    码元：指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲）表示一位k进制数字，代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的
    信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽（长）度。
    建D码元可以携带若干比特的信息量，n=log2N （N为码元的离散状态数，n为1码元包含的比特数）。例如，在使用二进制编码时，只有两种不同的码
    元，一种代表0状态，另一种代表1状态，一个码元携带1比特的信息量。
    速率：速率也称数据率，指的是数据传输速率，表示单位时间内传输的数据量。
    1.码元传输速率。又称调制速率、波形速率、符号速率、波特率，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可称为脉冲个数或信号变化的次
    数），单位是波特（B）。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。码元可以是多进制的，也可以是二进制的，码元速率与进制数无关，只与码元长
    度T有关。
    2.信息传输速率。又称信息速率、比特率等，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒（b/s）。
    若一个码元携带n比特的信息量，则M波特率的码元传输速率所对应的信息传输速率为M*n比特/秒。
    二、奈奎斯特定理与香农定理
    奈氏准则和香农定理中带宽的单位都是Hz。
    ★奈奎斯特定理：
    码间串扰:具体的信道所能通过的频率范围总是有限的。信号中的许多高频分量往往不能通过信道，否则在传输中会衰减，导致接收端收到的信号波形失去
    码元之间的清晰界限，这种现象称为码间串扰。
    奈室斯特定理（奈氐准则）：在理想低通（没有噪声、带宽有限）的信道中，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W波特，其中W是理想低通信道的
    带宽，单位是Hz。
    理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2V （b/s）
    窪LJV表示每个码元离散电平的数目（码元的离散电平数目是指有多少种不同的码元，1：匕如有16种不同的码元，则需要4个二进制位，因此数据传输速率是
    码元传输速率的4倍）。
    对于奈氏准则，可以得出以下结论：
    1. 在任何信道中，码元传输速率是有上限的。若传输速率超过此上限，就会出现严重的码间串扰问题，使得接收端不可能完全正确识别码元。
    2. 信道的频带越宽（即通过的信号高频分量越多）,就可用更高的速率进行码元的有效传输。
    3. 奈氏准则给出了码元传输速率的限制，但并未对信息传输速率给出限制。
    4. 由于码元传输速率受奈氏准则的制约，所以要提高数据传输速率，就必须设法使每个码元携带更多比特的信息量，此时就需要采用多元制的调制方法。
    ★香农定理：
    在带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道中，为了不产生误差，信息数据传输速率有上限值。
    |信道的极限数据传输速率=Wlog2（l+S/N） （_
    信噪比=10logw (S/N) (dB),例如当S/N = 10时，信噪比为10dB,而当S/N= 1000时，信噪比为30dB。
    对于香农定理，可以得出以下结论：
    1. 信道的带宽或信道中的信噪比越大，信息的极限传输速率越高。
    2. 对一定的传输带宽和一定的信噪比，信息传输速率的上限是确定的。
    3. 只要信息传输速率低于信道的极限传输速率，能找到某种方法来实现无差错的传输。
    4. 香农定理得出的是极限信息传输速率，实际信道能达到的传输速率要比它低不少。
    奈氏准则只考虑了带宽与极限码元传输速率的关系，而香农定理不仅考虑到了带宽，也考虑到了信噪比。这从另一个侧面表明，一个码元对应的二进制
    位数是有限的。
    三、编码与调制
    无论是数字数据的还是模拟数据，都必须转变成信号才能传输，信号是数据的具体表示形式。把数据变换为模拟信号的过程称为调制，把数据变换为数
    字信号的过程称为编码。
    1.数字数据编码为数字信号
    (1) 归零编码(RZ)
    高电平代表1、低电平代表0 (或者相反),每个时钟周期的中间均®^变到低电平(归零)，接收方根据该跳变调整本方的时钟基准，这就为传输双方
    提供了自同步机制。由于归零需要占用一部分带宽，因此传输效率受到了一定的影响。
    (2) 非归零编码(NRZ)
    高1低0, —个周期可以全部用来传输数据。但NRZ编码无法传递时钟信号，双方难以同步，因此若想传输高速同步数据，则需要都带有时钟线。
    (3) 反向非归零编码(NRZI)
    NRZI^NRZ^码的区别是用信号的翻转代表0、信号保持不变代表1。翻转的信号本身可以作为一种通知机制。这种编码方式集成了前两种编码的优
    点，既能传输时钟信号，又能尽量不损失系统带宽。USB2.0通信的编码方式就是NRZI编码。
    (4) 曼彻斯特编码(Manchester Encoding)
    将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平表示码元1;码元0的表示方法则正好相反。当然，也可采用相反的规
    定。该编码的特点是，在每个码元的中间出现电平跳变，位中间的跳变既作为时钟信号(可用于同步)，又作为数据信号，但它所占的频带宽度是原始基带
    宽度的两倍。每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。以太网使用的编码方式就是曼彻斯特编码。
    (5) 差分曼彻斯特编码
    差分曼彻斯特编码常用于局域网传输，其规则是：若码元为1,则前半个码元的电平与上一码元的后半个码元的电平相同；若码元为0,则情形相反。
    该编码的特点是，在每个码元的中间都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性较好。
    (6) 4B/5B编码
    将欲发送数据流的每4位作为一组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应的5位码。5位码共32种组合，但只采用其中的16种对应16种不同的4位
    码，其他16种作为控制码(帧的开始和结束、线路的状态信息等)或保留。
    2.数字数据调制为模拟信号
    (1) 归零编码(RZ)
    高电平代表1、低电平代表0 (或者相反),每个时钟周期的中间均®^变到低电平(归零)，接收方根据该跳变调整本方的时钟基准，这就为传输双方
    提供了自同步机制。由于归零需要占用一部分带宽，因此传输效率受到了一定的影响。
    (2) 非归零编码(NRZ)
    高1低0, —个周期可以全部用来传输数据。但NRZ编码无法传递时钟信号，双方难以同步，因此若想传输高速同步数据，则需要都带有时钟线。
    (3) 反向非归零编码(NRZI)
    NRZI^NRZ^码的区别是用信号的翻转代表0、信号保持不变代表1。翻转的信号本身可以作为一种通知机制。这种编码方式集成了前两种编码的优
    点，既能传输时钟信号，又能尽量不损失系统带宽。USB2.0通信的编码方式就是NRZI编码。
    (4) 曼彻斯特编码(Manchester Encoding)
    将一个码元分成两个相等的间隔，前一个间隔为高电平而后一个间隔为低电平表示码元1;码元0的表示方法则正好相反。当然，也可采用相反的规
    定。该编码的特点是，在每个码元的中间出现电平跳变，位中间的跳变既作为时钟信号(可用于同步)，又作为数据信号，但它所占的频带宽度是原始基带
    宽度的两倍。每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。以太网使用的编码方式就是曼彻斯特编码。
    (5) 差分曼彻斯特编码
    差分曼彻斯特编码常用于局域网传输，其规则是：若码元为1,则前半个码元的电平与上一码元的后半个码元的电平相同；若码元为0,则情形相反。
    该编码的特点是，在每个码元的中间都有一次电平的跳转，可以实现自同步，且抗干扰性较好。
    (6) 4B/5B编码
    将欲发送数据流的每4位作为一组，然后按照4B/5B编码规则将其转换成相应的5位码。5位码共32种组合，但只采用其中的16种对应16种不同的4位
    码，其他16种作为控制码(帧的开始和结束、线路的状态信息等)或保留。
    2.数字数据调制为模拟信号
    (1)幅移键控(ASK)
    通过改变载波信号的振幅来表示数字信号1和0, 而载波的频率和相位都不改变。比较容易实现，但抗干扰能力差。
    (2) 频移键控(FSK)
    通过改变载波信号的频率来表示数字信号1和0,而载波的振幅和相位都不改变。容易实现，抗干扰能力强，目前应用较为广泛。
    (3) 相移键控(PSK)
    通过改变载波信号的相位来表示数字信号1和0,而载波的振幅和频率都不改变。它又分为绝对调相和相对调相。
    (4)正交振幅凋制(QAM)
    在频率相同的前提下，将ASK与PSK结合起来，形成叠加信号。设波特率为B,采用m个相位，每个相位有n种振幅，则该QAM技术的数据传输速率R为
    R = Blog2 (mn)(单位为b/s)。
    3. 模拟数据编码为数字信号
    这种编码方式最典型的例子是常用于对音频信号进行编码的脉码调制(PCM)。它主要包括三个步骤，即采样、量化和编码。
    (1) 采样
    对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。为了使所得的离散信号能无失真地代表被抽样的模拟数据，要使用采样定理
    (又称奈奎斯特定理)进行采样：保样频率k2f信号最高频率。
    (2) 量化
    把采样取得的电平幅值按照一定的分级标度转化为对应的数字值并取整数，这样就把连续的电平幅值转换为了离散的数字量。采样和量化的实质就是分
    割和转换。
    (3) 编码
    把量化的结果转换为与之对应的二进制编码。
    4. 模拟数据调制为模拟信号
    为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用(FDM)技术，充分利用带宽资源。电话机和本地局交换机采用模
    拟信号传输模拟数据的编码方式，模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。
    四、电路交换、报文交换与分组交换
    1. 电踣交换
    在进行数据传输前，两个结点之间必须先建立一条专用(双方独占)的物理通信路径，这一路径在整个数据传输期间一直被独占，直到通信结束后才
    被释放。因此，电路交换技术分为三个阶段：连接建立、数据传输和连接释放。电路交换的特点是在数据传输的过程中，用户始终占用端到端的固定传输带
    JXLo
    电路交换技术的优点如下：
    (1) 通信时延小。通信线路为通信双方用户专用，数据直达，传输数据的时延非常小。
    (2) 有序传输。按发送顺序传送数据，不存在失序问题。
    (3) 没有冲突。全双工通信，不同的通信双方拥有不同的信道，不会争用物理信道。
    (4) 适用范围广。电路交换既适用于传输模拟信号，又适用于传输数字信号。
    (5) 实时性强。通信双方之间的物理通路一旦建立，双方就可以随时通信。
    (6) 控制简单。电路交换的交换设备(交换机等)及控制均较简单。
    电路交换技术的缺点如下：
    (1) 建立连接时间长。
    (2) 线路独占，使用效率低。
    (3) 灵活性差。双方建立的通路中的任何一点出了故障，就必须重新拨号建立新的连接，不适应突发性通信。
    (4) 难以规格化。电路交换时，数据直达，不同类型、不同规格、不同速率的终端很难相互进行通信，也难以在通信过程中进行差错控制。
    电路建立后，除源结点和目的结点外，电路上的任何结点都采取“直通方式”接收数据和发送数据，即不会存在存储转发所耗费的时间。
    2. 报文交换
    数据交换的单位是报文，报文携带有目标地址、源地址等将要发送的完整的数据信息，其长短很不一致，长度不限且可变。报文交换在交换结点采用的
    是存储转发的传输方式。
    报文交换技术的优点如下：
    (1) 无须建立连接。无须建立连接，不存在建立连接时延，用户可以随时发送报文。
    (2) 动态分配线路。交换设备接收到发送方的报文后先存储报文，然后选择一条合适的空闲线路发送报文。
    (3) 提高线路可靠性。如果某条传输路径发生故障，那么可重新选择另一条路径传输数据。
    (4) 提高线路利用率。通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通道，多个报文可共享信道。
    (5) 提供多目标服务。一个报文可以同时发送给多个目的地址，这在电路交换中是很难实现的。
    报文交换技术的缺点如下：
    (1) 实时性差，不适合传送实时或交互式业务的数据。数据进入交换结点后要经历存储、转发这一过程，因此会引起转发时延(包括接收报文、检验正确
    性、排队、发送时间等)。
    (2) 报文交换对报文的大小没有限制，这就要求网络结点需要有较大的缓存空间。
    注：报文交换主要使用在早期的电报通信网中，现在较少使用，通常被较先进的分组交换方式所取代。
    3.分组交换
    同报文交换一样，分组交换也采用存储转发方式，但分组交换限制了每次传送的数据块大小的上限(一般选128B),把大的数据块划分为合理的小数
    据块，再加上一些必要的控制信息(如源地址、目的地址和编号信息等)，构成分组(Packet)。网络结点根据控制信息把分组送到下一个结点，下一个
    结点接收到分组后，暂时保存并排队等待传输，然后根据分组控制信息选择它的下一个结点，直到到达目的结点。
    分组交换的优点如下：
    (1) 无建立时延。无需为通信双方预先建立一条专用的通信线路，不存在连接建立时延，用户可随时发送分组。
    (2) 线路利用率高。通信双方不是固定占有一条通信线路，而是在不同的时间一段一段地部分占有这条物理通路，多个分组可共享信道。
    (3) 简化了存储管理(相对于报文交换)。因为分组的长度固定，相应的缓冲区的大小也固定，在交换结点中存储器的管理通常被简化为对缓冲区的管
    理，相对比较容易。
    (4) 加速传输。分组是逐个传输的，可以使后一个分组的存储操作与前一个分组的转发操作并行，这种流水线方式减少了报文的传输时间。此外，传输一
    个分组所需的缓冲区比传输一次报文所需的缓冲区小得多，这样因缓冲区不足而等待发送的概率及时间也必然少得多。
    (5) 减少了出错概率和重发数据量。因为分组较短，其出错概率必然减小，所以每次重发的数据量也就大大减少，这样不仅提高了可靠性，也减少了传输
    时延。
    分组交换的缺点如下：
    (1) 存在传输时延。尽管分组交换比报文交换的传输时延少，但相对于电路交换仍存在存储转发时延，而且其结点交换机必须具有更强的处理能力。
    (2) 需要传输额外的信息量。每个分组都要増加控制信息，一定程度上降低了通信效率，増加了处理的时间。
    (3) 当分组交换采用数据报服务时，可能会出现失序、丢失或重复分组，分组到达目的结点时，要对分组按编号进行排序等工作，因此很麻烦。若采用虚
    电路服务，虽无失序问题，但有呼叫建立、数据传输和虚电路释放三个过程。
    数据交换方式的选择：
    1. 传送数据量大，且传送时间远大于呼叫时，选择电路交换。电路交换传输时延最小。
    2. 当端到端的通路有很多段的链路组成时，采用分组交换传送数据较为合适。
    3. 从信道利用率上看，报文交换和分组交换优于电路交换，其中分组交换比报文交换的时延小，尤其适合于计算机之间的突发式的数据通信。
    五、数据报与虚电路
    分组交换可进一步分为面向连接的虚电踣方式和无连接的数据报方式。
    1.数据报
    (1) 主机A先将报文分成多个分组逐个发往与它直接相连的交换结点A。
    (2) 交换结点A缓存收到的分组后对每个分组差错检测和路由选择，不同分组的下一跳结点可能不同。有的分组转发给交换结点C,有的分组转发给交换结
    (3) 结点C收到分组P1后，对分组P1进行差错检测，若正确则向A发送确认信息，A收到C确认后则丢弃分组P1副本。
    (4) 网络中的其他结点收至吩组后，类似地转发分组，直到分组最终到达主机B。
    建D当分组正在某一链路上传送时，分组并不占用网络的其他部分资源。因为采用存储转发技术，资源是共享的，所以主机A在发送分组时，主机B也可同
    时向其他主机发送分组。
    数据报服务具有如下特点：
    (1)数据报方式为网络层提供无连接服务(不事先为分组的传输确定传输路径，每个分组独立确定传输路径，不同分组传输路径可能不同)。发送方可随时发送分组，网络中的结点可随时接收分组。
    (2) 网络尽最大努力交付，传输不保证可靠性，所以可能丢失；为每个分组独立地选择路由，转发的路径可能不同，因而分组不一定按序到达目的结点。
    (3) 发送的分组中要包括发送端和、接收端的完整地址和分组号，以便可以独立传输。
    (4) 分组在交换结点存储转发时，需要排队等候处理，这会带来一定的时延。通过交换结点的通信量较大或网络发生拥塞时，这种时延会大大増加，交换
    结点还可根据情况丢弃部分分组。
    (5) 网络具有冗余路径，当某个交换结点或一条链路出现故障时，可相应地更新转发表，寻找另一条路径转发分组，对故障的适应能力强。
    (6) 存储转发的延时一般较小，提高了网络的吞吐量。
    (7) 收发双方不独占某条链路，资源利用率较高。
    2.虚电路
    虚电路将数据报方式和电路交换方式结合，以发挥两者优点。在分组发送之前，要求在发送方和接收方建立一条逻辑上相连的虚电路，并且连接一旦建
    立，就固定了虚电路所对应的物理路径。与电路交换类似，整个通信过程分为三个阶段：虚电路建立、数据传输与虚电路释放。
    在虚电路方式中，端系统每次建立虚电路时，选择一个未用过的虚电路号分配给该虚电路，以区别于本系统中的其他虚电路。在传送数据时，每个数据
    分组不仅要有分组号、校验和等控制信息，还要有它要通过的虚电路号，以区别于其他虚电路上的分组。在虚电路网络中的每个结点上都维持一张虚电路
    表，表中的每项记录了一个打开的虚电路的信息，包括在接收链路和发送链路上的虚电路号、前一结点和下一结点的标识。数据的传输是双向进行的，上述
    信息是在虚电路的建立过程中确定的。
    (1) 为进行数据传输，主机A与主机B之间先建立一条逻辑通路，主机A发出一个特殊的“呼叫请求”分组，该分组通过中间结点送往主机B,若主机B同意
    连接，则发送“呼叫应答”分组予以确认。
    (2) 虚电路建立后，主机A就可向主机B发送数据分组。当然，主机B也可在该虚电路上向主机A发送数据。
    (3) 传送结束后主机A通过发送“释放请求”分组来拆除虚电路，逐段断开整个连接。
    虚电路服务具有如下特点：
    (1) 虚电路方式为网络层提供连接服务(首先为分组的传输确定传输路径(建立连接)，然后沿该路径(连接)传输系列分组，系列分组传输路径相同，
    传输结束后拆除连接)。源节点与目的结点之间建立一条逻辑连接，而非实际物理连接。
    (2) 虚电路通信链路的建立和拆除需要时间开销，对交互式应用和小量的短分组情况显得很浪费，但对长时间、频繁的数据交换效率较高。
    (3) 虚电路的路由选择体现在连接建立阶段，连接建立后，就确定了传输路径。
    (4) 虚电路提供了可靠的通信功能，能保证每个分组正确且有序到达。此外，还可以对两个数据端点的流量进行控制，当接收方来不及接收数据时，可以
    通知发送方暂缓发送。
    (5) 虚电路有一个致命的弱点，即当网络中的某个结点或某条链路出现故障而彻底失效时，所有经过该结点或该链路的虚电路将遭到破坏。
    (6) 分组首部不包含源地址、目的地址等信息，包含的是虚电路标识符，相对于数据报方式，其开销小。虚电路之所以是“虚”的，是因为这条电路不是
    专用的，每个结点到其他结点之间的链路可能同时有若干虚电路通过，也可能同时与多个结点之间建立虚电路。每条虚电路支持特定的两个端系统之间的数
    据传输，两个端系统之间也可以有多条虚电路为不同的进程服务，这些虚电路的实际路由可能相同也可能不同。
    数据报服务和虚电路眼务的比较：
    2.2传输介质
    双绞线、同轴电缆、光纤与无线传输介质
    传输介质也称传输媒体/传输媒介，它是数据传输系统中发送设备和接收设备之间的物理通路。传输媒体并不是物理层，传输媒体在物理层的下面，因
    为物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为o层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思，但物理层规定
    了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。
    传输介质可分为导向传输介质和非导向传输介质。在导向传输介质中，电磁波被导向沿着固体媒介(铜线/光纤)传播，而非导向传输介质可以是空
    气、真空或海水等。
    1.双绞线
    双绞线是最常用的古老传输介质，它由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的铜导线组成。绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰。为了进一步提高
    抗电磁干扰的能力，可在双绞线的外面再加上一层，即用金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线(STP),无屏蔽层的双绞线称为非屏蔽双绞线
    (UTP)。
    双绞线的价格便宜，是最常用的传输介质之一，在局域网和传统电话网中普遍使用。双绞线的带宽取决于铜线的粗细和传输的距离。模拟传输和数字传
    输都可使用双绞线，其通信距离一般为几干米到数十千米。距离太远时，对于模拟传输，要用放大器放大衰减的信号；对于数字传输，要用中继器将失真的
    信号整形。
    2.同轴电缆
    同轴电缆由内导体、绝缘层、网状编织屏蔽层和塑料外层构成。按特性阻抗数值的不同，通常将同轴电缆分为两类：50J1同轴电缆和75Q同轴电缆。其
    中，50Q同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称基带同轴电缆，它在局域网中应用广泛；750同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称宽带同轴电缆，主
    要用于有线电视系统。
    由于外导体屏蔽层的作用，同轴电缆抗干扰特性比双绞线好，被广泛用于传输较高速率的数据，其传输距离更远，但价格较双绞线贵。
    3.光纤
    光纤通信就是利用光导纤维(简称光纤)传递光脉冲来进行通信。有光脉冲表示1,无光脉冲表示0。可见光的频率约为108MHz,因此光纤通信系统的
    带宽范围极大。
    光纤主要由纤芯(实心)和包层构成，光波通过纤芯进行传导，包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的介质射向低折射率的介质时，其折射
    角将大于入射角。因此，只要入射角大于某个临界角度，就会出现全反射，即光线碰到包层时就会折射回纤芯，这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下
    去。
    利用光的全反射特性，可以将从不同角度入射的多条光线在一根光纤中传输，这种光纤称为多模光纤，多模光纤的光源为发光二极管。光脉冲在多模
    光纤中传输时会逐渐展宽，造成失真，因此多模光纤只适合于近距离传输。光纤的直径减小到只有一个光的波长时，光纤就像一根波导那样，可使光线一直
    向前传播，而不会产生多次反射，这样的光纤就是单模光纤。单模光纤的光源为定向性很好的半导体激光器，因此单模光纤的衰减较小，可传输数公里甚
    至数十干米而不必采用中继器，适合远距离传输。
    (3) 无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。
    (4) 体积小，重量轻。
    4.无线传输介质
    (1)无线电波
    无线电波具有较强的穿透能力，可以传输很长的距离，所以它被广泛应用于通信领域，如无线手机通信、计算机网络中的无线局域网（WLAN）等。因
    为无线电波使信号向所有方向散播，因此有效距离范围内的接收设备无须对准某个方向，就可与无线电波发射者进行通信连接，大大简化了通信连接。
    （2）微波、红外线和激光
    目前高带宽的无线通信主要使用三种技术：微波、红外线和激光。它们都需要发送方和接收方之间存在一条视线通路，有很强的方向性，都沿直线传
    播，有时统称这三者为视线介质。不同的是，红外通信和激光通信把要传输的信号分别转换为各自的信号格式，即红外光信号和激光信号，再直接在空间中
    传播。
    微波通信的频率较高，频段范围也很宽，因而通信信道的容量大、数据率很高。与通常的无线电波不同，微波通信的信号是沿直线传播的，因此在地面
    的传播距离有限，超过一定距离后就要用中继站来接力。
    卫星通信利用地球同步卫星作为中继来转发微波信号，可以克服地面微波通信距离的限制。三颗相隔120°的同步卫星几乎能覆盖整个地球表面，因而基
    本能实现全球通信。卫星通信的优点是通信容量大、距离远、覆盖广，缺点是保密性差、端到端传播时延长。
    二、物理层接口的特性
    物理层的功能：解决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。
    网络中的硬件设备和传输介质的种类繁多，通信方式也各不相同。物理层应尽可能屏蔽这些差异，让数据链路层感觉不到这些差异，使数据链路层只需
    考虑如何完成本层的协议和服务。
    物理层的主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性（定义标准）。
    1. 机械特性。指明接口所用接线器采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。
    2. 电气特性。规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。
    3. 功能特性。指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义，接口部件的信号线的用途。
    4. 过程特性。或称规程特性。定义各条物理线路的工作规程和不同功能的各种可能事件的时序关系。
    团常用的物理层接口标准有EIA RS-232-C. ADSL和SONET/SDH等。
    23物理层设备
    一、中继器
    诞生原因：由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将造成信号失真，因此会导致接收错误。
    中继器的主要功能：将信号整形并放大再转发出去，以消除信号经过一长段电缆而产生的失真和衰减，进而扩大网络传输的距离。其原理是信号再生，而非
    简单地将衰减的信号放大。
    中继器的两端：两端的网络部分是网段，而不是子网，适用于完全相同的两类网络的互连，且两个网段速率要相同，使用中继器连接的几个网段仍然是一个
    局域网。中继器有两个端口，数据从一个端口输入，再从另一个端口发出。端口仅作用于信号的电气部分，而不管是否有错误数据或不适于网段的数据。中
    继器若出现故障，对相邻两个网段的工作都将产生影响。
    in如果某个网络设备具有存储转发的功能，那么可以认为它能连接两个不同的协议；如果该网络设备没有存储转发功能，那么认为它不能连接两个不同的
    协议。中继器没有存储转发功能，因此它不能连接两个速率不同的网段，中继器两端的网段一定要使用同一个协议。
    5-4-3规则：从理论上讲，中继器的使用数目是无限的，网络因而也可以无限延长。但事实上这不可能，因为网络标准中对信号的延迟范围做了具体的规
    定，中继器只能在此规定范围内进行有效的工作，否则会弓I起网络故障。在采用粗同轴电缆的10BASES以太网规范中，互相串联的中继器的个数不能超过4
    个，而且用4个中继器串联的5段通信介质中只有3段可以挂接计算机，其余两段只能用作扩展通信范围的链路段，不能挂接计算机。
    注：放大器和中继器都起放大作用，只不过放大器放大的是模拟信号，原理是将衰减的信号放大，而中继器放大的是数字信号，原理是将衰减的信号整形再
    生。
    二、集线器
    集线器（Hub）实质上是一个多端口的中继器。
    集线器的功能：当Hub工作时，一个端口接收到数据信号后，由于信号在从端口到Hub的传输过程中已有衰减，所以Hub便将该信号进行整形放大，使之再
    生（恢复）到发送时的状态，紧接着转发到其他所有（除输入端口外）处于工作状态的端口。它在网络中只起信号放大和转发作用，目的是扩大网络的传输
    范围，而不具备信号的定向传送能力，即信号传输的方向是固定的，是一个标准的共享式设备。
    1. 如果同时有两个或多个端口输入，那么输出时会发生冲突，致使这些数据都无效，因此集线器不能分割冲突域，所有集线器的端口都属于同一个冲突
    域。
    2. Hub的每个端口连接的网络部分是同一个网络的不同网段，Hub也只能在半双工状态下工作，网络的吞吐率因而受到限制，连在集线器上的工作主机平
    分带宽。