01-物理层-1
物理层1计算机,网络。设置
1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963提出
RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969提出RS-232C。用于DTE/DCE之间的接口。
机械特性：25芯连接器，DTE为插头，DCE为插座。 电气特性：采用非平衡型电气特性，低于-3V为“1”， 高于+4V为“0”，最大20Kbps,最长15m。
机械特性
主要定义物理连接的边界点，即接插装置。规定物理连 接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。 常用的标准接口
ISO 2110，25芯连接器，EIA RS-232-C，EIA-RS-366-A ISO 2593，34芯连接器，V.35带宽MODEM
ISO 4902，37芯和9芯连接器，EIA RS-449
改进：重新设计，X.21；以RS-232-C为基础改
进，1977年提出了RS-499。
RS-232-C的功能特性
典型的物理层标准接口： EIA RS-499/422-A/423-A
典型的物理层标准接口： EIA RS-499/422-A/423-A
典型的物理层标准接口： CCITT X.21
5 4
应用层 传输层
3
网络层
2 数据链路层 1 物理层
主机和通信设备都有物理层
R1 H1 电话网 R2 R3 H2
局域网
广域网
局域网
应用层
应用层
传输层
网络层 网络层 网络层 网络层
传输层
网络层
数链层
物理层
数链层
物理层
数链层
物理层
数链层
物理层
数链层
物理层
物理层流程
物理层流程物理层是计算机网络中的第一层，负责实现网络硬件设备之间的物理连接和数据传输。
在计算机网络中，物理层的主要任务是将比特流转换为电信号，并通过物理媒介传输给接收方。
下面将介绍物理层的流程。
1. 信号编码：在物理层中，发送方首先需要将数据转换为比特流，并进行信号编码。
信号编码是将比特流映射为电信号的过程，常用的编码方式有不归零编码、曼彻斯特编码等。
编码的目的是为了提高信号的可靠性和抗干扰能力。
2. 传输介质选择：物理层还需要选择合适的传输介质进行数据传输。
常见的传输介质有双绞线、同轴电缆、光纤等。
不同的传输介质具有不同的传输速率、传输距离和成本等特点，选择合适的传输介质可以满足网络的需求。
3. 传输方式选择：物理层还需要选择合适的传输方式进行数据传输。
常见的传输方式有串行传输和并行传输。
串行传输是逐位地发送数据，传输速率相对较慢，但传输距离较远；并行传输是同时发送多个比特，传输速率较快，但传输距离较短。
4. 数据传输：在物理层中，数据的传输是通过物理媒介进行的。
发送方将经过信号编码的数据通过传输介质发送给接收方。
在传输过程中，可能会出现信号衰减、噪声干扰等问题。
为了保证数据的可靠传输，物理层通常会采用差错检测和纠错技术，如奇偶校验、循环冗余检验等。
5. 信号解码：接收方在接收到电信号后，需要将其解码为比特流。
解码的过程与编码相反，根据编码规则将接收到的信号转换为比特流。
6. 数据接收：接收方在解码后得到比特流，进一步处理数据。
根据需要，可能会进行数据重组、重新排序等操作，以恢复原始数据。
7. 信号放大与整形：在信号传输过程中，可能会受到信号衰减的影响，导致信号强度减弱。
为了保证信号的可靠传输，物理层可能会使用信号放大器来增加信号的强度，并使用整形器来重新整形信号的波形。
8. 时钟同步：在数据传输过程中，发送方和接收方需要保持时钟同步，以确保数据能够按照正确的速率进行传输。
物理层可能会使用时钟信号来实现时钟同步，或者通过协商的方式来协调发送方和接收方的时钟。
计算机网络物理层
RJ-45接口标准通常用于连接网络设备，如交换机、路由器和计算机等。它支 持数据传输速率高达1Gbps。
IEEE 802.3标准
定义
IEEE 802.3是用于局域网（LAN）的标准，定义了如何在单一网络上进行数据的 传输。
描述
IEEE 802.3标准采用以太网协议，通常用于连接计算机、打印机和服务器等设备 。它支持数据传输速率高达10Gbps。
VS
详细描述
高速物理层技术旨在提高网络传输速度和 性能，以满足不断增长的数据需求。目前 ，研究人员正在探索新的物理层协议和架 构，以实现更高的数据传输速率和更低的 传输延迟。同时，还注重改善网络的可靠 性和可扩展性，以满足不同应用场景的需 求。
无线物理层技术的研究与发展
总结词
无线物理层技术的研究与发展是网络技术领域的另一 个重要趋势。
04
物理层的安全与防护
物理层的安全策略
保护传输线路
确保传输线路的质量和安全性，防止未经授权的 访问和干扰。
加密传输数据
在物理层对传输数据进行加密，以保护数据的机 密性和完整性。
验证传输数据
通过校验和等方式验证传输数据的完整性，防止 数据在传输过程中被篡改。
物理层的防护措施
防火措施
采取有效的防火措施，如使用防火材料、防火门等，以防止火灾 对传输线路和设备造成损害。
无线传输介质
无线电波
01
无线电波是常见的无线传输介质之一，包括长波、中波、短波
等，具有传输距离远、覆盖范围广等特点。
微波
02
微波是一种高频无线传输介质，具有传输速率高、容量大等特
点，广泛应用于卫星通信、长距离通信等领域。
红外线
03
物理层
IBM PC异步通信适配器：使用TTY规程的异步通信适配采用RS－232C接口标准。这种通信适配器除可用于PC 机联机通信外，还可以连接各种采用RS－232C接口的外部设备。例如，可连接采用RS-232C接口的鼠标器、数字 化仪等输入设备；可连接采用RS-232C接口的打印机、绘图仪及CRT显示器等各种输出设备。可见，异步通信适配 器的用途是很广泛的。
物理层主要功能：为数据端设备提供传送数据通路、传输数据。
1.为数据端设备提供传送数据的通路，数据通路可以是一个物理媒体，也可以是多个物理媒体连接而成。一 次完整的数据传输，包括激活物理连接，传送数据，终止物理连接。所谓激活，就是不管有多少物理媒体参与， 都要在通信的两个数据终端设备间连接起来，形成一条通路。
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编程方法
PC通信 DOS通信
BIOS
PC机一般常有两个异步串行端口，分别称作COM1和COM2，它们都符合RS-232C标准。在DOS操作系统中， COM1、COM2被作为I/O设备进行管理，COM1、COM2便是它们的逻辑设备名。据此，DOS便可通过对COM1、COM2操 作实现异步串行通信。DOS的MODE命令可用以设置异步串行端口的参数，DOS的COPY命令允许将异步串行端口作为 一个特殊的"文件"，进行数据传输。下面举一个利用DOS的MODE、COPY命令，进行双机键盘输入字符传输的例子。 MODE命令的格式如下:
物理层
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4.2 传输介质
1. 传输介质的主要类型 双绞线 同轴电缆 光纤电缆 无线与卫星通信信道
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1. 双绞线
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2. 微波通信
两个地面站之间传送 距离：50 -100 km 主要特点(p46)：容量大、质量
高、投资小
缺点：必须直视、受天气影响、
保密性差、维护大
地面站之间的直视线路 微波传送塔
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地球
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3.卫星通信
36000公里高空
使用微波 使用转发器接收和转发
2
2. 物理层功能
物理层的基本功能: 物理层的目的就是将原始的比特流从一台机器 传输到另一台机器。 我们知道实际可用的物理介质有多种。每一种 的物理介质在外观、性能、成本等方面都不相同。 物理层通过定义一系列的接口标准，将性能、 平台各异的计算机系统、通信设备，通过各种类 型的物理介质实现连接，使得承载数据的比特流 顺利的从一个结点到另一个结点。
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3. 物理层的标准或协议
常用物理层标准
EIA-232-E接口标准
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EIA-232-E接口标准
1. EIA RS-232-E 1960年美国电子工业协会EIA提出RS-232，1963年提出 RS-232-A，1965年提出RS-232-B，1969年提出RS-232-C， 87年修订RS-232C，91年232-E。 用于DTE/DCE之间的接口标准。 DTE：数据终端设备，具有一定的数据处理能力及发送和 接收数据能力的设备。 DCE：数据电路端接设备，信号变换和编码，建立、保 持和释放数据链路的连接。
物理层
OSI物理层制作人：邓荣嘉目录物理层 (1)主要功能 (2)物理层要解决的主要问题： (2)组成部分 (2)重要内容 (3)重要标准 (4)通信硬件 (5)编程方法 (6)常见的物理层设备 (6)物理层在无线传感器中的应用 (6)物理层物理层（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OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。
物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
如果您想要用尽量少的词来记住这个第一层，那就是“信号和介质”。
OSI采纳了各种现成的协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。
物理层关注在一条通道上传输原始比特。
设计问题必须确保当一方发送了比特1时，另一方收到的也是比特1，而不是比特0。
这里的典型问题包括用什么电子信号来表示1和0、一个比特持续多少秒、传输是否可以在两个方向上同时进行、初始连接如何建立、当双方结束后如何撤销连接、网络连接器有多少针对以及每一针的用途是什么等。
这些设计问题主要涉及机械、电子和时序接口，以及物理层之下的物理传输介质等。
该层定义了了比特作为信号在通道上发送时相关的电气、时序和其他接口。
物理层是构建网路的基础。
物理信道的不同特征决定了其传输性能的不同（比如，吞吐量、延迟和误码率），所以物理层是我们展开网络旅行的始发地。
物理层一般有三种传输介质：有线（铜线和光纤）、无线（陆地无线电）和卫星。
这里要说的是信号在物理层存在的两种方式，数字信号（电脑可以识别的0和1即比特），模拟信号是铜线和光纤等可以传输的电信号或者无线信号，在悠闲中模拟信号的存在方式诸如连续变化的电压，而在无线传输中类似光照强度或者声音强度。
物理层的应用
物理层的应用物理层是计算机网络中的最底层，它负责传送0和1之间的比特流，也就是物理信号。
物理层的应用广泛，以下将分点介绍。
1. 数据传输物理层主要负责数据在网络中的传输，它将数字信息转换成模拟信号，通过网络进行传输。
数据传输包括有线电路和无线电路两种方式。
无线电路是指通过无线介质传输数据，如蓝牙、Wi-Fi等。
有线电路包括网线、光纤等。
物理层通过数字信号转模拟信号转换，将数据传输在相应介质中。
2. 编码和解码物理层还需要对数字信号进行编码和解码，以便信息能够正确传输。
常见的编码方式有曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
解码是指将模拟信号转换成数字信号，交由上层进行处理。
3. 数据传输速率物理层的应用还可以用来衡量数据传输速率。
数据传输速率是指传输数据量的大小，可以用Mbps、Gbps等单位来表示。
数据传输速率越高，说明网络传输效率越高。
物理层能够提供更多的带宽和更快的速度，从而提高网络的传输效率。
4. 虚拟化技术虚拟化技术是将一个物理层分割成多个虚拟层，从而提高网络的可靠性和安全性。
虚拟化技术主要用于服务器和存储设备。
通过虚拟化技术，网络管理员可以轻松管理多个虚拟设备，提高网络的灵活性和可扩展性。
5. 统计数据分析物理层可以提供大量的统计数据，用于网络管理员对网络的分析和评估。
例如，可以通过监测网络传输速率、网络延迟等指标，评估网络的性能和可靠性。
此外，物理层还可以用于检测网络中的故障和问题，及时进行处理和维修。
总结来说，物理层在计算机网络中的应用非常广泛，它涉及到数据传输、编码和解码、数据传输速率、虚拟化技术、统计数据分析等多个方面。
对于网络管理员来说，理解物理层的应用是保证网络可靠性和安全性的重要一环。
因此，我们应该加强学习和研究，不断提升自身技能水平。
物理层概述——精选推荐
物理层概述
1、什么是物理层
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。
2、物理层的作⽤
物理层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。
物理层的主要任务描述为：确定与传输媒体的接⼝的⼀些特性，即：
机械特性：例接⼝形状，⼤⼩，引线数⽬；
电⽓特性：例规定电压范围（-5V到+5V）；
功能特性：例规定-5V表⽰0，+5V表⽰1；
过程特性：也称规程特性，规定建⽴连接时各个相关部件的⼯作步骤；
如果本篇博客有任何错误和建议，欢迎⼤佬们批评指正
我是知逆，我们下期见
Peace。
第3章 物理层
EIA-RS-C机械特性
RS-232-C 9针连接器 RS-232-C 25针连接器
RS-232-C可以有多种类 型的连接器（接口），如25针 连接器（DB-25）、15针连接 器（DB-15）和9针连接器（ DB-9）。其中以DB-25、DB-9 最为常见，如图所示。不论哪 种类型的接口，一般规定插孔 连接DTE设备、针端连接DCE 设备。
功能描述 载波检测 接收数据 发送数据 数据终端准备就绪 信号地 数据设备（DCE 设备）就绪 请求发送 允许发送 振铃指示
9针RS-232-C连接器信号线和引脚功能分配
EIA-RS-C功能特性
25针RS-232-C连接器信号线分为两大类：一类是DTE和 DCE交换数据的信号；另一类是为了正确无误地传输数据而设 计的联络控制信号。分别为数据传送信号和联络控制信号。
D SR=OF F
6
6
主机 A
调制解调器
载波 载波
数据 数据
载波关 载波关
DCE 1 7
激活保护地 激活信号地
DTE 1 7
第 1步
DTR=ON 20
20
第2 步
DSR=ON
6
6
84
RTS=ON 4
CTS=ON
5
5
8
TxD=发送数据
2
2
3 24
XCK 时钟信号 24
RxD=接收数据
23
3
17 RCK 时钟信号 17
DTE- DCE 1
RxD 2 TxD 3
4 5
6 7 8
9 主机 C
DCD 载波
DTR 信号地 DSR
RTS CTS
RI
DCE-DTE 1 2 RxD 3 TxD 4 5
物理层计算机网络
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率的通信。
数据传输方式
同步传输与异步传输
同步传输方式中，发送方和接收方的时钟信号保持同步，适 用于高速数据传输；异步传输方式中，发送方和接收方的时 钟信号不需要保持同步，适用于低速数据传输。
点对点传输与广播传输
点对点传输是指发送方和接收方之间建立一对一的通信关系 ；广播传输是指发送方发送的数据包能够被多个接收方接收 。
组件
物理层组件包括传输介质（如双绞线 、同轴电缆、光纤等）、连接器和接 口（如RJ-45、BNC、SC等），以及 信号收发器等。
02
传输介质
有线传输介质
双绞线
双绞线是最常见的传输介质之一， 由两根绝缘的铜线相互缠绕而成， 可以有效减少信号干扰。
同轴电缆
同轴电缆常用于电视信号和宽带 网络的传输，由内导体、绝缘层 和外部的金属网组成。
结构复杂，维护和管理难度较大； 成本较高，因为需要大量的线缆 和节点。
05
数据编码与
将二进制数据转换为模拟信号，如曼 彻斯特编码和差分曼彻斯特编码。
模拟信号编码
将模拟信号转换为数字信号，如脉冲 编码调制（PCM）。
基带传输与宽带传输
基带传输适用于短距离、低速率的通 信，而宽带传输适用于长距离、高速
物理层计算机网络
目录
• 物理层概述 • 传输介质 • 网络硬件设备 • 网络拓扑结构 • 数据编码与传输方式
01
物理层概述
物理层的定义和功能
定义
物理层是计算机网络体系结构中的最 底层，负责传输比特流，确保数据传 输的可靠性和有效性。
功能
提供机械、电气、功能和规程特性， 建立、维护和释放物理连接，传输数 据比特流。
数据通信与计算机网络(第二版)课件：物理层
3.1 物理层概述 3.2 传输介质 3.3 物理层协议举例 3.4 ADSL技术
3.1 物理层概述
在物理信道实体之间合理地通过中间系统， 为比特传输所需的物理连接的激活、保持和拆 除提供机械的、电气的功能特性和规程特性的 手段。
特别要指出的是，物理层并不是指连接计算 机的物理设备或具体的传输媒体，而是指在物 理媒体上的为上一层（数据链路层）提供一个 传输原始比特流的物理连接。
无线电 微波 红外线
X 射线
γ射线
可见光 紫外线
3.2.3 无线传输介质
1．无线电波通信 2．微波通信 3．红外通信
3.2 传输介质
3.2.1 传输介质的特性 3.2.2 有线传输介质 1．双绞线 2．同轴电缆 3．光缆 4．有线传输介质的比较 3.2.3 无线传输介质
本章首页
3.3 物理层协议举例
3.4 ADSL技术
3.4.2 ADSL基本原理
ADSL使用普通电话线作为传输介质，虽然 传统的MODEM也是使用电话线传输的，但 它只使用了0～4kHz的低频段，而电话线理 论上有接近2MHz的带宽，ADSL正是使用了 26kHz以后的高频段。经ADSL MODEM编 码后的信号通过电话线传到电话局后再通过 一个信号识别分离器，如果是语音信号就传 到交换机上，如果是数字信号就接入Internet。
3.1 物理层概述
物理层协议主要包括机械、电气、功能和规程4个 特性。
（1）机械特性。定义接口部件的形状、尺寸、规 格、引脚数量和排列顺序等。
（2）电气特性。定义接口部件的信号高低、脉冲 宽度、阻抗匹配、传输速率和传输距离等。
（3）功能特性。定义接口部件的引脚功能、数据 类型和控制方式等。
（4）规程特性。定义接口部件的信号线在建立、 维持、释放物理连接和传输比特流时的时序。
物理层（1）接口特性、数据通信模型、奈氏准则、香农定理
物理层（1）接⼝特性、数据通信模型、奈⽒准则、⾹农定理⼀、物理层接⼝特性 物理层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，⽽不是具体的传输媒体。
物理层主要任务是确定与传输数据有关的特性（定义标准）。
物理层定义的标准： 1）机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采⽤的规格、接⼝形状、引脚数⽬、引脚数量和排列情况。
2）电⽓特性：定义传输⼆进制位时，线路上信号的电压范围、传输速率和距离限制等。
3）功能特性：指某条线路上的电平表⽰何种意义，接⼝部件的信号线的⽤途。
（描述⼀个物理层接⼝引脚处于⾼电平时的含义） 4）规程特性：定义各条物理线路的⼯作规程和时序关系。
⼆、数据通信系统模型 数据通信系统的基本组成⼀般包括发送端、接收端以及收发两端之间的信道三个部分。
如图： 信息源是信息或信息序列的产⽣源，它泛指⼀切发信者，可以是⼈也可以是机器设备，能够产⽣诸如声⾳、数据、⽂字、图像、代码等电信号，信息源发出信息的形式可以是连续的，也可以是离散的。
发送设备把信息源发出的信息变换成便于传输的形式，使之适应于信道传输特性的要求并送⼊信道的各种设备。
信道是指传输信号的通道。
根据传输媒介的不同，可分为有线信道（电缆、光纤等）和⽆线信道（微波、卫星），只经信道经码⽽不经调制就直接送到电缆去传输的数字信号称为数字基带信号，经调制后的信号称为频带信号。
信道噪声，可能是进⼊信道的各种外部噪声，也可能是通信系统中各种电路、器件或设备⾃⾝产⽣的内部噪声。
接收设备接收从信道传输过来的信息，并转换成信息宿便于接收的形式，功能与发送设备的功能刚好相反。
信息宿是接收发送端信息的对象，它泛指⼀切信息接收者。
按照信道中所传输信号的不同形式，通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统，如图是数字通信系统模型： 信源编码的主要功能是把语⾳、⽂字、图像等模拟信号转换成数字信号，即模/数（A/D）转换。
信道编码是将数字信号转换成与调制⽅式和传输信道匹配的形式，降低传输误码率，提⾼传输的可靠性。
计算机网络教学课件-ch2 物理层-1
事件
事件 S decides to send pkt to D S starts sending pkt S finishes transmitting pkt to D
D begins to recv pkt
D recvs entire pkt and delivers to application
信息(Information)
是数据的内容或解释
信号(Signal)
是数据的电磁或电子编码
传输(Transmission)
指信号的传递
8
信息通过数据通信系统的传输过程
把携带信息的数据用物理信号形式通过信道传送到目的地 信息和数据（二进制位）不能直接在信道上传输
频基带带/宽传带输传输
使数字数据能在数字信道上传输 把数字数据转换成某种数字脉冲信号
常见的有两类：不归零码和曼彻斯特编码
不归零码（NRZ，Non-Return to Zero）
二进制数字0、1分别用两种电平来表示；
常用－5V表示1，＋5V表示0；
缺点：
存在直流分量，传输中不能有变压器或电容； 不具备自同步机制，传输时必须使用外同步。
外界：闪电、串扰、电气设备
内部：介质特性（衰减、延迟－与频率有关）
6
2.1 数据通信基础
模拟信号
时间上连续，包含无 穷多个信号值
数字信号
时间上离散，仅包含 有限数目的信号值。 最常见的是二值信号
t a） 模拟信号
t b） 数字信号
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2.1 数据通信基础
数据(Data)
传递（携带）信息的实体
波分复用WDM （Wave Division Multiplexing）
按波长划分不同的信道，用于光纤传输
LTE移动通信技术任务1 物理层
LTE移动通信技术任务1 物理层在现代通信领域，LTE（Long Term Evolution，长期演进）移动通信技术无疑是一项具有重要意义的技术革新。
而物理层作为 LTE 技术的基础和关键组成部分，承担着数据传输的核心任务，对于整个通信系统的性能和效率起着至关重要的作用。
要理解 LTE 物理层，首先得明白它的基本功能。
简单来说，物理层就像是通信系统中的“运输管道”，负责将上层的数据进行编码、调制等处理，然后通过无线信道发送出去，同时也负责接收来自无线信道的信号，并进行解调、解码等操作，将数据还原并传递给上层。
在发送端，物理层首先要对数据进行编码。
这可不是随便的编码，而是采用了一系列复杂而高效的编码方式，比如Turbo 码、卷积码等，目的是为了增加数据的可靠性，减少传输过程中的错误。
编码完成后，就轮到调制上场了。
LTE 中常用的调制方式有 QPSK（四相相移键控）、16QAM（16 正交幅度调制）和 64QAM 等。
调制的作用是把编码后的数字信号转换成适合在无线信道中传输的模拟信号。
接下来，这些经过编码和调制的信号会被映射到不同的资源元素上。
资源元素可以理解为无线信道中的一个个小格子，每个格子都承载着一定的信息。
LTE 物理层通过巧妙地安排这些资源元素，实现了高效的数据传输。
而且，为了适应不同的信道条件和用户需求，LTE 还支持灵活的资源分配方式，比如动态资源分配和半静态资源分配。
再来说说接收端。
当无线信号到达接收端时，首先要经过滤波、放大等处理，去除噪声和干扰。
然后进行解调，把模拟信号还原为数字信号。
接着是解码，纠正传输过程中可能出现的错误。
这个过程就像是一个解谜的过程，要从接收到的纷繁复杂的信号中准确地还原出原始的数据。
LTE 物理层还涉及到多天线技术，这也是提升通信性能的一个重要手段。
多天线技术包括 MIMO（多输入多输出）和波束赋形等。
MIMO 可以通过多个天线同时发送和接收数据，大大提高了信道容量和传输速率。
物理层简介
物理层简介物理层是计算机网络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OSI的第一层，它虽然处于最底层，却是整个开放系统的基础。
物理层为设备之间的数据通信提供传输媒体及互连设备，为数据传输提供可靠的环境。
如果您想要用尽量少的词来记住这个第一层，那就是"信号和介质"。
OSI采纳了各种现成的协议，其中有RS-232、RS-449、X.21、V.35、ISDN、以及FDDI、IEEE802.3、IEEE802.4、和IEEE802.5的物理层协议。
基本信息∙中文名称：物理层∙层数：OSI的第一层∙功能：透明的传送比特流∙单位：比特物理层的功能是实现原始数据在通信通道上传输，它是数据通信的基础功能。
物理层四个特性是机械特性、电气特性、功能特性和规程特性，内容包括EIARS －232C、EIARS－449接口标准和CCITT X.21建议；通信硬件中常用的通信适配器（网卡）和调制解调器（MODEM）的功能特性；异步通信适配器和MODEM的通信编程方法。
物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据的比特流，而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体。
现有的计算机网络中的物理设备和传输媒体的种类繁多，而通信手段也有许多不同方式。
物理层的作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异，使物理层上面的数据链路层感觉不到这些差异，这样可使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。
这里，用于物理层的协议也常称为物理层规程。
机械特性：主要定义物理连接的边界点，即接插装置。
规定物理连接时所采用的规格、引脚的数量和排列情况。
常用的标准接口：ISO 2110 25芯连接器 EIA RS-232-C，EIA RS-366-AISO 2593 34芯连接器 V.35宽带MODEMISO 4902 37芯和9芯连接器 EIA RS-449ISO 4903 15芯连接器 X.20，X.21，X.22电气特性：规定传输二进制位时，线路上信号的电压高低、阻抗匹配、传输速率和距离限制。
物理层总结
物理层总结
物理层是计算机网络 OSI 模型中的第一层，它是整个网络的基础，主要负责在物理介质上传输比特流。
下面是对物理层的总结：
1. 物理层的主要功能是为数据链路层提供一个物理连接，以透明地传输比特流。
它定义了物理接口的机械、电气、功能和过程特性，确保不同设备之间能够进行物理连接和数据传输。
2. 物理层涉及的内容包括物理介质、信号编码、信号传输和接收等。
常见的物理介质包括双绞线、同轴电缆、光纤等，物理层需要定义这些介质的特性和使用方法。
同时，物理层还需要对数据进行编码，将其转换为适合在物理介质上传输的信号形式。
3. 物理层的一个重要任务是保证数据的可靠传输。
它通过使用差错控制技术来检测和纠正传输过程中的错误，以确保数据的完整性和准确性。
常见的差错控制技术包括奇偶校验、循环冗余校验（CRC）等。
4. 在物理层中，还需要考虑数据传输的速率、带宽、传输距离等因素。
不同的物理介质和编码方式支持不同的数据传输速率和距离，物理层需要根据实际需求选择合适的物理介质和编码方式。
5. 物理层的设计需要考虑到兼容性和互操作性。
为了确保不同设备之间能够正常通信，物理层需要遵循相关的标准和协议，如以太网、IEEE 802.3 等。
总之，物理层是计算机网络中非常重要的一层，它为数据链路层提供了可靠的物理连接和数据传输服务，是整个网络通信的基础。
计算机网络物理层地基本概念
2物理层的基本概念物理层地作用l 物理层考虑地是怎样才能在连接各种计算机地传输媒体上传输数据比特流,而不是指具体地传输媒体。
l 计算机网络地硬件设备与传输媒体地种类繁多,通信手段方式多样。
l 物理层地作用正是要尽可能地屏蔽掉这些差异,使物理层上面地数据链路层感觉不到这些差异。
l传输媒体地类型规定传输媒体地类型,例如铜线,光纤或各种无线电频段等。
l位地表示规定如何用电磁等信号表示"1"或"0",即如何编码。
l数据速率规定每秒发送地比特数。
l位同步发送方与接收方不仅使用相同地比特率,还需要位同步,即发送方地时钟与接收方地时钟要保持一致。
l链路配置在点到点配置,两个设备通过一条专用链路连接,而在多点配置,许多设备享一条链路。
l物理拓扑结构物理拓扑结构规定用什么拓扑结构将设备连接成网络。
可以是星型拓扑,总线型拓扑,环型拓扑或网状结构等。
l传输方式考虑是串行传输还是并行传输,以及传输地方向等。
l接口特性规定传输设备与传输媒体之间接口地一些特性。
物理层协议地一个重要任务就是确定与传输媒体地接口地一些特性,即:01OPTION 机械特性指明接口所用接线器地形状与尺寸,引线数目与排列,固定与锁定装置等。
02OPTION 电气特性指明在接口电缆地各条线上出现地电压地范围及阻抗匹配等。
03OPTION 功能特性指明某条线上出现地某一电平地电压表示何种意义。
04OPTION 规程特性指明对于不同功能地各种可能地出现顺序。
物理层协议地一个重要任务就是确定与传输媒体地接口地一些特性,即:01OPTION 机械特性指明接口所用接线器地形状与尺寸,引线数目与排列,固定与锁定装置等。
各种类型地物理接口实例物理层协议地一个重要任务就是确定与传输媒体地接口地一些特性,即:01 OPTION 机械特性指明接口所用接线器地形状与尺寸,引线数目与排列,固定与锁定装置等等。
物理层的名词解释
物理层的名词解释物理层是计算机网络中的一层，它位于网络分层结构的底部，负责在计算机之间传输原始的比特流。
在计算机网络中，物理层的作用是提供基本的物理连接，并确保数据在不同计算机间可靠地传输。
以下是对物理层的一些重要名词解释。
1. 信号：在物理层中，信号是指在发送和接收设备之间通过通信媒介传输的电流、电压或电磁波的变化。
物理层的任务之一是将数据转换为适当的信号形式，并在接收端将信号还原为数据。
2. 编码：物理层中的编码是指将原始数据转换为信号的过程。
不同的编码方法采用不同的规则和算法来表示比特流，如曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。
编码的目的是提高信号的可靠性和抗干扰能力。
3. 数据传输率：物理层中的数据传输率是指单位时间内传输的比特数量。
常用的单位有bps（比特每秒）、Kbps（千比特每秒）、Mbps（兆比特每秒）和Gbps （千兆比特每秒）。
数据传输率受到通信媒介的限制，因此不同的媒介可以支持不同的传输率。
4. 建立连接：在物理层，建立连接指的是发送端和接收端之间建立物理连接的过程。
这包括选择合适的通信媒介、连接硬件设备以及配置通信参数等步骤。
建立连接的成功与否决定了数据是否能够正确地传输。
5. 传输介质：传输介质是物理层中用于数据传输的媒介，可以是电缆、光纤、无线电波等。
不同的传输介质具有不同的传输特性和传输距离，选择适合的传输介质是物理层设计中重要的考虑因素之一。
6. 延迟：延迟是指数据从发送端到接收端所需的时间。
在物理层中，延迟可以分为传播延迟、传输延迟和处理延迟。
传播延迟是信号在传输介质中传播所需的时间，传输延迟是将比特流从发送端传输到接收端所需的时间，处理延迟是对接收到的信号进行处理所需的时间。
7. 频谱：在物理层中，频谱是指信号频率在不同频率范围内的分布。
不同的信号需要不同的频谱带宽来传输。
频谱的分配和管理是物理层设计中的重要问题，特别是在无线通信中。
以上是对物理层的一些重要名词的解释。
物理层的功能
连接方向
→DCE →DTE →DCE →DTE →DTE
→DTE →DCE →DTE
表3-1 RS-232C引脚功能特性
网 络能说明
保护地线(GND) 发送数据(TD) 接收数据(RD) 请求发送(RTS) 清除发送(CTS) 数据设备就绪(DSR) 信号地线(Sig.GND) 载波检测(CD) 数据终端就绪(DTR) 振铃指示(RI)
信号线型
地线 数据线 数据线 控制线 控制线 控制线
地线 控制线 控制线 控制线
网 络 故 障 诊 断 与 测 试
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物理层的功能
物理层的主要功能为定义了网络的物理结构及互联标准，传输 的电磁标准，比特流的编码及网络的通信同步等。其决定了网络连 接类型（端到端或多端连接）及物理拓扑结构。简单地说，这一层 主要负责实际的信号传输，物理层最终实现网络上的二进制位流的 透明传输。 1.1 OSI模型中的物理层的功能
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物理层的功能
2．网络互联的接口标准举例 EIA RS-232C是由美国电子工业协会EIA(Electronic Industry Association)在1969年颁布的一种目前使用最广泛的串行物理接口， 下面以此为例来讨论网络互联的接口标准在整个网络组建中的功能 与作用。 RS-232标准提供了一个利用公用电话网络作为传输媒体，并通过调 制解调器将远程设备连接起来的技术规定。远程电话网相连接时， 通过调制解调器将数字转换成相应的模拟信号，以使其能与电话网 相容；在通信线路的另一端，另一个调制解调器将模拟信号逆转换 成相应的数字数据，从而实现比特流的传输。图3-3(a)给出了两台远 程计算机通过电话网相连的结构图。从图中可看出，DTE实际上是 数据的信源或信宿，而DCE则完成数据由信源到信宿的传输任务。 RS-232C标准接口只控制DTE与DCE之间的通信，与连接在两个 DCE之间的电话网没有直接的关系。
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1.1 数据传输的基础知识
1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号
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1.1 数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号
若干个低次谐波幅度的方均根值示于图1-1(a)的右部。计算这些 方均根值是因为它们的平方与相应频率的谐波所传送的能量成正 比。计算振幅的方均根值公式是：
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1.1 数据传输的基础知识
1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号
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1.1 数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号
发送字符所需的时间T取决于编码方法和信号频率(每秒信
号值，比如电压，改变的次数)。每秒信号变化的次数以波
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1.1 数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号
19世纪初叶，法国数学家吉·傅里叶证明：任何正常的周期为T的 函数g(t)都可以由无限个正弦和余弦函数合成：
(1-1) 这里f=1/T，T是g(t)的周期，an 和bn 是正弦和余弦函数n次谐波 的振幅。这种分解叫做傅里叶分析，等式右方的级数称为傅里叶级 数。g(t)应是一个正常的周期函数，是指它满足在每个周期的积分 和不连续点的数目都为有限这样一个不太严格的限制条件。通过傅 氏级数可以重新合成原函数，即已知周期T和谐波的振幅，通过式 (1-1)求和能够得到时间函数g(t)。
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1.1 数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号
通过数学变换和计算，可以从式1-1得到：
一个持续时间有限的数据信号可以想象成它一遍又一遍地无限重 复整个模式，即假定从T到2T的区间模式等同于区间0到T，从2T 到3T的区间模式又等同于区间T到2T，如此等等。
例如，图示中的一次谐波振幅的方均根值为0.244，2次谐波振 幅的方均根值为0.503，3至8次谐波振幅的方均根值分别为0.197， 0.160，0.118，0.168，0.035和0。
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1.1 数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号
所有传输设施在传输信号过程中都将损失一些能量。如果所有傅里叶 分量被等量衰减，那么结果信号虽在振幅上有所衰减，但没有畸变， 在我们的示例中即可在接收端得到与图1-1(a)完全相同的标准方波。 然而，实际的传输设施对不同的傅里叶分量衰减程度不同，因而输出 信号发生畸变，通常频率0到fc(截止频率，以赫兹即Hz为单位)范围 内的谐波在传输过程中无衰减，而截止频率以上的所有谐波在传输过 程中衰减极大。这种现象既可由传输介质的物理特性引起，也可能是 由于人们有意在线路中安装了一个滤波器来限制每个用户使用的带宽。 现在让我们看一看如果带宽低到仅允许最低几次谐波通过，亦即式 ( 1-1)只取前几项近似值，图1-1(a)中的信号将是什么样子。图11(b)画出了信道仅允许1次谐波通过时的情形。类似地，图1-1(c)-(e)为信道带宽较宽时得到的频谱及合成函数。
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1.1 数据传输的基础知识
1.1.2 信道的最大数据传输率
到目前为止，我们仅考虑了无噪声信道。如果有噪 声存在，情形会急剧变坏。噪声通常以信号功率和 噪声功率之比来度量，这个比值叫做信噪比。如果 用S表示信号功率，N表示噪声功率，则信噪比为S/N。 通常，我们并不使用信噪比本身，而是使用10lg S/N，其单位为分贝(dB)，如果S/N为10，则是10dB， S/N为100则是20dB，S/N为1000是30dB，依此类推。
特(baud)度量(也称码元速率)。一个以b波特传送信号的线 路，其传送二进制数据的速率不一定是b比特/秒，因为每
个信号可以运载几个比特。例如，若使用0、1、2、3、4、
5、6和7共8个电平级，则每个信号值可代表3个比特，因而 这种条件下比特率将是波特数（码元速率,采样速率）的3 倍。
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1.1 数据传输的基础知识
数据传输总是通过某种传输介质在发送设备和接收设备之间进行。传 输介质可以划分为导线的或无导线的两类。无论属于哪一种类别，通 信都以电磁波的形式发生。使用导线介质，波的传播被限制到一条物 理通路；导线介质的例子有双绞线、同轴电缆和光导纤维。无导线介 质提供发射电磁波的手段，但不约束传播的通路；无导线传播的例子 有通过空气、真空和海水的通信。 术语直达链路用以指称在两个设备之间这样的一种通路，信号直接地 从发送设备传播到接收设备，在它们之间没有中介设备。如果一个传 输介质被说成是点到点的，那就意味着，第一，仅仅有两个设备共享 介质；第二，介质在两个设备之间提供了一条直达链路。在多点导线 配置中，有多于两个以上的设备共享同一个介质。
1.1 数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分Байду номын сангаас和有限带宽信号
让我们再回到以传送1个字符8位组时间长度为周期T（持续时间有限 的数据信号）的傅氏分析。假定比特率为d比特/秒，发送8比特信息 所需的时间T就是(8/d)秒，故单值函数g(t)的1次谐波的频率即 f=1/T是(d/8)赫兹（Hz)。普通的电话线路常称话音级线路，截止频 率大约为3000Hz，这就意味着允许通过的最高简单正弦或余弦周期 信号的频率是3000Hz，根据(2-1)，角频率=2nf，现在nf=3000， f=d/8，因此，允许通过最高次谐波的次数大约是
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1.1 数据传输的基础知识 1.1.2 信道的最大数据传输率
通信系统中所遇到的噪声可以分为两类：① 系统外的噪声；② 系 统内部产生的噪声。第①类噪声还可进一步分为人为和非人为干扰。 人为干扰可由电机的点火系统、换流器、开关接触不良、荧光灯等 引入。非人为干扰包括各种形式的大气噪声。雷电或来自银河系的 宇宙辐射是主要的大气噪声，后者又是射电天文学所研究的信号源。
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主要参考书
以下列出的是本课程推荐的主要参考书籍： （1）鲁士文，“现代通信与网络教程 ”， 清华大学出版社，2004年6月 （2）Andrew S. Tanenbaum and David J. Wetherall, Computer Networks (fifth edition), Prentice Hall, 2011. （3）鲁士文，“计算机网络习题与解析 (第2版)”， 清华大学出版社，2005年 （4）鲁士文. 存储网络技术及应用，清华大学出版社，2010。
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1.1 数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号
现在我们再回到一个持续时间有限的数据信号的条件。 假定传送一个8比特字节编码的ASCII字符“b“，待传 的位模式是01100010。图1-1(a)左边示出了计算机发 送该字符时的输出电压，对此信号对应的周期函数g(t) 进行傅氏变换可得到下列系数：
从这些数字可以清楚地看出：如果在一条话音级线路上以
9600bit/s的速率传输数据，最高次谐波的次数仅为2，图11(a)所示的波形将变为图1-1(c)所示波形，故不可能精确地 收到原位串，显然，即使传输设备完全没有噪声，数据传 输高于38.4Kbit/s时也不可能得到二进制信号。限制带宽就
是限制数据传输率，即使对理想的信道也是如此。不过，
1.3.2 1.3.4
模拟信号传输数字数据 数字信号传输模拟数据
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第1单元 物理层
1.4 多路复用技术 1.4.1 频分多路复用 1.4.2 时分多路复用 1.4.3 波分多路复用 1.5 物理层协议示例(课后阅读材料)
1.5.1 RS-232C 1.5.2 T1/E1 1.5.3 SONET/SDH
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第1单元 物理层
1.1数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号 1.1.2 信道的最大数据传输率 1.2 传输介质 1.2.1 双绞线 1.2.3 光缆
1.2.2 同轴电缆 1.2.4 无线传输
1.3 数据编码技术 1.3.1 模拟信号传输模拟数据 1.3.3 数字信号传输数字数据
存在多电平的复杂编码法，用它可得到较高的数据传输率。
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1.1 数据传输的基础知识
1.1.2 信道的最大数据传输率
早在1924年，奈魁斯特(Nyguist, H)就认识到信道对于数据传输率的 限制，并推导出了一个有限带宽无噪声信道的最大数据传输率表达式。 奈魁斯特证明，如果一个任意的信号通过带宽为H的低通滤波器，那 么每秒采样2H次就能完整地重现通过这个滤波器的信号。以每秒高于 2H次的速度对此线路采样是无意义的，因为高频的分量已被滤波器滤 掉，无法再恢复了。 如果被传信号电平分为V级，奈氏定理表明： 最大数据传输率=2Hlog2V(bit/s)。 例如，一个无噪声的3KHz信道不能以高于6000bit/s的速率传输二元 (即两级或两种状态)电平信号。
使用电话线路，对于一些常用的数据传输的比特率、基本周期、1
次谐波频率和最高谐波次数之间的关系如表1-1所示。
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1.1 数据传输的基础知识 1.1.1 傅里叶分析和有限带宽信号