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简述计算机网络中的物理层

      简要说明物理层在网络传输中做了哪些工作解决的问题

     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比特流可在各种物理媒体上传输。使得上层数据链路层只需要将数据传输给物理层而不用去关心数据的传输方式和传输途径。

    物理层要解决的主要问题:

1)物理层要尽可能地屏蔽掉物理设备和传输媒体,通信手段的不同。物理层使数据链路层感觉不到这些差异。这样数据链路层只需要考虑完成本层的协议和服务。

2)给数据链路层在一条物理的传输媒体上传送和接收比特流(一般为串行按顺序传输的比特流)的能力。物理层应该解决物理连接的建立、维持和释放问题。

3)在两个相邻系统之间唯一地标识数据电路。

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。

  2.传输数据,物理层要形成适合数据传输需要的实体,为数据传送服务。一是要保证数据能在其上正确通过,二是要提供足够的带宽(带宽是指每秒钟内能通过的比特(BIT)数),以减少信道上的拥塞。传输数据的方式能满足点到点,一点到多点,串行或并行(一条路或多条路),半双工或全双工(双向单车道或者双向双车道),同步或异步传输的需要。

  3. 完成物理层的一些管理工作。

组成部分

  物理层的媒体分为无线和有线。有线包括架空明线、平衡电缆、光纤等。通信用的互连设备指DTEDCE间的互连设备。DTE即数据终端设备,又称物理设备,如计算机、终端等都包括在内。而DCE则是数据通信设备或电路连接设备,如调制解调器(俗称猫)等。数据传输通常是经过DTE──DCE,再经过DCE──DTE的路径。互连设备指将DTEDCE连接起来的装置,如各种插头、插座。LAN中的各种粗、细同轴电缆、T型接、插头,接收器,发送器,中继器等都属物理层的媒体和连接器。

重要内容

  物理层的接口的特性

   1.机械特性

也叫物理特性,指明通信实体间硬件连接接口的机械特点,如接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。这很像平时常见的各种规格的电源插头,其尺寸都有严格的规定。

   2.电气特性

  规定了在物理连接上,导线的电气连接及有关电路的特性,一般包括:接收器和发送器电路特性的说明、信号的识别、最大传输速率的说明、与互连电缆相关的规则、发送器的输出阻抗、接收器的输入阻抗等电气参数等。

  物理层的电气特性规定了在物理连接上传输二进制位流时线路上信号电压高低、阻抗匹配情况、传输速率和距离的限制等.早期的电气特性标准定义物理连接边界点上的电气特性,而较新的电气特性标准定义的都是发送器和接收器的电器特性,同时还给出了互连电缆的有关规定.比较起来,较新的标准更有利于发送和接收线路的集成化工作.物理层接口的电气特性主要分为三类:非平衡型,新的非平衡型和新的平衡型。

  非平衡型的信号发送器和接收器均采用非平衡方式工作,每个信号用一根导线传输,所有信号共用一根地线.信号的电平是用+5V+15V,表示二进制“0”,用-5V-15V,表示二进制“1”.信号传输速率限于20Kbps以内,电线长度限于15M以内.由于信号线是单线,因此线间干扰大,传输过程中的外界干扰也很大。

在新的非平衡型标准中,发送器采用非平衡方式工作.接收器采用平衡方式工作(即差分接收器).每个信号用一根导线传输.所有信号共用两根地线,即每个方向一根地线.信号的电平使用+4v~+6v表示二进制“0”,用-4V~-6V表示二进制“1”.当传输距离达到1000M时,信号传输速率在3kbps以下,随着传输速率的提高,传输距离将缩短.在10M以内的近距离情况下,传输速率可达300kbps。由于接收器采用差分方式接收,且每个方向独立使用信号地,因此减少了线间干扰和外界干扰.

  新的平衡型标准规定,发送器和接收器均以差分方式工作,每个信号用两根导线传输,整个接口无需共用信号就可以正常工作,信号的电平由两根导线上信号的差值表示.相对于某一根导线来说,差值在+4V+6V表示二进制“0”,差值在-4V~-6V表示二进制“1”.当传输距离达到1000M时,信号传输率在100kbps以下;当在10m以内的近距离传输时,速率可达10Mbps。由于每个信号均使用双线传输,因此线间干扰和外界干扰大大削弱,具有较高的抗共模干扰能力。

 

  3.功能特性

  指明物理接口各条信号线的用途(用法),包括:接口线功能的规定方法,接口信号线的功能分类数据信号线、控制信号线、定时信号线和接地线4类。

  4.规程特性

  指明利用接口传输比特流的全过程及各项用于传输的事件发生的合法顺序,包括事件的执行顺序和数据传输方式,即在物理连接建立、维持和交换信息时,DTE/DCE双方在各自电路上的动作序列。

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