六.传输介质
1.传输介质及分类
传输介质也称传输媒体/传输媒介，它就是数据传输系统中在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0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。
1.1导向性传输介质
1.1.1双绞线
网络异常，图片无法展示
|
为了进一步提高抗电磁干扰能力，可在双绞线的外面再加上一个由金属丝编织成的屏蔽层，这就是屏蔽双绞线 （STP），无屏蔽层的双绞线就称为非屏蔽双绞线（UTP）
双绞线价格便宜，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。模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几公里到数十公里。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
1.1.2同轴电缆
同轴电缆由导体铜质芯线、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：50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。其中，50Ω同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称为基带同轴电缆，它在局域网中得到广泛应用；75Ω同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称为宽带同轴电缆，它主要用于有线电视系统。
同轴电缆vs双绞线
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。
1.1.3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。而可见光的频 率大约是108MHz，因此光纤通信系统的带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。
光纤在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，它们在电脉冲作用下能产生出光脉冲；在接收端用光电二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。
光纤主要由纤芯(实心的！)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，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包 层时候就会折射回纤芯、这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。 光纤在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，它们在电脉冲作用下能产生出光脉冲；在接收端用光电 二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。
光纤的特点:
1.传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
2.抗雷电和电磁干扰性能好。
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
1.2非导向传输介质
Summary:
七.物理层设备
1.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
中继器的功能:
对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增加信号传输的距离，延长网络的长度
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。
两端可连相同媒体，也可连不同媒体。
中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，它仅作用于信号的电气部分，并不管数据中是 否有错误数据或不适于网段的数据。
中继器两端的网段一定要是同一个协议。（中继器不会存储转发，傻）
5-4-3规则:
网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，因而中继器只能在规定的范围内进行，否则会网络故障
2.集线器(多口中继器)
再生,放大信号
集线器的功能：
对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有（除输入端口外）处于工作 状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备
习题:
1.双绞线是用两根绝缘导线绞合而成的，绞合的目的是(A)。A.减少干扰B.提高传输速度C.增大传捻距离D.增大抗拉强度
绞合可以减少两根导线相互的电磁干扰。
2.在电缆中采用屏蔽技术带来的好处主要是(B).A.减少信号衰减B.减少电磁千扰辐射C.减少物理损坏D.减少电缆的阻抗
屏蔽层的主要作用是提高电缆的抗干扰能力。
3.利用一根同轴电缆互连主机构成以太网，则主机间的通信方式为(B)。A.全双工B.半双工C.单工D.不确定
传统以太网采用广播的方式发送信息，同一时间只允许一台主机发送信息，否则各主机之间就会形成冲突，因此主机间的通信方式是半双工。全双工是指通信双方可以同时发送和接收信息。单工是指只有一个方向的通信而没有反方向的交互。
4.同轴电缆比双绞线的传输速率更快，得益于（C)。A,同轴电缆的铜心比双绞线粗，能通过更大的电流B.同轴电缆的阻抗比较标准，减少了信号的丧减C.同轴电缆具有更高的屏蔽性，同时有更好的抗噪声性D.以上都正确
同轴电缆以硬铜线为心，外面包一层绝缘材料，绝缘材料的外面再包围一层密织的网状导体，导体的外面又覆盖一层保护性的塑料外壳。这种结构使得它具有更高的屏蔽性，从而既有很高的带宽，又有很好的抗噪性。因此同轴电缆的带宽更高得益于它的高屏蔽性。
5.不受电磁千扰和噪声影响的传输介质是（C).A.屏蔽双絞线B.非屏蔽双绞线C.光纤D.同轴电缆
光纤抗雷电和电磁干扰性能好，无串音干扰，保密性好。
6.多模光纤传输光信号的原理是（C)。A,光的折射特性B.光的发射特性C.光的全反射特性D.光的绕射特性
多模光纤传输光信号的原理是光的全反射特性。
7.以下关于单模光纤的说法中，正确的是(B)。A.光纤越粗，数据传输速率越高B.如果光纤的直径减小到只有光的一个波长大小，那么光沿直线传播C.光源是发光二极管或激光D.光纤是中空的
光纤的直径减小到与光线的一个波长相同时，光纤就如同一个波导，光在其中没有反射，而沿直线传播，这就是单模光纤。
8。下面关于卫里通信的说法，错误的是(C)。A.卫星通信的距离长，覆盖的范围广B.使用卫星通信易于实现广播通信和多址通信C.卫星通信的好处在于不受气候的影响，误码率很低D.通信费用高、延时较大是卫星通信的不足之处
卫星通信有成本高、传播时延长、受气候影响大、保密性差、误码率较高的特点。
9.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以内，这体现了物理层接口的（C)。A.机械特性B.功能特性C.电气特性D.规程特性
物理层的电气特性规定了信号的电压高低、传输距离等。
10.当描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义时，该描述属于（C)。A,机械特性B.电气特性C.功能特性D.规程特性
物理层的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。
11.【2012统考真题】在物理层接口特性中，用于描述完成每种功能的事件发生顺序的是（C)。A.机械特性B.功能特性C.过程特性D.电气特性
概念题，过程特性定义各条物理线路的工作过程和时序关系。
12.【2018统考真题】下列选项中，不属于物理层接口规范定义范畴的是（C)。A.接口形状B.引脚功能C.物理地址D.信号电平
物理层的接口规范主要分为4种：机械特性、电气特性、功能特性、规程特性。机械特性规定连接所用设备的规格，即A所说的接口形状。电气特性规定信号的电压高低、阻抗匹配等，如
D所说的信号电平。功能特性规定线路上出现的电平代表什么意义、接口部件的信号线（数据线、控制线、定时线等)的用途，如B所说的引脚功能。选项C中的物理地址是MAC地址，它属于数据链路层的范畴。
Ch2.疑难总结
1.传输媒体是物理层吗？传输媒体和物理层的主要区别是什么？
传输媒体并不是物理层。由于传输媒体在物理层的下面，而物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0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。也就是说，传输媒体不知道所传输的信号什么时候是1什么时候是0。但物理层由于规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流。图2.12描述了上述概念。
网络异常，图片无法展示|2.什么是基带传输、频带传输和宽带传输？三者的区别是什么？
在计算机内部或在相邻设备之间近距离传输时，可以不经过调制就在信道上直接进行的传输方式称为基带传输。它通常用于局域网。数字基带传输就是在信道中直接传输数字信号，且传输媒体的整个带宽都被基带信号占用，双向地传输信息。最简单的方法是用两个高低电平来表示二进制数字，常用的编码方法有不归零编码和曼彻斯特编码。例如，要传输1010，低电平代表0，高电平代表1，那么在基带传输下，1010需要向通信线路传输（高、低、高、低电平)。
用数字信号对特定频率的载波进行调制（数字调制），.将其变成适合于传送的信号后再进行传输，这种传输方式就是频带传输。远距离传输或无线传输时，数字信号必须用频带传输技术进行传输。利用频带传输，不仅解决了电话系统传输数字信号的问题，而且可以实现多路复用，进而提高传输信道的利用率。同样传输1010，经过调制，一个码元对应4个二进制位，假设码元A代表1010，那么在模拟信道上传输码元A就相当于传输了1010，这就是频带传输。
借助频带传输，可将链路容量分解成两个或多个信道，每个信道可以携带不同的信号，这就是宽带传输。宽带传输中所有的信道能同时互不干扰地发送信号，链路容量大大增加。比如把信道进行频分复用，划分为2条互不相关的子信道，分别在两条子信道上同时进行频带传输，链路容量就大大增加了，这就是宽带传输。
3.如何理解同步和异步？什么是同步通信和异步通信？
在计算机网络中，同步(Synchronous)的意思很广泛，没有统一的定义。例如，协议的三个要素之一就是“同步”。在网络编程中常提到的“同步”则主要指某函数的执行方式，即函数调用者需等待函数执行完后才能进入下一步。异步(Asynchronous).可简单地理解为“非同步”。
同步通信的通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率。收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。主要有两种同步方式：一种是全网同步，即用一个非常精确的主时钟对全网所有结点上的时钟进行同步：另一种是准同步，即各结点的时钟之间允许有微小的误差，然后采用其他措施实现同步传输。同步通信数据率较高，但实现的代价也较高。
异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的，但接收端必须时刻做好接收的准备。发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每个字符开始和结束的地方加上标志，即开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每个字符接收下来。异步通信也可以帧作为发送的单位。这时，帧的首部和尾部必须设有一些特殊的比特组合，使得接收端能够找出一帧的开始（即帧定界）。异步通信的通信设备简单、便宜，但传输效率较低（因为标志的开销所占比例较大)。图213给出了以字符、帧为单位的异步通信示意图。
网络异常，图片无法展示|4.奈氏准则和香农定理的主要区别是什么？这两个定理对数据通信的意义是什么？
奈氏准则指出，码元传输的速率是受限的，不能任意提高，否则接收端就不能正确判定码元所携带的比特是1还是0（因为存在码元之间的相互干扰)。
奈氏准则是在理想条件下推导出来的。在实际条件下，最高码元传输速率要比理想条件下得出的数值小很多。电信技术人员的任务就是要在实际条件下，寻找出较好的传输码元波形，将比特转换为较为合适的传输信号。
需要注意的是，奈氏准则并未限制信息传输速率(s)。要提高信息传输速率，就必须使每个传输的码元能够代表许多比特的信息，这就需要有很好的编码技术。但码元所载的比特数确定后，信道的极限数据率也就确定了。
香农定理给出了信息传输速率的极限，即对于一定的传输带宽（单位为Hz)和一定的信噪比，信息传输速率的上限就确定了，这个极限是不能突破的。要想提高信息传输速率，要么设法提高传输线路的带宽，要么设法提高所传信道的信噪比，此外没有其他任何办法。
香农定理告诉我们，若要得到无限大的信息传输速率，只有两个办法：要么使用无限大的传输带宽（这显然不可能），要么使信号的信噪比无限大，即采用没有噪声的传输信道或使用无限大的发送功率（显然这也不可能）。注意，奈氏准则和香农定理中“带宽”的单位都是Hz。
5.信噪比为SW,为什么还要取对数10log10(S/N)?
1)数字形式表示，即一般数值。如噪声功率为1，信号功率为100，信噪比为100/1=100。
2)以分贝形式表示，同样还是上面这些数字，以分贝形式表示的信噪比为101og10(S/N)=10log10 100=20dB
两者的区别在于，前者（数值）是没有单位的，后者必须加B,代表分贝。两者数值上等价。
采用分贝表示的原因是：很多时候，信号要比噪声强得多，比如信号比噪声强10亿倍，如果用数值表示的话，那么1后面有9个0，很容易丢失一个0。如果用分贝表示，那么仅为90B,因此要简单得多，而且不容易出错。分贝对于表示特别大或特别小的数值极为有利，这种表示方式在电子通信领域用途很广。
