2023学年完整公开课版函数

第4章：网络访问物理层协议物理层连接物理层的特征物理层的用途23函数物理层标准管理三个功能区：物理组件

物理组件是电子硬件设备、介质和其他连接器，它们用于传输和承载用于表示位的信号。网卡、接口和连接器、电缆材料以及电缆设计等硬件组件均按照物理层的相关标准进行规定。Cisco1941路由器上的各种端口和接口也属于物理组件，根据标准使用特定连接器和引脚。4函数编码编码或线路编码是一种将数据位流转换为预定义“代码”的方法。这些代码就是位组，用于提供一种可预测模式，以便发送者和接收者均能识别。换句话说，编码是用于表示数字信息的方法或模式。类似于摩尔斯电码如何使用一系列点和短划线编码消息。例如，曼彻斯特编码的0位表示为从高到低的电压转换，而1位表示为从低到高的电压转换。曼彻斯特编码的一个示例如图1所示。转换在每个位周期的中间进行。这种类型的编码用于10b/s的以太网。更快的数据速率需要更复杂的编码。曼彻斯特编码用于较旧的以太网标准，如10BASE-T。以太网100BASE-X系列使用4B/5B编码。1000BASE-X使用8B/10B编码。5函数曼彻斯特编码的一个示例如图1所示。转换在每个位周期的中间进行。这种类型的编码用于10b/s的以太网。更快的数据速率需要更复杂的编码。曼彻斯特编码用于较旧的以太网标准，如10BASE-T。以太网100BASE-X系列使用4B/5B编码。1000BASE-X使用8B/10B编码。6信令

物理层必须在介质上生成代表“1”和“0”的电信号、光信号或无线信号。表示位的方法称为信令方法。物理层标准必须定义哪种类型的信号代表“1”，而哪种类型的信号代表“0”。这可以简单到只是改变电信号或光脉冲的级别。例如，长脉冲可能代表1，而短脉冲代表0。这类似于莫尔斯电码中使用的信令方法，可以使用一系列开关音、灯或点击通过电话线或在海上船舶之间发送文本。传输信号的方式有很多种。发送数据的一个常用方法是使用调制技术。调制是一个波（信号）的特征修改另一个波（载波）的过程。介质上代表位的实际信号的性质视使用的信令方法而定。函数7函数图2说明了如何使用AM和FM技术发送信号。8带宽

不同的物理介质所支持的位传输速率不同。数据传输的讨论通常都会提及带宽和吞吐量。

带宽是介质承载数据的能力。数字带宽可以测量在给定时间内从一个位置流向另一个位置的数据量。带宽通常使用千位每秒(kb/s)、兆位每秒(Mb/s)或千兆位每秒(Gb/s)来度量。有时带宽被认为是位传输的速度，而这是不准确的。例如，在10Mb/s和100Mb/s的以太网上，都以电速发送位。不同的是每秒传输的位的数量。9带宽多种因素的结合，决定了网络的实际带宽：物理介质的属性信令和检测网络信号所选用的技术物理介质属性、当前技术和物理法则共同扮演确定可用带宽的角色。该表显示了带宽的常用测量单位。10带宽图中表格列出了带宽单位、缩略词以及以每秒位数表示的等量值。11吞吐量是给定时段内通过介质传输的位的量度。由于各种因素的影响，吞吐量经常与物理层实施中指定的带宽不符。许多因素会影响吞吐量，包括：流量大小流量类型从源通往目的地的过程中遇到的网络设备数所产生的延时。吞吐量12

延时是指数据从一个给定点传送到另一给定点所用的时间，包括延迟。

在拥有多个网段的网际网络或网络中，吞吐量不能超过从源到目的地之间路径的最低链路速度。纵使这些网段全部或多数具备高速带宽，它也只使用那段低吞吐量的路径来创建整个网络的吞吐量瓶颈。吞吐量13吞吐量

许多在线速度测试可以测出互联网连接的吞吐量。图中提供了一个速度测试结果的示例。图中显示了一个测量带宽的速度计，刻度从0到100MB/秒。有两个盒子，一个用于测量下载速度，显示80.07Mb/秒，另一个用于测量上传速度，显示8.78MB/秒。

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用于评估可用数据传输的第三个测量标准，称为实际吞吐量。实际吞吐量是在给定时间段内传输的有用数据的衡量标准。实际吞吐量就是吞吐量减去建立会话、确认和封装产生的流量开销。吞吐量15物理介质的类型

物理层按电压、射频或光脉冲表示和组织位。各种标准组织从不同数据通信可用介质的物理属性、电气属性和机械属性等几个方面对介质进行了定义。这些规定可以保证电缆和连接器在不同的数据链路层物理实施中都能按预期工作。例如，铜介质的标准定义如下：使用的铜缆类型通信带宽使用的连接器类型连接至介质的引脚和颜色标记介质的最大距离16物理介质的类型图中显示了1941路由器上可用的不同类型的接口和端口。图中显示了路由图的背面。接口呈高亮显示并带有标记。17带宽在建立一个网络之前，首要的问题就是确定最合适的传输介质。传输介质可分为有线和无线两种。有线仅是利用电缆或光缆来充当传输导体，而无线则以大气传输为导体。每一种传输介质的容量都以频带宽度来定义，我们常常简称为带宽，它用Hz来定义频率范围。18带宽带宽通常指信号所占据的频带宽度：在被用来描述信道时，带宽是指能够有效通过该信道的信号的最大频带宽度。对于模拟信号而言，带宽又称为频宽，以赫兹（Hz）为单位。19带宽模拟语音电话的信号带宽为3400Hz，一个PAL-D电视频道的带宽为8MHz（含保护带宽）