# 物理层

# 网络连接类型

多路复用和点对点通信

多路复用共享介质
- 多个主机可以访问同一介质
- 这意味着它们都共享相同的介质 — 即使 "wire" 可能是 UTP，它有四对线
点对点 (Point To Point) 网络
1. 一个设备通过链路连接到另一个设备
2. 最广泛地应用于拨号网络连接，也是你最熟悉的一种。使用电信号来完成传输。

# 局域网介质

第一类在铜线电缆传输电信号，第二类传输光脉冲光线信号光信号，第三类传输无线电波。

功能是传输数据，物理层负责将 01 信号转化成以上三种形式进行传播
数字信号转化成光信号、无线信号等传输过程称为编码
电缆类型包括 STP (有屏蔽双绞线)、UTP (无屏蔽双绞线)、coaxial 同轴电缆、fiber-optics 光纤、空气（无线电波）
STP 是内每对线都包裹一层铝箔（共有 4 个单独的铝箔包裹），外编织网的双层屏蔽网线。UTP 是非屏蔽双绞线；

可通过调节频率（调频）、电压（调幅）、相位（调相）等方式来实现不同 01 编码，编码好坏影响传输效果

# UTP (无屏蔽双绞线 Unshielded Twisted Pair)

由八根子线组成，两个线组合成一组，共四组，每一组被称为 Twisted Pair 可以保证每一组电流抵消电磁波干扰 (抗干扰能力有限)

依赖于消除效应，由双绞线对产生，用来限制由 EMI 和 RFI 引起的信号退化
有四对铜线，阻抗 (impedance) 为 100 欧姆，频率低、接口小、布线更加方便、最便宜。
一般认为有效范围为 100m，有电流损耗

有千兆传输能力，可以作为主流方案

# 优点

易于安装且成本较低，线薄，接口小
每米成本低于任何其他类型的局域网布线
较小的外径不能像其他类型的电缆那样迅速地填满布线管道 (duct)
使用 RJ 连接器安装，因此可以大大减少潜在的网络噪声源，并确保良好的可靠连接

# 缺点

与其他类型的网络媒体相比，UTP 只通过双绞的形式屏蔽噪声，更容易产生电噪声和干扰
双绞线的信号增强距离比同轴电缆 (Coaxial) 和光纤 (Fiber-Optic) 短，只有 100 米

# Coaxial Cable 同轴电缆

结构：铜导线传输电信号，塑料绝缘膜，铜金属网防止外部干扰，塑胶套

细缆 / 粗缆，细缆电阻大，传递距离近，粗缆成本高，传输距离远
与双绞线相比，不使用中继器的网络运行时间更长
比光纤便宜但比双绞线贵

传输距离 500m 左右，比双绞线传输更加远，成本也要高一点，带宽可以达到百兆 - 千兆

# Fiber-Optic 光缆

光不受外界电磁波干扰，较为可靠

结构：光导体（二氧化硅），塑料套，一般有两个接口，一个接收一个发送

传导调制 (modulated) 光传输
不易受到电磁干扰或射频干扰，并且能够比其他网络媒体更高的数据速率
电磁波 (electromagnetic wave) 通过光纤被引导

成本比较高，传输距离达到几公里，宽带可达千兆

# 分类

单模式 —— 单路光传输
光导体直径比较细，相对于多模式光缆要细一个数量级，认为光传输近似直射，没有反射，能量损耗少，多用于广域网
- 也称为轴 (axial)：光沿着电缆的轴传播
- 由于多模中的色散 (dispersion)，比多模 (高达 10 Gbps) 更快
- 通常用于广域网
- 直径小于多模 (色散较小)
- 最常使用 ILD，但也使用 LED
多模式 —— 多路光不同角度传输
光导体直径大一些，同时传输多路光信号，入射端通过不同入射角区别，接收端按照角度进行识别，实现在一个介质上面实现多路传输，能量损失大一些 (反射)，多用于局域网
- 光以不同的角度进入玻璃管并沿非轴方向传播，这意味着它从玻璃管壁上来回反射
- 直径大于单光模式，最常用于局域网
- 易受更大分散性的影响

单模式和多模式在两端都需要用注入式激光二极管或者发光二极管进行发射

# Wireless Communication 无线通讯

区分不同电磁波的主要方法是通过其频率 (频率多路复用)

把信号编码成为电磁波的方式，不同设备使用不同频段，可以互不干扰

# 传输方式

激光 Lasers
约定好电磁波频率范围，使用确定对射方案进行传输，部署在中间没有障碍物的两端之间，激光波长很短不能衍射
- 输出一个相干 (coherent) 的电磁场，其中所有的波都在同一频率上，并在同一相位上排列
红外线 Infrared
红外能量要比激光弱得多，成本低，不能衍射，不能跨障碍物传输
- 通常是一种瞄准线 (line-of-sight) 技术，但可以反弹 (bounced) 或重定向
- 无法通过不透明对象
无线电波 Radio
可以通过衍射，使得信号在比较远的距离并越过障碍物进行通信
传输距离比较远，辐射能量小，容易受到干扰，比如雨天能量会损失，在功率较大的设备旁边容易被干扰
- 携带可以通过墙壁的数据信号
- 地面 (terrestrial) 和卫星无线电技术，地面有无线电台，卫星无线电技术有 GPS

# UTP for Ethernet 以太网使用的双绞线

# 电缆规格和终端

网络媒体标准由下列团体制定和发布：

美国电气与电子工程师学会制定硬件标准，指定一些新型的协议。
保险商实验室
电子工业联盟
美国电信工业协会
美国国家标准协会

解决商业、住宅布线规范，对应路线空间标准、接地接线要求规范

# 无屏蔽双绞线的分类

一类线：主要用于语音传输，不用于数据传输，只有两根线做双绞线，常用作电话的语音通信
二类线：传输频率 1MHz，用于语音和最高 4Mbps 的数据传输，常见于令牌网，不是很常用
三类线：EIA/TIA568 标准指定电缆，传输频率 16MHz，用于语音传输及最高传输速率为 10Mbps 的数据传输，主要用于 10BASE-T，以太网从三类线开始出现
四类线：传输频率为 20MHz，用于语音传输和最高传输速率 16Mbps 的数据传输，主要用于令牌网和 10BASE-T/100BASE-T 达到百兆
五类线：增加了绕线密度，外套高质量绝缘材料，用于语音和数据传输 (主要为 100/1000BASE-T 达到千兆)，是最常用的以太网电缆
- 和三类线相比，增加双绞，绞合度更高，抗干扰能力更强。
- 从五类线开始进行了更加标准化的处理。
超五类线（现在主要使用的）：衰减小，串扰少，具有更高的衰减 / 串扰比和信噪比、更小的时延误差，主要用于 1000BASE-T
六类线：传输频率为 1MHz～250MHz，性能远高于超五类标准，适用于高于 1Gbps 的应用
七类线：带宽为 600MHz，可能用于今后的 10G 比特以太网。

1000BASE-T T 表示 Twisted

# 双绞线类型

直通线
反转线
交叉电缆

两个台式机直连使用交叉线，台式机和交换机相连使用直通线

制作网线的过程

# Straight Cable 直通线

100 欧姆平衡双绞线电信插座 / 连接器
双绞线是八根不同子线，根据颜色进行划分，从左到右 (底下): 白绿色、绿色、白橙色、蓝色、白蓝色、橙色、白棕色、棕色
左边是 T568A 端口，右边是 T568B 端口
直通线 —— 两端都是 T568A 或者都是 T568B

主机连到交换机，交换机连到路由器

# Rollover Cable 反转线

别名：控制台线
用于将工作站或终端连接到路由器 / 交换机的控制台端口以进行配置（别名的由来）
两端是反着连接的 ：一端的插脚 1 连接到另一端的插脚 8；然后插脚 2 连接到插脚 7，插脚 3 连接到插脚 6，依此类推，两端是插脚对应是反着的

使用控制台配置设备 (超级终端，使用电脑进行交换机路由器的配置)

使用 RJ-45-to-DB-9 适配器连接计算机的串行端口 (com) Connect the serial port (com) of computer by using RJ-45-to-DB-9 adapter
启动 "超级终端" Start up “super terminal”
使用 "默认配置" Use “default configurations”
注意，我们连接的是 console 端口，而不能是网口。

# Crossover Cable

电缆一端的对 2 和对 3 将在另一端反转，一端为 T568-A 的排序，另一端为 T568-B 的排序【和直通线的主要区别】
被认为是 "垂直" 布线 / 主干的一部分
可以用来
- 连接两个或多个集线器或开关【堆叠技术：用交叉线来两个交换机 (将两个交换机合成为一个交换机进行使用) 或者两个 hubs，2 个 8 口交换机，通过一根线连接，则有 14 个端口】
- 连接两个独立的工作站以创建小型
主要用来连接相同的设备，相同的 PC 之间的连接

# 介质和信号问题

# 信号和通讯问题

物理层的传播是有损耗的

传播 Propagation【都可以广义地理解为电磁波】
- 传播时间；速度取决于介质
- 随着数据传输速率的增加，有时必须考虑信号传输所需的时间。
- 不同介质传播时间是不同的
衰减 Attenuation
- 由于 ** 周围环境 (surroundings)** 造成的远距离信号丢失
- 会影响网络，因为它限制了可以通过其发送消息的网络布线的长度
- 在有限长度下进行传输