计算机网络基础教程：物理层的相关原理和技术

计算机网络是以数据通信为目的的互联网，通讯的基础是在物理层实现的。物理层是计算机网络中最底层的一层，它负责传输二进制信号，在保证传输质量和容易实现的基础上完成数据通信目标。本文将深入研究物理层的相关原理和技术。

通讯媒介

通讯媒介是物理层工作的重要基础，通讯媒介分为有线和无线两个部分。

1. 有线通讯媒介

有线通讯媒介是指电缆和光缆这两种媒介。电缆通讯媒介又可以分为双绞线、同轴电缆和光纤。

• 双绞线

双绞线是一种最常见的有线通讯媒介之一，它是由一对或多对绝缘铜线紧密缠绕而成。由于双绞线的绝缘材料具有很好的耐电磁干扰能力，因此它是网络传输中应用最广泛的通讯媒介之一。

• 同轴电缆

同轴电缆是指一种以同心同轴方式构成的通讯线路，它的工作原理是利用电磁场效应在两个电极之间完成信号传输。同轴电缆的主要优点在于传输频率宽、传输距离远，适用于高速数据传输、卫星通信等领域。

• 光缆

光纤通讯媒介利用光的折射原理进行数据传输，由于它不易受外部干扰和摩擦损坏，因此是新一代网络系统中最可信和最安全的通讯媒介之一。

2. 无线通讯媒介

无线通讯媒介是指无线电波和红外线两类传输方式。

• 无线电波

无线电波长波，频率低，传输速度较慢，但无需线缆连接，适用于移动通讯系统、无线电广播和卫星通讯等领域。

• 红外线

红外线传输速度快，传输距离近，但需要建立被红外线遮挡的通讯通道，适用于个人设备间近距离传输和人体监控等领域。

常用的调制技术

调制技术是物理层通讯中的一个重要环节，它将数字信号转换为模拟信号，使之可以传播通过物理媒介传播。常见的调制技术有以下几类。

1. 传输距离短的调制技术

• 非调制

非调制是指数字信号直接通过电缆等物理媒介传输的方式，这种方式传输距离短，适用于相对固定的短距离通信。

• 脉冲编码调制

脉冲编码调制技术是将基础信号脉冲进行编码，通过将0和1按特定规律映射为相应的脉冲，达到传输数字信号的目的。

2. 传输距离长的调制技术

• 相位调制

相位调制技术是通过改变信号频率相位来传输信息。相位调制技术速度比较快，通信速率较高，但是信号干扰强，不易实现远距离传输。

• 频移键控调制

频移键控调制技术的基本特点是通过改变信号频率来实现数字信号的传输。这种调制技术传输速度较快，实现比较容易，并且干扰和误码率比较低，因此适用于通信距离长、速率高的通讯。

3. 电缆和光缆传输来的模拟信号

• 带通调制

带通调制技术是将基础的信号进行微调，使得信号的频带宽度保持恰当的大小，便于在信道中传输。带通调制技术通常应用于模拟信号传输中。

• 调幅

调幅是指将原本电流电压波形中的幅度进行调整来传输信息的技术手段，调幅技术广泛应用于模拟信号的传输和广播电台中的语音调制。

传输介质的容量

传输介质的容量是指在单位时间内所传输的数据容量大小，它的大小决定了传输速度和速率。通常，传输介质的容量可通过频带宽度、比特率和调制比等指标来衡量。因此，选择适当的传输介质容量对于保障传输质量和速度非常关键。

总结

物理层是计算机网络中最基础的一层，它的工作是将信号进行转换和传输，是网络传输的基础。本文对物理层通讯的媒介分类、调制技术和传输介质的容量等进行了详细介绍，并总结了物理层的相关知识。