linux网络编程流程图（嵌入式linux网络编程）

你真的了解网络物理层吗，本次主要给大家分享网络七层概念之物理层，

前边的章节已经给大家分享了链路层、网络层，后续章节会继续分享

传输层、应用层等，欢迎学习嵌入式网络编程的朋友关注、转载！

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物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指连接计算机的具体的物理设备或具体的传输媒体。物理层可使数据链路层只需要考虑如何完成本层协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么．用于物理层的协议也称为物理层规程（procedure）．物理层规程就是物理层协议．物理层的主要任务描述为确定与传输媒体的接口的一些特性。

3.1 物理层的基本概念

· 机械特性:

指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等等。

· 电气特性:

指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。采用非平衡型电气特性和平衡型电气特性 ； 传输速率：600，2400，4800，9600，48000bps；DTE 使用非平衡型电气特性和平衡型电气特性；

DCE 使用平衡型电气特性。

· 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，定义了 8 条功能线。

· 规程特性:

指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序，分成四个工作阶段: 空闲，呼叫控制，数据传送，清除。

3.2 物理层下面的传输媒体

传输的媒介参照 1.3.2 节。

3.3 网络常用术语

数据通信系统一般由数据传输设备、传输控制设备和传输控制规程及通信软件组成。

图 3-1 数据通信系统

  数据和信息

数据可分为模拟数据与数字数据两种。

· 模拟数据是指在某个区间产生连续的值，其电平随时间而连续变化。

· 数字数据在时间上是离散的，在幅值上是经过量化的，即数字数据是指离散的值。信息是对数据的解释， 数据只有经过处理并经过解释才有意义， 才能成为信息。

  信号

信号是数据在传输过程中的电信号的表示形式， 或称数据的电磁或电子编码。它分为模拟信号和数字信号两种。

在通信系统中， 模拟数据表示的信号称作模拟信号， 模拟信号是在一定的数值范围内可以连续取值的信号，是一种连续变化的电信号。

图 3-2 模拟信号

由数字数据表示的信号称作数字信号，数字信号是一种离散的脉冲序列。

图 3-3 数字信号

  信道

信道是传送信号的一条通路，在通信系统中，各种信号都要通过信道从一个端点传至另一个端点， 因此，也可以将信道理解为电信号的传输媒介。

信道和电路并不等同。信道一般都是用来表示向某一个方向传送信息的媒体，因此，一条通信电路 至少包含一条发送信道和（或）一条接收信道。

无线信道也就是常说的无线的"频段（Channel）"，其是以无 线信号作为传输媒体的数据信号传送通道。

目前主流的无线协议都是由IEEE（美国电气电工协会）所制定，在IEEE认定的三种无线标准IEEE802.11b、IEEE802.11g、IEEE802.11a中，其信道数是有差别的。常用的IEEE802.11b/g工作在2.4～2.4835GHz频段，这些频段被分为11或13个信道。当在无线AP无线信号覆盖范围内有两个以上的AP时， 需要为每个AP设定不同的频段，以免共用信道发生冲突。而很多用户使用的无线设备的默认设置都是Channel为1，当两个以上的这样的无线AP设备相"遇"时冲突就在所难免。

· 带宽

带宽（ band width） 又叫频宽， 是指在固定的的时间可传输的资料数量， 亦即在传输管道中可以传递数据的能力。在数字设备中， 频宽通常以 bps 表示， 即每秒可传输之位数。在模拟设备中， 频宽通常以每秒传送周期或赫兹 (Hz)来表示。

在通讯和网络领域， 带宽的含义又与上述定义存在差异， 它指的是网络信号可使用的最高频率与最低频率之差、或者说是" 频带的宽度" ， 也就是所谓的"Bandwidth" 、" 信道带宽"——这也是最严谨的技术定义。

现在"带宽"是数字信道所能传送的"最高数据率"的同义语，单位是"比特每秒"，或 b/s(bit/s，bps)。

更常用的带宽单位是：

千比每秒，即 kb/s (10^3 b/s)

兆比每秒，即 Mb/s (10^6 b/s)

吉比每秒，即 Gb/s (10^9 b/s)

太比每秒，即 Tb/s (10^12 b/s)

请注意： 在计算机界， K=2^10 =1024, M=2^20, G=2^30, T=2^40，要分清场合。

描述带宽时常常把"比特/秒"省略。例如， 带宽是 1M， 实际上是 1Mb/s， 这里的 Mb 是指1024*1024 位，转换成字节就是(1024*1024)/8=131072 字节（Byte）=128KB/s。

· 数据传输

数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。

· 以模拟信号的形式在信道上传输数据称作模拟传输；

· 以数字信号的形式在信道上传输数据称作数字传输。调制解调器（Modem）实现数模信号之间的转换。

图 3-4 数字信号和模拟信号的转换

· 数据传输速率

数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一，在数值上等于每秒传输构成数据代码的二进制比特数，单位为比特/秒(bit/second)，记作 bps。在实际应用中，常用的数据传输速率单位有：

Kbps、Mbps 和 Gbps。

3.4 信息交互方式

信号在通信线路上传输是有方向的，根据数据在某一时间信息传输的方向和特点，线路通信方式可

分为单工通信、半双工通信和全双工通信。

· 单工通信

图 3-5 单工模式

在单工通信方式中，数据信号只能从一个站点传送到另一个站点，即信号只能向一个方向传输而没 有反方向的交互。发送器和接收器之间只有一条通道。

在单工通信中，为了保证传送信息的正确性，需要进行差错控制。传送的确认信号、请求重发信号等称为监视信号，因此，单工通信的线路一般是两线制。也就是说，单工通信需要附有一条控制信道， 用于传输监视信号。

· 半双工通信

在半双工通信方式中，通信双方都可以发送和接收信息，即信息可以双向传送。但在同一时刻，信 息只能向一个方向传送。也就是说通信双方不能同时收发数据，这样的传送方式就是半双工通信。

图 3-6 半双工模式

采用半双工通信方式时，通信系统每一端的发送器和接收器通过收/发开关转接到通信线路上，进行方向的切换。常用设备如：对讲机。

· 全双工通信

在全双工通信方式中，通信双方可以同时进行发送和接收信息，两个设备之间要求有两条性能对称 的传输信道。这种通信方式的信息传输量大，但要求传输通道以足够的带宽给予充分的支持。

和半双工相比，全双工效率高，但结构复杂，成本较高。

图 3-7 单工模式

3.5 数据的传输方式

数据传输是指用电信号把数据从发送端传送到接收端的过程。主要包括基带传输、频带传输和宽带 传输。

· 基带传输

传送数据时，以原封不动的形式，把信号送入线路，称为基带传输。

基带传输系统主要由码波形变换器、发送滤波器、 信道、接收滤波器和取样判决器等 5 个功能电路组成。

基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列， 为了使这种脉冲序列适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI 码或HDB3 码），有时还要进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。当信号经过信道时， 由于信道特性不理想及噪声的干扰， 使信号受到干扰而变形。在接收端为了减小噪声的影响， 首先使信号进入接收滤波器， 然后再经过均衡器， 校正由于信道特性（ 包括接收滤波器在内） 不理想而产生的波形失真或码间串扰。最后在取样定时脉冲到来时， 进行判决以恢复基带数字码脉冲。

· 频带传输

所谓频带传输是指把数字信号调制成能在公共电话线上传输的音频模拟信号后再发送和传输，到达 接收端后，再把音频信号解调成原来的数字信号的传输方式。

一种利用调制器对传输信号进行频率交换的传输方式， 信号调制的目的是为了更好的适应信号传输通道的频率特性， 传输信号经过调制处理也能克服基带传输同频带过宽的缺点， 提高线路的利用率， 一举两得。但是调制后的信号在接收端要解调还原， 所以传输的收发端需要专门的信号频率变换设备， 传输设备费用相应增加。远距离通信信道多为模拟信道， 例如， 传统的电话（ 电话信道） 只适用于传输音频范围（300-3400Hz） 的模拟信号， 不适用于直接传输频带很宽、但能量集中在低频段的数字基带信号。

频带传输就是先将基带信号变换（ 调制） 成便于在模拟信道中传输的、具有较高频率范围的模拟信号（称为频带信号），再将这种频带信号在模拟信道中传输。

计算机网络的远距离通信通常采用的是频带传输。

基带信号与频带信号的转换是由调制解调技术完成的。

· 宽带传输

将信道分成多个子信道， 分别传送音频、视频和数字信号， 称为宽带传输。宽带是比音频带宽更宽的频带， 它包括大部分电磁波频谱。使用这种宽频带传输的系统，称为宽带传输系统. 其通过借助频带传输， 可以将链路容量分解成两个或更多的信道， 每个信道可以携带不同的信号，这就是宽带传输。

宽带传输中的所有信道都可以同时发送信号。如 CATV、ISDN 等。传输的频带很宽在>=128kbps 宽带是传输模拟信号，数据传输速率范围为 0～400Mb／s，而通常使用的传输速率是 5Mb／s～10 Mb

／s。它可以容纳全部广播，并可进行高速数据传输。宽带传输系统多是模拟信号传输系统。现在常用于传输速率大于 1Mb/s 的广域网接入技术，如 DDN、ADSL 等。

一般说，宽带传输与基带传输相比有以下优点：

能在一个信道中传输声音、图像和数据信息，使系统具有多种用途；

一条宽带信道能划分为多条逻辑基带信道，实现多路复用，因此信道的容量大大增加；

宽带传输的距离比基带远，因为基带传输直接传送数字信号，传输的速率越高，能够传输的距离越短。

3.6 信道复用技术

"复用"是一种将若干个彼此独立的信号，合并为一个可在同一信道上同时传输的复合信号的方法。比如，传输的语音信号的频谱一般在 300~3400Hz 内，为了使若干个这种信号能在同一信道上传输，

可以把它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不致相互影响，并能在接收端彼此分离开来。

· 频分多路复用

频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输 1 路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各 路信号互不干扰（条件之一）。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义

上的频分复用（FDM）外，还有一种是正交频分复用（OFDM）。

图 3-8 频分多路复用技术

· 十分多路复用

时分复用（TDM，Time Division Multiplexing）就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片（简称时隙），并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用。 其优点是时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。时分复用技术与频分复用技术一样，有着非常广泛的应用，电话就是其中最经典的例子，此外时分复用技术在广电也同样取得了广泛地应用，如 SDH，ATM，IP 和 HFC 网络中 CM 与 CMTS 的通信都是利用了时分复用的技术。

图 3-9 时分多路复用技术

图 3-10 时分复用

时分复用可能会造成线路资源的浪费:

图 3-11 时分复用造成的资源浪费

· 统计时分多路复用(STDM)

图 3-12 TDM 和 STDM 的比较

图 3-13 TDM 和 STDM 的比较

· 波分复用(WDM)

通信是由光来运载信号进行传输的方式。在光通信领域，人们习惯按波长而不是按频率来命名。因 此，所谓的波分复用（WDM，Wavelength Division Multiplexing）其本质上也是频分复用而已。WDM 是在 1 根光纤上承载多个波长（信道）系统，将 1 根光纤转换为多条"虚拟"纤，当然每条虚拟纤独立工作在不同波长上，这样极大地提高了光纤的传输容量。由于 WDM 系统技术的经济性与有效性，使之成为当前光纤通信网络扩容的主要手段。波分复用技术作为一种系统概念，通常有 3 种复用方式，即 1310nm 和 1 550 nm 波长的波分复用、粗波分复用（CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing） 和密集波分复用（DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing）。

图 3-14 WDM

· 码分多址 CDMA(Code Division Multiple Access)

码分复用（CDM，Code Division Multiplexing）是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。例如在多址蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳 1 个用户进行通话，许多同时通话的用户，互相以信道来区分，这就是多址。移动通信系统是一个多信道同时工作的系统，具有广播和大面积覆盖的特点。在移动通信环境的电波覆盖区内，建立用户之间的无线信道连接，是无线多址接入方式，属于多址接入技术。 联通 CDMA（Code Division Multiple Access）就是码分复用的一种方式，称为码分多址，此外还有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和同步码分多址（SCDMA）。

各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。每一个比特时间划分为 m 个短的间隔,称为码片(chip)。码片序列(chip sequence) :每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。如发送比特 1，则发送自己的

mbit 码片序列。如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。例如，S 站的 8 bit 码的序列是

00011011。发送比特 1 时，就发送序列 00011011，发送比特 0 时，就发送序列 11100100。 S 站的码片序列：(–1 –1 –1 1 1 –1 1 1) 。

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