物理层一致性测试(物理层一般会产生哪些故障)

导语：物理层（一）

一、物理层的基本概念

物理层是网络体系结构的最低层，它是网络体系结构上层各功能实现的基础。物理层的主要任务就是在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流。因此要确定与传输媒体的接口的一些特性。

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。（长什么样）

电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。（高有多高，低有多低）

功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压的意义。（干什么用）

过程特性 ：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。（时序）

二、相关术语：

数据 (data) ---运送信息的实体，通常是有意义的符号序列

信号 (signal)---数据的电气的或电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式

模拟信号/连续信号(analogous signal)---代表消息的参数的取值是连续的

数字信号/离散信号(digital signal)---代表消息的参数的取值是离散的

码元 (code)---在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形

信源---产生和发送数据的源头

信宿---接收数据的终点

信道---信号的传输媒介，一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体，因此一条通信链路包含一条发送信道和一条接收信道

单向通信（单工通信）——只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。

双向交替通信（半双工通信）——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送(当然也就不能同时接收)。

双向同时通信（全双工通信）——通信的双方可以同时发送和接收信息。

基带信号（基本频带信号）---来自信源的信号，可分为数字基带信号和模拟基带信号

基带信号往往包含有较多的低频成分，甚至有直流成分，不能在信道上传输。因此必须对基带信号进行调制(modulation)。调制分为基带调制与带通调制：

基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码 (coding)。

带通调制：使用载波 (carrier)进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。经过载波调制后的信号叫带通信号。

常见编码方式：

不归零制（NRZ，not return to zero）：正电平代表 1，负电平代表 0。

归零制（RZ,return to zero）：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。

曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义。

差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边界没有跳变代表 1。

不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫做没有自同步能力），而曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力。比如对于不归零制，如果连续的三个0在一起，由于每个0直接没有明显界限，接收端可能无法识别实际收到了几个0。

①最基本的二元制带通调制方法：

调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。

调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。

调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化。

②正交振幅调制 QAM (Quadrature Amplitude Modulation)：

在频率相同的前提下，将AM与PM结合起来，形成叠加信号。设波特率为B，采用m个相位，每个相位有n中振幅，则该QAM技术的数据传输率R为：

码元是指一个固定时长的信号波形，代表不同离散数值的基本波形，当码元的离散状态有M种时，此时的码元为M进制码元。一个码元可以携带多个比特的信息。M进制码元携带的信息量为：log2M。

图中不同的离散状态有2种，则该码元为二进制码元。

码元传输速率：单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（或者脉冲个数或信号变化次数），单位是波特（Baud）。若一个码元携带n比特的信息量，则M波特率的码元传输速率所对应的信息传输速率为Mn bit/s。

注：M进制码元携带的信息量为：log2M，证明：

M进制码元，有M种不同的离散状态，需要log2M个二进制数字来表示这M种离散状态，故携带的信息量为log2M。比如：对于二进制码元，只有两种离散状态，用一个二进制数字的0和1即可表示这两种状态，也就是1bit；对于四进制码元，有四种离散状态，用两个二进制数字的00、01、10、11即可表示这四种状态，也就是log24=2bit。（log2M:2为底数，M为真数）

本文有些内容引用的是《计算机网络计算》谢希仁第七版教材课件。限于个人水平，文中难免有错误的地方，欢迎大家批评指正。

本文内容由快快网络小悦创作整理编辑！