物理层
物理层
1.物理层接口特性
物理层解决如何在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是指具体的传输媒体，其主要任务是确定与传输媒体接口有关的一些特性
- 机械特性
定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况
- 电气特性
规定传输二进制时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等，例如一下数值内容
- 功能特性
指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途，例如描述一个物理层接口引脚处于高电平的含义
- 规程特性
定义各条物理线路的工作规程和时序关系
2.通信基础（一）
数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
信号：数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式
信源：产生和发送数据的源头
信宿：接收数据的重点
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介质，因此一条通信线路往往包含一条发送信道和一条接收信道
1.采用单工通信/半双工/全双工通信方式？
2.采用串行通信/并行通信方式？
3.采用同步通信/异步通信方式？
3.通信基础（二）
码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，二该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时（M大于2），此时码元为M进制码元。
速率也叫数据率，是指数据的传输速率，表示单位时间内传输的数据量。可以用码元传输速率和信息传输速率表示。
- 码元传输率
其别名为码元速率、波形速率、调制速率、符号速率等，它表示单位时间内数字通信系统所传输的码元个数（也可以称为脉冲个数或信号变化的次数），单位是波特（Baud）。1波特表示数字通信系统每秒传输一个码元
注：数字信号有多进制和二进制之分，但码元速率与进制数无关，至只与码元长度T有关
别名信息速率、比特率等，表示单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（即比特数），单位是比特/秒（b/s）
若一个码元携带n比特的信息量，则M Baud的码元传输速率所对应的信息传输速率为M×n bit/s
4.带宽
不同的领域中对于带宽是有着不同的解释的，
- 在模拟信号系统中
当输入的信号频率高或低到一定程度，使得系统的输出概功率成为输入功率的一半时，最高频率和最低频率之间的差值就代表了系统的通频带宽，其单位为赫兹(Hz)
- 在数字设备中
表示在单位时间内从网络的某一个点到另外一点所能通过的最高数据率/单位时间内通过链路的数量，常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力。单位是比特每秒（bps）
5.失真
- 失真情况
- 码间串扰
是指频率过快，接收端所接收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象，无法分清是0还是1，所以不能进行通过
6.奈氏准则（奈奎斯特定理）
为了解决码间串扰，提出了奈氏准则，它 是指在理想低通（无噪声，宽带受限）条件下，为了避免马建串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W是通信带宽，单位是Hz。
- 例题
7.香农定理
噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。由于噪声随机产生，它的瞬时值有时会很大，因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。但是噪声的影响是相对的，若信号较强，那么噪声相对影响比较小。因此，信噪比就很重要。
- 例题
8.两者对比
9.编码与调制
- 基带信号与宽带信号
10.六种编码类型
- 非归零编码（NRZ）
- 曼彻斯特编码
- 差分曼彻斯特编码
- 归零编码（RZ）
- 反向不归零编码（NRZI）
- 4B/5B编码
11.数字数据调制为模拟信号
数字数据调制技术在发送端将数字信号转化为模拟型信号，而在接收端将模拟信号还原为数字信号，分别对应于调制解调器的调制和解调过程
12.模拟数据编码为数字信号
在计算机内部处理的是二进制数据，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列（即实现了音频数字化）。这其中最典型的例子就是对音频信号进行编码的脉码调制（PCM），在计算机应用中，能够达到最高保真水平的就是PCM编码，被广泛用于材料保存以及音乐欣赏，CD、DVD以及我们常见的WAV文件中均有应用。它主要包括三步：抽样、量化、编码
13.模拟数据调制为模拟信号
为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率，这种调制方式还可以使用频分复用技术，成分利用带宽资源。在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式；模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。
14.数据交换方式
在数据传输期间，源结点与目的结点之间有一条由之间结点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，这条线路一直保持
特点：独占资源，用户始终占用端到端的固定传输带宽。适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况
报文是网络中交换与传输的数据单位，即站点一次性要发送的数据块，报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长短很不一致，长短不限并且可变
报文交换的原理：无需在两个站点之间建立一条专用通路，其数据传输的单位是报文，传送过程采用存储转发的方式
分组是指大多数计算机网络不能连续地传送任意长的数据，所以机上网络系统把数据分割成小块，然后逐块地发送吗，这种小块就称为分组
分组交换原理：分组交换与报文交换的工作方式基本相同，都采用存储转发方式，形式上的主要差别在于，分组交换网络中要限制所传输的数据单位的长度，一般是选128B。发送结点首先对从终端设备送来的数据报文进行接收、存储。而后将报文划分成一定长度的分组，并以分组为单位进行传输和交换。接收结点将收到的分组组装成的信息或报文
- 数据交换方式的选择
- 数据报方式
- 虚电路方式
- 数据报和虚电路对比
15.传输介质
传输介质也称传输媒体/传输媒介，它就是数据传输系统中在发送设备和接收设备之间的物理通路。
需要注意的是，传输媒体并不是物理层，传输媒体在物理层的下面，因为物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为第0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思，但物理层规定了电气特性，因此能够识别所传送的比特流
16.导向性传输介质
- 双绞线
双绞线是古老、又常用的传输介质，它由两根采用一定规则并排绞合的、相互绝缘的铜导线组成，其绞合可以减少对相邻导线的电磁干扰
- 同轴电缆
同轴电缆由道题铜质芯线、绝缘层、网状编制屏蔽层和塑料外层构成。按特性阻抗数值不认同，通常将同轴电缆分 为两类：50Ω同轴电缆和75Ω同轴电缆。其中，50Ω同轴电缆主要用于传送基带数字信号，又称为基带同轴电缆，它 在局域网中得到广泛应用；75Ω同轴电缆主要用于传送宽带信号，又称为宽带同轴电缆，它主要用于有线电视系统。
- 光纤
光纤通信就是利用光导纤维（光纤）传递光脉冲来进行通信。有光脉冲表示1无光脉冲表示0。对比频率，光纤通信系统的带宽远远大于目前其他各自传输媒体的带宽
光纤在发送端有光源，可以采用发光二极管或半导体激光器，它们在电脉冲作用下能产生出光脉冲；在接收端用光电 二极管做成光检测器，在检测到光脉冲时可还原出电脉冲。
光纤主要由纤芯和包层构成，光波通过纤芯进行传导，包层较纤芯有较低的折射率。当光线从高折射率的 介质射向低折射率的介质时，其折射角将大于入射角。因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光线碰到包 层时候就会折射回纤芯、这个过程不断重复，光也就沿着光纤传输下去。
特点：1.传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。 2.抗雷电和电磁干扰性能好。 3.无串音干扰，保密性好，也不易被窃听或截取数据。 4.体积小，重量轻。
17.非导向性传输介质
18.物理层设备
*诞生原因：由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时将照成失真，因此会导致接受错误。
*功能：对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据系统，以增加信号传输的距离，延长网络的长度
*中继器的两端：两端的网络部分是网段，而不是子网，适用于完全相同的两类网路的互连，且两个网段速率要相同。中继器只将任何电缆段上的数据发送到另一段电缆上，它仅作用于信号的电气部分，并不管数据中是 否有错误数据或不适于网段的数据。两端可连相同媒体，也可以连不同媒体。中继器两端的网段一定要是同一个协议
*5-4-3规则：网络标准中都对信号的延迟范围作了具体的规定，因而中继器只能在规定的范围内进行，否则会网络故障。
*功能：对信号进行再生放大转发，对衰减的信号进行放大，接着转发到其他所有（除输入端口外）处于工作 状态的端口上，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。不具备信号的定向传送能力，是一个共享式设备。
