计算机网络 | 2.物理层
物理层内容全部为通信原理的内容
1.物理层的基本概念
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。 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。
- 机械特性：例接口特性形状、大小、引线数目等
- 电气特性：例规定电压范围（-5V到+5V）
- 功能特性：例规定-5V表示0，+5V表示1
- 过程特性：也称规程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤
2.数据通信的基础知识
（1）典型的数据通信模型：
（2）相关术语
通信的目的是传送消息。
- 数据(data)————运送消息的实体。
- 信号(signal)————传输的电气的或电磁的表现。
- “模拟信号”————代表消息的参数的取值是连续的。
- “数字信号”————代表消息的参数的取值是连续的。
- 码元(code)————在使用时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就成为码元。
- 单项通信(单工通信)————只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。（电视台、广播）
- 双向交替通信(半双工通信)————通信双方都可以发送消息，但不同双方同时发送。（对讲机）
- 双向同时通信(全双工通信)————通信双方可以同时发送和接受消息。（电话）
- 基带信号(基本频带信号)————来自信源的信号。（比如语音为4K）
- 带通信号————把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高的频段以便在信道中传输。（即仅在一段频率范围内能够进行通信）
- 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。
- 单极性不归零码
- 双极性不归零码
- 单极性归零码
- 双极性归零码
- 奈奎斯特准则：在假定的理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。(任何信道中，码元传输的速率都是有上限的)
理想低通信道的最高码元传输速率=2WBaud.其中，W是理想低通信道的带宽，Baud是码元传输速率的单位。 - 信噪比————香农
信道的极限信息传输速率C可表示为：
C=Wlog2(1+S/N)Wlog2(1+S/N)b/s
其中，W为信道的带宽（以Hz为单位） S为信道内所传信号的平均功率 N为信道内部的高斯噪声功率 * 码元传输速率受奈式准则的限制，作用于发送器及接收器之间；而信息传输速率受香农公式的限制，作用于输入数据和输出数据之间（发送器前和接收器后）。
3.物理层下面的传输媒体
（1）导向传输媒体（电磁波沿着固体媒体传播）
- 双绞线
- 同轴电缆
- 光缆（光纤，单模和多模）
（2）非导向传输媒体（自由空间）
- 短波通信（靠电离层反射，通信质量较差）
- 微波（主要是直线传播，地球是圆的，故需要多个塔）
（3）物理层设备————集线器
它在网络中只起到信号放大和重发的作用，其目的是扩大网络的传输范围，而不具备信号的定向传输能力。 最大传输距离：100m.
4.信道复用技术
复用是通信技术种的基本概念。（不详细介绍，详细了解请阅读通信原理）
（1）频分复用技术FDM
所有用户在相同的时间占用不同的带宽资源。
（2）时分复用技术TDM
将时间划分为一段段等长的时分复用帧，每一个时分复用的用户在每一个TMD帧中占用固定序号的时隙，每一个用户所占用的时隙周期性地出现。（时分复用的所有用户是在不同的时间占用相同的频带宽度）
（3）码分复用技术CDMA
常用的是码分多址CDMA。
不同用户使用特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。码型为正交码（方便解码），通信原理中介绍的两种常用码型为瑞德麦彻码和沃尔什码，此外需要熟悉m序列的产生与性质。
5.宽带接入技术
（1）xDSL
用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造
打电话的语音信号的频率通常在4K以内，而电话线可通过超过1MHz的频率，故把低频留给电话使用，高频接入Internet网，具体划分为上行（上传）和下行（下载）。
（2）光纤同轴混合网HFC
通过改造有线电视连接到Internet。
（3）FTTx技术
- 光纤到家FTTH：光纤一直铺设到用户家庭。
- 光纤到大楼FTTB：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各个用户。
- 光纤到路边FTTC:从路边到各个用户可使用星型结构双绞线作为传输媒体。