物理层基本概念
- 主要任务：确定和传输媒体接口有关的特性
- 机械特性：引脚数量，引线数目等情况
- 电器特性：传输速率、距离限制、电压范围
- 功能特性：电平表示何种意义
- 规程特性：不同功能的各种可能时间的工作规程和时序
- 目的：解决连接计算机的各种传输媒介上传输数据比特流的问题，不是具体的传输媒体
数据通信
调制解调器：猫，将数字信号转变成模拟信号
- 数据：传送信息的实体，有意义的符号序列
- 信号：数据的电气表现形式，在传输过程中的存在形式
- 三种通信方式：
- 单工通信：只有一个方向的信道，一条信道
- 半双工通信：双方都可以发送或者接受，两条信道，只能发送或接收
- 全双工信道：通信双方可以同时发送和接收，两条信道
- 两种数据传输方式：
- 串行传输：速度慢，费用低，远距离
- 并行传输：速度快，费用高，近距离（计算机内部）
速率、波特、带宽
- 速率：单位时间内传输的数据量，计算机内部传输到信道上的速率
- 码元传输速率：单位时间内数字通信系统传输的码元个数，单位是波特（Baud）
- 信息传输速率：单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数（比特数）
奈氏准则和香农定理
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影响失真程度的因素：
- 码元传输速率
- 信号传输距离
- 噪音干扰
- 传输媒体质量
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失真的现象：码间串扰：接收端收到的信号波形失去了码元之间清晰界限的现象
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奈氏准则:在理性低通条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W Baud，W是信道带宽，单位是Hz
理想低通信道下的极限数据传输速率=2Wlog2V (b/s)
V：进制，一个码元代表的变化数
W：信号带宽
- 任何信道，码元传输速率是有上限的，超过上限会有严重的码间串扰
- 信道的频带越宽，就可以有更高的速率进行码元的传输
- 奈氏准则给出了码元的传输速率，没由对信息传输速率给出限制
- 码元速率受到奈氏准则的限制，想要提高数据率，必须每个码元携带更多的比特信息量，采用更高进制的调制方法
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香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息数据传输速率有上限值
信道的极限数据传输速率=Wlog2（1+s/n） （b/s）
奈氏准则 香农定理 条件 低通无噪声 低通有噪声 结果 码元传输速率 比特传输速率 公式 Wlog2V Wlog2(1+S/N)
调制与编码
- 信道：信号传输的媒介
- 信道上的信号：
- 基带信号：数字信道
- 宽带信号：模拟信道
数字数据编码为数字信号
- 非归零码(NRZ)：难以保持同步
- 归零编码(RZ)：信号电平一个码元内需要恢复到零的编码方式，低电平较多
- 曼彻斯特编码：将一个码元分为两个部分，前一个部分为0，后一个部分为1，这个码元代表1；反之亦然。频带利用率=50%
- 差分曼彻斯特编码：码元边界代表0或者1，边界不同为0，边界相同为1。实现自同步，抗干扰能力比曼彻斯特强
数字数据调制为模拟信号
- 2ASK
- 2PSK
- 2FSK
模拟数据编码为数字信号
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PCM：脉冲编码调制
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抽样：对模拟信号周期性扫描，时间上的连续信号变成时间上离散的信号
采样定理：f(采样频率>=2f信号最高频率)
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量化：把抽样取得的电平量化成对应的数字值，并取整数
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编码：将量化结果转换为对应的二进制编码
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模拟数据调制为模拟信号
- 频分复用
- 时分复用
传输介质
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传输介质：是数据传输系统中发送设备和接收设备的物理链路
传输媒介不是物理层
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传输介质
- 导向性传输媒介：双绞线，固定线路
- 非导向性传输介质：自由空间，没有固定线路
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导向性传输介质--双绞线
- 两个采用一定规则的并排绞合，绞线可以减少相邻导线的电磁干扰
- 导向性传输介质--同轴电缆
- 外层屏蔽层，绝缘保护套层，绝缘体，内导体
- 导向性传输介质--光纤
- 传递光脉冲，带宽很大
- 非导向性传输介质
- 无线电波：信号所有方向传播
- 微波：信号沿着固定方向传播
- 红外线：信号沿着固定方向传播
物理层设备
- 中继器：由于功耗存在
- 功能：对信号再生和还原，对衰减放大（再生数字信号）
- 两端：网段，不是子网
- 集线器（多口中继器）
- 再生，放大
- 转发到所有其他地方，不具备定向传送设备，共享型设备
- 不能分割冲突域
