• 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质
  • 物理层主要任务：确定与传输媒体接口有关的一些特性——>确定标准
    • 机械特性
      • 定义物理连接特性，规定物理连接时所采用的规格、接口标准，引线数目、引脚数量 和 排列情况
    • 电气特性
      • 规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率、距离限制等
    • 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
    • 规程特性（过程特性）
      • 定义各物理线路的工作规程和时序关系

数据通信

典型的数据通信模型
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  • 数据通信相关术语
    • 通信的目的是传送消息
    • 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：接受数据的终点
    • 信道：信号传输的媒介。
      • 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接收信道
      • 分类：
        • 按传输信号分：模拟信道、数字信道
        • 按传输媒介分：无线信道、有线信道
  • 三种通信方式
    • 单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，只需要一条信道
    • 半双工通信：通信双方都可以发送或接受信息，但任何一方都不能同时发送和接受，需要两条信道
    • 全双工通信：通信双方可以同时发送和接受，需要两条信道
  • 两种数据传输方式

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码元、波特、速率、带宽

  • 码元：指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。
    • 这个时长内的信号成为 k进制码元，而该时长称为码元宽度。
    • 当码元是离散状态有m个时(m > 1)，此时码元位m进制码元

第二章 物理层 - 图3

  • 速率(数据率)：指数据传输速率，表示单位时间的传输的数据量
    • 码元传输速率(码元速率/波形速率/调制速率/符号速率)
      • 单位时间内数字通信系统传输的码元个数(也可称为脉冲个数或信号变化的次数)，单位是波特(Baud) = 1码元/s
      • 1个波特表示数字通信系统每秒传输一个码元。码元速率与码元进制数无关
    • 信息传输速率(信息速率/比特率)
      • 单位时间内数字通信系统传输的二进制码元个数
    • 假设一个码元携带 n bit的信息量，M baud的码元传输速率，则信息传输速率为(M x n) bit/s
      • 二进制携带1bit
      • 四进制携带lb4 = 2bit
      • 八进制携带lb8 = 4bit
  • 带宽：单位时间从网络的某一点到另一点所能通过的“最高数据率”
    • 常用来表示网络的通信线路所能传输数据的能力，单位是b/s

奈氏准则和香农定理

  • 失真
    • 影响失真的因素
      • 码元传输速率
      • 信号传输距离
      • 噪声干扰
        • 信噪比 = 信号平均功率/ 噪声平均功率，常记为S/N。当以分贝(dB)为计量单位时，公式如下
        • 信噪比(dB) = 10lg(S/N)
      • 传输媒体质量
    • 失真现象
      • 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：在理想低通条件下(无噪声、宽带受限)，规定极限码元传输速率为2W Baud
    • W是信道带宽，单位Hz
    • 目的：为了解决码间串扰的问题(内忧)
  • 香农定理：在宽带受限且有噪声的情况下，规定信道的极限数据传输速率 = W lb(1 + S/N) （b/s）
    • 目的：为了解决噪声的问题(外患)

编码与调制

  • 信道上传送的的两种信号
    • 基带信号：将数字0和1直接用两种不同电压表示，再送到数字信道上去传输
      • 来自信源的信号
      • 基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号
      • 适合近距离传输
    • 宽带信号：将基带信号进行调制后，形成的频分复用模拟信号，再传送到模拟信道上去传输
      • 适合远距离传输

物理层传输介质

  • 传输介质（传输媒介/传输媒体）：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
    • 导向传输介质
      • 双绞线
        • 屏蔽双绞线
        • 非屏蔽双绞线
      • 同轴电缆
      • 光纤
        • 多模光纤
        • 单模光纤
    • 非导向传输介质
      • 无线电波
      • 微波
        • 地面微波接力通信
        • 卫星通信
      • 红外线、激光

        传输媒介不是物理层。 传输媒介在物理层的下面，因为物理层称为体系结构的第一层，因此有时称传输媒体为0层。 传输媒介并不知道传输的信号代表什么意思，由于物理层规定了电气特性，所以能识别所传送的比特流

导向传输介质

非导向传输介质

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物理层设备

中继器

  • 功能：对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增加信号传输的距离，延长网络长度
  • 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络的互连，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，也可连不同媒体
    • 中继器两端的网段一定要是同一协议。
  • 5-4-3规则：不超过五个网段，不超过四个物理层网络设备（中继器/集线器），不超过三个段可以连计算机

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集线器（多口中断器）

  • 集线器功能：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（除输入设备外）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输能力，是一个共享式设备