物理层

定义：怎样在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是具体的传输媒体
主要任务：
基本概念
- 数据：
- 信号：
  - 模拟信号：
  - 数字信号：
通信基本知识
物理层传输媒体（介质）
- 中继器
- 集线器（多口中继器）
信道复用技术
宽带接入技术

物理层 - 图1

定义：怎样在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，而不是具体的传输媒体

主要任务：

机械特性：

接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置等。平时常见的各种规格的接插件都有严格的标准化的规定

电气特性：

指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围
某网络在物理层规定，信号的电平用+10V~+15V表示二进制0，用-10V~-15V表示二进制1.电线长度15m以内

功能特性：

在某条线上出现的某一电平的电压的意义
描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义

过程特性（规程特性）：

对于不同功能的各种可能事件的出现顺序

数据通信的模型
物理层 - 图2

基本概念

数据：

运送消息的实体，是使用特定方式表示的信息，通常是有意义的符号序列

信号：

数据的电气或电磁的表现

模拟信号：

代表消息的参数取值是连续的

数字信号：

消息的参数的取值是离散的。在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形就称为码元。

通信基本知识

信道：表示向一个方向传输信息的媒体，“向量”

按传输信号分类：数字信道、模拟信道
按传输介质分类：有限信道、无限信道

通信方式：

单向通信（单工通信）
双向交替通信（半双工通信）
双向同时通信（全双工通信）

码元：

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。这个固定时长的信号称为K进制码元，固定市场称为码元长度。当码元的离散状态有M个时（M大于2），此码元称为M进制码元。
1码元可以携带多个比特的信息量。在使用二进制编码时，只有两种不同的码元，一种代表0，一种代表1状态。
例如：4进制码元-码元的离散状态有四种，00、01、10、11，即每个码元表示2比特的信息量

速率:

码元传输速率

码元速率、波形速率、调制速率、符号速率。单位时间数字通信系统所传输的码元个数。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。码元传输速率与进制数无关

信息传输速率（比特率）

单位时间数字通信系统传输的二进制码元个数（比特数）
若一码元携带nbit的信息量，则M Baud的码元传输速率对应信息传输速率为M*n bit/s
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物理层 - 图4
信道上传送的信号
信号属于哪种，不是看此信号是数字信号还是模拟信号

基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，再送到数字信道上去传输（基带传输），来源于信源的信号，像计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号都属于基带信号。人说话的声波就是基带信号。
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（宽带传输）。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道以便在信道中传输。

在距离较近时，计算机网络采用基带传输方式
在距离较远时，计算机网络采用宽带传输方式

编码与调制：

来自信源的信号常称“基带信号”。但许多信道并不能直接传输这种低频或直流分量，必须对基带信号进行调制（modulation），进行调制的调制解调器，也常称“猫”。
数据————> 数字信号编码
数据————> 模拟信号调制
物理层 - 图5

编码方法

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前三种编码都无法同步，需要额外的信道传输时钟周期的时间，以便于接受端收到全1时，确认收到多少个1

归零编码（RZ）：每一个时钟周期（码元）内时电平归零
不归零编码（NRZ）：高1低零
反向不归零编码（NRZI）：信号电平反转表示0，不变表示1
曼彻斯特编码：将一个码元分为两个相等的间隔，前一个为低电平，后一个为高电平，表示码元1。码元0则相反。也可以采用相反的规定。这里一个码元内有两次跳变，第一次是在码元开始时，一次是码元中间。（一个时钟周期，有两次脉冲）。数据传输速率是码元传输速率的一半
差分曼彻斯特编码：同1异0（位开始边界有跳变代表0，位开始边界没有跳变代表1），针对于下一个码元。常用于局域网传输。
4B/5B编码

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调制方法

调幅
调频
调相
正交调幅调制：调幅+调相

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某通信链路的波特率1200Baud，采用4个相位，每个相位有4中振幅的QAM调制技术，则该链路的信息传输速率是多少？

模拟数据编码为数字信号

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奈式准则&香农定理

失真

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影响失真的因素：

码元传输速率
信号传输距离
噪声干扰
传输媒体质量

码间串扰：信号带宽过大，使接收端无法清晰识别出码元之间的界限
信道带宽：信道能通过的最高频率和最低频率之差。
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物理层传输媒体（介质）

导向型：电磁波被导向沿着固体媒介（铜线/光纤）传输
非导向型：自由空间：空气、真空、海水
物理层 - 图14
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