《计算机网络原理》（谢希仁）笔记——第二章
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第二章：物理层（主要知识点为数据通讯专业的内容 和计算机网络关系不大 但需掌握）
2.1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：确定与传输媒体的接口的一些特性
机械特性
电气特性
功能特性
过程特性（规程特性）
2.2数据通信的基础知识
典型的数据通信模型：
（输入文字）PC机（数字比特流）调制解调器（模拟信号）公用电话网（模拟信号）调制解调器（数字比特流）PC机（显示汉字）
源系统——传输系统——目的系统
源点——发送器——传输系统——接收器——终点
术语：
通信的目的是传送消息
数据：运送消息的实体，有意义的数据为消息
信号：数据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离散的
码元：若一段时间内的波形代表信号，其基本波形就称作码元
1码元可以携带nbit的信息
信道：一般表示向一个方向传送信息的媒体，平常的通信线路往往包含一条发送信息的信道和一条接收信息的信道
单向信道（单工通信）：——只有一个方向的通信而没有反方向的交互（比如广播）计算机一般很少有单工通信。
双向交替通信（半双工通信）：——通信的双方都可以发送信息，但不能双方同时发送或者同时接收（比如对讲机）
双向同时通信（全双工通信）：——通信的双方可以同时发送和接收信息
基带信号（即基本频带信号）：——来自信源的信号（比如计算机输出的代表各种文字或图像文件的数据信号）
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通过的信道）
传输距离较近时，计算机网络为采用基带传输方式——在近距离范围内衰减不大，信号内容不会发生变化（比如衰减到监视器，打印机等外设的信号）
几种最基本的调制方法
调幅：波形有变化为1，无变化为0
调频：波形高频为1，低频为0
调相：正弦余弦波形其一为1，另一为0
常用编码：
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
曼彻斯特编码：低——高为0 高——低为1
一个时钟周期只可表示一个bit，并且必须通过两次采样，它能携带时钟信号，且可以表示没有数据传输
差分曼彻斯特编码：bit中间有信号跳变，bit之间也有信号跳变为0
bit中间有信号跳变，bit之间没有信号跳变为1
差分曼彻斯特编码与曼彻斯特编码相同，但抗干扰性能强于曼彻斯特编码
奈氏准则：理想低通信道的最高码元传输速率= 2WBaud
W是理想低通信道的带宽，单位为HZ
Baud是波特，是码元传输速率的单位
奈氏准则给出了在理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传呼速率的上限值
在任何信道中，码元传输的速率不可能无限增大，否则会出现码间串扰的问题，使接收端无法识别码元
波特与bit的区别：如果一个码元含有3个bit信息量 则：1波特=3bit/s
香农推出：有干扰时（高斯白噪声）信道的极限信息传输速率C课表示为：C=Wlog2(1+S/N) b/s
W为信道的带宽（单位Hz）
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
实际中N不可能无限小
发送器到接收器之间码元传输速率受奈氏准则限制
源点到终点之间信息传输速率受香农公式的限制
2.3物理层下面的传输媒体
导向传输媒体：
导向传输媒体中，电磁波沿着固体媒体传播
双绞线：
同轴电缆：
光缆（可弯不可折）：当入射角足够大，则进行全反射，光纤利用全反射实现传输信号
单模光纤：只能传输一种电磁波模式，直径细，传播特性好，有线电视网络中使用的光纤全是单模光纤
多模光纤：可以传输多个电磁波模式，直径粗，通过入射角的不同，同时传递不同信号
非导向传输媒体：
非导向传输媒体就是指自由空间，其中的电磁波传输被称为无线传输
无线传输使用的频段很广
短波通信主要是靠电离层的反射，但短波信道的通信质量较差
微波在空间主要是直线传播：地面微波接力通信和卫星通信
物理层设备——集线器（hub）（现用交换器代替）：在网络中只起到信号放大和重发作用，目的是扩大网络的传输范围，不具备信号的定向传送能力
最大传输距离：100m
集线器是一个大的冲突域：（同一时刻只允许单向单信道通信即半双工 不能同时收发 即占线）：不安全，
2.4信道复用技术
复用：共享信道
频分复用：一个用户一个频率
波有相互之间不干扰的特点
时分复用（TDM）：每一个用户在主干周一相同的顺序周期性的传递数据
可能会造成资源浪费
统计时分复用：加了标记的时分复用
解决了时分复用可能造成资源浪费的弊端
波分复用：光的频分复用
码分复用：（比如联通手机）
每个站（手机）被指派一个唯一的mbit码片序列
发送信号：若要发送比特1，则发送自己的mbit码片序列
若要发送比特0，则发送自己的码片序列的二进制反码
每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交
任何码片与自己的规格化内积都是1
只有同一电话卡的码片序列与叠加的发送信号做内机才能解析出自己电话卡的消息：
S(SX+TX)=S*SX+S*TX
S为S站的码片序列
Sx为S站的发送信号
Tx为T站的发送信号
(Sx+Tx）为总的发送信号
S*Tx一定为0 （不同码片序列规格化内积一定为0）
所以S站的码片序列与总的发送信号的规格化内积等于S站的码片序列与S站发送的信号Sx的规格化内积，即可以解析出自己的信号
缺点：手机数量越多，码片应分的越多
2.5数字传输系统（和电话相关）
脉码调制PCM体制最初是为了在电话局之间的中继线上传输多路的电话
由于历史原因，PCM有两个互不兼容的国际标准，北美24路的PCM（T1：1.544Mb/s），欧洲30路的PCM（E1：2.048Mb/s = 8000 * 8 * 32(平均每秒采样8000次，1波特为8bit，32路)），我国采用的是E1
2.6带宽接入技术
（1）xDSL:利用电线上网，就不用再单独铺一条上网线
非对称技术：下载的频率范围大（频率范围大，则用于频分复用），上传的频率范围小（广大网民上网时更多用于下载）
xDSL技术把0——4kHz低频频谱留给传统电话使用，而吧原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用
电话线——分离器——低频接电话，高频接猫，再接计算机
以前没有xDSL技术时，打电话和上网不能同时进行
（2）光纤同轴混合网HFC：也可以利用有线电视的同轴电缆上网
通过卫星信号接Internet
（3）FTTx：光纤到户，同一大楼的用户越多越划算