计算机网络——物理层
物理层的基本概念：
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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。该层次的主要任务是：确定传输媒体的接口的一些特性，包括：
- 机械特性：接口的形状，大小，引线的数目
- 电气特性：规定电压范围（-5V到+5V）
- 功能特性：规定-5V代表0，+5V代表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
基础知识：
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数字信号，模拟信号
模拟信号代表消息的参数的取值是连续的（正弦波、余弦波）。
数字信号代表消息的参数的取值是离散的（0、1）。
码元
码元是指在使用时间域的波形表示数字信号时，代表的不同离散数值的基本波形。
0 10 1 01 01 01
该波形的 ‘0’或者‘1’就代表一个码元。该波形表示一个周期内只传输一比特的信号量（‘0’或者‘1’），称为二进制码元，而实际中，一码元可以传输 n 比特的信号量。
信道
信道一般指的就是发送消息的传输媒体。
- 单工通信：只能一方发送数据，一方接受数据（广播）。
- 半双工通信：双方都可以接受数据，发送数据，但是不能同时进行（对讲机）。
- 双工通信：双方可以同时接受数据和发送数据（打电话）。
基带信号，带通信号
基带信号：基本频带信号，指来自信源的信号，直接表达了要传输的信息。
带通信号：将基带信号通过调制后的信号，方便在信道中传输。
调制方法
将基带信号调制成带通信号的几种方法：（针对于远程传输模拟信号来说）
- 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。
数据编码
数据编码是将数字数据转换为数字信号，便于在信道上传输。（针对于近程传输数字信号来说）
- 单极性不归零码：只使用一个电压值，用高电平表示‘1’，没电压表示‘0’。
- 双极性不归零码：正电平和负电平分别表示二进制数据‘1’和‘0’，正负幅值相等。
- 单极性归零码：以高电平和零电平分别表示二进制‘1’和‘0’，而且在发送码‘1’时，高电平在整个码元期间T只持续一段时间r，其余时间返回零电平。
- 双极性归零码：正负零三个电平，信号本身携带同步信息。
- 曼彻斯特码：低到高跳变 为‘0’，高到低跳变 为‘1’。
- 差分曼彻斯特码：bit之间有信号跳变，表示下一个bit为‘0’，bit之间无信号跳变，表示下一个bit为‘1’。
奈式准则
理想状态下（即忽略噪声），在任何信道中，码元的传输速率是有一定的上限值，否则就会出现码间串扰。
香农定理
在正常状态下，信道的极限传输速率 c 可以表达为：
c为信道的极限传输速率，W为信道的带宽（Hz为单位），
S为信道中所传信号的平均速率，N为信道中高斯噪声功率，
S/N即为信噪比。
从公式能推断出，信道的信噪比越大，其极限传输速率就会越大。只要信息的传输速率低于信道的极限传输速率，就可以实现信息无差错传输。
数据通信的基本模型
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物理层的传输媒体
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导向传输媒体
- 双绞线：屏蔽双绞线，无屏蔽双绞线
- 同轴电缆：50Ω用于数字传输，多用于基带传输，也叫基带同轴电缆，70Ω用于模拟传输，即宽带同轴电缆。
- 光缆：单模光纤只能传输一种电磁波，多模光纤能传输多种电磁波。
非导向传输媒体
- 短波通信：靠电离层反射，通信质量一般比较差。
- 微波通信：主要是直线传播（地面微波接力通信、卫星通信）。
信道复用
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信道复用指的是在通信过程中可以共享信道的技术。
频分复用（FDM）
指的是用户在分配到一定的频带后，在通信过程中始终占用这个频带。即所有用户在同一时间占用不同的带宽资源。
发送端：
接收端：
时分复用（TDM）
将时间划分为一段等长的时分复用帧（TDM帧）。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期的出现。TDM信号也成为等时信号。
所有用户是在不同时间占用相同的频带宽度。
然而时分复用是不能保证信道的利用率的，例如下面的情况：
则出现了时分复用的改良版：
统计时分复用（STDM）
为了避免上述出现的情况，统计时分复用将每个信道过来的数据添加上标记，这样在接收端就可以分清哪个数据是哪个信道传过来的。
波分复用（WDM）
波分复用其实就是光的频分复用。
数字传输系统
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在广域网的连接中，目前有两种互不兼容的国际标准，北美的T1和欧洲的E1。
E1的速率为：2.048Mbit/s，T1的速率为：1.544Mbit/s。
当需要更高速率时，采用复用的方法。
宽带接入技术
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ADSL技术
非对称数字用户线，指的是，将电话通信放入低频信道，网络上的上传放在中频的上行信道，下载放在高频的下行信道，非对称指的就是中频的频率范围和高频的频率范围不是1:1的。
HFC技术
光纤同轴混合网，为了提高传输的可靠性和信号的质量，HFC将原来的同轴电缆的主干部分换成了光纤。光纤从头端连接到光纤结点，光信号转换成电信号，通过同轴电缆将电信号传输到各家各户中。为了能使电视机能够接受到数字电视信号，还需要机顶盒连接在电视个同轴电缆之间。在电脑和机顶盒之间连接一个调制解调器就能上网了。
FTTx技术
光纤到户技术，运营商拉一根光纤到指定用户家中，在用户家中光信号转化成电信号，提高上网速率。
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