计算机网络 - 物理层

物理层（比特）

定义接口的标准：

1. 机械特性：定义物理连接的特性，规定接口形状、引线数目、引脚数量。
2. 电气特性：规定信号的电压范围、阻抗范围、传输速率距离等。
3. 功能特性：规定某一电平表示的具体含义。
4. 规程特性：规定物理线路的规程和时序关系。

数据通信

信号：

1. 数字信号：计算机可使用信号。离散，如码元。
2. 模拟信号：实际传输的信号。连续的。

通信方式（确定发送方和接收方）：

1. 单工通信：只可单向传输A—>B，需一条信道。
2. 半双工通信：可双向传输A<—>B，但同一时间只能一条信道工作，不可以双方同时发送接收。需两条信道。
3. 全双工通信：可双向传输A<—>B，且可一心二用，双方可同时接收和发送。需两条信道。

数据传输方式：

1. 串行传输：速度慢、效率低、便宜（适合远距离）
2. 并行传输：速度快、效率高、贵（适合近距离）
   

码元、波特、速率、带宽

码元：
码元是数字信号的计量单位，一个码元代表一个离散状态的电平。一个码元可以包含多个比特。

速率：

1. 码元传输速率：代表单位时间内传输的码元个数，单位是波特。1波特代表1波特每秒
2. 信息传输速率：代表单位时间内传输的比特个数。单位是比特每秒，当一个码元仅携带一个比特是，信息传输速率等于码元传输速率。

带宽：
最高理想速率。

通常来说系统传输的是比特流，因此信息传输速率是比较速率的标准

奈氏准则和香农定理（重点）

奈氏准则（理想的最高码元传输速率）：

由于码元传输速度过快导致信号失真，所以奈奎斯特推理出了在理想状态下，码元最高传输速率 = 2 × W（波特）。W是信道带宽HZ = Max频率 - Min频率 ，（仅在这里用HZ）
所以，理想条件下的极限信息传输速率 = 2W×每个波特带的比特数（b/s）。

香农定理（实际的最高信息传输速率）：

在实际状态中，噪声与信号成反比，信号越强噪声越弱，因此信噪比越高，速率越快。由于信噪比通常非常的大，所以通过取对数边分贝的方式方便计算。
信噪比: 1db = 10 × ${\log }_{10}(S/N)$
所以实际情况下，极限的信息传输速率 = W × ${\log }_2(1+S/N)$（b/s）。

注：香农定理的极限速度有课能比奈氏还高，实际问题取值更低那个

编码和调制

信道上传输的信号：

1. 基带信号：在数字信道上传输的信号（离散）
2. 宽带信号：在模拟信道上传输的信号（将基带信号调高频来适应环境衰减）（连续）

编码、调制：
将数据——》数字信号、离散的（编码）
将数据——》模拟信号、线性的（调制）

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数字数据（离散）编码——》数字信号：

• 曼切斯特编码：高电平从高到低，低电平从低到高。 “倒Z与Z”
  
• 差分曼切斯特编码：第一个按曼切斯特编码画，后续的所有起始电平根据规则跳动，规则是同1异0，高电平不变，低电平跳动。
  
• 非归零编码：正常高1低0
• 反向不归零编码：跳动规则同差分曼切斯特编码，舍去了在中间跳到的规则
• 归零编码：每次跳动之前都要恢复0位，每次的起始位就是高1低0

模拟数据（连续）编码——》数字信号

• 抽样：在连续的信号上抽样取点，这样就形成了离散的信号。注：抽样频率 ≥ 2倍信号最高频率
• 量化：将抽样取得的点按一定标准转化为对应的数值。
• 编码：把量化结果转化为二进制编码。

中继器、集线器（不能隔离冲突域和广播域）

中继器（再生数字信号）：

• 由于传输可能导致失真，所以在衰减到一定程度时对信号进行再生和还原就是中继器的功能
• 要求：两端要相接的同一网段且速率、协议相同。

集线器（再生信号）：

• 集线器是个广播，不能分隔冲突域。