【计算机网络】第2章 物理层
目录
前言：
2.1 物理层的基本概念
2.2 数据通信的基础知识
2.2.1 数据通信系统的模型
2.2.2 有关信道的几个基本概念
2.2.3 信道的极限容量
2.3 物理层下面的传输媒体
2.3.1 导引型传输媒体
2.3.2 非导引型传输媒体
2.4 信道复用技术
2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用
2.4.2 波分复用WDM
2.4.3 码分复用
2.5 数字传输系统（了解）
☕☕2.6 宽带接入技术
2.6.1 ADSL技术（了解）
2.6.2 光纤同轴混合网（HFC网）（了解）
2.6.3 FTTx技术（重点）
结尾
前言：
前面介绍了 绪论 的部分以后，现在就来到了这本书的核心内容之一：物理层。在本章中，最重要的任务是：
- 物理层的任务。
- 几种常用的信道复用技术。
- 几种常用的宽带接入技术，重点是 FTTx 。
2.1 物理层的基本概念
ps：
作为物理层，是我们网络体系架构的最底层。也就是说，所有的数字信号 转变为 模拟型号 都需要通过这些物理介质来进行传输 才能到达接收端。
物理层考虑的是 怎样才能 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。
物理层的作用是 要尽可能地屏蔽掉不同传输媒体 和通信手段的差异。 物理层所涉及到的相关的协议 也常称为物理层规程 。
ps：
传输媒体 具体指的是 双绞线、光纤、无线网络、同轴电缆 等等；物理层考虑的是怎么能够在这些不同的物理介质上 快速高效地把 数据（数字信号、模拟信号）能够传输到接收端，而不是考虑这些传输介质。
1.物理层的主要任务：确定与传输媒体的接口的一些特性。
ps：
既然每一层都有自己相关的协议，那么就要规定好 这一层要干什么；而物理层的协议 就是规定与传输媒体的接口的一些特性。
机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引线数目和排列、固定和锁定装置等。
电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。
ps：
机械特性：比如说 网络中用到的双绞线 有一定的标准，而这个标准 需要用到水晶头，而水晶头的形状大小、里面用到的线序是什么样的等等 都已经设计好了，就统一了这个接口，这个插线的标准；这样就规定了它的机械特性是什么。
电气特性：说白了就是指 比如说 在这条线路中 的电压的范围，电压只能在这个范围之内。
功能特性：比如说 电压当中的-5V代表的是发送数据信号0，+5V代表的是发送数据信号1；这就是 功能特性，规定了什么样的电压代表了什么意思。
过程特性：在物理线路当中，数据发送是串行发送的，即一个信号一个信号发的；不是想在计算机当中 并行发送的，一下发送8bit 。一个一个发就会有先后顺序。
比如说 在发送数据之前，应该先发送一个 “准备好了” 的信号，这个“准备好了”的信号就在发送数据之前，接着就要发送数据，发送好了以后还要发送一个结束信号，那么结束信号就应该在所有数据发送完了之后。
【说明】物理层的协议主要使用来确定 以上的四个特性，当然 这一章的内容不会涉及到里面 特别细节的东西，只会介绍一些基本的原理和方法，特别细节的东西暂时不会研究。
2.物理层数据传输方式
数据在计算机内部 多采用并行传输方式（如CPU），但数据在物理电路（传输媒体）上的传输方式 一般都是串行传输，即逐个比特按照时间顺序传输，因此物理层还要完成 传输方式的转换，把计算机 并行的数据 怎么通过物理层一个一个传输，然后物理层的线路传输到接收端以后，接收端怎么把串行接收到的数据 变成并行的数据，然后发送给计算机进行处理。
【注意】CPU有一个特别重要的指标 就是字长，比如说 字长是64位的，就表示CPU一次性可以处理64位二进制数。
ps：
【说明】不用并行方式的原因：造价比较高。
举个例子，如果说 一根光纤传送一个bit，要想传送8个bit，就要并排装上8个光纤，而这样做造价太高了，施工难度也会比较大。
2.2 数据通信的基础知识
ps：
数据通信 专门有这个学科，由于这个和 计算机网络，尤其是 物理层底层的数据传输之间有很大密切的关系，所以需要个大家做一个简要的介绍。
2.2.1 数据通信系统的模型
一个数据通信系统包括三大部分：源系统（或发送端、发送方）、传输系统（或传输网络）和目的系统（或接收端、接收方）。
【注意】调制解调器：调制 就是把数字信号（01......）变成模拟信号（正弦、余弦等），解调 就是把模拟信号 还原成 数字信号。
下面来着重介绍一下 数据通信系统模型 的部分：
1.源系统一般包括以下两个部分
（1）源点：又称为源站或信源（发送端，这一端可以是 计算机上面要发送的语言、图片、视频等等），源点设备产生要传输的数据。
（2）发送器：典型的就是调制解调器，主要作用就是 数字信号与模拟信号的相互转换（数字变成模拟叫做调制，模拟变成数字叫做解调）。
2.目的系统一般包括以下两个部分
（1）接收器：典型的就是调制解调器（这也很正常，比如 一台电脑发送信息的时候就是发送端，接收信息的时候就是接收端，接收端和发送端其实是相对的），接收传输系统传送过来的信号，并把它转换为能够被目的设备处理的信息。
（2）终点：就是接收端，把接收到的 数字信号在计算机里面呈现出想要的图形、图片、视频、音频等等。
在源系统和目的系统之间的传输系统可以是简单的传输线（比如说 两台电脑用一根网线连起来，或者说 通过局域网来连接），也可以是连接在源系统和目的系统之间的复杂网络系统（比如说 上面的那个图）。
3.常用术语：
数据 (data) —— 运送消息的实体。
信号 (signal) —— 数据的电气的或电磁的表现。
模拟信号 (analogous signal) —— 代表消息的参数的取值是连续的（比如说 正弦余弦信号）。
数字信号 (digital signal) —— 代表消息的参数的取值是离散的。（比如说 01信号）。
码元 (code) —— 在使用时间域（或简称为时域）的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。
ps：
数据：可以这样理解，数据 是 信息和消息的 一个载体。
举个例子，写一个19，那么19就是一个数据，但是它表示的具体信息我们不知道，而19cm表示长度是19厘米，这是我们知道的，19cm就是一个信息。数据是承载信息、运送信息的一个载体。
又比如说，在计算机里面，大家在电脑里面看到的图片、视频，就是 信息，为了呈现这个信息，有大量的二进制给转换出来的。
信号：比如说 +5V就会出现一个高压，-5V就会出现一个低压；比如说 这个地方有磁性就代表1，没有磁性就代表0。说白了 就是代表的数据，根据信号的不同来表现出不同的数据来。
码元：
2.2.2 有关信道的几个基本概念
1.基本概念
信道：一般用来表示向某一个方向传送信息的媒体。
单向通信（单工通信）：只能有一个方向的通信而没有反方向的交互。
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(当然也就不能同时接收)。
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。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。
基带调制：仅对基带信号的波形进行变换，使它能够与信道特性相适应。变换后的信号仍然是基带信号。把这种过程称为编码 。
带通调制：使用载波进行调制，把基带信号的频率范围搬移到较高的频段，并转换为模拟信号，这样就能够更好地在模拟信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道） 。
带通信号 ：经过载波调制后的（模拟）信号。
ps：
信道：比如说 从A到B发送数据 所建立的一条物理线路（可以是光纤，wife，同轴电缆、双绞线等等）。
单向通信：比如说 喇叭、收音机（只能听）。
双向交替通信：比如说 对讲机。
双向同时通信（全双工通信）：比如说 电话。
基带调制：比如说 都代表的是010101的意思，但是可以用波形是不一样的来表示；就像“沉鱼又帅又好看”，这句话，可以用不同国家的话来表示这个意思。
带通调制：把 数字信号 变成 模拟信号。所用的技术：载波技术。
2.常用数字信号编码方式（讲的就是 前面的基带调制）
不归零制：正电平代表 1，负电平代表 0。
归零制：正脉冲代表 1，负脉冲代表 0。
曼彻斯特编码：位周期中心的向上跳变代表 0，位周期中心的向下跳变代表 1。但也可反过来定义。
差分曼彻斯特编码：在每一位的中心处始终都有跳变。位开始边界有跳变代表 0，而位开始边界没有跳变代表 1。
ps：
不归零制：不归零制 的意思是 一个脉冲最后的信号不一定要归零。
归零制：归零制 的意思是 一个脉冲最后的信号肯定要归零。
曼彻斯特编码：跳变的方向是与原来的 相反的。
差分曼彻斯特编码：曼彻斯特编码的一个改进、变换。
如果下一个发送的是0，那么就应该跳一下，和前一个结束的方向相反（一半周期跳转）。若果下一个发送的是1，那么就和前一个结束的方向保持一致（一半周期跳转）。
【说明】
频率：大家就可以认为是 跳转的次数，比如说 上面的 不归零制的频率是5，曼彻斯特的频率是16等。
从信号波形中可以看出，曼彻斯特 编码和差分曼彻斯特编码产生的信号频率比不归零制高。
从自同步能力来看，不归零制不能从信号波形本身中提取信号时钟频率（这叫作没有自同步能力），而曼彻斯特编码和差分曼彻斯特编码具有自同步能力（说白了就是 是否可以让接收方推断多长时间发送一个码元、多长时间发送一个二进制数）。
3.基本的带通调制方法
最基本的带通调制方法有以下几种：
调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化（有没有波形来表示01）。
调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化（通过波形变换的快慢来表示01）。
调相(PM) ：载波的初始相位随基带数字信号而变化（通过变换相位来表示01）。
ps：
高中知识学过，y=Asin(wx+Ч)，
A越大，波峰就越高，波谷就越低，A就是振幅。表示的时候 就A=0带进去，没有波形；A=1带进去，就会有波形。
w指的就是频率，w越大，T就会越小，图像就会越挤。用“不挤”表示0（频率小），用“挤”表示1（频率大）
φ就是相位。当是0的时候，就是正常的图像；当是1的时候，和前面的波形在y轴的交点发生180度的转向，用这种跳变的阶段来表示1。即，如果第二个传输的数据和第一个不一样，那么就会进行一次跳转。
2.2.3 信道的极限容量
任何实际的信道都不是理想的，在传输信号时会产生各种失真以及带来多种干扰。
码元传输的速率越高，或信号传输的距离越远，或传输媒体质量越差，在信道的输出端的波形的失真就越严重。
ps：
比如说 信道周围的一些嘈杂的环境，或者是天气等等原因，会给信道带来一定的干扰。
失真：
传输的速率越高：比如说 有一个地方拥堵了，那么会出现前面的一个信号还没有到达，但是第二个信号又过来了，这两个信号就发生了重叠，重叠以后接收方就没有方法接收这两个信号。
传输的距离越远：光信号、电信号都有着随着距离的扩大而衰减的特性，那么距离越远，衰减的就越弱了，最后得到的信号就会失真越厉害。
传输媒体质量越差：比如说 在光纤、同轴电缆或双绞线等传输媒体周围有一些强磁场强电场，会干扰数据的信号，但数据经过时，可能会发生一些失真。
下面里实例来说明 数字信号通过实际的信道：
从概念上讲，限制码元在信道上的传输速率的因素有以下两个：
- 信道能够通过的频率范围。
- 信噪比。
ps：
简单解释一下 什么是 信道能够通过的频率范围和信噪比。
通过的频率范围：类似于 筛子一样，有一定的网眼的，大的石头过不去，小的石头过得去；信道是工作在一定频率范围之内的，在这个频率范围之内的信号是可以通过信道的，不在这个频率范围的信号通不过信道。
信噪比：指的是 实际传输的真正有用的信号 功率强度 和周围噪声的功率强度 的比，信噪比越强，信号强度越容易盖住噪声，越不容易失真。
（1）信道能够通过的频率范围
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则就会出现码间串扰（即码元间界限不清晰）的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
奈奎斯特 给出了在假定的理想条件下（指的是 周围没有噪声等干扰信号），为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。
如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量（即通过带宽的模拟数据）越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰（就像路一样 路越宽可以走的任何车辆就越多）。
ps：
码间串扰：比如说双绞线，双绞线是两根线扭搅在一起的（就是为了消除码间串扰）。
如果两根线是并排的，那么两根线周围的电场和磁场是相互干扰的，会导致其中的一条线路的电场或磁场会失真。
即：两个码元直接会有信号的干扰。
（2）信噪比
噪声存在于所有的电子设备和通信信道中。噪声是随机产生的，它的瞬时值有时会很大。因此噪声会使接收端对码元的判决产生错误。
但噪声的影响是相对的。如果信号相对较强，那么噪声的影响就相对较小。
信噪比就是信号的平均功率和噪声的平均功率之比。常记为 S/N，并用分贝 (dB) 作为度量单位。
【例】当 S/N = 10 时，信噪比为 10 dB，而当 S/N = 1000时，信噪比为 30 dB。
香农公式：
1984年，香农 (Shannon) 用信息论的理论推导出了带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道的极限、无差错的信息传输速率（香农公式）。
【说明】香农公式表明：
- 信道的带宽或信道中的信噪比越大，则信息的极限传输速率就越高。
- 只要信息传输速率低于信道的极限信息传输速率，就一定可以找到某种办法来实现无差错的传输（不失真）。
- 若信道带宽 W 或信噪比 S/N 没有上限（当然实际信道不可能是这样的），则信道的极限信息传输速率 C 也就没有上限。
- 实际信道上能够达到的信息传输速率要比香农的极限传输速率低不少（这个只是理论上的值，实际上还有周围环境的干扰、码间串扰等因素）。
- 对于频带宽度已确定（w固定）的信道，如果信噪比不能再提高了（可以推出S/N固定），并且码元传输速率也达到了上限值（C也固定了），则可用编码的方法让每一个码元携带更多比特的信息量。（比如说 1s可以通过一辆车，那么让这一辆车代表的数据更大一点，相当于这辆车原来是自行车，后来变成了小轿车，再变成大客车......）
【例】假定我们的基带信号是：101011000110111010...，如何通过编码提高传输速率？
- 将信号中的每3个比特编为一组，即101，011，000，110，...，111。3个比特共有8种不同的排列。
- 用不同的调制方法来表示这样的信号。例如，用8种不同的振幅，或8种不同的频率，或8种不同的相位进行调制。假定我们采用相位调制，用φ0表示000，φ1表示001，...，φ7表示111。
- 原来的18个码元的信号就转换为6个新的码元。
也就是说，若以同样的速率发送码元，则同样的时间所传送的信息量就提高了3倍。
2.3 物理层下面的传输媒体
这一个部分就会介绍到不同的传输的物理介质。
传输媒体也称为传输介质或传输媒介，它就是数据传输系统中在发送器和接收器之间的物理通路。
传输媒体可分为两大类：
- 导引型传输媒体（看得见摸得着）：在导引型传输媒体中，电磁波被导引沿着固体媒体（铜线或光纤）传播。
- 非导引型传输媒体（看不见摸不着）：非导引型传输媒体就是指自由空间。在非导引型传输媒体中，电磁波的传输常称为无线传输。
电信领域使用的电磁波的频谱：
2.3.1 导引型传输媒体
1.双绞线（双纽线）
现在的网线就是用于双绞线的结构，但是双绞线并不是只用于网线，早期的电话线路也是用了双绞线的结构。
双绞线是最古老和最常用的传输媒体，它是把两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法 绞合 起来的。绞合可减少对相邻导线的电磁干扰。
模拟传输和数字传输都可以使用双绞线，其通信距离一般为几到十几公里（这是早期的时候，用双绞线作为电话连接线传输语音信号的时候可以传输几到十几公里），再长的传输距离需要放大器或中继器。
导线越粗，其通信距离越远，但导线的价格越高。而到了现在，导线一般常用的有1类线到7类线，1类到7类，线越往后越粗，通信距离越远。
（1）双绞线分类
屏蔽双绞线STP：在双绞线的外面再加上一层用金属丝编织成的屏蔽层，提高双绞线抗电磁干扰的能力。
无屏蔽双绞线UTP。
（2）双绞线国际标准
1991年，美国电子工业协会 EIA 和电信行业协会联合发布了一个用于室内传送数据的无屏蔽双绞线和屏蔽双绞线的标准 EIA/TIA-568。
1995年将布线标准更新为 EIA/TIA-568-A， 此标准规定了 5 个种类的 UTP 标准（从 1 类线到 5 类线）。对传送数据来说，现在最常用的 UTP 是5类线（Category 5 或 CAT5）。
5类线与3类线的最主要区别是大大增加了每单位长度的绞合次数。
（3）常用的绞合线的类别、带宽和典型应用
| 绞合线类别 |
带宽 |
线缆特点 |
典型应用 |
| 3 |
16 MHz |
2对4芯双绞线 |
模拟电话；曾用于传统以太网（10 Mbit/s） |
| 4 |
20 MHz |
4对8芯双绞线 |
曾用于令牌局域网 |
| 5 |
100 MHz |
与4类相比增加了绞合度 |
传输速率不超过100 Mbit/s的应用 |
| 5E（超5类） |
125 MHz |
与5类相比衰减更小 |
传输速率不超过1 Gbit/s的应用 |
| 6 |
250 MHz |
与5类相比改善了串扰等性能 |
传输速率高于1 Gbit/s的应用 |
| 7 |
600 MHz |
使用屏蔽双绞线 |
传输速率高于10 Gbit/s的应用 |
【说明】现在最常用到的是：5类、超5类、6类。
2.同轴电缆
同轴电缆具有很好的抗干扰特性，被广泛用于传输较高速率的数据。同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。目前同轴电缆主要应用于小区的有线电视网。
同轴电缆的带宽取决于电缆的质量。目前高质量的同轴电缆的带宽已接近1GHz。
3.光缆
ps：
有时候我们把光缆和光纤认为是一个东西，但实际上，它们两个还是有区别的。光纤实际上是光缆里面的那根细的玻璃丝，而光缆实际上是玻璃丝外面加一些保护的措施，加上一些橡胶皮之类的，整个的一根线就叫做光缆。
光纤是光纤通信的传输媒体，光纤通信就是利用光导纤维（以下简称光纤）传递光脉冲来进行通信。一个光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽。
（1）光缆工作原理
当光线从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角。因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，光也就沿着光纤传输下去。
只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某个临界角度，就可产生全反射。
（2）光缆分类
多模光纤：在一个光纤里面可以发送多个光线，这种光纤就称为多模光纤。
单模光纤：若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射。这样的光纤称为单模光纤。
ps：
多模光纤是有多个光线穿过去的，因此在最终的输出脉冲里应该是这几种光线的综合，形状就会有所差别；
单模光纤就不会这样，而且它适合于远距离传输（直线传播信号不会相互干扰），而且它受到周围的影响小，效果会更好一些。但是由于光纤里面只传输一个信号，所以他的利用率不是很高。
（3）光纤优点
- 通信容量非常大。
- 传输损耗小，中继距离长。
- 抗雷电和电磁干扰性能好。
- 无串音干扰，保密性好。
- 体积小，重量轻（很明显，现实生活中光纤就头发丝那么细）。
2.3.2 非导引型传输媒体
将自由空间称为“非导引型传输媒体”。
无线传输所使用的频段很广。人们现在已经利用了好几个波段进行通信。
1.短波通信（即高频通信）
短波通信主要是靠电离层的反射，当电离层的不稳定所产生的衰落现象和电力曾反映所产生的多径效应，使得短波信道的通信质量较差，传输速率低。
2.无线电微波通信
这个方式要求发射装置和接收装置之间没有障碍物，可以直视的。
微波在空间主要是直线传播。
传统微波通信有两种方式： 地面微波接力通信、卫星通信 。
（1）地面微波接力通信
为实现远距离通信必须在一条微波通信信道 的两个终端之间 建立若干个中继站（应为地球是圆的），故称为“接力”。
微波接力通信可传输电话、电报、图像、数据等信息。其主要特点是：
- 微波波段频率很高，其频段范围也很宽，因此其通信信道的容量很大；
- 因工业干扰和天电干扰的 主要频谱成分 比微波频率低得多，对微波通信的危害比对短波和米波（即甚高频）通信小得多，因而微波传输质量较高；
- 与相同容量和长度的 电缆载波通信比较，微波接力通信建设投资少、见效快，易于跨越山区、江河。
微波接力通信也存在如下的一些缺点：
- 相邻站之间必须直视，不能有障碍物；
- 微波的传播有时也会受到恶劣天气的影响；
- 与电缆通信系统比较，微波通信的 隐蔽性和保密性较差；
- 对大量中继站的使用和维护耗费较多的人力和物力。
（2）卫星通信：是在地球站之间 利用位于3万6千公里高空的人造同步地球卫星 作为中继器的 一种微波接力通信。
卫星通信的特点：
- 通信距离远，且通信费用于通信距离无关；
- 频带很宽，通信容量很大，信号所收到的干扰也较小，通信质量比较稳定；
- 具有较大的传播时延。不管两个地球站之间的地面距离是多少，从一个地球站经卫星到另一个地球站的传播时延在250~300ms之间。
（3）无线移动通信
这个是现代的通信，可以理解为 就是现在的wife，可用的范围比较小、覆盖的频段比较小，和我们的生活很贴切。
2.4 信道复用技术
ps：
这一节主要介绍的内容是：在单一的信道里面，如何利用某种技术、方法能够让它传输的数据更多。
2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用
ps：
复用 是通信技术中的基本概念。 它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。
很明显，使用单独的信道的传输利用率不高，因此我们可以采用第二种方式——复用。
1.频分复用 FDM
ps：
说白了就是把频率分开了，来实现复用的效果。 把信道的频率分成了n份，每一份都给一个不同的发送端接收端。
将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
频分复用的所有用户 在同样的时间 占用不同的带宽资源 （请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。
2.时分复用TDM
ps：
说白了就是把时间分开了，达到复用的效果。
如上，把周期分成n段（这个例子是4段），每一段给一个发送端，接收端也一样。A的接收端只关心浙一帧的第一段，B接收第2段，......
【说明】时分复用可能会造成线路资源的浪费。当某用户暂时无数据发送时，在时分复用帧中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态。
ps：
由于这一个数据段在发送的时候，比如说 第一个时间段给A了，但是这个时候A可能没有数据发送，那这个时间段就只能空着了。因为A的接收端只看这个第一段的，如果有数据来的话，它会认为是A发送的。
3.统计时分复用
ps：
由于 时分复用 可能会造成线路资源的浪费，于是又在其基础上进行了改进——统计时分复用。
STDM 帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。
ps：
如上图 在接收端，a、b、c、d，前面都是空了一点，在这空着的部分会放入 它们的接收端的地址。
由于已经混排在一起了， 第一个发送的数据究竟是给a、b、c还是d，不知道。但是前面有它们的地址，接收到数据以后，看看是不是各自的，是的就自己接收，不是就其他接收。
这样的话，信道的利用率就满了，不过就是需要加上地址。
2.4.2 波分复用WDM
ps：
简单的来说，就是把波长分开，达到复用的效果。
波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤（是单模光纤）来同时传输多个光载波信号。
2.4.3 码分复用
ps：
意思就是把码元分开了，达到复用的效果。
常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。
码片 (chip)：在CDMA中 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔（就类似于 上面时分复用的把一个周期再划分成4份），这一小片就叫做码片。通常m的值是64或128，为了画图简单起见，假设m为8。
使用CDMA的每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。
如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。
如发送比特 0，则发送该m bit 码片序列的二进制反码。
ps：
m bit 就相当于给每一个发送端发送一个m bit的码片序列，这个就相当于每一个站的身份证，只有这一个站是这样的码片序列。
【例】S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。
发送比特 1 时，就发送序列 00011011，
发送比特 0 时，就发送序列 11100100。
S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
ps：
【说明】码片序列实现了扩频
假定S站要发送信息的数据率为 b bit/s。由于每一个比特要转换成 m 个比特的码片，因此 S 站实际上发送的数据率提高到 mb bit/s，同时 S 站所占用的频带宽度也提高到原来数值的 m 倍。
CDMA 的重要特点：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 。 在实用的系统中是使用伪随机码序列。
ps：
码片序列的正交关系 ：
令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量。 两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积 (inner product) 等于 0：
举个例子：
S 站的码片序列：(-1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)
T站的码片序列： (+1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1)
(-1 +1 -1 +1 +1 -1 +1 +1) * (+1 +1 -1 -1 +1 +1 -1 +1) = 0
【注意】正交关系的另一个重要特性：
- 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是 1 。
- 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。
ps：
故设计码片的时候需要满足4个要求，现在来小小总结一下：
- 每个站分配的码片序列不仅必须各不相同；
- 这一站的码片和其他站的码片乘积为0；
- 自己站的码片与自己站的码片相乘结果为1；
- 自己站的码片与自己战反码的码片相乘结果是-1。
2.5 数字传输系统（了解）
ps：
这一部分只要了解一下就可以了。
光纤最早是应用在一些主干网当中，直至现在也用到了我们的家庭网络中。其实早期光纤在全世界并不普及，仍然存在着大量的缺点，原因是各个国家的标准不一样，其中最主要的是以下两个：
速率标准不统一：北美和日本的T1速率是1.544Mbit/s，欧洲的E1速率是2.048Mbit/s。
不是同步传输：在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的数字网主要是采用准同步方式（不是特别精确，但是差别也不是特别大）。
1.同步光纤网 SONET
为了解决上述问题，美国在1988年首先推出了一个数字传输标准，同步标签网SONET。特点如下：
①同步光纤网 SONET的各级时钟都来自一个非常精确的主时钟；
②定义了同步传输的线路速率等级结构，对电信信号称为第 1 级同步传送信号 STS-1 ，其传输速率是 51.84 Mbit/s。 对光信号则称为第 1 级光载波 OC-1 ；
③现已定义了从 51.84 Mbit/s (即OC-1) 一直到 9953.280 Mbit/s (即 OC-192/STS-192) 的标准。
2.同步数字系列 SDH
ITU-T在SONET的基础上进行了改进，制订出国际标准同步数字系列 SDH 。一般可认为SDH与SONET是同义词。
其主要不同点是：SDH 的基本速率为 155.52 Mbit/s，称为第 1 级同步传递即STM-1，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。
SONET的 OC级 / STS级 与SDH的 STM级 的对应关系
| 线路速率 (Mb/s) |
SONET 符号 |
ITU-T 符号 |
表示线路速率 的常用近似值 |
| 51.840 |
OC-1/STS-1 |
|
|
| 155.520 |
OC-3/STS-3 |
STM-1 |
155 Mbit/s |
| 466.560 |
OC-9/STS-9 |
STM-3 |
|
| 622.080 |
OC-12/STS-12 |
STM-4 |
622 Mbit/s |
| 933.120 |
OC-18/STS-18 |
STM-6 |
|
| 1244.160 |
OC-24/STS-24 |
STM-8 |
|
| 2488.320 |
OC-48/STS-48 |
STM-16 |
2.5 Gbit/s |
| 4976.640 |
OC-96/STS-96 |
STM-32 |
|
| 9953.280 |
OC-192/STS-192 |
STM-64 |
10 Gbit/s |
| 39813.120 |
OC-768/STS-768 |
STM-256 |
40 Gbit/s |
2.6 宽带接入技术
ps：
下面就来介绍一下 物理层的最后一节内容，即我们宽带接入的技术。
首先 需要认识一下 什么是宽带，其实对于宽带的认识是逐步改进的。
互联网早期只要接入到互联网的速率远大于56k bit/s就是宽带，后来美国联邦通信委员会FCC认为只要双向速率之和超过200k bit/s 就是宽带。
2015年1月，美国联邦通信委员会FCC又对接入互联网的“宽带”进行了重新定义，将原定的宽带下行速率调整至25M bit/s，原定的宽带上行速率调整至3M bit/s。
ps：
下行速率：从互联网来下载的速率（不是只下载软件等速率，而是指浏览网页......只要上网的都算）。
上行速率：就是指上传的速度。
从宽带接入的媒体来看，可以划分为两大类： 有线宽带接入（如光纤、双绞线）、无线宽带接入（如热点、wife），而本章就会讨论 有限的宽带接入。
2.6.1 ADSL技术（了解）
1.ADSL技术介绍
非对称数字用户线 ADSL技术 就是 用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使下行（从ISP到用户）带宽都远远大于上行（从用户到ISP）带宽。
ps：
因为我们在用网络的时候，大部分的情况都是访问网络当中的数据，而上传给网络中的数据可能相对较少，所以两者之间不必划分等量的带宽，可以着重把带宽放到下行这里。
标准模拟电话信号的频带被限制在 300~3400 Hz 的范围内，但用户线本身实际可通过的信号频率仍然超过 1 MHz。
ADSL 技术就把 0~4 kHz 低端频谱留给传统电话使用，而把原来没有被利用的高端频谱留给用户上网使用。
2.ADSL的传输距离
ADSL 的传输距离取决于数据率和用户线的线径（用户线越细，信号传输时的衰减就越大）。
ADSL 所能得到的最高数据传输速率与实际的用户线上的信噪比密切相关。
【例】
0.5 毫米线径的用户线，传输速率为 1.5 ~ 2.0 Mbit/s 时可传送 5.5 公里，但当传输速率提高到 6.1 Mbit/s 时，传输距离就缩短为 3.7 公里。
如果把用户线的线径减小到 0.4 毫米，那么在 6.1 Mbit/s 的传输速率下就只能传送 2.7 公里。
3.ADSL的信号传输方式
ADSL 在用户线（铜线）的两端各安装一个 ADSL 调制解调器。
我国目前采用的方案是离散多音调 DMT 调制技术，这里的“多音调”就是“多载波”或“多子信道”的意思。
DMT 调制技术采用频分复用的方法，把 40 kHz 以上一直到 1.1 MHz 的高端频谱划分为许多的子信道，其中 25 个子信道用于上行信道，而 249 个子信道用于下行信道。
ps：
DMT 技术的频谱分布：
4.ADSL接入网的组成
5.第二代ADSL
包括 ADSL2（G.992.3 和 G.992.4）和 ADSL2+（G.992.5）
改进的地方：
①通过提高调制效率得到了更高的数据率：
- ADSL2 要求至少应支持下行 8 Mbit/s、上行 800 kbit/s的速率。
- ADSL2+ 则将频谱范围从 1.1 MHz 扩展至 2.2 MHz，下行速率可达 16 Mbit/s（最大传输速率可达 25 Mbit/s），而上行速率可达 800 kbit/s。
②采用了无缝速率自适应技术 SRA，可在运营中不中断通信和不产生误码的情况下，自适应地调整数据率。
③改善了线路质量评测和故障定位功能。
2.6.2 光纤同轴混合网（HFC网）（了解）
2.6.3 FTTx技术（重点）
FTTx 是一种实现宽带居民接入网的方案，代表多种宽带光纤接入方式。
ps：
FTTx 表示 Fiber To The…（光纤到…），
例如： 光纤到户 FTTH (Fiber To The Home)：光纤一直铺设到用户家庭，可能是居民接入网最后的解决方法。
光纤到大楼 FTTB (Fiber To The Building)：光纤进入大楼后就转换为电信号，然后用电缆或双绞线分配到各用户。
光纤到路边 FTTC (Fiber To The Curb)：光纤铺到路边，从路边到各用户可使用星形结构双绞线作为传输媒体。
无源光网络 PON (Passive Optical Network) 的组成：
【说明】
- 在光纤干线和广大用户之间，还需要铺设一段中间的转换装置，即光配线网ODN，使得数十个家庭用户 能够共享一根光纤干线，无源的光配线网常称为无源光网络PON；
- 光线路终端OLT是连接到光纤干线的终端设备，OLT把收到的下行数据发往无源的1:N光分路器（通常是1:32），然后用广播方式向所有用户端的光网络单元ONU发送。
结尾
好了好了，以上就是 《计算机网络》物理层 部分的内容，如果有啥总结的不好的地方欢迎指出来，大家互相督促、共同进步啊。
当然啦如果铁铁们可以一键三连那就更棒了，特别特别感谢 ୧(๑•̀⌄•́๑)૭ 。
