计算机网络——物理层（第二章复习）
一、基本概念
电脑要组网，第一件事要干什么？当然是先把电脑连起来，可以用光缆、电缆、双绞线、无线电波等方式。
这就叫做”实体层”，逼格高一点的叫法就是物理层。它就是把电脑连接起来的物理手段。它主要规定了网络的一些电气特性，作用是负责传送0和1的电信号。
至于0和1的信号是什么，还轮不到物理层还决定。
2. 数据通信基本知识
2.1 一个数据通信例子
2.2 相关术语
2.3 三种通讯方式
| 名称 | 英文 | 定义 | 需要信道条数 |
| 单工通信 | Simplex | 只能一个发一个收 | 一条 |
| 半双工通信 | half-duplex | 都可以发或者收，但是同一时间只能进行一个 | 两条 |
| 全双工通信 | duplex | 都可以同时收发数据 | 两条 |
2.4 两种数据传输方式
| 传输方式 | 特点 |
| 串行传输 | 速度慢，省钱，适合远距离 |
| 并行传输 | 速度快，耗钱，适合近距离 |
2.5 码元（Symbol）
定义：码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表离散数值的基本波形。当有多个离散状态时，成为M进制码元
一个码元可以携带多个比特的信息
个人理解：码元就是在网线上传输的一个个信号段。码元的不同进制就是用来表示不同的数值的
2.6 波特（Baud）
用来指一秒可以传输多少个码元
2.7 速率
分为码元传输速率和信息传输速率
信息传输速率就是b/s，就是我们平常说的网速
码元可以理解为几个比特的集合，所以信息传输速率（网速）=码元传输速率x码元所带信息量（多少比特）
码元所带信息量（比特数）=log2（码元进制数）
2.8 带宽（Band Width）
用来表示最高数据速率
2.9 奈式准则（Nyquist）
是在理想状态下得出的结论
2.10 香农公式（Shannon）
是在有噪声的信道中得出的结论
2.11 基带信号和宽带/带通信号（Base band，pass band）
计算机网络中用的基带信号是数字信号
2.12 编码
将数据转化为数字信号
数字数据(digtal data)通过 数字发送器(digit emitter) 转化为 数字信号(digtal signal)
模拟数据(analog data)通过 PCM编码器(PCM coder) 转化为 数字信号 (digtal signal)
单极性不归零编码：只使用一个电压值，高电平表示1，低电平表示0.
双极性不归零编码：用幅值相等的正负电平表示二进制数1和0.
单极性归零编码：发送码1时高电平在整个码元期间只持续一段时间，其余时间返回零电平。
双极性归零编码：正负零三个电平，信号本身携带同步信息。
| 差分曼彻斯特编码：抗干扰能力比曼彻斯特编码更强。bit与bit之间有信号跳变，表示下一个bit为0，bit与bit之间没有信号跳变，表示下一个bit为1。 |
| 曼彻斯特编码：单极性编码的缺点是没有办法区分此时是没有信号，还是有信号，但是信号是0. 这种编码方式是bit中间有信号，低-高跳转表示0，高-低跳转表示1，一个时钟周期只可以表示一个bit，并且必须通过两次采样才能得到一个bit。它能携带时钟信号，而且能区分此时是没有信号还是信号为0. |
2.13 调制：数据转化为模拟信号（了解）
常用的调制方法：调频(AM)，调频(FM)，调相(PM)
模拟数据(analog data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)
数字数据(digtal data)通过 调制器(modulaotr) 转化为 模拟信号 (analog signal)
3. 物理层传输介质
传输介质分为导向性传输介质和非导向性传输介质
| 导向性传输介质 | 电磁波沿着固体媒介（铜线or光纤）被导向传播 |
| 非导向性传输介质 | 自由空间，如空气，水等等 |
3.1 常见的导向性传输介质
3.1.1 双绞线
根据有无屏蔽层分为屏蔽双绞线（STP）和无屏蔽双绞线（UTP）
3.1.2 同轴电缆（Coaxial Cable）
3.1.3 光纤（Optical fiber）
根据入射角不同，又分为单模光纤和多模光纤
3.2 常见的非导向性传输介质
包括无线电波，微波，红外线和激光等
4. 物理层设备
4.1 中继器（RP repeater）
注释：5-4-3规则是为了限制中继器使用次数的，理由可见图
5是指不能超过5个网段
4是指在这些网段中的物理层网络设备（中继器，集线器）最多不超过4个
3是指这些网段中最多只有三个网段挂有计算机
4.2 集线器（Hub）
集线器是个大的冲突域，同时只能有两个设备进行通讯，只会传输信号，没有智能。
5. 本章思维导图
习题
2.1 物理层解决的主要问题：
（1）尽可能屏蔽物理设备和传输媒体
（2）怎样在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流
2.2规程与协议的区别：规程就是指物理层的协议
2.7假定某信道受奈氏准测限制，最高码元速率为20000码元/s，采用振幅调制，把码元的振幅划分成16个不同等级来传送，求最高能获得的数据率
C=R*log(16)=20000b/s*4=80000b/s
16种状态用4bits表示，码元速率为20000码元/s，每个码元能表示4bits，故答案为20000*4
2.8 假定要用3KHz带宽的电话信道传送64kb/s的数据，试问这个信道应具有多高的信噪比
C=W*log(1+S/N)，其中，W=3khz，C=64kb/s
所以，1+S/N=2^(64/3)，S/N=2.64*10^6，(S/N)=10*log10(2.64*10^6)=64.2db
2.9用香农公式计算，假定信道带宽为3100Hz，最大信道传输速率为35kb/s，若使最大信道传输速率增加60%，求信噪比S/N应增大多少倍？
C=Wlog(1+S/N)
35000=3100*log(1+S/N)
S/N=2^(350/31)-1=2505
35000*1.6=3100*log(1+x*S/N)
x=109.396
所以应增大109倍
2.11假定一种双绞线衰减使0.7db/km，若容许由20db的衰减，试问使用这种双绞线的链路工作距离有多长？如果工作距离要增大到100km，应使衰减降低到多少？
(1) 20/0.7=28.6km
(2) 20/100=0.2db
*2.12计算工作在1200nm到1400nm之间以及工作在1400nm到1600nm之间的光波的频带宽度,光速为2*10^8m/s
V=V/L1 - V/L2
1200nm~1400nm：带宽=2*10^8/1200*10^-9 - 2*10^8/1400*10^-9=23.8Thz
1400nm~1600nm：带宽=2*10^8/1400*10^-9 - 2*10^8/1600*10^-9=17.86Thz
*13.为什么使用信道复用技术？常用的信道复用技术有哪些？
解：
为了实现共享信道、最大限度提高信道利用率
频分、时分、码分、波分（即光的频分）
码分：两个不同站的码片序列正交，内积和为0.
任何一个码片向量与自己的规格化内积都是1.