【第二章：物理层】

知识框架

No.0 : 引言

先学习上层基础：就是通信基础，然后再学习下层建筑：传输介质和物理设备；

那么其中的核心呢?

那么物理层是干什么的呢？物理层的功能呢？

1. 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(传输介质)。
2. 因为传输介质不属于物理层的，所以有的人将之称呼为网络体系中的最底层即第零层。
3. 物理层的主要任务：确定与传输媒体接口有关的相关特性。定义标准（定义业内标准）

所以就是定义一些接口的相关特性。也就是在定义一个标准。定义在传输介质接口的标准规格等等。

举个例子来说就是 中国的插排，那么充电的话，大家都能够充电，这个标准就比较适合所有中国地区的。但是标准定义的不一样的话就会出现这种情况：比如你去国外就需要整转换器，这个插头才能符合。

而总结下来物理层需要定义的标准：即四大特性（2、3容易混淆）

1. 机械特性：定义物理连接的特性，规定物理连接时所采用的规格、接口形状、引线数目、引脚数量和排列情况。
2. 电气特性：（例子：某网络在物理层规定，信号的电平用+10V～+15V表示二进制0，用-10V～-15V表示二进制1，）
3. 功能特性：（例子：描述一个物理层接口引脚处于高电平时的含义时）
4. 规程特性：

那下面这些讲述的通信基础和传输介质是为了什么呢？毕竟重点是那些标准。

计算机网络在第二章的物理层中为什么不着重讲述那些接口标准而是讲述通信基础和传输介质这些不属于物理层的？

计算机网络中的物理层主要负责数据的传输物理层次，包括信号传输、接口电气特性、传输介质、信道复用等内容。在第二章中，对于传输介质和通信基础的介绍可以帮助学生了解计算机网络的通信基础知识，以及数据传输中的一些基础概念和常见问题。这样的知识可以帮助学生更好地理解物理层的理论知识和设计方法。

相比之下，接口标准是一个相对独立的主题，主要包括物理接口标准、数据链路层接口标准和网络层接口标准等。尽管这些标准对于计算机网络的设计和实现非常重要，但是在学习物理层时，它们并不是最重要的内容，因此通常被留到后续章节或单独的章节中介绍。

No.1 ：通信基础

整个信息的传输的通信基础。(数据通信指在不同计算机之间传输表示信息的二进制数0、1序列的过程。）

一、基本概念

1. 通信的目的是传送消息（消息:语音、文字、图像、视频等）。
2. 数据data:传送信息的实体，通常是有意义的符号序列。
3. 信号:数据的电气/电磁的表现，是数据在传输过程中的存在形式。
   1. 数字信号/离散信号:代表消息的参数的取值是离散的。
   2. 模拟信号/连续信号:代表消息的参数的取值是连续的。
   3. 转换成什么样的信号还是要看是什么样的信道需求。
4. 信源:产生和发送数据的源头。
5. 信宿:接收数据的终点。
6. 信道:信号的传输媒介。一般用来表示向某一个方向传送信息的介质，因此一条通信线路往往包含一
   条发送信道和一条接收信道。所以信道是有方向性的。
   1. 信道划分：按照传输信号：模拟信道(传送模拟信号)、数字信道(传送数字信号)
   2. 信道划分：按照传输介质：无线信道(比如卫星通信那些)、有线信道(比如同轴电缆那些)

了解了最开始的通信基础图和上面的大多概念之后：如果让你设计：设计数据通信系统要考虑的3个问题：

1. 采用单工通信/半双工/全双工通信方式?
   1. 这是从通信双方信息的交互方式来考查的三种基本方式；
   2. 单工通信：只有一个方向的通信而没有反方向的交互，仅需要一条信道。比如：广播
   3. 半双工通信：通信的双方都可以发送或接收信息，但任何一方都不能同时发送和接收,需要两条信道。比如：对讲机
   4. 全双工通信：通信双方可以同时发送和接受信息，也需要两条信道。比如：打电话
2. 采用串行通信/并行通信方式?
   1. 这是从数据传输方式进行考查的两种方式
   2. 串行传输：将表示一个字符的8位二进制数按由低位到高位的顺序依次发送。（速度慢，费用低，适合远距离）
   3. 并行传输：将表示一个字符的8位二进制数同时通过8条信道发送。（速度快，费用高，适合近距离）
3. 采用同步通信/异步通信方式?（串行传输才有同步异步之分）
   1. 同步传输:在同步传输的模式下，数据的传送是以一个数据区块为单位，因此同步传输又称为区块传输。在传送数据时，需先送出1个或多个同步字符，再送出整批的数据。
   2. 异步传输:异步传输将比特分成小组进行传送，小组可以是8位的1个字符或更长。发送方可以在任何时刻发送这些比特组，而接收方不知道它们会在什么时候到达。传送数据时，加一个字符起始位和一个字符终止位。

然后就是 关于数据传输速率的东西了；

1. 码元

现在有两台主机A和B，它们之间有一个链路，现在主机A要发生一些数据(一系列01二进制数的序列组合)给主机B；

如果要将这些数据放到链路上传送，就要将这些数据转化为信号的形式。

转化成数字信号的形式如下：

二、两个公式lim求极限

他们两个呢都是在求信道的极限数据传输速率；区别是所属的背景环境不同。

1、失真（失去真实性）

1. 主要是信号在传送的时候发生了扭曲和变化，（其实信号是那种数字信号或者是模拟信号的表现形式）
2. 有的时候就算是扭曲了但是还是能够识别出我们最开始发送的数据的，
3. 但是有的就不行了；这两种情况都叫失真；所以好像失真是否已经无所谓，主要是看失真的程度了。

例如：带宽受限主要是高频的信号传不过去了‘

影响失真程度的因素有哪些呢？

1. 码元传输速率：传输速率越快它的失真程度越大
2. 信号传输距离：越远，衰减越久
3. 噪声干扰：越多，信号越容易失真
4. 传输媒体质量：越好越不容易失真。

对于第一条影响失真程度的因素：下面是个经典的现象解释：进而再往下。

有个比较经典的失真现象：码间串扰；进而也引出来了奈氏准则；

又涉及到了信道带宽；

信号带宽与信道带宽的区别；

三、编码和调制

编码：将数据变成数字信号

调制：将数据变成模拟信号

原因：根据信道的不同，我们传输的这样的信号的形式不一样，所以在发送数据之前，将数据调成这个信道能够传输的信号形式。

四、数据交换方式

No.2 ：传输介质

一、导向型介质

二、非导向型介质

No.3 ：物理层设备

一、中继器

二、集线器

编码和调制

编码：将数据变成数字信号

调制：将数据变成模拟信号

原因：根据信道的不同，我们传输的这样的信号的形式不一样，所以在发送数据之前，将数据调成这个信道能够传输的信号形式。

四、数据交换方式

No.2 ：传输介质

一、导向型介质

二、非导向型介质

No.3 ：物理层设备

一、中继器

二、集线器