王道计算机网络学习笔记(2)——物理层
前言
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二：物理层
2.1.1：物理层基本概念
2.1.2：数据通信基本知识
1、数据通信模型和基本概念
通信目的是为了传递消息（消息：语音、文字、图像、视频等）
信息：消息中包含的有效内容（播报天气，消息：语音，信息：天气的情况）
数据：传送信息的实体，通常是有意义的符号序列
信号：数据在传输过程中的存在形式（模拟信号、离散信号）
数据通信旨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
信道：信号的传输媒介，一条通信线路往往包含一个发送信道和一条接收信道
2、三种通信方式
1：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
2：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，需要有两条信道
3：全双工通信
通信双方可以同时发送和接收信息，也需要两条信道
3、数据传输方式（串行、并行、同步、异步）
异步通信是指通信双方没有严格的时序要求，数据的传输是按照数据的到达顺序进行的。在异步通信中，发送方和接收方之间没有任何协议，发送方只是发送数据，接收方只是接收数据。异步通信的优点是简单、灵活，但是缺点是不可靠，因为数据的传输是按照数据的到达顺序进行的，如果数据丢失或者出错，接收方无法知道。
同步通信是指通信双方有严格的时序要求，数据的传输是按照时序进行的。在同步通信中，发送方和接收方之间需要遵守一定的协议，例如时钟同步、数据格式等。同步通信的优点是可靠、稳定，缺点是复杂、需要严格的时序控制。
4、码元相关概念
码元：指用一个固定时长的信号波形代表不同离散数值的基本波形，时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时，此时码元为M进制码元。一个码元可以携带多个比特的信息量。
码元传输速率(波特率)：表示单位时间内数字通信系统中所能传输的码元个数，单位是波特Baud。
信息传输速率（比特率）：表示单位时间内数字通信系统传输的比特数，单位是比特/秒（b/s）。
带宽
1：模拟系统中当输入的信号频率高或低到一定程度，使得系统的输出功率成为输入功率的一半时（-3dB），最高频率和最低频率的差值就代表了系统的通频带宽，单位是Hz。
2：数字设备中表示单位时间内从网络设备的某一点到另一点所能通过的 “最高数据率”，单位是b/s。
5、奈奎斯特定理和香农定理
失真产生原因（码元传输速率、信号传输距离、噪声干扰、传输媒体质量）
信道带宽：信道能通过的最高频率和最低频率之差
码间串扰：由于系统传输总特性的不理想，导致前后码元波形发生畸变，从而对当前码元的判决造成干扰
奈奎斯特采样定理：采样频率必须大于被测信号最高频率分量的两倍
奈式准则：在理想低通、无噪声条件下，为了避免码间串扰，极限码元传输速率为2W baud，W是信道带宽
信噪比：信号的功率比/噪声功率比，常记作S/N，并用分贝dB作为度量单位
香农定理：在带宽受限且有噪声的信道中，为了不产生误差，信息的数据传输速率有上限值
6、编码与调制
基带信号：将数字信号1和0直接用两种不同的电压表示，基带信号就是发出了直接表达了要传输的信息的信号，当传输距离比较近时，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输。（数字基带传输系统）
宽带信号：把基带信号经过载波调制后，把信号的频率范围搬移到较高频段以便在信道中传输。（数字带通传输系统）
数字波形（数字信号）是数字数据在信道中传输的表现形式，数字数据（0/1）不能直接通过信道传输，要先经过编码或调制。
1：数字数据编码为数字信号
2：数字数据调制成模拟信号
3：模拟数据编码成数字信号
由采样定律可以知道44.1KHz的采样频率是可以基本符合人耳的听觉标准
4：模拟数据调制为模拟信号（收音机原理）
2.2.1：数据交换（电路交换、报文交换、分组交换）
1：电路交换
在数据传输期间，源节点与目的节点之间有一条由中间节点构成的专用物理连接线路，在数据传输结束之前，这条线路一直保持。
特点：独占资源，用户始终占用端到端的固定传输带宽。适用于远程批处理信息传输或系统间实时性要求高的大量数据传输的情况。
2：报文交换（存储转发）
报文：报文是网络中交换与传输数据单元，即站点一次性要发送的数据块。报文包含了将要发送的完整的数据信息，其长度很不一致，长度不限且可变。
3：分组交换
分组：大多数计算机网络都不能连续地传送任意长度数据，所以实际上网络系统将数据分割成小块，然后逐块地发送，这小块就叫做分组（packet）。
数据报方式（分组交换）
虚电路方式：虚电路将数据报方式和电路交换方式结合，以发挥两者优点
2.3：物理层传输介质
传输媒体不是物理层，传输媒体在物理层的下面，有时称传输媒体为第0层。在传输媒体中传输的是信号，物理层规定了电气特性。
双绞线（电磁波）
同轴电缆（电磁波）
光纤（光波）
2.4：物理层设备（中继器和集线器）
诞生原因：由于存在损耗，在线路上传输的信号功率会逐渐衰减，衰减到一定程度时会造成信号失真，因此会导致接受错误。
中继器的功能（再生数字信号）：对信号进行再生和还原，对衰减的信号进行放大，保持与原数据相同，以增加信号传输的距离，延长网络的长度。
集线器（多口中继器）
