计算机网络分层结构---物理层

一、物理层基本概念

二、数据通信基础知识

典型数据通信的过程：

调制解调器：计算机入网有两种常用方式，一种通过电话线入网。调制解调器就是我们以前用的“猫”，因为以前数据是在电话线上传输，电话线上传输的是模拟信号，而电脑发出的是数字信号，因此需要先把电脑发出的数字信号转为模拟信号才能在电话网上传输，而“猫”就是负责数字信号和模拟信号互转的。
第二种入网方式是现在常用的宽带入网，这种入网方式不需要“猫”。

1. 数据通信相关术语

对于基础通信线路，对于一端设备而言，它包含一条发送信道和一条接收信道，即该设备既能够用于接收数据，也能够发送数据。

信道按照传输信号和传输介质各分为两大类。

2. 三种通信方式

3. 两种数据传输方式

串行传输需要一条信道，因此费用低，适合远距离；
并行传输需要多条信道，因此费用高，适合近距离（往往用于计算机内部数据传输）

三、物理层相关计算指标概念

1. 码元

码元就代表不同的离散值（的基本形状），数字信号中一个横线代表一个码元，同时一个码元对应一种离散值。如果码元的离散状态个数M个，则称此时码元为M进制码元。比如，2进制码元，说明有2种离散值（0,1），对应有2种高低不同的横线，那么1码元就携带1个bit信息；4进制码元说明有4种离散值（00,01,10,11），对应4种高低不同的横线，那么每一种离散值有2 bit（log4，即几位2进制数才能表示4种状态？答案log4=2）表示，1码元就携带2个bit的信息。

2. 速率、波特、带宽

波特：码元传输速率的单位
码元传输速率：1s传输多少个码元
信息传输速率：1s传输多少个bit

码元传输速率和信息传输速率的关系：1个码元可以携带n个bit，如果码元传输速率为m波特，则信息传输速率为mn，即1s传输mn个bit

3. 计算练习

四、奈氏准则和香农定理

1. 失真

2. 码间串扰现象（信号带宽太大导致的问题）

信号带宽太小的话，经过信道中一些干扰因素的影响，可能到了接收端，信号都已经损失完了，也不能得到正确的信息，所以不能通过。

五、编码和调制

在数字信道上传输的就是基带信号；在模拟信道上传输的就是宽带信号。基带传输就直接把信源数据（数字信号）传输给信宿，宽带信号先对基带信号进行调制，然后再传输（可以把人的声音调制为高频率，这样尽管在信道上有所衰减，到了接收端仍然能够识别出正确的信息）

将数据转为数字信号的过程就是编码；
将数据转为模拟信号的过程就是调制

1.数字数据编码为数字信号

1.1 非归零编码

1.2 归零编码

1.3 反向不归零编码

1.4 曼斯特编码

1.5 差分曼斯顿编码

1.6 4B/5B编码

2. 数字数据调制为模拟信号

3. 模拟数据编码为数字信号

4. 模拟数据调制为模拟信号

六、物理层传输介质

1. 传输介质及分类（注意：传输媒体并不是物理层!）

2. 导向性传输介质

2.1 双绞线

2.2 同轴电缆

2.3 光纤

3. 非导向性传输介质

七、物理层设备

1. 中继器

2. 集线器（多口中继器）

八、总结