计算机网络 - 韩立刚老师 （第二章： 物理层）

第二章：TCP/IP 物理层

2.1 物理层基本概念

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。
物理层的主要任务描述为：确定与传输媒体的接口的一些特性。

机械特性：eg:接口形状，大小，引线数目。
电气特性：eg:规定电压范围（-5V ~ +5V）
功能特性：eg:规定-5V代表0，+5V代表1
过程特性：也称规程特性，规定建立连接时各个相关部件的工作步骤

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物理层的知识，和计算机网络关系不大，但是计算机网路可以利用这些技术进行数据传输。
学习通信的学生，主要课程是这些。

2.2 数据通信基础知识

典型的数据通信模型：

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如果在一个局域网中，比如我们教室里是通过交换机接入的。那么就没有调制解调过程去转为模拟信号。

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在局域网中我们就直接数字信号到数字信号去交流了。其实这里有一个说法，就是双绞线上面传输的其实是模拟信号，所以还是要转化，但是不知道是否在网卡上面转化的。
但是接入调制解调器的双绞线上传输的数据是经过调制解调之后的模拟信号，ADSL（电话线）上面是不经过调制解调的模拟信号。所以逻辑上就是可以将双绞线看着传输的数字信号样。

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源系统，传输系统，目的系统：

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相关术语

通信的目的是传送消息。
1.数据（data）----- 运送消息的实体。
比如：数据库中，有姓名字段，年龄字段，性别字段。这样的一条记录就代表一个消息。
那年龄字段28岁拿出来，就叫作数据。性别，我们可以使用'男'，'女'来表示，也可以通过0, 1来表示。那么这里面都是数据，但是经过组合之后变为消息了，就有意义了。经过组合，形成消息。

2.信号(signal) ----- 数据的电气的或电磁的表现。

『模拟信号』-----代表消息的参数的取值是连续的。
『数字信号』-----代表消息的参数的取值是离散的。

3.码元（code） ----- 在使用的时间域的波形表示数字信号时，则代表不同离散数值的基本波形就称为码元。波形可以代表 n bit。它承载的数据可以是 n bit。

有关信道的基本概念
1.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。eg: 电视台，广播电台。
2.双向交互通信（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受）。eg: 保安拿的那种呼叫机。
3.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。eg: 打电话。

基带（baseband）信号和带通（band pass）信号

1.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。基带信号就是发出的直接表达了要传输的信息的信号，比如我们说话的声波就是基带信号。

2.带通信号 ----- 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的频段以便在信道中传输（即仅在一段频率范围内能够通过信道）。

基带信号那样长的波，频率低，在空中传不远，带通信号频率高可以传的很远。

基本的调制方法

1.调幅（AM）：载波的振幅随基带数字信号而变化。
2.调频（FM）：载波的频率随基带数字信号而变化。
3.调相（PM）：载波的初始相位随基带数字信号而变化。

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常用编码

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单极性不归零码 & 双极性不归零码

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单极性归零码 & 双极性归零码

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曼切斯特编码 & 差分曼切斯特编码

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示例：

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优点：具有自同步能力和良好的抗干扰性能。

2.2 信道的极限容量

实际信道传输波形，会受影响：

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如果失真大，就无法识别：

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奈氏准则准

1942年，奈奎斯特（Nyquist）就推导出了著名的奈式准则。他给出了在假定理想条件下，为了避免码间串扰，码元的传输速率的上限值。
在任何信道中，码元传输的速率是有上限的，否则机会出现码间串扰的问题，使接收端对码元的判决（即识别）成为不可能。
如果信道的频带越宽，也就是能够通过的信号高频分量越多，那么就可以用更高的速率传送码元而不出现码间串扰。

eg: 将我们讲课的声音录下来，快速播放，在一定高速下，就不能识别了。

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香农公式（略）

2.3 物理层下面的传输媒体

说明这些传输媒体并不属于物理层。

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屏蔽双绞线外面有金属层，抗干扰能力比较强。

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有线电视都是同轴电缆。

光纤：

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光纤传输损耗很小，电缆有电阻，有损耗。