2 物理层
2.1 物理层概述及通信基础
2.1.1 概述
物理层：在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流，确定与传输媒体接口有关的一些特性。
2.1.2 特性
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 规定传输二进制位时，线路上信号的电压范围、阻抗匹配、传输速率和距离限制等。
3、功能特性 指明某条线上出现的某一电平表示何种意义，接口部件的信号线的用途。
4、规程特性 （过程特性）定义各条物理线路的工作规程和时序关系
（快速记忆：”械气工程”）
2.1.3数据通信基础
码元是指用一个固定时长的信号波形（数字脉冲），代表不同离散数值的基本波形，是数字通信中数字信号的计量单位，这个时长内的信号称为k进制码元，而该时长称为码元宽度。当码元的离散状态有M个时（M大于2），此时码元为M进制码元。
码元传输速率（波特率），是单位时间内传输的码元个数，单位是波特Baud(B)。
相关概念：
1、消息：通信的目的是传送消息，如语音、文字、图像、视频等。
数据：数据是运送消息的实体。0/1
信号：信号是数据的电气或电磁的表现
2、信道：表示向某一个方向传送信息的媒体
单工通信：广播（一对多）
半双工通信：对讲机（可以两边互相通信但是不可以同时发生）
全双工通信：打电话（两边可以互相同时通信）
1、基带信号：来自信源的信号
4.1 编码（基带调制）：变成数字信号
4.2 带通调制：变成模拟信号（带通信号）
2.1.4 编码与调制
2.1.4.1 常用编码方式
归零编码：高1低0，后半段归零
非归零编码：高1低0，后半段不归零
曼彻斯特编码：前高后低->1/0 前低后高->0/1
差分曼彻斯特编码：跳变为0，不变为1
2.1.4.2 常用带通调制方式
调幅、调频、调相、正交振幅调制
2.1.5 极限数据传输率
奈式准则：在理想低通（无噪声、宽带受限）条件下，极限码元传输速率为2W Baud ,W是信道带宽，单位是Hz,V是每个码元离散电平的数目（即有多少种码元）。
理想低通信道下的极限数据传输率=2Wlog2V (b/s)
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。
信道的极限数据传输速率=Wlog2(1+S/N) (b/s)
信噪比(dB) = 10log10(S/N)
2.1.6 信道复用技术
多路复用技术：把多个信号组合在一条物理信道上进行传输，使得多个计算机或终端设备共享信道资源，提高信道利用率。把一条广播信道，逻辑上分成几条用于两个节点之间通信的互不干扰的子信道，实际就是把广播信道转变为点对点信道。
静态划分信道（信道划分介质访问控制）
1、频分多路复用 FDM
2、时分多路复用 TDM
3、波分多路复用 WDM
4、码分多路复用 CDM
频分复用：频分复用的基本思想是：要传送的信号带宽是有限的，而线路可使用的带宽则远远大于要传送的信号带宽，通过对多路信号采用不同频率进行调制的方法，使调制后的各路信号在频率位置上错开，以达到多路信号同时在一个信道内传输的目的。因此，频分复用的各路信号是在时间上重叠而在频谱上不重叠的信号。
时分复用：时分复用技术（time-division multiplexing, TDM）是将不同的信号相互交织在不同的时间段内，沿着同一个信道传输；在接收端再用某种方法，将各个时间段内的信号提取出来还原成原始信号的通信技术。这种技术可以在同一个信道上传输多路信号。
波分复用：波分多路复用就是光的频分多路复用，在一根光纤中传输多种不同波长（频率）的光信号，由于波长（频率）不同，所以
各路光信号互不干扰，最后再用波长分解复用器将各路波长分解出来
2.2 传输介质及物理层设备
2.2.1 导引型
10BASE-T：10Mb/s双绞线，每段最长100米
100BASE-T：100Mb/s 双绞线，每段最长100米
抗干扰能力&带宽：光纤>同轴电缆>双绞线
光纤通信系统的传输带宽远远大于目前其他各种传输媒体的带宽
2.2.2 非导引型
2.2.2.1 非导向性传输介质
1、无线电波（信号向所有方向传播）：较强穿透能力，可传远距离，广泛用于通信领域（如手机通信）
2、微波（信号固定方向传播）：微波通信频率较高、频段范围宽，因此数据率很高
2.1 地面微波接力通信
2.2 卫星通信
优点 1、通信容量大2、距离远3、覆盖广4、广播通信和多址通信
缺点 1、传播时延长2、受气候影响大3、误码率较高4、成本高
3、红外线、激光（信号固定方向传播）：把要传输的信号分别转换为各自的信号格式，即红外光信号和激光信号，再在空间中传播
2.2.3 物理层设备
物理层设备：中继器、集线器
链路层设备：网桥、交换机
网络层设备：路由器
中继器：中继器（RP repeater）是工作在物理层上的连接设备。适用于完全相同的两个网络的互连，主要功能是通过对数据信号的重新发送或者转发，来扩大网络传输的距离。中继器是对信号进行再生和还原的网络设备：OSI模型的物理层设备。
集线器：集线器的主要功能是对接收到的信号进行再生整形放大，以扩大网络的传输距离，同时把所有节点集中在以它为中心的节点上。它工作于OSI(开放系统互联参考模型)参考模型第一层，即“物理层”。集线器与网卡、网线等传输介质一样，属于局域网中的基础设备。
2.2.4 宽带接入方法
1、非对称数字用户线ADSL 媒体：双绞线（原电话线进行改造）
2、光纤同轴混合网HFC 媒体：光纤+同轴电缆 （原有线电视网进行改造）
3、光纤到。。。 媒体：光纤
封面图来源：猫右
冬至快乐
