🌈个人主页： 十二月的猫-CSDN博客
🔥 系列专栏： 🏀计算机网络_十二月的猫的博客-CSDN博客
💪🏻 十二月的寒冬阻挡不了春天的脚步，十二点的黑夜遮蔽不住黎明的曙光
目录
[1. 前言](#1. 前言)
[2. 物理层](#2. 物理层)
[2.1 章节框架](#2.1 章节框架)
[2.2 数据通信的理论基础](#2.2 数据通信的理论基础)
[2.2.1 概念](#2.2.1 概念)
[2.2.2 计算信道的最大数据传输速率](#2.2.2 计算信道的最大数据传输速率)
[2.3 物理层传输介质](#2.3 物理层传输介质)
[2.4 编码与调制](#2.4 编码与调制)
[2.4.1 编码和调制](#2.4.1 编码和调制)
[编辑 2.4.2 常用的编码方法（数据变为数字信号）](#编辑 2.4.2 常用的编码方法（数据变为数字信号）)
[2.4.3 常用的调制方法（数字变为模拟信号）](#2.4.3 常用的调制方法（数字变为模拟信号）)
[2.4.4 模拟信号编码为数字信号](#2.4.4 模拟信号编码为数字信号)
[2.4.5 模拟信号调制为模拟信号](#2.4.5 模拟信号调制为模拟信号)
[2.5 物理层设备](#2.5 物理层设备)
[2.5.1 中继器](#2.5.1 中继器)
[2.5.2 集线器](#2.5.2 集线器)
[3. 总结](#3. 总结)
1. 前言
今天是【计算机网络】课程考试前一周时间，趁着计算机网络考试，猫猫来进一步梳理计网这门课程的知识，希望也能给阅读本系列文章的友友们提供一些帮助。
本系列分为两个部分：
- 全面知识梳理
- 特别知识梳理
（全面知识梳理一律加上【第*章】字样，是软件工程所有知识的全面梳理）
（特别知识梳理一律加上 【一篇搞定】字样，仅仅作为特别重要内容的展开延申）
参考书籍🥰：《计算机网络（第5版）》是2012年清华大学出版社出版的图书，作者是Andrew S. Tanenbaum, David J. Wetherall
十二月的猫猫在这里祝愿大家都能在期末考试中取得好成绩，高分拿拿拿！考试过过过！💯
2. 物理层
物理层是计算机网络模型中的第一层，也是数据实际传输的层次。其他层次的传输（段、包、帧等都是一个虚拟概念，实际传输的都是物理层的比特）。本章内容不是很多，在考试中也不是重难点。
2.1 章节框架
2.2 数据通信的理论基础
2.2.1 概念
带宽 bandwidth： 在传输中不会明显减弱的频率的宽度，通常引用的带宽是指从 0 到使得接收能量保留一半的那个频率位置，是传输介质的一种物理属性。，通常取决于介质的构成、厚度、电线或者光纤的长度。
信噪比(SNR): 信号功率 S 与噪声功率 N 的比值，即为信噪比 S/N
分贝(dB): 通常把信噪比表示成对数的形式 10lg（S/N），对数的取值单位称为分贝。信噪比为 100 可表示为 20dB。
**信源：**信号的来源
**信宿：**信号的归宿
**数据：**信息的实体，在计算机内部是二进制
**信号：**数据的载体。分为：模拟信号和数字信号
**信道：**信号的通道
码元： 每一个信号就是一个码元，信号的状态就是码元的进制数
码元与携带数据：
如果一个周期内可能出现k种信号，则代表 1码元 =
bit
波特 ：码元/秒 
**基带传输：**不调制，编码后的数字脉冲信号直接在信道上传送。例如以太网
**频带传输：**调制成模拟信号再传送，接收方需要解调。例如电话模拟信道
**基带信号：**来自信源的数字信号
**信号：**经过调制/编码的信息
2.2.2 计算信道的最大数据传输速率
尼奎斯特定理 Nyquist：
- 用来表示一个有限带宽的无噪声信道的最大数据传输率。
- 表达式：(B是信号带宽，每秒2B采样次数)最大数据速率=2Blog2V（比特/秒）=2B
- B:带宽 V:离散级数，即可识别的信号个数（几进制码元）
香农定理 Shannon：
- 用来表示一条带宽为 B Hz，信噪比是 S/N 的有噪声信道的最大数据传输率或容量。
- 表达式：最大数据传输率=Blog2(1+S/N)（比特/秒）
- B:带宽 S/N:信噪比
两者对比：
结合以上，一个码元可以携带的比特数是有上限的
2.3 物理层传输介质
传输媒体分为两类：导引型传输媒体、非导引型传输媒体
- 导引型传输媒体：同轴电缆、双绞线、光纤、电力线；
- 非导引型传输媒体：无线电波、微波、红外线、可见光
注意：
-
与信道的区别 ：信道是逻辑通路，传输介质是实实在在的物理通路（信道反映在物理层）
-
传输媒体并不是物理层 ：传输媒体在物理层的下面，因为物理层是体系结构的第一层，因此有时称传输媒体是第0层。在传输媒体中传输的是信号，但传输媒体并不知道所传输的信号代表什么意思。但物理层规定了电气特性（编码方式、采样频率等），因此能够识别所传输的比特流
**磁介质：**良好的带宽，但是延迟高。
双绞线（twisted pair）：
**原理：**两根线绞在一起，噪音对他们的干扰是一样的，所以他们的电压差不会改变，通过电压差来表示信号。抵御外界电磁波干扰、减少相邻导线的电磁干扰。
**类型：**category 5.
概念：
①全双工链路（full-duplex）：可以双向同时用
②半双工联路（half-duplex）：可以双向使用但每一时刻只允许使用一个方向
③单工链路（simplex）：只允许一个方向传输
同轴电缆（coaxial cable）：
结构：(自内到外)铜芯，绝缘材料，编织外层导体，保护塑料外套
**优点：**很高的带宽，很好的抗噪性。
电力线：
**光纤：**单模光纤、多模光纤
2.4 编码与调制
PSTN 是一种常用的旧式电话系统，提供的是一个模拟的专用通道，通道之间经由若干电环交换机连接而成，当两台主机或路由器需通过 PSTN 连接时，必须在网络接入侧使用调制解调器实现信号的模数/数模转换。（二进制到模拟信号）
电话系统的组成：本地回路、干线上的（多路复用）和交换局的（交换机、交换技术如虚电路交换和分组交换等）
**基带信号：**直接表达要传输信息的信号。
**宽带信号：**将基带信号进行调制，用于远距离传输。
2.4.1 编码和调制
编码和调制是通信过程中两项关键技术，通过它们信息能够准确而有效地在信道上传输。
一项技术，将信息转化为信号，使其能够在信道上传输
编码：将信息转化为数字信号；调制：将信息转化为模拟信号
2.4.2 常用的编码方法（数据变为数字信号）
- **不归零（NRZ，non-return-to-zero）：**低0高1，中不变。
- **归零编码（RZ）：**低0高1，中归零
- **反向不归零（NRZI，non-return-to-zero）：**跳0不跳1看起点，中不变
- **差分曼特斯特编码：**跳0不跳1看起点，中必变
- **曼彻斯特编码（Manchester）：**跳0反跳1看中间
- 自同步能力： 看有没有归零或中必变
- **浪费带宽：**只要中间归零或者变化了，都浪费带宽
- 抗干扰能力： 看是通过数值判断，还是变化趋势判断（曼彻斯特都是通过变化趋势判断）
练习题：
2.4.3 常用的调制方法（数字变为模拟信号）
- **幅移键控（ASK）：**动模拟信号前的整数
- **频移键控（FSK）：**动模拟信号的频率
- **相移键控（PSK）：**动模拟信号的相位
- **正交幅度调制（QAM）：**结合调幅和调相位两个方法，将两者叠加
练习题：
2.4.4 模拟信号编码为数字信号
计算机内部处理的是二进制数据，处理的都是数字音频，所以需要将模拟音频通过采样、量化转换成有限个数字表示的离散序列（即实现音频数字化）
核心点：采样频率>2信号频率
2.4.5 模拟信号调制为模拟信号
为了实现传输的有效性，可能需要较高的频率。这种调制方式还可以使用频分复用技术，充分利用带宽资源。在电话机和本地交换机所传输的信号是采用模拟信号传输模拟数据的方式；模拟的声音数据是加载到模拟的载波信号中传输的。
2.5 物理层设备
在物理层中，常见的设备包括中继器和集线器，这些设备各自承担不同的传输任务。
2.5.1 中继器
中继器用于放大信号，以确保信号在长距离传输过程中不被衰减，是点对点通信中的重要设备。
2.5.2 集线器
集线器将多个节点连接在一起，形成星形物理拓扑，但在逻辑上构成总线型拓扑。因此，集线器中的设备会共享带宽，这会导致同一冲突域中的设备需要竞争信道资源，从而可能发生冲突。
冲突域（碰撞域）： 如果两台主机同时发送数据会导致"冲突"，则这两台主机处于同一个"冲突域" 。处于同一冲突域的主机在发送数据前需要进行"信道争用"（后面会讲）。 
3. 总结
本文到这里就结束啦~~
目前已完成：
期待您的关注~~🥰🥰
猫猫陪你永远在路上💪💪
如果觉得对你有帮助，辛苦友友点个赞哦~
