《计算机网络：物理层》

第二章：物理层

2.1 通信基础

2.1.1 信息交互方式

• 单向通信（只有一个方向的通信而没有反方向的交互）
• 半双工通信（双方可以互相通信，但不能同时。例如：对讲机）
• 全双工通信（通信双方可以同时收发信息）

2.1.2 速率、波特、带宽

• 码元传输速率，又称波特率或者调制速率。表示数字通信每秒传输的码元数，单位是波特。（Baud）码元既可以是多进制的，也可以是二进制的。码元速率与进制无关。
• 信息传输速率，又称比特率。单位是bit/s。
• 带宽，用来表示网络的通信链路所能传输数据的能力，即最高数据率。单位是bit/s。

2.1.3 香农定理

公式 ：信道的极限数据传输速率 = W log₂(1+S/N) (单位：bit/s)

其中：W是信道的频率带宽（Hz），S为信道内所传输信号的平均功率，N为信道内的高斯噪声功率。信噪比=S/N。++用香农公式时一般用无单位记法。++

2.1.4 编码与调制

• 编码：数据->数据信号
• 调制：数据->模拟信号

曼彻斯特编码 ：每个码元的中间都发生电平跳变，其既作为时钟信号，又作为数据信号。（++向上跳表示0，向下跳表示1++）

差分曼彻斯特编码 ：每个码元的中间都发生电平跳变，其只作为时钟信号。数据表示由每个码元开始处 有无电平跳变表示。（++有跳变表示0，无跳变表示1。++）

2.2 传输介质

++注：传输介质并不属于物理层，其在物理层的下面，而物理层是体系结构的第一层。++

2.2.1 双绞线、同轴电缆、光纤、无线传输介质

1. 双绞线（常用于局域网和传统电话网）

2. 同轴电缆（50欧姆主要用于传输基带数字信号，在早期局域网使用广泛；75欧姆主要用于·传输宽带信号，在有线电视系统中应用广泛）

3. 光纤

   优点：

   • 通信容量大
   • 传输损耗小，中继距离长，对远距离传输特别经济。
   • 抗雷电和电磁干扰性能好，再有大电流脉冲干扰的环境下这尤为重要。
   • 无串音干扰，保密性好。
   • 体积小，重量轻。

4. 无线传输介质：无线电波、微波、红外线和激光

2.2.2 物理层的接口特性

• 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数量和排列、固定和固定装置等。
• 电气特性：指明在接口电缆的各条线上的电压范围、传输速率和距离限制等。
• 功能特性：知名某条线上出现的某一点平的电压的意义，以及每条线的功能。
• 过程特性：又称规程特性。指明不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.3 物理层设备

• 中继器

  主要功能是放大、整形并转发信号。其原理是'信号再生'。其有两个端口，数据从一个端口输入，从另一个端口发出，端口仅作用于信号的电气部分，而不管是否有错误数据或不适于网段的数据。

• 集线器

  实际上是一个多端口的中继器。++集线器不能分割冲突域，集线器所有端口都同属于一个冲突域。++

2.4 本章疑难点

信噪比为 S/N,为什么还要取对数 10log₁₀(S/N)?

1. 数字形式表示，如噪声功率为1，信号功率为100，信比为100/1=100。
2. 同样还是上面这些数字，以分贝形式表示的信噪比为10l0g₁₀(S/N)=10l0g₁₀100=20dB。二者在数值上等价 。区别在于，前者没有单位，后者必须加B(分贝)。采用分贝表示法的原因:很多时候，信号要比噪声强得多，如信号比噪声强10亿倍，若用数值表示，则1后面有9个0，很容易丢失0;若用分贝表示，则仅为90dB，因此要简单得多，且不容易出错。++分贝对于表示特别大或特别小的数值极为方便，在通信领域中用途很广。++