目录
一、物理层概述
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核心功能
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在传输媒体上传输比特0/1，为数据链路层提供透明传输比特流服务。
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屏蔽传输媒体和通信手段的差异，使数据链路层无需关注底层传输介质。
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接口特性
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| 特性类型 | 核心内容 |
| 机械特性 | 接口形状、引脚数目/排列、固定装置 |
| 电气特性 | 信号电压范围、阻抗、传输速率/距离 |
| 功能特性 | 信号线的电平意义与功能 |
| 过程特性 | 信号传输的操作时序关系 |
二、传输媒体
传输媒体是网络设备间的物理通路，不属于计算机网络体系结构，分两类：
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导向型传输媒体
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| 类型 | 结构/特点 | 设备 |
| 同轴电缆 | 抗干扰性好；分基带（50Ω，局域网）、宽带（75Ω，有线电视） | |
| 双绞线 | 绞合减少电磁干扰，；模拟传输用放大器 ，数字传输用中继器整形 | |
| 光纤 | 利用光的全反射传输，分多模光纤 （短距、成本低、脉冲展宽）、单模光纤（长距、衰减小、成本高） | 发送端：发光二极管/半导体激光器；接收端：光电二极管/激光检波器 | -
非导向型传输媒体：即无线传输，包括无线电波、微波、红外线、激光等，依赖自由空间传播。
三、数据通信基础
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通信系统组成 ：源系统（信源+发送器）→传输系统→目的系统（接收器+信宿）。
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信道与传输媒体 ：传输媒体是物理媒介，信道是媒体中划分的通信通道（一条媒体可含多条信道）。
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通信交互方式
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| 方式 | 特点 | 例子 |
| 单向通信（单工） | 仅一个方向通信 | 广播、电视 |
| 双向交替通信（半双工） | 双方可收发，但不能同时 | 对讲机、总线以太网 |
| 双向同时通信（全双工） | 双方可同时收发 | 电话、交换式以太网 |
四、编码与调制
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基本概念
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基带调制（编码）：对数字基带信号做波形变换，结果仍为数字信号（如曼彻斯特编码）。
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带通调制（调制）：将数字基带信号搬移到高频段，转换为模拟信号（如ASK/FSK/PSK）。
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码元：时间域中代表离散数值的基本波形，1个码元可表示多个比特。
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常用编码方法
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| 编码类型 | 规则/特点 | 优缺点 |
| 非归零（NRZ） | 码元期间不回归零电平，编码效率高，但存在同步问题 | 优点：效率高；缺点：需时钟信号线同步 |
| 归零（RZ） | 码元期间回归零电平，自带同步（自同步） | 优点：自同步；缺点：频带是NRZ的2倍 |
| 非归零反转（NRZI） | 电平不变表示0，电平翻转表示1；继承NRZ高效，解决同步但有电平保持问题 | 优点：高效、自同步；缺点：连续1会失步（需位填充） |
| 曼彻斯特编码 | 码元中间电平必跳变，跳变表示时钟+数据（IEEE 802.3：高→低=0，低→高=1） | 优点：自同步；缺点：波特率=比特率×2 |
| 差分曼彻斯特编码 | 码元中间跳变仅表时钟，码元边界跳变表数据（无跳变=1，有跳变=0） | 优点：抗极性翻转、抗干扰更强 |
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带通调制方法
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基本调制：幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）。
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混合调制 ：正交振幅调制（QAM），如QAM-16生成16种码元，1个码元表示4比特；采用格雷码映射 （相邻码元仅1比特不同），降低误码率。
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五、信道的极限容量
信道因带宽受限、噪声干扰产生失真，两大定理界定传输上限：
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奈氏准则（奈奎斯特定理）
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（W为信道带宽，单位Hz）。 -
仅针对无噪声的理想信道，实际信道码元速率需低于该上限以避免码间串扰。
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香农定理
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带噪声信道的极限信息传输速率：
（S为信噪比，常用分贝表示：
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只要传输速率低于W，就存在无差错传输方法；信道带宽/信噪比越大，极限速率越高。
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六、信道复用技术
通过复用将多路信号合并到同一信道传输，提升信道利用率、降低成本，核心类型：
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| 复用类型 | 英文缩写 | 核心原理 | 优缺点/应用 |
| 频分复用 | FDM | 将总频带划分为多个子频带，各路信号占不同子频带 | 优点：无需同步；缺点：频带浪费、易串扰；应用：广播、模拟电话 |
| 时分复用 | TDM | 将时间划分为时隙，各路信号占不同时隙（TDM帧） | 优点：数字信号传输高效；缺点：时隙固定导致利用率低；改进：统计时分复用（STDM） |
| 波分复用 | WDM | 光的频分复用，在光纤上传输多频率光载波（密集波分复用DWDM） | 应用：光纤通信 |
| 码分复用 | CDMA | 用正交码片序列区分信号，同频同时叠加传输；接收端通过相关性分离信号 | 优点：抗干扰强、多用户同频通信；应用：军事通信、3G移动通信 |