0. 前言：物理层不只是"线缆"
在很多人的印象中，物理层就是网线、光纤。但在考研 408 中，物理层是数学计算 的重灾区；在三级网络技术中，物理层则是工业标准的考查点。
物理层的核心任务是：定义如何利用物理媒介传输比特流。它规定了机械、电气、功能和规程四大特性，为上层链路层提供了一个透明的原始比特流传输通路。
1. 信号与信道：通信的物理本质
1.1 数据、信号与信道
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数据 (Data)： 传递信息的实体。
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信号 (Signal)： 数据的电磁编码。分为模拟信号 （连续）和数字信号（离散）。
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基带传输与频带传输：
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基带 (Baseband)： 直接传输数字 1 和 0 的电脉冲。近距离常用。
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频带 (Passband)： 将数字信号通过调制载波移动到高频段传输。远距离或无线常用。
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1.2 考研核心：信道极限容量（408 必考 ✨）
这是物理层最硬核的数学部分。我们必须理解：为什么网络速率不能无限快？
1.2.1 奈奎斯特 (Nyquist) 准则
背景： 理想低通信道，无噪声。 公式：
1.2.2 香农 (Shannon) 定理
背景： 实际信道，存在热噪声。 公式：
🚀 408 黄金法则： 在大题中，如果同时给出状态数 V 和信噪比 dB，请计算两个结果并取较小值。
2. 编码与调制：比特如何变身
2.1 基带传输编码（常见于以太网）
非归零编码 (NRZ)： 最简单的 1 高 0 低。缺点：无法区分连续的 1 或 0，且没有时钟同步功能。
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曼彻斯特编码 (Manchester)：
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原理： 每个码元中间都有一次跳变。
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标准定义： 从高到低跳变为 1，从低到高跳变为 0。
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考研点： 它的频率是比特率的两倍，波特率等于比特率的两倍，自同步能力极强。
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差分曼彻斯特编码：
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原理： 码元中间必跳变，但数据由位开始处是否有跳变决定。有跳变为 0，无跳变为 1。
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优点： 抗干扰性比曼彻斯特更强，常用于令牌环网。
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2.2 频带传输调制（现代通信核心）
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ASK (振幅键控)： 调幅。
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FSK (频移键控)： 调频。
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PSK (相移键控)： 调相。
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QAM (正交振幅调制)： 结合了调幅和调相。408 曾考过：16-QAM 每个码元携带 \\log_2 16 = 4 比特。
3. 三级必考：传输介质与硬件标准
三级考试更关注工程实现，即"这根线怎么接，那个头叫什么"。
3.1 双绞线 (Twisted Pair)
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屏蔽 (STP) vs 非屏蔽 (UTP)： 城域网接入多用 UTP。
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分类：
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5 类线 (Cat 5)： 100 Mbps。
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超 5 类线 (Cat 5e)： 1 Gbps。
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6 类线 (Cat 6)： 信号损耗更小，适合千兆及以上。
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RJ-45 线序标准 (T568B)：
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口诀： 橙白、橙、绿白、蓝、蓝白、绿、棕白、棕。
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填空重点： 1、2 用于发送，3、6 用于接收。
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3.2 光纤 (Fiber Optics)
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单模光纤 (SMF)： 芯径细（8-10微米），激光发射，衰减极小，适合长距离（几十公里）。
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多模光纤 (MMF)： 芯径粗（50/62.5微米），LED 发射，存在模式色散，适合短距离（几百米）。
3.3 无线传输
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蓝牙 (Bluetooth)： IEEE 802.15.1。
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无线局域网 (Wi-Fi)： IEEE 802.11。
4. 物理层设备：信号的延续
4.1 中继器 (Repeater)
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作用： 信号整形并放大（再生比特流）。
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规则： 5-4-3 规则（5 个网段，4 个中继器，3 个段可以挂主机）。
4.2 集线器 (Hub)
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本质： 多端口中继器。
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逻辑： 共享带宽，采用广播模式。
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缺陷： 不能隔离冲突域，也不能隔离广播域。
5. 综合案例与实战计算
5.1 408 经典计算题
5.2 三级网络技术填空题
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在结构化布线系统中，连接各层终端设备的子系统称为 [ 水平布线 ] 子系统。
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5 类非屏蔽双绞线的最大传输长度通常限制在 [ 100 ] 米。
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曼彻斯特编码的编码效率为 [ 50% ]。
💡 考研党深度思考
Q：物理层不关心数据内容，那为什么还要定义帧界定符？ A：这是一个易错点。帧界定、透明传输、差错控制其实是数据链路层的功能。物理层只管"比特如何变成信号"。虽然有些物理层标准（如违例编码）辅助了帧定界，但职责划分上，定界属于链路层。
总结
物理层是整个计网大厦的地基。对于考研党，请务必死磕 奈氏/香农 和 曼彻斯特编码 ；对于三级党，请务必背熟 568B 线序 和 单/多模光纤区别。
下一篇预告：【数据链路层·局域网】我们将讨论 CSMA/CD 这种带"智慧"的碰撞躲避机制。