文章目录
- [1. 物理层的基本概念](#1. 物理层的基本概念)
- [2. 物理层下面的传输媒体](#2. 物理层下面的传输媒体)
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- [2.1 导引型传输媒体](#2.1 导引型传输媒体)
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- [2.1.1 同轴电缆](#2.1.1 同轴电缆)
- [2.1.2 双绞线](#2.1.2 双绞线)
- [2.1.3 光纤](#2.1.3 光纤)
- [2.1.4 电力线](#2.1.4 电力线)
- [2.2 非导引型传输媒体](#2.2 非导引型传输媒体)
- 2.3.传输方式
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- [2.3.1 串行传输和并行传输](#2.3.1 串行传输和并行传输)
- [2.3.2 同步传输和异步传输](#2.3.2 同步传输和异步传输)
- [2.3.3 单向通信、双向交替通信、双向同时通信](#2.3.3 单向通信、双向交替通信、双向同时通信)
- [3. 编码&解码、调制&解调](#3. 编码&解码、调制&解调)
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- [3.1 常用的编码方法](#3.1 常用的编码方法)
- [3.2 码元](#3.2 码元)
- [3.3 基本调制方法](#3.3 基本调制方法)
- [4. 信道的极限容量](#4. 信道的极限容量)
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- [4.1 奈氏准则](#4.1 奈氏准则)
- [4.2 香农公式](#4.2 香农公式)
1. 物理层的基本概念
- 物理层考虑的是怎样才能在连接各种计算机的传输媒体上传输数据比特流
- 物理层为数据链路层屏蔽了各种传输媒体的差异，使数据链路层只需要考虑如何完成本层的协议和服务，而不必考虑网络具体的传输媒体是什么。
2. 物理层下面的传输媒体
分为导引型传输媒体和非导引型传输媒体
- 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
2.1 导引型传输媒体
2.1.1 同轴电缆
- 基带同轴电缆(50Ω)：数字传输，过去用于局域网
- 宽带同轴电缆(75Ω)：模拟传输，目前主要用于有线电视
同轴电缆价格较贵且布线不够灵活和方便，随着集线器的出现，在局域网领域基本上都是采用双绞线作为传输媒体
2.1.2 双绞线
绞合的作用：
- 抵御部分来自外界的电磁波干扰
- 减少相邻导线的电磁干扰
2.1.3 光纤
- 光纤的优点
- 通信容量大(25000~30000GHz的带宽)
- 传输损耗小，远距离传输时更加经济。
- 抗雷电和电磁干扰性能好。这在大电流脉冲干扰的环境下尤为重要。
- 无串音干扰，保密性好，不易被窃听。
- 体积小，重量轻
- 光纤的缺点
- 割接需要专用设备
- 光电接口价格较贵
构造
传输原理
- 当光从高折射率的媒体射向低折射率的媒体时，其折射角将大于入射角
- 因此，如果入射角足够大，就会出现全反射，即光碰到包层时，就会反射回纤芯
实际上，只要从纤芯中射到纤芯表面的光线的入射角大于某一个临界角度，就可产生全反射
因此，可以存在许多条不同角度入射的管线在一条光纤中传输，这种光纤称为多模光纤
- 由于色散（模式、材料、波导色散），光在多模光纤中传输一定距离后必然产生信号失真（脉冲展宽）
- 因此，多模光纤只适合近距离传输（建筑物内）
- 发送光源：发光二极管；接收检测：光电二极管
若光纤的直径减小到只有一个光的波长，则光纤就像一根波导那样，它可使光线一直向前传播，而不会产生多次反射，这样的光纤称为单模光纤。
- 没有模式色散，在1.31微米波长附近材料色散和波导色散大小相等符号相反，两者正好抵消。
- 单模光纤适合长距离传输且衰减小，但其制造成本高，对光源要求高。
- 发送光源：激光发生器；接收检测：激光检波器
2.1.4 电力线
2.2 非导引型传输媒体
红外线
- 点对点无线传输
- 直线传输，中间不能有障碍物，传输距离短
- 传输速率低(4Mb/s~16Mb/s)
2.3.传输方式
2.3.1 串行传输和并行传输
- 串行传输：数据一位一位依次传输（比如先传第 1 位，再传第 2 位...），只需要1 条传输信道。
- 并行传输 ：数据多位同时传输 （比如 8 位、16 位一起传），需要多条信道（每一位对应一条线）。
2.3.2 同步传输和异步传输
- 同步传输 比特一个接着一个传输，中间没有间隔，各比特持续时长相等。需要收发双方时钟同步，有两
种方法。
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外同步：在收发双方之间添加一条单独的时钟信号线。
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内同步：发送端将时钟同步信号编码到发送数据中一起传输(例如曼彻斯特编码)
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异步传输：以字节为单位进行传输，字节之间的间隔不固定，但每个字节内的比特持续时长是相等的。换句话说，字节间异步，比特间仍是同步的。为此，需要给每个字节添加起始位和结束位。
2.3.3 单向通信、双向交替通信、双向同时通信
- 单工：单向通信，例如广播。
- 半双工：双向交替通信(不能同时)例如对讲机。
- 全双工：双向同时通信，例如电话。
3. 编码&解码、调制&解调
- 消息：需要计算机处理的文字、图片、音频以及视频等统称为消息
- 数据：做据是运送消息的实体。计算机只能处理二进制数据。
- 信号：信号是数据的电磁表现
- 编码&解码：处理数字数据↔数字信号的转换
- 调制&解调：处理数字数据↔模拟信号的转换
3.1 常用的编码方法
各种编码的特点
3.2 码元
- 码元：在使用时间域的波形表示数字信号时，代表不同离散数值的基本波形。简单来说，码元就是一段调制好的基本波形，可以表示比特信息。
3.3 基本调制方法
混合调制
- 因为频率和相位是相关的，即频率是相位随时间的变化率。所以一次只能调制频率和相位两个中的一个。
- 通常情况下，相位和振幅可以结合起来一起调制，称为正交振幅调制QAM。
4. 信道的极限容量
4.1 奈氏准则
4.2 香农公式
