2.1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。
  
  

物理层的四个特性

• 机械特性：指明接口所用接线器的形状和尺寸、引脚数目和排列、固定和锁定装置。
• 电气特性：指明在接口电缆的各条线上出现的电压的范围。
• 功能特性：指明某条线上出现的某一电平的电压表示何种意义。
• 过程特性：指明对于不同功能的各种可能事件的出现顺序。

2.2 物理层下的传输媒体

导引型传输媒体

同轴电缆

缺点:价格较贵，布线不够灵活

双绞线

双绞线又称双扭线，是将两根互相绝缘的铜导线并排放在一起，然后用规则的方法绞合起来就构成了双绞线

• 绞合的优点:

  • 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

• 分类：

  • 无屏蔽双绞线UTP电缆：价格较便宜
  • 屏蔽双绞线STP电缆:增加了金属丝编织的屏蔽层，提高了抗电磁干扰能力，也更贵一些
    
    

光纤(光缆)

光缆是由多根光纤和各种配件构成的

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
  光纤的传播原理
  光纤分为多模光纤和单模光纤
  区别如下:
  
  

电力线

非导引型传输媒体

所谓非引导型传输媒体，就是利用电磁波在自由空间内传播来传播数据信息
我们主要用无线电波、微波、红外线、可见光来传播数据信息

无线电波和微波

红外线

可见光

目前可见光的产物只有Li-fi，但是还不成熟

2.3 传输方式

串行传输和并行传输

串行传输 数据是一次性发送一个比特
并行传输 一次性发送n个比特，需要有n条传输线路，速度是串行传输的N倍，但是成本高

一般远距离传输使用串行传输，计算机内部传输使用并行传输,常见的数据总线宽度有8位，16位，32位和64位。

同步传输和异步传输

单工、半双工和全双工

无线广播、对讲机、手机的三种通信方式

2.4编码与调制

基本概念

• 在不改变信号性质前提下，仅对数字基带信号的波形进行变换，称为编码，编码之后的信号仍为数字信号
• 把数字基带信号搬移到较高的频段，并转化为模拟信号，称为调制。调至后的信号为模拟信号

常用编码

• 不归零编码：不存在0电平，只有正点平和负电平，需要额外传输线来传输时钟信号，需要接收方和发送方同步，但是计算机网络中不想多一根额外的线来传输时钟信号，所以计算机网络中不采用这种编码
• 归零编码：每个码元传输结束后信号都要“归零”所以接收方只要在信号归零后进行采样即
  可，不需要单独的时钟信号。归零编码相当于把时钟信号用“归零”方式编码在了数据之内，这称为“自同步”信号。缺点是编码效率低
• 曼彻斯特编码：码元中间时刻的跳变既表示
  时钟，又表示数据。正跳变表示1，负跳变表示0
• 差分曼彻斯特编码：码元开始处电平是否发生改变表示数据，跳变仅仅表示时钟
  
  

调制方法

基本调制方法

使用基本调制方法，1个码元只能包含1个比特信息。
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.

2.5信道的极限容量

信号失真

奈氏准则

香农公式

总结

• 在信道带宽一定的情况下，根据奈氏准则和香农公式，要想提高信息的传输速率就必须采用多元制（更好的调制方法）和努力提高信道中的信噪比。
• 自从香农公式发表后，各种新的信号处理和调制方法就不断出现，其目的都是为了尽可能地接近香农公式给出的传输速率极限。
  

  习题