物理层（上）

计网

1）物理层的任务：

1. 考虑的是怎样才能在连接各种计算机中的传输媒体上传输数据比特流。可以将物理层的任务描述为与传输媒体的接口有关的一些特性：机械特性，电气特性，功能特性，过程特性。

2）数据通信的基础知识

1. 数据系统分为源系统（信源和发送器），传输系统，目的系统（接收器和信宿）。
2. 发送器典型的是调制器，数字比特流需要通过调制器编码后才能在传输系统中进行传输。
3. 接收器典型的是解调器，从接收的模拟信号中提取出有效消息，还原成数字比特流。
4. 通信的目的是传送消息，而信息是运输消息的实体。
5. 三种通信：单工通信，半双工，全双工。
6. 基带信号就是来自信源的信号，含有很多低频甚至直流的成分，不能够直接在信道上进行传输，所以必须要进行调制。
7. 调制的两种方式分别为基带调制和带通调制。基带调制是将一种数字信号转变为另外一种数字信号，这个过程叫做编码。带通调制是将地低频的信号搬移到高频上，需要通过载波进行调制。
8. 四种编码方式:不归零制（正负电平），归零制（正负脉冲），曼彻斯特编码（周期中心跳变方式），查分曼彻斯特编码（周期开始有无跳变）。
9. 四种编码方式比较：曼彻斯特编码和查分曼特斯特编码产生的信号频率比不归零制高，但是它们有自同步能力，也就是能够从信号波形本身中提取信号时钟频率。
10. 三种基本的带通调制：调幅，调频，调相。
11. 正交振幅调制QAM（振幅相位混合调制）
12. 码元传输速率越高或者传输距离越远，信道传输的波形失真就严重。
13. 信息速率 = 码元速率$\times \log_2K$，K表示码元所取的有效离散值个数。
14. Nyquist定理：无噪声的低通信道上的最大码元速率是:$N_b = 2B$，B表示的是带宽。
15. dB = $10\log_{10} {S\over N}$，信噪比是$S\over N$。 其中$S$是平均信号功率，$N$是平均噪声功率。
16. 香农公式：收到随机噪声的影响下最大信息传输速率为:$C = B\log_2(1+S/N)$
17. 定理对数据网络的意义：Nyquist定理鼓励工程师们对位串进行信号编码的方法。而香农定理则说明了无论多么精美的编码都无法突破最大实际速率。

3)传输媒体

1. 铜导体：分为双绞线（屏蔽双绞线STP和非屏蔽双绞线UTP）和同轴电缆。
2. UTP特点：低成本，易于安装，高速传输能力，抗干扰能力差。（没有金属保护膜，对电磁的干扰敏感性大），广泛用于局域网传输中。
3. 双绞线的连接方法：直连线EIA/TIA 568B标准（橙绿蓝棕），交叉线EIA/TIA 568A（绿橙蓝棕）。
4. 同轴电缆：共四层，由内到外分别是铜质导体，白色绝缘材料的绝缘层（用于隔开），铜质的精装网状物的屏蔽层（用来将电磁干扰屏蔽在电缆之外），保护套。
5. 同轴电缆分为基带同轴电缆以及宽带同轴电缆分别是用来传输基带数字信号和模拟信号，阻抗是50欧和75欧。宽带同轴电缆最高可达$500$MHz，每路电视频道占用$6$MHz,用于数字传输时，可达$3$Mbps。
6. 光导纤维电缆简称光纤是由纤芯，包层以及保护层构成的。
7. 光纤的工作原理：利用光的全反射原理传输光信号。包层是低折射率的媒体，纤芯是高折射率的媒体。
8. 光纤通信系统：光纤，光发送机和光接收机等部分组成的。
9. 光纤类型分为单模和多模。单模光纤是由注入型激光二极管产生光源，传输距离远，而多模光纤是由发光二极管产生光源，传输距离近。
10. 光线的特点：带宽大，误码率低，传输损耗小，传输距离长，不受雷电和电磁干扰（安全性和保密），体积小重量轻。
11. 无线传输介质：各个频段的无线电，地面微波接力线路，卫星微波线路，以及激光，红外线，等等。
12. 数据通信应用有：短波通信，地面或卫星微波线路。
13. 短波通信主要是靠电离层的反射，由于电离层不稳定所以短波通信只能传输10兆bps以下的数量级，优点是对于雨雪衰减不敏感。应用于局部区域组网以及蜂窝移动通信。
14. 微波通信（1~300GHz）日常使用的范围是2~40GHz。特点是只能够延直线传播，因此需要中继站进行接力以及受到雨雪影响。应用于(1)地面视距传播微波接力通信(2)高通转发传播的卫星通信。