第二章 物理层

1. 物理层的基本概念

物理层考虑是怎样才能在连接各种各种计算机的传输媒体上传输比特流

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.

就好比我们使用手机上面的软件 我们只需享受软件提供给我们的服务即可,而无需知道软件是如何设计的

两种传输媒体:

• 导引形体: 双绞线,同轴电缆,光纤
• 非导引型: 微波,可见光,红外线,无线电波

物理层协议的主要认为:

• 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: 指明在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. 物理层下面的传输媒体(理解即可)

2.1 导引型传输媒体

2.1.1 同轴电缆

2.1.2 双绞线

2.1.3 光纤

2.2 非导引型传输媒体

2.2.1 无线电波

2.2.2 微波

2.2.3 红外线

3. 传输方式

3.1 串行传输 和 并行传输

串行传输 : 发送端将数据一个比特一个比特的发送,只需要一条传输线路(远距离通信采用)

并行传输 : 发送端将数据在一个时刻发送n个比特,需要n条传输线路(计算机内部采用)

3.2 同步传输 和 异步传输

3.3 单向通信, 双向交替通信,双向同时通信

4. 编码与调制

数据通信中的常用术语:

1. 消息: 计算机需要处理的文字,图片,音视频等称为消息
2. 数据: 数据是运送消息的实体,计算机只能处理2进制数据
3. 信号: 电磁的数据表现

• 基带信号 : 来自信源的原始电信号称为基带信号
  • 数字基带信号: 在计算机内部CPU和 内存之间所传输的信号属于数字基带信号
  • 模拟基带信号: 麦克风采集到声音后所产生的音频信号属于模拟基带信号

4.1 编码

将数字信号转换为另一种数字信号,在数字信道传输 称为编码 将模拟信号转换为数字信号,在数字信道中传输 也称为编码

下面是常用的编码方式:

1. 不归零编码

不归零编码（Non-Return-to-Zero, NRZ）是一种常见的数字信号编码方式，其中逻辑 0 和逻辑 1 分别用不同电平表示。尽管 NRZ 编码简单直观，但确实存在同步问题。

同步问题主要是由于长时间连续发送相同的比特（如连续的 0 或 1），导致接收端无法准确判断位传输的起始和结束位置。

2. 归零编码

归零编码（Return-to-Zero, RZ）的确可以克服 NRZ 编码中的同步问题，但它所带来的副作用是编码效率较低。

在归零编码中，每个位都会有一个归零点，无论是逻辑 0 还是逻辑 1。这意味着信号在每个位的结束时都会回到零电平，然后再开始下一个位的编码。这种归零操作确保了接收端能够根据每个位的起始位置进行准确的同步。

然而，这种归零操作会导致编码效率降低。因为在归零过程中会有额外的电平变化，信号频率更低，传输的比特率较高。

3. 曼彻斯特编码

码元的跳变——既表示【时钟】，又表示【数据】

传统以太网——使用的就是【曼彻斯特编码】

4. 差分曼彻斯特编码

曼彻斯特编码的升级版（区别开了时钟和数据的flag）

4.2 调制

基本调制方法

5. 信道的极限容量

信号在传输过程中会受到各种影响

失真严重 也叫码间串扰

5.1 奈氏准则

5.2 香农准则

5.3 综上结论